Сменный картридж для проведения биохимических реакций
REPLACEABLE CARTRIDGE FOR BIOCHEMICAL REACTIONS

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США №62/003264, поданной 27 мая 2014 г., которая включена сюда посредством ссылки во всей ее полноте.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Варианты осуществления настоящей заявки на патент в целом относятся к системам и способам проведения биохимических реакций и, более конкретно, к системам и способам, в которых основной прибор взаимодействует со съемным картриджем для проведения реакций для по меньшей мере одного из приготовления образца или биохимического анализа.
[0003] Различные биохимические протоколы включают в себя выполнение большого числа управляемых реакций на поверхностях подложки или внутри специально предназначенных для этого реакционных камер. Управляемые реакции могут проводиться для анализа биологического образца или для подготовки биологического образца к последующему анализу. Анализ может идентифицировать или выявлять свойства химических веществ, вовлеченных в эти реакции. Например, при матричном циклическом анализе нуклеотидной последовательности (например, секвенировании путем синтеза (от англ, sequencing-by-synthesis - SBS)) секвенируют плотную матрицу фрагментов ДНК (например, матричных нуклеиновых кислот) посредством итерационных циклов ферментативной обработки. После каждого цикла может быть захвачено изображение, которое впоследствии может быть проанализировано совместно с другими изображениями для того, чтобы определить последовательность фрагментов ДНК. При другом биохимическом анализе неизвестный аналит с идентифицируемой меткой (например, флуоресцентной меткой), может быть подвергнут воздействию матрицы известных зондов, имеющих в матрице заданные адреса. Наблюдение за химическими реакциями, которые происходят между этими зондами и неизвестным аналитом, может помочь идентифицировать или выявить свойства аналита.
[0004] Существует общая потребность в системах, автоматически выполняющих анализы, такие как описанные выше, которые требовали бы меньшего количества работы или меньшего участия пользователя. В настоящее время большинство платформ требует от пользователя отдельно подготовить биологический образец перед загрузкой этого биологического образца в систему для анализа. Может быть желательным, чтобы пользователь загружал один или более биологических образцов в систему, выбирал тип анализа, предназначенного для выполнения системой, и получал результаты анализа через заданный промежуток времени, например через день или менее. По меньшей мере некоторые системы, используемые сегодня, не способны выполнять определенные протоколы, такие как полное секвенирование генома, которые давали бы данные с достаточным уровнем качества и в пределах конкретного ценового диапазона.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ
[0005] В одном варианте осуществления предлагается система, которая включает в себя съемный картридж, имеющий корпус картриджа. Съемный картридж также включает в себя гидравлическую сеть, которая расположена внутри корпуса картриджа. Эта гидравлическая сеть выполнена с возможностью принимать и гидравлически направлять биологический образец для проведения по меньшей мере одного из анализа образца или подготовки образца. Съемный картридж также включает в себя клапан управления потоком, который функционально связан с гидравлической сетью и способен перемещаться относительно гидравлической сети для управления потоком биологического образца через нее. Корпус картриджа включает в себя сторону корпуса, которая определяет внешний вид съемного картриджа и обеспечивает возможность функционального доступа к клапану управления потоком. Система также включает в себя основной прибор, имеющий управляющую сторону, которая выполнена с возможностью съемным образом взаимодействовать с упомянутой стороной корпуса съемного картриджа. Сторона корпуса и управляющая сторона совместно образуют системный интерфейс. Основной прибор включает в себя привод клапана, который взаимодействует с клапаном управления потоком через системный интерфейс. Съемный картридж также включает в себя узел обнаружения, который удерживается по меньшей мере одним из съемного картриджа или основного прибора. Узел обнаружения включает в себя детектор изображения и реакционную камеру, которая проточно сообщается с гидравлической сетью. Детектор изображения выполнен с возможностью обнаружения предусмотренных реакций внутри реакционной камеры.
[0006] В одном варианте осуществления предлагается способ секвенирования нуклеиновых кислот. Этот способ включает в себя обеспечение съемного картриджа, имеющего корпус картриджа, гидравлическую сеть, расположенную внутри корпуса картриджа, и клапан управления потоком, который функционально связан с гидравлической сетью и подвижен относительно гидравлической сети. Корпус картриджа включает в себя сторону корпуса, которая определяет внешний вид съемного картриджа. Этот способ также включает в себя приведение съемного картриджа в контакт с основным прибором. Сторона корпуса съемного картриджа разъемно соединяться с управляющей стороной основного прибора, совместно образуя системный интерфейс. Основной прибор включает в себя привод клапана, который взаимодействует с клапаном управления потоком через системный интерфейс. Способ также включает в себя гидравлическое направление биологического образца с протекание через гидравлическую сеть картриджа для проведения по меньшей мере одного из анализа образца или подготовки образца в картридже. Биологический образец направляют течь в реакционную камеру, причем потоком биологического образца управляют под действием привода клапана на клапане управления потоком. Этот способ также включает в себя обнаружение биологического образца с использованием детектора изображения, направленного на реакционную камеру, причем узел обнаружения удерживается по меньшей мере одним из съемного картриджа или основного прибора.
[0007] В одном варианте осуществления предлагается съемный картридж, который включает в себя корпус картриджа, имеющий отверстие для образца, которое открывается наружу корпуса картриджа и выполнено с возможностью приема биологического образца. Корпус картриджа имеет набор электрических контактов и механический интерфейс, которые являются доступными снаружи. Корпус картриджа выполнен с возможностью съемным образом присоединяться к основному прибору. Съемный картридж может также включать в себя гидравлическую сеть, имеющую множество каналов, реакционную камеру и модуль хранения. Модуль хранения включает в себя множество резервуаров для хранения реагентов. Гидравлическая сеть выполнена с возможностью направлять реагенты из резервуаров в реакционную камеру, причем механический интерфейс является подвижным относительно гидравлической сети для управления потоком жидкости через гидравлическую сеть. Система также включает в себя устройство визуализации, расположенное внутри корпуса картриджа и позиционированное так, чтобы обнаруживать предусмотренные реакции внутри реакционной камеры. Устройство визуализации электрически соединено с набором электрических контактов для обмена информацией с основным прибором. Механический интерфейс может быть выполнен с возможностью его перемещения основным прибором, когда съемный картридж присоединен к основному прибору.
[0008] В одном варианте осуществления предлагается съемный картридж, который включает в себя корпус картриджа, имеющий отверстие для образца, которое открывается наружу корпуса картриджа и выполнено с возможностью приема биологического образца. Съемный картридж может также включать в себя поворотный клапан, расположенный внутри корпуса картриджа. Этот поворотный клапан имеет гидравлическую сторону и множество отверстий клапана, которые выходят на гидравлическую сторону. Этот поворотный клапан имеет по меньшей мере один проточный канал, проходящий между отверстиями клапана, причем поворотный клапан способен поворачиваться между различными угловыми положениями. Съемный картридж может также включать в себя микрожидкостное тело, имеющее сторону тела, которая сопряжена с возможностью скольжения с гидравлической стороной поворотного клапана. Это микрожидкостное тело может по меньшей мере частично образовывать гидравлическую сеть, которая включает в себя канал для образца, проточно сообщающийся с отверстием для образца. Канал для образца имеет отверстие сети, которое открывается на упомянутую сторону микрожидкостного тела. Гидравлическая сеть может также включать в себя резервуар, выполненный с возможностью удерживать реагент. Этот резервуар проточно сообщается с отверстием резервуара, которое выходит на гидравлическую сторону микрожидкостного тела. Гидравлическая сеть также включает в себя питающий канал, проточно сообщающийся с реакционной камерой гидравлической сети. Питающий канал имеет питающее отверстие, которое выходит на упомянутую сторону микрожидкостного тела. Поворотный клапан выполнен с возможностью поворота между первым и вторым угловыми положениями. Отверстие сети гидравлически связано с питающим отверстием через поворотный клапан, когда этот поворотный клапан находится в первом угловом положении. Отверстие резервуара гидравлически связано с питающим отверстием через поворотный клапан, когда поворотный клапан находится во втором угловом положении.
[0009] В одном варианте осуществления предлагается съемный картридж, который включает в себя корпус картриджа, имеющий отверстие для образца, которое открывается наружу корпуса картриджа и выполнено с возможностью приема биологического образца. Корпус картриджа может включать в себя стыковочную сторону, которая предназначена быть обращенной к основному прибору и выполнена с возможностью съемным образом соединяться с ним. Съемный картридж также включает в себя гидравлическую сеть, которая расположена внутри корпуса. Эта гидравлическая сеть включает в себя канал для образца, который проточно сообщается с отверстием для образца. Съемный картридж также включает в себя клапан канала, имеющий гибкую деталь, которая выполнена с возможностью перемещаться между первым и вторым положениями. Гибкая деталь блокирует поток через канал для образца, когда она находится в первом положении, и пропускает поток через канал для образца, когда она находится во втором положении. Стыковочная сторона корпуса картриджа включает в себя отверстие для доступа, которое обеспечивает доступ к клапану канала снаружи корпуса картриджа. Отверстие для доступа выполнено с возможностью принимать привод клапана основного прибора для перемещения гибкой детали между первым и вторым положениями.
[0010] В одном варианте осуществления предлагается основной прибор, который включает в себя системный корпус, имеющий стыковочную сторону, которая выполнена с возможностью взаимодействия со съемным картриджем. Основной прибор также включает в себя вращающийся двигатель, который выполнен с возможностью взаимодействия с поворотным клапаном съемного картриджа. Основной прибор также включает в себя привод клапана, который выполнен с возможностью взаимодействия с клапаном канала съемного картриджа, и набор электрических контактов, выполненный с возможностью электрического соединения со съемным картриджем. Основной прибор также включает в себя системный контроллер, который выполнен с возможностью управлением вращающимся двигателем и приводом для выполнения протокола анализа внутри съемного картриджа. Системный контроллер выполнен с возможностью приема данных визуализации от съемного картриджа через набор электрических контактов. Необязательно, основной прибор включает в себя термоблок для нагревания части съемного картриджа.
[0011] В одном варианте осуществления предлагается съемный картридж, который включает в себя корпус картриджа, имеющий отверстие для образца, которое открывается наружу корпуса картриджа и выполнено с возможностью приема биологического образца. Корпус картриджа включает в себя стыковочную сторону, которая предназначена быть обращенной к основному прибору и выполнена с возможностью съемным образом соединяться с ним. Съемный картридж также включает в себя микрожидкостное тело, расположенное внутри корпуса картриджа. Микрожидкостное тело имеет сторону тела и включает в себя гидравлическую сеть. Гидравлическая сеть имеет множество дискретных каналов и соответствующих отверстий, которые выходят на эту сторону тела в принимающей клапан области. Съемный картридж также включает в себя поворотный клапан, расположенный внутри корпуса картриджа. Поворотный клапан имеет гидравлическую сторону и по меньшей мере один проточный канал, который проходит между множеством отверстий клапана. Отверстия клапана выходят на гидравлическую сторону. Гидравлическая сторона вращательно соединяется с принимающей клапан областью упомянутой стороны микрожидкостного тела, причем поворотный клапан способен перемещаться между различными угловыми положениями для того, чтобы гидравлически связывать дискретные каналы. Поворотный клапан имеет механический интерфейс, который является доступным вдоль стыковочной стороны и выполнен с возможностью взаимодействия с основным прибором таким образом, чтобы поворотный клапан управлялся основным прибором.
[0012] В одном варианте осуществления предлагается съемный картридж, который включает в себя корпус картриджа, имеющий отверстие для образца, которое открывается наружу корпуса картриджа и выполнено с возможностью приема биологического образца. Корпус картриджа имеет стыковочную сторону, которая выполнена с возможностью съемным образом присоединяться к основному прибору. Съемный картридж также включает в себя микрожидкостную структуру, которая расположена внутри корпуса картриджа и включает в себя множество уложенных в стопку слоев печатной платы (ПП). Слои ПП включают в себя гидравлические слои, которые образуют каналы и реакционную камеру, когда слои ПП уложены друг на друга. Слои ПП также включают в себя слой разводки. Съемный картридж также включает в себя КМОП-формирователь изображений, который выполнен с возможностью его установки на микрожидкостной структуре и электрического соединения со слоем разводки. КМОП-формирователь изображений ориентирован так, чтобы обнаруживать предусмотренные реакции внутри реакционной камеры.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0013] Фиг. 1A представляет собой схематическое изображение системы, выполненной в соответствии с одним вариантом осуществления, которая выполнена с возможностью проведения по меньшей мере одного из биохимического анализа или подготовки образца.
[0014] Фиг. 1B представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ проведения предусмотренных реакций для по меньшей мере одного из подготовки образца или анализа образца.
[0015] Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение системы, выполненной в соответствии с одним вариантом осуществления, которая выполнена с возможностью проведения по меньшей мере одного из биохимического анализа или подготовки образца.
[0016] Фиг. 3 представляет собой вид сбоку системы, выполненной в соответствии с одним вариантом осуществления, которая включает в себя основной прибор и съемный картридж.
[0017] Фиг. 4 представляет собой вид сверху системы, выполненной в соответствии с одним вариантом осуществления, которая включает в себя основной прибор и съемный картридж.
[0018] Фиг. 5 представляет собой разрез части системы, выполненной в соответствии с одним вариантом осуществления, иллюстрирующий клапан управления потоком, находящийся в первом положении.
[0019] Фиг. 6 представляет собой разрез части системы по Фиг. 5, иллюстрирующий клапан управления потоком, находящийся во втором положении.
[0020] Фиг. 7 представляет собой разрез части системы, выполненной в соответствии с одним вариантом осуществления, иллюстрирующий клапан управления потоком, находящийся в первом положении.
[0021] Фиг. 8 представляет собой разрез части системы по Фиг. 5, иллюстрирующий клапан управления потоком, находящийся во втором положении.
[0022] Фиг. 9 представляет собой разрез части системы, выполненной в соответствии с одним вариантом осуществления, иллюстрирующий клапан управления потоком, находящийся в первом положении.
[0023] Фиг. 10 представляет собой разрез части системы по Фиг. 5, иллюстрирующий клапан управления потоком, находящийся во втором положении.
[0024] Фиг. 11 представляет собой вид в перспективе открытой части съемного картриджа, выполненного в соответствии с одним вариантом осуществления.
[0025] Фиг. 12 представляет собой разрез поворотного клапана, который может использоваться вместе со съемным картриджем по Фиг. 11.
[0026] Фиг. 13 иллюстрирует одну компоновку отверстий, которые могут быть гидравлически взаимосвязаны с использованием поворотного клапана.
[0027] Фиг. 14 иллюстрирует блок-схему одного примера способа использования гибкой печатной платы (ПП) и перематываемой с рулона на рулон (R2R) печатной электроники для монолитной интеграции технологии КМОП и цифровой струйной техники.
[0028] Фиг. 15 иллюстрирует разобранный вид одного примера стопки струйной техники с определенными слоями, которые могут быть ламинированы и соединены вместе с использованием способа по Фиг. 16.
[0029] Фиг. 16 иллюстрирует вид в перспективе одного примера КМОП-устройства, которое может быть интегрировано в слои струйной техники микрожидкостного картриджа с использованием способа по Фиг. 14.
[0030] Фиг. 17A, 17B, 18, 19 и 20 иллюстрируют виды сбоку структуры и показывают один пример процесса присоединения КМОП-устройства к гибкой печатной плате с использованием способа по Фиг. 14.
[0031] Фиг. 21 иллюстрирует вид сбоку одного примера структуры, сформированной с использованием способа по Фиг. 14, в котором слои струйной техники и КМОП-устройство интегрированы вместе в микрожидкостном картридже.
[0032] Фиг. 22A и 22B иллюстрируют виды в перспективе одного примера мембранного клапана, причем мембранные клапаны могут быть интегрированы в слои струйной техники.
[0033] Фиг. 23A и 23B иллюстрируют виды в разрезе мембранного клапана в открытом и закрытом состояниях соответственно.
[0034] Фиг. 24 иллюстрирует принципиальную схему одного примера микрожидкостного картриджа, который включает в себя интегрированные вместе технологию КМОП и цифровую струйную технику.
[0035] Фиг. 25 и 26 иллюстрируют виды в перспективе микрожидкостного картриджа в сборе, который является одним примером физического воплощения интегрированного микрожидкостного картриджа, показанного на Фиг. 24.
[0036] Фиг. 27A и 27B иллюстрируют виды в перспективе одного примера узла струйной техники, который устанавливается в микрожидкостной картридж в сборе, показанный на Фиг. 25 и 26.
[0037] Фиг. 28A и 28B иллюстрируют соответственно вид сверху и вид в разрезе одного примера дорожки нагревателя, которая может быть установлена в узле струйной техники, показанном на Фиг. 27A и 27B.
[0038] Фиг. 29, 30, 31, 32, 33A и 33B иллюстрируют различные другие виды микрожидкостного картриджа в сборе по Фиг. 25, показывая его более подробно.
[0039] Фиг. 34-42 иллюстрируют процесс разборки микрожидкостного картриджа в сборе по Фиг. 25 в качестве средства показа его внутренних компонентов.
[0040] Фиг. 43 показывает прозрачный вид в перспективе части микрожидкостного картриджа в сборе по Фиг. 25, показывая различные гидравлические резервуары для реагентов, а также его отверстия для загрузки образца.
[0041] Фиг. 44 показывает другой прозрачный вид в перспективе части микрожидкостного картриджа в сборе по Фиг. 25, дополнительно показывая его каналы струйной техники.
[0042] Фиг. 45 показывает вид в разрезе микрожидкостного картриджа в сборе по Фиг. 25, который показывает его более подробно.
[0043] Фиг. 46A, 46B, 47A, 47B и 48 показывают различные виды корпуса микрожидкостного картриджа в сборе по Фиг. 25, которые показывают его более подробно.
[0044] Фиг. 49, 50, 41A, 41B и 52 показывают различные виды пластины-основания микрожидкостного картриджа в сборе по Фиг. 25, которые показывают ее более подробно.
[0045] Фиг. 53A и 53B иллюстрируют другие виды в перспективе узла струйной техники микрожидкостного картриджа в сборе, показывающие его более подробно.
[0046] Фиг. 54A, 54B и 54C иллюстрируют другие виды, показывающие больше деталей нагревателя гибкой ПП узла струйной техники микрожидкостного картриджа в сборе.
[0047] Фиг. 55A и 55B показывают соответственно вид в перспективе и вид сверху слоя входных/выходных отверстий слоев струйной техники, показанных на Фиг. 15 и Фиг. 27.
[0048] Фиг. 56A и 56B показывают соответственно вид в перспективе и вид сверху слоя гидравлических каналов слоев струйной техники, показанных на Фиг. 15 и Фиг. 27.
[0049] Фиг. 57A и 57B показывают соответственно вид в перспективе и вид сверху слоя гибкой ПП слоев струйной техники, показанных на Фиг. 15 и Фиг. 27.
[0050] Фиг. 58A и 58B показывают соответственно вид в перспективе и вид сверху нижнего слоя камеры секвенирования слоев струйной техники, показанных на Фиг. 15 и Фиг. 27.
[0051] Фиг. 59A и 59B показывают соответственно вид в перспективе и вид сверху слоя камеры секвенирования слоев струйной техники, показанных на Фиг. 15 и Фиг. 27.
[0052] Фиг. 60A и 60B показывают соответственно вид в перспективе и вид сверху слоя мембраны и верхнего слоя камеры секвенирования слоев струйной техники, показанных на Фиг. 15 и Фиг. 27.
[0053] Фиг. 61A и 61B иллюстрируют блок-схему одного примера способа использования микрожидкостного картриджа в сборе для выполнения многолокусной полимеразной цепной реакции (ПЦР) и последующего смешивания, необходимого для секвенирования.
[0054] Фиг. 62 иллюстрирует вид сбоку одного примера проточной КМОП-кюветы, в которой вплоть до примерно 100% активной зоны биодатчика доступны для доставки реагента и освещения.
[0055] Фиг. 63 иллюстрирует разобранный вид примера одной воплощения проточной КМОП-кюветы, показанной на Фиг. 49.
[0056] Фиг. 64 и 65 иллюстрируют соответственно вид в перспективе и вид сбоку проточной КМОП-кюветы, показанной на Фиг. 63, в ее полностью собранном состоянии.
[0057] Фиг. 66 иллюстрирует виды в перспективе одного примера крышки проточной КМОП-кюветы, показанной на Фиг. 63, 64 и 65.
[0058] Фиг. 67, 68, 69 и 70 иллюстрируют один пример процесса обеспечения расширенной плоской поверхности в проточной КМОП-кювете, на которую может быть установлена крышка проточной кюветы.
[0059] Фиг. 71A, 71B, 71C и 71D иллюстрируют другой пример процесса обеспечения расширенной плоской поверхности в проточной КМОП-кювете, на которую может быть установлена крышка проточной кюветы.
[0060] Фиг. 72, 73, 74 и 75 иллюстрируют еще один пример процесса обеспечения расширенной плоской поверхности в проточной КМОП-кювете, на которую может быть установлена крышка проточной кюветы.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0061] Изложенные здесь варианты осуществления могут использоваться для выполнения предусмотренных реакций для подготовки образца и/или биохимического анализа. Термин «биохимический анализ» может охватывать по меньшей мере одно из биологического анализа или химического анализа. Фиг. 1A представляет собой схематическое изображение системы 100, выполненной с возможностью проведения биохимического анализа и/или подготовки образца. Система 100 включает в себя основной прибор 102 и съемный картридж 104, который выполнен с возможностью разъемно взаимодействовать с основным прибором 102. Основной прибор 102 и съемный картридж 104 могут быть выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом для переноса биологического образца к различным местам внутри системы 100, проведения предусмотренных реакций, в которых участвует биологический образец, для того, чтобы подготовить биологический образец к последующему анализу, и, необязательно, чтобы обнаружить одно или более событий с биологическим образцом. Эти события могут указывать на предусмотренную реакцию с биологическим образцом. В некоторых вариантах осуществления съемный картридж 104 подобен интегрированному микрожидкостному картриджу 1100 (показанному на Фиг. 24) или микрожидкостному картриджу 1200 в сборе (показанному на Фиг. 25 и 26).
[0062] Хотя последующее описание приводится со ссылкой на основной прибор 102 и съемный картридж 104, показанные на Фиг. 1A, следует понимать, что основной прибор 102 и съемный картридж 104 иллюстрирует лишь один примерный вариант осуществления системы 100 и что существуют также другие варианты осуществления. Например, основной прибор 102 и съемный картридж 104 включают в себя различные компоненты и признаки, которые в совокупности выполняют ряд операций для подготовки биологического образца и/или анализа биологического образца. В проиллюстрированном варианте осуществления каждый из основного прибора 102 и съемного картриджа 104 способен выполнять определенные функции. Следует понимать, однако, что основной прибор 102 и съемный картридж 104 могут выполнять различные функции и/или могут совместно выполнять такие функции. Например, в проиллюстрированном варианте осуществления съемный картридж 104 выполнен с возможностью обнаружения предусмотренных реакций с использованием устройства визуализации. В альтернативных вариантах осуществления основной прибор 102 может включать в себя устройство визуализации. В качестве другого примера, в проиллюстрированном варианте осуществления, основной прибор 102 является «сухим» прибором, который не подает жидкостей, не принимает жидкостей и не обменивается жидкостями со съемным картриджем 104. В альтернативных вариантах осуществления основной прибор 102 может подавать, например, реагенты или другие жидкости к съемному картриджу 104, которые впоследствии потребляются (например, используются в предусмотренных реакциях) съемным картриджем 104.
[0063] Используемый здесь термин «биологический образец» может включать в себя одно или более биологических или химических веществ, таких как нуклеозиды, нуклеиновые кислоты, полинуклеотиды, олигонуклеотиды, белки, ферменты, полипептиды, антитела, антигены, лиганды, рецепторы, полисахариды, углеводы, полифосфаты, нанопоры, органеллы, липидные слои, клетки, ткани, организмы, и/или биологически активное(ые) химическое(ие) соединение(я), такие как аналоги или миметики вышеупомянутых веществ. В некоторых случаях биологический образец может включать в себя цельную кровь, лимфатическую жидкость, сыворотку крови, плазму крови, пот, слезы, слюну, мокроту, цереброспинальную жидкость, амниотическую жидкость, семенную жидкость, вагинальные выделения, серозную жидкость, синовиальную жидкость, перикардиальную жидкость, перитонеальную жидкость, плевральную жидкость, транссудаты, экссудаты, кистозную жидкость, желчь, мочу, желудочную жидкость, кишечную жидкость, фекальные образцы, жидкости, содержащие единственные или множественные клетки, жидкости, содержащие органеллы, флюидизированные (т.е. приведенные в текучее состояние) ткани, флюидизированные организмы, жидкости, содержащие многоклеточные организмы, биологические мазки и биологические смывы.
[0064] В некоторых вариантах осуществления биологический образец может включать в себя добавленный материал, такой как вода, деминерализованная вода, физиологические растворы, кислые растворы, основные растворы, растворы детергентов и/или pH буферы. Добавленный материал может также включать в себя реагенты, которые будут использоваться во время протокола предусмотренного анализа для проведения биохимических реакций. Например, добавленные жидкости могут включать в себя материал для проведения множественных циклов полимеразной цепной реакции (ПЦР) с биологическим образцом.
[0065] Следует понимать, однако, что анализируемый биологический образец может находиться в другой форме или другом состоянии, чем биологический образец, загруженный в систему 100. Например, биологический образец, загруженный в систему 100, может включать в себя цельную кровь или слюну, которая впоследствии обрабатывается (например, посредством процедур разделения или амплификации) для того, чтобы обеспечить подготовленные нуклеиновые кислоты. Подготовленные нуклеиновые кислоты могут быть затем проанализированы (например, количественно с помощью ПЦР, или секвенированы с помощью SBS) системой 100. Соответственно, когда термин «биологический образец» используется при описании первой операции, такой как ПЦР, а затем используется снова при описании последующей второй операции, такой как секвенирование, следует понимать, что биологический образец во второй операции может быть модифицированным относительно биологического образца до или во время первой операции. Например, этап секвенирования (например SBS) может быть осуществлен на нуклеиновых кислотах-ампликонах, которые были получены из матричных нуклеиновых кислот, которые были амплифицированы на предшествующем этапе амплификации (например, ПЦР). В этом случае ампликоны являются копиями матриц, и ампликоны присутствуют в большем количестве по сравнению с количеством матриц.
[0066] В некоторых вариантах осуществления система 100 может автоматически подготовить образец к биохимическому анализу на основе вещества, обеспечиваемого пользователем (например, цельной крови или слюны). Однако в других вариантах осуществления система 100 может анализировать биологические образцы, которые частично или предварительно подготовлены к анализу пользователем. Например, пользователь может обеспечить раствор, включающий нуклеиновые кислоты, которые были уже выделены и/или амплифицированы из цельной крови.
[0067] Используемый здесь термин «предусмотренная реакция» включает в себя изменение по меньшей мере одного (одной) из химических, электрических, физических или оптических свойств (или величин) интересующего аналита. В конкретных вариантах осуществления предусмотренная реакция представляет собой событие ассоциативного связывания (например, встраивания биомолекулы с флуоресцентной меткой в интересующий аналит). Предусмотренная реакция может представлять собой событие диссоциативного связывания (например, высвобождения биомолекулы с флуоресцентной меткой из интересующего аналита). Предусмотренная реакция может представлять собой химическое превращение, химическое изменение или химическое взаимодействие. Предусмотренная реакция может также представлять собой изменение электрических свойств. Например, предусмотренная реакция может представлять собой изменение концентрации ионов в растворе. Примерные реакции включают, не ограничиваясь ими, химические реакции, такие как восстановление, окисление, присоединение, отщепление, перегруппировка, эстерификация, амидирование, этерификация, циклизация или замещение; связывающие взаимодействия, в которых первое химическое вещество связывается со вторым химическим веществом; реакции диссоциации, в которых два или более химических вещества отделяются друг от друга; флюоресценцию; люминесценцию; биолюминесценцию; хемилюминесценцию; и биологические реакции, такие как репликация нуклеиновой кислоты, амплификация нуклеиновой кислоты, гибридизация нуклеиновой кислоты, лигирование (сшивание) нуклеиновой кислоты, фосфорилирование, ферментативный катализ, связывание с рецептором или связывание с лигандом. Предусмотренная реакция может также представлять собой присоединение или отсоединение протона, обнаруживаемое, например, как изменение pH окружающего раствора или окружающей среды. Дополнительной предусмотренной реакцией может быть обнаружение потока ионов через мембрану (например, природную или синтетическую двухслойную мембрану), например по мере того, как ионы проходят через мембрану, ток прерывается, и это прерывание может быть обнаружено. Также может использоваться считывание полей заряженных меток, а также тепловое считывание и другие аналитические методы считывания или измерения, известные в данной области техники.
[0068] В конкретных вариантах осуществления предусмотренная реакция включает в себя встраивание молекулы с флуоресцентной меткой в аналит. Аналит может быть олигонуклеотидом, а молекула с флуоресцентной меткой может быть нуклеотидом. Предусмотренная реакция может быть обнаружена, когда на олигонуклеотид с меченным нуклеотидом направляется возбуждающий свет, и флуорофор испускает поддающийся обнаружению (детектируемый) флуоресцентный сигнал. В альтернативных вариантах осуществления обнаруживаемая флюоресценция является результатом хемилюминесценции или биолюминесценции. Предусмотренная реакция может также увеличивать (ферстеровский) резонансный перенос энергии флюоресценции (FRET), например, за счет приведения флуорофора-донора в непосредственную близость к флуорофору-акцептору, уменьшать FRET за счет разделения флуорофоров-доноров и акцепторов, увеличивать флюоресценцию за счет отделения гасителя от флуорофора или уменьшать флюоресценцию за счет сближения гасителя и флуорофора.
[0069] Используемый здесь термин «компонент реакции» включает в себя любое вещество, которое может использоваться для того, чтобы получить предусмотренную реакцию. Например, компоненты реакции включают в себя реагенты, катализаторы, такие как ферменты, реагенты для реакции, пробы, продукты реакции, другие биомолекулы, соли, металлические кофакторы, хелатирующие агенты и растворы pH буферов (например, буфер гидрогенизации). Компоненты реакции могут быть доставлены, индивидуально в растворах или объединенными в одну или более смесей, к различным местоположениям в гидравлической сети. Например, компонент реакции может быть доставлен в реакционную камеру, где иммобилизован биологический образец. Компонент реакции может взаимодействовать непосредственно или опосредованно с биологическим образцом. В некоторых вариантах осуществления съемный картридж 104 предварительно загружен одним или более компонентами реакции, которые необходимы для осуществления предусмотренного протокола анализа. Предварительная загрузка может происходить в одном месте (например, на производственном предприятии) перед получением картриджа 104 пользователем (например, на предприятии заказчика).
[0070] В некоторых вариантах осуществления основной прибор 102 может быть выполнен с возможностью взаимодействия с одним съемным картриджем 104 за сеанс. После сеанса съемный картридж 104 может быть заменен другим съемным картриджем 104. В других вариантах осуществления основной прибор 102 может быть выполнен с возможностью взаимодействия с более чем одним съемным картриджем 104 за сеанс. Используемый здесь термин «сеанс» включает в себя выполнение по меньшей мере одного из подготовки образца и/или протокола биохимического анализа. Подготовка образца может включать в себя разделение, выделение, модификацию и/или амплификацию одного или более компонентов биологического образца с тем, чтобы подготовленный биологический образец был подходящим для анализа. В некоторых вариантах осуществления сеанс может включать в себя непрерывную активность, в ходе которой проводится некоторое число управляемых реакций до тех пор, пока (a) не будет проведено предусмотренное число реакций, (b) не будет обнаружено предусмотренное число событий, (c) не истечет предусмотренный период системного времени, (d) отношение сигнал/шум не упадет до предусмотренного порога; (e) не будет идентифицирован целевой компонент; (f) не будет обнаружен отказ или сбой системы; и/или (g) не будет исчерпан один или более ресурсов для проведения реакций. Альтернативно, сеанс может включать в себя приостановку активности системы на некоторый период времени (например, минуты, часы, дни, недели) и позднейшее завершение сеанса до тех пор, пока не произойдет по меньшей мере одно из (a)-(g).
[0071] Протокол анализа может включать в себя последовательность операций для проведения предусмотренных реакций, обнаружения предусмотренных реакций и/или анализа предусмотренных реакций. В совокупности съемный картридж 104 и основной прибор 102 могут включать в себя компоненты, которые необходимы для выполнения этих различных операций. Операции протокола анализа могут включать в себя жидкостные операции, операции терморегулирования, операции обнаружения и/или механические операции. Жидкостная операция включает в себя управление потоком текучей среды (например, жидкости или газа) через систему 100, которое может производиться основным прибором 102 и/или съемным картриджем 104. Например, жидкостная операция может включать в себя управление насосом для вызывания потока биологического образца или компонента реакции в зону обнаружения. Операция терморегулирования может включать в себя управление температурой предусмотренной части системы 100. В качестве примера, операция терморегулирования может включать в себя повышение или понижение температуры зоны полимеразной цепной реакции (ПЦР), где хранится жидкость, которая включает в себя биологический образец. Операция обнаружения может включать в себя управление активацией детектора или контроль активности детектора по обнаружению заданных свойств, величин или характеристик биологического образца. В качестве одного примера, операция обнаружения может включать в себя захват изображения предусмотренной области, которая включает в себя биологический образец, для обнаружения флуоресцентного излучения из предусмотренной области. Операция обнаружения может включать в себя управление источником света для освещения биологического образца или управление детектором для наблюдения за биологическим образцом. Механическая операция может включать в себя управление движением или положением предусмотренного компонента. Например, механическая операция может включать в себя управление двигателем для перемещения управляющего клапаном компонента в основном приборе 102, который функционально взаимодействует с поворотным клапаном в съемном картридже 104. В некоторых случаях может одновременно происходить некоторое сочетание различных операций. Например, детектор может захватывать изображения зоны обнаружения в то время, как насос управляет потоком текучей среды через зону обнаружения. В некоторых случаях могут происходить одновременно различные операции, направленные на разные биологические образцы. Например, первый биологический образец может подвергаться амплификации (например, ПЦР), в то время как второй биологический образец может подвергаться обнаружению.
[0072] Используемый здесь термин «жидкость» означает вещество, которое является относительно несжимаемым и обладает способностью течь и принимать форму контейнера или канала, который удерживает это вещество. Жидкость может быть жидкостью на водной основе и может включать в себя полярные молекулы, создающие поверхностное натяжение, которое удерживает жидкость. Жидкость может также включать в себя неполярные молекулы, например в веществе на масляной основе или неводном веществе. Понятно, что ссылки на жидкость в настоящей заявке могут включать в себя жидкость, которая была образована из сочетания двух или более жидкостей. Например, отдельные растворы реагентов могут быть позднее объединены для проведения предусмотренных реакций.
[0073] Съемный картридж 104 выполнен с возможностью съемно взаимодействовать или разъемно соединяться с основным прибором 102. В данном контексте, когда термины «съемно взаимодействующий» или «разъемно соединенный» (и т.п.) используются для описания взаимоотношения между съемным картриджем и основным прибором, эти термины подразумеваются означающими, что соединение между съемным картриджем и основным прибором является легкоразъемным без разрушения основного прибора. Соответственно, съемный картридж может быть разъемно присоединен к основному прибору электрически таким образом, что электрические контакты основного прибора не разрушаются. Съемный картридж может быть разъемно присоединен к основному прибору механически таким образом, что детали основного прибора, удерживающие съемный картридж, не разрушаются. Съемный картридж может быть разъемно присоединен к основному прибору гидравлически таким образом, что отверстия основного прибора не разрушаются. Основной прибор не рассматривается как «разрушенный», если требуется, например, только простая настройка компонента (например, повторное выставление) или простая замена (например, замена сопла). Компоненты (например, съемный картридж 104 и основной прибор 102) могут быть легкоразъемными, когда эти компоненты могут быть отделены друг от друга без чрезмерных усилий или значительного количества времени, затрачиваемых на разделение компонентов. В некоторых вариантах осуществления съемный картридж 104 и основной прибор 102 могут быть легкоразъемными без разрушения съемного картриджа 104 или основного прибора 102.
[0074] В некоторых вариантах осуществления съемный картридж 104 может быть необратимо модифицирован или частично поврежден во время сеанса работы с основным прибором 102. Например, контейнеры, содержащие жидкости, могут включать в себя покрытия из фольги, которые прокалываются для того, чтобы позволить жидкости течь через систему 100. В таких вариантах осуществления покрытия из фольги могут быть повреждены таким образом, что может быть необходимым заменять поврежденный контейнер другим контейнером. В конкретных вариантах осуществления съемный картридж 104 является одноразовым картриджем, так что съемный картридж 104 может быть заменен и, необязательно, выброшен после однократного использования.
[0075] В других вариантах осуществления съемный картридж 104 может использоваться для более чем одного сеанса работы, будучи соединенным с основным прибором 102, и/или может быть удален из основного прибора 102, перезагружен реагентами и повторно присоединен к основному прибору 102 для того, чтобы провести дополнительные предусмотренные реакции. Соответственно, съемный картридж 104 может быть в некоторых случаях восстановлен, так что один и тот же съемный картридж 104 может использоваться с различными расходными материалами (например, компонентами реакции и биологическими образцами). Восстановление может быть выполнено на производственном предприятии после того, как картридж был снят с основного прибора, расположенного на предприятии заказчика.
[0076] Как показано на Фиг. 1A, съемный картридж 104 включает в себя гидравлическую сеть 106, которая может удерживать и направлять через себя текучие среды (например, жидкости или газы). Гидравлическая сеть 106 включает в себя множество взаимосвязанных гидравлических элементов, которые способны хранить текучую среду и/или позволять текучей среде течь через них. Неограничивающие примеры гидравлических элементов включают в себя каналы, отверстия каналов, полости, модули хранения, резервуары модулей хранения, реакционные камеры, резервуары для отходов, камеры обнаружения, многоцелевые камеры для реакции и обнаружения и т.п. Гидравлические элементы могут быть гидравлически связаны друг с другом предусмотренным образом так, чтобы система 100 была способна выполнять подготовку и/или анализ образца.
[0077] Используемый здесь термин «гидравлически связаны» (или подобный ему термин) относится к двум пространственным областям, соединенным вместе таким образом, что жидкость или газ могут быть направлены между двумя этими пространственными областями. В некоторых случаях гидравлическая связь позволяет направлять текучую среду взад и вперед между этими двумя пространственными областями. В других случаях гидравлическая связь является однонаправленной, так что есть только одно направление течения между этими двумя пространственными областями. Например, резервуар для анализа может быть гидравлически связан с каналом таким образом, что жидкость может быть перенесена в этот канал из резервуара для анализа. Однако в некоторых вариантах осуществления может оказаться невозможным направлять текучую среду по каналу обратно в резервуар для анализа. В конкретных вариантах осуществления гидравлическая сеть 106 выполнена с возможностью приема биологического образца и направления этого биологического образца на подготовку образца и/или анализ образца. Гидравлическая сеть 106 может направлять биологический образец и другие компоненты реакции в резервуар для отходов.
[0078] Один или более вариантов осуществления могут включать в себя удерживание биологического образца (например, матричной нуклеиновой кислоты) в предусмотренном месте, где биологический образец анализируется. Используемый здесь термин «удерживаемый», когда он используется применительно к биологическому образцу, включает в себя по существу прикрепление биологического образца к поверхности или заключение биологического образца внутри предусмотренного пространства. Используемый здесь термин «иммобилизованный», когда он используется применительно к биологическому образцу, включает в себя по существу прикрепление биологического образца к поверхности в или на твердой подложке. Иммобилизация может включать в себя прикрепление биологического образца к поверхности на молекулярном уровне. Например, биологический образец может быть иммобилизован к поверхности субстрата с использованием адсорбционных методов, включая нековалентные взаимодействия (например электростатические силы, силы Ван-дер-Ваальса и дегидратацию гидрофобных поверхностей раздела), а также методов ковалентного связывания, где функциональные группы или линкеры облегчают прикрепление биологического образца к поверхности. Иммобилизация биологического образца на поверхности субстрата может быть основана на свойствах поверхности субстрата, жидкой среды, являющейся носителем биологического образца, а также на свойствах самого биологического образца. В некоторых случаях поверхность субстрата может быть функционализирована (например, химически или физически модифицирована) для того, чтобы облегчить иммобилизацию биологического образца на поверхности субстрата. Поверхность субстрата может быть сначала модифицирована для того, чтобы функциональные группы связались с поверхностью. Затем эти функциональные группы могут связываться с биологическим образцом для иммобилизации на себе биологического образца. В некоторых случаях биологический образец может быть иммобилизован на поверхности посредством геля, например, как описано в патентных публикациях США № 2011/0059865 A1 и № 2014/0079923 A1, каждая из которых включена сюда посредством ссылки во всей своей полноте.
[0079] В некоторых вариантах осуществления нуклеиновые кислоты могут быть иммобилизованы на поверхности и амплифицированы с использованием мостиковой амплификации. Полезные способы мостиковой амплификации описываются, например, в патенте США № 5641658; WO 07/010251, патенте США № 6090592; патентной публикации США № 2002/0055100 A1; патенте США № 7115400; патентной публикации США № 2004/0096853 A1; патентной публикации США № 2004/0002090 A1; патентной публикации США № 2007/0128624 A1; и патентной публикации США № 2008/0009420 A1, все из которых включены сюда посредством ссылки во всей своей полноте. Другим полезным способом амплификации нуклеиновых кислот на поверхности является амплификация по типу катящегося кольца (RCA), например, с использованием способов, более подробно изложенных ниже. В некоторых вариантах осуществления нуклеиновые кислоты могут быть присоединены к поверхности и амплифицированы с использованием одной или более пар праймеров. Например, один из праймеров может находиться в растворе, а другой праймер может быть иммобилизован на поверхности (например, присоединен 5'-концом). В качестве примера, молекула нуклеиновой кислоты может гибридизироваться с одним из праймеров на поверхности с последующим удлинением иммобилизованного праймера с получением первой копии нуклеиновой кислоты. Затем праймер в растворе гибридизируется к первой копии нуклеиновой кислоты, которая может быть удлинена с использованием первой копии нуклеиновой кислоты в качестве матрицы. Необязательно, после создания первой копии нуклеиновой кислоты первоначальная молекула нуклеиновой кислоты может гибридизироваться ко второму иммобилизованному праймеру на поверхности и может быть удлинена в то же самое время или после того, как удлинен находящийся в растворе праймер. В любом варианте осуществления повторяемые раунды удлинения (например, амплификации), использующие иммобилизованный праймер и находящегося в растворе праймер, обеспечивают множественные копии нуклеиновой кислоты. В некоторых вариантах осуществления биологический образец может быть заключен внутри заданного пространства вместе с компонентами реакции, которые выполнены с возможностью их использования во время амплификации биологического образца (например, ПЦР).
[0080] В проиллюстрированном варианте осуществления съемный картридж 104 включает в себя корпус 110 картриджа, имеющий множество сторон 111-114 корпуса. Стороны 111-114 корпуса включают в себя нестыковочные стороны 111-113 и стыковочную сторону 114. Стыковочная сторона 114 выполнена с возможностью взаимодействия с основным прибором 102. В проиллюстрированном варианте осуществления корпус 110 картриджа образует по существу единую структуру. В альтернативных вариантах осуществления корпус 110 картриджа может состоять из одного или более субкомпонентов, которые объединяются пользователем системы 100. Эти субкомпоненты могут быть объединены до того, как съемный картридж 104 разъемно присоединяется к основному прибору 102, или после того, как один из субкомпонентов разъемно присоединен к основному прибору 102. Например, модуль 150 хранения может удерживаться первым подкорпусом (не показан), а остальная часть съемного картриджа 104 (например, гидравлическая сеть и устройство визуализации) может входить во второй подкорпус (не показан). Первые и вторые подкорпуса могут быть объединены с образованием корпуса 110 картриджа.
[0081] Гидравлическая сеть 106 удерживается корпусом 110 картриджа и включает в себя множество отверстий 116 для образца, выходящих на нестыковочную сторону 112. В альтернативных вариантах осуществления отверстия 116 для образца могут быть расположены вдоль нестыковочных сторон 111 или 113 или могут быть расположены вдоль стыковочной стороны 114. Каждое из отверстий 116 для образца выполнено с возможностью приема биологического образца. Лишь в качестве примера, биологический образец может быть цельной кровью или слюной. В некоторых вариантах осуществления биологический образец может быть нуклеиновыми кислотами и другими материалами (например, реагентами, буферами и т.д.) для проведения ПЦР. Хотя на Фиг. 1A показаны три отверстия 116 для образца, варианты осуществления могут включать в себя только одно отверстие для образца, два отверстия для образца или более трех отверстий для образца.
[0082] Гидравлическая сеть 106 также включает в себя обеспечивающее гидравлическую связь отверстие 118, которое выходит на стыковочную сторону 114 и открыто наружу корпуса 110 картриджа. Обеспечивающее гидравлическую связь отверстие 118 предназначено для гидравлического соединения с системным насосом 119 основного прибора 102. Обеспечивающее гидравлическую связь отверстие 118 находится в проточном сообщении с каналом 133 насоса, который является частью гидравлической сети 106. Во время работы системы 100 системный насос 119 выполнен с возможностью обеспечения отрицательного давления для вызывания потока текучей среды через канал 133 насоса и через остальную часть гидравлической сети 106. Например, системный насос 119 может вызывать поток биологического образца от отверстия 116 для образца к области 132 подготовки образца, в которой биологический образец может быть подготовлен к последующему анализу. Системный насос 119 может вызывать поток биологического образца из области 132 подготовки образца к реакционной камере 126, в которой проводятся операции обнаружения для получения данных (например, данных изображения) о биологическом образце. Системный насос 119 может также вызывать поток текучей среды из резервуаров 151, 152 модуля 150 хранения в реакционную камеру 126. После того, как операции обнаружения проведены, системный насос 119 может вызывать поток текучей среды в резервуар 128 для отходов.
[0083] В дополнение к гидравлической сети 106, съемный картридж 104 может включать в себя один или более механических интерфейсов 117, которыми может управлять основной прибор 102. Например, съемный картридж 104 может включать в себя клапанный узел 120, имеющий множество клапанов 121-123 управления потоком, которые функционально соединены с гидравлической сетью 106. Каждый из клапанов 121-123 управления потоком может предоставлять механический интерфейс 117, которым управляет основной прибор 102. Например, клапана 121-123 управления потоком могут выборочно приводиться в действие или управляться основным прибором 102, в сочетании с выборочным приведением в действие системного насоса 119 для того, чтобы управлять потоком текучей среды внутри гидравлической сети 106.
[0084] Например, в проиллюстрированном варианте осуществления гидравлическая сеть 106 включает в себя канал 131 для образца, который расположен непосредственно за отверстиями 116 для образца и находится с ними в проточном сообщении. На Фиг. 1A показан только один канал 131 для образца, но альтернативные варианты осуществления могут включать в себя множество каналов 131 для образца. Канал 131 для образца может включать в себя область 132 подготовки образца. Клапанный узел 120 включает в себя пару клапанов 121, 122 канала. Клапаны 121, 122 канала могут выборочно приводиться в действие основным прибором 102 для того, чтобы препятствовать или блокировать поток текучей среды через канал 131 для образца. В конкретных вариантах осуществления клапаны 121, 122 канала могут быть приведены в действие с образованием уплотнения, которое удерживает предусмотренный объем жидкости внутри области 132 подготовки образца канала 131 для образца. Предусмотренный объем внутри области 132 подготовки образца может включать в себя биологический образец.
[0085] Клапанный узел 120 может также включать в себя подвижный клапан 123. Подвижный клапан 123 может быть подобен узлу 1410 поворотного клапана (показанному на Фиг. 27A и 27B). Подвижный клапан 123 имеет корпус 138 клапана, который может включать в себя по меньшей мере один проточный канал 140, проходящий между соответствующими отверстиями. Корпус 138 клапана способен перемещаться между различными положениями для того, чтобы совмещать отверстия с соответствующими отверстиями гидравлической сети 106. Например, положение подвижного клапана 123 может определять тип текучей среды, которая течет в реакционную камеру 126. В первом положении подвижный клапан 123 может совмещаться с соответствующим отверстием канала 131 для образца с тем, чтобы подать биологический образец в реакционную камеру 126. Во втором положении подвижный клапан 123 может совмещаться с одним или более соответствующими отверстиями каналов 161, 162 резервуара, которые находятся в проточном сообщении соответственно с резервуарами 151, 152 модуля 150 хранения. Каждый резервуар 151, 152 выполнен с возможностью хранения компонента реакции, который может использоваться для проведения предусмотренных реакций. Каналы 161, 162 резервуара располагаются соответственно ниже по потоку от резервуаров 151, 152 и находятся в проточном сообщении с ними. В некоторых вариантах осуществления подвижный клапан 123 может перемещаться, отдельно, в различные положения для того, чтобы совмещаться с соответствующими отверстиями каналов резервуара.
[0086] В проиллюстрированном варианте осуществления подвижный клапан 123 является поворотным клапаном, который выполнен с возможностью поворота вокруг оси 142. Соответственно, подвижный клапан 123 в дальнейшем упоминается как поворотный клапан 123. Однако следует понимать, что альтернативные варианты осуществления могут включать в себя подвижные клапаны, которые не поворачиваются в различные положения. В таких вариантах осуществления подвижный клапан может скользить в одном или более линейных направлениях для того, чтобы совмещать соответствующие отверстия. Указанные здесь поворотные клапаны и клапаны линейного перемещения могут быть подобны устройствам, описанным в международной заявке № PCT/US2013/032309, поданной 15 марта 2013 г., которая включена сюда посредством ссылки во всей ее полноте.
[0087] В некоторых вариантах осуществления биологический образец освещается источником 158 света основного прибора 102. Альтернативно, источник 158 света может быть встроен в съемный картридж 104. Например, биологический образец может включать в себя один или более флуорофоров, которые обеспечивают световое излучение при их возбуждении светом с подходящей длиной волны. В проиллюстрированном варианте осуществления съемный картридж 104 имеет оптический путь 154. Оптический путь 154 предназначен предоставлять возможность осветительному свету 156 от источника 158 света основного прибора 102 падать на биологический образец внутри реакционной камеры 126. Таким образом, реакционная камера может иметь одну или более оптически прозрачных сторон или окон. Оптический путь 154 может включать в себя один или более оптических элементов, таких как линзы, отражатели, оптоволоконные линии и т.п., которые активно направляют осветительный свет 156 к реакционной камере 126. В одном примерном варианте осуществления источник 158 света может быть светоизлучающим диодом (СИД). Однако в альтернативных вариантах осуществления источник 158 света может включать в себя другие типы светогенерирующих устройств, таких как лазеры или лампы.
[0088] В некоторых вариантах осуществления узел 108 обнаружения включает в себя детектор 109 изображения и реакционную камеру 126. Детектор 109 изображения выполнен с возможностью обнаружения предусмотренных реакций внутри реакционной камеры 126. Детектор 109 изображения может быть подобен КМОП-датчику 262 изображения (показанному на Фиг. 40). В некоторых вариантах осуществления детектор 109 изображения может быть позиционирован относительно реакционной камеры 126 так, чтобы обнаруживать световые сигналы (например, поглощение, отражение/преломление или испускание света) из реакционной камеры 126. Детектор 109 изображения может включать в себя одно или более устройств визуализации, таких как камера на приборах с зарядовой связью (ПЗС) или формирователь изображений на комплементарных структурах металл-оксид-полупроводник (КМОП). В некоторых вариантах осуществления детектор 109 изображения может обнаруживать световые сигналы, которые испускаются за счет хемилюминесценции. В других вариантах осуществления узел 108 обнаружения может быть не ограничен приложениями визуализации. Например, узел 108 обнаружения может представлять собой один или более электродов, которые регистрируют электрическое свойство жидкости.
[0089] Как указано здесь, основной прибор 102 выполнен с возможностью функционально взаимодействовать со съемным картриджем 104 и управлять различными операциями внутри съемного картриджа 104 для того, чтобы провести предусмотренные реакции и/или получить данные о биологическом образце. С этой целью стыковочная сторона 114 выполнена с возможностью разрешать или позволять основному прибору 102 управлять работой одного или более компонентов съемного картриджа 104. Например, стыковочная сторона 114 может включать в себя множество отверстий 171-173 доступа, которые позволяют основному прибору 102 управлять клапанами 121-123. Стыковочная сторона 114 может также включать в себя отверстие 174 доступа, выполненное с возможностью приема термоблока 206 основного прибора 102. Отверстие 174 доступа проходит вдоль канала 131 для образца. Как показано, отверстия 171-174 доступа выходят на стыковочную сторону 114.
[0090] Основной прибор 102 имеет управляющую сторону 202, выполненную с возможностью разъемно соединяться со стыковочной стороной 114 съемного картриджа 104. Стыковочная сторона 114 съемного картриджа 104 и управляющая сторона 202 основного прибора 102 могут совместно образовывать системный интерфейс 204. Системный интерфейс 204 представляет общую границу между съемным картриджем 104 и основным прибором 102, по которой основной прибор 102 и съемный картридж 104 функционально взаимодействуют. Более конкретно, основной прибор 102 и съемный картридж 104 функционально состыкованы вдоль системного интерфейса 204 таким образом, что основной прибор 102 может управлять различными элементами съемного картриджа 104 через стыковочную сторону 114. Например, основной прибор 102 может иметь один или более управляемых компонентов, которые управляют соответствующими компонентами съемного картриджа 104.
[0091] В некоторых вариантах осуществления основной прибор 102 и съемный картридж 104 функционально состыкованы таким образом, что основной прибор 102 и съемный картридж 104 крепятся друг к другу на системном интерфейсе 204 с установлением по меньшей мере одной из электрической связи, тепловой связи, оптической связи, клапанной связи или гидравлической связи через системный интерфейс 204. В проиллюстрированном варианте осуществления основной прибор 102 и съемный картридж 104 выполнены с возможностью наличия электрической связи, тепловой связи, клапанной связи и оптической связи. Более конкретно, посредством электрической связи основной прибор 102 и съемный картридж 104 могут обмениваться данными и/или электроэнергией. Посредством тепловой связи основной прибор 102 и съемный картридж 104 могут передавать друг другу и/или друг от друга тепловую энергию, а посредством оптической связи основной прибор 102 и съемный картридж 104 могут обмениваться световыми сигналами (например осветительным светом).
[0092] В проиллюстрированном варианте осуществления системный интерфейс 204 является односторонним интерфейсом 204. Например, управляющая сторона 202 и стыковочная сторона 114 являются в целом плоскими и обращенными в противоположных направлениях. Системный интерфейс 204 является односторонним, так что съемный картридж 104 и основной прибор 102 функционально связаны друг с другом только посредством стыковочной стороны 114 и управляющей стороны 202. В альтернативных вариантах осуществления системный интерфейс может быть многосторонним интерфейсом. Например, по меньшей мере 2, 3, 4 или 5 сторон съемного картриджа могут быть стыковочными сторонами, которые выполнены с возможностью соединения с основным прибором. Эти множественные стороны могут быть плоскими и могут быть расположены ортогонально или противоположно друг другу (например, окружая весь прямоугольный объем или его часть).
[0093] Для того, чтобы управлять операциями съемного картриджа 104, основной прибор 102 может включать в себя приводы 211-213 клапана, которые выполнены с возможностью функционально взаимодействовать с клапанами 121-123 управления потоком, термоблок 206, который выполнен с возможностью подвода и/или отвода тепловой энергии в/из области 132 подготовки образца, а также контактный набор 208 электрических контактов 209. Основной прибор 102 может также включать в себя источник 158 света, расположенный вдоль управляющей стороны 202. Основной прибор 102 может также включать в себя системный насос 119 с расположенным вдоль управляющей стороны 202 управляющим отверстием 210.
[0094] Система 100 может также включать в себя запирающий механизм 176. В проиллюстрированном варианте осуществления запирающий механизм 176 включает в себя поворотную задвижку 177, выполненную с возможностью зацепления за зацепляющий задвижку элемент 178 съемного картриджа 104. Альтернативно, съемный картридж 104 может включать в себя поворотную задвижку 177, а основной прибор 102 может включать в себя зацепляющий задвижку элемент 178. Когда съемный картридж 104 устанавливается в основной прибор 102, задвижку 177 можно повернуть и завести за зацепляющий задвижку элемент 176. Кулачковый эффект, создаваемый запирающим механизмом 176, может толкать или приводить съемный картридж 104 к основному прибору 102 для закрепления съемного картриджа 104 на нем.
[0095] Основной прибор 102 может включать в себя пользовательский интерфейс 125, который выполнен с возможностью приема ввода пользователя для проведения предусмотренного протокола анализа и/или выполнен с возможностью сообщения пользователю информации об этом анализе. Пользовательский интерфейс 125 может быть встроен в основной прибор 102. Например, пользовательский интерфейс 125 может включать в себя сенсорный экран, присоединенный к корпусу основного прибора 102 и выполненный с возможностью идентификации касания пользователя и локализации этого касания относительно информации, отображаемой на сенсорном экране. Альтернативно, пользовательский интерфейс 125 может быть расположен удаленно по отношению к основному прибору 102.
[0096] Основной прибор 102 может также включать в себя системный контроллер 220, который выполнен с возможностью управления работой по меньшей мере одного из приводов 211-213 клапана, термоблока 206, контактного набора 208, источника 158 света или системного насоса 119. Системный контроллер 220 иллюстрируется концептуально как совокупность электронных модулей, но может быть реализован с использованием любого сочетания плат со специализированными аппаратными средствами, процессоров, процессоров цифровых сигналов (DSP) и т.д. Альтернативно, системный контроллер 220 может быть реализован с использованием серийного персонального компьютера (ПК) с единственным процессором или множественными процессорами, с распределенными между этими процессорами функциональными операциями. В качестве дополнительной возможности, описанные ниже электронные модули могут быть реализованы с использованием гибридной конфигурации, в которой некоторые модульные функции выполняются с использованием специализированных аппаратных средств, в то время как остальные модульные функции выполняются с использованием серийного ПК, и т.п.
[0097] Системный контроллер 220 может включать в себя множество электронных модулей 221-224, выполненных с возможностью управления работой определенных компонентов основного прибора 102 и/или съемного картриджа 104. Например, электронный модуль 221 может быть модулем 221 управления потоками, выполненным с возможностью управления потоком текучих сред через гидравлическую сеть 106. Модуль 221 управления потоками может быть функционально связан с приводами 211-213 клапана и с системным насосом 119. Модуль 221 управления потоками может выборочно приводить в действие приводы 211-213 клапана и системный насос 119 для создания потока жидкости через один или более путей и/или для блокирования потока жидкости через один или более путей.
[0098] Лишь в качестве примера, привод 213 клапана может вращательно взаимодействовать с поворотным клапаном 123. Привод 213 клапана может включать в себя вращающийся двигатель 214, выполненный с возможностью приводить в движение (например, вращать) привод 213 клапана. Модуль 221 управления потоками может приводить в действие привод 213 клапана для того, чтобы переместить поворотный клапан 123 в первое угловое положение. При поворотном клапане 123 в первом угловом положении модуль 221 управления потоками может приводить в действие системный насос 219, вытягивая тем самым биологический образец из области 132 подготовки образца в реакционную камеру 126. Модуль 221 управления потоками может приводить в действие привод 213 клапана для того, чтобы переместить поворотный клапан 123 во второе угловое положение. При поворотном клапане 123 во втором угловом положении модуль 221 управления потоками может приводить в действие системный насос 219, вытягивая тем самым один или более компонентов реакции из соответствующего(их) резервуара(ов) в реакционную камеру 126. В некоторых вариантах осуществления системный насос 219 может быть выполнен с возможностью обеспечения положительного давления с тем, чтобы текучая среда активно перекачивалась в противоположном направлении. Такие операции можно использовать для добавления множественных жидкостей в общий резервуар, смешивая тем самым жидкости внутри этого резервуара. Соответственно, обеспечивающее гидравлическую связь отверстие 118 может позволять текучей среде (например, газу) выходить из корпуса 110 картриджа или может принимать текучую среду в корпус 110 картриджа.
[0099] Системный контроллер 220 может также включать в себя модуль 222 терморегуляции. Модуль 222 терморегуляции может управлять термоблоком 206 для того, чтобы подводить и/или отводить тепловую энергию в/из области 132 подготовки образца. В одном конкретном примере термоблок 206 может увеличивать и/или уменьшать температуру, воздействию которой подвергается биологический образец внутри канала 131 для образца, в соответствии с протоколом ПЦР. Хотя это и не показано, система 100 может включать в себя дополнительные тепловые устройства, которые располагаются смежно с областью 132 подготовки образца. Например, съемный картридж 104 может включать в себя тепловое устройство, подобное нагревателю 1412 гибкой ПП (показанному на Фиг. 27A и 27B).
[00100] Системный контроллер 220 может также включать в себя модуль 223 обнаружения, выполненный с возможностью управления узлом 108 обнаружения для получения данных о биологическом образце. Модуль 223 обнаружения может управлять работой узла 108 обнаружения через контактный набор 208. Например, узел 108 обнаружения может быть соединен с возможностью связи с контактным набором 194 электрических контактов 196 вдоль стыковочной стороны 114. В некотором варианте осуществления электрические контакты 196 могут быть гибкими контактами (например, контактами пого или контактными стержнями), которые способны перепозиционироваться к и от стыковочной стороны 114. Электрические контакты 196 доступны снаружи корпуса картриджа и электрически соединены с узлом 108 обнаружения. Электрические контакты 196 могут называться контактами ввода-вывода (I/O). Когда основной прибор 102 и съемный картридж 104 функционально состыкованы, модуль 223 обнаружения может управлять узлом 108 обнаружения для того, чтобы получать данные в заданные моменты времени или в течение заданных интервалов времени. В качестве примера, модуль 223 обнаружения может управлять узлом 108 обнаружения для захвата изображения реакционной камеры 126, когда биологический образец имеет присоединенный к нему флуорофор. Может быть получено некоторое число изображений.
[00101] Необязательно, системный контроллер 220 включает в себя модуль 224 анализа, выполненный с возможностью анализа данных для выдачи по меньшей мере частичных результатов пользователю системы 100. Например, модуль 224 анализа может анализировать данные визуализации, обеспечиваемые детектором 109 изображения. Этот анализ может включать в себя идентификацию последовательности нуклеиновых кислот биологического образца.
[00102] Системный контроллер 220 и/или электронные модули 221-224 могут включать в себя одно или более логических устройств, включая один или более микроконтроллеров, процессоров, компьютеров с сокращенным набором команд (RISC), специализированных интегральных схем (ASIC), программируемых пользователем вентильных матриц (FPGA), логических схем, а также любых других схем, способных выполнять описанные здесь функции. В одном примерном варианте осуществления системный контроллер 220 и/или электронные модули 221-224 выполняют набор команд, которые хранятся в них, для того, чтобы выполнить один или более протоколов анализа. Запоминающие элементы могут быть в виде источников информации или элементов физической памяти внутри основного прибора 102 и/или съемного картриджа 104. Протоколы, выполняемые аналитической системой 100, могут предназначаться для осуществления, например, количественного анализа ДНК или РНК, анализа белков, секвенирования ДНК (например, секвенирования путем синтеза (SBS)), подготовки образца и/или подготовки библиотек фрагментов для секвенирования.
[00103] Набор команд может включать в себя различные команды, которые инструктируют систему 100 выполнять конкретные операции, такие как способы и процессы различных описанных здесь вариантов осуществления. Набор команд может в виде программы системы программного обеспечения. Используемые здесь термины «программное обеспечение» и «встроенное программное обеспечение» являются взаимозаменяемыми и включают в себя любую компьютерную программу, сохраненную в памяти для исполнения компьютером, включая оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ), электронно-стираемое ППЗУ и энергонезависимое ОЗУ (энергонезависимую память с произвольным доступом, NVRAM). Вышеупомянутые типы памяти являются всего лишь примеры, а значит, не ограничивают типы памяти, пригодной для хранения компьютерной программы.
[00104] Программное обеспечение может быть в различных формах, таких как системное программное обеспечение или прикладное программное обеспечение. Кроме того, программное обеспечение может иметь форму набора отдельных программ, или программного модуля внутри более крупной программы, или части программного модуля. Программное обеспечение может также включать в себя модульное программирование в виде объектно-ориентированного программирования. После получения данных обнаружения эти данные обнаружения могут быть обработаны системой 100 автоматически, могут быть обработаны в ответ на ввод данных пользователем, или могут быть обработаны в ответ на запрос, сделанный другой машиной обработки информации (например, удаленный запрос по каналу связи).
[00105] Системный контроллер 220 может быть соединен с другими компонентами или подсистемами системы 100 через каналы связи, которые могут быть проводными или беспроводными. Системный контроллер 220 может также быть соединен с возможностью связи с внешними системами или серверами. Системный контроллер 220 может получать ввод данных или команд пользователем от пользовательского интерфейса (не показан). Пользовательский интерфейс может включать в себя клавиатуру, мышь, панель с сенсорным экраном и/или систему распознавания речи, и т.п.
[00106] Системный контроллер 220 может служить для обеспечения возможностей обработки, таких как хранение, интерпретация и/или исполнение команд программного обеспечения, а также управление всей работой системы 100. Системный контроллер 220 может быть выполнен и запрограммирован с возможностью управления данными и/или особенностями энергоснабжения различных компонентов. Хотя системный контроллер 220 представлен на Фиг. 1A как единая конструкция, следует понимать, что системный контроллер 220 может включать в себя множественные отдельные компоненты (например, процессоры), которые распределены по системе 100 в различных местах. В некоторых вариантах осуществления один или более компонентов могут быть интегрированы с основным прибором, и один или более компонентов могут быть расположены удаленно относительно основного прибора.
[00107] Фиг. 1B представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ 180 проведения предусмотренных реакций для по меньшей мере одного из подготовки образца или анализа образца. В конкретных вариантах осуществления способ 180 может включать в себя секвенирование нуклеиновых кислот. Способ 180 может использовать структуры или аспекты различных вариантов осуществления (например, системы и/или способы), обсужденные здесь. В различных вариантах осуществления некоторые этапы могут быть исключены или добавлены, некоторые этапы могут быть объединены, некоторые этапы могут выполняться одновременно, некоторые этапы могут выполняться параллельно, некоторые этапы могут быть разбиты на множественные этапы, некоторые этапы могут выполняться в ином порядке, или некоторые этапы или последовательности этапов могут выполняться повторно итерационным образом.
[00108] Например, способ 180 может включать в себя обеспечение на этапе 182 съемного картриджа с корпусом картриджа. Съемный картридж может включать в себя гидравлическую сеть, расположенную внутри корпуса картриджа. Съемный картридж может также включать в себя клапан управления потоком, который функционально связан с гидравлической сетью и подвижен относительно гидравлической сети. Клапан управления потоком может быть, например, клапаном канала или подвижным клапаном, таким как поворотный клапан. Корпус картриджа включает в себя сторону корпуса, которая определяет внешний вид съемного картриджа.
[00109] Способ 180 может также включать в себя установку на этапе 184 съемного картриджа на основной прибор (например, приведение их в контакт друг с другом). Сторона корпуса съемного картриджа может разъемно соединяться с управляющей стороной основного прибора, совместно образуя системный интерфейс. Основной прибор включает в себя привод клапана, который взаимодействует с клапаном управления потоком через системный интерфейс. Например, привод клапана может включать в себя удлиненное тело, которое проходит через управляющую сторону и вставляется в отверстие для доступа вдоль стороны корпуса съемного картриджа. Необязательно, привод клапана напрямую взаимодействует с частью клапана управления потоком.
[00110] На этапе 186 один или более биологических образцов могут быть приняты съемным картриджем. Например, пользователь может использовать пипеточный дозатор для введения биологического(их) образца(ов) в отверстия для образца, которые находятся в проточном сообщении с гидравлической сетью. Прием на этапе 186 может происходить до или после приведения в контакт на этапе 184. Способ 180 может включать в себя гидравлическое направление на этапе 188 биологического образца с протеканием через гидравлическую сеть съемного картриджа для проведения по меньшей мере одного из анализа образца или подготовки образца в картридже. Например, биологический образец может быть направлен в область подготовки образца гидравлической сети, причем потоком биологического образца управляют под действием привода клапана на клапане управления потоком. Биологический образец может претерпевать процесс амплификации, такой как ПЦР, пока этот биологический образец герметизирован внутри области подготовки образца. В качестве другого примера, биологический образец может быть направлен затекать в реакционную камеру, причем потоком биологического образца управляют под действием привода клапана на клапане управления потоком.
[00111] Необязательно, на этапе 190 способ 180 включает в себя обнаружение биологического образца с использованием детектора изображения, направленного на реакционную камеру. Узел обнаружения может удерживаться по меньшей мере одним из съемного картриджа или основного прибора. Например, узел обнаружения может быть встроен внутрь съемного картриджа. Основной прибор может электрически соединяться с узлом обнаружения для управления работой узла обнаружения. Необязательно, гидравлическое направление биологического образца на этапе 186 и/или получение изображения (визуализация) биологического образца на этапе 190 могут повторяться многократно в соответствии с заданным расписанием или последовательностью.
[00112] В некоторых вариантах осуществления способ 180 включает в себя удаление на этапе 192 съемного картриджа из основного прибора. После того, как протокол анализа завершен, съемный картридж может быть удален из основного прибора. В некоторых случаях съемный картридж может быть перезаправлен или восстановлен. Например, съемный картридж может быть очищен от загрязнений и/или стерилизован, и использованный модуль хранения может быть заменен новым модулем хранения. Способ 180 может затем вернуться к этапу 182, на котором берут другой съемный картридж, и устанавливают его на этапе 184 на тот же самый основной прибор. Аналогично первому съемному картриджу, сторона корпуса второго съемного картриджа может разъемно состыковываться с управляющей стороной основного прибора, совместно образуя системный интерфейс.
[00113] Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение системы 300, выполненной с возможностью проведения по меньшей мере одного из биохимического анализа или подготовки образца. Система 300 может включать в себя признаки, идентичные или подобные признакам системы 100 (Фиг. 1A). Например, система 300 включает в себя основной прибор 302 и съемный картридж 304, выполненный с возможностью разъемно состыковываться с основным прибором 302. Основной прибор 302 и съемный картридж 304 могут иметь аналогичные признаки, как и у основного прибора 102 и съемного картриджа 104 соответственно (показанных на Фиг. 1A). Как показано на Фиг. 2, основной прибор 302 имеет корпус 303 прибора, который включает в себя сторону 306 прибора и выходящее на эту сторону 306 прибора гнездо 308 приема картриджа. В некоторых вариантах осуществления сторона 306 прибора может представлять собой верх основного прибора 302 с учетом силы тяжести и частично формировать внешний вид корпуса 303 прибора. В проиллюстрированном варианте осуществления гнездо 308 приема картриджа образовано внутренними установочными или управляющими сторонами 311-313 корпуса 303 прибора. Управляющие стороны 311 и 313 находятся напротив друг друга, а управляющая сторона 312 проходит между управляющими сторонами 311, 313. Управляющая сторона 312 может быть обращена к проему 316 гнезда 308 приема картриджа.
[00114] Съемный картридж 304 выполнен с такими размерами и формой, чтобы располагаться внутри гнезда 308 приема картриджа и функционально взаимодействовать с основным прибором 302. Как показано, съемный картридж 304 включает в себя корпус 320 картриджа, который имеет стороны 321-324 корпуса. Стороны 321-323 корпуса выполнены с возможностью функционально взаимодействовать (состыковываться) с установочными или управляющими сторонами 311-313 таким образом, что основной прибор 302 и съемный картридж 304 устанавливают по меньшей мере одну из электрической связи, тепловой связи, оптической связи и/или гидравлической связи. По сути, эти стороны 321-323 корпуса именуются в дальнейшем стыковочными сторонами 321-323. Сторона 324 корпуса функционально не взаимодействует с основным прибором 302. Соответственно, сторона 324 корпуса может упоминаться как нестыковочная сторона 324.
[00115] Аналогично съемному картриджу 104 (Фиг. 1A), съемный картридж 304 включает в себя множество элементов и компонентов для управления операциями внутри съемного картриджа 304 с тем, чтобы проводить предусмотренные реакции. Например, съемный картридж 304 имеет отверстия 330 для образца, которые выходят на нестыковочную сторону 324 и выполнены с возможностью принимать один или более биологических образцов. Альтернативно, отверстия 330 для образца могут выходить на одну из стыковочных сторон 321-323. В таких вариантах осуществления биологический(е) образец (образцы) может (могут) быть нанесен(ы) внутрь отверстий 330 для образца до того, как съемный картридж 304 будет загружен в гнездо 308 приема картриджа.
[00116] Съемный картридж 304 может также включать в себя гидравлическую сеть 332, имеющую область 334 подготовки образца. Гидравлическая сеть 332 может включать в себя или гидравлически взаимосвязывать ряд других компонентов съемного картриджа 304, таких как модуль 336 хранения, подвижный клапан 338, узел 340 обнаружения с детектором 342 изображения, а также резервуар 344 для отходов. Необязательно, съемный картридж 304 может также включать в себя оптический путь 346 и контактный набор 348. Компоненты съемного картриджа 304 могут быть подобными компонентам, описанным выше со ссылкой на съемный картридж 304.
[00117] Основной прибор 302 может иметь соответствующие компоненты, которые функционально взаимодействуют со съемным картриджем 304 для проведения предусмотренных реакций. Например, основной прибор 302 включает в себя термоблок 350, привод 352 клапана, источник 356 света, контактный набор 358 и системный насос 360. Когда съемный картридж 304 загружается в гнездо 308 приема картриджа или после того, как съемный картридж 304 загружен в гнездо 308 приема картриджа, различные компоненты съемного картриджа 304 и основного прибора 302 могут взаимодействовать друг с другом. Более конкретно, когда съемный картридж 304 функционально загружен в основной прибор 302, термоблок 350 может быть расположен прилегающим к области 334 подготовки образца, привод 352 клапана может функционально взаимодействовать с подвижным клапаном 338, источник 356 света может соединяться с возможностью связи с оптическим путем 346, контактный набор 358 может электрически подключаться к контактному набору 348, а системный насос 360 может соединяться с возможностью связи с гидравлической сетью 332. Соответственно, основной прибор 302 может управлять съемным картриджем 304 аналогично тому, как основной прибор 102 управляет съемным картриджем 104.
[00118] Основной прибор 302 может быть выполнен с возможностью позволять съемному картриджу 304 свободно вставляться в гнездо 308 приема картриджа без повреждения компонентов, расположенных на управляющих сторонах 311-313 или стыковочных сторонах 321-323. Например, один или более компонентов основного прибора 302 смещаются к или перемещаются в направлении к съемному картриджу 304. В некоторых вариантах осуществления термоблок 350 и привод 352 клапана крепятся к опоре 362 компонента. Опора 362 компонента может быть смещена к стыковочной стороне 321 или перемещена в направлении к стыковочной стороне 321 после того, как съемный картридж 304 расположен внутри гнезда 308 приема картриджа. Аналогичным образом, системный насос 360 может крепиться к опоре 364 компонента. Опора 364 компонента может быть смещена к стыковочной стороне 323 или перемещена в направлении к стыковочной стороне 323 после того, как съемный картридж 304 расположен внутри гнезда 308 приема картриджа.
[00119] Опоры 362, 364 компонента могут быть автоматически приведены в действие системным контроллером 370. Например, системный контроллер 370 может определить, что съемный картридж 304 загружается или уже загружен в гнездо 308 приема картриджа. Системный контроллер 370 может затем активировать приводной механизм или множество механизмов для того, чтобы сдвинуть опоры 362, 364 компонента к стыковочным сторонам 321, 323. Альтернативно, опоры 362, 364 компонента могут быть функционально связаны с управляемым(и) оператором механизмом или механизмами, которые при активировании пользователем системы 300 могут сдвигать опоры 362, 364 компонента к стыковочным сторонам 321, 323 соответственно. Соответственно, основной прибор 302 может быть выполнен с возможностью свободно задвигать съемный картридж 304 (например, без значительных задиров или заеданий) в гнездо 308 приема картриджа.
[00120] Изложенные здесь варианты осуществления включают в себя системы, в которых съемный картридж и основной прибор могут образовать системный интерфейс, который является многосторонним. Например, каждая из стыковочных сторон 321-323 функционально взаимодействует с соответствующей управляющей стороной, которая образует гнездо 308 приема картриджа. Все вместе стыковочные стороны 321-323 и соответствующие управляющие стороны 311-313 образуют системный интерфейс, который может упоминаться как многосторонний интерфейс. Такие варианты осуществления могут быть желательными для того, чтобы сбалансировать усилия, прикладываемые к съемному картриджу 304. Например, термоблок 350 и привод 352 клапана могут прикладывать усилие 374 в первом направлении (как указано стрелкой). Системный насос 360 может прикладывать усилие 376 в противоположном втором направлении (как указано стрелкой). Взаимодействие между контактными наборами 348, 358 также может обеспечивать часть усилия 376.
[00121] В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одно из усилий 374, 376 способствует обеспечению плотного контакта между соответствующими компонентами. Например, усилие 374 может обеспечивать плотный контакт между термоблоком 350 и областью 334 подготовки образца для обеспечения возможности терморегуляции области 334 подготовки образца. Аналогичным образом, усилие 374 может позволять приводу 352 клапана и подвижному клапану 338 подходящим образом взаимодействовать друг с другом так, чтобы привод 352 клапана мог выборочно управлять подвижным клапаном 338. Усилие 376 может обеспечивать плотный контакт между соответствующими электрическими контактами контактных наборов 348, 358.
[00122] Фиг. 3 и 4 иллюстрируют различные системы с соответствующими основными приборами и съемными картриджами и, в частности, иллюстрируют различные многосторонние интерфейсы, которые могут использоваться одним или более вариантами осуществления. Например, Фиг. 3 представляет собой вид с торца системы 400, которая включает в себя основной прибор 402 и съемный картридж 404. Основной прибор 402 включает в себя открытое углубление 406, которое имеет такие размеры и форму, чтобы принимать съемный картридж 404. Как показано, открытое углубление 406 образовано первой и второй управляющими сторонами 411, 412, которые «смотрят» в перпендикулярных направлениях друг относительно друга. Более конкретно, первая и вторая управляющие стороны 411, 412 образуют Г-образное углубление. Первая и вторая управляющие стороны 411, 412 функционально взаимодействуют соответственно с первой и второй стыковочными сторонами 413, 414 съемного картриджа 404. В совокупности образуется многосторонний интерфейс 415 между первой управляющей стороной 411 и первой стыковочной стороной 413 и между второй управляющей стороной 412 и второй стыковочной стороной 414. Более конкретно, вдоль каждой из первой и второй стыковочных сторон 413, 414 может быть установлена по меньшей мере одна из клапанной связи, гидравлической связи, электрической связи, оптической связи или тепловой связи.
[00123] Фиг. 4 представляет собой вид сверху системы 420, которая включает в себя основной прибор 422 и съемный картридж 424. Основной прибор 422 включает в себя гнездо 426 приема картриджа, которое может быть подобным или идентичным гнезду 308 приема картриджа (Фиг. 2). Гнездо 426 приема картриджа имеет такие размеры и форму, чтобы принимать съемный картридж 424. Как показано, гнездо 426 приема картриджа образовано управляющими сторонами 431-434. Управляющие стороны 431, 433 противоположны друг другу, и управляющие стороны 432, 434 также противоположны друг другу. Управляющие стороны 431-434 функционально взаимодействуют соответственно со стыковочными сторонами 441-444 съемного картриджа 424. Совместно образуется многосторонний интерфейс 427 между соответствующими сторонами съемного картриджа 424 и основного прибора 422.
[00124] Фиг. 5-12 иллюстрируют различные клапанные механизмы, посредством которых основной прибор может управлять (например, регулировать) потоком через гидравлическую сеть съемного картриджа. Каждая из Фиг. 5-12 иллюстрирует разрез системы, в которой установлена клапанная связь между основным прибором и съемным картриджем через системный интерфейс. Каждая из Фиг. 5-12 иллюстрирует клапан канала, в котором основной прибор может приводить в действие клапан канала, чтобы открывать и закрывать соответствующий канал. Например, Фиг. 5 и Фиг. 6 иллюстрируют часть системы 500, которая может быть подобной описанным выше системам, таким как системы 100 (Фиг. 1A), 300 (Фиг. 2), 400 (Фиг. 3) и 420 (Фиг. 4).
[00125] Фиг. 5 и 6 иллюстрируют разрез части системы 500 с основным прибором 502 и съемным картриджем 504, которые функционально взаимодействуют вдоль системного интерфейса 506. Как показано, съемный картридж 504 имеет корпус 508 картриджа и микрожидкостное тело 510, которое удерживается корпусом 508 картриджа. В проиллюстрированном варианте осуществления микрожидкостное тело 510 включает в себя множество слоев 521-523, которые уложены стопкой друг на друга. Слои 521-523 могут быть слоями печатной платы (ПП), такими как слои, описываемые ниже со ссылками на Фиг. 14-75. Один или более слоев 521-523 могут быть протравлены таким образом, что когда слои 5212-523 уложены друг на друга, микрожидкостное тело 510 образует канал 526 для образца. Канал 526 для образца является частью гидравлической сети, такой как гидравлическая сеть 106 (Фиг. 1A), и включает в себя клапан или внутреннюю полость 528.
[00126] Съемный картридж 504 включает в себя клапан 530 канала, выполненный с возможностью управления потоком текучей среды через канал 526 для образца. Например, клапан 530 канала может допускать максимальное открытие с тем, чтобы текучая среда могла течь беспрепятственно. Клапан 530 канала может также препятствовать потоку текучей среды через него. Используемый здесь термин «препятствовать» может охватывать замедление потока текучей среды или полное блокирование потока текучей среды. Как показано, канал 530 для образца включает в себя первое и второе отверстия 532, 534, которые находятся в проточном сообщении с полостью 528 клапана. Текучая среда предназначена затекать в полость 528 клапана через первое отверстие 532 и вытекать из полости 528 клапана через второе отверстие 534. В проиллюстрированном варианте осуществления клапан 530 канала представляет собой гибкую мембрану, которая способна изгибаться между первым и вторым состояниями. Эта гибкая мембрана находится в первом состоянии на Фиг. 5 и во втором состоянии на Фиг. 6. В конкретных вариантах осуществления гибкая мембрана представляет собой гибкий слой, такой как слой 918 мембраны (показанный на Фиг. 23A, 23B). Этот гибкий слой выполнен с возможностью вдавливаться в полость 528 клапана для блокирования потока текучей среды через нее. В альтернативных вариантах осуществления клапан 530 канала может быть другим физическим элементом, способным к перемещению между различными состояниями или положениями для регулирования потока текучей среды.
[00127] Также показано, что основной прибор 502 включает в себя привод 540 клапана, который выполнен с возможностью приводить в действие клапан 530 канала. Например, привод 540 клапана может изгибать гибкую мембрану между первым и вторым состояниями. Привод 540 клапана включает в себя удлиненное тело 542, такое как штырь или стержень, которое проходит через системный интерфейс 506. Более конкретно, удлиненное тело 542 проходит через управляющую сторону 544 основного прибора 502. Съемный картридж 504 имеет отверстие 546 для доступа, которое принимает привод 540 клапана. Это отверстие 546 для доступа выходит на стыковочную сторону 548 съемного картриджа 504. Как показано, удлиненное тело 542 выступает из управляющей стороны 544 и заходит в отверстие 546 для доступа стыковочной стороны 548. Это отверстие 546 для доступа позволяет приводу 540 клапана напрямую взаимодействовать с клапаном 530 канала, который представляет собой гибкую мембрану в проиллюстрированном варианте осуществления. На Фиг. 5 привод 540 клапана находится в первом состоянии или положении. На Фиг. 6 привод 540 клапана находится во втором состоянии или положении. Во втором положении привод 540 клапана перемещен на некоторое расстояние к клапану 530 канала и соприкасается с клапаном 530 канала. Привод 540 клапана может деформировать клапан 530 канала таким образом, что клапан 530 канала закрывает первое отверстие 532. По сути, поток текучей среды через первое отверстие 532 блокируется клапаном 530 канала.
[00128] В некоторых вариантах осуществления система 500 может иметь первый и второй клапаны канала, которые являются подобными или идентичными клапану 530 канала, показанному на Фиг. 5 и 6, причем первый клапан канала находится выше по течению относительно области подготовки образца (не показана) гидравлической сети, а второй клапан канала находится ниже по течению относительно области подготовки образца. По сути, первый и второй клапаны канала могут эффективно герметизировать текучую среду, которая может содержать биологический образец, внутри области подготовки образца. Текучая среда с биологическим образцом может быть затем нагрета для того, чтобы подвергнуть текучую среду протоколу амплификации, такому как протокол ПЦР.
[00129] Фиг. 7 и 8 иллюстрируют разрез части системы 550 с основным прибором 552 и съемным картриджем 554, которые функционально взаимодействуют вдоль системного интерфейса 556. Основной прибор 552 и съемный картридж 554 могут быть подобными соответственно основному прибору 502 и съемному картриджу 504, показанным на Фиг. 5 и 6. Основной прибор 552 имеет привод 590 клапана, имеющий удлиненное тело 592, такое как сопло, которое проходит через управляющую сторону 594 основного прибора 552 и вставляется в отверстие 596 для доступа стыковочной стороны 598 съемного картриджа 554. Привод 590 клапана проходит через системный интерфейс 556. Необязательно, основной прибор 552 может включать в себя герметизирующий элемент 595, такой как кольцевой уплотнитель, который окружает удлиненное тело 592 и закупоривает отверстие 596 для доступа с тем, чтобы обеспечить закрытую камеру. В одном примерном варианте осуществления съемный картридж 554 включает в себя клапан 580 канала, который может быть гибкой мембраной, которая приводится в действие пневматически приводом 590 клапана. Более конкретно, привод 590 клапана выполнен с возможностью подачи текучей среды (например, воздуха) для увеличения давления внутри закрытой камеры, заставляя тем самым деформироваться клапан 580 канала. Когда клапан 580 канала деформируется, он может закрывать первое отверстие 582 канала 576 для образца, блокируя тем самым поток через канал 576 для образца.
[00130] Фиг. 9-10 иллюстрируют систему 600, которая подобна системам 500 и 550. Более конкретно, Фиг. 9 и 10 иллюстрируют систему 600 с основным прибором 602 и съемным картриджем 604, которые функционально взаимодействуют вдоль системного интерфейса 606. Съемный картридж 604 включает в себя подвижный клапан 630, который вращательно взаимодействует с приводом 640 клапана основного прибора 602. Подвижный клапан 630 является плоским телом, которому придана такая форма, чтобы позволять течь через канал 626 для образца, когда оно находится в первом угловом положении (показанном на Фиг. 9), и блокировать поток через канал 626 для образца, когда оно находится во втором угловом положении (показанном на Фиг. 10). Более конкретно, подвижный клапан 630 может закрывать отверстие 632, находясь во втором угловом положении.
[00131] Фиг. 11 представляет собой вид в перспективе открытой части съемного картриджа 700, имеющего микрожидкостное тело 702 и поворотный клапан 704. Съемный картридж 700 может быть подобен съемному картриджу 104 (Фиг. 1), а также другим съемным картриджам, описанным здесь. Поворотный клапан 704 может быть подобен подвижному клапану 123 (Фиг. 1). Поворотный клапан 704 выполнен устанавливаемым с возможностью поворота на стороне тела или поверхности 706 микрожидкостного тела 702. Поворотный клапан 704 имеет гидравлическую сторону 708, которая выполнена сопрягающейся с возможностью скольжения со стороной 706 тела при повороте вокруг оси 710. Микрожидкостное тело 702 может включать в себя гидравлическую сеть 760, имеющую множество каналов 763, 764 для образца, множество каналов 765 резервуара, а также питающий канал 766. Каналы 763-766 являются дискретными каналами. Например, каналы 763-766 способны разъединяться в зависимости от углового положения поворотного клапана 704.
[00132] Каналы 763-766 имеют соответствующие отверстия, которые выходят на сторону 706 тела. В проиллюстрированном варианте осуществления четыре канала 763 для образца находятся в проточном сообщении с одиночным каналом 764 для образца. По сути, каналы 763 для образца могут называться частями канала, а канал 764 для образца может называться общим каналом для образца. Каждый из каналов 763 для образца функционально соединяется с парой клапанов 761, 762 канала. Клапаны 761, 762 канала могут быть подобны описанным здесь клапанам канала, таким как клапан 530 канала. Находясь в соответствующих закрытых положениях, клапаны 761, 762 канала могут герметизировать жидкость, содержащую соответствующий биологический образец. В некоторых вариантах осуществления каналы 763 для образца проходят смежно с областью 770 терморегуляции. Когда биологические образцы герметизированы внутри соответствующих каналов 763 для образца, нагревательный элемент (не показан) и термоблок (не показан) могут располагаться смежно с областью 770 терморегуляции. Нагревательный элемент и термоблок могут совместно работать на увеличение и/или уменьшение температуры, воздействие которой испытывают биологические образцы внутри каналов 763 для образца. В таких вариантах осуществления каналы 763 для образца могут составлять области подготовки образца.
[00133] Питающий канал 766 находится в проточном сообщении с реакционной камерой 716, а каналы 765 резервуара могут находиться в проточном сообщении с соответствующими резервуарами (не показаны) модуля хранения (не показан). Канал 764 для образца имеет отверстие 721 сети, питающий канал 766 имеет питающее отверстие 722, а каналы 765 резервуара имеют соответствующие отверстия 723 резервуара. Отверстие 721 сети, питающее отверстие 722 и отверстия 723 резервуара выходят на сторону 706 тела. Отверстия 723 резервуара находятся в проточном сообщении с соответствующими отверстиями 724 модуля через соответствующий канал 765 резервуара. Как показано, отверстия 724 модуля могут быть расположены в различных местах вдоль стороны 706 тела вдали от питающего отверстия 722 или оси 710. Отверстия 724 модуля выполнены с возможностью гидравлической связи с резервуарами (не показаны). Отверстия 724 модуля могут иметь местоположения, находящиеся в зависимости от размеров резервуаров.
[00134] В проиллюстрированном варианте осуществления микрожидкостное тело 702 имеет в общей сложности пятнадцать каналов, которые напрямую взаимосвязаны с поворотным клапаном 704. Более конкретно, только один канал 764 для образца и только один питающий канал 766, но тринадцать каналов 765 резервуара могут напрямую связываться (гидравлически) с поворотным клапаном 704. В других вариантах осуществления микрожидкостное тело 702 может включать в себя множество каналов 764 для образца и/или множество питающих каналов 766, которые напрямую связаны с поворотным клапаном 704. Каждый из каналов 763 для образца может быть гидравлически связан с соответствующим отверстием для образца (не показано), выполненным с возможностью приема биологического образца от пользователя.
[00135] Гидравлическая сторона 708 выполнена сопрягающейся с возможностью скольжения со стороной 706 тела в принимающей клапан области 728. Поворотный клапан 704 имеет такие размеры и форму, что гидравлическая сторона 708 закрывает принимающую клапан область 728 и одно или более отверстий 721-723 вдоль стороны 706 тела. Поворотный клапан 704 включает в себя проточный канал 744 (показанный на Фиг. 12), который выполнен с возможностью гидравлически соединять питающее отверстие 722 с одним или более из отверстий 721, 723. Поворотный клапан 704 может блокировать поток через одно или более отверстий и разрешать поток через одно или более других отверстий в зависимости от положения и конфигурации поворотного клапана 704.
[00136] Фиг. 12 иллюстрирует разрез поворотного клапана 704, который функционально взаимодействует с приводом 730 клапана. Более конкретно, поворотный клапан 704 включает в себя корпус 732 клапана, имеющий гидравлическую сторону 708 и рабочую сторону 734. Рабочая сторона 734 может включать в себя механический интерфейс 736, который выполнен с возможностью взаимодействия с приводом 730 клапана. В проиллюстрированном варианте осуществления механический интерфейс 736 включает в себя плоское тело или ребро, которое совпадает с осью 710. Привод 730 клапана включает в себя щель 738, выполненную с возможностью принимать механический интерфейс 736 таким образом, что привод 730 клапана функционально взаимодействует с поворотным клапаном 704. Более конкретно, привод 730 клапана может взаимодействовать с поворотным клапаном 704 так, чтобы привод 730 клапана мог поворачивать поворотный клапан 704 вокруг оси 710.
[00137] Гидравлическая сторона 708 включает в себя множество отверстий 740, 742 клапана и проточный канал 744, проходящий между отверстиями 740, 742 клапана. Гидравлическая сторона 708 сопрягается (соприкасается) с возможностью скольжения с поверхностью 706 тела в принимающей клапан области 728. В одном примерном варианте осуществления поворотный клапан 704 включает в себя только два отверстия 740, 742 клапана и только один проточный канал 744. В других вариантах осуществления поворотный клапан 704 может включать в себя более двух отверстий клапана и/или более одного проточного канала.
[00138] Как показано на Фиг. 12, питающее отверстие 722 гидравлически совмещено и соединено с отверстием 740 клапана, а отверстие 742 клапана гидравлически совмещено и соединено с отверстием 721 сети. В зависимости от углового положения поворотного клапана 704 отверстие 742 клапана также может быть гидравлически соединено с одним из отверстий 723 компонента. Как было отмечено выше, поворотный клапан 704 выполнен с возможностью поворота вокруг оси 710. В некоторых вариантах осуществления питающее отверстие 722 и отверстие 740 клапана располагаются таким образом, что питающее отверстие 722 и отверстие 740 клапана совмещены с осью 710. Более конкретно, ось 710 проходит через каждое из питающего отверстия 722 и отверстия 740 клапана.
[00139] Когда привод 730 клапана функционально взаимодействует с поворотным клапаном 704, привод 730 клапана может прикладывать усилие 748 привода в направлении против стороны 706 тела. В таких вариантах осуществления усилие 748 привода может быть достаточным для того, чтобы герметизировать проточный канал 744 между отверстиями 740, 742 клапана и герметизировать отверстия 723 резервуара и/или отверстие 721 сети.
[00140] Соответственно, поворотный клапан 704 может гидравлически связывать питающее отверстие 722 и отверстие 721 сети в первом угловом положении и гидравлически связывать питающее отверстие 722 и соответствующее отверстие 723 резервуара во втором угловом положении. Когда поворотный клапан 704 поворачивается между различными угловыми положениями, поворотный клапан 704 фактически изменяет путь течения в гидравлической сети.
[00141] Текучая среда может течь в любом направлении через проточный канал 744. Например, системный насос (не показан), такой как системный насос 119 (Фиг. 1), может быть в проточном сообщении с питающим отверстием 722. Системный насос может создавать силу всасывания, которая затягивает текучую среду через отверстие 721 сети (или соответствующее отверстие 723 резервуара), затем в проточный канал 744, а затем через питающее отверстие 722. Альтернативно, системный насос может обеспечивать положительное давление, которое вытесняет текучую среду внутри проточного канала 744 таким образом, что текучая среда течет через питающее отверстие 722, затем в проточный канал 744, а затем через отверстие 721 сети (или соответствующее отверстие 723 резервуара).
[00142] Фиг. 13 представляет собой вид сверху стороны 706 тела, иллюстрирующий отверстие 721 сети, питающее отверстие 722 и отверстия 723 резервуара. Проточный канал 744 представлен в двух различных угловых положениях. Отверстия 723 резервуара могут включать в себя отверстия 723A-723D резервуара. Каждое из отверстий 723A-723D резервуара гидравлически связано с соответствующим резервуаром через соответствующий канал 765 резервуара (Фиг. 10). Более конкретно, отверстие 723A резервуара гидравлически связано с буфером гидрогенизации, отверстие 723B резервуара гидравлически связано с раствором нуклеотидов, отверстие 723C резервуара гидравлически связано с промывочным раствором, а отверстие 723D резервуара гидравлически связано с расщепляющим раствором. Как описано выше, в зависимости от углового положения поворотного клапана 704 (Фиг. 11), проточный канал 744 может гидравлически связывать питающее отверстие 722 с каналами 763, 764 для образца или с соответствующим резервуаром.
[00143] Таблица 1 иллюстрирует различные стадии протокола секвенирования путем синтеза (SBS), однако понятно, что могут быть реализованы и другие протоколы анализа. На стадии 1 проточный канал 744 имеет такое угловое положение, которое гидравлически связывает отверстие 721 сети и питающее отверстие 722. На стадии 1 клапаны канала (не показаны) могут быть выборочно приведены в действие для того, чтобы герметизировать второй, третий и четвертый биологические образцы внутри соответствующей области подготовки образца, но разрешить первому биологическому образцу течь через отверстие 721 сети. Соответственно, на стадии 1 системный насос может прикладывать усилие всасывания, которое затягивает первый биологический образец в проточный канал 744. На стадии 2 поворотный клапан 704 поворачивается во такое второе угловое положение, в то время как первый биологический образец хранится внутри проточного канала 744, чтобы проточный канал 744 гидравлически связывал отверстие 723A резервуара и питающее отверстие 722. Во втором угловом положении системный насос может обеспечивать положительное усилие вытеснения, которое проталкивает первый биологический образец через отверстие 723A резервуара в резервуар буфера гидрогенизации.
[00144] На стадии 3 поворотный клапан 704 поворачивается обратно в первое угловое положение и клапаны канала выборочно приводятся в действие так, чтобы второй биологический образец мог быть затянут в проточный канал 744. На стадии 4 поворотный клапан 704 поворачивается обратно во второе угловое положение, в то время как первый биологический образец хранится внутри проточного канала 744, и второй биологический образец добавляется к буферу гидрогенизации с первым биологическим образцом. Во время стадий 5-8 третий и четвертый биологические образцы удаляются из соответствующих областей подготовки образца и добавляются к буферу гидрогенизации. Соответственно, четыре биологических образца могут храниться внутри одного резервуара с буфером гидрогенизации. С биологическими образцами и буфером гидрогенизации могут протекать реакции, которые подготавливают биологические образцы к SBS-секвенированию.
[00145] На стадии 9 объединенный раствор биологических образцов/буфера гидрогенизации засасывается через отверстие 723A резервуара, через проточный канал 744, через питающее отверстие 722 в реакционную камеру (не показана). Биологические образцы могут быть иммобилизованы на поверхностях, которые образуют реакционную камеру. Например, могут образовываться кластеры, которые включают в себя биологические образцы. Стадии 10-13 представляют собой цикл секвенирования. На стадии 10 поворотный клапан 704 может находиться в третьем угловом положении, так что раствор нуклеотидов может быть втянут через проточный канал 744 в реакционную камеру. В это время основание может быть встроено в соответствующие биологические образцы (например, матричные нуклеиновые кислоты). На стадии 11 поворотный клапан 704 может находиться в четвертом угловом положении с тем, чтобы промывочный раствор мог протекать через реакционную камеру и уносить раствор нуклеотидов из реакционной камеры. После стадии 11 может быть снято изображение реакционной камеры с помощью детектора изображения. Цвет света, излучаемого кластерами, может использоваться для идентификации оснований, входящих в состав кластеров. На стадии 12 поворотный клапан 704 может находиться в четвертом угловом положении с тем, чтобы через реакционную камеру мог течь расщепляющий раствор и флуорофоры (и, если они присутствуют, группы - обратимые терминаторы) могли быть удалены из кластеров. На стадии 13 поворотный клапан 704 может снова находиться в третьем угловом положении, и промывочный раствор может протекать через реакционную камеру для того, чтобы удалить расщепляющий раствор. Стадии 10-13 могут повторяться до завершения секвенирования и/или до тех пор, пока не исчерпаются реагенты.
<u>Таблица 1</u>
<b>Отверстие</b>
<b>Тип текучей среды в проточном канале</b>
<b>Направление течения</b>
<b>Стадия 1</b>
721
1-й биологический образец
Прямое
<b>Стадия 2</b>
723A
1-й биологический образец
Обратное
<b>Стадия 3</b>
721
2-й биологический образец
Прямое
<b>Стадия 4</b>
723A
2-й биологический образец
Обратное
<b>Стадия 5</b>
721
3-й биологический образец
Прямое
<b>Стадия 6</b>
723A
3-й биологический образец
Обратное
<b>Стадия 7</b>
721
4-й биологический образец
Прямое
<b>Стадия 8</b>
723A
4-й биологический образец
Обратное
<b>Стадия 9</b>
723A
Объединенные биологические образцы + буфер гидрогенизации
Прямое
<b>Стадия 10</b>
723B
Раствор нуклеотидов
Прямое
<b>Стадия 11</b>
723C
Промывочный раствор
Прямое
<b>Стадия 12</b>
723D
Расщепляющий раствор
Прямое
<b>Стадия 13</b>
723C
Промывочный раствор
Прямое
<b>Стадии 10-13 повторяются до завершения обнаружения</b>
[00146] Вышеупомянутые варианты осуществления могут использоваться совместно с объектом предварительной заявки на патент США № 61/951462 (дело поверенного № IP-1210-PRV_296PRV2) (в дальнейшем «заявка '462»), которая включена сюда посредством ссылки во всей ее полноте. По меньшей мере часть заявки '462 приводится ниже.
[00147] Описанные здесь способы могут использоваться в совокупности со множеством методов секвенирования нуклеиновой кислоты. В частности, применимыми методами являются те, в которых нуклеиновые кислоты присоединяются в фиксированных положениях в массиве (чипе) таким образом, что их относительные положения не изменяются, и при этом чип многократно детектируется или визуализируется. Варианты осуществления, в которых получают изображения в различных цветовых каналах, например, совпадающих с различными метками, используемыми для различения одного исходного типа нуклеотида от другого, являются особенно применимыми. В некоторых вариантах осуществления процесс определения последовательности нуклеотидов целевой нуклеиновой кислоты может быть автоматизированным процессом. Предпочтительные варианты осуществления включают в себя методы секвенирования путем синтеза («SBS»).
[00148] «Методы секвенирования путем синтеза («SBS»)» в целом включают ферментативное удлинение образующейся цепи нуклеиновой кислоты посредством итеративного добавления нуклеотидов к матричной цепи. В традиционных способах SBS единственный мономер нуклеотида может быть подан к целевому нуклеотиду в присутствии полимеразы в каждой доставке. Однако в описанных здесь способах к целевой нуклеиновой кислоте может быть подано более одного типа нуклеотидного мономера в присутствии полимеразы в доставке.
[00149] При SBS можно использовать нуклеотидные мономеры, которые имеют группу-терминатор или которые не имеют никаких групп-терминаторов. Способы, использующие нуклеотидные мономеры без терминаторов, включают в себя, например, пиросеквенирование и секвенирование с использованием меченных гамма-фосфатом нуклеотидов, как более подробно описывается ниже. В способах, использующих нуклеотидные мономеры без терминаторов, количество нуклеотидов, добавляемых в каждом цикле, обычно является переменным и зависит от матричной последовательности и режима доставки нуклеотидов. Для методов SBS, которые используют нуклеотидные мономеры с группой-терминатором, этот терминатор может быть фактически необратимым при используемых условиях секвенирования, как это имеет место в случае традиционного сэнгеровского секвенирования, при котором используются дидеоксинуклеотиды, либо терминатор может быть обратимым, как это имеет место в случае способов секвенирования, разработанных компанией «Solexa» (в настоящее время - «Illumina, Inc.»).
[00150] В методах SBS могут использоваться нуклеотидные мономеры, которые имеют группу-метку, или нуклеотидные мономеры, не содержащие группы-метки. Соответственно, события включения могут быть обнаружены на основе характеристики метки, такой как флюоресценция метки; на основе характеристики нуклеотидного мономера, такой как молекулярная масса или заряд; на основе побочного продукта включения нуклеотида, такого как высвобождение протона или пирофосфата; или т.п. В вариантах осуществления, где в реагенте секвенирования присутствуют два или более различных нуклеотида, эти различные нуклеотиды могут быть отличимыми друг от друга, или, альтернативно, две или более различных метки могут быть неразличимыми при используемых методах обнаружения. Например, у различных нуклеотидов, присутствующих в реагенте секвенирования, могут быть разные метки, и их можно различить с использованием подходящей оптики, как проиллюстрировано способами секвенирования, разработанными компанией «Solexa» (в настоящее время - «Illumina, Inc.»).
[00151] В другом примерном типе SBS циклическое секвенирование достигается путем пошагового добавления нуклеотидов - обратимых терминаторов, содержащих, например, легко отщепляющуюся или фотообесцвечиваемую метку-краситель, как описано, например, в международной патентной публикации WO 04/018497 и в патенте США № 7057026, раскрытия которых включены сюда посредством ссылки. Этот подход коммерциализируется компанией «Illumina Inc.», а также описан в международной патентной публикации WO 91/06678 и международной патентной публикации WO 07/123744, каждая из которых включена сюда посредством ссылки. Доступность флуоресцентно меченных терминаторов, в которых оба конца могут меняться местами и флуоресцентная метка может быть отщеплена, облегчает эффективное циклическое секвенирование с обратимой терминацией (CRT). Полимеразы также могут быть совместно спроектированы таким образом, чтобы они эффективно включались и удлинялись из этих модифицированных нуклеотидов.
[00152] Предпочтительно, в вариантах осуществления секвенирования на основе обратимого терминатора, метки по существу не подавляют удлинение при условиях реакции SBS. Однако метки обнаружения могут быть удаляемыми, например, путем отщепления или разложения. Изображения могут быть захвачены после включения меток в упорядоченные фрагменты нуклеиновой кислоты. В конкретных вариантах осуществления каждый цикл включает одновременную доставку в чип четырех различных типов нуклеотидов, и каждый тип нуклеотида имеет спектрально различную метку. Тогда могут быть получены четыре изображения, причем при каждом из них используется канал обнаружения, который является селективным для одной из четырех различных меток. Альтернативно, различные типы нуклеотида могут добавляться последовательно, и изображение чипа может быть получено между каждым этапом добавления. В таких вариантах осуществления каждое изображение будет показывать фрагменты нуклеиновой кислоты, которые включили нуклеотиды одного конкретного типа. Различные фрагменты будут присутствовать или отсутствовать в различных изображениях из-за различного содержания каждого фрагмента в последовательности. Однако относительное положение фрагментов в изображениях будет оставаться неизменным. Изображения, полученные в результате таких способов SBS с обратимым терминатором, могут быть сохранены, обработаны и/или проанализированы, как изложено здесь. После этапа захвата изображения метки могут быть удалены, и группы - обратимые терминаторы могут быть удалены для последующих циклов добавления и обнаружения нуклеотида. Удаление меток после того, как они были обнаружены в одном конкретном цикле, и перед последующим циклом может обеспечить преимущество уменьшения фонового сигнала и перекрестных помех между циклами. Примеры полезных меток и способов удаления изложены ниже.
[00153] В конкретных вариантах осуществления некоторые или все нуклеотидные мономеры могут включить в себя обратимые терминаторы. В таких вариантах осуществления обратимые терминаторы цепи/отщепляемые флуорофоры могут включать в себя флуорофор, связанный с группой рибозы через 3'-сложноэфирную связь (см. Metzker, Genome Res. 15:1767-1776 (2005), которая включена сюда посредством ссылки). Другие подходы отделяют химический состав терминатора от отщепления флуоресцентной метки (см. Ruparel и др., Proc Natl Acad Sci USA 102: 5932-7 (2005), которая включена сюда посредством ссылки во всей ее полноте). Ruparel и др. описали разработку обратимых терминаторов, которые использовали малые 3'-аллильные группы для того, чтобы заблокировать удлинение, но могли быть легко разблокированы короткой обработкой палладиевым катализатором. Флуорофор присоединялся к основанию посредством фотоотщепляемого линкера, который мог быть легко отщеплен с помощью 30-секундного экспонирования под длинноволновым ультрафиолетовым (УФ) светом. Таким образом, в качестве отщепляемого линкера могут использоваться либо дисульфидное восстановление, либо фоторасщепление. Другим подходом к обратимой терминации является использование естественной терминации, которая происходит после помещения объемного красителя на dNTP. Присутствие заряженного объемного красителя на dNTP может действовать в качестве эффективного терминатора посредством пространственных и/или электростатических затруднений. Наличие одного события включения предотвращает дальнейшие включения до тех пор, пока этот краситель не будет удален. Отщепление этого красителя удаляет флуорофор и эффективно обращает терминацию. Примеры модифицированных нуклеотидов также описываются в патенте США № 7427673 и патенте США № 7057026, раскрытия которых включены сюда посредством ссылки во всей их полноте.
[00154] Дополнительные примерные системы и способы SBS, которые могут быть использованы с описанными здесь способами и системами, описаны в патентной публикации США № 2007/0166705, патентной публикации США № 2006/0188901, патенте США № 7057026, патентной публикации США № 2006/0240439, патентной публикации США № 2006/0281109, международной патентной публикации WO 05/065814, патентной публикации США № 2005/0100900, международной патентной публикации WO 06/064199, международной патентной публикации WO 07/010251, патентной публикации США № 2012/0270305 и патентной публикации США № 2013/0260372, раскрытия которых включены сюда посредством ссылки во всей их полноте.
[00155] Некоторые варианты осуществления могут использовать обнаружение четырех различных нуклеотидов с использованием менее чем четырех различных меток. Например, SBS может быть выполнено с использованием способов и систем, описанных в материалах, включенных в патентной публикации США № 2013/0079232. В качестве первого примера пара типов нуклеотидов может обнаруживаться на одной и той же длине волны, но различаться на основе разности в интенсивности для одного элемента пары по сравнению с другим, или на основе изменения в одном элементе пары (например, посредством химической модификации, фотохимической модификации или физической модификации), которое вызывает появление или исчезновение очевидного сигнала по сравнению с сигналом, обнаруживаемым для другого элемента пары. В качестве второго примера, три из четырех различных типов нуклеотидов могут быть обнаружены при конкретных условиях, в то время как четвертый «оптически неактивный» тип нуклеотида не содержит метки, которая поддается обнаружению при этих условиях, или минимально обнаруживается при этих условиях (например, минимальное обнаружение из-за фоновой флюоресценции и т.д.). Включение первых трех типов нуклеотидов в нуклеиновую кислоту может быть определено на основе наличия соответствующих им сигналов, а включение четвертого типа нуклеотида в нуклеиновую кислоту может быть определено на основе отсутствия или минимального обнаружения любого сигнала. В качестве третьего примера, один тип нуклеотида может включать в себя метку (метки), которые обнаруживаются по двум различным каналам, тогда как другие типы нуклеотидов обнаруживаются не более чем по одному из каналов. Вышеупомянутые три примерные конфигурации не считаются взаимоисключающими и могут использоваться в различных сочетаниях. Один примерный вариант осуществления, который сочетает в себе все три примера, - это основанный на флуоресценции способ SBS, в котором используется первый тип нуклеотида, который обнаруживается по первому каналу (например, дезоксиаденозинтрифосфат (dATP), имеющий метку, которая обнаруживается по первому каналу при возбуждении светом с первой длиной волны), второй тип нуклеотида, который обнаруживается по второму каналу (например, дезоксицитидинтрифосфат (dGTP), имеющий метку, которая обнаруживается по второму каналу при возбуждении светом со второй длиной волны), третий тип нуклеотида, который обнаруживается и по первому, и по второму каналам (например, дезокситимидинтрифосфат (dTTP), имеющий по меньшей мере одну метку, которая обнаруживается по обоим каналам при возбуждении светом с первой и/или второй длиной волны), и четвертый тип нуклеотида, который не имеет метки, которая не обнаруживается или минимально обнаруживается по любому каналу (например, dGTP, не имеющий метки).
[00156] Кроме того, как описано в материалах, включенных в патентной публикации США № 2013/0079232, данные секвенирования могут быть получены с использованием единственного канала. В подобных так называемых «однокрасительных» подходах к секвенированию первый тип нуклеотида помечен, но метка удаляется после того, как получено первое изображение, а второй тип нуклеотида метят только после того, как будет получено первое изображение. Третий тип нуклеотида сохраняет свою метку как в первом, так и во втором изображениях, а четвертый тип нуклеотида остается непомеченным в обоих изображениях.
[00157] Некоторые варианты осуществления могут использовать методы секвенирования лигированием. Такие методы используют ДНК-лигазу для включения олигонуклеотидов и идентификации включения таких олигонуклеотидов. Олигонуклеотиды обычно имеют различные метки, которые коррелируют с типом конкретного нуклеотида в последовательности, к которой присоединяются эти олигонуклеотиды. Как и в других способах SBS, изображения могут быть получены после обработки массива фрагментов нуклеиновой кислоты мечеными реагентами секвенирования. Каждое изображение будет показывать фрагменты нуклеиновой кислоты, которые имеют встроенные метки одного конкретного типа. Различные фрагменты будут присутствовать или отсутствовать в различных изображениях из-за различного содержания каждого фрагмента в последовательности, но относительное положение фрагментов в изображениях будет оставаться неизменным. Изображения, полученные в результате основанных на лигировании способов секвенирования, могут быть сохранены, обработаны и проанализированы, как изложено здесь. Примерные системы и способы секвенирования, которые могут быть использованы с описанными здесь способами и системами, описываются в патенте США № 6969488, патенте США № 6172218 и патенте США № 6306597, раскрытия которых включены сюда посредством ссылки во всей их полноте.
[00158] Некоторые варианты осуществления могут использовать нанопоровое секвенирование (см. Deamer, D.W. & Akeson, M. «Nanopores and nucleic acids: prospects for ultrarapid sequencing». Trends Biotechnol. 18, 147-151 (2000); Deamer, D. and D. Branton, «Characterization of nucleic acids by nanopore analysis». Acc. Chem. Res. 35:817-825 (2002); Li, J., M. Gershow, D. Stein, E. Brandin, and J. A. Golovchenko, «DNA molecules and configurations in a solid-state nanopore microscope» Nat. Mater. 2:611-615 (2003), раскрытия которых включены сюда посредством ссылки во всей их полноте). В таких вариантах осуществления целевая нуклеиновая кислота пропускается через нанопору. Нанопора могут быть синтетической порой или биологическим мембранным белком, таким как альфа-гемолизин. По мере того, как целевая нуклеиновая кислота проходит через нанопору, каждая пара азотистых оснований может быть идентифицирована путем измерения флуктуаций в электрической проводимости поры. (См. патент США № 7001792; Soni, G. V. & Meller, «A. Progress toward ultrafast DNA sequencing using solid-state nanopores». Clin. Chem. 53, 1996-2001 (2007); Healy, K. «Nanopore-based single-molecule DNA analysis». Nanomed. 2, 459-481 (2007); Cockroft, S.L., Chu, J., Amorin, M. & Ghadiri, M.R. «A single-molecule nanopore device detects DNA polymerase activity with single-nucleotide resolution». J. Am. Coll. Soc. 130, 818-820 (2008), раскрытия которых включены сюда посредством ссылки во всей их полноте). В других вариантах осуществления с нанопорой может быть соединена эндонуклеаза, так что нуклеотиды, высвобождаемые последовательно из конца нуклеиновой кислоты эндонуклеазой, обнаруживаются при их прохождении через нанопору. Каждый нуклеотид можно различить на основе различных групп оснований или на основе добавленных групп. Данные, полученные в результате нанопорового секвенирования, могут быть сохранены, обработаны и проанализированы, как изложено здесь. В частности, эти данные могут быть обработаны как изображение в соответствии с примерной обработкой оптических изображений и других изображений, которая изложена здесь.
[00159] Некоторые варианты осуществления могут использовать способы, задействующие контроль активности полимеразы ДНК в реальном времени. Включения нуклеотидов могут быть обнаружены посредством взаимодействий с резонансным переносом энергии флуоресценции (FRET) между несущей флуорофор полимеразой и помеченными гамма-фосфатом нуклеотидами, как описано, например, в патенте США № 7329492 и патенте США № 7211414 (каждый из которых включен сюда посредством ссылки), или включения нуклеотидов могут быть обнаружены с помощью волноводов нулевой моды, как описано, например, в патенте США № 7315019 (который включен сюда посредством ссылки), а также с использованием аналогов флуоресцентного нуклеотида и сконструированных полимераз, как описано, например, в патенте США № 7405281 и патентной публикации США № 2008/0108082 (все из которых включены сюда посредством ссылки). Освещение может быть ограничено объемом зептолитрового масштаба вокруг ограниченной поверхностью полимеразы, так что включение флуоресцентно меченных нуклеотидов может наблюдаться с низким фоном (см. публикации Levene, M.J. et al. «Zero-mode waveguides for single-molecule analysis at high concentrations». Science 299, 682-686 (2003); Lundquist, P. M. et al. «Parallel confocal detection of single molecules in real time». Opt. Lett. 33, 1026-1028 (2008); Korlach, J. et al. «Selective aluminum passivation for targeted immobilization of single DNA polymerase molecules in zero-mode waveguide nano structures». Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105, 1176-1181 (2008), раскрытия которых включены сюда посредством ссылки во всей их полноте). Изображения, полученные в результате таких способов, могут быть сохранены, обработаны и проанализированы, как изложено здесь.
[00160] Некоторые варианты осуществления SBS включают в себя обнаружение протона, высвобождаемого при включении нуклеотида в продукт удлинения. Например, секвенирование, основанное на обнаружении высвобождаемых протонов, может использовать электрический детектор и связанные с ним методы, которые коммерчески доступны от компании «Ion Torrent» (г. Гилфорд, штат Коннектикут, дочерняя компания Life Technologies), или способы и системы секвенирования, описанные в патентной публикации США № 2009/0026082; патентной публикации США № 2009/0127589; патентной публикации США № 2010/0137143; или патентной публикации США № 2010/0282617, каждая из которых включена сюда посредством ссылки.
[00161] Вышеупомянутое способы SBS могут выгодно осуществляться в мультиплексных форматах таким образом, что множество различных целевых нуклеиновых кислот обрабатывают одновременно. В конкретных вариантах осуществления различные целевые нуклеиновые кислоты могут обрабатываться в общем реакционном сосуде или на поверхности конкретного субстрата. Это обеспечивает удобную подачу реагентов секвенирования, удаление непрореагировавших реагентов и обнаружение событий включения мультиплексным образом. В вариантах осуществления, использующих связываемые с поверхностью целевые нуклеиновые кислоты, эти целевые нуклеиновые кислоты могут быть в формате массива. В формате массива целевые нуклеиновые кислоты могут быть обычно связаны с поверхностью пространственно различимым образом. Целевые нуклеиновые кислоты могут быть связаны с помощью прямого ковалентного присоединения, присоединения к шарику или другой частице, или связывания с полимеразой или другой молекулой, которая присоединена к поверхности. Массив (также называемый чипом) может включать в себя единственную копию целевой нуклеиновой кислоты на каждом участке (также называемом элементом), или же на каждом участке или элементе могут присутствовать множественные копии с той же самой последовательностью. Множественные копии могут быть получены такими способами амплификации, как мостиковая амплификация или эмульсионная ПЦР, как более подробно описано ниже.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
[00162] Изложенные здесь способы могут использовать чипы, имеющие элементы с любой из множества разных плотностей, включая, например, по меньшей мере примерно 10 элементов/см, 100 элементов/см, 500 элементов/см, 1000 элементов/см, 5000 элементов/см, 10000 элементов/см, 50000 элементов/см, 100000 элементов/см, 1000000 элементов/см, 5000000 элементов/см или более. Изложенные здесь способы и аппараты могут включать в себя компоненты или устройства обнаружения с разрешением, которое является по меньшей мере достаточным для того, чтобы различать индивидуальные элементы при одной или более из этих приведенных в качестве примера плотностей.
[00163] Преимущество изложенных здесь способов состоит в том, что они обеспечивают быстрое и эффективное обнаружение множества целевых нуклеиновых кислот параллельно. Соответственно, настоящее изобретение предлагает интегрированные системы, способные подготавливать и обнаруживать нуклеиновые кислоты с использованием известных в данной области техники методов, таких как приведенные в качестве примера выше. Таким образом, интегрированная система по настоящему изобретению может включать в себя гидравлические (также называемые жидкостными или струйными) компоненты, способные подавать реагенты амплификации и/или реагенты секвенирования к одному или более иммобилизованным фрагментам ДНК, причем эта система содержит такие компоненты, как насосы, клапаны, резервуары, гидравлические линии и т.п. Проточная кювета может быть предусмотрена и/или использована в интегрированной системе для обнаружения целевых нуклеиновых кислот. Примерные проточные кюветы описываются, например, в патентной публикации США № 2010/0111768 A1 и заявке на патент США № 13/273666, каждая из которых включена сюда посредством ссылки. Как проиллюстрировано в качестве примера для проточных кювет, один или более из гидравлических компонентов интегрированной системы могут использоваться для способа амплификации и для способа обнаружения. Используя вариант осуществления с секвенированием нуклеиновой кислоты в качестве примера, один или более из гидравлических компонентов интегрированной системы могут использоваться для изложенного здесь способа амплификации и для подачи реагентов секвенирования в способе секвенирования, таком как проиллюстрированные выше примеры способов секвенирования. Альтернативно, интегрированная система может включать в себя отдельные гидравлические системы для осуществления способов амплификации и для осуществления способов обнаружения. Примеры интегрированных систем секвенирования, которые способны создавать амплифицированные нуклеиновые кислоты, а также определять последовательности нуклеиновых кислот, включают в себя, без ограничения, платформу MiSeq™ или NextSeq™ (производства компании «Illumina, Inc.», г. Сан-Диего, штат Калифорния, США) или устройства, описанные в публикациях заявок на патент США № 2012/0270305 A1 или 2013/0260372 A1, каждая из которых включена сюда посредством ссылки.
[00164] «Детектор активности» означает любое устройство или компонент, который способен обнаруживать (детектировать) активность, указывающую на конкретную реакцию или процесс. Детектор активности может быть способен обнаруживать заданные события, свойства, величины или характеристики в пределах заданного объема или площади. Например, детектор активности может быть способен захватывать изображение заданного объема или площади. Детектор активности может быть способен обнаруживать концентрацию ионов внутри заданного объема раствора или на заданной площади. Примерные детекторы активности включают в себя приборы с зарядовой связью (ПЗС) (например, ПЗС-камеры); фотоэлектронные умножители (ФЭУ); устройства или детекторы молекулярного исследования, такие как используемые с нанопорами; компоновки микросхем, такие как описанные в патенте США № 7595883, который включен сюда посредством ссылки во всей своей полноте; а также изготовленные по КМОП-технологии датчики с полевые транзисторы (FET), включая химически чувствительные полевые транзисторы (chemFET), чувствительные к ионам полевые транзисторы (ISFET) и/или полевые транзисторы со структурой металл-оксид-полупроводник, т.е. полевые МОП-транзисторы (MOSFET). Примерные детекторы активности описываются, например, в международной патентной публикации № WO2012/058095.
[00165] Термин «биодатчик» охватывает любую конструкцию, имеющую множество реакционных зон или участков. Биодатчик может включать в себя твердотельное устройство визуализации (например, ПЗС- или КМОП-формирователь изображений) и, необязательно, установленную на нем проточную кювету. Проточная кювета может включать в себя по меньшей мере один проточный канал, который находится в проточном сообщении с реакционными зонами. В качестве одного конкретного примера биодатчик выполнен с возможностью гидравлически и электрически соединяться с системой биоанализа. Система биоанализа может подавать реагенты к реакционным зонам в соответствии с заданным протоколом (например, секвенирования путем синтеза) и выполнять множество событий визуализации. Например, система биоанализа может направлять растворы протекать вдоль реакционных зон. По меньшей мере один из растворов может включать в себя четыре типа нуклеотидов с одинаковыми или различными флуоресцентными метками. Эти нуклеотиды могут связываться с соответствующими олигонуклеотидами, расположенными в реакционных зонах. Система биоанализа может затем освещать реакционные зоны с использованием источника света возбуждения (например, твердотельных источников света, таких как светоизлучающие диоды или СИД). Свет возбуждения может иметь заданную длину волны или длины волн, включая диапазон длин волн. Возбужденные флуоресцентные метки дают эмиссионные сигналы, которые могут быть обнаружены детекторами света.
[00166] В одном аспекте твердотельный формирователь изображений включает в себя КМОП-датчик изображения, содержащий детекторов света (фотоприемников), выполненных с возможностью обнаружения эмиссионных сигналов. В некоторых вариантах осуществления каждый из детекторов света имеет только один пиксель, и отношение количества пикселей к количеству путей обнаружения, определяемому стенками фильтра, может составлять по существу 1:1. Примерные биодатчики описаны, например, в заявке на патент США № 13/833619.
[00167] «Поверхность обнаружения» означает любую поверхность, которая включает в себя оптический детектор. Детектор может быть основан на любой подходящей технологии, такой как технологии, включающие в себя приборы с зарядовой связью (ПЗС) или комплементарные структуры металл-оксид-полупроводник (КМОП). В конкретных вариантах осуществления может использоваться КМОП-формирователь изображений с однофотонным лавинным фотодиодом (CMOS-SPAD), например, для различения флуорофоров с использованием визуализацию времени жизни флуоресценции (FLIM). Примерные системы на основе КМОП, которые могут использоваться для FLIM, описаны в патентной публикации США № 2008/0037008 A1; в работах Giraud et al., Biomedical Optics Express 1: 1302-1308 (2010); или Stoppa et al., IEEE European Solid-State Device Conference (ESSCIRC), Athens, Greece, IEEE, pp. 204-207 (2009), каждая из которых включена сюда посредством ссылки во всей ее полноте. Другие полезные устройства обнаружения, которые могут использоваться, включают в себя, например, устройства, описанные в патенте США № 7329860, а также в патентной публикации США № 2010/0111768, все из которых включены сюда посредством ссылки во всей своей полноте.
[00168] В дополнение к этому, следует понимать, что могут использоваться и другие детектирующие сигнал устройства, известные в данной области техники, для обнаружения сигналов, производимых в изложенном здесь способе. Особенно полезными являются, например, детекторы, используемые для обнаружения пирофосфата или протонов. Пирофосфат может быть обнаружен с использованием таких детекторов, как коммерчески доступные от компании 454 Life Sciences (г. Брэнфорд, штат Коннектикут, США, компания «Roche»), или описанные в патентной публикации США № 2005/0244870, которая включена сюда посредством ссылки во всей своей полноте. Примерные системы для обнаружения удлинения праймера, основанные на высвобождении протона, включают те, которые коммерчески доступны от компании «Ion Torrent» (г. Гилфорд, штат Коннектикут, США, дочерняя компания ThermoFisher) или описаны в патентных публикациях США №№ 2009/0026082; 2009/0127589; 2010/0137143 и 2010/0282617, каждая из которых включена сюда посредством ссылки во всей своей полноте. Примерные поверхности обнаружения и детекторы описаны, например, в патентной публикации США № 2013/0116128 A1, которая включена сюда посредством ссылки.
[00169] «Модуль секвенирования» означает КМОП-микросхему, которая была адаптирована для приложений секвенирования. Этот модуль может содержать поверхность, содержащую субстрат из гидрофильных областей для присоединения нуклеиновой кислоты и амплификации, окруженных гидрофобными областями. Например, могут использоваться динамические прокладки, имеющие гидрофильное пятно, такие как описанные выше. Альтернативно или дополнительно к этому, набор динамических прокладок, включая некоторые, находящиеся в гидрофильном состоянии, тогда как окружающие прокладки находятся в гидрофобном состоянии, может образовывать гидрофильные области, окруженные гидрофобной областью. Поверхность для присоединения нуклеиновой кислоты может необязательно содержать множество изолированных областей, так что каждая изолированная область содержит множество молекул нуклеиновой кислоты, которое предпочтительно получается из одной молекулы нуклеиновой кислоты, предназначенной для секвенирования. Например, гидрофильная область может включать в себя гель. Гидрофильные области могли быть гладкими, текстурированными, пористыми, непористыми и т.д. Гидрофобные области предпочтительно располагаются между гидрофильными областями. Реагенты перемещаются по поверхности за счет любого числа сил.
[00170] Описанный здесь объект изобретения включает в себя в одном или более вариантах осуществления одноразовый, интегрированный микрожидкостной картридж и способы его создания и применения. Способ создания одноразового, интегрированного микрожидкостного картриджа необязательно использует гибкую печатную плату (ПП) и перематываемую с рулона на рулон (R2R) печатную электронику для монолитной интеграции технологии КМОП и цифровой струйной техники. А именно, одноразовый, интегрированный микрожидкостной картридж включает в себя стопку слоев струйной техники, в которую интегрируют КМОП-датчик, и все это устанавливают в корпусе. Соответственно, обычная полученная литьем под давлением струйная техника может быть интегрирована с технологией гибких ПП. Слои струйной техники формируют с использованием материалов, подходящих для использования в процессе изготовления R2R печатной электроники. Кроме того, слои струйной техники включают в себя область полимеразной цепной реакции (ПЦР) и область смешивания и распределения реагентов. Слои струйной техники также включают в себя ряд мембранных клапанов, которыми может быть полностью загерметизирована область ПЦР.
[00171] Способ использования одноразового, интегрированного микрожидкостного картриджа включает в себя выполнение многолокусной ПЦР и последующего смешивания, необходимого для секвенирования.
[00172] Изложенные здесь варианты осуществления включают в себя проточную КМОП-кювету, в которой большая часть или вплоть до примерно 100% активной зоны биодатчика доступны для доставки реагентов и освещения.
[00173] Фиг. 14 иллюстрирует блок-схему одного примера способа 100 использования гибкой печатной платы (ПП) и перематываемой с рулона на рулон (R2R) печатной электроники для монолитной интеграции технологии КМОП и цифровой струйной техники. А именно, используя способ 100, многослойная ламинированная струйная техника может быть интегрирована с технологией гибких ПП (см. Фиг. 15). Кроме того, используя структуру, сформированную с использованием способа 100, обычная полученная литьем под давлением струйная техника можно интегрировать с технологией гибких ПП (см. Фиг. 26-45). Способ 100 может включать в себя, но не ограничиваясь ими, следующие этапы.
[00174] На этапе 110 формируют слои струйной техники, а затем их ламинируют и соединяют вместе. Например, Фиг. 15 иллюстрирует разобранный вид набора слоев 200 струйной техники, который может быть ламинирован и соединен вместе на этом этапе. В этом примере слои 200 струйной техники содержат в указанном порядке слой 210 входных/выходных отверстий, слой 220 гидравлических каналов, слой 260 гибкой печатной платы (ПП), нижний слой 280 камеры секвенирования, слой 250 камеры секвенирования и слой 240 мембраны, который является компланарным с верхним слоем 290 камеры секвенирования. Слой 210 входных/выходных отверстий, слой 220 гидравлических каналов, слой 260 гибкой ПП, нижний слой 280 камеры секвенирования, слой 250 камеры секвенирования, слой 240 мембраны и верхний слой 290 камеры секвенирования являются подходящими для формования с использованием процесса изготовления R2R печатной электроники.
[00175] Слой 210 входных/выходных отверстий может быть выполнен, например, из поликарбоната, поли(метилметакрилата) (ПММА), сополимера циклического олефина (cyclic olefin copolymer, COC) и/или полиимида. Слой 210 входных/выходных отверстий может иметь толщину от примерно 25 мкм до примерно 1000 мкм в одном примере, или же толщину примерно 250 мкм в другом примере. В слое 210 входных/выходных отверстий предусмотрена компоновка отверстий (или дырок). Эти отверстия (или дырки) обеспечивают пути течения, которые могут служить входными и/или выходными отверстиями, например, к различным резервуарам подачи жидкости (не показаны). Более подробно слой 210 входных/выходных отверстий показан и описан здесь ниже со ссылками на Фиг. 55A и 55B.
[00176] Слой 220 гидравлических каналов может быть выполнен, например, из поликарбоната, ПММА, COC и/или полиимида. Слой 220 гидравлических каналов может иметь толщину от примерно 25 мкм до примерно 1000 мкм в одном примере, или толщину примерно 250 мкм в другом примере. В слое 220 гидравлических каналов предусмотрена компоновка гидравлических каналов. Эти гидравлические каналы обеспечивают пути течения от одного места назначения до другого вдоль слоев 200 струйной техники. Поскольку слой 220 гидравлических каналов проложен между слоем 210 входных/выходных отверстий и слоем 260 гибкой ПП, текучая среда может быть заключена внутри гидравлических каналов слоем 210 входных/выходных отверстий снизу и слоем 260 гибкой ПП сверху. В одном примере слой 220 гидравлических каналов используется для выполнения ПЦР и последующего смешивания, необходимых для секвенирования. Более подробно слой 220 гидравлических каналов показан и описан здесь ниже со ссылками на Фиг. 56A и 56B.
[00177] Слой 260 гибкой ПП может быть выполнен, например, из поликарбоната, ПММА, COC и/или полиимида. Слой 260 гибкой ПП может иметь толщину от примерно 30 мкм до примерно 300 мкм в одном примере, или толщину примерно 200 мкм в другом примере. В слое 260 гибкой ПП предусмотрена компоновка отверстий (или дырок). Эти отверстия (или дырки) обеспечивают пути течения, которые могут служить входными и/или выходными отверстиями мембранных клапанов, которые используются для управления потоком жидкости в гидравлических каналах слоя 220 гидравлических каналов. Более подробно слой 260 гибкой ПП показан и описан здесь ниже со ссылками на Фиг. 57A и 57B.
[00178] Нижний слой 280 камеры секвенирования может быть выполнен, например, из поликарбоната, ПММА, COC и/или полиимида. Нижний слой 280 камеры секвенирования может иметь толщину от примерно 25 мкм до примерно 1000 мкм в одном примере, или толщину примерно 250 мкм в другом примере. В нижнем слое 280 камеры секвенирования предусмотрена компоновка отверстий для формирования мембранных клапанов внутри стопки слоев 200 струйной техники. Нижний слой 280 камеры секвенирования также включает в себя КМОП-устройство, такое как КМОП-датчик 262 изображения, который располагается в непосредственной близости от камеры секвенирования слоя 250 камеры секвенирования. Нижний слой 280 камеры секвенирования является компланарным с КМОП-устройством и действует в качестве слоя гидравлического соединения с входом/выходом камеры секвенирования слоя 250 камеры секвенирования. Более подробно нижний слой 280 камеры секвенирования показан и описан здесь ниже со ссылками на Фиг. 58A и 58B.
[00179] Слой 250 камеры секвенирования может быть выполнен, например, из поликарбоната, ПММА, COC и/или полиимида. Слой 250 камеры секвенирования может иметь толщину от примерно 50 мкм до примерно 300 мкм в одном примере, или толщину примерно 100 мкм в другом примере. В слое 250 камеры секвенирования предусмотрена компоновка отверстий для формирования мембранных клапанов внутри стопки слоев 200 струйной техники. Слой 250 камеры секвенирования также включает в себя камеру секвенирования. Более подробно слой 250 камеры секвенирования показан и описан здесь ниже со ссылками на Фиг. 59A и 59B.
[00180] Слой 240 мембраны может быть выполнен, например, из силиконового эластомера. Слой 240 мембраны может иметь толщину от примерно 25 мкм до примерно 1000 мкм в одном примере, или толщину примерно 250 мкм в другом примере. Слой 240 мембраны служит гибкой мембраной для открытия и закрытия мембранных клапанов внутри стопки слоев 200 струйной техники, при этом мембранные клапаны создаются путем объединения в указанном порядке слоя 260 гибкой ПП, нижнего слоя 280 камеры секвенирования, слоя 250 камеры секвенирования и слоя 240 мембраны. Более подробно мембранные клапаны показаны и описаны здесь ниже со ссылками на Фиг. 22A, 22B, 23A и 23B. Более подробно слой 240 мембраны показан и описан здесь ниже со ссылками на Фиг. 60A и 60B.
[00181] Верхний слой 290 камеры секвенирования выполнен из материала с низкой автофлуоресцентностью, обладающего хорошими оптическими свойствами, такого как COC. Верхний слой 290 камеры секвенирования может иметь толщину от примерно 25 мкм до примерно 1000 мкм в одном примере, или толщину примерно 250 мкм в другом примере. Верхний слой 290 камеры секвенирования используется для накрывания камеры секвенирования, находящейся в слое 250 камеры секвенирования. Более подробно верхний слой 290 камеры секвенирования показан и описан здесь ниже со ссылками на Фиг. 60A и 60B.
[00182] Обращаясь теперь снова к Фиг. 14, на этапе 115 КМОП-устройство прикрепляют к гибкой ПП. Например, КМОП-датчик 262 изображения (см. Фиг. 15) прикрепляют к нижнему слою 280 камеры секвенирования слоев 200 струйной техники. Фиг. 16 иллюстрирует вид в перспективе одного примера КМОП-датчика 262 изображения. В одном примере КМОП-датчик 262 изображения составляет примерно 9200 мкм в длину, примерно 8000 мкм в ширину и примерно 800-1000 мкм в толщину, а также может иметь примерно 50 контактных площадок ввода/вывода. КМОП-датчик 262 изображения может содержать массив пикселей. В одном примере массив пикселей составляет 4384×3292 пикселя, при габаритных размерах 7272 мкм × 5761 мкм. Следует понимать, что кристалл КМОП может иметь широкий диапазон размеров и количества контактных площадок ввода/вывода. Например, с цифровой струйной техникой можно использовать прямоугольный кристалл (например, имеющий неквадратную форму, узкую и длинную), используя только часть кристалла в любом данном протоколе анализа.
[00183] Продолжая этап 115, Фиг. 17A, 17B, 18, 19 и 20 иллюстрируют виды сбоку структуры 400, которая демонстрирует один пример процесса прикрепления КМОП-устройства к гибкой ПП. Структура 400 является многослойной структурой. Обращаясь теперь к Фиг. 17A, первоначальное формирование структуры 400 начинается с гибкой ПП. Например, гибкая ПП включает в себя в указанном порядке слой 410 полиимида, слой 412 нагревателя ПП, слой 414 полиимида, слой 416 разводки ПП и слой 418 полиимида. А именно, Фиг. 17 показывает гибкую ПП со слоем нагревателя ПП и слоем разводки ПП, также известным как «купонная фольга».
[00184] Далее, обращаясь теперь к Фиг. 17B, поверх слоя 418 полиимида наносят низкотемпературный изотропный проводящий клей (низкотемпературный ИПК) 420.
[00185] Далее, обращаясь теперь к Фиг. 18, на купонной фольге, а именно, поверх низкотемпературного ИПК 420, размещают КМОП-устройство, такое как КМОП-датчик 262 изображения. В одном примере КМОП-датчик 262 изображения размещают поверх низкотемпературного ИПК 420 с использованием хорошо известного процесса перекладывания. Фиг. 18 показывает контактные площадки 422 ввода/вывода КМОП-датчика 262 изображения, находящиеся в контакте с низкотемпературным ИПК 420 и тем самым электрически соединяющиеся со слоем 416 разводки ПП. Также доступны другие варианты прикрепления, включая, не ограничиваясь ими, монтаж методом контролируемой осадки/методом перевернутого кристалла, методом распайки выводов и т.п. Фиг. 18 также показывает, что КМОП-датчик 262 изображения включает в себя биослой 424, который обращен в противоположную от слоя 418 полиимида сторону. Поверх биослоя 424 может быть помещена защитная пленка 426 до готовности к применению.
[00186] Далее, обращаясь теперь к Фиг. 19, поверх слоя 418 полиимида гибкой ПП обеспечивают набор гидравлических слоев 428. А именно, обеспечивают ламинированную пленку поликарбоната, которая является компланарной поверхности КМОП. Примером гидравлических слоев 428 являются слои 200 струйной техники, показанные на Фиг. 15.
[00187] Далее, обращаясь теперь к Фиг. 20, монтаж КМОП-датчика 262 изображения на купонной фольге методом перевернутого кристалла завершают распределением эпоксидного клея-связки 430 «underfill» в зазорах вокруг КМОП-датчика 262 изображения.
[00188] Обращаясь теперь снова к Фиг. 14, на этапе 120 выполняют окончательную сборку микрожидкостного картриджа, который включает в себя вместе гидравлические слои и интегрированное(ые) КМОП-устройство(а). Например, Фиг. 21 иллюстрирует вид сбоку одного примера микрожидкостного картриджа 800. Микрожидкостной картридж 800 включает в себя часть 810 струйной техники и КМОП-часть 812, которая основана на структуре 400, показанной на Фиг. 20. Этапы окончательной сборки могут включать в себя, например, распределение (печать) эпоксидного клея-связки 430 «underfill», удаление защитной пленки 426, нанесение низкотемпературного непроводящего клея 814 (например, отверждаемого ультрафиолетом или термически непроводящего клея) на КМОП-часть 812, нанесение слоя 816 сополимера циклического олефина (COC) с низкой автофлуоресценцией на КМОП-часть 812 микрожидкостного картриджа 800, и ламинирование нагревателя 818 гибкой ПП с обеих сторон части 810 струйной техники. В процессе формирования микрожидкостного картриджа 800 критично использовать технологический процесс с самовыравниванием с тем, чтобы поверхности КМОП-устройства и гидравлических слоев находились вровень друг с другом.
[00189] Через микрожидкостной картридж 800 образован путь течения. А именно, входное отверстие 820 для образца предусмотрено на входе части 810 струйной техники, а выходное отверстие 822 предусмотрено ниже по потоку за КМОП-частью 812. Входное отверстие 820 подает образец в камеру 824 ПЦР. Затем камера 824 ПЦР подает образец в область 826 распределения реагента. Затем область 826 распределения реагента подает образец в камеру 828 секвенирования. Биослой 424 КМОП-датчика 262 изображения ориентирован к камере 828 секвенирования. Затем камера 828 секвенирования подает образец к выходному отверстию 822. Кроме того, микрожидкостной картридж 800 включает в себя некоторые мембранные клапаны 830, которые управляют потоком жидкости в камеру 824 ПЦР и из нее.
[00190] Фиг. 22A и 22B иллюстрируют виды в перспективе одного примера мембранного клапана 830, причем мембранные клапаны могут быть интегрированы, например, в слои 200 струйной техники. Обращаясь теперь к Фиг. 22A, там представлен вид в перспективе мембранного клапана 830. В этом примере мембранный клапан 830 включает в себя, в указанном порядке, слой 910 основы, слой 912 гидравлических каналов и слой 914 резервуара. Слой 910 основы, слой 912 гидравлических каналов и слой 914 резервуара могут быть выполнены, например, из поликарбоната, ПММА, COC и/или полиимида. Слой 914 резервуара имеет утопленную область, которая создает небольшой резервуар 916 в слое 914 резервуара. Слой 918 мембраны натянут поверх резервуара 916. Резервуар 916 имеет входное отверстие 920 и выходное отверстие 922, которые обеспечивают путь течения к соответствующим гидравлическим каналам 924. Для того, чтобы лучше показать признаки резервуара 916, а также входного отверстия 920 и выходного отверстия 922, Фиг. 22B показывает мембранный клапан 830 без слоя 918 мембраны, закрывающего резервуар 916. Слой 918 мембраны выполнен из эластомерного мембранного материала (например, из силиконового эластомера), который является гибким и растягиваемым.
[00191] Фиг. 23A и 23B показывают вид в разрезе мембранного клапана 830 по линии A-A, изображенной на Фиг. 22A. Исполнительный механизм, такой как исполнительный механизм 1010, может использоваться для открывания и закрывания мембранного клапана 830. Например, Фиг. 23A показывает мембранный клапан 830 в открытом состоянии, в котором исполнительный механизм 1010 не соприкасается со слоем 918 мембраны. В отличие от этого, Фиг. 23B показывает мембранный клапан 830 в закрытом состоянии, в котором исполнительный механизм 1010 соприкасается со слоем 918 мембраны. А именно, конец исполнительного механизма 1010 используется для того, чтобы придавить центральную часть слоя 918 мембраны к выходному отверстию 922 и тем самым блокировать поток жидкости через него. Мембранный клапан 830 (то есть мембранные клапаны 242, 244 и 246) может быть приведен в действие с использованием, например, механических или пневматических средств привода, таких как соленоиды или пневматические насосы.
[00192] Фиг. 24 иллюстрирует схематическое изображение одного примера микрожидкостного картриджа 1100, который включает в себя как технологию КМОП, так и цифровую струйную технику, интегрированные вместе. А именно, микрожидкостной картридж 1100 включает в себя слои 200 струйной техники, которые гидравлически и функционально соединены с четырьмя запасами 1110 образца (например, запасами 1110a, 1110b, 1110c, 1110d образца), тринадцатью запасами 1112 реагента (например, запасами 1112a-1112m реагента), а также с выпускным насосом 1114. Слои 200 струйной техники включают в себя область 270 ПЦР и область 275 смешивания и распределения реагентов. Область 270 ПЦР включает в себя, например, четыре канала 222 ПЦР (например, каналы 222a, 222b, 222c, 222d ПЦР). Во входные отверстия каналов 222a, 222b, 222c и 222d ПЦР подаются соответственно запасы 1110a, 1110b, 1110c, 1110d образца. Поскольку микрожидкостной картридж 1100 включает в себя четыре канала 222 ПЦР, в которые подаются четыре запаса 1110 образца, микрожидкостной картридж 1100 выполнен с возможностью четырехкратного мультиплексирования образца.
[00193] Входами четырех каналов 222 ПЦР управляют с использованием четырех мембранных клапанов 242. А именно, входами каналов 222a, 222b, 222c и 222d ПЦР управляют с использованием мембранных клапанов 242a, 242b, 242c и 242d соответственно. Аналогичным образом, выходами четырех каналов 222 ПЦР управляют с использованием четырех мембранных клапанов 244. А именно, выходами каналов 222a, 222b, 222c и 222d ПЦР управляют с использованием мембранных клапанов 244a, 244b, 244c и 244d соответственно. Выходы четырех каналов 222 ПЦР питают общий выходной канал 224 ПЦР, который затем питает область 275 смешивания и распределения реагентов. Наличие мембранных клапанов 242 и мембранных клапанов 244 в слоях 200 струйной техники позволяет полностью герметизировать область 270 ПЦР.
[00194] Область 275 смешивания и распределения реагентов включает в себя компоновку из тринадцати каналов 226 реагента (например, каналов 226a-226m реагента). Кроме того, тринадцать каналов 226a-226m реагента «питаются» посредством тринадцати запасов 1112a-1112m реагента соответственно. Узел поворотного клапана (не показан) используется для того, чтобы гидравлически соединять некоторый канал 222 ПЦР с некоторым запасом 1112 реагента. Таким образом может быть создана некоторая смесь ПЦР. Узел поворотного клапана (не показан) также используется для того, чтобы гидравлически соединить некоторую смесь ПЦР с питающим каналом 228 секвенирования, который подает ее во входное отверстие камеры 258 секвенирования. Кроме того, на камере 258 секвенирования расположен КМОП-датчик 262 изображения.
[00195] На выходе из камеры 258 секвенирования предусмотрен выпускной канал 230 секвенирования. Выпускной насос 1114 гидравлически и функционально соединяется с выпускным каналом 230 секвенирования. Выпускной насос 1114 используется для обеспечения положительного или отрицательного давления для того, чтобы перемещать жидкость в любом направлении вдоль путей течения в слоях 200 струйной техники. Кроме того, вдоль длины выпускного канала 230 секвенирования предусмотрен ряд из трех мембранных клапанов 246. Мембранные клапаны 242, 244 и 246 могут быть реализованы в соответствии с мембранным клапаном 830, который показан и описан на Фиг. 22A, 22B, 23A и 23C.
[00196] Три мембранных клапана 246 на выпускном канале 230 секвенирования могут использоваться в качестве насосов вместо или в сочетании с выпускным насосом 1114. Следовательно, в одном варианте осуществления микрожидкостной картридж 1100 включает в себя только выпускной насос 1114, а три мембранных клапана 246 исключены. В другом варианте осуществления микрожидкостной картридж 1100 включает в себя только три мембранных клапана 246, а выпускной насос 1114 исключен. В еще одном варианте осуществления микрожидкостной картридж 1100 включает в себя и выпускной насос 1114, и три мембранных клапана 246. В еще одном варианте осуществления микрожидкостной картридж 1100 включает в себя механизм перекачки любого другого типа вместо выпускного насоса 1114 и/или трех мембранных клапанов 246. Более подробно один пример реализации микрожидкостного картриджа 1100 показан и описан здесь ниже со ссылками на Фиг. 25-60B.
[00197] Фиг. 25 и 26 иллюстрируют виды в перспективе микрожидкостного картриджа 1200 в сборе, который является одним примером физического воплощения интегрированного микрожидкостного картриджа 1100, показанного на Фиг. 24. Микрожидкостной картридж 1200 в сборе является примером обычной полученной литьем под давлением струйной техники, которая интегрируется с технологией гибких печатных плат (ПП). В этом примере микрожидкостной картридж 1200 в сборе представляет собой многокамерный микрожидкостной картридж, который включает в себя корпус 1210, закрепленный сверху пластины-основания 1212. Корпус 1210 и пластина-основание 1212 могут быть выполнены, например, из литого пластика и скреплены вместе посредством винтов (см. Фиг. 32). Полная высота микрожидкостного картриджа 1200 в сборе может составлять, например, от примерно 12 мм до примерно 100 мм. Полная длина микрожидкостного картриджа 1200 в сборе может составлять, например, от примерно 100 мм до примерно 200 мм. Полная ширина микрожидкостного картриджа 1200 в сборе может составлять, например, от примерно 100 мм до примерно 200 мм.
[00198] Внутри корпуса 1210 находится узел 1400 струйной техники, который показан на Фиг. 27A и 27B. А именно, Фиг. 27A и 27B иллюстрируют виды в перспективе одного примера узла 1400 струйной техники, который устанавливается в микрожидкостной картридж 1200 в сборе, показанный на Фиг. 25 и 28. Узел 1400 струйной техники основан на интегрированном микрожидкостном картридже 1100, показанном на Фиг. 24. А именно, узел 1400 струйной техники включает в себя слои 200 струйной техники, которые показаны и описаны на Фиг. 15 и 24. Узел 1400 струйной техники также включает в себя узел 1410 поворотного клапана, который располагается относительно тринадцати каналов 226a-226m реагента в области 275 смешивания и распределения реагентов слоев 200 струйной техники. Длина слоев 200 струйной техники может составлять, например, от примерно 100 мм до примерно 200 мм. Ширина слоев 200 струйной техники может составлять, например, от примерно 100 мм до примерно 200 мм.
[00199] Кроме того, узел 1400 струйной техники включает в себя нагреватель 1412 гибкой ПП, который обернут вокруг обеих сторон области 270 ПЦР слоев 200 струйной техники. В нагревателе 1412 гибкой ПП предусмотрены две индивидуально управляемых дорожки нагревателя, так что имеется одна дорожка нагревателя с одной стороны области 270 ПЦР и другая дорожка нагревателя - с другой стороны области 270 ПЦР. Нагреватель 1412 гибкой ПП является одним примером нагревателя 818 гибкой ПП микрожидкостного картриджа 800, показанного на Фиг. 21. Более подробно один пример дорожек нагревателя показан и описан здесь ниже со ссылками на Фиг. 28A и 28B. Более подробно один пример нагревателя 1412 гибкой ПП показан и описан здесь ниже со ссылками на Фиг. 54A, 54B и 54C.
[00200] Обращаясь теперь снова к Фиг. 25 и 26, корпус 1210 микрожидкостного картриджа 1200 в сборе также включает в себя четыре отверстия 1214 загрузки образца (например, отверстия 1214a, 1214b, 1214c, 1214d загрузки образца), которые по существу совмещаются со входами четырех каналов 222 ПЦР (например, с каналами 222a, 222b, 222c, 222d ПЦР) слоев 200 струйной техники. Корпус 1210 микрожидкостного картриджа 1200 в сборе также включает в себя тринадцать резервуаров 1216 реагента, которые «питают» тринадцать каналов 226 реагента (например, каналы 226a-226m реагента) слоев 200 струйной техники. Тринадцать резервуаров 1216 реагента могут иметь одинаковый или разный размер. Например, резервуары 1216 реагента могут содержать объемы жидкости в диапазоне от примерно 0,001 мл до примерно 0,150 мл.
[00201] Корпус 1210 микрожидкостного картриджа 1200 в сборе также включает в себя резервуар 1218 для отходов, который «питается» выпускным каналом 230 секвенирования. Резервуар 1218 для отходов может содержать объем жидкости в диапазоне, например, от примерно 25 мл до примерно 100 мл. Фиг. 26 показывает, что резервуары 1216 реагента и резервуар 1218 для отходов могут быть закрыты и герметизированы, например, с помощью уплотнения 1220 из фольги.
[00202] Фиг. 28A и 28B иллюстрируют соответственно вид сверху и вид в разрезе одного примера дорожки 1500 нагревателя, которая может быть установлена в узле 1400 струйной техники, показанном на Фиг. 27A и 27B. А именно, Фиг. 28A показывает вид сверху примера дорожки 1500 нагревателя, которая имеет зигзагообразный тип расположения. Фиг. 28B показывают вид в разрезе одной стороны нагревателя 1412 гибкой ПП узла 1400 струйной техники, который включает в себя дорожку 1500 нагревателя. Нагреватель 1412 гибкой ПП представляет собой многослойную структуру, которая включает в себя, например, в указанном порядке, односторонний гибкий слой 1510 меди, слой 1512 клея, слой 1514 диэлектрика, слой 1516 медного нагревателя, в котором сформирован рисунок дорожки 1500 нагревателя, и слой 1518 материала Kapton. Слой 1516 медного нагревателя показывает разрез дорожки 1500 нагревателя по линии A-A, изображенной на Фиг. 28A.
[00203] Фиг. 29, 30, 31, 32, 33A и 33B иллюстрируют различные другие виды микрожидкостного картриджа 1200 в сборе по Фиг. 25, показывая его более подробно. А именно, Фиг. 29 показывает вид в перспективе, а Фиг. 30 - вид сверху стороны корпуса 1210 микрожидкостного картриджа 1200 в сборе, причем оба более подробно показывают конфигурацию тринадцати резервуаров 1216 реагента и резервуара 1218 для отходов. Фиг. 31 показывает вид сверху стороны корпуса 1210 микрожидкостного картриджа 1200 в сборе с установленным уплотнением 1220 из фольги. Уплотнение 1220 из фольги имеет проем для того, чтобы четыре отверстия 1214 загрузки образца оставались открытыми и доступными.
[00204] Фиг. 32 показывает вид в перспективе стороны пластины-основания 1212 микрожидкостного картриджа 1200 в сборе. Фиг. 33A показывает вид сверху стороны пластины-основания 1212 микрожидкостного картриджа 1200 в сборе. Фиг. 33B показывает вид сбоку микрожидкостного картриджа 1200 в сборе. Фиг. 32, 33A и 33B показывают более подробно пластину-основание 1212. А именно, пластина-основание 1212 включает в себя отверстие 1222 и отверстие 1224 для того, чтобы открыть части области 270 ПЦР слоев 200 струйной техники узла 1400 струйной техники. Через отверстие 1224 виден набор контактных площадок 1226 ввода/вывода для приведения в контакт с нагревателем 1412 гибкой ПП узла 1400 струйной техники.
[00205] Вдоль одного края отверстия 1222 находятся четыре отверстия 1228 для доступа и приведения в действие четырех мембранных клапанов 242 слоев 200 струйной техники узла 1400 струйной техники. А именно, отверстие 1228a по существу совмещается с мембранным клапаном 242a. Отверстие 1228b по существу совмещается с мембранным клапаном 242b. Отверстие 1228с по существу совмещается с мембранным клапаном 242с. Отверстие 1228d по существу совмещается с мембранным клапаном 242d.
[00206] Вдоль противоположного края отверстия 1222 находятся четыре отверстия 1230 для доступа и приведения в действие четырех мембранных клапанов 244 слоев 200 струйной техники узла 1400 струйной техники. А именно, отверстие 1230a по существу совмещается с мембранным клапаном 244a. Отверстие 1230b по существу совмещается с мембранным клапаном 244b. Отверстие 1230с по существу совмещается с мембранным клапаном 244с. Отверстие 1230d по существу совмещается с мембранным клапаном 244d.
[00207] Кроме того, пластина-основание 1212 включает в себя отверстие 1232 для доступа и приведения в действие мембранных клапанов 246 слоев 200 струйной техники узла 1400 струйной техники. Пластина-основание 1212 также включает в себя отверстие 1234 на камере 258 секвенирования. Один угол пластины-основания 1212 имеет скос 1236, который используется для ориентирования микрожидкостного картриджа 1200 в сборе, например, в посадочном месте прибора системы микроструйной автоматики (не показано). Фиг. 32 и 33A также показывают четыре винта 1238, которые используются для крепления пластины-основания 1212 к корпусу 1210. Кроме того, узел 1410 поворотного клапана показан относительно области 275 смешивания и распределения реагентов слоев 200 струйной техники узла 1400 струйной техники. Узел 1410 поворотного клапана включает в себя головку, имеющую захватную часть 1240, с помощью которой пользователь или аппарат могут поворачивать регулятор 1242 потока (см. Фиг. 35).
[00208] Начиная с микрожидкостного картриджа 1200 в сборе, ориентированного стороной пластины-основания 1212 вверх, Фиг. 34-42 по существу показывают пошаговый демонтаж микрожидкостного картриджа 1200 в сборе в качестве средства показать размещение и установку его внутренних компонентов. Сначала Фиг. 34 показывает микрожидкостной картридж 1200 в сборе с удаленной пластиной-основанием 1212 для того, чтобы открыть узел 1400 струйной техники. Таким образом становится видна сторона слоя 260 гибкой ПП слоев 200 струйной техники. Кроме того, видна одна сторона нагревателя 1412 гибкой ПП. Также видна распорка 1244 между слоями 200 струйной техники и пластиной-основанием 1212. На Фиг. 34 видны мембранные клапаны 242, 244 и 246.
[00209] Обращаясь теперь к Фиг. 35, там захватная часть 1240 узла 1410 поворотного клапана была удалена для того, чтобы была виден регулятор 1242 потока. Нижняя сторона (не показана) захватной части 1240 спроектирована сопрягающейся с регулятором 1242 потока с тем, чтобы регулятор 1242 потока мог быть повернут для направления потока жидкости через один из тринадцати каналов 226 реагента.
[00210] Обращаясь теперь к Фиг. 36, регулятор 1242 потока узла 1410 поворотного клапана был удален для того, чтобы были видны пути течения, связанные с выходным каналом 224 ПЦР, каналами 226 реагента и питающим каналом 228 секвенирования слоев 200 струйной техники.
[00211] Обращаясь теперь к Фиг. 37, слои 200 струйной техники показаны прозрачными для того, чтобы были видны пути течения внутри микрожидкостного картриджа 1200 в сборе.
[00212] Обращаясь теперь к Фиг. 38, слои 200 струйной техники удалены и показан только нагреватель 1412 гибкой ПП внутри корпуса 1210. Обращаясь теперь к Фиг. 39, нагреватель 1412 гибкой ПП удален и показаны только слои 200 струйной техники внутри корпуса 1210.
[00213] Обращаясь теперь к Фиг. 40, из корпуса 1210 удалены как слои 200 струйной техники, так и нагреватель 1412 гибкой ПП. На этом чертеже видны пути потока в корпусе 1210, которые связаны с отверстиями 1214 загрузки образца, тринадцатью резервуарами 1216 реагента и резервуаром 1218 для отходов. Например, корпус 1210 включает в себя отверстия 1246, ведущие к отверстиям 1214 загрузки образца, отверстия 1248, ведущие к тринадцати резервуарам 1216 реагента, и отверстие 1250, ведущие к резервуару 1218 для отходов. Фиг. 40 также показывает четыре резьбовых отверстия 1252 для ввинчивания в них винтов 1238. Кроме того, Фиг. 40 показывает КМОП-датчик 262 изображения и часть защитного колпачка 1254, который покрывает КМОП-датчик 262 изображения. Обращаясь теперь к Фиг. 41, КМОП-датчик 262 изображения удален для того, чтобы был полностью видим защитный колпачок 1254. Обращаясь теперь к Фиг. 42, защитный колпачок 1254 удален для того, чтобы было видно свободную область 1256 в корпусе 1210, которая относится к КМОП-датчику 262 изображения.
[00214] Фиг. 43 показывает прозрачный вид в перспективе корпуса 1210 микрожидкостного картриджа 1200 в сборе для того, чтобы показать положения отверстий для доступа относительно отверстий 1214 загрузки образца, резервуаров 1216 реагента и резервуара 1218 для отходов. А именно, на этом чертеже можно видеть положения отверстий 1246 относительно отверстий 1214 загрузки образца, положения отверстий 1248 относительно резервуаров 1216 реагента, а также положение отверстия 1250 относительно резервуара 1218 для отходов.
[00215] Фиг. 44 показывает прозрачный вид в перспективе корпуса 1210 микрожидкостного картриджа 1200 в сборе с наложенными на него различными каналами струйной техники. А именно, на этом чертеже можно видеть положения различных каналов струйной техники относительно отверстий 1214 загрузки образца, резервуаров 1216 реагента и резервуара 1218 для отходов. Фиг. 45 показывает вид в разрезе микрожидкостного картриджа 1200 в сборе по Фиг. 25, который показывает его более подробно.
[00216] Фиг. 46A, 46B, 47A, 47B и 48 показывают различные виды корпуса 1210 микрожидкостного картриджа 1200 в сборе по Фиг. 25, которые показывают его более подробно. А именно, Фиг. 46A и 46B показывают соответственно вид сверху и вид сбоку корпуса 1210. В одном примере корпус 1210 составляет от примерно 12 мм до примерно 100 мм в высоту, от примерно 100 мм до примерно 200 мм в длину и от примерно 100 мм до примерно 200 мм в ширину. Фиг. 47A показывает вид в перспективе корпуса 1210 без установленного уплотнения 1220 из фольги. Фиг. 47B показывает вид в перспективе корпуса 1210 с установленным уплотнением 1220 из фольги. В то время как Фиг. 46A, 46B, 47A и 47B показывают внешний вид корпуса 1210, Фиг. 48 показывает вид сверху внутренней части корпуса 1210.
[00217] Фиг. 46A, 46B, 51A, 51B и 52 показывают различные виды пластины-основания 1212 микрожидкостного картриджа 1200 в сборе по Фиг. 25, которые показывают ее более подробно. А именно, Фиг. 49 и 50 показывают виды в перспективе соответственно снаружи и изнутри пластины-основания 1212. Фиг. 41A показывает вид сверху внешней части пластины-основания 1212, в то время как Фиг. 41B показывает вид сбоку пластины-основания 1212. Фиг. 49, 50, 51A, 38B и 39 показывают, что пластина-основание 1212 дополнительно включает в себя четыре отверстия 1258 для винтов 1238, утопленную область 1260 с отверстием 1262 в ее центре для приема захватной части 1240 и регулятора 1242 потока узла 1410 поворотного клапана.
[00218] Фиг. 53A и 53B иллюстрируют другие виды в перспективе узла 1400 струйной техники микрожидкостного картриджа 1200 в сборе, показывающие его более подробно. А именно, каждая из Фиг. 53A и 53B показывает вид в перспективе узла 1400 струйной техники. Фиг. 53A показывают узел 1400 струйной техники без нагревателя 1412 гибкой ПП, тогда как Фиг. 53B показывают узел 1400 струйной техники с установленным нагревателем 1412 гибкой ПП. Кроме того, имеется вырез 1414 на одном краю слоев 200 струйной техники и внутри области 270 ПЦР. Вырез 1414 предназначен для приема нагревателя 1412 гибкой ПП.
[00219] Фиг. 54A, 54B и 54C иллюстрируют различные виды, более подробно показывающие нагреватель 1412 гибкой ПП узла 1400 струйной техники микрожидкостного картриджа 1200 в сборе. А именно, Фиг. 54A и 54B показывают виды в перспективе соответственно каждой стороны нагревателя 1412 гибкой ПП, в то время как Фиг. 54C показывает вид сбоку нагревателя 1412 гибкой ПП. Нагреватель 1412 гибкой ПП содержит U-образную охватывающую панель 1416 и выступающую вбок панель 1418, которые выполнены с использованием технологии гибких ПП. U-образная охватывающая панель 1416 содержит панель 1420 и панель 1422, каждая из которых имеет сформированный на ней рисунок дорожки 1500 нагревателя, например, дорожки 1500a и 1500b нагревателя. Один пример дорожки 1500 нагревателя показан на Фиг. 28A и 28B. Пространство между панелью 1420 и панелью 1422 задано так, чтобы нагреватель 1412 гибкой ПП мог быть напрессован на область 270 ПЦР слоев 200 струйной техники и заходил в вырез 1414, как показано на Фиг. 53B. Фиг. 54B и 41C также показывают контактные площадки 1226 ввода/вывода, которые обеспечивают электрические подключения к двум дорожкам 1500 нагревателя, а также к КМОП-датчику 262 изображения.
[00220] Выступающая вбок панель 1418 выходит из панели 1420 около изгиба в U-образной охватывающей панели 1416. Выступающая вбок панель 1418 предназначена проходить к КМОП-датчику 262 изображения. Как показано на Фиг. 53B, самый дальний от U-образной охватывающей панели 1416 конец выступающей вбок панели 1418 имеет такую форму, чтобы он садился на КМОП-датчик 262 изображения. Назначение выступающей вбок панели 1418 состоит в том, чтобы обеспечить электрическое соединение с КМОП-датчиком 262 изображения, который собран на жесткой или гибкой ПП.
[00221] Фиг. 55A и 55B показывают соответственно вид в перспективе и вид сверху слоя 210 входных/выходных отверстий слоев 200 струйной техники, показанных на Фиг. 15 и Фиг. 27. Опять же, слой 210 входных/выходных отверстий может быть выполнен, например, из поликарбоната или любых других материалов, которые являются подходящими для их использования в процессе R2R. Слой 210 входных/выходных отверстий обеспечивает интерфейс между слоями 200 струйной техники и корпусом 1210 микрожидкостного картриджа 1200 в сборе. А именно, слой 210 входных/выходных отверстий обеспечивает пути течения от отверстий 1214 загрузки образца, тринадцати резервуаров 1216 реагента и резервуара 1218 для отходов корпуса 1210 к слою 220 гидравлических каналов слоев 200 струйной техники. Например, слой 210 входных/выходных отверстий включает в себя набор отверстий 212, которые по существу совмещаются с отверстиями 1246 к отверстиям 1214 загрузки образца в корпусе 1210. Слой 210 входных/выходных отверстий включает в себя набор отверстий 214, которые по существу совмещаются с отверстиями 1248 резервуаров 1216 реагента в корпусе 1210. Слой 210 входных/выходных отверстий также включает в себя отверстие 216, которое по существу совмещается с отверстием 1250 резервуара 1218 для отходов в корпусе 1210.
[00222] Фиг. 56A и 56B показывают соответственно вид в перспективе и вид сверху слоя 220 гидравлических каналов слоев 200 струйной техники, показанных на Фиг. 15 и Фиг. 27. Опять же, слой 220 гидравлических каналов может быть выполнен, например, из поликарбоната или любых других материалов, которые являются подходящими для их использования в процессе R2R. Слой 220 гидравлических каналов представляет собой тот слой из слоев 200 струйной техники, в котором обеспечивается поток всех жидкостей. А именно, все операции ПЦР и секвенирования имеют место в слое 220 гидравлических каналов. Операции ПЦР имеют место в каналах 222 ПЦР в области 270 ПЦР. Выходной канал 224 ПЦР питает область 275 смешивания и распределения реагентов. Распределение реагентов имеет место с использованием каналов 226 реагента в области 275 смешивания и распределения реагентов. Тринадцать каналов 226 реагента сформированы с таким рисунком, чтобы питать узел 1410 поворотного клапана. Питающий канал 228 секвенирования питает входное отверстие камеры 258 секвенирования слоя 250 камеры секвенирования, показанного на Фиг. 58A и 58B. Далее выпускной канал 230 секвенирования гидравлически соединен с выходом камеры 258 секвенирования.
[00223] Фиг. 57A и 57B показывают соответственно вид в перспективе и вид сверху слоя 260 гибкой ПП слоев 200 струйной техники, показанных на Фиг. 15 и Фиг. 27. Опять же, слой 260 гибкой ПП может быть выполнен, например, из полиимида или любых других материалов, которые являются подходящими для их использования в процессе R2R. Слой 260 гибкой ПП включает в себя набор отверстий (или дырок) 264, которые соответствуют входным/выходным отверстиям мембранных клапанов 242. Слой 260 гибкой ПП также включает в себя набор отверстий (или дырок) 266, которые соответствуют входным/выходным отверстиям мембранных клапанов 244. Если присутствуют мембранные клапаны 246, то слой 260 гибкой ПП включает в себя набор отверстий (или дырок) 267, которые соответствуют входным/выходным отверстиям мембранных клапанов 246. Кроме того, слой 260 гибкой ПП включает в себя набор отверстий 268, которые по существу совмещаются с узлом 1410 поворотного клапана и обеспечивают пути течения к нему.
[00224] Фиг. 58A и 58B показывают соответственно вид в перспективе и вид сверху нижнего слоя 280 камеры секвенирования слоев 200 струйной техники, показанных на Фиг. 15 и Фиг. 27. Опять же, нижний слой 280 камеры секвенирования может быть выполнен, например, из поликарбоната или любых других материалов, которые являются подходящими для их использования в процессе R2R. Нижний слой 280 камеры секвенирования включает в себя набор отверстий 282 для образования мембранных клапанов 242 внутри стопки слоев 200 струйной техники. Нижний слой 280 камеры секвенирования также включает в себя набор отверстий 284 для образования мембранных клапанов 244 внутри стопки слоев 200 струйной техники. Если присутствуют мембранные клапаны 246, то нижний слой 280 камеры секвенирования включает в себя набор отверстий 286 для образования мембранных клапанов 246 внутри стопки слоев 200 струйной техники. Кроме того, нижний слой 280 камеры секвенирования включает в себя набор отверстий 288, которые по существу совмещаются с узлом 1410 поворотного клапана и обеспечивают пути течения к нему. Дополнительно, нижний слой 280 камеры секвенирования включает в себя пару отверстий 289, которые гидравлически связаны с камерой 258 секвенирования слоя 250 камеры секвенирования.
[00225] Нижний слой 280 камеры секвенирования является тем слоем из слоев 200 струйной техники, на котором интегрируется технология КМОП. А именно, КМОП-датчик 262 изображения устанавливается на нижнем слое 280 камеры секвенирования. Положение КМОП-датчика 262 изображения по существу соответствует положению камеры 258 секвенирования слоя 250 камеры секвенирования.
[00226] Фиг. 59A и 59B показывают соответственно вид в перспективе и вид сверху слоя 250 камеры секвенирования слоев 200 струйной техники, показанных на Фиг. 15 и Фиг. 27. Опять же, слой 250 камеры секвенирования может быть выполнен, например, из поликарбоната или любых других материалов, которые являются подходящими для их использования в процессе R2R. Слой 250 камеры секвенирования является тем слоем из слоев 200 струйной техники, в котором происходят операции секвенирования, а именно с использованием камеры 258 секвенирования.
[00227] Слой 250 камеры секвенирования включает в себя набор отверстий 252 для образования мембранных клапанов 242 внутри стопки слоев 200 струйной техники. Слой 250 камеры секвенирования также включает в себя набор отверстий 254 для образования мембранных клапанов 244 внутри стопки слоев 200 струйной техники. Если присутствуют мембранные клапаны 246, то слой 250 камеры секвенирования включает в себя набор отверстий 255 для образования мембранных клапанов 246 внутри стопки слоев 200 струйной техники. Кроме того, слой 250 камеры секвенирования включает в себя набор отверстий 256, которые по существу совмещаются с узлом 1410 поворотного клапана и обеспечивают пути течения к нему.
[00228] Фиг. 60A и 60B показывают соответственно вид в перспективе и вид сверху слоя 240 мембраны и верхнего слоя 290 камеры секвенирования слоев 200 струйной техники, показанных на Фиг. 15 и Фиг. 27. Слой 240 мембраны может быть выполнен, например, из силиконового эластомера, в то время как верхний слой 290 камеры секвенирования может быть выполнен, например, из COC. Слой 240 мембраны служит в качестве эластичной мембраны для открытия и закрытия мембранных клапанов 242, 244 и 246 внутри стопки слоев 200 струйной техники, причем мембранные клапаны 242, 244 и 246 созданы сочетанием в указанном порядке слоя 260 гибкой ПП, нижнего слоя 280 камеры секвенирования, слоя 250 камеры секвенирования и слоя 240 мембраны. Фиг. 60A и 60B также показывают верхний слой 290 камеры секвенирования, который используется для накрывания камеры 258 секвенирования слоя 250 камеры секвенирования.
[00229] Фиг. 61A и 61B иллюстрируют блок-схему одного примера способа 4800 применения микрожидкостного картриджа 1200 в сборе для выполнения многолокусной ПЦР и последующего смешивания, необходимых для секвенирования. Поскольку микрожидкостной картридж 1200 в сборе основан на микрожидкостном картридже 1100, показанном на Фиг. 24, микрожидкостной картридж 1200 в сборе выполнен с возможностью четырехкратного мультиплексирования образца. Кроме того, в способе 4800 тринадцать резервуаров 1216 реагента обозначены как резервуары 1216a, 1216b, 1216c, 1216d, 1216e, 1216f, 1216g, 1216h, 1216i, 1216j, 1216k, 1216l и 1216m реагента. Кроме того, способ 4800 использует выпускной насос 1114, который гидравлически соединен с микрожидкостным картриджем 1200 в сборе. Выпускной насос 1114 расположен ниже по потоку за камерой 258 секвенирования. Выпускной насос 1114 способен обеспечивать как положительное давление, так и отрицательное давление (то есть разрежение). Способ 4800 включает в себя, не ограничиваясь ими, следующие этапы.
[00230] На этапе 4810 обеспечивают (берут) микрожидкостной картридж 1200 в сборе, который был подготовлен к применению. А именно, берут микрожидкостной картридж 1200 в сборе с одним или более его резервуарами, загруженными желаемыми жидкостями. Например, резервуары 1216 реагента могут быть заполнены одной и той же или различными жидкостями с реагентами. В одном примере все резервуары 1216a-m реагента заполнены буфером гидрогенизации (HT1). Далее способ 4800 переходит к этапу 4815.
[00231] На этапе 4815 все мембранные клапаны закрывают, а затем загружают образцы/смесь ПЦР. «Смесь ПЦР» означает мастер-микс ПЦР (т.е. смесь всех необходимых компонентов за исключением матрицы и праймеров), который оптимизирован для использования в обычной ПЦР для амплификации матричной ДНК. На этом этапе мембранные клапаны 242a и 244a закрыты, мембранные клапаны 242b и 244b закрыты, мембранные клапаны 242c и 244c закрыты, и мембранные 242d клапаны и 244d закрыты. Таким образом, все каналы 222a, 222b, 222c и 222d ПЦР полностью герметизированы. Затем жидкость первого образца смешивают со смесью ПЦР (в дальнейшем называется образец/ПЦР_МИКС1) и загружают в отверстие 1214a загрузки образца. Жидкость второго образца смешивают со смесью ПЦР (в дальнейшем называется образец/ПЦР_МИКС2) и загружают в отверстие 1214b загрузки образца. Жидкость третьего образца смешивают со смесью ПЦР (в дальнейшем называется образец/ПЦР_МИКС3) и загружают в отверстие 1214с загрузки образца. Жидкость четвертого образца смешивают со смесью ПЦР (в дальнейшем называется образец/ПЦР_МИКС4) и загружают в отверстие 1214d загрузки образца. По завершении этого этапа некоторый объем образца/ПЦР_МИКС находится в каждом из отверстий 1214 загрузки образца и готов к обработке. Далее способ 4800 переходит к этапу 4820.
[00232] На этапе 4820 открывают мембранные клапаны для первого образца. Затем первый образец затягивают в область ПЦР. Затем мембранные клапаны для первого образца закрывают. Открывают, например, мембранные клапаны 242a и 244a для канала 222a ПЦР. Затем, используя выпускной насос 1114, образец/ПЦР_МИКС1 затягивают в канал 222a ПЦР. Затем мембранные клапаны 242a и 244a для канала 222a ПЦР закрывают, причем некоторый объем образца/ПЦР_МИКС1 теперь герметизирован в канале 222a ПЦР. Далее способ 4800 переходит к этапу 4825.
[00233] На этапе 4825 принятия решения определяют, ожидает ли другой образец загрузки в область ПЦР, т.е. в область 270 ПЦР. Если да, то способ 4800 переходит к этапу 4830. Если нет, то способ 4800 переходит к этапу 4835.
[00234] На этапе 4830 открывают мембранные клапаны для следующего образца. Затем следующий образец затягивают в область ПЦР. Затем закрывают мембранные клапаны для следующего образца. В одном примере открывают мембранные клапаны 242b и 244b для канала 222b ПЦР. Затем, используя выпускной насос 1114, затягивают образец/ПЦР_МИКС2 в канал 222b ПЦР. Затем закрывают мембранные клапаны 242b и 244b для канала 222b ПЦР, причем некоторый объем образца/ПЦР_МИКС2 теперь герметизирован в канале 222b ПЦР.
[00235] В другом примере открывают мембранные клапаны 242c и 244c для канала 222c ПЦР. Затем, используя выпускной насос 1114, затягивают образец/ПЦР_МИКС3 в канал 222с ПЦР. Затем закрывают мембранные клапаны 242с и 244с для канала 222с ПЦР, причем некоторый объем образца/ПЦР_МИКС3 теперь герметизирован в канале 222с ПЦР.
[00236] В другом примере открывают мембранные клапаны 242d и 244d для канала 222d ПЦР. Затем, используя выпускной насос 1114, затягивают образец/ПЦР_МИКС4 в канал 222d ПЦР. Затем закрывают мембранные клапаны 242d и 244d для канала 222d ПЦР, причем некоторый объем образца/ПЦР_МИКС4 теперь герметизирован в канале 222d ПЦР.
[00237] Далее способ 4800 возвращается к этапу 4825.
[00238] На этапе 4835, с образцом/ПЦР_МИКС1 в канале 222a ПЦР, образцом/ПЦР_МИКС2 в канале 222b ПЦР, образцом/ПЦР_МИКС3 в канале 222c ПЦР и образцом/ПЦР_МИКС4 в канале 222d ПЦР, выполняют операции ПЦР. После завершения операций ПЦР образец/ПЦР_МИКС1 теперь называется ПЦР_МИКС1, образец/ПЦР_МИКС2 теперь называется ПЦР_МИКС2, образец/ПЦР_МИКС3 теперь называется ПЦР_МИКС3, а образец/ПЦР_МИКС4 теперь называется ПЦР_МИКС4. Далее способ 4800 переходит к этапу 4840.
[00239] На этапе 4840 поворотный клапан поворачивают в положение первой смеси PRC. Например, поворачивая захватную часть 1240 узла 1410 поворотного клапана, положение узла 1410 поворотного клапана устанавливают на канал 222a ПЦР, в котором содержится ПЦР_МИКС1. Далее способ 4800 переходит к этапу 4845.
[00240] На этапе 4845 открывают мембранные клапаны для первой смеси ПЦР. Затем первую смесь ПЦР затягивают через поворотный клапан к КМОП-устройству. Затем мембранные клапаны для первой смеси ПЦР закрывают. Открывают, например, мембранные клапаны 242a и 244a для канала 222a ПЦР. Затем, используя выпускной насос 1114, ПЦР_МИКС1 вытягивают из канала 222a ПЦР в выходной канал 224 ПЦР через узел 1410 поворотного клапана. Затем мембранные клапаны 242a и 244a закрывают. Далее способ 4800 переходит к этапу 4850.
[00241] На этапе 4850 поворотный клапан поворачивают в положение буфера гидрогенизации (HT1), то есть к резервуару 1216 реагента, в котором содержится HT1. В способе 4800 по меньшей мере один резервуар 1216 реагента содержит некоторый объем HT1. В качестве примера, этот объем HT1 содержится в резервуаре 1216k реагента. Следовательно, поворачивая захватную часть 1240 узла 1410 поворотного клапана, положение узла 1410 поворотного клапана теперь устанавливают на резервуар 1216k реагента, в котором содержится HT1. Далее способ 4800 переходит к этапу 4855.
[00242] На этапе 4855 первую смесь ПЦР проталкивают в резервуар HT1. Например, используя выпускной насос 1114, ПЦР_МИКС1 проталкивают через узел 1410 поворотного клапана в резервуар 1216k реагента и смешивают там с HT1. Далее способ 4800 переходит к этапу 4860.
[00243] На этапе 4860 принятия решения определяют, ожидает ли другая смесь ПЦР смешивания с HT1. Если да, то способ 4800 переходит к этапу 4865. Если нет, то способ 4800 переходит к этапу 4885.
[00244] На этапе 4865 поворотный клапан поворачивают в положение следующей смеси ПЦР. В одном примере путем поворота захватной части 1240 узла 1410 поворотного клапана положение узла 1410 поворотного клапана устанавливают на канал 222b ПЦР, в котором содержится ПЦР_МИКС2. В другом примере путем поворота захватной части 1240 узла 1410 поворотного клапана положение узла 1410 поворотного клапана устанавливают на канал 222с ПЦР, в котором содержится ПЦР_МИКС3. В еще одном примере путем поворота захватной части 1240 узла 1410 поворотного клапана положение узла 1410 поворотного клапана устанавливают на канал 222d ПЦР, в котором содержится ПЦР_МИКС4. Далее способ 4800 переходит к этапу 4870.
[00245] На этапе 4870 открывают мембранные клапаны для следующей смеси ПЦР. Затем следующую смесь ПЦР затягивают через поворотный клапан к КМОП-устройству. Затем мембранные клапаны для следующей смеси ПЦР закрывают. В одном примере открывают мембранные клапаны 242b и 244b для канала 222b ПЦР. Затем, используя выпускной насос 1114, ПЦР_МИКС2 вытягивают из канала 222b ПЦР в выходной канал 224 ПЦР через узел 1410 поворотного клапана. Затем мембранные клапаны 242b и 244b закрывают. В другом примере открывают мембранные клапаны 242c и 244c для канала 222c ПЦР. Затем, используя выпускной насос 1114, ПЦР_МИКС3 вытягивают из канала 222с ПЦР в выходной канал 224 ПЦР через узел 1410 поворотного клапана. Затем мембранные клапаны 242с и 244с закрывают. В другом примере открывают мембранные клапаны 242d и 244d для канала 222d ПЦР. Затем, используя выпускной насос 1114, ПЦР_МИКС4 вытягивают из канала 222d ПЦР в выходной канал 224 ПЦР через узел 1410 поворотного клапана. Затем мембранные клапаны 242d и 244d закрывают. Далее способ 4800 переходит к этапу 4875.
[00246] На этапе 4875 поворотный клапан поворачивают в положение HT1. Например, путем поворота захватной части 1240 узла 1410 поворотного клапана положение узла 1410 поворотного клапана возвращают на резервуар 1216k реагента, в котором содержится HT1. Далее способ 4800 переходит к этапу 4880.
[00247] На этапе 4880 следующую смесь ПЦР проталкивают в резервуар HT1. В одном примере, используя выпускной насос 1114, ПЦР_МИКС2 проталкивают через узел 1410 поворотного клапана в резервуар 1216k реагента и смешивают там с HT1. В другом примере, используя выпускной насос 1114, ПЦР_МИКС3 проталкивают через узел 1410 поворотного клапана в резервуар 1216k реагента и смешивают там с HT1. В еще одном примере, используя выпускной насос 1114, ПЦР_МИКС4 проталкивают через узел 1410 поворотного клапана в резервуар 1216k реагента и смешивают там с HT1. Далее способ 4800 возвращается к этапу 4860.
[00248] На этапе 4885 смесь из резервуара HT1 затягивают в камеру секвенирования и выполняют рецепт кластеризации/секвенирования. Например, при резервуаре 1216k реагента, содержащем теперь смесь HT1, ПЦР_МИКС1, ПЦР_МИКС2, ПЦР_МИКС3 и ПЦР_МИКС4, эту смесь вытягивают из резервуара 1216k реагента, затем проталкивают вдоль питающего канала 228 секвенирования и подают в камеру 258 секвенирования. Затем, используя КМОП-датчик 262 изображения, выполняют рецепт кластеризации/секвенирования. На этом способ 4800 завершается.
[00249] Один или более вариантов осуществления могут включать в себя проточную КМОП-кювету, имеющую доступную активную зону биодатчика. Например, проточная КМОП-кювета может быть спроектирована как одноразовое расходное изделие. Соответственно, может быть выгодным, чтобы проточная КМОП-кювета была небольшим и недорогим устройством. В небольшой проточной КМОП-кювете важно использовать как можно больше площади активной зоны биодатчика. Однако, существующие конструкции проточных КМОП-кювет не позволяют на 100 процентов использовать активную зону биодатчика. Следовательно, нужны новые подходы для того, чтобы обеспечить увеличенное полезное использование активной зоны биодатчика в проточной КМОП-кювете. Изложенные здесь варианты осуществления могут включать в себя проточную КМОП-кювету, в которой большая часть или вплоть до примерно 100% активной зоны биодатчика доступно для доставки реагентов и освещения, как показано и описано здесь ниже со ссылками на Фиг. 62-75.
[00250] Фиг. 62 иллюстрирует вид сбоку одного примера проточной КМОП-кюветы 4900, в которой большая часть или вплоть до примерно 100% активной зоны биодатчика доступны для доставки реагентов и освещения. Проточная КМОП-кювета 4900 включает в себя подложку 4910 ПП, которая является, например, подложкой гибкой ПП. Поверх подложки 4910 ПП находится устройство 4920 КМОП-биодатчика. Устройство 4920 КМОП-биодатчика представляет собой КМОП-датчик изображения с расположенным на нем биослоем. Также поверх подложки 4910 ПП и вокруг устройства 4920 КМОП-биодатчика находится пленка 4930 ламината. Пленка 4930 ламината может быть выполнена, например, из эпоксидной смолы, полиимида или другой термопластичной пленки, силикона, материала Kapton, бисмалеимид-триазина (BT) и т.п. Подложка 4910 ПП и пленка 4930 ламината могут быть сформированы с использованием технологии гибких ПП. Поверхность планаризации также может быть создана путем механической обработки полости в подложке ПП.
[00251] Назначение пленки 4930 ламината состоит в том, чтобы обеспечить расширенную поверхность вокруг периметра устройства 4920 КМОП-биодатчика, которая была бы по существу плоской на одном уровне с верхом устройства 4920 КМОП-биодатчика. В одном примере, если толщина кристалла устройства 4920 КМОП-биодатчика составляет примерно 100 мкм, то толщина пленки 4930 ламината составляет примерно 100 мкм ± примерно 5 мкм.
[00252] Небольшой зазор между подложкой 4910 ПП и пленкой 4930 ламината образует желобок или канал 4950 вокруг периметра устройства 4920 КМОП-биодатчика. Ширина желобка или канала 4950 может составлять, например, от примерно 100 мкм до примерно 1000 мкм. Желобок или канал 4950 заполнен заполнителем 4952 для того, чтобы сформировать по существу непрерывную плоскую поверхность устройства 4920 КМОП-биодатчика и пленки 4930 ламината. Заполнитель 4952 является материалом, который не мешает реакциям, имеющим место поверх устройства 4920 КМОП-биодатчика. Заполнитель 4952 может быть, например, отверждаемой ультрафиолетовым (УФ) излучением эпоксидной смолой, термоотверждаемой эпоксидной смолой или т.п.
[00253] Поверх устройства 4920 КМОП-биодатчика и пленки 4930 ламината находится крышка 4940 проточной кюветы, в которую встроен проточный канал 4942. Кроме того, крышка 4940 проточной кюветы включает в себя первое отверстие 4944 и второе отверстие 4946, которые обеспечивают входные/выходные отверстия к проточному каналу 4942. Крышка 4940 проточной кюветы образована из материала, который является оптически прозрачным и имеет низкую или нулевую автофлуоресценцию в той части спектра, которая будет использоваться для аналитического обнаружения, такого как, не ограничиваясь этим, сополимер циклического олефина (COC). Общая толщина крышки 4940 проточной кюветы может составлять, например, от примерно 300 мкм до примерно 1000 мкм. Вне проточного канала 4942 существует область склеивания для соединения крышки 4940 проточной кюветы с пленкой 4930 ламината. Склеивание может осуществляться посредством клейкого вещества с низкой автофлуоресценцией.
[00254] Поскольку существует по существу непрерывная плоская поверхность по устройству 4920 КМОП-биодатчика и по всей пленке 4930 ламината, зоне проточного канала 4942 внутри крышки 4940 проточной кюветы могут быть приданы такие размеры, чтобы она охватывала все устройство 4920 КМОП-биодатчика; а именно, она может охватывать примерно 100% активной зоны биодатчика. В одном примере, если размер кристалла устройства 4920 КМОП-биодатчика составляет примерно 8 мм × 9 мм, то размер активной зоны составляет примерно 7 мм × 8 мм. Однако размер кристалла устройства 4920 КМОП-биодатчика может составлять, например, вплоть до примерно 25 мм × 25 мм, с пропорционально большей активной зоной.
[00255] Фиг. 62 показывает, например, текучую среду 4954 реагента, заполняющую проточный канал 4942. Химические реакции имеют место в текучей среде 4954 реагента в проточном канале 4942, который располагается поверх устройства 4920 КМОП-биодатчика. При освещении через крышку 4940 проточной кюветы устройство 4920 КМОП-биодатчика используется для восприятия химических реакций, которые имеют место в проточном канале 4942. Электрические соединения (не показаны) обеспечиваются через подложку 4910 ПП для получения сигналов от устройства 4920 КМОП-биодатчика. В проточной КМОП-кювете 4900 примерно 100% активной зоны биодатчика устройства 4920 КМОП-биодатчика доступны для доставки реагента и освещения.
[00256] Фиг. 63 иллюстрирует разобранный вид примера одного воплощения проточной КМОП-кюветы 4900, показанной на Фиг. 62. Фиг. 63 показывает, что устройство 4920 КМОП-биодатчика включает в себя активную зону 4922. Любая часть устройства 4920 КМОП-биодатчика за пределами активной зоны 4922 является неактивной зоной 4924. Устройство 4920 КМОП-биодатчика может быть прикреплено к подложке 4910 ПП с использованием, например, технологии монтажа перевернутого кристалла. Кроме того, пленка 4930 ламината включает в себя отверстие или окно 4932, которое имеет такие размеры, чтобы принимать устройство 4920 КМОП-биодатчика при его наложении на подложку 4910 ПП. Отверстие или окно 4932 обеспечивается в пленке 4930 ламината заранее перед ламинированием пленки 4930 ламината на подложку 4910 ПП. Когда крышка 4940 проточной кюветы соединена с пленкой 4930 ламината, проточный канал 4942 по существу совмещается с устройством 4920 КМОП-биодатчика, и его площадь выходит за пределы площади устройства 4920 КМОП-биодатчика. На Фиг. 63 крышка 4940 проточной кюветы показана прозрачной. Фиг. 64 и 65 иллюстрируют соответственно вид в перспективе и вид сбоку проточной КМОП-кюветы 4900, показанной на Фиг. 63 в полностью собранном виде.
[00257] Фиг. 66 иллюстрирует виды в перспективе одного примера крышки 4940 проточной КМОП-кюветы 4900, показанной на Фиг. 63, 64 и 65. А именно, Фиг. 66 показывает вид в перспективе сверху и снизу крышки 4940 проточной КМОП-кюветы 4900, показанной на Фиг. 63, 64 и 65. В этом примере диаметр первого отверстия 4944 и второго отверстия 4946 может составлять примерно 750 мкм. Кроме того, глубина или высота проточного канала 4942 может составлять примерно 100 мкм.
[00258] Фиг. 67, 68, 69 и 70 иллюстрируют один пример процесса обеспечения расширенной плоской поверхности в проточной КМОП-кювете, на которую может быть установлена крышка проточной кюветы.
[00259] На первом этапе, обращаясь теперь к Фиг. 67, обеспечивают пленку 4930 ламината и устройство 4920 КМОП-биодатчика поверх подложки 4910 ПП. При этом существует желобок или канал 4950 вокруг периметра устройства 4920 КМОП-биодатчика. Желобок или канал 4950 существует потому, что отверстие или окно 4932 в пленке 4930 ламината немного больше, чем устройство 4920 КМОП-биодатчика.
[00260] На следующем этапе, обращаясь теперь к Фиг. 68, верхнюю сторону желобка или канала 4950 запечатывают, например, оптически прозрачным эластомером 4960, который имеет поверхностные элементы для плотной посадки на желобок или канал 4950. Эластомер 4960 является оптически прозрачным, так что УФ свет может проходить сквозь него. Назначение эластомера 4960 состоит в том, чтобы блокировать верх желобка или канала 4950 при подготовке к заполнению.
[00261] На следующем этапе, обращаясь теперь к Фиг. 69, используя, например, пару сквозных отверстий 4916 в подложке 4910 ПП, желобок или канал 4950 заполняют заполнителем 4952, таким как УФ-отверждаемая эпоксидная смола, для чего эластомер 4960 и должен быть оптически прозрачным.
[00262] На следующем этапе, обращаясь теперь к Фиг. 70, как только заполнитель 4952 отвержден, эластомер 4960 удаляют, и теперь в проточной кювете имеется по существу непрерывная плоская поверхность для принятия крышки проточной кюветы, такой как крышка 4940 проточной кюветы.
[00263] Фиг. 71A, 71B, 71C и 71D иллюстрируют другой пример процесса обеспечения расширенной плоской поверхности в проточной КМОП-кювете, на которую может быть установлена крышка проточной кюветы.
[00264] На первом этапе, обращаясь теперь к Фиг. 71A, обеспечивают устройство 4920 КМОП-биодатчика поверх подложки 4910 ПП.
[00265] На следующем этапе, обращаясь теперь к Фиг. 71B, обеспечивают литейную форму 5510 (например, форму двустворчатого типа) вокруг устройства 4920 КМОП-биодатчика и подложки 4910 ПП. Литейная форма 5510 обеспечивает пространство или пустоту 5512 поверх подложки 4910 ПП и вокруг периметра устройства 4920 КМОП-биодатчика.
[00266] На следующем этапе, обращаясь теперь к Фиг. 71C, используя, например, процесс литья под низким давлением или процесс реакционного литья под давлением, пространство или пустоту 5512 в литейной форме 5510 заполняют заполнителем 4952, таким как УФ-отверждаемая или термоотверждаемая эпоксидная смола.
[00267] На следующем этапе, обращаясь теперь к Фиг. 71D, как только заполнитель 4952 отвержден, литейную форму 5510 удаляют, и теперь в проточной кювете имеется по существу непрерывная плоская поверхность для принятия крышки проточной кюветы, такой как крышка 4940 проточной кюветы.
[00268] Фиг. 72, 73, 74 и 75 иллюстрируют еще один пример процесса обеспечения расширенной плоской поверхности в проточной КМОП-кювете, на которую может быть установлена крышка проточной кюветы.
[00269] На первом этапе, обращаясь теперь к Фиг. 72, обеспечивают устройство 4920 КМОП-биодатчика поверх подложки 4910 ПП. Кроме того, обеспечивают механическую деталь 5910 на подложке 4910 ПП у одного конца устройства 4920 КМОП-биодатчика. Аналогичным образом, обеспечивают механическую деталь 5912 на подложке 4910 ПП у другого конца устройства 4920 КМОП-биодатчика. Механические детали 5910 и 5912 могут представлять собой, например, чистый силикон, стекло или пластмассу. Между механической деталью 5910 и устройством 4920 КМОП-биодатчика есть желобок или канал 5914. Другой желобок или канал 5914 есть между механической деталью 5912 и устройством 4920 КМОП-биодатчика.
[00270] На следующем этапе, обращаясь теперь к Фиг. 73, обеспечивают набор барьеров 5916 на концах желобков или каналов 5914. Например, барьеры 5916a и 5916b блокируют концы одного желобка или канала 5914, а барьеры 5916c и 5916d блокируют концы другого желобка или канала 5914 при подготовке к заполнению.
[00271] На следующем этапе, обращаясь теперь к Фиг. 74, желобки или каналы 5914 заполняют заполнителем 4952, таким как УФ- или термоотверждаемая эпоксидная смола. Заполнитель 4952 удерживается между барьерами 5916a и 5916b и между барьерами 5916c и 5916d.
[00272] На следующем этапе, обращаясь теперь к Фиг. 75, как только заполнитель 4952 отвержден, в проточной кювете теперь присутствует по существу непрерывная плоская поверхность для принятия крышки проточной кюветы, такой как крышка 4940 проточной кюветы.
[00273] Следует иметь в виду, что различные аспекты настоящего изобретения могут быть воплощены как способ, система, машиночитаемый носитель и/или компьютерный программный продукт. Аспекты настоящего изобретения могут принимать вид аппаратных вариантов осуществления, программных вариантов осуществления (включая встроенные программы, резидентное программное обеспечение, микрокод и т.д.), или варианты осуществления, сочетающие в себе аспекты программного и аппаратного обеспечения, которые все вместе могут упоминаться здесь как «схема», «модуль» или «система». Кроме того, способы по настоящему изобретению могут принимать вид компьютерного программного продукта на используемом компьютером носителе информации с используемым компьютером программным кодом, реализованным в этом носителе.
[00274] Любой подходящий используемый компьютером носитель может быть применен для программных аспектов настоящего изобретения. Используемым компьютером или машиночитаемым носителем может быть, например, не ограничиваясь ими, электронные, магнитные, оптические, электромагнитные, инфракрасные или полупроводниковые система, аппарат, устройство или среда распространения. Машиночитаемый носитель может включать в себя временные и/или невременные варианты осуществления. Более конкретные примеры (неисчерпывающий список) машиночитаемого носителя включают некоторые или все из следующих: электрическое соединение с одним или более проводами, портативная компьютерная дискета, жесткий диск, память произвольного доступа (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), стираемое программируемое ПЗУ (EPROM или флэш-память), оптическое волокно, портативная постоянная память на компакт-диске (CD-ROM), оптическое запоминающее устройство, передающая среда, такая как те среды, которые поддерживают Интернет или интранет, или устройство магнитного накопителя. Следует отметить, что используемый компьютером или машиночитаемый носитель может быть даже бумагой или другим подходящим носителем, на котором печатается программа, поскольку программа может быть считана электронно, например, посредством оптического сканирования бумаги или другого носителя, затем скомпилирована, интерпретирована или иным образом обработана подходящим образом, в случае необходимости, а затем сохранена в запоминающем устройстве компьютера. В контексте настоящего документа используемым компьютером или машиночитаемым носителем может быть любой носитель, который может содержать, хранить, передавать, распространять или переносить программу для использования или в связи с системой, аппаратом или устройством для выполнения команд.
[00275] Программный код для осуществления операций способов и работы аппаратов, изложенных здесь, может быть написан на объектно-ориентированном языке программирования, таком как Java, Smalltalk, C++ и т.п. Однако, программный код для осуществления операций способов и работы аппаратов, изложенных здесь, также может быть написан на обычных процедурных языках программирования, таких как язык программирования «C» или подобные языки программирования. Программный код может быть выполнен процессором, специализированной интегральной схемой (ASIC) или другим компонентом, который исполняет программный код. Программный код может упоминаться просто как программное приложение, которое хранится в памяти (такой как обсужденный выше машиночитаемый носитель). Программный код может заставить процессор (или любое управляемое процессором устройство) создавать графический интерфейс пользователя («GUI»). Графический интерфейс пользователя может быть визуально создан на устройстве отображения, хотя графический интерфейс пользователя может также иметь звуковые элементы. Программный код, однако, может работать на любом управляемом процессором устройстве, таком как компьютер, сервер, персональный цифровой помощник, телефон, телевизор или любое управляемое процессором устройство, использующее процессор и/или цифровой сигнальный процессор.
[00276] Программный код может выполняться локально и/или дистанционно. Программный код, например, может быть полностью или частично сохранен в локальной памяти управляемого процессором устройства. Программный код, однако, также может по меньшей мере частично храниться дистанционно, к нему может быть получен доступ, и он может быть загружен на управляемое процессором устройство. Компьютер пользователя, например, может полностью выполнять программный код или только частично выполнять программный код. Программный код может быть автономным пакетом программ, который находится по меньшей мере частично на компьютере пользователя и/или частично выполняется на удаленном компьютере или полностью выполняется на удаленном компьютере или сервере. В последнем сценарии удаленный компьютер может быть связан с компьютером пользователя через коммуникационную сеть.
[00277] Изложенные здесь способы и аппараты могут быть применены независимо от сетевой среды. Коммуникационная сеть может быть кабельной сетью, работающей в радиочастотном диапазоне и/или на основе интернет-протокола (IP). Коммуникационная сеть, однако, может также включать в себя распределенную вычислительную сеть, такую как Интернет (иногда альтернативно называемую «Всемирной паутиной»), интранет, локальная сеть (LAN) и/или глобальная сеть (WAN). Коммуникационная сеть может включать в себя коаксиальные кабели, медные провода, волоконно-оптические линии и/или гибридно-коаксиальные линии. Коммуникационная сеть может даже включать в себя беспроводные участки, использующие любую часть электромагнитного спектра и любой сигнальный стандарт (такой как семейство стандартов IEEE 802, GSM/CDMA/TDMA или любой сотовый стандарт, и/или диапазон ISM). Коммуникационная сеть может даже включать в себя части силовых линий, в которых сигналы передаются посредством электропроводки. Изложенные здесь способы и аппараты могут быть применены к любой беспроводной/проводной коммуникационной сети, независимо от физической компонентной базы, физической конфигурации или коммуникационного стандарта (стандартов).
[00278] Некоторые аспекты настоящего изобретения описаны со ссылками на различные способы и этапы способа. Следует понимать, что каждый этап способа может быть реализован программным кодом и/или машинными командами. Программный код и/или машинные команды могут создавать средства для реализации функций/действий, охарактеризованных в этих способах.
[00279] Программный код также может быть сохранен в машиночитаемой памяти, которая может давать указания процессору, компьютеру или другому программируемому устройству обработки данных функционировать конкретным образом, так, чтобы сохраненный в машиночитаемой памяти программный код производил или трансформировал изделие, включая команды, которые осуществляют различные аспекты этапов способа.
[00280] Программный код также может быть загружен на компьютер или другое программируемое устройство обработки данных для того, чтобы вызвать выполнение ряда операционных этапов для создания реализованного процессором/компьютером процесса таким образом, чтобы программный код обеспечивал шаги по реализации различных функций/действий, охарактеризованных в способах по настоящему изобретению.
[00281] В одном варианте осуществления предлагается система, которая включает в себя съемный картридж, имеющий корпус картриджа. Съемный картридж также включает в себя гидравлическую сеть, которая расположена внутри корпуса картриджа. Эта гидравлическая сеть выполнена с возможностью принимать и гидравлически направлять биологический образец для проведения по меньшей мере одного из анализа образца или подготовки образца. Съемный картридж также включает в себя клапан управления потоком, который функционально связан с гидравлической сетью и способен перемещаться относительно гидравлической сети для управления потоком биологического образца через нее. Корпус картриджа включает в себя сторону корпуса, которая определяет внешний вид съемного картриджа и обеспечивает функциональный (оперативный) доступ к клапану управления потоком. Система также включает в себя основной прибор, имеющий управляющую сторону, которая выполнена с возможностью съемным образом взаимодействовать со стороной корпуса съемного картриджа. Упомянутые сторона корпуса и управляющая сторона совместно образуют системный интерфейс. Основной прибор включает в себя привод клапана, который взаимодействует с клапаном управления потоком через системный интерфейс. Съемный картридж также включает в себя узел обнаружения, который удерживается по меньшей мере одним из съемного картриджа или основного прибора. Узел обнаружения включает в себя детектор изображения и реакционную камеру, которая проточно сообщается с гидравлической сетью. Детектор изображения выполнен с возможностью обнаружения предусмотренных реакций внутри реакционной камеры.
[00282] В одном аспекте управляющая сторона охарактеризованного здесь основного прибора и сторона корпуса охарактеризованного здесь съемного картриджа являются в целом плоскими и обращены друг к другу. Системный интерфейс может быть односторонним интерфейсом, в котором основной прибор и съемный картридж функционально связаны друг с другом только посредством стороны корпуса и управляющей стороны. Необязательно, основной прибор и съемный картридж могут быть функционально связаны таким образом, что основной прибор и съемный картридж крепятся друг к другу на системном интерфейсе с установлением по меньшей мере одной из гидравлической связи, электрической связи или тепловой связи через системный интерфейс.
[00283] В другом аспекте управляющая сторона охарактеризованного здесь основного прибора может представлять собой верх основного прибора с учетом силы тяжести, так что съемный картридж сидит на основном приборе и поддерживается им.
[00284] В другом аспекте привод клапана охарактеризованного здесь основного прибора может включать в себя удлиненное тело привода, которое проходит через сторону корпуса в корпус картриджа.
[00285] В другом аспекте клапан управления потоком охарактеризованного здесь съемного картриджа может включать в себя удлиненное тело привода, которое проходит через управляющую сторону в основной прибор.
[00286] В другом аспекте охарактеризованный здесь основной прибор может иметь сторону прибора, которая обращена в противоположном направлении относительно управляющей стороны. Основной прибор может иметь размер прибора, который простирается между упомянутыми управляющей стороной и стороной прибора. Основной прибор и съемный картридж могут иметь больший общий размер, чем размер прибора.
[00287] В другом аспекте каждый из съемного картриджа и основного прибора может включать в себя контактный набор электрических контактов. Эти контактные наборы могут электрически связаны друг с другом на системном интерфейсе.
[00288] В другом аспекте сторона корпуса охарактеризованного здесь съемного картриджа может быть первой стороной корпуса, и корпус картриджа может также включать в себя вторую сторону корпуса. Первая и вторая стороны корпуса обращены в различных направлениях. Системный интерфейс представляет собой многосторонний интерфейс, в котором основной прибор и съемный картридж функционально связаны друг с другом вдоль каждой из первой и второй сторон корпуса.
[00289] Необязательно, первая и вторая стороны корпуса охарактеризованного здесь съемного картриджа могут быть в целом перпендикулярными друг другу. Основной прибор может иметь корпус прибора, который включает в себя первую и вторую управляющие стороны, которые обращены в перпендикулярных направлениях и образуют открытое углубление основного прибора. По меньшей мере часть съемного картриджа может быть расположена внутри этого открытого углубления таким образом, что первая и вторая стороны корпуса взаимодействуют с первой и второй управляющими сторонами.
[00290] В одном аспекте привод клапана охарактеризованного здесь основного прибора может включать в себя удлиненное тело, которое проходит через системный интерфейс между первой стороной корпуса и первой управляющей стороной. Вторая сторона корпуса и вторая управляющая сторона могут включать в себя соответствующие контактные наборы электрических контактов. Эти контактные наборы могут быть электрически связаны друг с другом вдоль системного интерфейса.
[00291] В другом аспекте первая и вторая стороны корпуса охарактеризованного здесь съемного картриджа обращены в противоположных направлениях. Основной прибор может иметь сторону прибора и гнездо приема картриджа, которое выходит на эту сторону прибора. Съемный картридж может быть размещен внутри гнезда приема картриджа.
[00292] В другом аспекте съемный картридж и основной прибор гидравлически связаны вдоль первой стороны корпуса и электрически связаны вдоль второй стороны корпуса. Необязательно, основной прибор включает в себя запирающий механизм, который зацепляет по меньшей мере одну из первой стороны корпуса или второй стороны корпуса для того, чтобы удерживать съемный картридж внутри основного прибора.
[00293] В другом аспекте каждый из съемного картриджа и основного прибора может включать в себя проточное отверстие. Эти проточные отверстия гидравлически связываются друг с другом на системном интерфейсе.
[00294] В другом аспекте охарактеризованная здесь система может включать в себя запирающий механизм, который прикреплен к по меньшей мере одному из съемного картриджа или основного прибора. Этот запирающий механизм выполнен с возможностью съемно крепить корпус картриджа к основному прибору.
[00295] В другом аспекте детектор изображения охарактеризованной здесь системы может удерживаться основным прибором, а реакционная камера может удерживаться съемным картриджем.
[00296] В другом аспекте клапан управления потоком охарактеризованного здесь съемного картриджа может включать в себя гибкую мембрану, которая выполнена с возможностью управления потоком биологического образца через гидравлическую сеть. Эта гибкая мембрана может сгибаться между первым и вторым состояниями приводом клапана.
[00297] В другом аспекте сторона корпуса охарактеризованного здесь съемного картриджа может включать в отверстие для доступа через него, которое принимает привод клапана.
[00298] В другом аспекте клапан управления потоком охарактеризованного здесь основного прибора может включать в себя поворотный клапан, выполненный с возможностью управления потоком текучей среды через гидравлическую сеть. Этот поворотный клапан может поворачиваться приводом клапана.
[00299] В другом аспекте охарактеризованный здесь основной прибор может включать в себя термоблок, а гидравлическая сеть корпуса картриджа может включать в себя канал для образца, где происходят предусмотренные реакции с биологическим образцом. Стыковочная сторона может включать в себя отверстие для доступа, которое проходит вдоль канала для образца и выполнено с возможностью приема термоблока для изменения температуры канала для образца.
[00300] В другом аспекте гидравлическая сеть охарактеризованного здесь съемного картриджа может включать в себя множество каналов и модуль хранения. Этот модуль хранения может включать в себя множество резервуаров для хранения реагентов, которые используются для по меньшей мере одного из подготовки образца или анализа образца.
[00301] В другом аспекте охарактеризованный здесь основной прибор включает в себя системный контроллер, имеющий модуль управления клапаном, выполненный с возможностью управления работой привода клапана для управления потоком биологического образца через гидравлическую сеть.
[00302] В одном варианте осуществления предлагается способ секвенирования нуклеиновых кислот. Этот способ включает в себя обеспечение съемного картриджа, имеющего корпус картриджа, гидравлическую сеть, расположенную внутри корпуса картриджа, и клапан управления потоком, который функционально связан с гидравлической сетью и подвижен относительно гидравлической сети. Корпус картриджа включает в себя сторону корпуса, которая определяет внешний вид съемного картриджа. Этот способ также включает в себя приведение съемного картриджа в контакт с основным прибором. Сторона корпуса съемного картриджа разъемно стыкуется с управляющей стороной основного прибора, совместно образуя системный интерфейс. Основной прибор включает в себя привод клапана, который взаимодействует с клапаном управления потоком через системный интерфейс. Способ также включает в себя гидравлическое направление биологического образца с протеканием через гидравлическую сеть картриджа для проведения по меньшей мере одного из анализа образца или подготовки образца в картридже. Биологический образец направляют течь в реакционную камеру, причем потоком биологического образца управляют под действием привода клапана на клапане управления потоком. Этот способ также включает в себя обнаружение биологического образца с использованием детектора изображения, направленного на реакционную камеру, причем узел обнаружения удерживается по меньшей мере одним из съемного картриджа или основного прибора.
[00303] В одном аспекте охарактеризованный здесь способ может также включать в себя удаление съемного картриджа из основного прибора. Съемный картридж может быть заменен путем функционального сопряжения второго съемного картриджа с основным прибором. С основным прибором могут быть последовательно сопряжены несколько съемных картриджей, используемых для подготовки и/или анализа образца при сопряжении с основным прибором, а затем извлекаемых из основного прибора.
[00304] Соответственно, способ может включать в себя приведение второго съемного картриджа в контакт с основным прибором, причем сторона корпуса второго съемного картриджа разъемно взаимодействует с управляющей стороной основного прибора, совместно образуя системный интерфейс.
[00305] В другом аспекте охарактеризованный здесь способ включает в себя удаление съемного картриджа из основного прибора. Необязательно, этот способ включает в себя приведение второго съемного картриджа в контакт с основным прибором, причем сторона корпуса второго съемного картриджа разъемно взаимодействует с управляющей стороной основного прибора, совместно образуя системный интерфейс.
[00306] В другом аспекте охарактеризованного здесь способа гидравлическое направление биологического образца и визуализацию биологического образца повторяют многократно и последовательно в одном съемном картридже.
[00307] В другом аспекте охарактеризованный здесь способ включает в себя герметизацию биологического образца внутри области подготовки образца гидравлической сети и амплификацию биологического образца, пока биологический образец герметизирован внутри области подготовки образца.
[00308] В другом аспекте клапан управления потоком, используемый в охарактеризованном здесь способе, включает в себя подвижный клапан, имеющий по меньшей мере один проточный канал, который проходит между отверстиями клапана, а также привод клапана, выполненный с возможностью перемещать этот подвижный клапан между различными положениями.
[00309] В другом аспекте подвижный клапан, используемый в охарактеризованном здесь способе, находится в положении образца, когда биологический образец течет через проточный канал и направляется в реакционную камеру, причем способ дополнительно содержит перемещение подвижного клапана в положение компонента и протекание через проточный канал в реакционную камеру реагента, реагирующего с биологическим образцом в реакционной камере.
[00310] В другом аспекте охарактеризованного здесь способа положение компонента включает в себя множество положений компонента, причем способ дополнительно содержит перемещение подвижного клапана между положениями компонента в соответствии с заданной последовательностью для затекания различных реагентов в реакционную камеру.
[00311] В другом аспекте биологический образец, используемый в охарактеризованном здесь способе, включает в себя нуклеиновые кислоты, а заданную последовательность выполняют в соответствии с протоколом секвенирования путем синтеза (SBS).
[00312] В другом аспекте проточная кювета, используемая в охарактеризованном здесь способе, включает в себя реакционную камеру. Биологический образец иммобилизуется на одной или более поверхностях проточной кюветы.
[00313] В одном варианте осуществления предлагается съемный картридж, который включает в себя корпус картриджа, имеющий отверстие для образца, которое выходит наружу корпуса картриджа и выполнено с возможностью приема биологического образца. Корпус картриджа имеет набор электрических контактов и механический интерфейс, которые являются доступными снаружи. Корпус картриджа выполнен с возможностью съемным образом присоединяться к основному прибору. Съемный картридж может также включать в себя гидравлическую сеть, имеющую множество каналов, реакционную камеру и модуль хранения. Модуль хранения включает в себя множество резервуаров для хранения реагентов. Гидравлическая сеть выполнена с возможностью направлять реагенты из резервуаров в реакционную камеру, причем механический интерфейс является подвижным относительно гидравлической сети для управления потоком текучей среды через гидравлическую сеть. Система также включает в себя устройство визуализации, расположенное внутри корпуса картриджа и позиционированное для обнаружения предусмотренных реакций внутри реакционной камеры. Устройство визуализации электрически соединено с набором электрических контактов для осуществления связи с основным прибором. Механический интерфейс может быть выполнен с возможностью его перемещения основным прибором, когда съемный картридж присоединен к основному прибору.
[00314] В одном аспекте механический интерфейс охарактеризованного здесь съемного картриджа может включать в себя клапан канала, который выполнен с возможностью управления потоком текучей среды через один из каналов гидравлической сети.
[00315] В другом аспекте корпус охарактеризованного здесь съемного картриджа может включать в себя отверстие для доступа, которое обеспечивает доступ к механическому интерфейсу. Необязательно, механический интерфейс включает в себя поворотный клапан.
[00316] В другом аспекте корпус охарактеризованного здесь съемного картриджа может включать в себя отверстие для доступа, открытое наружу, а каналы включают в себя канал для образца, который находится в проточном сообщении с отверстием для образца. Отверстие для доступа может проходить вдоль канала для образца и может быть выполнено с возможностью принимать термоблок для управления температурой канала для образца.
[00317] В другом аспекте корпус охарактеризованного здесь съемного картриджа может включать в себя обеспечивающее гидравлическую связь отверстие, которое доступно снаружи и находится в проточном сообщении с гидравлической сетью. Обеспечивающее гидравлическую связь отверстие выполнено с возможностью взаимодействия с отверстием прибора для приема текучей среды через него.
[00318] В другом аспекте корпус охарактеризованного здесь съемного картриджа может включать в себя первую и вторую стороны корпуса, обращенные в противоположных направлениях. Первая сторона корпуса может включать в себя набор электрических контактов. Вторая сторона корпуса может включать в себя механический интерфейс.
[00319] В другом аспекте съемный картридж также включает в себя запирающий механизм, который может быть прикреплен к корпусу картриджа. Этот запирающий механизм может быть выполнен с возможностью разъемно крепить корпус картриджа к основному прибору.
[00320] В одном варианте осуществления предлагается съемный картридж, который включает в себя корпус картриджа, имеющий отверстие для образца, которое выходит наружу корпуса картриджа и выполнено с возможностью приема биологического образца. Съемный картридж может также включать в себя поворотный клапан, расположенный внутри корпуса картриджа. Поворотный клапан имеет гидравлическую сторону и множество отверстий клапана, которые выходят на эту гидравлическую сторону. Поворотный клапан имеет по меньшей мере один проточный канал, проходящий между отверстиями клапана, причем поворотный клапан способен поворачиваться между различными угловыми положениями. Съемный картридж может также включать в себя микрожидкостное тело, имеющее сторону тела, которая сопряжена с возможностью скольжения с гидравлической стороной поворотного клапана. Это микрожидкостное тело может по меньшей мере частично образовывать гидравлическую сеть, которая включает в себя канал для образца, проточно сообщающийся с отверстием для образца. Канал для образца имеет отверстие сети, которое выходит на упомянутую первой сторону микрожидкостного тела. Гидравлическая сеть может также включать в себя резервуар, выполненный с возможностью удерживать реагент. Этот резервуар проточно сообщается с отверстием резервуара, которое выходит на гидравлическую сторону микрожидкостного тела. Гидравлическая сеть также включает в себя питающий канал, проточно сообщающийся с реакционной камерой гидравлической сети. Питающий канал имеет питающее отверстие, которое выходит на упомянутую первой сторону микрожидкостного тела. Поворотный клапан выполнен с возможностью поворота между первым и вторым угловыми положениями. Отверстие сети гидравлически связано с питающим отверстием через поворотный клапан, когда поворотный клапан находится в первом угловом положении. Отверстие резервуара гидравлически связано с питающим отверстием через поворотный клапан, когда поворотный клапан находится во втором угловом положении.
[00321] В одном аспекте корпус охарактеризованного здесь съемного картриджа может иметь внешнюю сторону, которая выполнена с возможностью взаимодействия с основным прибором. Поворотный клапан может включать в себя механический интерфейс, который доступен с внешней стороны и выполнен с возможностью взаимодействия с основным прибором.
[00322] В другом аспекте поворотный клапан в первом угловом положении может быть выполнен с возможностью, находясь в охарактеризованном здесь съемном картридже, принимать жидкость образца, когда сила всасывания затягивает жидкость образца к питающему отверстию. Поворотный клапан во втором угловом положении может быть выполнен с возможностью позволять жидкости образца вытесняться в резервуар, когда сила вытеснения выталкивает жидкость образца из питающего отверстия в резервуар.
[00323] В другом аспекте поворотный клапан охарактеризованного здесь съемного картриджа поворачивается вокруг оси. Питающее отверстие может быть совмещено с этой осью.
[00324] В одном варианте осуществления предлагается съемный картридж, который включает в себя корпус картриджа, имеющий отверстие для образца, которое выходит наружу корпуса картриджа и выполнено с возможностью приема биологического образца. Корпус картриджа может включать в себя стыковочную сторону, которая предназначена быть обращенной к основному прибору и выполнена с возможностью съемным образом соединяться с ним. Съемный картридж также включает в себя гидравлическую сеть, которая размещена внутри корпуса. Эта гидравлическая сеть включает в себя канал для образца, который проточно сообщается с отверстием для образца. Съемный картридж также включает в себя клапан канала, имеющий гибкую деталь, которая выполнена с возможностью перемещаться между первым и вторым положениями. Гибкая деталь блокирует поток через канал для образца, когда она находится в первом положении, и пропускает поток через канал для образца, когда она находится во втором положении. Стыковочная сторона корпуса картриджа включает в себя отверстие для доступа, которое обеспечивает доступ к клапану канала снаружи корпуса картриджа. Отверстие для доступа выполнено с возможностью принимать привод основного прибора для перемещения гибкой детали между первым и вторым положениями.
[00325] В другом аспекте гибкая деталь охарактеризованного здесь съемного картриджа может включать в себя гибкий слой, который накрывает внутреннюю полость гидравлической сети. Этот гибкий слой может быть выполнен с возможностью вдавливаться в полость для блокирования потока через нее.
[00326] В другом аспекте съемный картридж также включает в себя поворотный клапан, который расположен внутри корпуса картриджа. Этот поворотный клапан выполнен с возможностью поворота между различными положениями для изменения пути течения в гидравлической сети. Поворотный клапан может включать в себя механический интерфейс, доступный вдоль стыковочной стороны.
[00327] В другом аспекте гидравлическая сеть охарактеризованного здесь съемного картриджа может включать в себя отверстие сети, проточно сообщающееся с каналом для образца, питающее отверстие, проточно сообщающееся с реакционной камерой, и отверстие резервуара, проточно сообщающееся с резервуаром, который выполнен с возможностью хранения реагента. Съемный картридж также может включать в себя поворотный клапан, расположенный внутри корпуса картриджа. Поворотный клапан может гидравлически связывать питающее отверстие и отверстие сети, когда он находится в первом угловом положении, и может гидравлически связывать питающее отверстие и отверстие резервуара, когда он находится во втором угловом положении.
[00328] В другом аспекте стыковочная сторона охарактеризованного здесь съемного картриджа может быть первой стыковочной стороной, а съемный картридж может иметь вторую стыковочную сторону. Первая и вторая стыковочные стороны обращены в противоположных направлениях. Вторая стыковочная сторона выполнена с возможностью взаимодействовать с прибором механически, гидравлически или термически.
[00329] В одном варианте осуществления предлагается основной прибор, который включает в себя системный корпус, имеющий управляющую сторону, которая выполнена с возможностью взаимодействия со съемным картриджем. Основной прибор также включает в себя вращающийся двигатель, который выполнен с возможностью взаимодействия с поворотным клапаном съемного картриджа. Основной прибор также включает в себя привод, который выполнен с возможностью взаимодействия с клапаном канала съемного картриджа, и набор электрических контактов, выполненных с возможностью электрического соединения со съемным картриджем. Основной прибор также включает в себя системный контроллер, который выполнен с возможностью управлением вращающимся двигателем и приводом для выполнения протокола анализа внутри съемного картриджа. Системный контроллер выполнен с возможностью приема данных визуализации от съемного картриджа через набор электрических контактов. Необязательно, основной прибор включает в себя термоблок для нагревания части съемного картриджа.
[00330] В одном варианте осуществления предлагается съемный картридж, который включает в себя корпус картриджа, имеющий отверстие для образца, которое выходит наружу корпуса картриджа и выполнено с возможностью приема биологического образца. Корпус картриджа включает в себя стыковочную сторону, которая предназначена быть обращенной к основному прибору и выполнена с возможностью съемным образом присоединяться к нему. Съемный картридж также включает в себя микрожидкостное тело, расположенное внутри корпуса картриджа. Микрожидкостное тело имеет сторону тела и включает в себя гидравлическую сеть. Гидравлическая сеть имеет множество дискретных каналов и соответствующих отверстий, которые выходят на эту сторону тела на принимающей клапан области. Съемный картридж также включает в себя поворотный клапан, расположенный внутри корпуса картриджа. Поворотный клапан имеет гидравлическую сторону и по меньшей мере один проточный канал, который проходит между множеством отверстий клапана. Отверстия клапана выходят на гидравлическую сторону. Гидравлическая сторона вращательно сопрягается с принимающей клапан областью упомянутой стороны микрожидкостного тела, причем поворотный клапан способен перемещаться между различными угловыми положениями для гидравлической связи дискретных каналов. Поворотный клапан имеет механический интерфейс, который доступен вдоль стыковочной стороны и выполнен с возможностью взаимодействия с основным прибором таким образом, чтобы поворотный клапан управлялся основным прибором.
[00331] В одном варианте осуществления предлагается съемный картридж, который включает в себя корпус картриджа, имеющий отверстие для образца, которое выходит наружу корпуса картриджа и выполнено с возможностью приема биологического образца. Корпус картриджа имеет стыковочную сторону, которая выполнена с возможностью съемным образом присоединяться к основному прибору. Съемный картридж также включает в себя микрожидкостную структуру, которая расположена внутри корпуса картриджа и включает в себя множество уложенных в стопку слоев печатной платы (ПП). Слои ПП включают в себя гидравлические слои, которые образуют каналы и реакционную камеру, когда слои ПП уложены друг на друга. Слои ПП также включают в себя слой разводки. Съемный картридж также включает в себя КМОП-формирователь изображений, который выполнен с возможностью его установки на микрожидкостной структуре и электрического соединения со слоем разводки. КМОП-формирователь изображений ориентирован так, чтобы обнаруживать предусмотренные реакции внутри реакционной камеры.
[00332] В одном аспекте съемный картридж включает в себя контакты ввода/вывода (I/O), которые являются доступными снаружи корпуса картриджа. Контакты ввода/вывода могут быть электрически соединены с КМОП-формирователем изображений.
[00333] В одном аспекте микрожидкостная структура охарактеризованного здесь съемного картриджа включает в себя клапан канала, при этом по меньшей мере часть клапана канала образована слоями ПП. Клапан канала выполнен с возможностью его приведения в действие для того, чтобы блокировать и разрешать поток через один из каналов.
[00334] Элемент или этап, упомянутый здесь в единственном числе, следует понимать как не исключающие множественного числа упомянутых элементов или этапов, если такое исключение явно не указано. Кроме того, ссылки на «один вариант осуществления» не должны интерпретироваться как исключающие существование дополнительных вариантов осуществления, которые также включают в себя указанные признаки. Кроме того, если явно не указано иное, варианты осуществления, «включающие в себя», «содержащие» или «имеющие» элемент или множества элементов с неким конкретным свойством, могут включать в себя дополнительные элементы независимо от того, обладают ли они этим свойством.
[00335] Следует отметить, что конкретная компоновка компонентов (например, число, типы, размещение и т.п.) проиллюстрированных вариантов осуществления может быть модифицирована в различных альтернативных вариантах осуществления. В различных вариантах осуществления могут использоваться разные числа некоего данного модуля или блока, может использоваться другой тип или типы некоего данного модуля или блока, некий данный модуль или блок может быть добавлен, или же некий данный модуль или блок может быть исключен.
[00336] Следует понимать, что вышеприведенное описание предназначено для иллюстрации, а не для ограничения. Например, вышеописанные варианты осуществления (и/или их аспекты) могут использоваться в комбинации друг с другом. В дополнение к этому, могут быть проделаны многочисленные модификации для адаптации конкретной ситуации или материала к сведениям из различных вариантов осуществления изобретения без отступлений от его объема охраны. Размеры, типы материалов, ориентации различных компонентов, а также число и положения различных описанных здесь компонентов предназначены характеризовать параметры некоторых вариантов осуществления и являются ни в коем случае не ограничивающими, а просто примерными вариантами осуществления. Многочисленные другие варианты осуществления и модификации в рамках сути и объема формулы изобретения будут очевидными специалистам в данной области техники после рассмотрения вышеприведенного описания. Следовательно, патентоспособный объем охраны должен определяться с учетом приложенной формулы изобретения наряду с полным объемом эквивалентов, на которые эта формула изобретения дает право.
[00337] В настоящем описании фраза «в одном примерном варианте осуществления» и т.п. означает, что описанный вариант осуществления представляет собой всего лишь один пример. Эта фраза не предназначена ограничивать объект изобретения этим вариантом осуществления. Другие варианты осуществления объекта изобретения могут не включать в себя описанную особенность или структуру. В прилагаемой формуле изобретения термины «включающий» и «в котором» используются в качестве языковых эквивалентов соответствующих терминов «содержащий» и «причем». Кроме того, в прилагаемой формуле изобретения термины «первый», «второй» и «третий» и т.д. используются просто как маркеры, не накладывая каких-либо численных ограничений на перечисляемые объекты. Кроме того, ограничения нижеследующей формулы изобретения не записаны в формате «средство плюс функция» и не предназначены для их интерпретации на основании § 112(f) раздела 35 Свода законов США, если только и пока в таких ограничениях не использована в явном виде фраза «средство для» с последующей формулировкой функции без дополнительной конструкции.
1. Система, содержащая:
съемный картридж, имеющий корпус картриджа и включающий в себя гидравлическую сеть, расположенную внутри корпуса картриджа, выполненную с возможностью принимать и гидравлически направлять биологический образец для проведения по меньшей мере одного из анализа образца или подготовки образца, причем съемный картридж также включает в себя клапан управления потоком, который функционально связан с гидравлической сетью и подвижен относительно гидравлической сети для управления потоком биологического образца через нее, а корпус картриджа имеет сторону корпуса, которая определяет внешний вид съемного картриджа и обеспечивает функциональный доступ к клапану управления потоком;
основной прибор, имеющий управляющую сторону, выполненную с возможностью разъемно взаимодействовать со стороной корпуса съемного картриджа, причем упомянутые сторона корпуса и управляющая сторона совместно образуют системный интерфейс, при этом основной прибор включает в себя привод клапана, который взаимодействует с клапаном управления потоком через системный интерфейс; и
узел обнаружения, удерживаемый по меньшей мере одним из съемного картриджа или основного прибора, включающий в себя детектор изображения и реакционную камеру, которая находится в проточном сообщении с гидравлической сетью, причем детектор изображения выполнен с возможностью обнаружения предусмотренных реакций внутри реакционной камеры.
2. Система по п. 1, в которой управляющая сторона и сторона корпуса являются в целом плоскими и обращены друг к другу, при этом системный интерфейс представляет собой односторонний интерфейс, в котором основной прибор и съемный картридж функционально связаны друг с другом только через сторону корпуса и управляющую сторону.
3. Система по п. 2, в которой основной прибор и съемный картридж функционально связаны таким образом, что основной прибор и съемный картридж крепятся друг к другу на системном интерфейсе с установлением по меньшей мере одной из гидравлической связи, электрической связи или тепловой связи через системный интерфейс.
4. Система по любому из пп. 1-3, в которой управляющая сторона представляет собой верх основного прибора с учетом силы тяжести, так что съемный картридж сидит на основном приборе и поддерживается им.
5. Система по любому из пп. 1-4, в которой привод клапана включает в себя удлиненное тело привода, которое проходит через сторону корпуса в корпус картриджа.
6. Система по любому из пп. 1-5, в которой клапан управления потоком включает в себя удлиненное тело привода, которое проходит через управляющую сторону в основной прибор.
7. Система по любому из пп. 1-6, в которой основной прибор имеет сторону прибора, которая обращена в противоположном направлении относительно управляющей стороны, причем основной прибор имеет размер прибора, простирающийся между управляющей стороной и этой стороной прибора, причем основной прибор и съемный картридж имеют больший суммарный размер, чем этот размер прибора.
8. Система по любому из пп. 1-7, в которой каждый из съемного картриджа и основного прибора включает в себя контактный набор электрических контактов, причем эти контактные наборы электрически соединяются друг с другом на системном интерфейсе.
9. Система по любому из пп. 1-8, в которой сторона корпуса является первой стороной корпуса, а корпус картриджа дополнительно имеет вторую сторону корпуса, причем первая и вторая стороны корпуса обращены в различных направлениях, при этом системный интерфейс представляет собой многосторонний интерфейс, в котором основной прибор и съемный картридж функционально связаны друг с другом вдоль каждой из первой и второй сторон корпуса.
10. Система по п. 9, в которой первая и вторая стороны корпуса являются в целом перпендикулярными друг другу, основной прибор имеет корпус прибора, имеющий первую и вторую управляющие стороны, которые обращены в перпендикулярных направлениях и образуют открытое углубление основного прибора, причем съемный картридж располагается внутри открытого углубления таким образом, что первая и вторая стороны корпуса взаимодействуют с первой и второй управляющими сторонами.
11. Система по п. 10, в которой привод клапана включает в себя удлиненное тело, которое проходит через системный интерфейс между первой стороной корпуса и первой управляющей стороной, причем вторая сторона корпуса и вторая управляющая сторона включают в себя соответствующие контактные наборы электрических контактов, и эти контактные наборы электрически соединяются друг с другом вдоль системного интерфейса.
12. Система по п. 9, в которой первая и вторая стороны корпуса обращены в целом в противоположных направлениях, причем основной прибор имеет сторону прибора и выходящее на эту сторону прибора гнездо приема картриджа, при этом съемный картридж размещается внутри гнезда приема картриджа.
13. Система по п. 12, в которой съемный картридж и основной прибор гидравлически связываются вдоль первой стороны корпуса и электрически соединяются вдоль второй стороны корпуса.
14. Система по п. 12, в которой основной прибор включает в себя запирающий механизм, который зацепляет по меньшей мере одну из первой стороны корпуса или второй стороны корпуса, чтобы удерживать съемный картридж внутри основного прибора.
15. Система по любому из пп. 1-14, в которой каждый из съемного картриджа и основного прибора включает в себя проточное отверстие, причем эти проточные отверстия гидравлически связываются друг с другом на системном интерфейсе.
16. Система по любому из пп. 1-15, дополнительно содержащая запирающий механизм, прикрепленный к по меньшей мере одному из съемного картриджа или основного прибора и выполненный с возможностью съемно крепить корпус картриджа к основному прибору.
17. Система по любому из пп. 1-16, в которой детектор изображения удерживается основным прибором, а реакционная камера удерживается съемным картриджем.
18. Система по любому из пп. 1-17, в которой клапан управления потоком включает в себя гибкую мембрану, выполненную с возможностью управлением потоком биологического образца через гидравлическую сеть, причем гибкая мембрана сгибается между первым и вторым состояниями приводом клапана.
19. Система по любому из пп. 1-18, в которой упомянутая сторона корпуса картриджа включает в себя отверстие для доступа через него, которое принимает привод клапана.
20. Система по любому из пп. 1-19, в которой клапан управления потоком включает в себя поворотный клапан, выполненный с возможностью управления потоком текучей среды через гидравлическую сеть, причем поворотный клапан поворачивается приводом клапана.
21. Система по любому из пп. 1-20, в которой основной прибор включает в себя термоблок, а гидравлическая сеть корпуса картриджа включает в себя канал для образца, где происходят предусмотренные реакции с биологическим образцом, причем сторона корпуса включает в себя отверстие для доступа, проходящее вдоль канала для образца и выполненное с возможностью принимать термоблок для изменения температуры канала для образца.
22. Система по любому из пп. 1-21, в которой гидравлическая сеть включает в себя множество каналов и модуль хранения, включающий в себя множество резервуаров для хранения реагентов, которые используются для по меньшей мере одного из подготовки образца или анализа образца.
23. Система по любому из пп. 1-22, в которой основной прибор включает в себя системный контроллер, имеющий модуль управления клапаном, выполненный с возможностью управления работой привода клапана для управления потоком биологического образца через гидравлическую сеть.
24. Система по п. 23, в которой модуль управления клапаном выполнен с возможностью управления работой привода клапана для проведения протокола секвенирования путем синтеза (SBS).
25. Способ секвенирования нуклеиновых кислот, содержащий:
обеспечение съемного картриджа, имеющего корпус картриджа, гидравлическую сеть, расположенную внутри корпуса картриджа, и клапан управления потоком, который функционально связан с гидравлической сетью и подвижен относительно гидравлической сети, причем корпус картриджа имеет сторону корпуса, которая определяет внешний вид съемного картриджа;
приведение съемного картриджа в контакт с основным прибором, при этом сторона корпуса съемного картриджа разъемно взаимодействует с управляющей стороной основного прибора, совместно образуя системный интерфейс, причем основной прибор содержит привод клапана, который функционально взаимодействует с клапаном управления потоком через системный интерфейс;
гидравлическое направление биологического образца с протеканием через гидравлическую сеть картриджа для проведения по меньшей мере одного из анализа образца или подготовки образца в картридже, при этом биологический образец направляют течь в реакционную камеру, причем этим потоком биологического образца управляют под действием привода клапана на клапан управления потоком; и
визуализацию биологического образца в реакционной камере с использованием узла обнаружения, который удерживается по меньшей мере одним из съемного картриджа или основного прибора.
26. Способ по п. 25, дополнительно содержащий удаление съемного картриджа из основного прибора.
27. Способ по п. 26, дополнительно содержащий приведение второго съемного картриджа в контакт с основным прибором, причем сторона корпуса второго съемного картриджа разъемно взаимодействует с управляющей стороной основного прибора, совместно образуя системный интерфейс.
28. Способ по п. 27, в котором гидравлическое направление биологического образца и визуализацию биологического образца повторяют многократно и последовательно.
29. Способ по любому из пп. 25-28, дополнительно содержащий герметизацию биологического образца внутри области подготовки образца гидравлической сети и амплификацию биологического образца в то время, пока биологический образец герметизирован внутри области подготовки образца.
30. Способ по любому из пп. 25-29, в котором клапан управления потоком включает в себя подвижный клапан, имеющий по меньшей мере один проточный канал, который проходит между отверстиями клапана, причем привод клапана выполнен с возможностью перемещать подвижный клапан между различными положениями.
31. Способ по п. 30, в котором подвижный клапан находится в положении образца, когда биологический образец течет через проточный канал и направляется в реакционную камеру, причем способ дополнительно содержит перемещение подвижного клапана в положение компонента и течение реагента через проточный канал в реакционную камеру, причем этот реагент реагирует с биологическим образцом в реакционной камере.
32. Способ по п. 31, в котором положение компонента включает в себя множество положений компонента, причем способ дополнительно содержит перемещение подвижного клапана между положениями компонента в соответствии с заданной последовательностью для затекания различных реагентов в реакционную камеру.
33. Способ по любому из пп. 25-32, в котором биологический образец включает в себя нуклеиновые кислоты, а заданную последовательность выполняют в соответствии с протоколом секвенирования путем синтеза (SBS).
34. Способ по любому из пп. 25-33, в котором реакционную камеру включает в себя проточная кювета, причем биологический образец иммобилизуется на одной или более поверхностях проточной кюветы.
35. Съемный картридж, содержащий:
корпус картриджа, имеющий отверстие для образца, которое выходит наружу корпуса картриджа и выполнено с возможностью приема биологического образца, причем корпус картриджа имеет набор электрических контактов и механический интерфейс, которые являются доступными снаружи, при этом корпус картриджа выполнен с возможностью съемно присоединяться к основному прибору;
гидравлическую сеть, содержащую множество каналов, реакционную камеру и модуль хранения, причем модуль хранения включает в себя множество резервуаров для хранения реагентов, гидравлическая сеть выполнена с возможностью направлять реагенты из резервуаров в реакционную камеру, при этом механический интерфейс является подвижным относительно гидравлической сети для управления потоком текучей среды через гидравлическую сеть; и
устройство визуализации, расположенное внутри корпуса картриджа и позиционированное для обнаружения предусмотренных реакций внутри реакционной камеры, причем устройство визуализации электрически соединено с набором электрических контактов для осуществления связи с основным прибором, причем механический интерфейс выполнен с возможностью его перемещения основным прибором, когда съемный картридж присоединен к основному прибору.
36. Съемный картридж по п. 35, в котором механический интерфейс включает в себя клапан канала, выполненный с возможностью управления потоком текучей среды через один из каналов гидравлической сети.
37. Съемный картридж по п. 35 или п. 36, в котором корпус картриджа включает в себя отверстие для доступа, обеспечивающее возможность доступа к механическому интерфейсу.
38. Съемный картридж по п. 35, в котором механический интерфейс включает в себя поворотный клапан.
39. Съемный картридж по любому из пп. 35-38, в котором корпус картриджа включает в себя отверстие для доступа, которое открыто наружу, а каналы включают в себя канал для образца, находящийся в проточном сообщении с отверстием для образца, причем отверстие для доступа проходит вдоль канала для образца и выполнено с возможностью принимать термоблок для управления температурой канала для образца.
40. Съемный картридж по любому из пп. 35-39, в котором корпус картриджа включает в себя обеспечивающее гидравлическую связь отверстие, которое является доступным снаружи и находится в проточном сообщении с гидравлической сетью, причем обеспечивающее гидравлическую связь отверстие выполнено с возможностью взаимодействия с отверстием прибора для приема текучей среды через него.
41. Съемный картридж по любому из пп. 35-40, в котором корпус картриджа включает в себя первую и вторую стороны корпуса, которые обращены в противоположных направлениях, причем первая сторона корпуса включает в себя набор электрических контактов, а вторая сторона включает в себя механический интерфейс.
42. Съемный картридж по любому из пп. 35-41, дополнительно содержащий запирающий механизм, прикрепленный к корпусу картриджа и выполненный с возможностью съемно крепить корпус картриджа к основному прибору.
43. Съемный картридж по любому из пп. 35-42, в котором модуль хранения включает в себя реагенты для проведения протокола секвенирования путем синтеза (SBS).
44. Съемный картридж, содержащий:
корпус картриджа, имеющий отверстие для образца, которое выходит наружу корпуса картриджа и выполнено с возможностью приема биологического образца;
поворотный клапан, расположенный внутри корпуса картриджа и имеющий гидравлическую сторону и множество выходящих на гидравлическую сторону отверстий клапана, причем поворотный клапан имеет по меньшей мере один проточный канал, проходящий между отверстиями клапана, при этом поворотный клапан способен поворачиваться между различными угловыми положениями;
микрожидкостное тело, имеющее сторону тела, которая сопряжена с возможностью скольжения с гидравлической стороной поворотного клапана, причем микрожидкостное тело по меньшей мере частично образует гидравлическую сеть, которая включает в себя:
канал для образца, проточно сообщающийся с отверстием для образца и имеющий отверстие сети, которое выходит на упомянутую первой сторону микрожидкостного тела;
резервуар, выполненный с возможностью удержания реагента и находящийся в проточном сообщении с отверстием резервуара, которое выходит на гидравлическую сторону микрожидкостного тела; и
питающий канал, проточно сообщающийся с реакционной камерой гидравлической сети и имеющий питающее отверстие, которое выходит на упомянутую первой сторону микрожидкостного тела;
при этом поворотный клапан выполнен с возможностью поворота между первым и вторым угловыми положениями, причем отверстие сети гидравлически связано с питающим отверстием через поворотный клапан, когда поворотный клапан находится в первом угловом положении, а когда поворотный клапан находится во втором угловом положении, отверстие резервуара гидравлически связано с питающим отверстием через поворотный клапан.
45. Съемный картридж по п. 44, в котором корпус картриджа имеет внешнюю сторону, выполненную с возможностью взаимодействия с основным прибором, причем поворотный клапан включает в себя механический интерфейс, который является доступным снаружи и выполнен с возможностью взаимодействия с основным прибором.
46. Съемный картридж по п. 44 или п. 45, в котором модуль хранения включает в себя реагенты для проведения протокола секвенирования путем синтеза (SBS).
47. Съемный картридж по любому из пп. 44-46, в котором поворотный клапан в первом угловом положении выполнен с возможностью приема жидкости образца, когда сила, действующая на текучую среду, перемещает жидкость образца к питающему отверстию, при этом поворотный клапан во втором угловом положении выполнен с возможностью позволять жидкости образца вытесняться в резервуар, когда сила вытеснения выталкивает жидкость образца из питающего отверстия в резервуар.
48. Съемный картридж по любому из пп. 44-47, в котором поворотный клапан поворачивается вокруг оси, причем питающее отверстие совмещено с этой осью.
49. Съемный картридж, содержащий:
корпус картриджа, имеющий отверстие для образца, которое выходит наружу корпуса картриджа и выполнено с возможностью приема биологического образца, причем корпус картриджа включает в себя стыковочную сторону, которая предназначена быть обращенной к и выполнена с возможностью съемно присоединяться к основному прибору;
гидравлическую сеть, расположенную внутри корпуса и включающую в себя канал для образца, находящийся в проточном сообщении с отверстием для образца;
клапан канала, включающий в себя гибкую деталь, выполненную с возможностью перемещения между первым и вторым положениями и блокирующую поток через канал для образца, когда она находится в первом положении, и разрешающую поток через канал для образца, когда она находится во втором положении, причем стыковочная сторона корпуса картриджа включает в себя отверстие для доступа, которое делает доступным клапан канала снаружи корпуса картриджа и выполнено с возможностью принимать привод клапана основного прибора для перемещения гибкой детали между первым и вторым положениями.
50. Съемный картридж по п. 49, в котором гибкая деталь содержит гибкий слой, который накрывает внутреннюю полость гидравлической сети и выполнен с возможностью вдавливаться в эту полость, чтобы блокировать поток через нее.
51. Съемный картридж по п. 49 или п. 50, дополнительно содержащий поворотный клапан, расположенный внутри корпуса картриджа и выполненный с возможностью поворота между различными положениями, чтобы изменять путь течения в гидравлической сети, причем поворотный клапан включает в себя механический интерфейс, который является функционально доступным вдоль стыковочной стороны.
52. Съемный картридж по любому из пп. 49-51, в котором гидравлическая сеть включает в себя отверстие сети, находящееся в проточном сообщении с каналом для образца, питающее отверстие, находящееся в проточном сообщении с реакционной камерой, и отверстие резервуара, находящееся в проточном сообщении с резервуаром, выполненным с возможностью хранения реагента, причем съемный картридж дополнительно содержит поворотный клапан, расположенный внутри корпуса картриджа, при этом поворотный клапан гидравлически связывает питающее отверстие и отверстие сети, находясь в первом угловом положении, и гидравлически связывает питающее отверстие и отверстие резервуара, находясь во втором угловом положении.
53. Съемный картридж по любому из пп. 49-52, в котором стыковочная сторона является первой стыковочной стороной, а съемный картридж имеет вторую стыковочную сторону, причем первая и вторая стыковочные стороны обращены в противоположных направлениях, а вторая стыковочная сторона выполнена с возможностью взаимодействовать с прибором механически, гидравлически или термически.
54. Основной прибор, содержащий:
системный корпус, имеющий управляющую сторону, выполненную с возможностью взаимодействия со съемным картриджем;
вращающийся двигатель, выполненный с возможностью взаимодействия с поворотным клапаном съемного картриджа;
привод клапана, выполненный с возможностью взаимодействия с клапаном канала съемного картриджа;
набор электрических контактов, выполненный с возможностью электрического соединения со съемным картриджем; и
системный контроллер, выполненный с возможностью управления вращающимся двигателем и приводом клапана, чтобы проводить протокол анализа внутри съемного картриджа, причем системный контроллер выполнен с возможностью получения данных визуализации от съемного картриджа через набор электрических контактов.
55. Основной прибор по п. 54, дополнительно содержащий термоблок для нагревания части съемного картриджа.
56. Съемный картридж, содержащий:
корпус картриджа, имеющий отверстие для образца, которое выходит наружу корпуса картриджа и выполнено с возможностью принимать биологический образец, причем корпус картриджа имеет стыковочную сторону, предназначенную быть обращенной к и выполненную с возможностью съемно присоединяться к основному прибору;
микрожидкостное тело, расположенное внутри корпуса картриджа, причем микрожидкостное тело имеет сторону тела и включает в себя гидравлическую сеть, содержащую множество дискретных каналов и соответствующих отверстий, которые выходят на эту сторону тела в принимающей клапан области; и
поворотный клапан, расположенный внутри корпуса картриджа, причем поворотный клапан имеет гидравлическую сторону и по меньшей мере один проточный канал, проходящий между множеством отверстий клапана, выходящих на его гидравлическую сторону, которая сопрягается с возможностью поворота с принимающей клапан областью стороны тела, при этом поворотный клапан является подвижным между различными угловыми положениями, чтобы гидравлически связывать дискретные каналы, при этом поворотный клапан имеет механический интерфейс, который доступен вдоль стыковочной стороны и выполнен с возможностью взаимодействия с основным прибором так, чтобы поворотный клапан управлялся основным прибором.
57. Съемный картридж по п. 56, в котором поворотный клапан поворачивается вокруг оси, а отверстия клапана включают в себя питающее отверстие, и эта ось проходит через это питающее отверстие.
58. Съемный картридж, содержащий:
корпус картриджа, имеющий отверстие для образца, которое выходит наружу корпуса картриджа и выполнено с возможностью приема биологического образца, причем корпус картриджа имеет стыковочную сторону, выполненную с возможностью съемным образом присоединяться к основному прибору;
микрожидкостную структуру, расположенную внутри корпуса картриджа и содержащую множество уложенных стопкой слоев печатной платы (ПП), причем слои ПП включат в себя гидравлические слои, которые образуют каналы и реакционную камеру, когда эти слои ПП уложены друг на друга, при этом слои ПП также включают в себя слой разводки;
формирователь изображений, выполненный с возможностью его установки на микрожидкостной структуре и его электрического соединения с проводящим слоем разводки, причем формирователь изображений ориентирован так, чтобы обнаруживать предусмотренные реакции внутри реакционной камеры.
59. Съемный картридж по п. 58, дополнительно содержащий контакты ввода/вывода (I/O), которые являются доступными снаружи корпуса картриджа и электрически соединены с формирователем изображений.
60. Съемный картридж по п. 58 или п. 59, в котором микрожидкостная структура включает в себя клапан канала, в котором по меньшей мере часть клапана канала образована слоями ПП, причем клапан канала выполнен с возможностью приведения его в действие для блокировки и разрешения потока через один из каналов.