JP2020530907A - 液体分配装置 - Google Patents

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Abstract

第1の層と、第1の層に重なる弾性を有する第2の層と、或る体積量の液体を受け取って保持する第1の流路であって、第1の層及び第2の層から形成される第1の流路と、弾性を有する層を加圧し、それによって、液体で充填された流路を一連の液体アリコートに分割する第1のアクチュエータと、一連のアリコートに対応付けられた一連のベントと、対応付けられたベントを通る液体アリコートの流れを制御する第2のアクチュエータと、ベントを通って流れる液体アリコートを収容するアリコートレセプタクルを取り付ける取り付け構造物と、を備える、液体アリコートを形成する装置。【選択図】図14a

Description

ポリメラーゼ連鎖反応(「PCR」(Polymerase Chain Reaction))は、DNAの処理に大変革をもたらした。PCRは、非常に複雑なDNAサンプル混合物から特定のDNA配列を識別して取得する強力で広く用いられている方法である。PCRが開発されて以降、PCRによって取得された情報を改善する努力が続けられてきた。これらの努力として、サンプル内の核酸の濃度を求めることを可能にするリアルタイムPCRとしても知られている定量的PCR(「qPCR」(quantitative PCR))、複数の標的を同じ容器内で同時に増幅することを可能にするマルチプレックスPCR、及び増幅の厳密性を高めることによって特異性の向上を可能にするネステッドPCRがある。
定量的PCR(qPCR)は、PCRサイクル数の関数としての蛍光信号の増加に従ってDNA配列の初期濃度を推定することを伴う。幾つかのタイプのqPCR、例えば、非加水分解qPCRは、その後に、同一性を確認するのに役立つPCR生成物の融解分析が行われる場合がある。エンドポイントPCRは、PCR反応の生成物を分析すること、例えば、ゲル電気泳動及び/又は融解分析によって生成物のサイズを分析することを伴う。
マルチプレックスPCRは、同じ反応容器内で複数対のPCRプライマー(アンプリコン)を用いることを伴うものであり、それによりサンプルの単一のアリコートから複数の異なる増幅生成物(ひいてはより多くの情報)を生成することができる。これは、サンプルインプットが制限されているときに特に有用である。マルチプレックスPCRの不利な点は、意図しないPCR生成物の可能性が増加することによる特異性の低減、及び、効率性の低いPCRアンプリコンの感度の低減である。
ネステッドPCRは、2回の連続したPCRを伴い、ここでは、第1の(1次)PCR反応の増幅生成物が、第2のプライマーセット(これらのプライマー結合部位は、第1のプライマーセットのPCR標的上の内部に位置する)を利用する第2の(2次)PCR反応のテンプレートとして用いられる。1次PCRの生成物は、2次PCRを実施する前に希釈され、複数の2次チューブに分配される場合がある。ネステッドPCRの1つの利点は、特異性が増加することである。ネステッドPCRの不利な点は、1次PCR反応チューブを開放し希釈を行う必要があることによってPCR生成物が汚染されるおそれがあることである。
本明細書に記載されたシステムは、PCR生成物等のサンプルを希釈及び分配するのに用いられることを目的としている。特に、本システムは、実験室操作を容易にし、ネステッドPCR、及び/又は、標的配列が最初に増幅及び希釈され、その後、2回目の増幅を受ける他の生化学プロセス及び化学プロセスを行うときの汚染を低減する。本システムは、ほとんどのPCR設備において見られる標準化されたPCR試薬、消耗品、及び機器とインタフェース接続する。
添付図面は、本明細書に記載された原理の様々な例を示し、本明細書の一部である。図示した例は、特許請求の範囲の範囲を限定するものではない。
本明細書に沿った1つの例による、液体を混合及び分配する装置の上面図(平面図)である。 図1Aの装置の側面図(縦断面図)である。 本明細書に沿った例による、液体を混合及び分配する装置の代替の実施形態を示す図である。 本明細書に沿った例による、液体を混合及び分配する装置の代替の実施形態を示す図である。 本明細書に沿った例による、液体を混合及び分配する装置の代替の実施形態を示す図である。 本明細書に沿った例による、液体を混合及び分配する装置の代替の実施形態を示す図である。 本明細書に沿った例による、液体を混合及び分配する装置の代替の実施形態を示す図である。 本明細書に沿った一例による、ポートと、移送容器(transfer vessel)とすることができるチューブ及びスリーブとの相互作用を示す図である。 本明細書に沿った一例による、装置に取り付けられたアウトプットチューブを有する装置の側面図(縦断面図)である。 本明細書に沿った3層装置の側面図(縦断面図)である。 本明細書に沿った一例による装置の上面図(平面図)である。 本明細書に沿った、図1に示す一例示の装置を用いる方法を例示する一連の操作を示す図である。 本明細書に沿った、図1に示す一例示の装置を用いる方法を例示する一連の操作を示す図である。 本明細書に沿った、図1に示す一例示の装置を用いる方法を例示する一連の操作を示す図である。 本明細書に沿った、図1に示す一例示の装置を用いる方法を例示する一連の操作を示す図である。 本明細書に沿った、図1に示す一例示の装置を用いる方法を例示する一連の操作を示す図である。 本明細書に沿った、図1に示す一例示の装置を用いる方法を例示する一連の操作を示す図である。 本明細書に沿った、図1に示す一例示の装置を用いる方法を例示する一連の操作を示す図である。 本明細書に沿った、図1に示す一例示の装置を用いる方法を例示する一連の操作を示す図である。 本明細書に沿った、図1に示す一例示の装置を用いる方法を例示する一連の操作を示す図である。 本明細書に沿った、図1に示す一例示の装置を用いる方法を例示する一連の操作を示す図である。 本明細書に沿った1つの例による、共通プレートフォーマットに見られるウェルのアレイ内に液体を混合及び分配する装置の上面図(平面図)である。 図7Aの装置の側面図(縦断面図)である。 本明細書に沿った、図7に示す一例示の装置を用いる方法を例示する一連の操作を示す図である。 図8a〜図8dに概略された方法を実施する装置を示す図である。 本明細書に沿った、図1c〜図1hに示す一例示の装置を用いる方法を例示する一連の動作を示す図である。 本明細書に沿った、図1c〜図1hに示す一例示の装置を用いる方法を例示する一連の動作を示す図である。 本明細書に沿った、図1c〜図1hに示す一例示の装置を用いる方法を例示する一連の動作を示す図である。 図1i〜図1pに示す一例示の装置を用いる方法を例示する一連の操作を示す図である。 図1i〜図1pに示す一例示の装置を用いる方法を例示する一連の操作を示す図である。 図1i〜図1pに示す一例示の装置を用いる方法を例示する一連の操作を示す図である。 図1c〜図1hに示す一例示の装置を用いる方法を例示する一連の操作を示す図である。 図1c〜図1hに示す一例示の装置を用いる方法を例示する一連の操作を示す図である。 図1c〜図1hに示す一例示の装置を用いる方法を例示する一連の操作を示す図である。 本明細書に沿った一例による液体アリコートを形成する装置を示す図である。 本明細書に沿った液体アリコートを形成する装置を示す図である。 本明細書に沿った液体アリコートを形成する装置を示す図である。 本明細書に沿った液体アリコートを形成するシステムを示す図である。 本明細書に沿った、核材料を含む液体のアリコートを形成する方法のフローチャートである。
図面全体を通して、同一の参照符号は、同様ではあるが、必ずしも同一とは限らない要素を指定する。これらの図は、必ずしも一律の縮尺ではなく、幾つかの部分のサイズは、図示した例をより明確に示すために誇張されている場合がある。さらに、図面は、この説明に沿った例及び/又は実施態様を提供する。ただし、この説明は、図面に提供された例及び/又は実施態様に限定されるものではない。
幾つかの難題が、本明細書に記載されたシステムによって軽減される。これらの難題には、PCR生成物の汚染及び偽陽性率がある。システムは、サンプルをアウトプットバイアルに手動で分配する必要性も低減及び/又は解消し、それによって、マイクロピペット及び/又は同様の装置を用いることによる操作者の測定のばらつきを低減する。
PCR生成物汚染に関して、効果的な操作は、1次PCR反応の生成物が後続のPCR反応を汚染することを防止することができるかどうかにかかっている。汚染が発生した場合、対象のサンプルではなく、汚染生成物から信号が生成される場合がある。含有されるPCR生成物を反応容器内に維持することは、PCR生成物汚染を防止する1つの方法である。PCR生成物汚染を最小限にする別の方法は、PCR反応において、デオキシチミジン三リン酸(dTTP:deoxythymidine triphosphate)の代わりにデオキシウリジン三リン酸(dUTP:deoxyuridine triphosphate)を利用することである。通常のT含有テンプレートではなく、U含有DNAテンプレートを分解させるウラシルDNAグリコシラーゼを用いて処理することによって、得られるウラシル(U:uracil)含有PCR生成物を後続のPCR反応において選択除去することができる(selected against)。ネステッドPCRを行うことは、PCR生成物が連続して含有されない場合があり、2回のPCRのうちの一方においてウラシル選択が用いられる可能性があるので、PCR生成物汚染のリスクを伴う。
マルチプレックス反応は、意図しないプライミングによって偽陽性信号を生成する機会を大幅に増加させる。マルチプレックス反応では、幾つかのアンプリコンが、他の物よりも優先されることが多い。解明可能な蛍光信号の数が、マルチプレックスqPCRにおいて用いることができるアンプリコンの数を制限する。
これらは課題を削減する1つの方法は、マルチプレックス1次PCR反応(多くの場合、サイクル数が12〜15等に制限される)を行い、続いて、PCR生成物を希釈及びアリコートし、その後、別のネステッド2次エンドポイントPCR反応及び/又はqPCR反応を(別の容器において)行うことである。この手法は、限られたサンプルの効果的利用を可能にし、高い特異性をもたらす。
一例では、ここに記載された装置は、支持器具とインタフェース接続するプラスチック消耗品である。この装置は、以下の操作を実行し、以下の利点を与えることを目的としている。すなわち、PCR生成物が連続して含有されることを維持しながら、1次PCR生成物を希釈し、標準的なPCR容器(チューブ/チューブストリップ)から複数の2次PCRチューブ及び/又はチューブストリップ及び/又はチューブのプレートに移す。それによって、PCR生成物汚染の機会は大幅に削減される。
この装置の1つの使用法では、1次マルチプレックスPCR反応の生成物を希釈し、次に、この液体の複数の部分を、ネステッドPCRを意図した複数の2次PCR反応容器にアリコートする。開示された例は、これまでの技法と比較して、汚染の可能性を低減する。開示された例は、オートメーションの拡大を可能にする。これは、試験を実施する作業員の接触時間を削減し、作業員の効率を高めることができる。これは、この試験方法を行う際の操作者間のばらつきも低減することができ、及び/又は、ラベルの貼り違え及び/又はピペット操作誤りに起因した失敗及び/又は混同も低減することができる。
標準フォーマットのPCR容器とインタフェース接続することによって、この装置は、ほとんどの既存のPCR設備に既に見られる標準的なロボット工学、PCR/qPCR器具、及び試薬の利用を可能にする。これは、使用コスト及び選定コストを削減する。PCR生成物を含有するとともにマルチプレックスネステッドPCRをサポートする他の装置が説明及び開発されてきた。これらの装置は、専用化されたPCR/qPCR器具及び試薬を用いる交換可能でないカスタムフォーマットを利用する。これは、費用を増加させ、多くのPCR設備の柔軟性を制限する。
本明細書及び付随した特許請求の範囲において、用語「アリコート」は、溶液の体積量(volume)と理解されるべきである。複数のアリコートが等しい体積量を有する場合がある。異なるアリコートが異なる体積量を有する場合もある。システムは、異なる体積量のアリコートを同時に形成することができる。システムは、一組の均一の体積量のアリコートを形成することもできる。
例として特に、本明細書は、第1の層と、第1の層に重なる弾性を有する第2の層と、或る体積量の液体を受け取って保持する第1の流路(passageway)であって、第1の層及び第2の層の取り付け構造から形成される第1の流路と、弾性を有する層を加圧し、それによって、液体で充填された流路を一連の液体アリコートに分割する第1のアクチュエータと、一連のアリコートに対応付けられた一連のベント(vent)と、対応付けられたベントを通る液体アリコートの流れを制御する第2のアクチュエータと、ベントを通って流れる液体アリコートを収容するアリコートレセプタクルを取り付ける取り付け構造物とを備える、液体アリコートを形成する装置を記載している。本明細書は、核材料を含有する液体をアリコートに分割する方法も記載している。この方法は、2つのポリマーシート間の一連の連結された体積体(linked volumes)を通して液体を流すことと、熱及び圧力のうちの少なくとも1つを用いて連結された体積体を互いに隔離することとを含む。
本明細書は、例として特に、アリコートの汚染の可能性を最小にする、液体アリコートを形成するシステムを記載している。これらのシステムは、インプットチューブ及び/又はインプット容器とインタフェース接続することができる。システムは、アリコートを収容チューブ、チューブストリップ、チューブプレート、及び/又はウェルプレートに提供することができる。システムは、システム内に液体をフラッシュして、空気の除去、サンプルの希釈、サンプルの混合等を行うことができる。システムは、収容容器、チューブ、及び/又はウェルにつながるサイド流路(side passageways)をフラッシュするとともに遮断することができる。流路は、アリコートに分割されるサンプルで充填される。その後、流路は、隔離された液体体積体を形成するように遮断される。隔離された体積体内の液体は、収容容器、チューブ、ウェル等内に移される。液体は、収容容器、チューブ、ウェル等内に搾りだすことができる。液体を搾りだすことは、サイド流路を遮断解除して、液体が所望の容器に流れることを可能にすることを伴うことができる。液体アリコートの後続の処理を可能にするために、収容容器と、これらの収容容器を密閉する装置の一部分とは、装置の残りの部分から分離されている。
本明細書は、第1の層と、第1の層に重なる弾性を有する第2の層と、或る体積量の液体を受け取って保持する第1の流路であって、第1の層及び第2の層から形成される第1の流路と、弾性を有する層を加圧し、それによって、液体で充填された流路を一連の液体アリコートに分割する第1のアクチュエータと、一連のアリコートに対応付けられた一連のベントと、対応付けられたベントを通る液体アリコートの流れを制御する第2のアクチュエータと、ベントを通って流れる液体アリコートを収容するアリコートレセプタクルを取り付ける取り付け構造物とを備える、液体アリコートを形成する装置も記載している。
1つの端部がインプットリザーバに接続された弾性流路と、インプットリザーバから流路内への液体の流れを制御する第3のアクチュエータと、流路を複数の液体アリコートに分割する第1のアクチュエータと、流路の隔離された部分からベントを通って取り付けられたアリコートレセプタクル内への液体アリコートの流れを制御する第2のアクチュエータとを備える、液体アリコートを準備するシステムも記載されている。
例として特に、本明細書は、核材料を含有する液体をアリコートに分割する方法であって、液体を弾性流路内に流入させることと、熱及び圧力のうちの少なくとも一方を用いて流路を分割し、それによって、一連の液体アリコートを形成することと、液体アリコートを対応付けられたベントを通して個々のアリコートレセプタクル内に分配することとを含む、方法を記載している。
図1は、液体分配装置の特徴部のうちの幾つかを示している。図1aは上面図(又は平面図)であり、図1nは側面図である。この装置は、複数のインタフェースポートを有しており、この場合には、1次PCRチューブ用の1つのポート21aと、2次PCRチューブ用の8つのベント5とを有する。装置は、流路及びブラダ(bladder)を作製するパターンで接着することができる複数の材料層15a及び15bから構成される。この場合、これらの流路及びブラダは、同じ2つの材料層から形成される。単一の材料層を折り重ねて2つの層を作製することも可能である。図示した装置は、3つのブラダである、インプットリザーバ1、インプットリザーバ2、及びアウトプットリザーバ3を含む。ブラダの体積量は、0から上限まで可変である。この上限は、ブラダの周辺長と、ブラダの壁を形成する材料が、側面図に点線によって示すようにどの程度伸びることができるのかとによって決まる。装置は、ポート及びブラダを接続する流路も含む。これらの流路は、流入口ポートをインプットリザーバ1ブラダに接続する流路8aと、流入口ポートをインプットリザーバ2に接続する流路8bと、インプットリザーバ2をアウトプットリザーバ3に接続するジグザグ形状の流路8c〜8fとを含む。
図1c〜図1pは、装置の流体分配部分の代替の実施形態であって、これらの場合において、8個のアウトプットサンプルレセプタクル11のストリップとインタフェース接続する実施形態を示している。これらの代替の実施形態では、流路は、リザーバと異なる材料層から形成される。ただし、これらの実施形態は、同じ材料層に流路及びリザーバを配置することによって製造することもできる。
図1cは、流体が装置に入ることを可能にするポート8g及び装置から出ることを可能にするポート8hと、流体が内部チャンバ8iに入ることを可能にするポート8j及び内部チャンバ8iから出ることを可能にするポート8kと、サンプルレセプタクル11内への流体の通行を可能にするベント5cの上面図を示している。
図1dは、チャンバ8iの上側壁及び下側壁を形成する2つの薄い層15d及び15eと、装置の幾つかの実施形態に存在する破裂可能膜層15gと、流体ベント5c及びレセプタクル11とインタフェース接続する構造物5bを含む1つのより厚い層15fとを備える装置の例を示す側面図を示している。
図1eは、装置とインタフェース接続するサンプルチューブ11を示している。
図1f(側面図)は、装置のこれらの例の層を示している。
図1g(上面図)は、装置のこれらの例の層を示している。
図1hは、装置のこれらの例の層の組み立て方法を示している。2つの薄い層15d及び15eは、チャンバ8iを形成する点線に沿って熱結合される。この組立体は、次に、層15fに結合される。幾つかの実施形態では、破裂可能膜15gが層15d及び層15eの組立体と層15fとの間に結合される。接着剤が結合に用いられる場合、この接着剤は、流体のフローが接着剤によって遮断されないように、ベント5cを備える領域内並びにポート8j及び8k内には延在しない。
図1i〜図1pは、8個のアウトプットサンプルバイアルのストリップとインタフェース接続する装置の流体分配部分の一例を示している。
図1iは、流体が装置に入ることを可能にするポート8g及び装置から出ることを可能にするポート8hと、流体が内部チャンバ8iに入ることを可能にするポート8j及び内部チャンバ8iから出ることを可能にするポート8kと、サンプルバイアル内への流体の通行を可能にするベント5cと、内部チャンバからベント5cへのベント通路8eとの上面図を示している。
図1jは、チャンバ8iの上側壁及び下側壁を形成する2つの薄い層15d及び15eと、1つのより厚い層15fとを備える装置の1つの例を示す側面図を示している。
図1kは、図1Jの側面図に対して90度回転された側面図である。チャンバ8iから8eを通ってベント5c内に入り、その後、サンプルレセプタクル11内に入る流体のフローを制御するヒンジングポイント(hinging point)35dが示されている。
図1l(上面図)、図1m(側面図)、及び図1n(90度回転された側面図)は、装置とインタフェース接続されるサンプルチューブ11を示している。液体ベント5cと、サンプルチューブ11とインタフェース接続する外側構造物5bとが示されている。
図1o(上面図)及び図1p(90度回転された側面図)は、装置が、ベント通路8eを通る液体の通路を遮断するヒンジングポイント35dにおいて屈曲された後の装置を示している。
図2は、装置、この場合、図1aに示す装置のポート21aに、移送容器とも呼ばれる1次PCRチューブをどのように取り付けることができるのかを示している。この例では、スリーブ13が、1次PCRチューブ12aの上部を覆う。スリーブ13及びチューブ12aの組み合わせがポート21aと係合する。このプロセスでは、2つのニードル25a及び26aが、PCRチューブの上部を貫通し、インプットリザーバ1からPCRチューブ12a及びインプットリザーバ2を通る連続的な液体経路を形成する。スリーブ13には、ポート21aと相互作用するようにネジが設けられてもよい。スリーブ13は、ポートと相互作用する鍵機能の特徴部を備えることができる。チューブ12aに対するスリーブ13の回転は、チューブ12aの上部を通るニードル25a、26aを屈曲及び/又は損傷することなく、チューブ12aとポート21aとの間の良好な密閉を可能にする。
図3に示す装置は、可撓性の上側層15a及び剛性の下側層15bを備える。図4は、より剛性の層15bとともに2つの薄い可撓性の層15a及び15cを有する一例を示している。幾つかの例では、層15bは、層15cが層15aと反対方向の外方に拡張することを可能にする孔及び/又は通路を有する。流路及びブラダは、薄い層15a及び15cをブラダ及び流通路のパターンで取り付けることによって形成される。層15は、ストックシート材料、個々に成型されたポリマー片、及び/又は成形加工されたポリマー片とすることができる。成型プロセスは、構成要素を高い再現性で生産するのに用いることができ、混合及び分配の再現性を可能にする。上部層15a及び底部層15bは、異なる材料から作製することができ、及び/又は、異なる厚さを有することができる。例えば、ブラダの上方にわたる上部は、ブラダを充填する力及び空にする力を削減するために削減された厚さを有することができる。上部層15a及び底部層15bは、互いに選択的に接着させることができる。これは、接着剤、層の溶融部分、及び/又は他の方法を用いて行うことができる。
層15a、15bは、層の位置合わせ及び接着を容易にする特徴部を備えることができる。例えば、層15a、15bは、スナップフィット要素、稜線部及び溝部、熱溶接用の追加の材料等を備えることができる。一例では、層15a、15bは、2次接着動作中にこれらの層を適切な位置に保持する一時的位置合わせ要素を備える。上部層15aは、底部層よりも低い融点及び/又は低い流動温度を有する材料から作製することができる。例えば、底部層15bはポリウレタン製とすることができ、上部層15aはポリエチレン製とすることができる。上部層15aは、底部層15bの一部分にわたる選択的なものとすることができ、例えば、ブラダ及び流通路を覆うだけのものとすることができ、それによって、下側層15bへのアクセスが可能になる。上部層15aは、不均一の厚さの領域を備えることができる。例えば、ブラダ1、2、3の厚さを削減することができ、ゲート35の厚さをより厚くして、流通路8の遮断を容易にすることができる。ゲート35は、ゲート35に対して機械的圧力を提供し、及び/又は、開と閉との間の中間状態を含むゲート35のより多くの調整を可能にする、より大きな厚さのより大きな領域を備えることができる。層15は、生産コスト及び実施サイズに応じて、射出成型することもできるし、熱形成することもできるし、及び/又は、他の技法を用いて形成することもできる。
図1aは、インプットリザーバ2からの流路8の一例を示している。流路8cは、インプットリザーバ2から出ているものであり、第1の側と第2の側との間に複数のジグザグ経路を備える。これらのジグザグ経路は、第1の側に一組の地点8dを形成する。これらのジグザグ経路は、第2の側に一組の地点8eを形成する。第2の一組の地点8eからは、アウトプットベント5に流路が延びている。
流路8は、インプットリザーバ2から混合サンプルを受け取る。この混合サンプルは、流路8を通って流れ、アウトプットリザーバ3に流入する。混合サンプルは、或る量のサンプルをアウトプットリザーバに流入させ、流路8を湿潤させている間に発生し得る流路8における組成勾配を低減することができる。例えば、混合サンプルのある成分は、流路の側部に堆積する場合があり、及び/又は、流路8の側部から抽出されて、混合サンプルの初期体積体がバルク組成と異なる場合がある。この初期体積体をアウトプットリザーバ3に流入させることによって、アウトプットポート5及びレセプタクル11に提供される混合サンプルは、より均一の組成を有する。アウトプットリザーバ3は、残留捕獲ガスも蓄積することができ、それによって、空間を提供し、捕獲ガスによって生成される背圧を最小にする。湿潤の影響及びサンプルロスを最小にし、流体で充填する前に流路から捕獲ガスを除去することによって、アウトプットリザーバのサイズを大幅に削減することもできるし、さらには、アウトプットリザーバを除去することさえもできる。
一例では、サイド流路は、流れを塞ぐ弁及び/又は膜を備える。この膜は破裂可能膜とすることができる。幾つかの実施態様では、この破裂可能膜はフォイルである。破裂は、上に重なる弾性層を押圧することによって行うことができる。この弾性層は曲がるが、下にあるそれよりも堅い膜は破裂する。
図3は、アウトプットベント5に取り付けられたアウトプットバイアル11を有する装置の側面図を示している。上側層15a及び下側層15bは、互いに接触した状態で示されている。点線は、リザーバ1、2、3の起こり得る縦断面を示している。ポートの2つのニードル25a、26aが示されている。
図4は、液体を配分する装置の側面図を示している。アウトプットレセプタクルチューブに接続するアウトプットベントは、インプットリザーバ2とアウトプットリザーバ3との間において視覚で確認することができる。第3の層15cが、上側層15aと下側層15bとの間に示されている。第3の層15cは、ブラダが、下側層15bの上方に加えて下側層15bにある陥凹部内に膨らむことを可能にする。点線は、ブラダ1、2、3の起こり得る縦断面を示している。ポートの2つのニードル25a、26aが示されている。
図5は、本明細書に沿った1つの例による、液体を配分する装置を示している。この装置は、インプットリザーバ1を用いない。代わりに、第2のポート31が設けられている。第2のポート31は、シリンジの取り付けを容易にするルアーフィッティング及び/又は同様の構成要素を備えることができる。第2のポート31は、希釈剤(dilutant)を提供するのに用いられる。第2のポートは、液体を装置内で移動させる圧力も提供する。これは、インプットリザーバ1に対する加圧の制御を容易にすることができる。これは、自動化及び/又は半自動化された体積制御との統合も可能にすることができる。
図5は、バイアル21a及び21bを取り付ける2つのポートも含む。これは、2つの異なるサンプルを混合して、アウトプットバイアルに提供される混合溶液にすることを可能にする。一例では、単一のポート21bが第2のポート31に接続される。一例では、追加のポート21、例えば、3つ、4つ、5つ、及び/又はそれよりも多くのポート21を追加して、より多くのサンプルを環境に曝露することなく組み合わせることを可能にすることができる。
図6a〜図6jは、装置の操作を示している。液体を移動させる力は、インプットリザーバブラダ1及び2を圧縮する力を印加することによって生成される。シリンジ31及び/又はローラ36a、36bによって流れ力を与えることができる。ローラ36の代わりにスクレーパを用いることができる。液体の流れは、ゲート35a、35bを用いて流路8上の場所に力を印加し、流路のオリフィスを絞って流れをせき止め遮断することによって、及び/又は、蠕動効果を用いて流路内の液体を移動させるローラ36によって調整される。液体は、クロスハッチング38aによって示されている。開いた流路は、36a等のハッチングのない要素を用いて示されている。閉じた流路は、ラインハッチング38bを用いて示されている。
図6aは、プロセスにおける第1のステップを示している。流路8a及び8bは、ゲート35a及び35bにおいて力を印加することによって閉じられ、液体38aで予め充填されたシリンジ31が1次PCRチューブポート21bに取り付けられる。ブラダ、流路、及びシリンジが液体を収容しているとき、その液体は、クロスハッチング38aによって示される。
図6bは、プロセスにおける第2のステップを示している。ゲート35aにおける圧力が解除され、シリンジ31のプランジャが押され、液体が流路8aを通ってインプットリザーバ1内に流入する。
図6cは、プロセスにおける第3のステップを示している。圧力がゲート35aに印加され、流路8aが遮断される。シリンジ31が取り除かれる。1次PCRチューブ12aがスリーブ13の内側に配置され、その後、ニードル25a及び25bに対して上方に押し上げられ、チューブ12aのキャップが穿孔される。スリーブ13はポート21aと係合される。
図6dは、装置上の所定の箇所にある1次PCRチューブ12aを示している。
図6eは、プロセスにおける第4のステップを示している。ゲート35a及び35bにおける圧力が解除され、インプットリザーバ1に圧力が印加される。これによって、液体は、流路8aを通って流れ、1次PCRチューブ13aを通って1次PCR生成物と混合し、これらの生成物は、流路8bを通って、チューブの外部に運ばれ、インプットリザーバ2に入る。液体がインプットリザーバブラダに入ると、流路8bはゲート35aにおいて遮断され、逆流が防止される。別の例では、流路8b内の一方向弁が逆流を防止することができる。
図6fは、インプットリザーバ2から流路8を通ってアウトプットリザーバ3に進む混合液体を示している。スクレーパ及び/又はローラ36bが係合され、液体が流出流路内に流入してアウトプットベント5に向かいアウトプットレセプタクル11に入るのを防止する。
図6gは、アウトプットリザーバ3内に進んでいる混合液体を示している。アウトプットリザーバは部分的に充填されている。十分な液体が流され、アウトプットリザーバ3内に流入すると、インプットリザーバ2とアウトプットリザーバ3との間の流路8を通じて均一な濃度がもたらされる。インプットリザーバ2に印加された圧力によって、液体は、流路8を通ってアウトプットリザーバ3内に移動される。
図6hは、プロセスにおける第5のステップを示している。下向きの力がローラ36aに加えられ、流路8c及び8fを遮断する。その後、双方のローラ36a及び36bは、アウトプットベント5に向けて回転移動される。一例では、ローラ36bは、上側シート15aの上部表面から除去される。これによって、双方のローラ36a及び36bを移動させる必要がなくなる。別の例では、一方向弁をローラ36bの代わりに用いることができる。
図6iは、プロセスにおける第6のステップを示している。ローラ36aがアウトプットベント5に向けて移動され、流路8内の液体が、アウトプットベント5に接続されたサイド流路内に移動される。最終的に、ローラ36aによって、液体は、流路8からアウトプットベント5及びアリコートレセプタクル11内に押動される。
図6jは、プロセスにおける第7のステップを示している。アリコートレセプタクル11が、圧力及び熱を用いて密閉され、その後、「X」によって示された箇所に印加された熱及び/又は圧力を用いてクリーブされる。その後、アリコートされた液体がPCRサイクリング用に準備されるように、アリコートレセプタクル11を遠心分離機にかけて、アリコートされた液体を底部に移動させることができる。装置の残りの部分15は、廃棄することができる。アリコートレセプタクル11は、他の既存の実験室機器と適合したPCRチューブとすることができる。
装置の開示された操作は、装置内の活動を調整するゲート35、ローラ36、及び同様の機械的要素を含む。これらの要素は、手動による制御、自動化、及び/又は半自動化を行うことができる。一例では、このシステムは、自動化プロトコルを実行する前に、希釈剤(希釈用の溶液)供給源、希釈するサンプル、及びアウトプット容器に取り付けられる。別の例では、システムは、例えば、ルアーフィッティングを介してシリンジを用いて希釈剤を供給され、その後、希釈される材料を含むバイアルに取り付けられる。
移送容器バイアルへのアクセスは、開いた上部を通して行うことができる。汚染のリスクは、バイアルの一部分に穴をあけ、環境と希釈されるサンプルとの間の交換を最小にすることによって低減することができる。一例では、バイアル11へのアクセス用のアウトプットベント5は、装置の下方に延在する。例えば、装置の下の所定の位置にサンプルバイアルを保持する装着ブロックを設けることができる。この装着ブロックは、希釈されたアリコートを収容するアリコートレセプタクル11も保持することができる。
一例では、ゲート35、ローラ36、スクレーパ及び機械的要素は、X及びYにおいて静止し、垂直軸にのみ移動する。装置は、少なくとも1つの移動軸、例えばY軸を有するプレート上にある。これによって、液体ハンドリング用の既存の移動プレート及びロボット工学との統合をすることができる。ゲート35及びローラ36は、2つ以上の軸における移動も行うことができる。例えば、ローラは、システムと係合する垂直移動と、装置からアリコートレセプタクル11内に液体を搾りだす横移動との双方を行うことができる。
外側ローラ36b(アウトプットバイアルに向かう)は、アリコートレセプタクルとの接続を機械的に密閉する弁/プレッサとすることができる。そうである場合、外側プレッサ36bは、液体の搾りだし中にローラと底部プレッサとの間の相互作用を最小にするために、ローラと比較してより小さな幅を有することができる。
システムは、アウトプットアリコートレセプタクルの光ベースの評価を可能にする孔を有する基板ブロックを備えることができる。システムは、アウトプットアリコートレセプタクルを熱サイクルさせて2次増幅を行う要素を備えることができる。システムは、サンプル供給源に対して1次増幅を行う要素を備えることができる。
別の変形態様は、インプットリザーバ2からの2つの流路8を用いる。第1の流路8は、上記で説明したように機能する。第2の流路は、同様に機能するが、第2のグループのアウトプットベント5を有する装置の反対側に向けられている。これによって、単一の組ではなく、2組の2次PCRチューブにサンプルを希釈することが可能になる。単一のローラ36aが、加圧動作/ロール動作の双方を提供することができる。装置は、一組の2次PCRチューブごとに異なるローラ36aを用いることができる。2つの流路8は、共通のアウトプットリザーバ3に接続することもできるし、2つの流路8は、別々のアウトプットリザーバを用いることもできる。2つの流路は、同様の幾何形状を有することもできるし、より幅広い多様なサンプルサイズを許容するように異なる幾何形状を有することもできる。
上側層15aの上及び/又は下側層15bの下に追加の層を設けることができる。この追加の層は、上側層15aと下側層15bとの間で流路8を閉じる機械式要素及び/又は液圧式要素及び/又は空気圧式要素を備えることができる。
図7a及び図7bは、個別のチューブ又はチューブのストリップではなく、PCRウェルのプレートにおいて2次PCR反応を行うシステムを示している。図7aは上面図(又は平面図)であり、図7bは側面図である。この例では、ジグザグ流路8及びローラは、分岐流路8cと、複数の平行流路8iと、これらの平行流路の経路に沿って配置された一連のアリコートブラダ7とに置き換えられている。ベント5は、PCRプレートと一致するようにアレイに配列されている。この場合、4×6アレイのベントが示されているが、システムは、4×8アレイ、6×8アレイ、8×12アレイ、又は他のアレイパターンとして同様に配列することができる。ベント5は、アリコートレセプタクルとインタフェース接続するために、複数のタイプの構造物が付随することができる。これらの構造物は、アリコートレセプタクルチューブ11内、又は、アリコートレセプタクルチューブに結合する接着剤の層内にはめることを可能にする円形の注ぎ口(circular lip)を含むことができる。
一例では、分岐流路8は、流路8を流路8の変形種に変える狭い部分を備える。他の手法を用いて、液体を流路8及びそれぞれのブラダ7に分配することができる。例えば、インプットリザーバ2と流路8との間にマニホールドを用いることができる。マニホールドを用いると、流路8を充填する順序を制御することができる。この点についての良好な設計は、流路に空気が閉じ込められることを回避することができる。一例では、インプットリザーバ2は、それぞれのアリコートブラダ7を有する異なる流路8に供給を行う複数のアウトプットを備える。一例では、流路8のアウトプットは、1つに統合せず、別々のアウトプットリザーバ3内に個々に供給を行う。この方法では、流路が同時に充填されるのか又は順次充填されるのかとは無関係に、全ての流路を独立して充填することができる。
一例では、剛性の下側の第2の層15bは、ウェルプレートとインタフェース接続する特徴部を備えることができる。例えば、剛性下側層15bの下側表面は、剛性下側層15bをウェルプレート上に位置決め及び/又は保持する突出部、ガイド、陥凹部、及び/又は同様の機械的特徴部を備えることができる。一例では、アウトプットベント5は、当該アウトプットベントをウェルプレートのウェルの中心に配置する特徴部を備える。剛性下側層15bは、ウェルプレートのウェルを密閉して、汚染の可能性を低減することができる。
第2の下側層15bは、ウェルプレートのウェルを密閉する可撓性下側層15dを支持することができる。一例では、液体がウェルに分配されると、これらの分配流路は密閉され、ウェルは隔離される。支持層15a及び/又は剛性支持層15bはウェルを密閉するのに用いられる層から分離することができる。一例では、装置の下側部分は、装置をウェルプレートの上部に(一時的又は永久的に)取り付ける接着剤を含む。
図8a〜図8dは、アレイインタフェース装置の操作を示している。リザーバブラダを充填することと、1次PCRチューブとインタフェース接続することと、インプットリザーバを充填することとは、図6a〜図6eに示すものと同じ操作であり、したがって、図示されていない。
図8aは、インプットリザーバ2からの混合液体による充填前のシステムの一部分を示している。図8bでは、流路8及び一体型アリコートブラダ7が、ウェルに分配される液体で充填されている。図8cでは、アリコートブラダ7を備える体積体は、互いに隔離される。図8dでは、プランジャ37が、隔離されたアリコートブラダ7を下方向に加圧する。プランジャ37は、ベント接続流路内と、PCRチューブ5及び/又はウェルプレートにおけるウェル内とに液体を押し進める。
液体を移動させる力は、ブラダ1、2、3、及び7を圧縮する力を印加することによって生成される。ただし、ローラ36b又はスクレーパ36aの代わりに、(上方及び/又は下方から)垂直に作動されるプレッサ37を用いることができる。液体の流れは、ゲート35を用いて流路8上の場所に力を印加し、流路8を遮断して流れをせき止め遮断することによって、又は、アリコートブラダ7内の液体をアリコートレセプタクル11内に移動させるプレッサ37によって調整することができる。液体は、クロスハッチング38aによって示されている。開いた流路は、36a等のハッチングのない要素を用いて示されている。閉じた流路は、ラインハッチング38bを用いて示されている。
液体が搾りだされた後、アリコートブラダ7及びアリコートレセプタクル11及び/又はウェルを接続する流路8は、圧力及び/又は熱を用いて密閉することができ、その後、熱及び/又は圧力を用いてクリーブすることができる。2次PCRプレート及び/又はPCRチューブ5を遠心分離機にかけて、アリコートされた液体をウェルの底部に移動させ、プレート及びアリコートされた液体をPCRサイクリング用に準備することができる。装置の残り部分は、廃棄することができる。
図9a及び図9bは、アリコートブラダ7を隔離し、それらの内容物をウェル及び/又はアリコートレセプタクル11内に搾りだす操作のシステム図を示している。図9aでは、プレッサ35が、複数のアリコートブラダ7を互いに隔離するのに用いられる。図9bでは、プランジャ37が、アリコートブラダ7を圧縮するとともに、液体を、ウェル、アリコートレセプタクル11及び/又はPCRチューブ内に搾りだすのに用いられている。アリコートブラダ7を隔離するとともに、ウェルプレートのウェル及び/又はアリコートレセプタクル11内に搾りだす操作を実行するのに、多種多様な機械的システムを実施することができる。例えば、加熱されたプレッサ35も、プランジャが液体をアリコートレセプタクル11内に押し進める前に、アリコートブラダ7の間の流路8を密閉することができる。流路8は、圧力及び/又は熱を用いて密閉及びクリーブすることができる。一例では、流路8は、インプットリザーバ2の出口及びアウトプットリザーバ3への入口において密閉される。これは、2次PCRを行う前の混合液体のハンドリング及び/又は貯蔵を容易にすることができる。アリコートブラダ7とアリコートレセプタクル11及び/又はウェルとの間の流路は、熱及び/又は圧力を用いて密閉することができ、熱又はブレード等の機械的カッタを用いてクリーブすることができる。クリーブされた表面における残留核酸は、熱、漂白剤処理等の化学的方法、又はUV照射等の照射を用いて除去することができる。これらの核酸を除去することによって、汚染の機会が削減される。
図10a〜図10hは、図1c〜図1hに示す装置の機能を示している。
図10aは装置の側面図である。プレッサ35cは、薄い層15d及び15eをベント5cに対して加圧し、それによって、チャンバ8iからアリコートレセプタクルバイアル内への通路を遮断する。
図10b及び図10cは装置の上面図である。図10bは、液体の流れ方を示している。液体は、ポート8g及び8jを介してチャンバ8i内に流入し、閉じたベント5cを通り過ぎ、チャンバの端部を回って反対方向に戻り、その後、ポート8k及び8hを通ってチャンバの外部に戻ることができる。
図10cにおいて、流出ベント8hは、その後、遮断される。その後に適度の圧力を用いて流入口ポート8gに進められた液体は、チャンバの上側表面(図10aに15dで示す)を拡張させることができる。この拡張の度合いは、チャンバ壁の弾性及び厚さと、印加される圧力とに依存する。
図10d(側面図)及び図10e(側面図)は、プレッサ35cの間で装置と接触する密閉バー37cを示している。これらの密閉バーは、チャンバ内の液体を当該バーの下から移動させる。電流が、その後、密閉バーに通電され、密閉バーを加熱して、チャンバの2つの層15d及び15eを熱溶接する。この動作によって、液体アリコートを収容する複数の個別のより小さなチャンバ7bが形成される。
図10f(側面図)は、もはや必要とされず、除去されない場合には下流側の操作、及び/又は、遠心分離機及び/又はqPCR機等の器具の妨げとなる流体装置45の部分の密閉、クリーブ、及び除去を示している。密閉は、加熱及び/又は接着等の手法を用いて行うことができる。クリーブは、溶融温度を上回る加熱、機械ブレード62、及び/又はレーザ切断等の複数のメカニズムを用いて行うことができる。クリーブされた境界面におけるPCR生成物等の材料の放出を防止するために、クリーブ部位におけるPCR生成物が化学的に分解されるように、高温及び延長された時間で加熱を行うことができる。熱に代えて及び/又は熱に加えて、漂白剤61等の化学剤を付加して核酸配列を分解することもできる。電離放射線及び/又は非電離放射線を照射して核酸配列を分解することもできる。
図10g(側面図)は、プレッサ35cによって印加された圧力の解放と、それによるベント5cを通る通路の開放とを示している。通路の開放によって、密閉バーによって形成された小さなチャンバ7b内の液体アリコートは、アリコートレセプタクル11内に流入することが可能になる。
図10h(側面図)は、密閉バー37cからの圧力の解放と、より効率的で信頼性のある下流側の処理を得るために、アリコートレセプタクル11に入った全ての液体をアリコートレセプタクル11の底部に進めるその後の遠心分離とを示している。
図11a〜図11kは、図1i〜図1pに示す装置の機能を示している。
図11aは、通路8eを閉鎖するヒンジングポイント35dにおける屈曲を示す装置の上面図であり、図11bは、その側面図である。閉鎖後、液体は、ポート8g内に進められ、弾性上部層15dを拡張することによってチャンバ8iを充填する。液体は、閉鎖された通路8eを通り越して流れ、ポート8jを通ってチャンバから流出する。ポート8jは、その後、遮断され、チャンバ8i内の体積量は、チャンバ壁15d及び15eの弾性及び厚さと、印加される圧力とに依存する。
図11c(側面図)及び図11d(側面図)は、密閉バー37cを示している。この密閉バーは、規則的な間隔で、装置の表面と接触し、表面を加圧し、それによって、チャンバ内の液体をバーの下から移動させ、その後、チャンバの2つの層を熱溶接し、液体アリコートを収容する複数のより小さな個別のチャンバ7bを形成する。
図11e(上面図)及び図11f(90度回転された側面図)は、ヒンジポイント35dにおける屈曲をなくし、それによって、通路8eの開口部が、アリコート7bからベント5cを通ってアリコートレセプタクルバイアル内への液体の流れを可能にすることを示している。
図11g(上面図)は、もはや必要とされていない流体装置45の部分の密閉、クリーブ、及び除去を示している。これらの部分は、その後のサンプルハンドリング操作の妨げとなる場合がある。密閉及びクリーブは、溶融温度を上回る加熱、機械ブレード62、及び/又はレーザ切断等の複数のメカニズムを用いて行うことができる。クリーブされた界面におけるPCR生成物汚染物質の放出を防止するために、高温及び延長された時間で加熱を行うことができ、及び/又は、クリーブされた界面におけるPCR生成物が化学的に分解されるように漂白剤等の化学剤を用いることができ、及び/又はUV照射等の照射を用いることができる。
図11h(上面図)、図11j(側面図)及び図11i(90度回転された側面図)は、より効率的で信頼性のある下流側の処理のために、装置をこの時点で遠心分離機にかけて、液体をアリコート7bからアリコートバイアルの底部に進めることができることを示している。図11iは、遠心分離中にアリコートからアリコートバイアルの底部に液体をより効率的に排出するために、ヒンジポイントを僅かに上向きに屈曲させることができることを示している。
図11kは、下流側のサンプル処理において用いられる複数の装置にとって適切なチューブ間隔を可能にするために、ヒンジポイントがこの時点で下方に屈曲されていることを示している。
図12a〜図12hは、破裂可能膜を含む図1c〜図1hに示す装置の機能を示している。
図12aは装置の側面図である。破裂可能膜15gは、チャンバ8iからアリコートレセプタクルバイアル内への液体の通路を遮断する。
図12b及び図12cは装置の上面図である。図12bは、流体の流れ方を示している。液体は、ポート8g及び8jを介してチャンバ8i内に流入し、破裂可能膜によって遮断されたベント5cを通り過ぎ、チャンバの端部を回って反対方向に戻り、その後、ポート8k及び8hを通ってチャンバの外部に戻ることができる。
図12cにおいて、流出口ポート8hは、その後、遮断され、流体が、適度の圧力を用いて流入口ポート8gに進められると、チャンバの上側表面(図12aに15dとして示す)は、可撓性材料層であるので拡張することができる。この拡張の度合いは、チャンバ壁の弾性及び厚さと、印加される圧力とに依存する。
図12d(側面図)及び図12e(上面図)は、プレッサ35cの間で装置と接触する密閉バー37cを示している。これらの密閉バーは、チャンバ内の液体を当該バーの下から移動させる。電流が、その後、密閉バーに通電され、密閉バーを加熱して、チャンバの2つの層15d及び15eを熱溶接する。この動作によって、流体アリコートを収容する複数の個別のより小さなチャンバ7bが形成される。
図12f(側面図)は、もはや必要とされず、除去されない場合には下流側の操作、及び/又は、遠心分離機及び/又はqPCR機等の器具の妨げとなる流体装置45の部分の密閉、クリーブ、及び除去を示している。密封及びクリーブは、加熱、機械ブレード62、及び/又はレーザ切断等の複数のメカニズムを用いて行うことができる。クリーブされた境界面におけるPCR生成物等の材料の放出を防止するために、クリーブ部位におけるPCR生成物が化学的に分解されるように、高温及び延長された時間で加熱を行うことができる。熱に代えて及び/又は熱に加えて、漂白剤61等の化学剤を付加し又はUV照射63を照射して核酸配列を分解することもできる。
図12g(側面図)は、膜15gの破裂を示している。下向きの圧力が、層15dの上部のプレッサ35cによって印加される。層15dは、破裂可能膜15gよりも大幅に大きな弾性を有するので、この弾性層は曲がるのに対して、下にある膜は同じ距離を曲がることができず、したがって破裂し、それによって、ベント5cに通じる通路を開放する。これによって、流体アリコートは、サンプルレセプタクルバイアル内に流入することが可能になる。幾つかの例では、膜の破裂は機械的要素によって行われる。一例示の実施態様では、破裂可能膜は金属フォイルである。
図12h(側面図)は、プレッサ35c及び密閉バー37cからの圧力の解放と、より効率的で信頼性のある下流側の処理を得るために、ベント5cに入った全ての流体をバイアルの底部に進めるその後の遠心分離64とを示している。
図13は、図1c、図1d、及び図1eに示す装置の液体アリコート部を、インプットリザーバブラダ72及び移送容器を含む上流側及び下流側のフルイディックスと統合することができる方法を例示する装置構成を示している。図13には、インプットサンプル移送容器とインタフェース接続するポート71がある。液体は、混合ブラダ72に提供され、その後、装置の液体分配部として機能する通路73を通って流れ、その後、液体の最初の部分はアウトプットリザーバ74に到達する。領域37は、液体分配部を装置の残りの部分から分離する密閉操作及び/又はクリーブ操作を示している。
図14aは、本明細書に沿った一例による液体アリコートを形成する装置100の上面図を示している。図14bは、同じ装置100の側面図を示している。装置100は、弾性を有する第1の層115Aと、第1の層115Aに重なる第2の層115Bと、或る体積量の液体を受け取って保持する第1の流路108であって、第1の層115A及び第2の層115Bから形成される第1の流路108と、弾性を有する層115Aを加圧し、それによって、液体で充填された流路108を一連の液体アリコートに分割する第1のアクチュエータ135と、一連のアリコートに対応付けられた一連のベント105と、対応付けられたベント105を通る液体アリコートの流れを制御する第2のアクチュエータ137と、ベント105を通って流れる液体アリコートを収容するアリコートレセプタクル111を取り付ける取り付け構造物112とを備える。
装置100は、液体アリコートを形成する装置100である。装置100は、複数のアリコートを形成することができる。これらのアリコートは、同じ体積量を有することもできるし、異なる体積量を有することもできる。装置100は、生成物の移送に伴う汚染及び/又は偽陽性の発生頻度を低減することができる。
装置100は、第2の層115Bに重なる弾性を有する第1の層115Aを備える。弾性を有する第1の層115A及び第2の層115Bは、液体の所望の計測を行うのに用いられる様々な特徴部の壁を形成する。弾性を有する第1の層115A及び第2の層115Bは、それらの間に流路108を形成する。流路108は入口及び出口を有する。流路108は、液体を収容するために拡張することができる。弾性を有する第1の層115A及び第2の層115Bは、ポリマーから形成することができる。一例では、一方又は双方の層115は、熱を用いて、例えば、流路108の複数の部分を密閉するように形を変えることを可能にする熱可塑性材料から形成することができる。
流路108は、空であるとき体積量を有しないが、弾性壁のうちの1つ以上のものが拡張するので流体で充填することができる。流路は波状とすることができる。流路108はジグザグ経路とすることができる。流路108は、複数の接続されたチャンバを備えることができる。流路108は、単純な機械的作動を用いて複数の体積体の隔離を可能にするように設計することができる。様々な、適した幾何形状が図に示されている。流路108の隔離された各体積体は、対応付けられたベント105を有する。ベント105は、流路108の隔離された部分から所望のアリコートレセプタクル111内に液体を移すのに用いられる。ベント105の開閉は、制御することができる。
アリコートの体積量は均一とすることができる。アリコートの体積量は異なることもできる。アリコートの体積体は、第1のアクチュエータ135によって隔離することができる流路108の部分である。第1のアクチュエータ135は、流路108のこれらの部分を互いに隔離する。これによって、アリコートをそれらのレセプタクル111に移している間に、隔離された体積体(及び対応付けられた液体アリコート)間の連通が防止される。
各アリコート体積体は、対応付けられたベント105を有する。ベント105は、流路108の充填の間、閉鎖することができる。圧力の軽減、展開、又は膜の破裂等のメカニズムを用いることによって、ベント105が開放されると、流路108からの液体は、ベント105を通ってレセプタクル111内に流入することができる。レセプタクル111は、チューブ、バイアル、ウェル、及び/又は他の所望の容器とすることができる。第1のアクチュエータ135は、流路108の複数の体積体を隔離する。一例では。第1のアクチュエータ135は、流路108の複数の部分を下向きに加圧して複数の体積体を隔離する。第1のアクチュエータ135は、熱及び/又は圧力を含むことができる。第1のアクチュエータ135によって閉鎖された流路108の部分は、閉鎖された部分における体積量を最小にする特徴部を備えることができる。これらの部分は、開放から閉鎖への遷移を生み出す機械的特徴部を備えることができる。一例では、体積体の隔離は可逆的でない。第1のアクチュエータ135は、ラッチ及び/又は同様のメカニズムを作動させて、流路108のこれらの部分を閉鎖状態に維持することができる。
第2のアクチュエータ137は、隔離された体積体の上方にある第2のシートに圧力を印加することができる。この圧力によって、隔離された体積体内の液体は、ベント105を通ってアリコートレセプタクル111内に移される。第2のアクチュエータ137は、複数の体積体を同時に作動させることができる。第2のアクチュエータ137は、複数の体積体を順次作動させることもできる。第2のアクチュエータ137は、体積体の一方の側部から他方の側部に横方向に移動して、隔離された体積体内の液体をベント内へ駆動することができる。第2のアクチュエータ137は、ベント105から離れて体積体と接触し、弾性を有する第1の層115Aをベント105に向けて下方に徐々に加圧する傾斜した接触部分を有することができる。
第2のアクチュエータ137は、破裂可能膜とすることができ、この膜の破裂によって、対応付けられたベントを通る液体アリコートの流れが制御される。この例では、ベント105は、破裂可能膜によって遮断される。膜に対する圧力は、膜が破裂するまで増加され、破裂後、液体アリコートは、ベント105を通ってアリコートレセプタクル111に流れることができる。
一例では、第2のアクチュエータ137はプレッサであり、第2の弾性層を第1の層に向けて加圧することによって、対応付けられたベント105を通る液体アリコートの流れが制御される。プレッサは、ベントを塞ぐことができる。ベント105は、プレッサがアリコートの上方の第1の弾性層115Aを押し下げると、圧力を受けて開くことができる。
第2のアクチュエータ137はローラとすることもできる。ローラは、蠕動効果を用いて、ベント105を通じて液体アリコートを押進することができる。ローラは、アリコートの一方の側部から弾性層115を押し下げ、ベント105に向けて押し進めることができる。
装置100は、インプットリザーバ2を備えることができる。インプットリザーバ2は、弾性を有する第1の層115Aと第2の層115Bとの間に配置することができ、インプットリザーバ2は、流路108への供給を行う。流路108への入口は、図1において説明したインプットリザーバと同様のインプットリザーバ2に直接接続することができる。インプットリザーバ2は、インプットリザーバ2内の液体を撹拌及び/又は混合するアクチュエータを備えることができる。一例では、回転ナブ(rotating nub)が、インプットリザーバ2の上方にある弾性を有する第1の層115Aを加圧し、インプットリザーバ2内の液体を撹拌する。
装置100は、インプットリザーバ2と流路108との間にアクショナブル弁(actionable valve)を備えることができる。この弁は、インプットリザーバ2における混合中、閉じることができる。この弁は、所定の圧力が弁に印加されると開くことができる。一例では、インプットリザーバ2への流入(複数の場合もある)が遮断され、その後、圧力が、インプットリザーバ2の上方にある弾性を有する第1の層115Aに印加される。この圧力が所定の閾値に達すると、弁が開き、液体が流路108内に流入し、流路108を拡張して、閉じ込められた空気を流路108の端部から押し出す。
流路108の端部は、図1に記載されたアウトプットリザーバと同様のアウトプットリザーバ3に接続することができる。アウトプットリザーバ3は、流路108から残留空気と、流路108を通って流された初期量の液体とを収容する。幾つかの例では、初期液体はバルク液体と異なる組成を有し、初期液体をアウトプットリザーバ3内に流すことによって、アリコート内でより均一のサンプルが得られる。流路が完全に空であり、流体が注入される前に空気がない場合、及び、流路の壁が、インプットされた流体を変質させない場合には、アウトプットリザーバを除去することも可能であり得る。
図15は、本明細書に沿った液体アリコートを準備するシステム200の一例を示している。システム200は、1つの端部でインプットリザーバ202に接続された弾性流路208と、インプットリザーバ202から流路208内に液体を流入させる第3のアクチュエータ239と、流路208を複数の液体アリコートに分割する第1のアクチュエータ235と、流路208の隔離された部分からベント105を通って取り付けられたアリコートレセプタクル111内への液体アリコートの流れを制御する第2のアクチュエータ237とを備える。
弾性流路208は、複数の異なる特徴部を形成する、弾性を有する第1の層215Aと、第2の層215Bとを備えることができる。層215A、215Bは、装置300の複数の液体ハンドリング体積体の一部を形成する。層215A、215Bは、弾性を有する第1の層215Aの上側(外側)表面を加圧して圧力を印加し及び/又は含まれる液体を流すことによって、装置300の複数の液体体積体に圧力を印加することを可能にする。幾つかの例では、流路208の幾つかの部分は、弾性を有し、容易に膨張する一方、他の部分は、例えば、流路208の壁の厚さの変化に起因して、より高い剛性を有する。これは、アリコートの形成を容易にするチャンバ及び/又は流路208の他の特徴部を形成するのに用いることができる。
一例では、システムは、ベースプレート215Cを備える。ベースプレート215Cは、使い捨て可能なもの又は再利用可能なものとすることができる。ベースプレート215は、システムに剛性を与えることができる。ベースプレート215Cは、アリコートレセプタクル111の支持部を備えることができる。ベースプレートは、ポリウレタン、ポリカーボネート等のポリマーとすることができる。ベースプレート215Cは、金属、例えば、鋼鉄、アルミニウム、銅とすることができる。ベースプレートは、層115A及び115Bと整列するための位置合わせ特徴部を備えることができる。例えば、ベースプレート115Cは、第2の層115Bの孔に嵌合して位置合わせを容易にするノブ及び/又は突起部を備えることができる。
ベースプレート215Cは、アクチュエータ235、237、及び239を備える機械装置の一部とすることができる。ベースプレートは、この機械装置から取り外し可能とすることができ、これによって、機械装置に配置する前に層215B及び215Aの装填が可能になる。
インプットリザーバ202は、第1の弾性層215A及び第2の層215Bによって形成することができる。インプットリザーバ202は、アリコートされる液体及び/又はその溶液を形成する成分を収容する。幾つかの例では、液体は、インプットリザーバ202にいる間に混合及び/又は均質化される。インプットリザーバ202を流路208に接続するゲート及び/又は弁を混合中に閉じて、より大きな圧力を混合中に印加することを可能にすることができる。インプットリザーバ202は、液体を流路208に提供する。インプットリザーバ202は、第1の層及び第2の層115から離して配置することができる。インプットリザーバ202は、ポート及び/又は同様の接続部を通して液体を流路208に提供することができる。一例では、インプットリザーバは移送チューブである。別の例では、この移送チューブは、インプットリザーバ203に液体を提供する。移送チューブの蓋を2つのニードルによって貫通することができる。第1のニードルは、液体を移送チューブに提供して、移送チューブにおいて任意の材料を溶解及び/又は希釈するのに用いられる。第2のニードルは、混合物を受け取り、流路208及び/又はインプットリザーバ202に提供する。
アウトプットリザーバ203は、第1の弾性層215A及び第2の層215Bによって形成することができる。アウトプットリザーバ203は、流路208の遠位端からの空気及び/又は液体を収容する。アウトプットリザーバ203は、流路208から残留空気を取り除くのに用いられる液体を収容する。流路から残留空気を取り除くことによって、流路208の各体積体が、所望の量の液体を収容することが可能になる。これは、形成され、レセプタクル内に搾りだされるアリコートの体積体に対する制御を提供する。アウトプットリザーバのサイズを最小にすることが可能な場合もあるし、液体で充填する前に空気が流路に存在しない場合には、アウトプットリザーバ全体を除去することが可能な場合もある。
アウトプットリザーバ203は、層115から離して配置することができる。アウトプットリザーバ203は、弁、ポート、取付具、ベント、及び/又は同様のメカニズムによって流路208に接続することができる。流路208から放出された空気及び液体は、アウトプットリザーバ203に取り込むことができる。一例では、アウトプットリザーバ203内の液体は、貯めて対照(control)として用いることができる。
流路208は、インプットリザーバ202及びアウトプットリザーバ203を接続する。液体は、インプットリザーバ202からアウトプットリザーバ203に流される。第1のアクチュエータ235は、その時、流路208の複数の部分を閉鎖し、液体アリコートを収容する複数の体積体を形成する。アリコートは互いに隔離される。アリコートは、インプットリザーバ202及びアウトプットリザーバ203から隔離される。
第1のアクチュエータ235は、液体で充填された流路208の複数の体積体を互いに隔離する。隔離された各体積体はアリコートとすることができる。第1のアクチュエータ235は、可逆的に体積体を隔離することができる。第1のアクチュエータ235は、不可逆的に複数の体積体を隔離することができる。例えば、第1のアクチュエータ235は、弾性層115Aを第2の層115Bに対して機械的に加圧し、次に、遮断された流路208の領域を加熱して、流路208を密閉することができる。一例では、第1のアクチュエータ235は、流路208を閉じた状態に維持する機械式ラッチを作動させる。このラッチは、ベースプレート215C及び/又はポリマーフィルム215A、215B内に成型することができる。ラッチは、弾性層115Aの上部において加圧される使い捨て可能及び/又は再利用可能構成要素として設けることができる。第1のアクチュエータ235は、第1の層115A及び第2の層115Bを溶接し、それによって、液体アリコートを互いに密閉することが可能な加熱要素を含むことができる。この加熱要素は、抵抗加熱器とすることができる。
第2のアクチュエータ237は、隔離された体積体からレセプタクルに液体を移すことを可能にする。一例では、第2のアクチュエータ237は、流路208における液体の隔離された体積体の上方にあるポリマーフィルム215Aを加圧する。液体は、流路208における開口部から外部に押し進められ、レセプタクル内に堆積される。この開口部は、ゲート、弁、ベント等とすることができる。レセプタクル111は、ウェル、チューブ、バイアル、及び/又は他の容器とすることができる。第2のアクチュエータ237は、ベント205の遮断を解除し、液体が隔離された体積体から流出することを可能にすることができる。液体は、弾性を有する第1の層215Aからの圧力及び/又は反動を受けた状態で流れることができる。
第2のアクチュエータ237は、隔離された体積体から全ての液体を移すことができる。第2のアクチュエータ237は、体積体の一部分を移すことができる。一例では、アリコートをアリコートレセプタクル111の底部に収集するのに遠心分離が用いられる。例えば、装置300は、更なる試験のために、遠心分離を受けて液体をアリコートレセプタクル111の所望の場所に移動させることができる。
第2のアクチュエータ237は、隔離された体積体の各々からアリコートを同時に移すことができる。アリコートを順次移すこともできる。アリコートは、チューブ、バイアル、ウェル等に移すことができる。全てのアリコートをチューブストリップのチューブ内に移すことができる。
第3のアクチュエータ239は、インプットリザーバ202から流路208内への液体の流入を誘発する。一例では、第3のアクチュエータ239は、インプットリザーバ202の上方の弾性を有する第1の層を加圧して、圧力をインプットリザーバ202内の液体に印加し、流れを誘発する。第3のアクチュエータ239は、インプットリザーバ202と通路208との間のゲート及び/又は弁を動作させることができる。第3のアクチュエータ239は、ゲート及び/又は弁を開放して、インプットリザーバ202から流路208に液体を流すことができる。第3のアクチュエータ239は、ローラとすることができる。
システムは、センサを更に備えることができる。センサは、システム内の或る箇所における液体の存在を検出することができる。センサは、温度を検出することができる。センサは、電気センサ、光センサ、及び/又は他のセンサとすることができる。センサからの情報は、アクチュエータ235、237、及び/又は239を起動するのに用いることができる。複数のセンサを用いて、アリコート形成プロセスのオートメーションを容易にすることができる。アクチュエータ及びセンサは、プロセッサと、命令を含む関連したメモリとを備えるコントローラによって動作させることができる。そのような構成要素は、関連した活動のオートメーションを容易にすることができる。
システム300は、シーラ(sealer:封止器)を更に備えることができる。シーラは、液体が、隔離された体積体から移された後、隔離された体積体とレセプタクル111との間の接続を封止する。シーラは、核酸を分解して汚染を削減する。シーラは、機械式圧力、ブレード、ハサミ、及び/又は同様の機械構成要素を用いることができる。シーラは、熱可塑性材料、例えば、熱可塑性材料層215の一部分を加熱及び溶融/リフローすることができる。シーラは、化学物質、例えば、酸化剤及び/又は漂白剤を付加し、及び/又は放射線、例えば、UV光を照射することができる。
図16は、核材料を含有する液体をアリコートに分割する方法300のフローチャートを示している。方法300は、2つの材料層の間に形成された弾性流路内に液体を流すこと(310)と、熱及び圧力のうちの少なくとも一方を用いて流路を分割し、それによって、一連の液体アリコートを形成すること(320)と、これらの液体アリコートを対応付けられたベントを通して個々のアリコートレセプタクル内に分配すること(330)とを含む。
核材料を含有する液体をアリコートに分割する方法300は、弾性流路内に液体を流すこと(310)を含む。弾性流路は、弾性材料から構成された少なくとも1つの壁を有する。弾性材料はエラストマーとすることができる。弾性材料はポリマーとすることもできる。弾性材料は複合物とすることもできる。一例では、弾性材料は、少なくとも50%の回復可能な弾性変形(デルタL/L)を有する。
方法300は、熱及び圧力のうちの少なくとも一方を用いて流路を分割し、それによって、一連の液体アリコートを形成すること(320)を含む。一例では、流路8は、まず、圧力によって分割され、次に、熱可塑性材料を溶かす熱を用いて密閉される。
方法300は、液体アリコートを対応付けられたベントを通して個々のアリコートレセプタクル内に分配すること(330)を含む。ベントは、アリコートの分配を可能にするように開放することができる。ベントは、液体アリコートに対する圧力が増加すると開放することができる。液体アリコートの上方の層を加圧及び/又はローリングしてアリコートの液体を移動させることができる。個々のレセプタクルは、ウェルプレートのウェル、PCRバイアル、及び/又は液体を保持する他のレセプタクルとすることができる。
方法300は、液体をインプットリザーバ内に流入させることと、インプットリザーバにおいて液体を混合することと、液体を流路内に流入させることと、一連の液体アリコートを形成するのに用いられる流路の一部分を液体で充填することとを更に含むことができる。
方法300は、移送容器を貫通することと、液体を移送容器内に注入することと、液体を移送容器からインプットリザーバに移すこととを更に含むことができる。
方法300は、ベントを通して液体アリコートをアリコートレセプタクル内に収容することと、アリコートレセプタクルと分配装置の取り付けられた部分とを分配装置の異なる部分から分離することと、アリコートレセプタクルと、装置の取り付けられた部分とを遠心分離機にかけて、液体アリコートを集約することとを更に含むことができる。
所望のシステムが得られるように、上述の様々な例からの要素を組み合わせて整合させることができる。例えば、図5からの希釈剤の2次ポート31は、図1に容易に組み込むことができる。リザーバ1、2、3及びインプットポート21の数は、異なるサンプル準備のニーズを反映するように変更することができる。本明細書によって記載された原理の範囲内には、膨大な数の変形形態が存在することが理解されるであろう。記載された例は、単なる例にすぎず、特許請求の範囲の範囲も利用可能性も構成も多少なりとも限定することを意図するものでないことも理解されるべきである。

Claims (15)

  1. 第1の層と、
    前記第1の層に重なる弾性を有する第2の層と、
    或る体積量の液体を受け取って保持する第1の流路であって、前記第1の層及び前記第2の層から形成される、第1の流路と、
    前記弾性を有する層を加圧し、それによって、前記液体で充填された流路を一連の液体アリコートに分割する第1のアクチュエータと、
    前記一連のアリコートに対応付けられた一連のベントと、
    前記対応付けられたベントを通る液体アリコートの流れを制御する第2のアクチュエータと、
    前記ベントを通って流れる液体アリコートを収容するアリコートレセプタクルを取り付ける取り付け構造物と、
    を備える、液体アリコートを形成する装置。
  2. 前記第1のアクチュエータは、前記第1の層及び前記第2の層を溶接し、それによって、前記液体アリコートを互いに密閉することが可能な加熱要素を含む、請求項1に記載の装置。
  3. 前記第2のアクチュエータは、ヒンジを備える第2の流路であり、前記ヒンジの動きは、前記第2の流路における液体アリコートの流れを制御する、請求項1に記載の装置。
  4. 前記第2のアクチュエータは破裂可能膜であり、前記膜の破裂は、前記対応付けられたベントを通る液体アリコートの流れを制御する、請求項1に記載の装置。
  5. 前記第2のアクチュエータはプレッサであり、前記第2の弾性層を前記第1の層に向けて加圧することは、前記対応付けられたベントを通る液体アリコートの流れを制御する、請求項1に記載の装置。
  6. 前記第2のアクチュエータは、並進運動を用いて液体アリコートにベントを通過させるローラである、請求項1に記載の装置。
  7. 前記第1の流路に液体を提供するインプットリザーバを更に備える、請求項1に記載の装置。
  8. 前記第1の流路の遠位端から液体を受け取るアウトプットリザーバを更に備える、請求項1に記載の装置。
  9. 核材料を含有する液体をアリコートに分割する方法であって、
    前記液体を弾性流路内に流入させることと、
    熱及び圧力のうちの少なくとも一方を用いて前記流路を分割し、それによって、一連の液体アリコートを形成することと、
    前記液体アリコートを対応付けられたベントを通して個々のアリコートレセプタクル内に分配することと、
    を含む、方法。
  10. 前記液体をインプットリザーバ内に流入させることと、
    前記インプットリザーバにおいて前記液体を混合することと、
    前記液体を前記流路内に流入させることと、
    前記一連の液体アリコートを形成するのに用いられる前記流路の一部分を前記液体で充填することと、
    を更に含む、請求項9に記載の方法。
  11. 移送容器を貫通することと、
    前記液体を前記移送容器内に注入することと、
    前記液体を前記移送容器から前記インプットリザーバに移すことと、
    を更に含む、請求項10に記載の方法。
  12. ベントを通して液体アリコートをアリコートレセプタクル内に収容することと、
    前記アリコートレセプタクルと分配装置の取り付けられた部分とを、前記分配装置の異なる部分から分離することと、
    前記アリコートレセプタクルと、前記装置の前記取り付けられた部分とを遠心分離機にかけて、前記液体アリコートを集約することと、
    を更に含む、請求項9に記載の方法。
  13. 1つの端部がインプットリザーバに接続された弾性流路と、
    前記インプットリザーバから前記流路内への液体の流れを制御する第3のアクチュエータと、
    前記流路を複数の液体アリコートに分割する第1のアクチュエータと、
    前記流路の隔離された部分からベントを通って取り付けられたアリコートレセプタクル内への液体アリコートの流れを制御する第2のアクチュエータと、
    を備える、液体アリコートを準備するシステム。
  14. 移送容器を前記インプットリザーバに流体接続するインプットポートを更に備え、前記移送容器に提供された液体は、その後、前記インプットリザーバに提供される、請求項13に記載のシステム。
  15. 前記流路の一部分を不可逆的に密閉するシーラと、
    前記流路の密閉された部分をクリーブし、それによって、前記アリコートレセプタクルと、対応付けられて含まれる前記装置の部分とを、前記装置の前記残りの部分から分離するカッタと、
    を更に備え、
    前記密閉された部分のクリーブされた表面に存在する核酸が、熱、化学的処理、電離放射線、及び非電離放射線のうちの少なくとも1つを用いて分解される、請求項13に記載のシステム。
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