JP2014530022A - 核酸鎖の制御されたフラグメント化のための超音波放射を使用した装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
実施例の方法及びシステムは、核酸の鎖を含む遺伝子サンプルの制御されたフラグメント化に関する。遺伝子サンプルを結果として生じる核酸の鎖の望ましい平均フラグメントサイズまで小さくする制御されたフラグメント化処理において、遺伝子サンプルに対して音響エネルギーを集中させるために、フレネル型環状セクタアクチュエータ(FASA)として構成された変換器への波形入力が使用される。【選択図】図1
Description
[関連する出願]
本願は、2011年10月13日に申請された米国特許仮出願番号第61/546,757号によって主張される優先権を享受する利益を主張し、この出願は、本明細書でその全体を参照することによって組み込まれる。
本明細書に記載する事項は、一般的には、超音波装置に関し、より具体的には、遺伝物質を処理する超音波装置に関する。
本願は、2011年10月13日に申請された米国特許仮出願番号第61/546,757号によって主張される優先権を享受する利益を主張し、この出願は、本明細書でその全体を参照することによって組み込まれる。
本明細書に記載する事項は、一般的には、超音波装置に関し、より具体的には、遺伝物質を処理する超音波装置に関する。
生体の発達及び機能に関する完全情報は、そのDNAの中にコードされていることが分かっているため、DNA(デオキシリボ核酸)やRNA(リボ核酸)などの核酸に関する研究を含むゲノム研究は、生命科学においてその重要性を増している。従って、ヒトその他の生命体のゲノム配列(例えば、DNA配列)を読みとることのニーズが高まっている。
配列作業を正確に行うため、一般に、従来の分析ツール(例えば、配列リーダー)では、元々長い核酸の鎖を、より小さな鎖にすることを要求する。例えば、ゲノムサンプルは、最初は10,000以上の塩基対または数十億もの塩基対を含むことがあるが、配列リーダーの動作設定では、塩基対の鎖の平均長が5,000未満(例えば、300、400、600、800または1,500の塩基対)であることを要求することがある。また、酵素消化、噴霧化、ハイドロせん断(hydroshear)、及び音波処理などの長鎖をフラグメント化する(せん断する)従来のアプローチは、サンプルサイズに関する要求、サンプルロス、汚染可能性、運用コスト、制御の限界などの制限や不利益をさらに課すことがある。従って、核酸の鎖を含む遺伝子サンプルをフラグメント化するための、改良されたシステムや関連方法に関する要請がある。
いくつかの実施形態を実施例によって示すが、これらの実施形態は添付図面の図によって制限されるものではない。
図1は、実施形態の例による変換器システムの側面を示す図である。
図2は、実施形態の例によるフレネル型環状セクタアクチュエータ(FASA)変換器の上面を示す図である。
図3Aは、図2のFASA変換器の円筒座標における音響のずれをシミュレーションして示す図である。
図3Bは、図2のFASA変換器の円筒座標における音響のずれをシミュレーションして示す図である。
図3Cは、図2のFASA変換器の円筒座標における音響のずれをシミュレーションして示す図である。
図4は、実施形態の例による複合FASA変換器の上面を示す図である。
図5Aは、図4の複合FASA変換器の円筒座標における音響のずれをシミュレーションして示す図である。
図5Bは、図4の複合FASA変換器の円筒座標における音響のずれをシミュレーションして示す図である。
図5Cは、図4の複合FASA変換器の円筒座標における音響のずれをシミュレーションして示す図である。
図6は、図1及び図4の実施形態に関連する実験における塩基対の長さの関数としてのフラグメントの分布を示す図である。
図7は、図1及び図4の実施形態に関連する実験における所与の遺伝子サンプルサイズのピークせん断長のプロットを示す図である。
図8は、図1及び図4の実施形態に関連する実験における2つの異なる遺伝子サンプルサイズに対する処理時間の関数としてのDNAの平均長のプロットを示す図である。
図9は、図1及び図4の実施形態に関連する実験における所与の遺伝子サンプルサイズと2つの電圧振幅のピークせん断長のプロットを示す図である。
図10は、実施形態の例による遺伝子サンプルの制御されたフラグメント化のための超音波放射を使用した方法を示すフローチャートである。
図11は、実施形態の例によるFASA変換器のエレメントの配列を含む変換器システムを示す図である。
図12は、実施形態の例による遺伝子サンプルの制御されたフラグメント化のための超音波放射を使用した方法を示すフローチャートである。
図13は、実施形態の例によるコンピュータ実装変換器システムを示す図である。
図14は、コンピュータに本明細書において説明する任意の1つの方法を行わせる1組のインストラクションを実行することができるコンピュータ処理システムを示すブロック図である。
実施例の方法及びシステムは、核酸の鎖を含む遺伝子サンプルの制御されたフラグメント化に関する。開示している実施例は、考えられるバリエーションの典型例を表したものにすぎない。特に明確なことわりがない限り、構成要素と機能は任意であって、組み合わせや細分化が可能で、動作の順番を変え、または組み合わせ若しくは細分化することもできる。以下の記載において、説明の目的上、実施形態の例を完全に理解できるようにするために、複数の具体的な詳細を記載している。しかしながら、当業者にとっては、こうした具体的詳細がなくても本発明の事項を実践できることは明らかだろう。
図1は、実施形態の例による変換器102とサンプル容器110とを含むシステム100の側面を示す図である。変換器102は、上部電極106と下部電極108との間に挟まれた基板材料104を備え、この基板材料104は、通常、圧電板(例えば、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)製)であり、電極106、108は導電性材料(例えば金属)である。以下で説明するように、電極106、108は、電極106、108に電気的に接続される無線周波数(RF)電源109により駆動されると、目標方向(例えば、図1において上方)に音響エネルギーを向けるフレネル型環状セクタアクチュエータ(FASA)として構成される。
サンプル容器110は、核酸の鎖を含む遺伝子サンプル112を収容する。遺伝子サンプルは、例えば、DNA、RNA、または溶解細胞(例えば、ウィルス機構、酵素機構または浸透圧機構あるいは関連の機構によって溶解した細胞)を含むことができる。側壁114は、基板材料104に対して、基板材料104とサンプル容器110の間の音響結合を行う結合媒体116(例えば水などの流体)を取り囲むように配置される。変換器システム100の詳細について追加すると、変換器102に対してサンプル容器110の位置を維持する機械サポート(例えばサポートアーム)を含めることもできる。動作設定に応じて、結合媒体116から上部電極106を隔てるために、電気的に絶縁の層を追加することができる。
図2は、図1の変換器102として使用することができるFASA変換器200の上面を示す図である。FASA変換器200の上部電極は、下部電極上の構成と似た構成で基板202上に配置された2つの環状部分204、206を含む。同様に、図1は、上部電極106と下部電極108に対する2つの電極エレメントを示す。環状部分204、206は、0度から360度の間の他の角度でも可能だが、角度90度の広がりを有する。同様に、その他の構成として環状電極エレメントの数を増やしても、FASAの構成として可能である。例えば、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる米国特許番号第6,682,214号(“Acoustic Wave Micromixer Using Fresnel Annular Sector Actuators”)を参照されたい。
図2において、基板202は、8mm×8mmの公称寸法を有し、環状部分204、206のそれぞれの幅は、約1mmである。図1のエレメントは、縮尺どおりに描かれてはいない。1つの実施例の構成において、基板材料104は、図2に示すように8mm×8mmで厚さが0.5mmであり、電極106と108は、それぞれ幅が1mmであり、その厚さは実装の詳細に応じて0.1ミクロンから50ミクロンまで変えることができる。サンプル容器110は、直径約6mm、高さ約4cmの円柱管とすることができ、変換器102とサンプル容器110との距離間隔は約7mmとすることができる。遺伝子サンプル112(例えば、DNA溶液)は、約50μLであり、サンプル容器110の底部において長さが約3mmにわたるようにすることができる。これらの寸法が代表的であるが、動作設定に応じてその他の寸法も使用できる。
通常、図1のRF電源109は、基板材料(例えばPZT板)の共鳴の厚みモードに対応する特定周波数のバースト音(tone burst)の形態の電気信号によって駆動される。即ち、音波(例えば、基本周波数の10%、20%または30%以内か、より高調波)の生成を高めるため、基板の共鳴機械的周波数か、その近くの周波数における周波数が選択される。駆動波形の形状は、正弦波、正方形、またはこれらに似た任意の形状とすることができる。望ましくない変換器や遺伝子サンプルの加熱を行うことなく比較的速やかに所望のフラグメント化を達成するために、充分に高い繰り返し速度が選択される。通常の繰り返し速度は数10Hzから数1,000Hzにわたる。例えば、通常の構成において、共振周波数は、4MHz(例えば厚さ0.5mmのPZT板に対応)であり、駆動波形が50サイクル(〜12.5μs)適用され、104サイクル(〜2.5ms)は信号の適用がなく、対応するデューティサイクル(duty cycle)がD=50/10,050=〜0.5%である。バースト音の期間と振幅が系統的に調整されると、遺伝子サンプル112に及ぼされる機械力から、核酸の鎖を制御しながら、より小さな鎖にフラグメント化する、せん断力が生じる。
例えば、図3A、3B、3Cは、図1のサンプル容器110の遺伝子サンプル112の位置に対応する公称高さにおける図2のFASA変換器200の円筒座標における音響のずれをシミュレーションした図である。図3Aは、垂直成分を示し、図3B、3Cは、それぞれ、横方向(例えば、基板材料104の表面に対して平行)における動径成分と角度成分を示す。
追加的な実施形態は、代替的なFASAの構成に関する。適切な角度のFASA変換器は、例えば、その間に小さな間隙(例えば、数ミクロンから数ミリメートル)を有し、複合的な変換器を形成することができる。
追加的な実施形態は、代替的なFASAの構成に関する。例えば、それぞれが適切な角度とその間に比較的小さな間隙(例えば、数ミクロンから数ミリメートル)を有するFASA変換器の組み合わせは、結合媒体における横方向の音場(acoustic field)を相当量残しつつ、せん断処理を速めるために機械エネルギーをより高レベルに生み出す複合的な変換器を形成することができる。図4は、変換器T1、T2、T3、T4として表された4つの90度のエレメントを有する複合電極を備えた複合FASA変換器400の上面を示す。エレメント間のシフトを表す小さな間隙により、複合変換器は個々の変換器の機械的効果を効果的に結合することができる。
図3A、3B、3Cと同様に、図5A、5B、5Cは、図1のサンプル容器110の遺伝子サンプル112の位置に対応する公称高さでの図4の複合FASA変換器400の円筒座標における音響のずれをシミュレーションした図である。図5Aは、垂直成分を示し、図5B、5Cは、それぞれ、横方向(例えば、基板材料104の表面に対して平行)における動径成分と角度成分を示す。90度のエレメントによる発展的な効果は、図中の等級目盛りの数値指標(例えば、図3Aでは0.02mm〜0.1mmであるのに対して、図5Aでは1mm〜3mm)を比較しても明らかである。
図4の複合FASA変換器400などの複合的な変換器を使用することによって、各エレメント(例えば、図4における4つのFASAエレメントT1〜T4のそれぞれ1つ)に適用されるRF信号の相対位相及び/または振幅を制御して、サンプル容器内のせん断速度及び/または最大音響強さの動作を制御することができる(即ち「位相配列変換器」同様に)。つまり、せん断処理を制御するために、FASA構成体の構成成分への波形入力の位相の組み合わせを使用することができる。
図6は、フラグメント(例えば、相対蛍光単位(FU)で測定される)の分布を示す、図2のFASA変換器200の実験用の、結果としてのフラグメントのサイズが平均で369塩基対(BP)となる一定の時間間隔に対する塩基対の関数としての関連図である。図6の値は、せん断サンプルのゲル電気泳動画像から得られたグラフに対応し、処理されたDNAサンプルのフラグメント長の分布を示す。その結果は、特定長さのDNAの濃度に概ね比例するサンプルの蛍光を測定する光学機器から得られたものである。図6に示すように、せん断DNAのサイズ分布は、せん断DNAの殆どが平均長(369BP)に比較的近づくように、比較的密である(分散が小さい)。上記説明したように、せん断処理は、波動の振幅や期間などのパルスパラメータと、処理に要する全時間とによって制御することができる。その結果、せん断DNAの平均長は、パルスパラメータ同様に制御することができる。
その他のパラメータが設定されているときは特に、様々な動作設定において、処理に要する全期間と電圧振幅とを容易に制御し、再生することができる。図7は、所与の遺伝子サンプルサイズ(例えば50μL)に対するピークせん断長(図6に示すように塩基対の最大数)のプロットを示す図である。図8は、2つの異なる遺伝子サンプルサイズ、即ち50μLのサンプルサイズと100μLのサンプルサイズの処理時間の関数としてのDNAの平均長のプロットを示す図である。図8に示すように、より大きな遺伝子サンプルサイズで動作を行う場合、通常、平均フラグメントサイズの目標値に到達するために、より長い時間がかかっている。図9は、所与の遺伝子サンプルサイズ(例えば50μL)と2つの電圧振幅、即ち110Vの電圧振幅と175Vの電圧振幅のピークせん断長のプロットを示す図である。図9に示すように、より低い電圧振幅で動作を行うと、通常、平均フラグメントサイズの目標値に到達する時間がより長くなる。
図1のシステム100を参照すると、図10は、実施形態の例による核酸の鎖を含む、遺伝子サンプル112の制御されたフラグメント化のための超音波放射を使用した方法1000を示したフローチャートである。第1動作1002は、目標方向に音響エネルギーを向けるフレネル型環状セクタアクチュエータ(FASA)として構成した、上部電極106、下部電極108を有する基板材料104を備える変換器102を提供することを含む。第2動作1004は、遺伝子サンプル112を収容するためのサンプル容器110であって、変換器102の目標方向に配置され、かつ、結合媒体116を介して変換器102と音響的に結合しているサンプル容器110を提供することを含む。第3動作1006は、一定の時間間隔に対応した平均フラグメントサイズを有する核酸フラグメントまでサイズが小さくなった遺伝子サンプル112に音響エネルギーを向けるために、一定の時間間隔にわたって変換器102に対して入力波形を適用することを含む。
また、追加的な実施形態は、変換器プレートの近くに配置されたフレネルレンズと結合した代替的な電極エレメントが環状の電極セグメント(例えば図2に示すもの)に代替する、代替的なFASAの構成に関する。例えば、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる、米国特許出願番号12/418,503号(“Methods and Systems to Form High Efficiency and Uniform Fresnel Lens Arrays for Ultrasonic Liquid Manipulation”)を参照されたい。
いくつかの動作設定においては、複数の遺伝子サンプルを同時に処理するのが望ましいことがある。図11は、FASA変換器エレメント1102のアレイを含む変換器システム1100を示す図である。ゲノムサンプル1106を収容するサンプル容器1104は、チューブホルダ1108によってサポートされている。図11において単独のサンプル容器1104を示しているが、複数のサンプル容器を同時に処理することもできる。
コンピュータシステムは、図1の変換器102に対して、バースト音信号のパラメータならびにサンプル容器110の位置を含むシステムを特徴付けるその他の構成体のパラメータとの関係を特徴付けるデータベースにアクセスするために使用することができる。上記説明したように、バースト音信号のパラメータは、パルス振幅、パルス期間、繰り返し速度、デューティサイクル、RF周波数、及びFASA構成体(例えば図4における構成体)の構成要素への波形入力の位相組み合わせを含むことができる。いくつかの実施形態の例において、遺伝子サンプル112の処理の一定の時間間隔は、バースト音信号の1つまたは複数のパラメータ及び平均フラグメントサイズについての目標フラグメントサイズを機能的に関連付けることもできる。
図1の変換器システム100に関して、図12は、核酸の鎖を含む遺伝子サンプル112の制御されたフラグメント化のための超音波放射を使用した方法1200を示すフローチャートである。第1動作1202は、目標方向に音響エネルギーを向けるフレネル型環状セクタアクチュエータ(FASA)として構成した、上部電極106、下部電極108を有する基板材料104を備える変換器102の構成値にアクセスすることを含む。第2動作1204は、遺伝子サンプル112を収容するサンプル容器110であって、変換器102の目標方向に配置され、かつ、結合媒体116を介して変換器102と音響的に結合しているサンプル容器110の構成値にアクセスすることを含む。第3動作1206は、変換器102の構成値及びサンプル容器110の構成値によって与えられる条件下で、サンプル容器110を用いた変換器102の動作のためのデータベースにアクセスすることを含むが、このデータベースは、一定の時間間隔における変換器102への入力波形の適用と遺伝子サンプル112の制御されたフラグメント化における核酸のフラグメントのための平均フラグメントサイズとを関連付ける。第4動作1208は、変換器102に対して入力波形を適用するよう構成したRF発生器(例えば、RF電源109)へRF(無線)入力を行うことを含む。
図13は、超音波装置1302、無線発生器1304、及びコンピュータシステム1306を含む、関連するコンピュータ実装変換器システム1300を示す図である。
図14は、機械に対して本明細書に説明した1つ又は複数の方法を行わせるインストラクションが実行されるコンピュータシステム1400の形態を例にしたマシンを示す。代替的な実施形態において、マシンは、スタンドアロン装置として動作し、またはその他のマシンに接続(例えばネットワーク接続)することもできる。ネットワークの配置において、マシンは、サーバ‐クライアントネットワーク環境ではサーバまたはクライアントマシンとして動作し、ピア・ツー・ピア(または分散型)ネットワーク環境ではピアマシンとして動作することができる。マシンは、パーソナルコンピュータ(PC)、タブレットPC、セットトップボックス(STB)、携帯端末(PDA)、携帯電話、ウェブ装置、ネットワークルータ、スイッチまたはブリッジ、マイクロコントローラまたはそのマシンで行うことができる動作を特定するインストラクション(順次またはその他)を実行できるその他の任意のマシンとすることができる。さらに、単一のマシンが示されているが、「マシン」という用語は、本明細書で説明する任意の1つまたは複数の方法を行うための一組のインストラクション(または複数の組)を個別または一緒に実行するマシンの任意の集合体を含むことも意図している。
例示的コンピュータシステム1400は、バス1408を介して互いに通信するプロセッサ1402(例えば、中央演算処理装置(CPU)、グラフィックスプロセッシングユニット(GPU)または両方)、メインメモリ1404、及びスタティックメモリ1406を含む。コンピュータシステム1400は、さらにビデオ表示部1410(例えば液晶ディスプレイ(LCD)または陰極線管(CRT))を含むことができる。コンピュータシステム1400は、1つまたは複数の英数字入力装置1412(例えばキーボード)、ユーザインターフェース(UI)カーソル制御装置1414(例えばマウス)、ディスクドライブ部1416、信号生成装置1418(例えばスピーカ)、及びネットワークインターフェース装置1420を含む。
いくつかの意味合いにおいて、コンピュータ可読媒体は、マシン可読媒体と記載することができる。ディスクドライブ部1416は、本明細書に記載された任意の1つまたは複数の方法または機能を具体化する、またはこれらの方法や機能を利用する1つまたは複数の組のデータ構造とインストラクション1424(例えば、ソフトウェア)とが保存されたマシン可読媒体1422を含む。インストラクション1424は、コンピュータシステム1400によるその実行中に、完全に、または少なくとも部分的に、スタティックメモリ1406内、メインメモリ1404内またはプロセッサ1402内に存在することができ、メインメモリ1404とプロセッサ1402もマシン可読媒体を構成する。
マシン可読媒体1422は、実施形態の例では単独の媒体であるが、「マシン可読媒体」や「コンピュータ可読媒体」という言葉は、それぞれ1つまたは複数の組のデータ構造とインストラクション1424とを保存する複数の媒体(例えば、集中若しくは分散データベース、及び/または関連するキャッシュやサーバ)を指す。これらの用語は、マシンによって実行するためのインストラクションを保存し、符号化し、または伝達することができる任意の有形かつ非一時的な媒体であって、マシンに対して本明細書に記載した方法の1つまたは複数を実行させ、このようなインストラクションによって利用される、またはこのようなインストラクションと関連付けられるデータ構造を保存し、符号化し、または伝達することができる媒体を含むと解釈される。従って、この用語は、固体記憶装置及び光媒体、磁気媒体を含むと解釈されるが、これらに限定されない。マシン可読媒体またはコンピュータ可読媒体の具体例は、例えば、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EPROM)、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EEPROM)及びフラッシュメモリ装置などの半導体メモリ装置、内蔵ハードディスクやリムーバブル・ディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、コンパクトディスク・リードオンリーメモリ(CD−ROM)及びデジタルバーサタイルディスク・リードオンリーメモリ(DVD−ROM)などの不揮発性メモリを含む。
マシン可読媒体1422は、実施形態の例では単独の媒体であるが、「マシン可読媒体」や「コンピュータ可読媒体」という言葉は、それぞれ1つまたは複数の組のデータ構造とインストラクション1424とを保存する複数の媒体(例えば、集中若しくは分散データベース、及び/または関連するキャッシュやサーバ)を指す。これらの用語は、マシンによって実行するためのインストラクションを保存し、符号化し、または伝達することができる任意の有形かつ非一時的な媒体であって、マシンに対して本明細書に記載した方法の1つまたは複数を実行させ、このようなインストラクションによって利用される、またはこのようなインストラクションと関連付けられるデータ構造を保存し、符号化し、または伝達することができる媒体を含むと解釈される。従って、この用語は、固体記憶装置及び光媒体、磁気媒体を含むと解釈されるが、これらに限定されない。マシン可読媒体またはコンピュータ可読媒体の具体例は、例えば、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EPROM)、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EEPROM)及びフラッシュメモリ装置などの半導体メモリ装置、内蔵ハードディスクやリムーバブル・ディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、コンパクトディスク・リードオンリーメモリ(CD−ROM)及びデジタルバーサタイルディスク・リードオンリーメモリ(DVD−ROM)などの不揮発性メモリを含む。
また、インストラクション1424は、伝送媒体を用いて通信ネットワーク1426上で送受信することができる。インストラクション1424は、ネットワークインターフェース装置1420と周知の複数の伝送プロトコル(例えば、ハイパーテキスト・トランスファー・プロトコル(HTTP))のうち任意の1つを用いて送信することができる。通信ネットワークの実施例は、ローカル・エリア・ネットワーク(LAN)、広域ネットワーク(WAN)、インターネット、携帯電話ネットワーク、アナログ音声通話のみ可能な旧来の電話サービス(POTS)ネットワーク、及び無線データネットワーク(例えばWiFiやWiMaxネットワーク)を含む。「伝送媒体」という用語は、マシンによって実行するためのインストラクションを保存し、符号化し、または伝達することができる任意の無形の媒体を含むと解釈され、デジタル若しくはアナログの通信信号またはそのようなソフトウェアの通信を容易にするようなその他の無形の媒体を含む。
本明細書において、ロジックまたは複数の構成要素、モジュール若しくはメカニズムを備えたいくつかの実施形態が記載されている。モジュールは、ソフトウェアモジュールまたはハードウェア実装モジュールのいずれかを構成要素とすることができる。ハードウェア実装モジュールは、ある動作を行うことができる有形のユニットであり、特定の態様で構成し、または配置することができる。実施形態の例において、1つ若しくは複数のコンピュータシステム(例えば、スタンドアロン型、クライアントまたはサーバコンピュータシステム)または1つ若しくは複数のプロセッサは、本明細書に記載する特定の動作を行うために動作するハードウェア実装モジュールとしてソフトウェア(例えば、アプリケーションまたはアプリケーションの一部)によって構成することができる。
様々な実施形態において、ハードウェア実装モジュール(例えばコンピュータ実装モジュール)は、機械的または電気的に実装することができる。例えば、ハードウェア実装モジュールは、ある動作を行うために固定的に(permanently)構成された(例えば、特定の目的のプロセッサとしてフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)やエーシック(ASIC)など)専用回路またはロジックを備えることができる。また、ハードウェア実装モジュールは、ある動作を行うためにソフトウェアによって一時的に(temporarily)構成されたプログラマブル・ロジックまたは回路(例えば、汎用プロセッサやその他のプログラマブル・プロセッサの中に包含されるものとして)を備えることができる。専用の、かつ固定的に構成された回路や一時的に構成された回路(例えば、ソフトウェアによって構成されたもの)において、機械的にハードウェア実装モジュールを実装する決断は、費用と時間を考慮したうえでなされ得ることが理解されるだろう。
従って、「ハードウェア実装モジュール」(例えばコンピュータ実装モジュール)という用語は、それが、固定的に構成されたもの(例えばハード・ワイヤードのもの)であれ、一時的に構成されたもの(例えばプログラミングされたもの)であれ、物理的に構成された実体である有形物であって本明細書に記載する特定の態様で動作し、及び/または特定の動作を行うものを包含すると理解されるべきである。ハードウェア実装モジュールが一時的に構成された(例えばプログラミングされたもの)実施形態を考えると、ハードウェア実装モジュールの各々は、同時期に1つのインスタンスで構成されたりインスタンスを作成したり(instantiated)する必要はない。例えば、ハードウェア実装モジュールが、ソフトウェアを使用した汎用プロセッサを備えている場合は、汎用プロセッサは異なる時間において各々の異なるハードウェア実装モジュールとして構成することができる。従って、ソフトウェアは、例えば、1つの時間のインスタンスにおいて特定のハードウェア実装モジュールを構成し、異なる時間のインスタンスにおいて異なるハードウェア実装モジュールを構成するようにプロセッサを構成することができる。
ハードウェア実装モジュールは、その他のハードウェア実装モジュールに情報を提供し、その他のハードウェア実装モジュールから情報を受信することができる。従って、本明細書に記載するハードウェア実装モジュールは、通信可能に結合していると考えることができる。このような複数のハードウェア実装モジュールが同時期に存在する場合、通信は、ハードウェア実装モジュールを接続する信号送信(例えば適切な回路やバスにおいて)によって達成することができる。複数のハードウェア実装モジュールが異なる時間に構成され、またはインスタンスを作成した実施形態において、このようなハードウェア実装モジュール間の通信を、例えば複数のハードウェア実装モジュールがアクセスするメモリ構造における情報の保存や検索を通して達成することができる。例えば、1つのハードウェア実装モジュールは、動作を行い、それが通信可能につながっているメモリ装置内のその動作の出力値を保存することができる。更に、ハードウェア実装モジュールは、その後、後の時点でメモリ装置にアクセスし、保存した出力値を検索して処理する。ハードウェア実装モジュールは、入力装置または出力装置によって通信を開始し、リソースについて動作(例えば情報収集)することもできる。
本明細書に記載する実施例の方法の様々な動作は、関連動作を行うことができる、少なくとも部分的に、一時的(例えばソフトウェア)または固定的に構成された1つまたは複数のプロセッサによって実行されることができる。一時的に構成されたものであれ、固定的に構成されたものであれ、こうしたプロセッサは、1つまたは複数の動作や機能を行うために動作するプロセッサ実装モジュールから構成され得る。本明細書において記載するモジュールは、いくつかの実施形態の例において、プロセッサ実装モジュールを含むことができる。
同様に、本明細書に記載する方法は、少なくとも部分的にプロセッサ実装とすることができる。例えば、方法の少なくともいくつかの動作は、1つ若しくは複数のプロセッサまたはプロセッサ実装モジュールによって行うことができる。特定の動作の性能は、単一の機械内のみならず複数の機械にわたって1つまたは複数のプロセッサに配分することができる。いくつかの実施形態の例において、1つまたは複数のプロセッサは、単一場所(例えば家環境やオフィス環境内またはサーバ・ファームとして)に配置することができ、別の実施形態においては、プロセッサは複数場所に分散配置することもできる。
1つまたは複数のプロセッサは、「クラウド・コンピューティング」環境における関連する動作の性能または「サース」(SaaS)としての関連する動作の性能をサポートするために動作することもできる。例えば、少なくともいくつかの動作は、一群のコンピュータ(プロセッサを含むマシンの実施例として)によって行うことができ、これらの動作は、ネットワーク(例えばインターネット)や1つまたは複数のインターフェース(例えば、アプリケーション・プログラム・インターフェース(APIs))を介してアクセスすることができる。
以上、いくつか特定の実施形態について詳細に記載したが、当業者はすぐに、この開示によって新たに教示される内容から大きく逸脱することなく、多くの変更が可能であることに気づくだろう。例えば、上記開示した実施形態の態様は、その他の組み合わせと組み合わせて追加の実施形態を形成することができる。従って、これらの変更は、この開示内容の範囲内に含まれることが意図されている。
Claims (38)
- 核酸の鎖を含む遺伝子サンプルの制御されたフラグメント化のために超音波放射を使用する方法であって、
目標方向に音響エネルギーを向けるフレネル型環状セクタアクチュエータ(FASA)として構成された、上部電極及び下部電極を有する基板を備えた変換器を提供することと、
前記サンプルを収容するサンプル容器であって、前記変換器の前記目標方向に配置され、結合媒体を介して前記変換器と音響的に結合したサンプル容器を提供することと、
一定の時間間隔で音響エネルギーを、前記一定の時間間隔に対応した平均フラグメントサイズを有する核酸のフラグメントにまで小さくされる前記遺伝子サンプルに向けるために前記変換器に対して入力波形を適用することを含むことを特徴とする方法。 - 前記基板が圧電材料を備え、前記電極が導電性材料を備えることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記遺伝子サンプルが、少なくとも1つのDNA(デオキシリボ核酸)、RNA(リボ核酸)、または溶解細胞を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記入力波形が、前記基板の共鳴周波数に近い周波数を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記一定の時間間隔で音響エネルギーを前記遺伝子サンプルに向けるために前記入力波形を前記変換器に適用するとき、前記一定の時間間隔が、前記平均フラグメントサイズに近い目標フラグメントサイズと関連付けられることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記入力波形の電圧レベルと前記平均フラグメントサイズの目標フラグメントサイズの関数としての前記一定の時間間隔を推定することをさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記平均フラグメントサイズの目標フラグメントサイズと、前記入力波形のバースト音の繰り返し速度の関数としての前記一定の時間間隔を推定することをさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記平均フラグメントサイズの目標フラグメントサイズと、前記入力波形のバースト音のデューティサイクルの関数としての前記一定の時間間隔を推定することをさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記平均フラグメントサイズの目標フラグメントサイズと、前記入力波形のRF周波数の関数としての前記一定の時間間隔を推定することをさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記平均フラグメントサイズの目標フラグメントサイズと、前記FASA構成体の構成要素における前記入力波形のバースト音の位相組み合わせの関数としての前記一定の時間間隔を推定することをさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記上部電極及び下部電極の各々が0度から360度の角を有するセクタをカバーする複数の環状セグメントを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記上部電極及び下部電極の各々が、領域を約等しいセクタに分割する複数のセクタエレメントを備える複合電極を備え、セクタエレメントの各々は、対応する角を有するセクタをそれぞれカバーする複数の環状セグメントを備えることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 核酸の鎖を含む遺伝子サンプルの制御されたフラグメント化のために超音波放射を使用する装置であって、
目標方向に音響エネルギーを向けるフレネル型環状セクタアクチュエータ(FASA)として構成された、上部電極及び下部電極を有する基板を備えた変換器と、
前記遺伝子サンプルを収容するサンプル容器であって、前記変換器の前記目標方向に配置され、結合媒体を介して前記変換器と音響的に結合したサンプル容器と、
一定の時間間隔で音響エネルギーを、前記一定の時間間隔に対応した平均フラグメントサイズを有する核酸のフラグメントにまで小さくされる前記遺伝子サンプルに向けるために前記変換器に対して入力波形を適用する無線周波数発生器を含むことを特徴とする装置。 - 前記一定の時間間隔で音響エネルギーを前記遺伝子サンプルに向けるために前記入力波形を前記変換器に適用するとき、前記一定の時間間隔が、前記平均フラグメントサイズに近い目標フラグメントサイズと関連付けられることを特徴とする、請求項13に記載の装置。
- 前記周波数発生器が、前記入力波形の電圧レベルと前記平均フラグメントサイズの目標フラグメントサイズの関数としての前記一定の時間間隔を推定するようにさらに構成されていることを特徴とする、請求項13に記載の装置。
- 前記周波数発生器が、平均フラグメントサイズの目標フラグメントサイズと、前記入力波形のバースト音の繰り返し速度の関数としての前記一定の時間間隔を推定するようにさらに構成されていることを特徴とする、請求項13に記載の装置。
- 前記周波数発生器が、前記平均フラグメントサイズの目標フラグメントサイズと、前記入力波形のバースト音のデューティサイクルの関数としての前記一定の時間間隔を推定するようにさらに構成されていることを特徴とする、請求項13に記載の装置。
- 前記周波数発生器が、前記平均フラグメントサイズの目標フラグメントサイズと、前記入力波形のRF周波数の関数としての前記一定の時間間隔を推定するようにさらに構成されていることを特徴とする、請求項13に記載の装置。
- 前記周波数発生器が、前記平均フラグメントサイズの目標フラグメントサイズと、前記FASA構成体の構成要素における前記入力波形のバースト音の位相組み合わせの関数としての前記一定の時間間隔を推定するようにさらに構成されていることを特徴とする、請求項13に記載の装置。
- 核酸の鎖を含む遺伝子サンプルの制御されたフラグメント化のために超音波放射を使用する方法であって、
目標方向に音響エネルギーを向けるフレネル型環状セクタアクチュエータ(FASA)として構成された、上部電極及び下部電極を有する基板を備えた変換器の構成値にアクセスすることと、
前記サンプルを収容するサンプル容器であって、前記変換器の前記目標方向に配置され、結合媒体を介して前記変換器と音響的に結合したサンプル容器の構成値にアクセスすることと、
前記変換器の前記構成値及び前記サンプル容器の前記構成値によって与えられる条件下で、前記サンプル容器を使用した前記変換器の動作のためのデータベースであって、一定の時間間隔における前記変換器への入力波形の適用と前記遺伝子サンプルの制御されたフラグメント化における核酸のフラグメントのための平均フラグメントサイズとを関連付けるデータベースにアクセスすることと、
前記変換器に対して前記入力波形を適用するように構成されたRF(無線周波数)発生器にRF入力を行うことを含むことを特徴とする方法。 - 前記基板が圧電材料を備え、前記電極が導電性材料を備えることを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- 前記遺伝子サンプルが、少なくとも1つのDNA(デオキシリボ核酸)、RNA(リボ核酸)、または溶解細胞を含むことを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- 前記入力波形が、前記基板の共鳴周波数に近い周波数を含むことを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- 前記一定の時間間隔で音響エネルギーを前記遺伝子サンプルに向けるために前記入力波形を前記変換器に適用するとき、前記一定の時間間隔が、前記平均フラグメントサイズに近い目標フラグメントサイズと関連付けられることを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- 前記入力波形の電圧レベルと前記平均フラグメントサイズの目標フラグメントサイズの関数としての前記一定の時間間隔を推定することをさらに含むことを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- 前記平均フラグメントサイズの目標フラグメントサイズと、前記入力波形のバースト音の繰り返し速度の関数としての前記一定の時間間隔を推定することをさらに含むことを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- 前記平均フラグメントサイズの目標フラグメントサイズと、前記入力波形のバースト音のデューティサイクルの関数としての前記一定の時間間隔を推定することをさらに含むことを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- 前記平均フラグメントサイズの目標フラグメントサイズと、前記入力波形のRF周波数の関数としての前記一定の時間間隔を推定することをさらに含むことを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- 前記平均フラグメントサイズの目標フラグメントサイズと、前記FASA構成体の構成要素における前記入力波形のバースト音の位相組み合わせの関数としての前記一定の時間間隔を推定することをさらに含むことを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- 前記上部電極及び下部電極の各々が0度から360度の角を有するセクタをカバーする複数の環状セグメントを含むことを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- 前記上部電極及び下部電極の各々が、領域を約等しいセクタに分割する複数のセクタエレメントを備える複合電極を備え、セクタエレメントの各々は、対応する角を有するセクタをそれぞれカバーする複数の環状セグメントを備えることを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- 核酸の鎖を含む遺伝子サンプルの制御されたフラグメント化のために超音波放射を使用するコンピュータプログラムを保存する非一時的なコンピュータ可読媒体であって、
少なくとも1つのコンピュータによって実行されるとき、前記少なくとも1つのコンピュータに、
目標方向に音響エネルギーを向けるフレネル型環状セクタアクチュエータ(FASA)として構成された、上部電極及び下部電極を有する基板を備えた変換器の構成値にアクセスすることと、
前記サンプルを収容するサンプル容器であって、前記変換器の前記目標方向に配置され、結合媒体を介して前記変換器と音響的に結合したサンプル容器の構成値にアクセスすることと、
前記変換器の前記構成値及び前記サンプル容器の前記構成値によって与えられる条件下で、前記サンプル容器を使用した前記変換器の動作のためのデータベースであって、一定の時間間隔における前記変換器への入力波形の適用と前記遺伝子サンプルの制御されたフラグメント化における核酸のフラグメントのための平均フラグメントサイズとを関連付けるデータベースにアクセスすることと、
前記変換器に対して前記入力波形を適用するように構成されたRF(無線周波数)発生器にRF入力を行うことを含む動作を実行させるインストラクションを含むことを特徴とするコンピュータ可読媒体。 - 前記一定の時間間隔で音響エネルギーを前記遺伝子サンプルに向けるために前記入力波形を前記変換器に適用するとき、前記一定の時間間隔が、前記平均フラグメントサイズに近い目標フラグメントサイズと関連付けられることを特徴とする、請求項32に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
- 前記コンピュータプログラムが、少なくとも1つのコンピュータによって実行されるとき、前記少なくとも1つのコンピュータに、前記入力波形の電圧レベルと前記平均フラグメントサイズの目標フラグメントサイズの関数としての前記一定の時間間隔を推定することを含む動作を実行させるインストラクションをさらに含むことを特徴とする、請求項32に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
- 前記コンピュータプログラムが、少なくとも1つのコンピュータによって実行されるとき、前記少なくとも1つのコンピュータに、前記平均フラグメントサイズの目標フラグメントサイズと、前記入力波形のバースト音の繰り返し速度の関数としての前記一定の時間間隔を推定することを含む動作を実行させるインストラクションをさらに含むことを特徴とする、請求項32に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
- 前記コンピュータプログラムが、少なくとも1つのコンピュータによって実行されるとき、前記少なくとも1つのコンピュータに、前記平均フラグメントサイズの目標フラグメントサイズと、前記入力波形のバースト音のデューティサイクルの関数としての前記一定の時間間隔を推定することを含む動作を実行させるインストラクションをさらに含むことを特徴とする、請求項32に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
- 前記コンピュータプログラムが、少なくとも1つのコンピュータによって実行されるとき、前記少なくとも1つのコンピュータに、前記平均フラグメントサイズの目標フラグメントサイズと、前記入力波形のRF周波数の関数としての前記一定の時間間隔を推定することを含む動作を実行させるインストラクションをさらに含むことを特徴とする、請求項32に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
- 前記コンピュータプログラムが、少なくとも1つのコンピュータによって実行されるとき、前記少なくとも1つのコンピュータに、前記平均フラグメントサイズの目標フラグメントサイズと、前記FASA構成体の構成要素における前記入力波形のバースト音の位相組み合わせの関数としての前記一定の時間間隔を推定することを含む動作を実行させるインストラクションをさらに含むことを特徴とする、請求項32に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
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