КАРТРИДЖНЫЙ УЗЕЛ
CARTRIDGE ASSEMBLY

Перекрестная ссылка на родственные заявки
[001] Настоящая заявка испрашивает приоритет согласно предварительной заявки США №62/408,631, поданной 14 октября 2016 года, и согласно патентной заявки Нидерландов №2017959, поданной 8 декабря 2016 года; причем содержание каждой из этих заявок в полном объеме включено в настоящий документ посредством ссылки.
Уровень техники
[002] Разнообразные протоколы, используемые в биологических или химических исследованиях, предусматривают проведение большого количества контролируемых реакций. Реакции могут проводиться в соответствии с заданным протоколом посредством автоматизированных систем, имеющих, например, подходящее оборудование для текучих сред, оптику и электронику. Такие системы могут использоваться, например, для создания биологического или химического продукта для последующего его использования или для анализа пробы с целью детекции определенных свойств/характеристик этой пробы. При проведении анализа в некоторых случаях химическая составляющая, содержащая распознаваемый маркер (например, флюоресцентный маркер) может поставляться в камеру, где расположена проба, и избирательно образовать связь с другой химической составляющей пробы. За такими химическими реакциями можно наблюдать или убеждаться в их наличии посредством возбуждения маркеров излучением и детекцией светового излучения от этих маркеров. Такие световые излучения могут также генерироваться другим образом, например, хемилюминисценцией.
[003] Некоторые из известных систем используют устройство для текучей среды, например, проточную кювету, которая содержит проточный канал (например, внутреннюю камеру), образованный одной или более внутренними поверхностями проточной кюветы. Реакции могут проводиться вдоль указанных внутренних поверхностей. Проточную кювету обычно располагают в непосредственной близости от оптического узла, который содержит устройство для формирования изображения пробы внутри проточной кюветы. Оптический узел может содержать линзу объектива и/или твердотельное устройство формирования изображения (например, ПЗС (англ. CCD) или КМОП (англ. CMOS)). В некоторых случаях линзу объектива не используют, при этом твердотельное устройство формирования изображения располагают в непосредственной близости от проточной кюветы для формирования изображения проточного канала.
[004] До формирования изображения проточного канала может понадобиться проведение некоторого количества реакций с пробой. Например, в одном из методов секвенирования посредством синтеза (англ. sequencing-by-synthesis (SBS) technique) одна или более поверхностей проточного канала содержит массивы кластеров нуклеиновых кислот (например, клоновые ампликоны), которые образуются посредством мостовой полимеразной цепной реакции (англ. bridge PCR). После генерирования указанных кластеров нуклеиновые кислоты "линеаризуют" для образования одноцепочечной ДНК (англ. single stranded DNA - sstDNA). Для завершения цикла секвенирования некоторое количество компонентов реакции направляется в проточный канал в соответствии с заданным расписанием. Например, каждый цикл секвенирования может предусматривать направление одного или более нуклеотидов (например, А, Т, G, С) в проточный канал для удлинения одноцепочечной ДНК на одно основание. Обратимый терминатор, прикрепленный к нуклеотидам, может гарантировать, что только один нуклеотид инкорпорируется одноцепочечной ДНК во время одного цикла. Каждый нуклеотид имеет уникальный флюоресцентный маркер, который излучает некоторый цвет, будучи возбужденным (например, красный, зеленый, голубой и т.д.), этот факт используется для детекции соответствующего нуклеотида. С только что инкорпорированными нуклеотидами формируют изображение множества кластеров в четырех каналах (например, одно для каждого флюоресцентного маркера). После формирования изображения в проточный канал направляется другой компонент реакции для химического отщепления флюоресцентного маркера и обратимого терминатора от одноцепочечной ДНК. Одноцепочечная ДНК затем готова к другому циклу. Соответствующим образом за каждый цикл в проточный канал подается несколько различных компонентов реакций. Один сеанс секвенирования может состоять из множества циклов, например, 100, 300, или более.
[005] Текучие среды, содержащие компоненты реакции, обычно удерживаются в устройстве для хранения (например, подносе или картридже), в котором разные текучие среды хранятся в разных резервуарах. Из-за количества компонентов реакции и большого числа циклов общий объем текучей среды, используемой во время одного сеанса, может быть большим. В частности, в некоторых случаях, непрактично подавать весь объем компонентов реакции в один картридж. В таких случаях может понадобиться большая система, несколько систем, или проведение нескольких сеансов с одной системой. Такие решения могут быть затратными, неудобными, или необоснованными при некоторых обстоятельствах.
Терминология
[006] Вся литература и похожие материалы, процитированные в настоящей заявке, включая, но не ограничиваясь этим, патенты, патентные заявки, статьи, книги, трактаты и Интернет страницы, вне зависимости от формата этой литературы и похожих материалов, недвусмысленно включаются посредством ссылки в полном своем объеме. В случае, если один или более из источников и подобных материалов отличается от или противоречит настоящей заявке, в том числе, но не ограничиваясь этим, в отношении определенных терминов, использования терминов, описанных техник и прочего, приоритет отдается настоящей заявке.
[007] Следующие термины при их использовании в настоящей заявке имеют указанные ниже значения.
[008] Описанные здесь варианты осуществления изобретения включают различные системы, способы, узлы и аппараты, используемые для детекции необходимых реакций в пробе для биологического или химического анализа. В некоторых случаях необходимые реакции создают оптические сигналы, обнаруживаемые оптическим узлом. Оптические сигналы могут быть в виде световых излучений от маркеров или могут быть трансмиссионным светом, отраженным или преломленным пробой. Некоторые варианты осуществления могут использовать, например, для выполнения или упрощения выполнения протокола секвенирования, в котором одноцепочечная ДНК подвергается секвенированию в проточной кювете. Некоторые варианты осуществления изобретения могут также выполнять протокол амплификации с целью генерирования пробы, представляющей интерес для секвенирования.
[009] Описанные здесь варианты осуществления делают возможным возникновение необходимых реакций. Такие реакции включают изменение по меньшей мере одного химического, электрического, физического и оптического свойства или качества субстанции, которое является ответной реакцией на некую стимуляцию. Например, необходимой реакцией может быть химическая трансформация, химическое изменение, или химическое взаимодействие. В некоторых случаях необходимая реакция обнаруживается системой формирования изображения. Система формирования изображения может включать оптический узел, который направляет оптические сигналы датчику (например, ПЗС или КМОП). Однако в некоторых случаях система формирования изображения может обнаруживать оптические сигналы самостоятельно. Например, проточную кювету могут установить на КМОП датчике. При этом необходимой реакцией может также быть изменение электрических свойств. Например, необходимой реакцией может быть изменение концентрации ионов в растворе.
[0010] Примеры реакций включают, не ограничиваясь этим, химические реакции, такие как уменьшение, окисление, добавление, удаление, перестроение, эстерификация, амидирование, этерефикация, реакция образования цикла, или замена; связывающие реакции, в которых первое химическое вещество образует химические связи со вторым химическим веществом; реакции диссоциации, в которых два или более химических веществ отделяются друг от друга; флюоресценция; люминисценция; хемилюминисценция; и биологические реакции, такие как репликация нуклеиновой кислоты, амплификация нуклеиновой кислоты, гибридизация нуклеиновой кислоты, лигирование нуклеиновой кислоты, фосфолирирование, ферментативный катализ, рецепторное связывание, или связывание лигандов. Необходимой реакцией может также быть добавление или удаление протона, что, например, обнаружиться в виде изменения кислотности (рН) окружающего раствора или среды.
[0011] Различные варианты осуществления включают подачу некоего компонента реакции к пробе. В настоящем описании "компонент реакции" или "реактив" подразумевает любую субстанцию, которая может быть использована для получения необходимой реакции. Например, компоненты реакции включают реагенты, ферменты, пробы, другие биомолекулы, и буферные растворы. Компоненты реакции обычно подаются к зоне реакции (например, зоне, где располагается проба) в виде раствора или являются иммобилизированными в зоне реакции. С представляющей интерес субстанцией компоненты реакции могут взаимодействовать прямо или опосредованно.
[0012] В некоторых вариантах осуществления необходимые реакции обнаруживаются оптически с помощью оптического узла. Оптический узел может включать оптическую систему оптических компонентов, кооперирующих друг с другом для направления оптических сигналов устройству формирования изображения (например, ПЗС, КМОП или трубкам фотоумножителя). Однако в альтернативных вариантах зона пробы может располагаться в непосредственной близости от детектора активности, который определяет необходимые реакции, не используя указанную оптическую систему. Детектор активности может быть способен определять заданные события, свойства, качества, или характеристики в пределах заданного объема или зоны. Например, детектор активности может быть способен формировать изображение заданного объема или зоны. Детектор активности может быть способен определять концентрацию ионов в заданном объеме раствора или вдоль заданной зоны. Примерами детектора активности могут служить приборы с зарядовой связью (ПЗС) (например, ПЗС камеры); трубки фотоумножителя (ФЭУ); устройства или детекторы для молекулярных исследований, такие, которые используются с нанопорами; конфигурации микросхем, как те, что описаны в патенте США №7,595,883, который включен в настоящую заявку в полном своем объеме посредством ссылки; и КМОП датчики, имеющие полевые транзисторы, включая химически чувствительные полевые транзисторы, ионочувствительные полевые транзисторы, и/или полевые транзисторы типа метал-оксид-полупроводник.
[0013] В настоящей заявке термины "элемент освещения" и "оптический компонент" обозначают, не ограничиваясь этим, различные элементы, оказывающие влияние на распространение оптических сигналов. Например, оптические элементы могут по меньшей мере выполнять одно из следующих действий: перенаправлять, фильтровать, придавать форму, усиливать или концентрировать оптические сигналы. Оптические сигналы, которые могут подвергаться воздействию, включают оптические сигналы выше по течению от пробы, и оптические сигналы ниже по течению от пробы. В системе флюоресцентной детекции компоненты выше по течению включают те, что направляют возбуждающее излучение в направлении пробы, а компоненты ниже по течению включают те, что направляют возбуждающее излучение от пробы. Оптическими компонентами могут быть, например, рефлекторы, дихроичные зеркала, расщепители луча, коллиматоры, линзы, фильтры, клинья, призмы, зеркала, детекторы, и подобное. Оптические компоненты также включают полосовые фильтры, оптические клинья, и оптические устройства, подобные тем, что описаны здесь.
[0014] В настоящей заявке термин "оптические сигналы" или "световые сигналы" обозначают, не ограничиваясь этим, электромагнитную энергию, которую можно обнаружить. Указанный термин включает световые излучения от маркированных биологических или химических субстанций, а также включает пропущенный свет, преломленный или отраженный оптическими субстанциями. Оптические или световые сигналы, включая возбуждающее излучение, подаваемое на пробу, и световые излучения, генерируемые пробой, могут иметь один или более спектральных рисунков. Например, во время одного сеанса формирования изображения может быть возбужден более чем один тип маркера. В таких случаях несколько маркеров могут быть возбуждены одним источником возбуждающего света или различными источниками возбуждающего света, в различные моменты времени или в один и тот же момент времени. Каждый тип маркера может излучать оптические сигналы, имеющие спектральный рисунок, отличающийся от спектрального рисунка других маркеров. Например, спектральные рисунки могут иметь различный спектр излучения. Световые излучения могут подвергнуть фильтрации для отдельной детекции оптических сигналов от другого спектра излучения.
[0015] Элемент освещения и/или оптические компоненты могут быть зафиксированы в оптическом узле или могут быть избирательно перемещаемыми. В настоящей заявке при использовании термина "избирательно" совместно с термином "перемещение" и похожих терминов, такая фраза означает, что местоположение оптического компонента может меняться по необходимости. По меньшей мере одно из местоположений и ориентации оптического компонента может меняться. Например, в некоторых вариантах зеркало, выполненное с возможностью вращения, избирательно перемещается для того, чтобы содействовать фокусировке оптической системы формирования изображения.
[0016] Аналитические операции (которые также обозначены, как сеансы формирования изображения) включают период времени, в течение которого формируется изображение по меньшей мере части пробы. Одна проба может проходить или подвергаться нескольким сеансам формирования изображения. Например, одна проба может подвергаться двум различным сеансам формирования изображения, где каждый сеанс формирования изображения пытается обнаружить оптические сигналы от одного или более различных маркеров. В качестве конкретного примера: первое сканирование вдоль по меньшей мере части пробы нуклеиновой кислоты может обнаружить маркеры, связанные с нуклеотидами А и С, а второе сканирование вдоль по меньшей мере части пробы может обнаружить маркеры, связанные с нуклеотидами G и Т. В примерах секвенирования отдельные сеансы могут происходить в различных циклах протокола секвенирования. Каждый цикл может включать один или более сеансов формирования изображения. В других случаях обнаружение оптических сигналов в различных сеансах формирования изображения может включать сканирование разных проб. Разные пробы могут быть одного и того же типа (например, два микроматричных чипа) или разных типов (например, проточная кювета и микроматричный чип).
[0017] Во время аналитической операции производят наблюдение за оптическими сигналами, сгенерированными пробой. В вариантах, описанных в настоящей заявке, могут использоваться различные типы формирования изображения. Например, в некоторых вариантах, описанных в настоящей заявке, может использоваться процедура "step and shoot", согласно которой изображения формируют индивидуально для разных зон пробы. Некоторые варианты осуществления могут также быть выполнены с возможностью осуществления по меньшей мере одного формирования эпифлюоресцентного изображения и формирования полного-внутреннего-отраженного-флюоресцентного изображения (англ. total-internal-reflectance-fluorescence (TIRF) imaging). В других вариантах осуществления устройство формирования изображения пробы является сканирующей системой с задержкой времени (англ. scanning time-delay integration (TDI) system). Более того, сеансы формирования изображения могут включать "линейное сканирование" одной или более проб, согласно которому, например, линейная фокальная зона света сканируется поперек пробы (проб). Некоторые способы линейного сканирования описаны, например, в патенте США №7,329,860 и публикации патента США №2009/0272914, которые в полном объеме включены в настоящую заявку посредством ссылки. Сеансы формирования изображения могут также включать перемещение точечной фокальной зоны света в соответствии с растровой схемой поперек пробы (проб). В альтернативных вариантах сеансы формирования изображения могут включать обнаружение световых излучений, сгенерированных без освещения, всецело в результате излучающих свойств маркера внутри пробы (например, радиоактивного или хемилюминесцентного компонента в пробе). В альтернативных вариантах проточные кюветы могут быть установлены на устройстве формирования изображения (например, ПЗС или КМОП), обнаруживающем необходимые реакции.
[0018] В настоящей заявке термин "проба" или "представляющая интерес проба" без ограничений подразумевает различные материалы или представляющие интерес субстанции, которые проходят сеанс формирования изображения, во время которого наблюдают за оптическими сигналами от указанного материала или субстанции. В некоторых вариантах пробой могут быть, не ограничиваясь данными примерами, представляющие интерес биологические или химические субстанции, а в факультативном порядке оптический подслой или опорная структура, удерживающая указанные биологические или химические субстанции. По сути, проба может включать, а может не включать, оптический подслой или опорную структуру. В настоящей заявке термин "биологические или химические субстанции" может подразумевать, без ограничений, разнообразные биологические или химические субстанции, подходящие для формирования изображений этих субстанций, или подходящие для их исследования оптическими системами, описанными в настоящей заявке. Например, биологические или химические субстанции включают биомолекулы, такие как нуклеозиды, нуклеиновые кислоты, полинуклеотиды, олигонуклеотиды, протеины, ферменты, полипептиды, антитела, антигены, лиганды, рецепторы, полисахариды, углеводы, полифосфаты, нанопоры, органоиды, липидные слои, клетки, ткани, организмы, и биологически активное химическое соединение (соединения), например, аналоги или миметики приведенных выше примеров. Другие химические субстанции включают маркеры, которые могут быть использованы для идентификации. Примерами таких химических субстанций являются флюоресцентные маркеры и другие маркеры, описанные более детально ниже.
[0019] Другие виды проб могут включать различные оптические субстанции или опорные структуры, разными способами оказывающие влияние на падающий свет. В некоторых вариантах пробы, подвергаемые детекции, могут быть прикреплены к одной или более поверхностям подслоя или опорной структуры. Например, проточные кюветы могут включать один или более проточных каналов. В проточных кюветах проточные каналы могут быть отделены от окружающей среды верхним и нижним слоями проточной кюветы. Таким, оптические сигналы, которые необходимо обнаружить, проектируются из опорной структуры и могут передаваться через несколько слоев материала, имеющих разные рефракционные индексы. Например, при детекции оптических сигналов от внутренней нижней поверхности проточного канала и при детекции оптических сигналов над проточным каналом, оптические сигналы, определение которых представляет интерес, могут распространяться через текучую среду, имеющую некоторый рефракционный индекс, через один или более слоев проточных кювет, имеющих другие рефракционные индексы, и через внешнюю среду, имеющую другой рефракционный индекс.
[0020] Системы и способы, представленные здесь, могут быть использованы для детекции присутствия определенной целевой молекулы в пробе, контактирующей с микроматрицей. Присутствие молекулы может быть обнаружено, например, на основании образования связи маркированного целевого анализируемого вещества с определенной пробой микроматрицы или вследствие модификации определенной пробы в виде инкорпорирования, удаления или изменения маркера в месте пробы, при этом указанная модификация зависит от цели. Для идентификации или определения свойств целевых объектов может применяться любой тип анализа с использованием микроматрицы, как те, что описаны, например, в опубликованных патентных заявках США №2003/0108867; 2003/0108900; 2003/0170684; 2003/0207295; или 2005/0181394, каждая из которых включена в настоящую заявку посредством ссылки.
[0021] Более того, оптические системы, описанные здесь, могут быть сконструированы с возможностью включения различных компонентов и узлов, как те, что описаны в заявке РСТ PCT/US07/07991, имеющей название "Система и устройства для анализа секвенирования посредством синтеза", отправленной 30 марта 2007 года, и/или с возможностью включения различных компонентов и узлов, как те, что описаны в международной публикации № WO 2009/042862, имеющей название "Система и способ возбуждения флюоресценцией и детекции", отправленной 26 сентября 2008 года. Указанные источники в полном своем объеме включены в настоящую заявку посредством ссылки. В некоторых вариантах осуществления оптические системы могут включать разнообразные компоненты и узлы, как те, что описаны в патенте США №7,329,860 и WO 2009/137435, которые в полном своем объеме включены в настоящую заявку посредством ссылки. Оптические системы могут также включать различные компоненты и узлы, как те, что описаны патентной заявке США №12/638,770, отправленной 15 декабря 2009 года, которая в полном своем объеме включена в настоящую заявку посредством ссылки.
[0022] В некоторых вариантах осуществления способы и оптические системы, описанные в настоящей заявке, могут быть использованы для секвенирования нуклеиновых кислот. Например, в частности могут применяться протоколы секвенирования посредством синтеза (англ. sequencing-by-synthesis (SBS)), далее - SBS-секвенирование. В SBS-секвенировании множество флюоресцентно-маркированных модифицированных нуклеотидов используют для секвенирования множества кластеров амплифицированной ДНК (по возможности миллионов кластеров), расположенных на поверхности оптического подслоя (например, поверхности, которая по меньшей мере частично формирует канал в проточной кювете). Проточные кюветы могут содержать пробы нуклеиновых кислот для секвенирования там, где проточные кюветы располагаются в подходящих держателях проточных кювет. Пробы для секвенирования могут принимать форму отдельных молекул нуклеиновой кислоты, отделенных друг от друга так, что они являются индивидуально решаемыми, амплифицированных популяций молекул нуклеиновых кислот в виде кластеров или других объектов, или гранул, присоединенных к одной или более молекулам нуклеиновых кислот. Соответствующим образом, секвенирование может проводиться на матрице, например, как это было описано выше. Нуклеиновые кислоты могут быть подготовлены так, что они содержат олигонуклеотидный праймер, примыкающей к неизвестной целевой последовательности. Для инициирования первого цикла SBS-секвенирования один или более по-разному маркированных нуклеотидов, и ДНК-полимераз и т.п., могут подаваться в/прогоняться через проточную кювету посредством подсистемы потока текучей среды (не показана). Единовременно могут добавлять нуклеотид одного вида. В альтернативном варианте нуклеотиды, используемые в процессе секвенирования, могут быть специальным образом сконструированы способными к обратной терминации, за счет чего каждый цикл реакции секвенирования может происходить одновременно в присутствии нескольких типов маркированных нуклеотидов (например, А, С, Т, G). Нуклеотиды могут содержать обнаруживаемые промаркированные составляющие, такие как флуорофоры. В случае, когда четыре нуклеотида перемешаны, полимераза способна выбрать правильное основание для инкорпорирования, при этом каждая последовательность удлиняется на одно основание. Не инкорпорированные нуклеотиды могут быть смыты прогонкой промывочного раствора через проточную кювету. Один или более лазеров могут возбуждать указанные нуклеиновые кислоты и вызывать флюоресценцию. Флюоресценция, испускаемая от нуклеиновых кислот, основывается на флуорофорах инкорпорированного основания, при этом разные флуорофоры могут испускать световое излучение с различными длинами волн. Для удаления групп обратных терминаторов с удлиненных и обнаруженных цепей ДНК в проточную кювету могут добавить реагент разблокировки. Реагент разблокировки может затем быть смыт прогонкой промывочного раствора через проточную кювету. Проточная кювета затем оказывается готовой к следующему циклу секвенирования, который начинается с введения промаркированного нуклеотида, как было описано выше. Этапы, связанные с текучей средой и детекцией, могут повторять несколько раз для полного завершения процесса секвенирования. Примеры способов секвенирования описаны, например, в Bentley et al., Nature 456:53-59 (2008), WO 04/018497; US 7,057,026; WO 91/06678; WO 07/123744; US 7,329,492; US 7,211,414; US 7,315,019; US 7,405,281, и US 2008/0108082. Каждый из указанных выше источников включен в настоящую заявку посредством ссылки.
[0023] В некоторых вариантах нуклеиновые кислоты могут быть прикреплены к поверхности и амплифицированы до или во время секвенирования. Например, для формирования кластеров нуклеиновых кислот на поверхности может быть осуществлена амплификация, использующая мостовую амплификацию. Полезные способы мостовой амплификации описаны, например, в патенте США №5,641,658; публикации патента США №2002/0055100; патенте США №7,115,400; публикации патента США №2004/0096853; публикации патента США №2004/0002090; публикации патента США №2007/0128624; и публикации патента США №2008/0009420. Другим полезным способом амплификации нуклеиновых кислот на поверхности является амплификация по типу катящегося кольца (англ. rolling circle amplification (RCA)), далее RCA-амплификация, например, как та, что описана в Lizardi et al., Nat. Genet. 19:225-232 (1998) и US 2007/0099208 A1, при этом каждый из указанных источников включен в настоящую заявку посредством ссылки. Также может использоваться эмульсионная полимеразная цепная реакция на гранулах, например, как та, что описана в Dressman et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100:8817-8822 (2003), WO 05/010145, или публикации патента США №2005/0130173 или 2005/0064460, при этом каждый из вышеуказанных источников в полном объеме включен в настоящую заявку посредством ссылки.
[0024] Другими техниками секвенирования, доступными для использования в способах и системах, описанных здесь, являются пиросеквенирование, нанопоровое секвенирование и секвенирование легированием. Примеры техник пиросеквенирования и особенно полезные пробы описаны в US 6,210,891; US 6,258,568; US 6,274,320 и Ronaghi, Genome Research 11:3-11 (2001), при этом каждый из вышеуказанных источников включен в настоящую заявку посредством ссылки. Примеры техник нанопорового секвенирования и особенно полезные пробы описаны в Deamer et al., Асе. Chem. Res. 35:817-825 (2002); Li et al., Nat. Mater. 2:611-615 (2003); Soni et al., Clin Chem. 53:1996-2001 (2007) Healy et al., Nanomed. 2:459-481 (2007) и Cockroft et al., J. am. Chem. Soc. 130:818-820; и US 7,001,792, при этом каждый из вышеуказанных источников включен в настоящую заявку посредством ссылки. Эти способы, в частности, используют повторяющиеся этапы доставки реагента. Инструмент или способ, описанный в настоящей заявке, может предусматривать наличие резервуаров, клапанов, линий для текучей среды и других компонентов для текучей среды вместе с контрольными системами для этих компонентов для ввода реагентов и детекции оптических сигналов согласно целевому протоколу, как те, что описаны в источниках, на которые приведены ссылки выше. В этих системах может использоваться любое разнообразие проб, например, подслои могут иметь гранулы, сгенерированные эмульсионной полимеразной цепной реакцией, подслои могут иметь волноводы нулевой моды, подслои могут иметь интегрированные КМОП-детекторы, подслои могут иметь биологические нанопоры в липидных двухслойных структурах, твердотельные подслои могут иметь синтетические нанопоры, при этом могут использоваться и другие варианты, известные из уровня техники. Такие варианты описаны в контексте различных техник секвенирования в источниках, ссылки на которые приведены выше, а также в US 2005/0042648; US 2005/0079510; US 2005/0130173; и WO 05/010145, при этом каждый из вышеуказанных источников включен в настоящую заявку посредством ссылки.
[0025] Примеры маркеров, которые могут быть обнаружены в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения, например, в случае их присутствия на или внутри опорной структуры, включают, не ограничиваясь этим, хромофору; люминофору; флюорофору; оптически закодированные наночастицы; частицы с закодированной дифракционной решеткой; электрохемилюминесцентный маркер, такой как Ru(bpy)32+; или составляющую, которая может быть обнаружена на основании оптической характеристики. Полезными примерами флюорофор являются флюоресцентные лантаноидные комплексы, в том числе комплексы европия и тербия, флюоресцеин, родамин, тетраметилродамин, эозин, эритрозин, кумарин, метилкумарин, пирен, малахитовый зеленый, Су3, Су5, стильбен, люцифер желтый, каскадный голубой BlueTM, техасский красный, краситель alexa dyes, фикоэритрин, bodipy, и другие вещества, известные из уровня техники, в том числе описанные в Haugland, Molecular Probes Handbook, (Eugene, OR) 6th Edition; The Synthegen catalog (Houston, TX.), Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, 2nd Ed., Plenum Press New York (1999), или WO 98/59066, при этом каждый из вышеуказанных источников включен в настоящую заявку посредством ссылки. В некоторых примерах одна пара маркеров может быть возбуждена одной длиной волны возбуждения, а другая пара маркеров может быть возбуждена другой длиной волны возбуждения.
[0026] Хотя примеры выше приведены, ориентируясь на детекцию проб, включающих биологические или химические субстанции, поддерживаемые оптическим подслоем, должно быть понятно, что с помощью описанных здесь вариантов осуществления изобретения могут быть сформированы изображения и других проб. Другие варианты проб включают, не ограничиваясь этим, биологические образцы, такие как клетки или ткани, электронные чипы, в том числе используемые в компьютерных процессорах и т.п. Варианты применения настоящего изобретения включают микроскопию, спутниковое сканирование, осуществление репрографии высокого разрешения, флюоресцентное получение изображений, анализ и секвенирвоание нуклеиновых кислот, секвенирование ДНК, секвенирование посредством синтеза, формирование изображений микроматриц, формирование изображений голографически закодированных микрочастиц и т.п.
Раскрытие изобретения
[0027] В соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения предлагается картриджный узел для использования с инструментом анализа текучих сред. Картриджный узел содержит кожух, включающий камеру проточной кюветы, выполненную с возможностью приема проточной кюветы, и луночный планшет, имеющий лунки для жидкости для приема необходимого количества жидкостей. Луночный планшет содержит клапанную станцию, насосную станцию и станцию анализа текучих сред. Луночный планшет содержит каналы, соединенные с лунками, клапанной станцией, насосной станцией и станцией анализа текучих сред. Насосный узел располагается на луночном планшете в насосной станции. Насосный узел регулирует движение потока текучей среды через каналы между насосной станцией и станцией анализа текучих сред. Узел поворотного клапана располагается на луночном планшете в клапанной станции. Узел поворотного клапана включает поворотный вал и поворотный клапан, расположенный с возможностью поворота вокруг оси вращения и избирательного соединения лунок с насосной станцией. Поворотный вал имеет дистальный конец, экспонируемый через кожух. На своем дистальном конце поворотный вал имеет двойную шлицевую конфигурацию. Двойная шлицевая конфигурация имеет первый и второй наборы шлицев. Первый набор шлицев образует приводной интерфейс, а второй набор шлицев образует интерфейс кодировки положения. Интерфейс кодировки положения используется узлом клапанного привода для отслеживания положения поворотного вала.
[0028] В факультативном порядке первый набор шлицев представляет собой внешние шлицы, проходящие вокруг внешней поверхности дистального конца, при этом боковые стороны соседних шлицев отделены первым заданным интервалом между шлицами. Интервал между шлицами соответствует рисунку шлицев на приводном вале узла клапанного привода. Второй набор шлицев может представлять внутренние шлицы, образованные на внутренней поверхности полости, предусмотренной на дистальном конце поворотного вала. Внутренние шлицы могут иметь боковые стороны, выполненные под углом, так, что соседние боковые стороны образуют заданный непараллельный угол относительно друг друга. Соседние боковые стороны могут объединяться внизу для образования карманов для приема сопрягаемых шлицев на приводном валу узла клапанного привода.
[0029] В факультативном порядке поворотный клапан может быть установлен на проксимальном конце поворотного вала с помощью соединительного фланца. Соединительный фланец может разрешать заданное количество наклонного перемещения между клапаном и поворотным валом. Поворотный клапан может содержать роторное основание, имеющее одно или более ребер, расположенных вокруг проксимального конца поворотного вала. Соединительный фланец может удерживаться между указанными ребрами и проксимальным концом поворотного вала. Поворотный клапан может иметь поверхность соединения с луночным планшетом, имеющую центральный порт и радиальным порт. Поворотный клапан может иметь канал, ориентированный так, что он проходит в радиальном направлении наружу от центрального порта к радиальному порту.
[0030] В факультативном порядке центральный порт может быть выровнен для соответствия оси вращения поворотного вала и быть выровненным относительно центрального порта подачи в луночном планшете. Поворотный клапан может поворачиваться вокруг оси вращения для выравнивания радиального порта относительно соответствующего луночного порта. Поворотный клапан может иметь поверхность соединения с луночным планшетом, выполненную с интерфейсным кольцом на ней. Интерфейсное кольцо может проходить по периметру поверхности соединения с луночным планшетом. Картриджный узел может также содержать крышку клапана, имеющую внутреннюю полость для того, чтобы вращательно принимать поворотный клапан. Крышка клапана может содержать один или более запорных элементов для крепления крышки клапана к лункам и вниз к луночному планшету. Во внутренней полости может быть предусмотрен элемент смещения, который может прикладывать смещающую силу к поворотному клапану для сохранения герметичного интерфейса между портами в поворотном клапане и портами в луночном планшете.
[0031] В факультативном порядке насосный узел может включать поршень, имеющий приводной конец и поверхность смещения, расположенные на противоположных концах поршня. Приводной конец и поверхность смещения могут экспонироваться на верхней и нижней поверхностях кожуха так, что однонаправленные приводная и смещающая силы прикладываются к нему в связи с перемещением поршня возвратно-поступательным образом. Поршень может иметь приводную штангу и поршневую штангу, соединенные друг с другом посредством мостового сегмента, имеющего U-образную форму, и могут быть выполнены вместе в виде монолитной конструкции. Приводная и поршневая штанги могут вставляться в опорные колонны, расположенные на луночном планшете. Поршень может иметь поршневую штангу и поршневой элемент, совместно изготовленные посредством литья из разных материалов. Поршневой элемент может быть выполнен на ведущем конце поршневой штанги. Поршневой элемент может перемещаться в соответствующей опорной колонне с целью создания условий высокого и низкого давления в насосной станции.
[0032] В факультативном порядке насосная станция может включать канальный сегмент, функционально разделенный на сегмент подготовки, сегмент сброса и сегмент работы насоса, каждый из которых выполнен непрерывно следующим друг за другом для поддержания движения потока текучей среды в одном направлении. Насосная станция может включать рабочую зону, расположенную между парой запорных клапанов, расположенных выше по течению, и ниже по течению от рабочей зоны. Насосный узел может содержать поршень, выровненный с рабочей зоной. Поршень может перемещаться возвратно-поступательным образом в направлении к и от рабочей зоны с целью создания условий высокого и низкого давления. Насосный узел может также содержать нажимные штифты, выровненные относительно запорных клапанов. В альтернативном варианте нажимные штифты могут перемещаться с целью закрытия и открытия запорных клапанов. В кожухе может быть предусмотрено прокалывающее устройство, оно может располагаться вблизи лунок. Прокалывающее устройство может содержать прокалывающий элемент. Прокалывающее устройство может перемещаться в прокалывающее положение, в котором прокалывающий элемент прокалывает покрытие соответствующей лунки.
[0033] В факультативном порядке кожух может иметь покрытие, имеющее отверстие доступа к прокалывателю, обеспечивающее доступ инструмента к верхнему концу прокалывающего устройства. Прокалывающее устройство может иметь корпус, имеющий коническо-трубовидную форму с нижней платформой, промежуточным сегментом и верхним фланцем, при этом по меньшей мере одна из нижних платформ или верхнего фланца содержит прокалывающие элементы, распределенные заданным образом. Прокалывающие элементы могут быть расположены так, чтобы быть выровненными относительно лунок на луночном планшете. Прокалывающее устройство может иметь платформу, которая помещается над поворотным валом. Указанная платформа может включать элементы позиционирования, входящие в контакт с сопрягаемыми элементами на узле поворотного клапана с целью размещения прокалывающего устройства в заданной поворотной ориентации относительно поворотного вала для выравнивания прокалывающих элементов с соответствующими лунками.
[0034] В факультативном порядке луночный планшет может содержать переходные порты лунок, расположенные в соответствии с заданным рисунком, соответствующим узлу поворотного клапана. Луночный планшет может содержать порты сброса лунок, выровненные относительно соответствующих лунок. Луночный планшет может содержать каналы сброса лунок, проходящие между соответствующими портами сброса лунок и переходными портами лунок. Луночный планшет может иметь основание, имеющее верхнюю и нижнюю поверхности, по меньшей мере одна из которых содержит каналы. Указанные каналы могут быть открытыми каналами. Основание может соединяться с защитным слоем с целью закрытия открытых каналов. Луночный планшет может содержать окно оптического интерфейса, расположенное внутри станции оптического анализа. Верхняя сторона луночного планшета может содержать элемент ограничения вставки для обеспечения контакта с элементом освещения на инструменте. Элемент ограничения вставки может представлять собой одно или более ребер, расположенных вокруг окна оптического анализа. Указанные ребра могут определять величину Z-отклонения между элементом освещения и окном оптического интерфейса.
[0035] В соответствии с описанными здесь вариантами осуществления предлагается система текучих сред, содержащая картриджный узел, имеющий кожух, который содержит камеру освещения и луночный планшет. Луночный планшет удерживается внутри кожуха и имеет лунки для жидкости для приема необходимого количества жидкостей. Луночный планшет содержит станцию анализа текучих сред, выровненную относительно камеры освещения. Луночный планшет содержит интерфейсное окно и интерфейсные порты, расположенные в станции анализа текучих сред. Картридж проточной кюветы имеет раму, которая содержит в себе аналитический контур. Указанная рама содержит порты проточной кюветы, соединенные по текучей среде с активной зоной аналитического контура. Кожух содержит камеру проточной кюветы для приема картриджа проточной кюветы. Камера проточной кюветы предназначена для расположения картриджа проточной кюветы в станции анализа текучих сред с окном проточной кюветы и портами, выровненными относительно интерфейсного окна и портов, соответственно.
[0036] В факультативном порядке камера проточной кюветы может содержать боковые ограничители и конечный упор, при этом по меньшей мере один из указанных элементов имеет конечный предел для позиционирования картриджа проточной кюветы, когда он полностью загружен, в заданной базисной точке так, что окно проточной кюветы и порты соответственно выровнены относительно соответствующего интерфейсного окна и портов. Камера проточной кюветы может содержать рычаг смещения, который может быть ориентирован так, чтобы проходить вдоль по меньшей мере одного бокового ограничителя. Рычаг смещения может проходить внутрь в направлении камеры проточной кюветы и прикладывать боковую смещающую силу к картриджу проточной кюветы для удержания картриджа проточной кюветы в указанной заданной базисной точке. Рычаг смещения может содержать запорный элемент, расположенный так, чтобы помещаться в желобке, предусмотренном на боковой стороне картриджа проточной кюветы. Запорный элемент может удерживать картридж проточной кюветы в базисной точке Х относительно системы координат XYZ (как описано в настоящей заявке).
[0037] В факультативном порядке картридж проточной кюветы может содержать верхнюю и нижнюю рамы. Верхняя рама может содержать окно проточной кюветы и порты. Верхняя рама может содержать ребро, проходящее вверх от верхней рамы на заданную высоту для определения базисной точки Z относительно системы координат XYZ. Картридж проточной кюветы может содержать прокладки, выполненные монолитным образом из эластомерного материала. Луночный планшет может содержать клапанную станцию, насосную станцию и интерфейсные каналы. Интерфейсные каналы могут образовывать первую траекторию для текучей среды между клапанной станцией и одним из интерфейсных портов, и вторую траекторию для текучей среды между насосной станцией и одним из интерфейсных портов. Камера освещения может быть ориентирована так, чтобы проходить вдоль оси освещения, проходящей через окно интерфейса, окно проточной кюветы и активную зону аналитического контура.
Краткое описание чертежей
[0038] На Фиг. 1А представлен фронтальный вид в перспективе сверху картриджного узла, выполненного в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения.
[0039] На Фиг. 1В представлен вид в перспективе снизу картриджного узла, изображенного на Фиг. 1А, в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения.
[0040] На Фиг. 1C представлен фронтальный вид в перспективе внутренних компонентов картриджного узла в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения.
[0041] На Фиг. 1D представлен вид в перспективе сверху подноса отходов, установленного под луночным планшетом и образующего часть кожуха картриджного узла в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения.
[0042] На Фиг. 1Е представлен фронтальный вид в перспективе части картриджного узла и картриджа проточной кюветы, выровненного относительно камеры проточной кюветы в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения.
[0043] На Фиг. 1F представлена нижняя горизонтальная проекция камеры проточной кюветы с вставленным в нее картриджем проточной кюветы в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения.
[0044] На Фиг. 2А представлен вид в перспективе узла поворотного клапана, выполненного в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения.
[0045] На Фиг. 2В представлен увеличенный вид в перспективе дистального конца поворотного вала в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения.
[0046] На Фиг. 2С представлен боковой вид в разрезе узла поворотного клапана, который включает клапанный вал, в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения.
[0047] На Фиг. 2D представлен вид в перспективе сверху поворотного клапана, выполненного в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения.
[0048] На Фиг. 2Е представлена нижняя горизонтальная проекция поворотного клапана, выполненного в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения.
[0049] На Фиг. 2F представлен вид в перспективе сбоку поворотного вала и поворотного клапана с удаленной крышкой ротора в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения.
[0050] На Фиг. 3А представлен вид в перспективе снизу прокалывающего устройства, выполненного в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения.
[0051] На Фиг. 3В представлен вид сверху части прокалывающего устройства, когда оно установлено на узле поворотного клапана, в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения.
[0052] На Фиг. 3С представлен узел поворотного клапана с прокалывающим устройством, удаленным для лучшей иллюстрации клапанного вала, в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения.
[0053] На Фиг. 4А изображен вид снизу части картриджной установки для более детальной иллюстрации камеры освещения в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения.
[0054] На Фиг. 4В представлен боковой вид модели в разрезе, проходящем через различные конструкции, предусмотренные в станции анализа текучих сред, после установки картриджа проточной кюветы и элемента освещения в камеру освещения в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения.
[0055] На Фиг. 5А представлен фронтальный вид в перспективе луночного планшета, выполненного в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения.
[0056] На Фиг. 5В представлены проточные каналы, предусмотренные на задней поверхности основания луночного планшета в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения.
[0057] На Фиг. 5С представлена нижняя горизонтальная проекция основания для предоставления более детального изображения станции анализа текучих сред на задней поверхности луночного планшета в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения.
[0058] На Фиг. 5D представлена верхняя горизонтальная проекция передней/верхней части основания в соответствии с Фиг. 5С для предоставления более детального изображения станции анализа текучих сред на передней поверхности луночного планшета в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения.
[0059] На Фиг. 5Е представлена увеличенная часть нижней поверхности основания в непосредственной близости к клапанной станции в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения.
[0060] На Фиг. 6А представлена верхняя горизонтальная проекция насосной станции на луночном планшете в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения.
[0061] На Фиг. 6В представлен вид сбоку поршня, расположенного внутри насоса, в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения.
[0062] На Фиг. 6С представлен увеличенный вид сбоку поршневого элемента, установленного на поршневой штанге, в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения.
[0063] На Фиг. 6D представлен вид сбоку насосной станции в разрезе для лучшего иллюстрирования насосной операции в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения.
[0064] На Фиг. 6Е представлен увеличенный вид в перспективе сбоку части поршня, вставленного в опорную колонну, в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения.
[0065] На Фиг. 6F представлен вид в перспективе опорного вала для приема поршневой штанги в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения.
[0066] На Фиг. 7 представлена блок-диаграмма инструмента для текучей среды, используемого в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения.
[0067] На Фиг. 8 представлен схематичный вид системы, сконструированной для биологического или химического анализа и выполненной в соответствии с описанным здесь одним из вариантов осуществления изобретения.
[0068] На Фиг. 9А представлен вид в перспективе сверху картриджа проточной кюветы, выполненного в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения.
[0069] На Фиг. 9В представлен увеличенный вид части верхней рамы для лучшей иллюстрации интерфейса оптики и текучей среды, далее - O-Т интерфейса (англ. optical fluidic (O-F) interface), ведущего к картриджу проточной кюветы, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0070] На Фиг. 9С представлен вид в перспективе снизу картриджа проточной кюветы, изображенного на Фиг. 9А, в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения.
[0071] На Фиг. 9D представлен вид сверху части печатной платы, расположенной внутри картриджа проточной кюветы и выполненной в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения.
[0072] На Фиг. 9Е представлен вид снизу печатной платы, изображенной на Фиг. 9D и выполненной в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
Описание картриджного узла
[0073] На Фиг. 1А представлен фронтальный вид в перспективе сверху картриджного узла 100, выполненного в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения. К примеру, картриджный узел 100 может представлять собой картриджный узел секвенирования посредством синтеза. Картриджный узел 100 включает кожух, выполненный с возможностью вставки в инструмент текучих микросред. В то время как примеры, приведенные здесь, описаны в отношении систем текучих микросред, инструментов и картриджей, альтернативные примеры могут быть использованы с системами текучих сред, не относящимися к системам текучих "микро" сред, инструментам, картриджам и пр. Указанный кожух имеет основание 101 и крышку 102. Крышка 102 имеет поверхность 104 соединения с инструментом, имеющую отверстия, экспонирующие внутренние компоненты, выполненные с возможностью образования контакта с множеством компонентов инструмента, описанным более детально ниже. Во время операции картриджный узел 100 располагается в непосредственной близости к инструменту, который физически, оптически и электрически соединяется с картриджным узлом 100 для осуществления операции над текучей средой. Картриджный узел 100 имеет фронтальную поверхность 106, которая содержит камеру 108 проточной кюветы для приема проточной кюветы с целью осуществления операции над текучей средой.
[0074] В соответствии с описанными здесь примерами, картриджный узел 100 включает различные подузлы, в том числе узел 200 поворотного клапана (описанный ниже более подробно в отношении Фиг. 2A-2D), прокалывающее устройство 300 (описанное ниже более подробно в отношении Фиг. 3A-3D), камеру 400 освещения (описанную ниже более подробно в отношении Фиг. 4), и узел 500 поршневого насоса (описанный ниже более подробно в отношении Фиг. 6А-6С).
[0075] Крышка 102 содержит валовую скважину 116, экспонирующую клапанный вал внутри узла 200 поворотного клапана. Крышка 102 также содержит отверстия 122 доступа к прокалывателю, обеспечивающие доступ инструмента к верхнему концу прокалывающей установки 300 для осуществления описанных здесь операций. Во время осуществления операции приводной вал на инструменте физически соединяется с клапанным валом узла 200 поворотного клапана с целью управления перемещением узла 200 поворотного клапана. Крышка 102 имеет отверстия 122 доступа к прокалывателю, обеспечивающие одну или более шахт доступа инструмента к верхнему концу прокалывающей установки 300 для осуществления операции прокалывания пленки лунки. К примеру, несколько отверстий 122 доступа к прокалывателю могут быть предусмотрены на верхнем конце прокалывающей установки 300 для сохранения плоскостного перемещения прокалывающей установки 300 при ее активации. Лунка 124 пробы располагается в непосредственной близости к фронтальной поверхности 106. Лунка 124 пробы выполнена с возможностью приема некоторого количества представляющей интерес пробы для анализа этой пробы с помощью инструмента. Нагревательный элемент 125 может располагаться в непосредственной близости к лунке 124 пробы, чтобы по необходимости регулировать температуру поступающих проб (например, нагревать пробу). Отверстие 123 доступа к насосу располагается в верхней поверхности 104 крышки 102. Отверстие 123 доступа к насосу выполнено для предоставления возможности элементу смещения внутри инструмента входить в контакт с поверхностью 542 соединения с пружиной на поршне насосного узла 500. Элементом смещения может быть, например, металлическая волнистая пружина, эластомерная пружина, или другая конструкция, обеспечивающая равномерную силу.
[0076] На Фиг. 1В представлен вид в перспективе снизу картриджного узла 100, изображенного на Фиг. 1А. На Фиг. 1В картридж 900 проточной кюветы располагается внутри камеры 108 проточной кюветы. Картриджный узел 100 имеет нижнюю поверхность 110, имеющую зону 112 доступа к картриджу проточной кюветы, экспонирующую представляющие интерес части картриджа 900 проточной кюветы, такие как электрические контактные площадки 950 и отверстия 944 для приема нагревательного элемента. Нижняя поверхность 110 также содержит пару отверстий 114 нажимных штифтов и отверстие 116 насосного привода. Отверстия 114 нажимных штифтов экспонируют нажимные штифты внутри насоса 500. В соответствии с настоящей заявкой, нажимные штифты входят в контакт с приводными валами клапана внутри инструмента с целью осуществления открытия и закрытия соответствующих запорных клапанов для управления движением потока текучей среды. Отверстие 116 насосного привода экспонирует проксимальный конец 548 клапанного вала 546 внутри насоса 500. В соответствии с настоящей заявкой клапанный вал 546 входит в контакт с приводным валом насоса внутри инструмента с целью инициирования работы насоса для управлением движением потока текучей среды. Нижняя поверхность 110 также содержит отверстие 118 для экспонирования прокалываемого порта 120 сброса отходов, используемого для дренирования использованных текучих сред из контейнера отходов в картриджном узле 100.
[0077] На Фиг. 1C представлен фронтальный вид в перспективе внутренних компонентов внутри картриджного узла 100 в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения. Как показано на Фиг. 1C, картриджный узел 100 содержит узел 200 поворотного клапана, установленный с возможностью поворота на луночном планшете 150 в станции управления клапаном. Узел 500 поршневого насоса установлен на луночном планшете 150 в насосной станции. Луночный планшет 150 содержит основание 152 (например, последнее обычно является плоским) с множеством лунок 154, 156 для реагентов, выполненными в и проходящими вверх из основания 152. Лунки 154, 156 для реагентов расположены в различных местах, по меньшей мере частично окружая узел 200 поворотного клапана. Лунки для реагентов выполнены с возможностью приема необходимых количеств жидкостей. В факультативном порядке лунки 154, 156 могут содержать пробы и другие жидкости. В соответствии с настоящим изобретением узел 200 поворотного клапана избирательно соединяет лунки 154, 156 для реагентов (в общем случае называемые лунками для жидкости) со станцией 170 анализа текучих сред.
[0078] Лунки 154, 156 для реагентов могут быть выполнены имеющими разные площади поперечного сечения и имеющими разные высоты, на которые они выступают над основанием 152, с целью создания разных объемов лунок для приема необходимого количества жидкости соответствующего реагента. В факультативном порядке одна или более лунок 154, 156 для реагентов могут быть использованы как лунки для раствора в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения. Лунки 154, 156 имеют концы 158, 160 наполнения, открытые для приема необходимого количества жидкости во время осуществления операции наполнения. После добавления необходимого количества жидкости в лунки 154, 156 концы 158, 160 наполнения закрывают пленкой или другим герметичным покрытием для образования воздухонепроницаемого объема в каждой из лунок 154, 156. Хотя это и не заметно на Фиг. 1C, лунки 154, 156 имеют один или более портов сброса, расположенных на дне. Во время осуществления операции покрытие прокалывают для обеспечения впуска воздуха в один или более объемов лунок, позволяя тем самым жидкости свободно течь (например, за счет гравитации или под давлением) через порты сброса к станции 170 анализа текучих сред под управлением поворотного клапана 200 насосного узла 500.
[0079] На Фиг. 1D представлен вид в перспективе сверху подноса 130 для отходов, установленного под луночным планшетом 150 и образующим часть кожуха картриджного узла 100. Поднос для отходов содержит емкость 131 сбора отходов, которая занимает некоторую площадь под относительно большой частью луночного планшета 150. К примеру, поднос 130 для отходов расположен под узлом 200 поворотного клапана и по меньшей мере частью лунок 154, 156. Поднос 130 для отходов содержит ребро 132, которое проходит по периметру подноса и герметично соединяется с сопрягаемой поверхностью (например, нижней поверхностью луночного планшета 150). Ребро 132 может содержать вентиляционные отверстия 133 по углам, при этом указанные вентиляционные отверстия сообщаются с отверстиями, проходящими через луночный планшет 150. Вентиляционные отверстия 133 разрешают сброс воздуха из емкости 131 при поступлении жидкостей в емкость 131. Вентиляционные отверстия 133 расположены выше зоны, в которой удерживается жидкость, для предотвращения протечек. Вентиляционные отверстия 133 распределены так, чтобы позволить картриджному узлу 100 находиться в немного наклоненном состоянии во время операции, так что по меньшей мере одно из вентиляционных отверстий 133 будет постоянно использоваться в качестве впускного отверстия для воздуха. За счет вентиляционных отверстий 133 размеры подноса 130 для отходов могут ограничиваться, так как отходным жидкостям разрешено доходить до вентиляционных отверстий 133, не создавая протечек. Вентиляционные отверстия 133 могут быть сделаны из пористого материала, такого как вспененный полипропилен, полиэтилен или политетрафторэтилен.
[0080] Поднос 130 для отходов также включает раструбную зону 134 и трубу 135 сброса. Раструбная зона 134 прерывается у бортовой зоны 136, которая соединяется с отверстием трубы 135. Нижний конец трубы 135 изначально закрыт пленкой. Для того чтобы опустошить поднос 130 для отходов, пленка 136 может быть проколота, а картриджный узел 100 (включая поднос 130 для отходов) может быть наклонен, при этом раструбная зона 134 должна находиться в самой нижней точке. Отходные жидкости вытекают через раструбную зону 134 поверх бортовой зоны 136 и в трубку 135.
Камера проточной кюветы
[0081] На Фиг. 1Е изображен фронтальный вид в перспективе картриджного узла 100 и картриджа 900 проточной кюветы, выровненного относительно камеры 108 проточной кюветы. Камера 108 проточной кюветы содержит ключевой элемент 109, имеющий форму канала и расположенный на нижней поверхности камеры 108 проточной кюветы. Ключевой элемент 109 имеет такую форму и размеры, позволяющие ему принять соответствующий парный элемент (например, выступ 914 на Фиг. 9С) на дне картриджа 900 проточной кюветы, чтобы гарантировать, что картридж 900 проточной кюветы загружен правильном направлении и ориентации. Камера 108 проточной кюветы содержит боковые ограничители 413, а также верхнюю и нижнюю стенки 451 и 453. Картридж 900 вставляется в направлении 9А загрузки.
[0082] На Фиг. 1F представлена нижняя горизонтальная проекция камеры 108 проточной кюветы с картриджем 900 проточной кюветы, вставленным в нее, в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления. Картридж 900 проточной кюветы вставляется в камеру 108 проточной кюветы до положения полной загрузки, показанного на Фиг. 1F. В соответствии с настоящим изобретением, в частности в соответствии с более детальным описанием, представленным в отношении Фиг. 9А-9Е, картридж 900 проточной кюветы содержит конец 908 загрузки и боковые кромки 912. Конец 908 загрузки содержит референтный пост 923, в то время как одна из боковых кромок 912 содержит один или более боковых референтных постов 925. Противоположная боковая кромка 912 содержит желобок 927. Нижняя сторона картриджа 900 проточной кюветы содержит отверстия для экспонирования теплоотвода 957 и контактных площадок 950.
[0083] Камера 108 проточной кюветы имеет верхнюю и нижнюю поверхности, боковые ограничители 413, проходящие параллельно друг другу вдоль противоположных боковых сторон камеры 108. Конечный упор 417 расположен в наиболее глубокой точке камеры 108. Верхняя и нижняя поверхности, боковые ограничители 413 и конечный упор 417 расположены так, чтобы разместить картридж 900 проточной кюветы в заданных базисных точках (например, референтных точках, таких как базисная точка X, базисная точка Y, базисная точка Z) относительно некоторой системы координат (например, системы координат XYZ). Конечный упор 417 содержит конечный предел 414, расположенный в необходимом положении вдоль конечного упора 417. Конечный предел 414 выровнен относительно референтного поста 923, расположенного на конце 908 загрузки. Один из боковых ограничителей 413 содержит боковой предел 420, проходящий внутрь, в направлении камеры 108 проточной кюветы. Боковые пределы 420 выровнены относительно бокового референтного поста 923. Противоположный боковой ограничитель 413 содержит рычаг 422 смещения, ориентированный так, чтобы проходить вдоль бокового ограничителя 413 и прикладывать боковую смещающую силу в направлении стрелки 1Е. Рычаг 422 смещения содержит запорный элемент 424 на своем дистальном конце. Запорный элемент 424 выполнен имеющим такую форму, чтобы размещаться в желобке 927 в боковой кромке 912.
[0084] Во время осуществления операции загрузки конец 908 загрузки вставляется в камеру 108 проточной кюветы до тех пор, пока референтный пост 923 не станет устойчиво упираться в предельный элемент в камере 108 проточной кюветы, создавая предел движению в направлении 9А загрузки. При вставке картриджа 900 проточной кюветы рычаг 422 смещения двигается вдоль боковой кромки 912, которая содержит желобок 927, до тех пор, пока запорный элемент 424 не разместится внутри указанного желобка 927. Рычаг 422 смещения прикладывает боковую силу в направлении стрелки 1Е (что также представляет собой боковую силу позиционирования) для смещения картриджа 900 проточной кюветы в боковом направлении (соответствующем оси Y) до того, как боковые референтные посты 923 не войдут в контакт с боковыми пределами 420. Боковые пределы камеры 108 проточной кюветы определяют предел перемещения в боковом направлении Y. Рычаг смещения удерживает картридж 900 проточной кюветы в необходимом Y-положении (соответствующем базисной точке Y). Запорный элемент 424 внутри желобка 927 в заданном положении удерживает картридж 900 проточной кюветы в необходимом Х-положении (соответствующем базисной точке X).
[0085] Камера 108 проточной кюветы делает возможным защелкивающее размещение (англ. snap-in arrangement) картриджа 900 проточной кюветы. За счет обеспечения возможности вставки картриджа 900 в и удаления из картриджного узла 100, описанные здесь варианты осуществления позволяют управлять картриджем проточной кюветы и доставлять его отдельно от реагентов и проб. Кроме того, за счет отделения картриджа 900 проточной кюветы от реагентов описанные здесь варианты осуществления позволяют разделять процессы производства. Кроме того, описанные здесь варианты осуществления позволяют картриджам проточной кюветы меняться и сочетаться с различными комбинациями реагентов, объемов реагентов и размеров картриджей проточных кювет. Например, один протокол может использовать больший объем конкретных реагентов, в то время как другой протокол использует большее количество других реагентов, но в меньших объемах. Различными картриджными узлами могут быть удовлетворены различные критерии по количеству и объему реагентов, при этом любой из указанных выше картриджных узлов может использовать один и тот же картридж проточной кюветы. В качестве дополнительного примера, один и тот же тип картриджного узла может использоваться в разных протоколах, имеющих различные требования в отношении аналитических контуров. Например, один протокол может использовать аналитический контур, который имеет большой оптический след, в то время как другой протокол может использовать аналитический контур, имеющий меньший оптический след. Кроме того, некоторые протоколы могут использовать аналитические контуры, которые имеют более сложную электронику и взаимосвязи по сравнению с другими аналитическими контурами. При этом любой из вышеперечисленных аналитических контуров может быть установлен в картридж проточной кюветы, имеющий одинаковую общую оболочку, которая помещается в один и тот же картриджный узел.
[0086] Описанные здесь варианты осуществления содержат интерфейс, имеющий небольшую высоту (например, минимальную высоту), между аналитическим контуром и источником света внутри элемента освещения инструмента.
Прокалывающее устройство
[0087] Прокалывающее устройство 300 размещается в кожухе и располагается в непосредственной близости от лунок 154, 156. Прокалывающее устройство 300 перемещается в положение прокалывания, в котором прокалывающие элементы прокалывают пленку или покрытие соответствующей лунки (лунок) 154, 156. Согласно примеру, представленному на Фиг. 3А, прокалывающее устройство 300 устанавливают на узле 200 поворотного клапана и управляют им во время операции, осуществляемой инструментом, с целью прокалывания одной или более лунок 154, 156.
[0088] На Фиг. 3А представлен вид в перспективе снизу прокалывающего устройства 300, выполненного в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения. Прокалывающее устройство 300 представлено с вырезанной частью для лучшей демонстрации его общей структуры. Прокалывающее устройство 300 имеет корпус 306, имеющий конически-трубовидную форму с нижней платформой 302, промежуточным сегментом 308 и верхним фланцем 310, выполненными монолитным образом. Нижняя платформа 302 содержит множество прокалывающих элементов 312, распределенных по платформе 302 заданным образом. В примере, показанном на Фиг. 3А, прокалывающие элементы 312 размещены в соответствии с круговым рисунком. Верхний фланец 310 также содержит прокалывающие элементы 314, расположенные на нижней поверхности фланца и выступающие в том же направлении, что и прокалывающие элементы 312. Прокалывающие элементы 314 распределены по верхнему фланцу 310 по заданной схеме, например, следуя круговому рисунку.
[0089] Во время осуществления операции прокалывающее устройство 300 активируется узлом активатора прокалывателя на инструменте. К примеру, обращаясь к Фиг. 1А, инструмент может выдвигать один или более валов прокалывателя через порты 122 доступа к прокалывателю в крышке 102. Валы прокалывателя направляют усилие вниз, в направлении 318 прокалывания, побуждая прокалывающее устройство 300 двигаться вниз, пропуская тем самым прокалывающие элементы 312, 314 через пленку/покрытие на соответствующих лунках 154, 156. Валы прокалывателя распределены так, чтобы равномерно подавать прокалывающую силу прокалывающему устройству 300.
[0090] В соответствии с по меньшей мере одним примером прокалывающие элементы 312, 314 имеют Х-образную форму поперечного сечения для облегчения прокалывания пленки/покрытия и обеспечения вентиляции через пленку/покрытие. Х-образное поперечное сечение позволяет воздуху входить в соответствующий объем лунки даже тогда, когда прокалывающие элементы 312, 314 проходят через пленку/покрытие.
[0091] В варианте, представленном на Фиг. 3А, большинство прокалывающих элементов 312, 314 в целом имеют одинаковую длину. Однако в альтернативных вариантах некоторые из прокалывающих элементов 312, 314 могут быть длиннее или короче, как показано на примере прокалывающих элементов 314А. Обращаясь одновременно к Фиг. 1C и 3А, прокалывающие элементы 312, 314 расположены так, чтобы быть выровненными относительно соответствующих лунок 154, 156. В вариантах, показанных на Фиг. 1C и 3А, прокалывающие элементы 312, 314 в общем имеют одну и ту же длину для прокалывания каждой из соответствующих лунок 154, 156 одновременно при активации прокалывающего элемента 300. В факультативном порядке прокалывающее устройство 300 может функционировать (под управлением узла активатора прокалывателя) как многоэтапная прокалывающая система. В этом случае только часть прокалывающих элементов 312, 314 прокалывает соответствующие лунки 154, 156 во время первой операции, при этом другая часть прокалывающих элементов 312, 314 прокалывает соответствующие лунки 154, 156 во время второй прокалывающей операции. К примеру, прокалывающие элементы 312 могут быть выполненными более длинными по сравнению с прокалывающими элементами 314, так что прокалывающие элементы 312 прокалывают соответствующие пленки во время первой операции прокалывания, а прокалывающие элементы 314 прокалывают соответствующие пленки во время второй операции прокалывания.
[0092] Нижняя платформа 302 содержит внутреннее кольцо 326, образованное вокруг отверстия 304. Кольцо 326 содержит множество элементов 322 позиционирования, расположенных вокруг отверстия 304. Элементы 322 позиционирования входят в контакт с сопрягаемыми элементами на узле 200 поворотного клапана для установки прокалывающего устройства 300 в заданное поворотное положение относительно поворотного вала 202 с целью выравнивания прокалывающих элементов 312, 314 относительно соответствующих лунок 154, 156. Элементы 322 позиционирования включают один или более желобков 324, расположенных вокруг внутреннего кольца 326. Кольцо 326 незначительно выступает вверх во внутреннюю часть корпуса 306 в направлении верхнего фланца 310. Желобки 324 распределены в соответствии с заданным рисунком вокруг отверстия 304. Желобки 324 выровнены относительно ребер или зубцов, расположенных на узле 200 поворотного клапана (как будет более детально описано ниже). В варианте осуществления, представленном на Фиг. 3А, желобки 324 распределены по периметру отверстия 304 относительно равномерно. Дополнительно или в качестве альтернативы может использоваться большее или меньшее количество желобков 324, кроме того они могут быть расположены в альтернативных местах и быть распределены как равномерно, так и неравномерно. В факультативном порядке может использоваться другой элемент позиционирования, отличающийся от желобков 324.
[0093] Кольцо 326 также может иметь один или более гибких выступов 328, проходящих вниз в отверстие 304 в том же направлении, что и прокалывающие элементы 312. Выступы 328 входят в контакт с бортом 216А, проходящим по периметру удлинения 216 основания. После выравнивания желобков 324 относительно соответствующих зубцов на узле 200 поворотного клапана прокалывающее устройство 300 загружается до тех пор, пока выступы 328 не достигнут положения покоя на верхней поверхности борта 216А. Выступы 328 остаются на борту 216А для удержания прокалывающего устройства 300 в вертикальном положении непрокалывания/положении готовности. Во время осуществления операции прокалывающее устройство 300 усилием направляется вниз (в направлении стрелки 318) валом прокалывателя. В ответ на это выступы 328 изгибаются наружу и проходят вниз через борт 216А, позволяя прокалывающему устройству 300 скользить вниз в направлении 318 прокалывания, дальше на крышку 210 ротора.
[0094] На Фиг. 3В представлен вид сверху части прокалывающего устройства 300, когда оно установлено на узле 200 поворотного клапана. В соответствии с настоящим изобретением узел 200 поворотного клапана содержит поворотный вал 202 с крышкой 210 клапана, установленной на поворотном вале 202. Крышка 210 клапана содержит множество зубцов 212, периферийно распределенных вокруг центрального кольца крышки 210 клапана. Зубцы 212, выровнены относительно, и выполнены с возможностью установки в, желобки 324 на прокалывающем устройстве 300 с целью поворотного позиционирования прокалывающего устройства 300 в соответствии с заданным углом вращения относительно узла 200 поворотного клапана. Хотя и не показаны, замки 328 (Фиг. 3А) надежно соединены с замковыми элементами на крышке 210 клапана для удержания прокалывающего устройства 300 в установленном положении вдоль оси вращения, проходящей вдоль центральной оси поворотного вала 202 узла 200 поворотного клапана.
[0095] На Фиг. 3С представлен узел 200 поворотного клапана с удаленным прокалывающим устройством 300 для лучшего иллюстрирования поворотного вала 202. Поворотный вал 202 проходит вдоль и вращается вокруг оси 220 вращения. Поворотный вал 202 имеет проксимальный конец (не виден на Фиг. 3С) и дистальный конец 204. Крышку 210 клапана размещают над дистальным концом 204 поворотного вала 202 до достижения положения установки, как показано на Фиг. 3С. Крышка 210 клапана имеет основание 214 крышки, имеющее увеличенный диаметр такого размера, который позволяет размещать внутри серию лунок 156, расположенных примыкающими друг другу, в целом следуя круговому рисунку. Основание 214 крышки соединено с удлинением 216 крышки, которое проходит вверх от основания 214 крышки по длине поворотного 202 вала. В варианте осуществления, представленном на Фиг. 3С, удлинение 216 крышки имеет меньший диаметр, чем диаметр основания 214 крышки. Однако должно быть понятно, что для удлинения 216 крышки и основания 214 крышки могут использоваться альтернативные размеры. Удлинение 216 крышки имеет зубцы 212, образованные по периметру основания 216 крышки и выступающие радиально наружу (относительно оси 220 вращения).
[0096] Основание 214 крышки имеет один или более запорных элементов 226, проходящих радиально наружу от основания 214 крышки. Запорные элементы 226 выполнены имеющими L-образную форму и имеющими такие размеры, чтобы нога запорного элемента 226 помещалась между соседними лунками 156, в то время как внешняя часть или подножие на запорном элементе 226 изгибалось и находилось в состоянии покоя на внешней поверхности одной из лунок 156. Соответствующая лунка 156 имеет фиксатор 158, расположенный на внешней стенке лунки 156. L-образный запорный элемент 226 защелкивается и надежно удерживается под фиксатором 158, когда крышку 210 клапана располагают над поворотным валом 202.
Узел поворотного клапана
[0097] Далее будет описано функционирование узла 200 поворотного клапана в соответствии с Фиг. 2A-2F.
[0098] На Фиг. 2А представлен вид в перспективе узла 200 поворотного клапана, выполненного в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления. На Фиг. 2А лучше проиллюстрирована крышка 210 клапана, размещенная над поворотным валом 202. Поворотный вал 202 поворачивается в пределах крышки 210 клапана, при этом крышка 210 клапана удерживает поворотный вал 202 в заданном положении относительно луночного планшета 150. Крышка 210 клапана имеет несколько запорных элементов 226, равномерно распределенных по периметру основания 214 крышки. Дистальный конец 204 поворотного вала 202 выступает за пределы удлинения 216 крышки. Дистальный конец 204 содержит множество внешних шлицев 230, распределенных вокруг поворотного вала 202. Дистальный конец 204 также содержит полость 228, имеющую внутренние шлицы 232, распределенные вокруг полости 228. Поворотный вал 202 имеет двойную шлицевую конфигурацию, предусматривающую внутренние и внешние шлицы 232, 230 (также обозначаемые как первый и второй наборы шлицев), сопрягаемые с сопрягаемой шлицевой конфигурацией на приводном валу узла клапанного привода в инструменте, который входит в контакт с картриджным узлом во время операции с текучей средой. Двойная шлицевая конфигурация внутренних и внешних шлицев 232, 230 создает приводной интерфейс и интерфейс кодировки положения для точного отслеживания поворотной связи между приводным валом инструмента и поворотным валом 202.
[0099] Крышка 210 клапана показана частично прозрачной, чтобы продемонстрировать поворотный клапан 234 под крышкой 210 клапана, установленной на проксимальном конце поворотного вала 202. Поворотный клапан 234 надежно крепится к поворотному валу 202 и поворачивается вместе с поворотным валом 202. Поворотный клапан 234 поворачивается в пределах (и относительно) основания 214 крышки, при этом основание 214 крышки остается стационарным с запорными элементами 226, закрепленными вокруг соответствующих лунок на луночном планшете 150. Внутренний диаметр удлинения 216 крышки соответствует внешнему диаметру поворотного вала 202 для обеспечения небольшого допуска между ними. Длина 217 удлинения 216 крышки может варьироваться при условии, что удлинение 216 крышки предоставляет достаточную структурную и вращательную опору для поворотного вала 202 в то время, как вращательная ось поворотного вала 202 удерживается в фиксированной заданной точке относительно луночного планшета 150. К примеру, вращательная ось поворотного вала 202 может соответствовать центральному порту, расположенному в луночном планшете, через который протекает жидкость. В соответствии с настоящим описанием узел клапанного привода инструмента поворачивает поворотный вал 202, который в свою очередь поворачивает поворотный клапан 234 для того, чтобы обеспечить сообщение по текучей среде одной целевой лунки из лунок 154, 156 с центральным портом под поворотным валом 202.
[00100] На Фиг. 2В представлен увеличенный вид дистального конца 204 поворотного вала 202. Внутренние и внешние шлицы 232, 230 имеют различные формы шлицев. Внешние шлицы 230 представляют собой первый набор шлицев, образующий приводной интерфейс. Первые/внешние шлицы входят в контакт с сопрягаемыми шлицами приводного вала узла клапанного привода. Внутренние шлицы 232 представляют собой второй набор шлицев, образующий интерфейс кодировки положения, который используется узлом клапанного привода для поддержания полностью сопряженного (и точно отслеживаемого) соединения между приводным валом узла клапанного привода и поворотным валом 202. Внешние шлицы 230 имеют боковые стороны 233 шлицев, проходящие по сути параллельно друг другу. Внешние шлицы 230 ориентированы так, что они по сути проходят параллельно друг другу с боковыми сторонами 233 соседних шлицев, разделенными первым интервалом 231 между шлицами. Интервал 231 между шлицами соответствует рисунку шлицев на приводном валу узла клапанного привода. Интервал 231 воспроизведения шлицев задают несколько большим, чем сопрягаемые шлицы узла клапанного привода, для облегчения их соединения. За счет обеспечения интервала 231 между шлицами большего, чем входящие шлицы, появляется небольшой резерв, который позволяет ограниченное количество поворотного смещения между поворотным валом и приводным валом. Таким образом, шлицы приводного вала могут быть не точным индикатором поворотного положения поворотного вала 230. Между тем, в соответствии с настоящим изобретением, внутренние шлицы 232 образуют интерфейс кодировки положения, используемый для предоставления информации кодировки положения, когда к ним присоединяется отдельный элемент кодировки положения/отслеживания приводного узла. Интерфейс кодировки положения используется узлом клапанного привода для внимательного и точного отслеживания положения поворотного вала независимо от приводных шлицев, соединяющихся с внешними шлицами 230. Внутренние шлицы 232 имеют боковые стороны 235, которые проходят согласно V-образному рисунку так, что соседние боковые стороны образуют заданный непараллельный угол 237 относительно друг друга (например, угол равный 30 градусам). Боковые стороны 235 объединяются внизу внутренних шлицев 232, образуя V-образные карманы для приема сопрягаемых шлицев на приводном валу узла клапанного привода. Шлицы 232 входят в полный контакт с сопрягаемыми шлицами на приводном валу и функционируют совместно во избежание обратного хода (англ. backlash). Шлицы 232 также позволяют приводному валу работать при несколько "отклоненной" ориентации или угле относительно поворотного вала 202. Шлицы 230, 232 и дистальный край дистального конца могут быть выполнены со скошенными краями для упрощения выравнивания приводного вала и предотвращения простого упора приводного вала в дистальный конец поворотного вала 202 без выравнивания шлицев.
[00101] Двойная шлицевая конфигурация, представленная на Фиг. 2В использует внешние шлицы 230 так, что они относительно свободно соединяются и приводятся в движение шлицами узла клапанного привода, используя при этом внутренние шлицы 232 так, что они относительно точно соединяются с кодировщиком положения, осуществляющим мониторинг поворотного положения поворотного вала 202.
[00102] На Фиг. 2С представлен боковой вид в разрезе узла 200 поворотного клапана, включающего поворотный вал 202, крышку 210 клапана и поворотный клапан 234. На Фиг. 2В представлены проксимальный и дистальный концы 203, 204 поворотного вала 202. Поворотный вал 202 вытянут по длине и удерживается на месте для осуществления поворота вокруг оси 220 вращения крышкой 210 клапана. На Фиг. 2В представлены очертания крышки 210 клапана в поперечном сечении, где показано основание 214 крышки, имеющее больший диаметр, чем удлинение 216 крышки. Удлинение 216 крышки имеет внутренний проход 219, внутренний диаметр которого, по сути, соответствует внешнему диаметру поворотного вала 202. Внутренний проход 219 удлинения 216 крышки удерживает поворотный вал 202 в заданной ориентации с осью 220 вращения, центрально расположенной в необходимой точке на луночном планшете (например, соответствующей центральному порту подачи).
[00103] На Фиг. 2D представлен вид в перспективе сверху поворотного клапана 234, выполненного в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения. Поворотный клапан 234 включает основание 240 ротора, имеющее верхнюю поверхность и поверхность 238 соединения с луночным планшетом. Основание 240 ротора может быть изготовлено литьем полипропилена или другого материала с необходимыми свойствами под давлением. Внутри основания 240 ротора расположен канал 246 текучей среды. Канал 246 текучей среды ориентирован так, что он проходит в радиальном направлении от центральной точки основания 240 ротора, соответствующей центральному порту 248. Канал 246 текучей среды проходит до периферийной точки на основании 240 ротора и прерывается в радиальном порте 250. Центральный и радиальный порты 248, 250 проходят через основание 240 ротора, открываясь на поверхности 238 соединения с луночным планшетом. Центральный порт 248 может быть выровнен относительно оси 220 вращения поворотного вала 202 и выровнен относительно центрального порта подачи в луночном планшете 150. Поворотный клапан 234 поворачивается вокруг оси 220 вращения в любом радиальном направлении 252 для выравнивания радиального порта 250 с соответствующим переходным портом 162 лунки для осуществления затягивания реагента или представляющей интерес пробы из лунки.
[00104] Верхняя поверхность основания 240 ротора имеет вырезанную полость 261, окружающую канал 246 текучей среды. Вырезанная полость 261 имеет форму, подходящую для приема крышки 258 канала, предназначенной для закрытия открытой поверхности канала 246 текучей среды. Крышка 258 канала проходит на полную длину канала 246 текучей среды с целью полного закрытия канала 246 текучей среды. Крышка 258 канала может быть приварена лазером или соединена с основанием 240 ротора другим способом. В настоящем варианте осуществления изобретения открытый канал 246 текучей среды и крышка 258 канала используются для обеспечения легкого и надежного процесса изготовления. В факультативном порядке для создания канала текучей среды могут использоваться альтернативные конструкции, предусматривающие отсутствие крышки 258 канала, например, образование канала текучей среды внутри монолитной конструкции основания 240 ротора, избегая тем самым необходимость в крышке 258 канала.
[00105] Верхняя поверхность основания 240 ротора имеет периферийное ребро 242 и внутреннее ребро 256, проходящее наружу от основания 240 ротора. Сопрягаемая поверхность 238 луночного планшета обращена в направлении противоположном периферийному и внутреннему ребру 242, 256. Элемент 253 смещения (например, волновая пружина или другая конструкция) расположен внутри внутренней полости 213 и прикладывает смещающую силу к поворотному клапану 234. Элемент 253 смещения располагается на основании 240 ротора у внутреннего ребра 256. Элемент 253 смещения прикладывает растягивающую силу к основанию 240 ротора и крышке 210 клапана для поддержания герметичного интерфейса между портами 248, 250 на поворотном клапане 234 и портами на луночном планшете 150.
[00106] На Фиг. 2Е представлена нижняя горизонтальная проекция основания 240 ротора. Поверхность 238 соединения с луночным планшетом образована интерфейсным кольцом 260 и интерфейсной площадкой 262. Интерфейсное кольцо 260 проходит по периметру основания 240 ротора. Обращаясь к Фиг. 2С, интерфейсная площадка 262 на интерфейсном кольце 260 образует небольшой выступ для удержания основания 240 ротора на некотором расстоянии от луночного планшета 150. Например, интерфейсное кольцо 260 может быть выполнено имеющим гладкую, плоскую нижнюю поверхность. В другом варианте осуществления интерфейсное кольцо 260 может быть выполнено имеющим заданный рисунок, выполненный на внешней поверхности интерфейсного кольца 260, с целью уменьшения поверхности контакта между интерфейсной площадкой 260 и луночным планшетом 150. К примеру, рисунок может содержать коллекцию взаимосвязанных круговых или 0-образных элементов, выполненных на интерфейсном кольце 260 (например, в виде цепочки). К примеру, детальное изображение 2Е иллюстрирует определенную конфигурацию поверхности интерфейсного кольца 260. На детальном изображении 2Е интерфейсное кольцо 260А имеет серию круговых приподнятых колец/участков 261А, окружающих вырез 262А. К примеру, рисунок детали 2Е может напоминать цепь или набор прилегающих восьмерок, хотя могут использоваться и другие альтернативные рисунки. Когда интерфейсное кольцо 260А не используется, оно может быть повернуто в положение, в котором вырезы 262А выровнены с портами луночного планшета во избежание деформации конструкции портов.
[00107] Основание 240 ротора, интерфейсное кольцо 260 и интерфейсная площадка 262 могут быть выполнены посредством многоэтапного (например, двухэтапного) литьевого процесса, при котором основание ротора формируется из одного материала, а интерфейсное кольцо 260 и интерфейсная площадка 262 формируются из другого материала. Например, интерфейсная площадка 262 и интерфейсное кольцо 260 могут быть сделаны из термопластичного эластомера или похожих материалов. Радиальный порт 250 проходит через интерфейсное кольцо 260. Интерфейсная площадка 262 образована у центрального порта 248. Центральный порт 248 расположен так, чтобы быть выровненным относительно центрального порта 161 подачи на луночном планшете 150, в то время как радиальный порт 250 поворачивается так, чтобы быть выровненным относительно различных переходных портов 162 лунок. Центральная интерфейсная площадка 262 и интерфейсное кольцо 260 образованы во время одной операции литья термопластичных эластомеров под давлением в одно или более отверстий. Радиальный порт 250 может быть сделан овальным с продольным размером, проходящим по дуге (относительно центрального порта 248) у интерфейсного кольца 260. Овальная форма радиального порта 250 разрешает некоторое заданное количество отклонения при выравнивании относительно сопрягаемого луночного порта.
[00108] На Фиг. 2F представлен вид в перспективе сбоку поворотного вала 202 и поворотного клапана 234 (с удаленным ротором 210). На Фиг. 2F представлен поворотный вал 202, проходящий вдоль оси 220 вращения. Проксимальный конец 203 поворотного вала 202 надежно крепится к поворотному клапану 234 посредством интерфейса 239 нагрузочной муфты. Интерфейс 239 нагрузочной муфты выполнен с внутренними ребрами 256, удерживающими соединительный фланец 241. Соединительный фланец 241 имеет боковую стенку 243, которая проходит вдоль необходимых сегментов роторного вала 202. Боковая стенка 243 имеет сегмент 245 основания и верхний сегмент 247, проходящий по меньшей мере частично вокруг поворотного вала 202. Соединительный фланец 241 позволяет поворотному валу 202 отсоединяться (например, отдельно изготовленному литьем) от поворотного клапана 234, предлагая тем самым преимущества в отношении литья. Кроме того, соединительный фланец 241 снимает боковую нагрузку, приложенную на поворотный вал 202, с поворотного клапана 234. Например, боковая нагрузка может быть приложена в различных радиальных направлениях, как показано стрелками 2F, что может привести к небольшим изгибам поворотного вала 202 в соответствующем радиальном направлении. Соединительный фланец 241 разрешает некоторое заданное количество наклонного перемещения между поворотным валом 202 и поворотным клапаном 234, например, в направлении стрелок 2F. При этом поворотный клапан 234 сохраняет относительно фиксированную ориентацию относительно поверхности луночного планшета. В качестве другого примера, поворотный клапан 234 может удерживаться в заданной плоскости, обозначенной координатами XY.
[00109] Обращаясь снова к Фиг. 2А, 2В, и 3С, узел 200 поворотного клапана удерживается в заданном фиксированном положении на луночном планшете посредством различных элементов. Запорные элементы 226 фиксировано размещают крышку 210 клапана в заданном положении XY на луночном планшете 150 относительно лунок 156 (Фиг. 3С). Фиксаторы 158 (Фиг. 3С) на стенках лунок 156 удерживают запорные элементы 226 и крышку 210 клапана в направлении вниз. Удлинение 216 крышки удерживает поворотный вал 202 в заданном положении XY, ориентирует и разрешает поворот вокруг оси 220 вращения. Элемент 253 смещения, расположенный у внутренних ребер 256, упирается во внутреннюю полку 221, расположенную внутри внутренней полости 213 в основании 214 крышки (Фиг. 2В). Внутренняя полка 221 сохраняет направленную вниз силу на элемент 253 смещения, надежно удерживая тем самым основание 240 ротора, интерфейсное кольцо 260 и центральную интерфейсную площадку 262 на поверхности луночного планшета 250, разрешая при этом осуществление поворота.
Камера освещения
[00110] На Фиг. 4А представлен вид снизу части картриджного узла 100 для более детальной иллюстрации камеры 400 освещения. Камера 400 освещения выполнена с возможностью размещения элемента освещения в инструменте. Например, элемент освещения может представлять собой один или более светодиодов. Элемент освещения располагают внутри камеры 400 освещения 400 в соответствии с заданными координатами XYZ. Как будет объяснено ниже, светодиодный элемент освещения вставляют в (например, производят стыковку внутри) камеры 400 освещения в заданном положении XYZ, при этом положение светодиодного элемента освещения определяется положением ограничительных элементов внутри камеры 400 освещения.
[00111] Обращаясь одновременно к Фиг. 1А, 5С и 5D, камера 400 освещения выполнена с круговой периферийной стенкой 406 на одной стороне и ограничителями 408 положения (Фиг. 5D) на противоположной стороне. Ограничители 408 положения расположены в выбранных точках вокруг станции 170 анализа текучих сред. Ограничители 408 положения входят в контакт с сопрягаемыми элементами на периферийной внешней стенке элемента освещения для размещения элемента освещения в необходимом положении, например, в направлении XY относительно окна 410 оптического интерфейса, расположенного на луночном планшете 150. В описываемом варианте осуществления направление XY проходит в плоскости, по сути, параллельной поверхности окна 410 оптического интерфейса. Кроме того, одно или более ребер 412 расположены на луночным планшете 150 у окна 410 оптического интерфейса. Элемент освещения упирается в (стыкуется с) ребрами 412, будучи вставленным в направлении Z (учитывая, что Z является базисной точкой для элемента освещения). Ребра 412 упираются в переднюю поверхность элемента освещения для управления перемещением элемента освещения в направлении Z (то есть к и от окна 410 оптического интерфейса). В факультативном порядке для управления положением элемента освещения может использоваться дополнительное количество или меньшее количество ограничителей 408 и ребер 412. В факультативном порядке направления XYZ могут задаваться другим образом.
[00112] Для более детального описания: крышки каналов образованы над каналами текучих сред, сообщающихся с окном 410 оптического интерфейса. В качестве примера, каналы текучих сред могут быть сделаны в верхней поверхности луночного планшета 150, имеющими открытую поверхность, так что крышки каналов приваривают лазером (или крепят их каким-либо другим образом) над каналами текучих сред.
[00113] На Фиг. 4В представлен модельный вид сбоку поперечного сечения, проходящего через различные конструкции, предусмотренные в станции 170 анализа текучих сред, после осуществления вставки картриджа 900 проточной кюветы и элемента освещения в камеру освещения в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения. На Фиг. 4В элемент 450 освещения показан в положении осуществления операции над луночным планшетом 150, в то время как картридж 900 проточной кюветы вставлен в камеру 108 проточной кюветы. Конструкция луночного планшета 150, показанная на Фиг. 4В, включает окно 410, ребра 412, порты 180, 182 и крышки 416 и 418 каналов. Конструкция картриджа 900 проточной кюветы, показанная на Фиг. 4В, включает верхнюю раму 904, окно 928 проточной кюветы, порты 934, и аналитический контур 958. Аналитический контур 958 содержит активную зону 962 и порты 964 активной зоны. Камера 400 освещения ориентирована так, чтобы проходить вдоль оси 4В освещения, проходящей через окно 410 освещения, окно 928 проточной кюветы, прозрачный слой 429, и активную зону 962 в аналитическом контуре 958.
[00114] Элемент 450 освещения вставляют в камеру 400 освещения до тех пор, пока он не войдет в положение покоя относительно ребер 412 на луночном планшете 150. Ребра 412 определяют базисную точку Z (референтную точку Z) для элемента 450 освещения на заданном расстоянии (например, минимальном) над окном 410. Свет, испускаемый от элемента 450 освещения, проходит через окно 410, окно 928 проточной кюветы и прозрачный слой 929 на верхней поверхности аналитического контура 958. Порты 180, 182 в луночном планшете 150 управляют впуском и сбросом текучей среды посредством каналов под крышками 416, 418 каналов. Порты 180, 182 выровнены относительно портов 934 в верхней раме 904 картриджа 900 проточной кюветы, в то время как порты 934 выровнены относительно портов 968 в аналитическом контуре 958. Следуя одному из направлений движения, текучая среда может проходить через канал, соответствующий крышке 418 канала, и направляться вниз через порты 180, 194 и 964. Текучая среда проходит через активную зону 962 до того, как она сбрасывается через порты 964, 934, и 182 в канале, соответствующем крышке 416 канала. В факультативном порядке направление потока может быть обратным.
[00115] В факультативном порядке один или более электродов могут быть расположены в непосредственной близости к одному или более портам 180, 182, 934, или 964 с электродами, напряжение которых поддерживается на необходимом уровне. Кроме того, аналитический контур может функционировать на обратном потенциале для создания потенциала в текучей среде в активной зоне.
Луночный планшет
[00116] Далее луночный планшет 150 и сеть каналов текучей жидкости через луночный планшет 150 описаны более подробно со ссылкой на Фиг. 5А-5Е. Луночный планшет 150 имеет конструкцию низкопрофильного каналов. К примеру, луночный планшет 150 может быть выполнен со слоем основания, имеющим сеть открытых каналов текучей жидкости, образованных на одной его стороне или по обе стороны. Верхняя и/или нижняя стороны слоя основания соединены, герметичным образом, с соответствующим защитным слоем (например, пластиковой пленкой) с целью закрытия открытой поверхности каналов для текучей среды. Например, когда открытые каналы содержит только нижняя сторона слоя основания, защитный слой может быть предусмотрен только над нижней стороной. Аналогичным образом, когда открытые каналы содержит только верхняя сторона слоя основания, защитный слой может быть предусмотрен только над верхней стороной. Когда открытые каналы содержит нижняя и верхняя стороны слоя основания, нижний и верхний защитный слой может быть предусмотрен над соответствующими нижней и верхней стороной слоя основания.
[00117] В факультативном порядке один или более из элементов: основания и защитных слоев, могут быть сделаны из полипропиленовой пленки, термопластичного эластомера, вулканического термопластичного эластомера, и других похожих материалов. Основание и защитные слои могут быть объединены друг с другом различными способами, например, лазерной сваркой. Слой основания содержит сеть портов, проходящих через слой основания, для предоставления способа соединения каналов, расположенных на верхней или нижней слоя основания.
[00118] Все основание, или его часть, может быть сделано из черного карбопластика или похожего материала. Технология создания карбопластика упрощает лазерное соединение с сопрягаемыми конструкциями и делает соответствующие зоны по меньшей мере частично непрозрачными. Использование черного пластика или другого непрозрачного материала обеспечивает луночному планшету 150 необходимый иммунитет к воздействию света и снижает аутофлюоресценцию картриджа проточной кюветы, предотвращая нежелательную передачу или отражение флюоресцентного света. Луночный планшет 150 также уменьшает оптический шум в системе, не допуская нежелательную передачу или отражение света.
[00119] На Фиг. 5А представлен фронтальный вид в перспективе луночного планшета 150, выполненного в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения. На Фиг. 5В представлена нижняя поверхность основания 152 луночного планшета 150 для лучшей иллюстрации варианта с сетью открытых каналов. Как упоминалось выше, для закрытия открытых каналов над нижней поверхностью основания 152 может быть размещен защитный слой. Луночный планшет 150 содержит клапанную станцию 164, насосную станцию 168, и станцию 170 анализа текучих сред. Впускной канал 172D пробы проходит от впуска 124 пробы до переходного порта 162D пробы. Передняя поверхность основания 152 содержит множество лунок 154, 156, расположенных вокруг клапанной станции 164. Часть лунок 156 расположена в соответствии с круговым рисунком вокруг клапанной станции 164. Внутри клапанной станции 164, на основании 152 образован круговой фланец 166 (он проходит от основания вверх). Фланец 166 имеет внутреннюю круговую форму, которая сочетается с формой основания 240 ротора. Фланец 166 и зона луночного планшета внутри фланца 166 функционируют как стартер для узла 200 поворотного клапана. Внутренняя поверхность фланца 166 имеет внутренний диаметр, по сути соответствующий внешнему диаметру основания 240 ротора, образуя тем самым направляющую, внутри которой основание 240 ротора поворачивается. В факультативном порядке фланец 166 может также облегчать поддержание герметичной связи между основанием 240 ротора и луночным планшетом 150.
[00120] Ряд переходных портов 162 лунок расположен на основании 152, внутри зоны, внутренней по отношению к фланцу 166. Переходные порты 162 лунок выполнены в соответствии с заданным рисунком, соответствующим рисунку и диапазону перемещения поворотного клапана узла 200 поворотного клапана, например, вдоль круговой дуги, имеющей некоторый заданный радиус. Например, переходные порты 162 лунок могут быть выполнены вдоль круга, имеющего радиус, равный длине канала 246 текучей среды (Фиг. 2С). Центральный порт 160 подачи предусмотрен в центре фланца 166, а центр круга определен переходными портами 162 лунок. Центральный порт 161 подачи расположен так, что он выровнен относительно оси 220 вращения поворотного вала 202, которая также соответствует центральному порту 248, выполненному проходящим через поворотный клапан 234.
[00121] Насосная станция 168 содержит первую и вторую опорные колонны 502, 504, проходящие вверх от основания 152. Опорные колонны 502, 504 принимают приводной вал и поршневую штангу насосного узла 500. Опорные колонны 502, 504 направляют движение приводного вала и поршневой штанги вдоль заданных линейных траекторий возвратно-поступательного движения для перемещения текучей среды через картриджный узел 100. Станция 170 анализа текучих сред подает текучую среду к проточной кювете и удаляет текучую среду из нее.
[00122] На Фиг. 5В представлена сеть открытых каналов 172, расположенных на нижней поверхности основания 152 луночного планшета 150. Каналы 172 текучей среды проходят через насосную станцию 168, клапанную станцию 164, станцию 170 анализа текучих сред. Дополнительно или альтернативно каналы 172 текучих сред могут проходить через дополнительные станции. Каналы 172 текучих сред могут быть выполнены образующими различные рисунки и имеющими различные длины и диаметры.
[00123] На Фиг. 5Е представлена увеличенная часть нижней поверхности 153 основания 152 в непосредственной близости от насосной станции 164. Насосная станция 164 содержит переходные порты 162 лунок, расположенные в соответствии с заданным рисунком (например, круговым рисунком), соответствующим траектории, которой следует узел 200 поворотного клапана. Луночный планшет 150 также содержит порты 163 сброса лунок, проходящие через основание 152, и открытые на верхней поверхности основания 152 в пределах соответствующей лунки (непоказанной на Фиг. 5А). Каждый порт 163 сброса лунки объединен с соответствующими переходными портами 162 лунок с помощью каналов 165 сброса лунок. Луночный планшет 150 содержит множество каналов 165 сброса лунок, зависящих от количества и положения лунок 154, 156. Каналы сброса лунок могут быть выполненными имеющими различную форму, например, прямой линии, серпантинной траектории, U-образной траектории и т.д. В варианте осуществления, показанном на Фиг. 5Е, серия коротких прямых каналов 165А сброса лунок проходит между переходными портами 162А лунок и портами 163А сброса лунок, выровненными с меньшими, более близко расположенными лунками 156 (Фиг. 5А). Серия длинных прямых каналов 165В сброса лунок проходит между соответствующими переходными портами 162В лунок и портами 163В сброса лунок, выровненными с большими лунками 154, расположенными в радиальном направлении снаружи от указанных лунок 156. Кроме того, предусмотрены зоны 167 хранения, которые включают каналы 165С хранения, загружаемые и разгружаемые в портах 162С хранения. В различных точках во время осуществления операции может оказаться желательным временно сохранить часть текучей среды, не сбрасывая ее в отходы. Тогда жидкость перемещается к доступному каналу 165С хранения. В факультативном порядке противоположный конец каналов 165С хранения может содержать порт 163С для впуска воздуха (или инертной жидкости) и его выпуска из канала 165С хранения. В факультативном порядке порты 163С могут быть объединены с соответствующими лунками хранения на луночном планшете 150.
[00124] На Фиг. 5С представлена нижняя горизонтальная проекция части основания 152 для более детальной иллюстрации станции 170 анализа текучих сред на задней поверхности луночного планшета 150. Проточная кювета вставляется так, чтобы оказаться выровненной относительно станции 170 во время осуществления операции. Станция 170 анализа текучих сред содержит окно 410 оптического интерфейса, на границах которого по диагонали, в противоположных углах, расположены интерфейсные порты 180 и 182. Интерфейсные порты 180 и 182 соединяются с портами на проточной кювете при вставке проточной кюветы. Ограничительные посты 190 и 192 расположены вдоль одной или более сторон станции 170 анализа текучих сред. Ограничительные посты 190, 192 входят в контакт с проточной кюветой, когда она должным образом вставлена, так что она оказывается выровненной относительно окна 410 оптического интерфейса и интерфейсных портов 180, 182 в направлении XY.
[00125] Задняя поверхность луночного планшета 150 также содержит ребра 472, проходящие наружу (вниз) от нижней поверхности луночного планшета 150. Например, ребра 472 могут быть выровнены относительно удлинения в противоположном направлении от ребер 412 (Фиг. 5D). Нижняя поверхность луночного планшета 150 также включает площадку 473 Z положения. Самая наружная поверхность площадки 473 Z положения и ребра 472 выровнены относительно одной и той же заданной плоскости для определения базисной точки Z, в которую картридж 900 проточной кюветы должен быть помещен при загрузке. В соответствии с настоящим описанием картридж 900 проточной кюветы содержит верхнюю раму, имеющую верхнюю поверхность, которая упирается в площадку 473 Z положения и ребра 472 для удержания окна проточной кюветы и портов в заданном Z положении относительно нижней поверхности луночного планшета в станции 170 анализа текучих сред.
[00126] На Фиг. 5D представлена верхняя горизонтальная проекция передней/верхней части основания 152, соответствующего Фиг. 5С, для предоставления более подробной иллюстрации станции 172 анализа текучих сред на передней стороне луночного планшета 150. Передняя/верхняя часть основания 152 внутри станции 172 анализа текучих сред соответствует камере 400 освещения (Фиг. 4), и соответственно порядковые номера, используемые в отношении Фиг. 4, соответствуют порядковым номерам, используем в отношении Фиг. 5D. Как показано на Фиг. 5D, ограничители 408 положения расположены вдоль одной или более сторон станции 172 освещения, они входят в контакт с сопрягаемыми элементами на периферийной наружной стенке элемента освещения. В качестве примера (не ограничиваясь указанным примером), штриховая круговая линия 414 изображает след от элемента освещения после его установки инструментом. Ограничители 408 положения располагают элемент освещения в заданное положение в XY координатах (когда система координат XY проходит в плоскости по сути параллельной поверхности луночного планшета 150 окна оптического интерфейса 410).
[00127] Луночный планшет 150 включает, на своей верхней стороне, один или более элементов 411 ограничения вставки для установки элемента освещения инструмента на заданном расстоянии от окна 410 оптического интерфейса. Элементы 411 ограничения вставки входят в контакт с элементом освещения на инструменте во время осуществления операции анализа текучей микросреды. К примеру, элементы 411 ограничения вставки могут включать одно или более ребер 412, расположенных вдоль одной или более сторон окна 410 оптического интерфейса и выступать вверх от окна 410 оптического интерфейса на заданное расстояние, предназначенное для сохранения необходимой дистанции между дистальной поверхностью элемента освещения (например, линзы) и окном 410 оптического интерфейса. Ребра 412 на верхней стороне луночного планшета выровнены относительно ребер 472 на нижней стороне луночного планшета 150. Ребра 412 выставляют элемент освещения на заданное Z-отклонение или положение в отношении Z-координаты (где ось Z референтной координатной системы проходит в плоскости по сути перпендикулярной поверхности луночного планшета 150 и поверхности окна 410 оптического интерфейса). К примеру, ребра 412 могут разместить светодиодный свет в элементе освещения на заданной поверхности (например, окне 410 оптического интерфейса), минимизируя при этом Z-отклонение между источником светодиодного света на инструменте и проточной кюветой под окном 410 оптического интерфейса.
[00128] В насосной станции 164 выбранный переходный порт 162 лунки соединен с (посредством поворотного клапана 234) центральным портом 160 подачи. Центральный порт 160 подачи соединен с помощью канала 174 с переходным портом 176, который передает направление потока на противоположную сторону основания 152. Обращаясь к Фиг. 5А, переходный порт 176 показан в станции 170 анализа текучих сред. Канал 178 освещения проходит от переходного порта 176 до интерфейсного порта 180, расположенного в непосредственной близости к окну 410 оптического интерфейса. Текучие среды текут по каналам проточной кюветы на проточной кювете до момента сброса текучих сред из проточной кюветы в порт 182 проточной кюветы. Текучая среда потом направляется из интерфейсного порта 182 вдоль канала 184 проточной кюветы.
[00129] На Фиг. 5D также более детально представлены каналы 178 и 184 освещения, выполненные в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, причем каналы 178, 184 освещения прерываются в непосредственной близости от окна 410 оптического интерфейса в соответствующих интерфейсных портах 180, 182. Каналы 178, 184 освещения могут быть выполнены открытыми на фронтальной стороне луночного планшета 150, при этом открытые поверхности могут быть покрыты крышками 416, 418 каналов (Фиг. 4). Канал 178 освещения начинается и прерывается в переходном порте 176 и интерфейсном порте 180, соответственно. Канал 184 освещения начинается и заканчивается интерфейсном порте 182 и порте насосной станции (не показан на Фиг. 5D), соответственно.
[00130] Приведенные здесь варианты осуществления в основном описаны в отношении одного направления движения текучей среды. Однако должно быть понятно, что операции анализа текучих сред могут осуществляться в отношении потока текучей среды, идущего в противоположном направлении. Дополнительно или в качестве альтернативы, текучими средами можно управлять так, что они будут течь в разных направлениях в разных каналах во время разных этапов анализа текучих сред. Поэтому несмотря на то, что любому порту, каналу или другой конструкции в какой-то мере имя дано в соответствии с направлением движения потока, должно быть понятно что такое наименование является, по сути, примером, и указанный порт, канал или другая конструкция может использоваться для пропуска текучих сред в противоположном направлении.
Узел поршневого насоса
[00131] Далее в отношении одного из вариантов осуществления со ссылкой на Фиг. 6А-6Е будет описан узел 500 поршневого насоса. В соответствии с настоящим описанием узел 500 поршневого насоса обеспечивает осуществление двунаправленной работы насоса, не допуская при этом нежелательных эффектов обратного хода. Узел 500 поршневого насоса совершает возвратно-поступательное движение за счет приложения приводной силы в одном направлении и за счет предоставления возможности смещающей силе перемещать поршневую штангу в противоположном направлении, избегая тем самым необходимости подачи силы тяги на насосный узел 500.
[00132] На Фиг. 6А представлена верхняя горизонтальная проекция насосной станции 168 на луночном планшете 150, расположенная в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения. Насосная станция 168 включает канальный сегмент 506 насоса, соединенный на одном конце с портом 508 впуска станции и на противоположном конце с портом 510 сброса станции. Канальный сегмент 506 насоса может быть функционально разделен на сегмент 512 подготовки, сегмент 514 сброса и сегмент 516 работы насоса, при этом все из указанных сегментов выполнены непрерывно следующими друг за другом с целью удержания движения потока текучей среды в одном направлении. Рабочий сегмент 516 включает рабочую зону 513, в которой поршень 540 совершает возвратно-поступательное движение для попеременной подачи низкого давления (например, вакуума) и высокого давления. Рабочая зона 513 располагается между парой запорных клапанов 518, расположенных выше по течению и ниже по течению от рабочей зоны 513. Запорные клапаны 518 определяют направление потока от рабочей зоны 513, например, в направлении отходов или проточной кюветы. К примеру, запорные клапаны 518 могут быть изготовлены прессованием подходящего материала (например, термопластичного эластомера) в круглые углубления, выполненные вдоль канала внутри рабочего сегмента 516. В соответствии с настоящим описанием запорные клапаны 518 попеременно открываются и закрываются согласованным образом в связи установкой состояния низкого давления и высокого давления в рабочей зоне 513 с целью создания тяги или давления на текучую среду посредством насосной станции 168. Сегмент 512 подготовки расположен выше по течению от рабочего сегмента 516, между рабочим сегментом 516 и портом 508 впуска станции. В описываемом примере сегмент 512 подготовки содержит канал, имеющий форму серпантина, для создания зоны хранения в канальном сегменте 506 насоса для удержания некоторого заданного количества текучей среды перед пропуском этой текучей среды через рабочий сегмент 516. В факультативном порядке сегмент 512 подготовки может быть удлинен или укорочен, или полностью удален, например, за счет расположения порта 508 впуска станции в непосредственной близости от конца рабочего сегмента 516. Сегмент 514 сброса расположен ниже по течению от рабочего сегмента 516, между рабочим сегментом 516 и портом 510 сброса станции. В настоящем примере сегмент 514 сброса выполнен в виде относительно короткого прямого канала, при этом могут быть предусмотрены и другие альтернативные конфигурации сегмента 514 сброса с вариацией его длины и рисунка, или полным его удалением.
[00133] На Фиг. 6В представлен вид сбоку поршня 540, расположенного в насосе 500. Поршень 540 в целом включает приводную штангу 546 и плунжерную штангу 554, соединенные друг с другом посредством мостового сегмента 552, при этом все из указанных элементов выполнены в виде монолитной конструкции (например, изготовлены вместе литьем). Приводная штанга 546 имеет приводной конец 548 и дистальный конец 549. Поршневая штанга 554 имеет рабочий конец 556 и дистальный конец 558. Поршневой элемент 557 установлен на рабочем конце 556 поршневой штанги 554. Дистальные концы 549 и 558 приводной штанги 546 и поршневой штанги 554 соединены мостовым сегментом 552. Поршневая штанга 554 и приводная штанга 546 проходят вниз от мостового сегмента 552 в одном и том же направлении, что и поршневая штанга 554. Поршневая штанга 554 ориентирована таким образом, чтобы быть по сути параллельной длине приводной штанги 546, так что приводная штанга 546 и поршневая штанга 554 перемещаются вместе в одном и том же направлении и в выровненном состоянии в ответ на приложение приводной силы 543 и смещающей силы 544. Приводная сила 543 и смещающая сила 544 представляют собой однонаправленные толкающие силы в отсутствии соответствующей обратной силы тяги. Мостовой сегмент 552 имеет поверхность 542 смещения, расположенную на, и экспонируемую через, отверстие 123 доступа к насосу (Фиг. 1А), выполненное в крышке 102. Элемент смещения инструмента (например, пружина) выполнен с возможностью вхождения в контакт с, или приложения смещающей силы к поверхности 542 смещения. Приводной конец 548 приводной штанги 546 помещается в приводное отверстие 116 на нижней поверхности 110 картриджного узла 100 (Фиг. 1В) для вхождения в контакт с узлом насосного привода инструмента. Узел насосного привода попеременно прикладывает и снимает приводную силу 543 кис приводной штанги 546. Приводной конец 548 и поверхность 542 смещения располагаются на противоположных концах поршня 540. Приводной конец 548 и поверхность 542 смещения экспонируются на верхней и нижней поверхности кожуха картриджного узла 100, так что соответствующие однонаправленные приводная сила и смещающая сила 543, 544 прикладывается к ним в связи с движением поршня 540 возвратно-поступательным образом без возникновения обратного хода, при проведении прямых измерений инструментом кодировки. Приводная сила и смещающая сила 543, 544 прикладываются к двунаправленной толкающей системе, которая не нуждается в толкающем/тянущем насосном приводе.
[00134] На Фиг. 6С представлен увеличенный вид сбоку поршневого элемента 557, установленного на поршневой штанге 554. Поршневой элемент 557 показан частично прозрачным для иллюстрации его внутренней структуры. Поршневая штанга 554 имеет ведущий конец 553, с которым образуют цельную конструкцию в виде монолитной конструкции один или более стержней 559. Стержни 559 имеют штифт 565, проходящий между ними. В проксимальном конце опорной балки 551 предусмотрен глазок 545. Глазок 545 выполнен удлиненным, имеющим возможность приема штифта 565, так что опорная балка 551 оказывается способной к перемещению только в некотором заданном диапазоне, в направлении стрелки 567, которая обычно проходит в целом параллельно длине поршневой штанги 554 и поршневого элемента 557. В факультативном порядке стержень и опорная балка 559, 551 могут быть выполнены в виде единой монолитной конструкции.
[00135] Поршневой элемент 557 имеет корпус 561, имеющий в целом трубообразную форму с заданными контурами по периметру корпуса 561. Корпус 561 имеет заднюю кромку 555, образованную в той же плоскости, что и ведущая кромка 553 поршневой штанги 554 (например, посредством холодного формования). Корпус 561 включает одно или более периферийных поршневых ребер 563, проходящих вокруг него, и имеющих такую форму и положение, чтобы обеспечить воздухонепроницаемую герметизацию во внутреннем проходе опорной колонны 504, в которой поршневой рычаг 554 совершает возвратно-поступательные движения.
[00136] Поршневой элемент 557 может быть изготовлен из вулканизированного термопластичного эластомера или другого материала, относительно более гибкого и сжимаемого, чем поршневая штанга 554. Приводная штанга 546, мостовой сегмент 552, и поршневая штанга 554 изготовлены из относительно жесткого пластикового материала (например, поликарбонатного пластика). Поршневой элемент 557 присоединяется к поршневой штанге 554 незащелкиваемым образом (англ. non-snap manner). К примеру, поршневая штанга 554 может быть изготовлена литьем поверх стержня 559 и опорной балки 551. К примеру, могут быть использованы два этапа литья, согласно которым поршневая штанга 554 изготавливается литьем во время первой операции литья, а поршневой элемент 557 добавляется во время второй операции литья. За счет операции литья поршневой элемент 557 крепится к поршневой штанге 554 с относительно небольшими отклонениями или зазорами между ними (на ведущей и задней кромках 553, 555), при этом поршневой элемент 557 и поршневая штанга 554 физически и химически скрепляются друг с другом на ведущей и задней кромках 553, 555).
[00137] За счет того, что отклонение между поршневым элементом 557 и поршневой штангой 554 небольшое, поршень 540 по сути не испытывает или благополучно избегает "гистерезис", который присутствовал бы в случаях, если бы поршневой элемент 557 просто защелкивался на поршневом рычаге 554. Кроме того, за счет изготовления поршневого элемента 557 посредством литья поверх опорной балки 551 и стержня 559 конечная конструкция будет способствовать не возникновению гистерезиса.
[00138] Соединение незащелкиваемого типа на интерфейсе между поршневым элементом 557 и поршневой штангой 554 обладает некоторыми преимуществами по сравнению с поршневым элементом с защелкиваемым соединением, в результате которого поршневой элемент получил бы возможность двигаться вверх и вниз относительно поршневой штанги каждый раз при смене направления движения. При наличии движения между защелкой на поршне и поршневой штанге такая конфигурация создает возможность для обратного хода, также известного как гистерезис.
[00139] В соответствии с некоторыми описанными здесь вариантами осуществления во время осуществления операции поршень 540 перемещается в обоих направлениях множество раз (например, несколько сотен или более тысяч насосных циклов за время теста). Поршень 540 может перемещаться со скоростью от 0.3 мм/с до 10 мм/с. Поэтому поршневой элемент с защелкиваемым соединением создал бы возможность для обратного хода или гистерезиса множество раз за время проведение одного теста (например, операции анализа текучей микросреды). За счет формирования поршневого элемента 557 на участке поршневой штанги 554 (в виде незащелкиваемого соединения), варианты, описанные здесь, предотвращают возникновение риска гистерезиса или обратного хода за счет сохранения фиксированной связи между указанными элементами.
[00140] Обращаясь снова к Фиг. 6В, во время работы узел насосного привода инструмента попеременно прикладывает приводную силу 543 к приводному концу 548 приводной штанги 546 для перемещения поршня 540 вверх в направлении приводной силы 543. Когда приводную силу 543 удаляют, смещающая сила 544 перемещает поршень 540 вниз, в направлении смещающей силы 544. За счет приложения смещающей силы 544 представленные здесь варианты осуществления лишены необходимости в соединении узла насосного привода с приводной штангой 546 и лишены необходимости в подаче силы тяги на приводную штангу 546. Приводная сила 543 попеременно прикладывается и снимается, вынуждая поршень 542 попеременно двигаться вверх и вниз во время осуществления операции. При движении поршня 540 верх и вниз работа поршневого элемента 556 создает условия низкого давления и высокого давления в рабочей зоне 513 (Фиг. 6А). При создании условий низкого давления и высокого давления в рабочей зоне 513 текучая среда либо вытягивается из, либо толкается вдоль канального сегмента 506. Направление движения текучей среды по канальному сегменту 506 насоса регулируется открытием и закрытием запорных клапанов 518.
[00141] На Фиг. 6D представлен вид сбоку поперечного сечения насосной станции 168 для лучшей иллюстрации работы насоса. Внутри насосной станции 168 упор 560 с нажимными штифтами установлен на нижней поверхности основания 152 луночного планшета 150. Упор 560 содержит опорные колонны 562 с расположенными в них проходами 564. Указанные проходы 564 принимают соответствующие нажимные штифты 520, 521. Указанные нажимные штифты 520, 521 содержат валы 523 с рабочими концами 566 и противоположными контактными площадками 524. Рабочие концы 566 располагаются у запорных клапанов 518, в то время как контактные площадки 524 расширяются радиально наружу за пределы наружных концов опорных колон 562. Валы 523 имеют одно или более внешних ребер 525, проходящих вокруг них. Проходы 564 также содержат одно или более внутренних ребер 527. Внешние и внутренние ребра 525, 527 кооперируют так, чтобы удерживать нажимные штифты 520, 521 в соответствующих проходах 564, разрешая при этом нажимным штифтам 520, 521 перемещаться назад и вперед вдоль опорных колонн 562 в направлении 519 закрытия клапана и направлении 517 открытия клапана. Контактные площадки 524 расположены на отверстиях 114 нажимных штифтов (Фиг. 1В) на нижней поверхности 110.
[00142] Во время работы приводной элемент клапана инструмента располагают для установки контакта с контактными площадками 524. Приводной элемент клапана прикладывает силу закрытия клапана (в направлении 519 закрытия клапана) на один из нажимных штифтов 520, 521, не прикладывая при этом силу закрытия клапана на другой из нажимных штифтов 520, 521. При отсутствии приложения силы закрытия клапана к нажимному штифту 520, 521, указанный нажимной штифт 520, 521 перемещается в направлении 517 открытия клапана в состояние открытия клапана, так что соответствующий запорный клапан 518 открывается. При подаче силы закрытия клапана соответствующий нажимной штифт 520, 521 перемещается в направлении 519 закрытия клапана, и соответствующий запорный клапан 518 закрывается. Нажимные штифты 520, 521 и соответствующие запорные клапаны 518 попеременно меняют состояние между открытым и закрытым.
[00143] На Фиг. 6D также показана поршневая штанга 554, будучи загруженной в опорную колонну 504. Поршневая штанга 554 совершает возвратно-поступательные движения в направлении 566 тяги и направлении 568 толкания с целью создания в рабочей зоне 513 соответствующих условий низкого давления и высокого давления, соответственно. При движении поршневой штанги в направлении 566 тяги, текучая среда затягивается в рабочую зону 513, при этом количество текучей среды, затянутой в рабочую зону 513, зависит от диапазона движения поршневой штанги 554. При движении поршневой штанги в направлении 568 толкания текучая среда в рабочей зоне 513 выталкивается из рабочей зоны 513 обратно в канал текучей среды. Направление, в котором текучая среда затягивается в рабочую зону 513 из канала текучей среды, зависит от того, который из нажимных штифтов 520, 521 закрыл соответствующий запорный клапан 518. К примеру, для подачи силы тяги в направлении стрелки А, нажимной штифт 521 должен переместиться в состояние закрытия, чтобы закрыть соответствующий запорный клапан 518, перемещая при этом поршневую штангу в направление 566 тяги. Когда поршневая штанга 554 покидает рабочую зону 513, текучая среда перемещается по каналу текучей среды в направлении стрелки А. Когда поршневая штанга 554 достигает конечное значение диапазона движения, нажимной штифт 521 отпускается и ему разрешается двигаться в направлении 517 открытия для того, чтобы позволить соответствующему запорному клапану 518 открыться. В то же время нажимной штифт 520 перемещается в направлении 519 закрытия, чтобы закрыть соответствующий запорный клапан. Затем поршневая штанга 554 перемещается в направлении 568, вынуждая текучую среду из рабочей зоны 513 перемещаться в канал текучей среды в направлении стрелки В. При необходимости перемещения текучей среды в противоположном направлении работа нажимных штифтов 520, 521 осуществляется в обратном порядке в отношении движения поршневой штанги 554.
[00144] На Фиг. 6Е показан увеличенный боковой вид в перспективе части поршня 540, вставленного в опорную колонну 502, 504. Поршневая штанга 554 скользящим образом вставляется в опорную колонну 504, а приводная штанга 546 скользящим образом вставляется в опорную колонну 502. Опорный вал 502 и приводная штанга 546 имеют Х-образное поперечное сечение для того, чтобы направлять поршень 540 вдоль заданной траектории возвратно-поступательного движения с относительно небольшим допуском на ошибку.
[00145] На Фиг. 6F представлен вид в перспективе опорной колонны 504, выполненной с возможностью приема поршневой штанги 554 в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения. Опорный вал 504 содержит проксимальный конец 570 и дистальный конец 571. Проксимальный конец 570 устанавливается на луночном планшете 150 у насосной станции 168, а дистальный конец 571 проходит вверх от насосной станции 168. Опорный вал 504 вытянут по продольной оси и содержит проход 572, проходящий между проксимальным и дистальным концом 570, 571. Проход 572 имеет первый внутренний диаметр 571 для сегмента канала 572, который проходит от дистального конца 571 в направлении зоны у проксимального конца 570. Проход 572 имеет второй, больший, диаметр 576 проксимального конца 570 для образования парковочной станции 574. Парковочная станция 574 служит для приема по меньшей мере части поршневого элемента 557, который имеет поршневые ребра, в положение хранения. Поршневой элемент 557 может размещаться в парковочной станции 574 во время хранения, транспортировки, или в целом при неиспользовании. За счет того, что поршневым ребрам поршневого элемента 557 разрешено находиться в парковочной станции 574 с увеличенным диаметром, описанные здесь варианты позволяют избежать износа поршневого элемента 557, то есть поршневой элемент 557 и поршневые ребра сохраняют свою изначальную форму на протяжении более длительного периода времени и не оказываются смятыми ранее необходимого срока. В обратном случае может произойти износ (или изменение формы) поршневого элемента 557 и поршневых ребер в случае длительного хранения на участке прохода 572, имеющем первый, меньший, диаметр 575.
Инструмент для текучих сред
[00146] На Фиг. 7 представлена блок диаграмма инструмента 700 для текучих сред, выполненного в соответствии с описанным здесь вариантом осуществления изобретения. Инструмент 700 включает загрузочную станцию 703 для приема картриджного узла 100. Во время осуществления операции анализа текучих микросред различные электрические, оптические и механические подузлы внутри инструмента 700 взаимодействуют с картриджным узлом 100.
[00147] Инструмент 700 включает, среди прочих элементов, один или более процессоров 702, выполненных с возможностью выполнения программных инструкций, хранящихся в памяти 704, с целью осуществления операции анализа текучих микросред. Процессор 702 соединяется с возможностью сообщения с узлом 710 клапанного привода, узлом 720 насосного привода, узлом 740 активатора прокалывателя, элементом 750 освещения, электроконтактной системой 752, и нагревательным элементом 753.
[00148] Пользователям предлагается пользовательский интерфейс (англ. U/I) 706 для регулирования и контроля операций инструмента 700. Один или более интерфейсов 708 связи передают данные и информацию между инструментом 700 и удаленными компьютерами, сетями и прочим. К примеру, интерфейс 708 связи может принять протоколы, данные пациентов, и другую информацию, связанную с конкретной операцией анализа текучей микросреды. Коммуникационный интерфейс 708 может также передавать необработанные полученные данные, а также данные, выведенные посредством анализа одной или более проб.
[00149] Узел 710 клапанного привода содержит приводной вал 712, выполненный с возможностью установления контакта с узлом 200 поворотного клапана. Узел 710 клапанного привода также включает двигатель 714 вращения и двигатель 716 поступательного движения. Двигатель 716 поступательного движения перемещает приводной вал 712 в поступательном направлении 718 между состояниями контакта и отсутствия контакта с поворотным валом 202 узла 200 поворотного клапана. Когда приводной вал 712 физически находится в контакте и надежно закреплен с узлом 200 поворотного клапана, двигатель 714 вращения управляет вращением приводного вала 712 в направлении 719 вращения с целью направления узла 200 поворотного клапана на установление соединения или рассоединения различных лунок реагентов с каналами луночного планшета.
[00150] Узел 710 клапанного привода содержит кодировщик 713 положения, который осуществляет мониторинг положения приводного вала 712 относительного поворотного вала 202 (Фиг. 2В). Кодировщик 713 предоставляет данные по положению процессору 702 для гарантии того, что шлицы приводного вала 712 находятся в полном контакте с внутренними шлицами 232 поворотного вала 202, гарантируя тем самым, что кодировщик 713 положения точно отслеживает поворотное положение поворотного вала 202. К примеру, кодировщик 713 может содержать вал, имеющий наружную шлицевую конфигурацию с такими формами и размерами, которые сочетаются с внутренними шлицами 232 (Фиг. 2В), описанными выше в отношении узла 200 поворотного клапана. Шлицы кодировщика полностью сделаны так, и вставлены так во внутренние шлицы 232, что между ними сохраняется фиксированная связь. Шлицы кодировщика не прикладывают приводную силу, но вместо этого просто следуют движению поворотного вала 202 с целью передачи точных данных об угловом положении процессору 702. Приводной вал 712 содержит отдельный набор приводных шлицев, способных разместиться над дистальным концом поворотного вала 202. Приводные шлицы размещаются между и прикладывают приводную силу на внешние шлицы 230 на поворотном валу 202.
[00151] Для сохранения фиксированной поворотной связи между поворотным валом и приводным валом 202, 712, процессор 702 может использовать данные по вращению, полученные от двигателя 714 для определения конкретного поворотного положения поворотного клапана 234.
[00152] Узел 710 клапанного привода выполнен с возможностью перемещения (например, поворота) поворотного вала 202 с целью избирательного соединения проточных каналов с одним или более портами. Во многих операциях поворотный вал 202 поворачивается на разное количество градусов в зависимости от положений портов лунок для реагента, используемых по очереди. Например, когда соседние лунки используются по очереди, узел 710 клапанного привода будет поворачивать поворотный вал 202 только на несколько градусов. Однако когда используемые первая и вторая лунки находятся по разные стороны луночного планшета, приводной узел 710 клапана будет поворачивать поворотный вал 202 на 180°, на большее количество градусов, или на меньшее количество градусов. После поворота поворотного вала 202 узел 200 поворотного клапана моментально оказывается фиксированным, позволяя потоку текучей среды проходить через него или позволяя осуществление детекции пробы.
[00153] Узел 740 активатора прокалывателя включает один или более валов 742 прокалывателя и двигатель 744 поступательного движения для задания движения валам 742 прокалывателя, соответствующего задвинутому и выдвинутому положениям. Когда валы 742 прокалывателя перемещаются в выдвинутое положение, вал 742 прокалывателя входит в контакт с верхней поверхностью прокалывающего устройства 300 и заставляет прокалывающее устройство 300 двигаться вниз, вынуждая прокалывающие элементы на прокалывающем устройстве 300 прокалывать пленки, покрывающие соответствующие лунки реагентов. Валы 742 прокалывателя могут сохранять выдвинутое положение во время осуществления операции анализа текучих сред, или альтернативно могут задвигаться.
[00154] Узел 720 насосного привода содержит насосный вал 722, соединенный с двигателем 724 и перемещающийся между выдвинутым и задвинутым положением вдоль направления 723 насоса. К примеру, насосный вал 722 может быть выполнен в виде винтового вала, который поворачивается в направлении стрелки 721. За счет изменения направления, в котором вал 722 насоса завинчивается, вал 722 насоса перемещается внутрь (в направлении обратном выдвижению) и наружу (в направлении выдвижения) вдоль направления 723 работы насоса. Повторяя перемещение насоса 723 между выдвинутым и задвинутым положением, насосный вал 722 прикладывает приводную силу 543 к приводной штанге 546, перемещая узел 500 насоса в направлении, которое вынуждает поршневую штангу 554 создавать условия низкого давления в рабочей зоне, затягивая/втягивая текучую среду в насосную станцию. Приводной вал 722 циклично перемещается в задвинутое положение, и тогда элемент 734 смещения прикладывает смещающую силу к поверхности 542 смещения на узле 500 насоса с целью перемещения узла 500 насоса вниз, в направлении смещающей силы 544, вынуждая тем самым поршневую штангу 554 создавать условия высокого давления в рабочей зоне, толкая текучую среду из насосной станции.
[00155] Кодировщик 735 положения имеет элемент 734 смещения. Кодировщик 735 положения отслеживает положение элемента 734 смещения при перемещение элемента 734 смещения вверх и вниз поршнем 540. Кодировщик 735 положения передает данные положения процессору 702 для отслеживания положения поршня 540 во время осуществления операции.
[00156] Узел 720 насосного привода также содержит валы 726 и 728 клапанного привода, которые расположены так, чтобы быть выровненными с нажимными штифтами 520, 521. Валы 726, 728 клапанного привода перемещаются между выдвинутым и задвинутым положениями вдоль стрелки 725 двигателем 730. Валы 726, 728 клапанного привода перемещаются в противоположных направлениях, то есть, когда вал 726 клапанного привода выдвинут, вал 728 клапанного привода задвинут, и наоборот. Валы 726, 728 клапанного привода поочередно перемещаются в противоположных направлениях, синхронно с перемещением насосного вала 722 с целью перемещения текучей среды через насосную станцию 168, и тем самым через проточную кювету.
[00157] Элемент 756 освещения перемещается в и из камеры 400 освещения. Элемент 750 освещения включает оптическую систему для подачи одного или более типов света в камеру 400 освещения. К примеру, элемент 756 освещения может включать светодиодную трубку или нечто подобное, для генерирования необходимого типа света. Электроконтактную систему 752 и нагревательный элемент 753 вставляют в зону 112 доступа к картриджу проточной кюветы на нижней поверхности 110 картриджного узла 100. Контактная система 752 входит в контакт с соответствующей системой электроконтактных площадок 950 на картридже 900 проточной кюветы. Нагревательный элемент 753 входит в контакт с теплоотводом в картридже 900 проточной кюветы.
[00158] В соответствии с по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения, процессор 702 управляет функционированием двигателей, оптики, контактных систем и прочего. В факультативном порядке может быть предусмотрено несколько процессоров, работающих совместно (например, под управлением процессора 702), управляющих работой каждого из компонентов: двигателей, оптики, контактных систем, узлов, и компонентов, описанных в отношении инструмента 700.
[00159] К примеру, двигатели могут быть двигателями непосредственного привода. Однако могут использоваться альтернативные механизмы, такие как электродвигатели постоянного тока, соленоидные приводы, линейные приводные механизмы, пьезоэлектрические двигатели и похожие механизмы.
Система управления текучей средой
[00160] На Фиг. 8 схематично представлена компьютерная система 810, реализуемая инструментом 700, представленным на Фиг. 7, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Например, компьютерная система 810 может быть реализована одним или более процессорами 702 под управлением пользовательского интерфейса 708 и программных инструкций, хранящихся в памяти 704. Хотя Фиг. 8 показывает примерные иллюстрации или блоки различных компонентов компьютерной системы 810, должно быть понятно, что Фиг. 8 является схематичным изображением и не является абсолютно показательной, и что компьютерная система 810 может принимать различные формы и конфигурации.
[00161] Компьютерная система 810 может иметь сообщение с различными компонентами, узлами, и системами (или подсистемами) инструмента. Компьютерная система 810 может содержать модуль 851 выбора текучей среды, модуль 852 управления текучей средой, модуль 853 детекции, протокольный модуль 854, модуль 855 анализа, модуль 857 насосного привода, модуль 859 клапанного привода и модуль 861 управления освещением. Хотя модули 851-861 представлены отдельными блоками, должно быть понятно, что каждый из модулей может представлять собой устройство, программное обеспечение, или комбинацию вышеуказанного, а кроме того, каждый из модулей может быть частью одного и того же компонента, например, процессора. В качестве альтернативы по меньшей мере один из модулей 851-861 может быть частью отдельного процессора. Кроме того, каждый из модулей 851-861 может сообщаться с каждым другим модулем или координировать команды/инструкции для выполнения определенной функции.
[00162] Компьютерная система 810 и/или модули 851-861 могут содержать систему на основе процессора или микропроцессора, включая системы, использующие микроконтроллеры, компьютеры с сокращенным набором команд (англ. reduced instruction set computers (RISC)), специализированные интегральные микросхемы (англ. application specific integrated circuits (ASICs)), перемпрограммируемые пользователем вентильные матрицы (англ. field programmable gate array (FPGAs)), логические контуры и любое другое логическое устройство, способное выполнять описанные здесь функции. Приведенные выше примеры являются лишь иллюстрацией, и не должны восприниматься, как ограничения в отношении определений и/или значений терминов, модулей или компьютерной системы. В одном из вариантов изобретения компьютерная система 810 и/или модули 851-861 выполняют набор инструкций, хранящийся в одном или более элементах хранения, памяти, или модулях с целью генерирования пробы, получения данных детекции, и/или анализа данных детекции.
[00163] Набор инструкций может включать различные команды, предоставляющие инструкции инструменту 802 для выполнения определенных операций, таких как способы и процессы в соответствии с многочисленными приведенными здесь примерами. Набор инструкций может быть в виде программного обеспечения. В настоящем описании термины "программное обеспечение" и "прошивка" являются взаимозаменяемыми, и означают любую компьютерную программу, хранящуюся в запоминающем устройстве для ее выполнения компьютером, в том числе в ЗУПД, ПЗУ, ЭППЗУ, электронно-перепрограммируемом ПЗУ, и энергонезависимом ЭЗУ. Вышеуказанные типы запоминающих устройств приведены лишь в качестве примеров, и поэтому не являются ограничительными для типов запоминающих устройств, используемых для хранения компьютерных программ.
[00164] Программное обеспечение может иметь разнообразную форму, например, программное обеспечение может быть системным программным обеспечением или программой специального применения. Кроме того, программное обеспечение может быть в виде серии отдельных программ, или программного модуля в рамках большей программы, или частью программного модуля. Программное обеспечение может предусматривать модульное программирование в виде объектно-ориентированного программирования.
[00165] Компьютерная система 810 концептуально проиллюстрирована, как набор модулей, но она может быть реализована с помощью любой комбинации специально предназначенных плат, процессоров ЦОС, процессоров и прочего. В альтернативном варианте компьютерная система 810 может быть реализована с помощью доступного персонального компьютера с одним процессором или более процессорами, с функциями, распределенными между процессорами. В факультативном порядке модули, описанные здесь, могут быть реализованы с помощью гибридной конфигурации, в которой некоторые модульные функции выполняются с помощью специально предназначенного устройства, в то время как другие модульные функции выполняются с помощью доступного персонального компьютера, и т.п., Модули также могут быть реализованы в виде модулей программного обеспечения в блоке обработки данных. Один или более вычислительных модулей могут быть расположены, например, в сети или в облачной вычислительной среде.
[00166] В соответствии с настоящим изобретением узел клапанного привода и узел насосного привода содержат кодировщики, которые передают сигналы компьютерной системе 810, являющиеся индикаторами поворотного и возвратно-поступательного положения соответствующих компонентов (например, поворотного клапана и поршня).
[00167] В некоторых примерах модуль 853 детекции может отправить команду узлу формирования изображения (который содержит элемент 750 освещения и аналитический контур в картридже проточной кюветы) для формирования изображения части окна формирования изображения (которое включает интерфейсное окно 410, окно 928 проточной кюветы и прозрачный слой аналитического контура 958), что может включать отправку команды источнику возбуждения (элемент освещения) на направление падающего света на окно формирования изображения для возбуждения маркеров в пробе в пределах активной зоны аналитического контура 958. Модуль 853 детекции связывается через контактную систему 752 и контактные площадки 950 с аналитическим контуром 958 для получения данных об изображении. В случае SBS-секвенирования каждое изображение включает множество точечных источников света от кластеров ДНК. Как показано, модуль 851 выбора текучей среды может отправлять команды узлу клапанного привода для приведения в движение узла поворотного клапана. Модуль 852 управления текучей средой может отправлять команды различным насосам и клапанам для управления потоком текучей среды. Модуль 854 протокола может содержать инструкции для координирования операций системы 800 так, чтобы указанный протокол был выполнен. Модуль 854 протокола может также отправлять команды любым элементам терморегулирования для регулирования температуры текучей среды. К примеру, модуль 854 протокола может быть модулем секвенирования посредством синтеза, подающим различные команды для выполнения процессов секвенирования посредством синтеза. В некоторых примерах модуль 854 протокола может также обрабатывать данные детекции. После генерирования ампликонов мостовой полимеразной цепной реакцией модуль 854 протокола может передать инструкции для линериазации и денатуризации ампликонов для создания одноцепочечной ДНК и добавления секвенирующего праймера для того, чтобы секвенирующий праймер был гибридизирован в универсальную последовательность, примыкающую к представляющей интерес зоне. Каждый цикл секвенирования удлиняет одноцепочечную ДНК на одно основание, и осуществляется посредством модифицированной ДНК-полимеразой и смесью четырех типов нуклеотидов, подача которых может выполняться в соответствии с инструкциями модуля 854 протокола. Различные типы нуклеотидов имеют уникальные флюоресцентные маркеры, и каждый нуклеотид имеет обратимый терминатор, который разрешает осуществление инкорпорирование только одного основания во время одного цикла. После добавления одного основания к одноцепочечной ДНК модуль 854 протокола может отправить инструкции на проведение промывочного этапа для удаления не инкорпорированных нуклеотидов, подавая промывочный раствор через проточную кювету. Модуль 854 протокола может также подать инструкции элементу освещения и аналитическому контуру на выполнение сеанса (сеансов) формирования изображения для детекции флюоресценции в каждом из четырех каналов (например, одного для каждого флюоресцентного маркера). После формирования изображения модуль 854 протокола может подать инструкции на подачу разблокировочного реагента для химического отщепления флюоресцентного маркера и терминатора от одноцепочечной ДНК. Модуль 854 протокола может подать инструкции на проведение промывочного этапа для удаления разблокировочного реагента и продуктов реакции разблокировки. Далее может следовать похожий цикл секвенирования.
[00168] Примеры протокольных этапов, которые может координировать модуль 854 протокола, включают этапы работы с текучей средой и детекции, используемые в способах секвенирования посредством синтеза на основании обратимых терминаторов, например, как те, что описаны в заявке на патент США №2007/0166705 А1, в заявке на патент США №2006/0188901 А1, патенте США №7,057,026, в заявке на патент США №2006/0240439 А1, в заявке на патент США №2006/0281109 А1, публикации заявки РСТ №WO 05/065814, в заявке на патент США №2005/0100900 А1, публикации заявки РСТ №WO 06/064199 и публикации заявки РСТ №WO 07/010251. Каждый из указанных источников включен в настоящую заявку в своем полном объеме посредством ссылки. Примеры реагентов для секвенирования посредством синтеза на основании обратимых терминаторов описаны в US 7,541,444; US 7,057,026; US 7,414,116; US 7,427,673; US 7,566,537; US 7,592,435 и WO 07/135368, причем каждый из указанных источников включен в настоящую заявку в полном объеме посредством ссылки. Также могут использоваться протокольные этапы и реагенты, используемые в коммерческих платформах секвенирования, таких как GA, HiSeq и MiSeq платформах компании Illumina, Inc. (Сан-Диего, Калифорния).
[00169] В некоторых вариантах осуществления изобретения модуль 854 протокола может подавать различные команды для выполнения этапов протокола пиросеквенирования. Примеры таких этапов включают те, что будут описаны ниже, а также те, на которые ниже предоставляется ссылка. Пиросеквенирование обнаруживает высвобождение неорганических пирофосфатов (PPi) при инкорпорировании некоторых нуклеотидов в образующуюся цепочку (Ronaghi, М. et al. (1996) "Real-time DNA sequencing using detection of pyrophosphate release." Analytical Biochemistry 242(1), 84-9; Ronaghi, M. (2001) "Pyrosequencing sheds light on DNA sequencing." Genome Res. 11(1), 3-11; Ronaghi, M. et al. (1998) "A sequencing method based on real-time pyrophosphate." Science 281(5375), 363; патент США №6,210,891; патент США №6,258,568 и патент США №6,274,320, причем каждый из указанных источников включен в настоящую заявку посредством ссылки в полном своем объеме). В пирисеквенировании высвобожденный пирофосфат может быть обнаружен за счет незамедлительной конвертации в аденозинтрифосфат (АТФ) при помощи АТФ-сульфурилазы, при этом уровень сгенерированного АТФ обнаруживается при помощи фотонов, образованных люциферином. В этом случае клапан 816 реакции может включать миллионы лунок, в которых каждая лунка имеет отдельную гранулу захвата с амплифицированной одноцепочечной ДНК в ней. Каждая лунка может также включать другие более маленькие гранулы, которые, например, могут содержать иммобилизированные ферменты (например, АТФ-сульфурилазу и люциферазу) или способствовать удержанию гранулы захвата в лунке. Модуль 854 протокола может подавать команды для осуществления последующих циклов с текучей средой с одним типом нуклеотида (например, первый цикл: А; второй цикл: G; третий цикл: С; четвертый цикл: Т; пятый цикл: А; шестой цикл: G; седьмой цикл: С; восьмой цикл: Т; и т.д.). При инкорпорировании нуклеотида в ДНК высвобождается пирофосфат, запуская цепную реакцию, при которой генерируется вспышка света. Вспышка света обнаруживается узлом детекции. Данные детекции могут передаваться модулю 855 анализа для обработки.
[00170] В некоторых примерах пользователь может использовать вводные данные пользователя с помощью пользовательского интерфейса для выбора аналитического протокола, который должна прогнать система. В других примерах система может автоматически определять тип картриджа проточной кюветы, вставленного в инструмент 802 и сверить с пользователем аналитический протокол, который она должна прогнать. Альтернативно система может предлагать ограниченное количество аналитических протоколов, которые она может прогнать с определенным типом картриджа проточной кюветы. Пользователь может выбрать необходимый аналитический протокол, и система может затем выполнить выбранный аналитический протокол на основании предварительно запрограммированных инструкций.
[00171] Модуль 855 анализа может анализировать данные детекции, полученные аналитическим контуром в картридже проточной кюветы. Хотя это и не показано, инструмент может также содержать пользовательский интерфейс, с которым может взаимодействовать пользователь. Например, пользовательский может предусматривать экран для демонстрации или запроса информации от пользователя, и устройства ввода данных для приема вводных данных от пользователя. В некоторых вариантах осуществления экран и устройство ввода данных пользователем может быть одним и тем же устройством (например, сенсорным экраном).
[00172] В некоторых примерах нуклеиновые кислоты могут крепиться к поверхности и быть амплифицированы до или во время секвенирования. Модуль 854 протокола может содержать инструкции для этапов с текучей средой, участвующей в процессе амплификации. Например, могут предлагаться инструкции для технологии мостовой амплификации, используемой для формирования кластеров нуклеиновых кислот на поверхности. Полезные способы мостовой амплификации описаны, например, в патенте США №5,641,658; публикации патента США №2002/0055100; патенте США №7,115,400; публикации патента США №2004/0096853; публикации патента США №2004/0002090; публикации патента США №2007/0128624; и публикации патента США №2008/0009420. Другим полезным способом для амплификации нуклеиновых кислот на поверхности является амплификация по типу катящегося кольца (англ. rolling circle amplification (RCA)), например, описанная в Lizardi et al., Nat. Genet. 19:225-232 (1998) и US 2007/0099208 A1, причем каждый из указанных источников включен в настоящую заявку в полном своем объеме посредством ссылки. Также может использоваться эммульсионная полимеразная цепная реакция на гранулах, например, описанная в Dressman et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100:8817-8822 (2003), WO 05/010145, или публикациях патента США №2005/0130173 или 2005/0064460, причем каждый из указанных источников включен в настоящую заявку в своем полном объеме посредством ссылки.
[00173] В некоторых вариантах осуществления изобретения система работает с минимальным вмешательством со стороны пользователя. Например, в некоторых случаях операции генерирования или анализа могут выполняться автоматическим образом системой анализа. В некоторых случаях пользователь может только загружать картриджный узел и активировать инструмент для выполнения протокола.
Картридж проточной кюветы
[00174] Картридж 900 проточной кюветы используется в соответствии с по меньшей мере одним из приведенных здесь вариантов осуществления изобретения.
[00175] На Фиг. 9А представлен вид сверху в перспективе картриджа 900 проточной кюветы, выполненного в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. Картридж 900 проточной кюветы в общем содержит верхнюю и нижнюю рамы 904 и 906, соединенные с целью образования в целом прямоугольной конструкции, вытянутой вдоль направления 9А загрузки. Направление 9А загрузки соответствует направлению, в котором картридж 900 проточной кюветы загружается в камеру 108 проточной кюветы картриджного узла 100. Картридж 900 проточной кюветы имеет конец 908 загрузки, дистальный конец 910 и боковые кромки 912. Конец 908 загрузки и боковые кромки 912 имеют один или более элементов позиционирования для сопряжения с соответствующими элементами в камере 108 проточной кюветы картриджного узла 100 для обеспечения надлежащего выравнивания в камере 108 проточной кюветы в направлениях XYZ.
[00176] В факультативном порядке верхняя и нижняя рамы 904 и 906 могут быть сделаны из проводящего пластика так, чтобы была обеспечена защита от электростатического разряда.
[00177] В факультативном порядке верхняя рама 904 может включать элемент 920 захвата, например, в виде серии ребер, проходящих вверх от верхней рамы 904. Элементы 920 захвата облегчают захват картриджа 900 проточной кюветы пользователем. В факультативном порядке в элементах 920 захвата могут быть сделаны канавки для создания индикации направления, например, ребра могут быть выполнены такой формы, чтобы образовывать стрелку, предоставляя тем самым информацию пользователю относительно направления, в котором нужно вставлять картридж 900 проточной кюветы.
[00178] На Фиг. 9В представлен увеличенный вид части верхней рамы 904 для лучшей иллюстрации интерфейса оптики-текучей среды (О-Т интерфейс) картриджа проточной кюветы. Обращаясь одновременно к Фиг. 9А и 9В, верхняя рама 904 содержит О-Т интерфейс 940 для сообщения между оптическими компонентами и компонентами текучей среды картриджного узла 100. О-Т интерфейс 940 включает окно 928 проточной кюветы, выровненное относительно аналитического контура (более детально описанного ниже в отношении Фиг. 9D и 9Е), размещенного внутри картриджа 900 проточной кюветы. Окно 928 проточной кюветы позволяет свету от элемента освещения инструмента направляться на аналитический контур. Окно 928 проточной кюветы может быть выполнено из стекла или похожего прозрачного материала, при этом стекло располагается, по сути, в той же плоскости, что и верхняя поверхность верхней рамы 904. Удерживая стекло в окне 928 проточной кюветы выровненным по плоскости с верхней поверхностью верхней рамы 904, за Z положением окна 928 проточной кюветы можно осуществлять более точный мониторинг, осуществляя мониторинг за Z положением верхней поверхности верхней рамы 904.
[00179] Порты 934 проточной кюветы располагаются в непосредственной близости от окна 928 проточной кюветы, где порты 934 проточной кюветы направляют текучую среду от картриджного узла 100 через активную зону аналитического контура. Порты 934 располагаются в герметизирующих прокладках 930, выполненных имеющими продолговатую форму. В примере на Фиг. 9А, герметизирующие прокладки 930 ориентированы таким образом, чтобы проходить, по сути, параллельно одна другой и располагаться, создавая острый угол относительно направления 9А загрузки. Порты 934 проточной кюветы в герметизирующих прокладках 930 располагаются так, чтобы сопрягаться с портами в камере 108 проточной кюветы картриджного узла 100.
[00180] Герметизирующие прокладки 930 расположены на противоположных сторонах окна 928 проточной кюветы. Например, герметизирующие прокладки 930 могут располагаться диагонально поперек окна 928 проточной кюветы друг относительно друга. Герметизирующие прокладки 930 могут быть сделаны из термопластичного эластомера или другого похожего материала. Герметизирующие прокладки 930 заполняют полости, образованные в верхней раме 904, находящиеся в сообщении по текучей среде с отверстиями 932 инъекции. Во время процесса изготовления термопластичный эластомер подается инъекцией через отверстия 932 инъекции. Материалу позволяют течь через внутренний канал в верхней раме до образования герметизирующих прокладок 930. Способ инъекционного литья связывает, как физически, так и химически, герметизирующие прокладки 930 с верхней рамой 904 с целью удержания герметизирующих прокладок 930 в заданном положении на верхней раме 904 (сохраняя некоторую выбранную допустимую величину отклонения). Герметизирующие прокладки 930 создают низкопрофильную герметичную конфигурацию, за счет которой обеспечивается необходимое наращивание допуска (например, минимальное наращивание допуска).
[00181] Возвращаясь к Фиг. 9А, верхняя рама 904 содержит ребра 922, удлиненные и ориентированные так, чтобы проходить в том же направлении (например, параллельно), что и направление 9А загрузки. Ребра 922 создают защитный элемент загрузки, так что, когда картридж 900 проточной кюветы загружается в камеру проточной кюветы, герметизирующие прокладки 930 и порты 934 проточной кюветы не контактируют и не входят в другого рода контакт с элементами кожуха, окружающего камеру 108 проточной кюветы. Кроме того, ребра 922 могут обеспечить элемент зазора, так что в случае, если картридж 900 проточной кюветы, положен в перевернутом положении на стол или другую конструкцию, ребра 922 могут предотвратить касание другими элементами на верхней раме 904 пыльного или другого материала на поверхности, на которой помещают картридж 900 проточной кюветы.
[00182] Верхняя рама 904 содержит один или более элементов Z-положения (соответствующих базисной точке Z), используемых для размещения светодиодной трубки в элементе освещения инструмента у окна 928 проточной кюветы картриджа 900 проточной кюветы. Например, верхняя поверхность верхней рамы 904 упирается в ребра 472 и площадку 473 на нижней стороне луночного планшета 150 для определения базисной точки Z для картриджа 900 проточной кюветы. Элемент ограничения Z-положения задает некоторый желательный допуск (например, минимальный допуск) между источником света элемента освещения в инструменте и картриджем проточной кюветы.
[00183] На Фиг. 9С представлен вид в перспективе снизу картриджа проточной кюветы, изображенного на Фиг. 9А. Нижняя оболочка 906 создана одним или более выступами 914, расположенными у концов загрузки и дистального конца 908 и 910. В факультативном порядке выступы 914 могут располагаться в других местах на нижней раме 906. Дополнительно или в качестве альтернативы может использоваться большее количество или меньшее количество выступов 914. Выступы 914 удерживают заданную дистанцию между элементами в пределах нижней рамы 906 и другой поверхностью, на которую помещают картридж 900 проточной кюветы. Например, когда картридж 900 хранится на столе, лабораторном столе, зоне хранения или где-то еще, выступы 914 не допускают касания элементов на нижней раме 906 пыли или зернистого материала на столе, лабораторном столе и т.п.. Кроме того, выступы 914 могут иметь размеры и форму, как элементы выравнивания, для того, чтобы не допускать некорректной вставки картриджа 900 проточной кюветы в картриджный узел 100 (например, в обратном направлении). К примеру, выступы 914 могут быть выполненными имеющими различные размеры, например, различные длины, толщины, высоты и прочее. В примере, показанном на Фиг. 9С, выступ 914, расположенный в непосредственной близости к концу 908 загрузки, короче по длине по сравнению с длиной выступа 914, расположенного в непосредственной близости к дистальному концу 910.
[00184] Нижняя рама 906 содержит отверстие 944, выровненное относительно О-Т интерфейса 940 на верхней раме 904 (и теплоотвода 955 на печатной плате 952). Отверстие 944 экспонирует заднюю сторону части аналитического контура. Нижняя рама 906 также содержит отверстия 946 контактных площадок, выровненные относительно и экспонирующие ряды контактных площадок 950, расположенные на аналитическом контуре. Отверстия 946 контактных площадок разделены крестовиной 948 для поддержания ширины отверстий 946 контактных площадок достаточно небольшой для предотвращения случайной вставки нежелательных объектов, которые могут в обратном случае повредить контактные площадки 950 (например, палец пользователя, тестовое оборудование и т.д.). В настоящем примере отверстия 946 контактных площадок являются прямоугольными и каждое экспонирует два или более рядов контактных площадок 950.
[00185] На Фиг. 9D представлен вид сверху части печатной платы 952, расположенной в картридже 900 проточной кюветы, выполненной в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Печатная плата 952 имеет верхнюю поверхность 956, которая включает аналитический контур 958. К примеру, аналитический контур 958 может представлять собой КМОП ИС. Аналитический контур 958 поддерживает движение потока текучих сред, проходящих через активную зону 962, получающую свет от источника света в инструменте, и обнаруживает и формирует изображения флюоресценции, испускаемой от текучей среды, для осуществления операции анализа текучей среды. Аналитический контур 958 содержит порты 964, сообщающиеся с активной зоной 962 в аналитическом контуре 958. Текучая среда поступает в активную зону 962 через один или более портов 964 активной зоны, при этом текучая среды выходит из активной зоны 962 через другие порты 964 активной зоны. Аналитический контур 958 имеет верхнюю поверхность, выполненную прозрачной для приема света, испускаемого из окна 928 проточной кюветы (и через окно 410 на Фиг. 4). Входящий свет освещает текучую среду в активной зоне 962, в ответ на это реагенты в текучей среде испускают флюоресценцию в различных флюоресцентных спектрах, в зависимости от характеристик пробы. Аналитический контур 958 обнаруживает излученные флюоресцентные спектры и снимает их изображения, которые затем передаются через контактные площадки 950 в инструмент.
[00186] На Фиг. 9Е представлен вид снизу печатной платы 952, изображенной на Фиг. 9D, выполненной в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Печатная плата 952 имеет нижнюю поверхность 954, содержащую матрицу контактных площадок 950, видимых через отверстия 946 контактных площадок. В настоящем примере матрица контактных площадок 950 выполнена в виде нескольких рядов. В факультативном порядке могут использоваться альтернативные конфигурации контактных матриц. Контактные площадки 950 соединяются с соответствующими штырями в электрическом соединителе 953. Электрический соединитель 953 содержит множество контактных штырей, обращенных в направлении верхней поверхности 956 (Фиг. 9D). Электрический соединитель 953 надежным образом соединяется с аналитическим контуром 958 и обеспечивает электрическое соединение, соединение в отношении данных и связь между вводом/выводом аналитического контура 958 и контактными площадками 950.
[00187] Нижняя поверхность 954 также содержит теплоотвод 955, имеющий поверхность соединения с контуром (не видна на Фиг. 9D), которая упирается в нижнюю поверхность аналитического контура 958. Теплоотвод 955 содержит поверхность 957 соединения с нагревательным элементом, ориентированную так, что она обращена вниз через отверстие 944 к нижней раме 906 (Фиг. 9С). Во время осуществления операции нагревательный элемент на инструменте вставляется в отверстие 944 так, что он упирается в поверхность 957 соединения с нагревательным элементом теплоотвода 955, с целью подачи необходимого количества тепла к аналитическому контуру 958.
[00188] Печатная плата 952 также имеет вырезы 957, расположенные по периметру платы. Вырезы 957 сопрягаются с соответствующими элементами на верхней и нижней рамах 904, 906 с целью позиционирования печатной платы 952 в конкретном месте на верхней и нижней раме 904 и 906.
[00189] Верхняя и нижняя рамы 904 и 906 также содержат один или более элементов положения XY (соответствующие базисным точкам XY), используемые для размещения картриджа 900 проточной кюветы в направлении XY в камере 108 проточной кюветы. Элементы положение XY включают передний референтный пост 923, расположенный на загрузочном конце 908 и один или более боковых референтных постов 925, расположенных вдоль одной или более боковых кромок 912. На боковой кромке 912, на стороне, противоположной боковым референтным постам 925, располагается желобок 927.
[00190] Во время осуществления операции загрузки загрузочный конец 908 вставляется в камеру 108 проточной кюветы до тех пор, пока референтный пост 923 жестко не упрется в ограничительный элемент в камере 108 проточной кюветы, что определит лимит перемещения в направлении 9А загрузки (также обозначаемое, как направление X). При установки картриджа 900 проточной кюветы рычаг смещения проходит вдоль боковой кромки 912, содержащей желобок 927, до тех пор, пока запорный элемент не разместиться в желобке 927. Запорный элемент выполнен имеющим такую форму, которая согласуется с формой желобка 927. Рычаг смещения прикладывает боковую силу в направлении стрелки 9С (также соответствующей боковой силе позиционирования) для смещения картриджа 900 проточной кюветы в боковом направлении (соответствующем оси Y) до тех пор, пока боковые референтные посты 925 не войдут в контакт с сопрягаемыми элементами в камере 108 проточной кюветы. После того, как боковые референтные посты 925 войдут в контакт с сопрягаемыми элементами, камера 108 проточной кюветы определит предел перемещения в боковом направлении 9С. Рычаг смещения удерживает картридж 900 проточной кюветы в необходимом положении по оси Y (соответствующем базисной точке Y). Запорный элемент на рычаге смещения помещается в желобке 927 в заданном положении для удерживания картриджа 900 проточной кюветы в необходимом положении по оси X (соответствующем базисной точке X).
[00191] После того, как картридж 900 проточной кюветы оказывается вставленным до базисных точек XYZ, коннектор связи вставляется (в направлении Z) в отверстия 946 контактных площадок до тех пор, пока сопрягаемая матрица контактов на коннекторе связи не войдет в контакт с контактными площадками 950. Коннектор связи обеспечивает электричеством, собирает данные и управляет работой аналитического контура в картридже 900 проточной кюветы. Кроме того, нагревательный элемент вставляется (в направлении Z) в отверстие 944 до вхождения в контакт с теплоотводом 955.
Дополнительные примеры
[00192] Пример 1: Картриджный узел, содержащий: кожух, содержащий камеру проточной кюветы, выполненную с возможностью приема проточной кюветы; луночный планшет, содержащий лунки для жидкости, выполненные с возможностью приема необходимых количеств жидкостей, при этом луночный планшет содержит клапанную станцию, насосную станцию и станцию анализа текучих сред, луночный планшет содержит каналы, связанные с указанными лунками, клапанной станцией, насосной станцией и станцией анализа текучих сред; насосный узел, предусмотренный на луночном планшете в насосной станции, причем насосный узел предназначен для управления движением потока текучей среды через указанные каналы между насосной станцией и станцией анализа текучих сред; узел поворотного клапана, расположенный на луночном планшете в клапанной станции, причем узел поворотного клапана содержит поворотный вал и поворотный клапан, расположенный с возможностью поворота вокруг оси вращения и избирательного соединения лунок с насосной станцией, при этом поворотный вал имеет дистальный конец, экспонируемый через кожух, поворотный вал имеет двойную шлицевую конфигурацию на своем дистальном конце, двойная шлицевая конфигурация содержит первый и второй наборы шлицев, при этом первый набор шлицев образует приводной интерфейс, а второй набор шлицев образует интерфейс кодировки положения.
[00193] Пример 2: Картриджный узел согласно Примеру 1, в котором дистальный конец поворотного вала проходит в валовую скважину, предусмотренную в кожухе, экспонируя тем самым двойную шлицевую конфигурацию узлу клапанного привода инструмента анализа текучих сред.
[00194] Пример 3: Картриджный узел согласно Примеру 1, в которой первый набор шлицев представляет собой внешние шлицы, проходящие вокруг внешней поверхности дистального конца, причем боковые стороны соседних шлицев отделены на расстояние первого заданного интервала между шлицами, при этом указанный интервал между шлицами соответствует рисунку шлицев на приводном валу узла клапанного привода.
[00195] Пример 4: Картриджный узел согласно Примеру 1, в котором второй набор шлицев представляет внутренние шлицы, образованные вокруг внутренней поверхности полости, предусмотренной на дистальном конце поворотного вала, причем внутренние шлицы имеют боковые стороны, расположенные под углом так, что соседние боковые стороны образуют заданный непараллельный угол относительно друг друга, причем соседние боковые стороны объединяются внизу для образования карманов для размещения сопрягаемых шлицев на приводном валу узла клапанного привода, причем интерфейс кодировки положения используется узлом клапанного привода для отслеживания положения поворотного вала.
[00196] Пример 5: Картриджный узел согласно Примеру 1, в котором поворотный клапан установлен на проксимальном конце поворотного вала с помощью соединительного фланца, причем соединительный фланец разрешает заданное количество наклонного перемещения между поворотным клапаном и поворотным валом.
[00197] Пример 6: Картриджный узел согласно Примеру 4, в котором поворотный клапан содержит основание ротора, имеющее одно или более ребер, расположенных вокруг проксимального конца поворотного вала, при этом соединительный фланец удерживается между указанными ребрами и проксимальным концом поворотного вала.
[00198] Пример 7: Картриджный узел согласно Примеру 1, в котором поворотный клапан имеет поверхность соединения с луночным планшетом, имеющую центральный порт и радиальный порт, причем поворотный клапан содержит канал, ориентированный таким образом, что он проходит в радиальном направлении наружу от центрального порта в радиальный порт.
[00199] Пример 8: Картриджный узел согласно Примеру 6, в котором центральный порт выровнен для соответствия оси вращения поворотного вала, и для выравнивания относительно центрального порта подачи в луночном планшете, при этом поворотный клапан выполнен с возможностью вращения вокруг оси вращения для выравнивания радиального порта относительно соответствующего порта лунки.
[00200] Пример 9: Картриджный узел согласно Примеру 1, в котором поворотный клапан имеет поверхность соединения с луночным планшетом, выполненную с интерфейсном кольцом на ней, причем интерфейсное кольцо проходит по периметру поверхности соединения с луночным планшетом.
[00201] Пример 10: Картриджный узел согласно Примеру 1, дополнительно содержащий: крышку клапана, имеющую внутреннюю полость для вращательного приема поворотного клапана, причем крышка клапана содержит один или более запорных элементов для крепления крышки клапана к лункам и вниз к луночному планшету; и элемент смещения, расположенный во внутренней полости, предназначенный для приложения смещающей силы к поворотному клапану для сохранения герметичного интерфейса между портами в поворотном клапане и портами в луночном планшете.
[00202] Пример 11: Картриджный узел согласно Примеру 1, в котором насосный узел содержит поршень, имеющий приводной конец и поверхность смещения, расположенные на противоположных концах поршня, причем приводной конец и поверхность смещения экспонируются на верхней и нижней поверхностях кожуха так, что соответствующие однонаправленные приводная сила и смещающая сила прикладываются к ним в связи с перемещением поршня возвратно-поступательным образом.
[00203] Пример 12: Картриджный узел согласно Примеру 11, в котором поршень имеет приводную штангу и поршневую штангу, соединенные друг с другом посредством мостового сегмента U-образной формы, и изготовленные вместе в виде монолитной конструкции, причем предусматривается, что приводная и поршневая штанги выполнены с возможностью размещения в опорных колоннах на луночном планшете.
[00204] Пример 13: Картриджный узел согласно Примеру 11, в котором поршень содержит поршневую штангу и поршневой элемент, изготовленные совместным литьем из различных материалов.
[00205] Пример 14: Картриджный узел согласно Примеру 13, в котором поршневой элемент образован на ведущем конце поршневой штанги, при этом поршневый элемент предназначен для перемещения внутри соответствующей опорной колонны с целью создания условий высокого и низкого давления в насосной станции.
[00206] Пример 15: Картриджный узел согласно Примеру 1, в котором насосная станция содержит канальный сегмент, функционально разделенный на сегмент подготовки, сегмент сброса и сегмент насосной работы, все из которых выполнены непрерывно следующими друг за другом с целью поддержания движения потока текучей среды в любом направлении.
[00207] Пример 16: Картриджный узел согласно Примеру 1, в котором насосная станция содержит рабочую зону, расположенную между парой запорных клапанов, расположенных выше по течению и ниже по течению от рабочей зоны, причем насосный узел содержит поршень, выровненный относительно рабочей зоны, указанный поршень предназначен для совершения возвратно-поступательных движений к и от рабочей зоны для создания условий высокого и низкого давления, причем насосный узел содержит нажимные штифты, выровненные с запорными клапанами, причем нажимные штифты выполнены с возможностью поочередного перемещения с целью открытия и закрытия запорных клапанов.
[00208] Пример 17: Картриджный узел согласно Примеру 1, дополнительно содержащий прокалывающее устройство, расположенное в кожухе, и расположенное вблизи лунок, указанное прокалывающее устройство содержит прокалывающий элемент, причем прокалывающее устройство выполнено с возможностью перемещения в прокалывающее положение, в котором прокалывающий элемент прокалывает покрытие соответствующей лунки.
[00209] Пример 18: Картриджный узел согласно Примеру 17, в котором кожух содержит крышку с отверстием доступа к прокалывателю, которое обеспечивает инструменту доступ к верхнему концу прокалывающего устройства.
[00210] Пример 19: Картриджный узел согласно Примеру 17, в котором прокалывающее устройство содержит корпус, имеющий коническо-трубовидную форму, с нижней платформой, промежуточным сегментом и верхним фланцем, причем по меньшей мере один из элементов: нижняя платформа или верхний фланец, имеет прокалывающие элементы, распределенные заданным образом, причем прокалывающие элементы расположены так, чтобы быть выровненными с лунками на луночном планшете.
[00211] Пример 20: Картриджный узел согласно Примеру 1, дополнительно содержащий прокалывающее устройство, имеющее платформу, выполненную с возможностью размещения над поворотным валом, при этом указанная платформа содержит элементы позиционирования, которые входят в контакт с сопрягаемыми элементами на узле поворотного клапана для установки прокалывающего устройства в заданную поворотную ориентацию относительно поворотного вала с целью выравнивания прокалывающих элементов с соответствующими лунками.
[00212] Пример 21: Картриджный узел согласно Примеру 1, в котором луночный планшет содержит переходные порты лунок, расположенные согласно заданному рисунку, соответствующему узлу поворотного клапана, причем луночный планшет содержит порты сброса лунок, выровненные с соответствующими лунками, при этом луночный планшет содержит каналы сброса лунок, проходящие между соответствующими портами сброса лунок и переходными портами лунок.
[00213] Пример 22: Картриджный узел согласно Примеру 1, в котором луночный планшет содержит основание, имеющее верхнюю и нижнюю поверхности, по меньшей мере одна из которых содержит каналы, причем указанные каналы включают открытые каналы, при этом основание соединено с защитным слоем с целью закрытия указанных открытых каналов.
[00214] Пример 23: Картриджный узел согласно Примеру 1, в котором луночный планшет содержит окно оптического интерфейса, предусмотренное внутри станции оптического анализа, верхнюю сторону луночного планшета, содержащую элемент ограничения вставки, предназначенный для вхождения в контакт с элементом освещения на инструменте.
[00215] Пример 24: Картриджный узел согласно Примеру 23, в котором элемент ограничения вставки представляет собой одно или более ребер, расположенных вокруг окна оптического интерфейса, причем ребра определяют величину Z-отклонения между элементом освещения и окном оптического интерфейса.
[00216] Пример 25: Система текучей среды, содержащая: картриджный узел, имеющий кожух, содержащий камеру освещения и луночный планшет, причем луночный планшет удерживается внутри кожуха и имеет лунки для жидкости, выполненные с возможностью приема необходимых количеств жидкостей, луночный планшет содержит станцию анализа текучих сред, выровненную относительно камеры освещения, при этом луночный планшет содержит интерфейсное окно и интерфейсные порты, расположенные в станции анализа текучих сред; и картридж проточной кюветы, имеющий раму, содержащую аналитический контур, причем указанная рама содержит окно проточной кюветы, выровненное относительно аналитического контура, при этом рама содержит порты проточной кюветы, соединенные по текучей среде с активной зоной в аналитическом контуре, указанный кожух содержит камеру проточной кюветы, выполненную с возможностью приема картриджа проточной кюветы, при этом камера проточной кюветы выполнена с возможностью расположения картриджа проточной кюветы в станции анализа текучих сред с окном проточной кюветы и портами выровненными относительно соответствующего интерфейсного окна и портов, соответственно.
[00217] Пример 26: Система текучей среды согласно Примеру 25, в которой камера проточной кюветы содержит боковые ограничители и конечный стопер, причем по меньшей мере один из них содержит конечный предел для позиционирования картриджа проточной кюветы, при его нахождении в положении полной загрузки, в заданной базисной точке так, что окно проточной кюветы и порты выровнены относительно соответствующего интерфейсного окна и портов, соответственно.
[00218] Пример 27: Система текучей среды согласно Примеру 26, в которой камера проточной кюветы содержит рычаг смещения, ориентированный так, что он проходит вдоль по меньшей мере одного из боковых ограничителей, рычаг смещения проходит вглубь в направлении камеры проточной кюветы, при этом рычаг смещения выполнен с возможностью приложения боковой смещающей силы к картриджу проточной кюветы для удержания картриджа проточной кюветы в заданной базисной точке.
[00219] Пример 28: Система текучей среды согласно Примеру 27, в которой рычаг смещения содержит запорный элемент, расположенный с возможностью размещения в желобке, предусмотренном на боковой стороне картриджа проточной кюветы, причем запорный элемент выполнен с возможностью удерживать картридж проточной кюветы в базисной точке X.
[00220] Пример 29: Система текучей среды согласно Примеру 25, в которой картридж проточной кюветы содержит верхнюю и нижнюю рамы, причем верхняя рама содержит окно проточной кюветы и порты, при этом верхняя рама содержит ребро, проходящее вверх от верхней рамы на заданную высоту с целью задания базисной точки Z.
[00221] Пример 30: Система текучей среды согласно Примеру 25, в которой картридж проточной кюветы содержит прокладки, выполненные монолитным образом из эластомерного материала.
[00222] Пример 31: Система текучей среды согласно Примеру 25, в которой луночный планшет содержит клапанную станцию, насосную станцию и интерфейсные каналы, причем интерфейсные каналы образуют первую траекторию текучей среды между клапанной станцией и одним из интерфейсных портов, и вторую траекторию текучей среды между насосной станцией и одним из интерфейсных портов.
[00223] Пример 32: Система текучей среды согласно Примеру 25, в которой камера освещения ориентирована так, что она проходит вдоль оси освещения, проходящей через интерфейсное окно, окно проточной кюветы и активную зону внутри аналитического контура.
Заключительные замечания
[00224] Настоящая заявка предусматривает, что все комбинации описанных выше концепций (при условии, что эти концепции не являются взаимно противоречащими) должны восприниматься, как часть описываемого здесь объекта изобретения. В частности, все комбинации приведенных выше Примеров, а также формула изобретения, приведенная в конце описания, должны восприниматься, как часть объекта изобретения, описываемого в настоящем документе.
[00225] Все публикации, патенты и патентные заявки, процитированные в настоящем описании, включаются в настоящее описание в своем полном объеме посредством ссылки.
[00226] Следует понимать, что различные аспекты настоящего изобретения могут быть реализованы в виде способа, системы машиночитаемого носителя и/или компьютерного программного продукта. Некоторые аспекты настоящего изобретения могут быть реализованы в виде вариантов устройств, вариантов программного обеспечения (включая прошивку, резидентное ПО, микрокоды и т.д.) или вариантов комбинаций программного обеспечения и устройств, которые в общем могут обозначаться здесь как "контур", "модуль" или "система". Более того, способы, описанные здесь, могут принять форму компьютерного программного продукта, реализованного на носителе.
[00227] С точки зрения аспектов настоящего изобретения, касающихся программного обеспечения, можно использовать любой информационный носитель, используемый компьютером. Носитель, используемые компьютером, или носитель, читаемый компьютером, например, но не ограничиваясь приведенными примерами: электронная, магнитная, оптическая, электромагнитная, инфракрасная, или полупроводниковая система, аппарат, устройство, или среда распространения. Машиночитаемый носитель может предусматривать временные варианты. Более конкретные примеры (но данный список не является ограничивающим) машиночитаемого носителя могут включать некоторые или все из следующих примеров: электрическое соединение, имеющее один или более проводов, портативная компьютерная дискета, жесткий диск, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), стираемое ППЗУ, оптоволокно, портативная постоянная память на компакт-диске, оптическое запоминающее устройство, среда передачи, такая как среда, поддерживающая интернет или интранет, или магнитное запоминающее устройство. Следует заметить, что носители, используемые компьютерами или читаемые компьютерами, могут быть даже бумагой или другими подходящими носителями, на которых может быть распечатана программа, и с которых программа может быть считана электронно, например, посредством оптического сканирования бумаги или другого носителя, затем информация может быть собрана, проанализирована или обработана другим подходящим способом при такой необходимости, и затем передана на хранение в компьютерную память. В контексте настоящего изобретения носитель, используемый компьютером или читаемый компьютером, может содержать, хранить, передавать, распространять, или переносить программу для использования системой выполнения инструкций, аппаратом или устройством, или совместно с ними.
[00228] Программный код для осуществления операций, касающихся способов и аппаратов, описываемых в настоящей заявке, может быть написан объектно-ориентированным языком программирования, таким как Java, Smalltalk, С++ или подобными языками. При этом программный код для осуществления операций, касающихся способов и аппаратов, описываемых в настоящей заявке, также может быть написан традиционным процедурным языком программирования, например, языком программирования "С" или похожими языками программирования. Программный код может выполняться процессором, специализированной интегральной микросхемой (ASIC), или другими компонентами, выполняющими программный код. Программный код может обозначаться как компьютерная программа, хранящаяся в памяти (например, на машиночитаемом носителе, как описано выше). Программный код может побудить процессор (или любое устройство с процессорным управлением) воспроизвести графический интерфейс пользователя ("ГИП"). Графический интерфейс пользователя может быть визуально воспроизведен на экране устройства, но при этом графический интерфейс пользователя может также иметь звуковые элементы. Программный код может функционировать в устройстве с процессорным управлением, таким как компьютер, сервер, персональный цифровой органайзер, телефон, телевизор, или устройстве, использующем процессор и/или процессор цифровой обработки сигнала.
[00229] Программный код может выполняться локально или удаленно. Программный код может, например, полностью или частично храниться в местной памяти устройства с процессорным управлением. Программный код может, по меньшей мере частично, удаленно храниться, загружаться, к нему может предоставляться доступ устройства с процессорным управлением. Пользовательский компьютер, например, может выполнять программный код полностью или только частично. Программный код может быть отдельным программным пакетом, выполняемый по меньшей мере частично на пользовательском компьютере, и/или частично на удаленном компьютере, или полностью на удаленном компьютере или сервере. В последнем случае удаленный компьютер может соединяться с пользовательским компьютером посредством некоторой сети связи.
[00230] Способы и аппараты, описанные здесь, могут использоваться вне зависимости от сетевой среды. Сеть связи может быть кабельной сетью, работающей в домене радиальной частоты и/или IP-домене. Сеть связи, однако, может также включать распределенную компьютерную сеть, такую как интернет (часто называемую "всемирная компьютерная сеть"), интранет, локальную компьютерную сеть, и/или региональную сеть. Сеть связи может содержать коаксиальные кабели, медные кабели, линии оптоволокна, и/или гибридные коаксиальные линии. Сети связи могут даже содержать беспроводные участки, использующие любую часть электромагнитного спектра и сигнального стандарта (например, группу стандартов IEEE 802, GSM/CDMA/TDMA или любой стандарт сотовой связи, и/или промышленный, научный и медицинский диапазон). Сеть связи может также содержать участки линии электропередачи, где сигналы передаются через электрическую проводку. Способы и аппараты, описанные здесь, могут применяться к любой проводной/беспроводной сети связи, вне зависимости от ее физического наполнения компонентами, физической конфигурации или стандарта (стандартов) связи.
[00231] Некоторые аспекты настоящего изобретения описаны в отношении различных способов и их этапов. Должно быть понятно, что каждый этап способа может осуществляться программным кодом и/или машинными инструкциями. Программный код и/или машинные инструкции могут предоставить средства для выполнения функций/действий, описанных в способах.
[00232] Программный код может также храниться в машиночитаемой памяти, которая может вынудить процессор, компьютер, или другое программируемое устройство для обработки данных работать определенным образом, так что программный код, хранящийся в машиночитаемой памяти, воспроизведет или изменит некоторое изделие, включая устройства с инструкциями, которые выполняют различные этапы способов.
[00233] Программный код может также быть загружен в компьютер или другое программируемое устройство обработки информации для того, чтобы вызвать выполнение серии операционных этапов для выполнения процесса, осуществляемого процессором/компьютером, при этом программный код предоставляет информацию об этапах для осуществления различных функций/действий, описанных в способах настоящего изобретения.