JP2022537539A - 試料分析のためのシステム - Google Patents

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Abstract

本開示は、生体試料を処理及び／又は分析するための装置、システム、及び、方法を提供する。生体試料を処理及び／又は分析するための分析装置は、移動キャリッジを備えてもよい。分析装置は携帯可能であってもよい。分析装置は、分析装置のハウジングの外部のモバイル電子機器から分析を実行するための命令を受信してもよい。【選択図】図1Ａ

Description

相互参照
この出願は、その全体が参照により本願に組み入れられる２０１９年６月１８日に出願された米国仮特許出願第６２／８６２，９３８号の利益を主張する。
核酸に基づく増幅反応は、現在、遺伝性及び感染性の疾患の検出のために研究所及び臨床検査室で幅広く使用される。しかしながら、これらの増幅反応を行なうために使用される装置及びシステムは大型になる場合がある。これは、それらの携帯性及び現場での使用を制限する場合がある。更に、分析のために試料を研究室に輸送する必要性は、取り扱いによる汚染、試料の分解、及び、分析の結果の取得の遅延をもたらし得る。更に、幾つかの分析は、試料調製のために手作業を必要とする場合がある。試料調製は、試料又は試薬を収容する容器のキャップの除去、試料を処理するのに必要な試薬の種類の決定又は量の測定、及び、１つ以上の試薬を一緒にピペッティングすることを含むことができる。
本明細書中では、生体試料を分析するための携帯型分析装置の必要性が認識されている。本開示は、実質的に実験室のない環境で試料から検体を増幅及び／又は検出するための携帯型分析装置及び方法を提供する。そのような分析の結果は、被検体などのユーザに向けられてもよい。その後、ユーザは、疾患（例えば、感染性疾患又は汚染）の同定を含む様々な目的のために分析の結果を使用することができる。
試料調製のための幾つかの方法に関連する様々な制限も本明細書中で認識される。試料調製は、複数の工程及びオペレータの関与を必要とする、労働集約的であってもよい。幾つかの労働集約的な工程は、分析ごとに異なってもよく、それにより、オペレータの誤り及びオペレータによる試料の汚染の可能性をもたらす。試料の手動処理は、オペレータが潜在的に危険な生物学的化学物質に曝露するリスクを伴い得る。
試料調製のための現在の方法の特定の限界を考慮して、本明細書中で認識されるのは、分析手順のための試料取り扱い及び試料調製プロセスを自動化することができるシステムの必要性である。
一態様において、本開示は、生体試料を処理するための携帯型分析装置であって、約１，５００立方センチメートル未満の体積を有するハウジングと、ハウジング内の少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックであって、該少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックが、複数の分析管を受けるように構成される複数の凹部を備え、複数の分析管のうちの１つの分析管が生体試料を備える、少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックと、少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックと熱連通する少なくとも１つの加熱ユニットであって、該少なくとも１つの加熱ユニットが、少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックを介して分析管に熱エネルギーを供給する、少なくとも１つの加熱ユニットと、励起フィルタ及び発光フィルタを備える少なくとも１つの光路であって、少なくとも１つの光路が、励起源から分析管に励起エネルギーを供給するように構成される、少なくとも１つの光路と、ハウジング内に配置される電源であって、該電源が、少なくとも１つの加熱ユニット及び励起源に電力を供給するように構成される、電源と、を備える携帯型分析装置を提供する。
幾つかの実施形態において、携帯型分析装置は、ハウジング内に回路を備える処理ユニットを更に備え、処理ユニットは、励起エネルギーを供給するように励起源に指示するべく構成される。幾つかの実施形態において、処理ユニットは、少なくとも１つの加熱ユニット及び励起源に動作可能に結合され、処理ユニットは、ハウジングの外部のモバイル電子機器と通信するように構成される。幾つかの実施形態において、処理ユニットは、２つ以上の分析管のうちの少なくとも１つの分析管内の生体試料を処理するための命令をハウジングの外部にあるモバイル電子機器から受けるとともに、命令に応じて、（ｉ）分析管に熱を供給するべく少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックに熱エネルギーを供給するように少なくとも１つの加熱ユニットに指示し、（ｉｉ）励起エネルギーを供給するように励起源に指示するべく構成される。幾つかの実施形態において、命令は、少なくとも１つの加熱ユニットの温度及び／又はこの温度に少なくとも１つの加熱ユニットが保持される持続時間を含む。幾つかの実施形態において、携帯型分析装置は、処理ユニットとモバイルモバイル電子機器との間で無線通信を行なう通信ユニットを更に備える。幾つかの実施形態において、少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックは、それぞれが複数の凹部のうちの１つの凹部を備える複数の加熱サブユニットを備え、複数の加熱サブユニットのうちの１つの加熱サブユニットは、励起エネルギーが分析管内の生体試料に伝わることができるようにするために加熱サブユニットの第１の側に配置される第１の開口と、分析管内の生体試料からの発光エネルギーの光学的検出を可能にするために加熱サブユニットの第２の側にある第２の開口とを備える。幾つかの実施形態において、少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックは、２５℃で約０．５ジュール／（グラム×℃）未満の比熱容量を有する材料を備える。幾つかの実施形態において、材料は、アルミニウム、ガラス、鉄、ニッケル、亜鉛、銅、真鍮、銀、及び、それらの任意の組み合わせから成るグループから選択される。幾つかの実施形態において、少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックを構築するために使用される材料の体積が約０．５立方センチメートル未満である。幾つかの実施形態では、少なくとも１つの加熱ユニットが抵抗ヒータを備える。幾つかの実施形態において、少なくとも１つの加熱ユニットは、（ｉ）少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックに対して熱硬化される、又は、（ｉｉ）少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックに半田付けされる。幾つかの実施形態において、少なくとも１つの光路は、励起源から分析管に励起エネルギーを伝達するための１つ以上の光パイプを備える。幾つかの実施形態において、１つ以上の光パイプは、単一のパイプを備える第１の端部と、２つ以上のパイプを備える第２の端部と、それらの端部間の分岐部とを備える。幾つかの実施形態では、励起源が１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える。幾つかの実施形態では、１つ以上のＬＥＤが単色ＬＥＤを備える。幾つかの実施形態では、１つ以上のＬＥＤが複数のＬＥＤを備え、複数のＬＥＤのそれぞれが異なる波長の励起エネルギーを放出するように構成される。幾つかの実施形態において、携帯型分析装置は、ハウジング内に配置される冷却ユニットを更に備え、冷却ユニットが分析管からの熱エネルギーを減少させる。幾つかの実施形態では、冷却ユニットが１つ以上のファンを含み、１つ以上のファンは、分析管に隣接する熱をハウジングの外部に排出するために分析管に隣接して負圧を生成するように構成される。幾つかの実施形態において、携帯型分析装置は、ハウジング内に配置される光検出器を更に備え、光検出器は、分析管内の生体試料からの発光エネルギーを検出するように構成される。幾つかの実施形態では、材料が少なくとも約１００Ｗ／ｍ／Ｋの熱伝導率を有する。
他の態様において、本開示は、生体試料を処理するための携帯型分析装置であって、ハウジングと、ハウジング内の少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックであって、該少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックが、複数の分析管を受けるように構成される複数の凹部を備え、複数の分析管のうちの１つの分析管が生体試料を備える、少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックと、少なくとも１つの加熱ブロックと熱連通する少なくとも１つの加熱ユニットであって、該少なくとも１つの加熱ユニットが、少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックを介して分析管に熱エネルギーを供給する、少なくとも１つの加熱ユニットと、光学フィルタを備える可動キャリッジであって、該可動キャリッジが、励起源から分析管に励起エネルギーを供給する光路と光学フィルタを整列させるように並進するべく構成される、可動キャリッジと、ハウジング内に配置される電源であって、該電源が、少なくとも１つの加熱ユニット、可動キャリッジ、及び、励起源に電力を供給するように構成される、電源と、を備える携帯型分析装置を提供する。
幾つかの実施形態において、携帯型分析装置は、ハウジング内に回路を備える処理ユニットを更に備え、該処理ユニットは、（ｉ）可動キャリッジに並進するように指示する、及び／又は、（ｉｉ）励起エネルギーを供給するように励起源に指示するように構成される。幾つかの実施形態において、処理ユニットは、少なくとも１つの加熱ユニット及び／又は励起源に動作可能に結合され、該処理ユニットは、ハウジングの外部のモバイル電子機器と通信するように構成される。幾つかの実施形態において、処理ユニットは、分析管内の生体試料を処理するための命令をハウジングの外部にあるモバイル電子機器から受けるとともに、命令に応じて、（ｉ）分析管に熱を供給するべく少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックに熱エネルギーを供給するように少なくとも１つの加熱ユニットに指示し、（ｉｉ）分析管を励起エネルギーに晒すように励起源に指示するべく構成される。幾つかの実施形態において、命令は、少なくとも１つの加熱ユニットの温度及び／又はこの温度に少なくとも１つの加熱ユニットが保持される持続時間を含む。幾つかの実施形態において、携帯型分析装置は、処理ユニットとモバイルモバイル電子機器との間で無線通信を行なう通信ユニットを更に備える。幾つかの実施形態では、アクチュエータがモータを備える。幾つかの実施形態において、１つ以上の光路のそれぞれは、励起源から分析管に励起エネルギーを伝達するための１つ以上の光パイプを備える。幾つかの実施形態において、１つ以上の光パイプは、単一のパイプを備える第１の端部と、２つ以上のパイプを備える第２の端部と、それらの端部間の分岐部とを備える。幾つかの実施形態において、携帯型分析装置は、ハウジング内に配置される冷却ユニットを更に備え、冷却ユニットが分析管からの熱エネルギーを減少させる。幾つかの実施形態では、冷却ユニットが１つ以上のファンを含み、１つ以上のファンは、分析管に隣接する熱をハウジングの外部に排出するために分析管に隣接して負圧を生成するように構成される。幾つかの実施形態において、携帯型分析装置は、ハウジング内に配置される光検出器を更に備え、光検出器は、分析管内の生体試料からの発光エネルギーを検出するように構成される。幾つかの実施形態では、光学フィルタが発光フィルタである。幾つかの実施形態では、光学フィルタが励起フィルタである。幾つかの実施形態では、携帯型分析装置が発光フィルタを更に備える。
他の態様において、本開示は、生体試料を分析するための方法であって、（ａ）携帯型分析装置を作動させるステップであって、携帯型分析装置が、（ｉ）約１，５００立方センチメートル未満の体積を有するハウジングと、（ｉｉ）ハウジング内の少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックであって、該少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックが、複数の分析管を受けるように構成される複数の凹部を備え、複数の分析管のうちの１つの分析管が生体試料を備える、少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックと、（ｉｉｉ）少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックと熱連通する少なくとも１つの加熱ユニットであって、該少なくとも１つの加熱ユニットが、少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックを介して分析管に熱エネルギーを供給する、少なくとも１つの加熱ユニットと、（ｉｖ）励起フィルタ及び発光フィルタを備える少なくとも１つの光路であって、該少なくとも１つの光路が、励起源から分析管に励起エネルギーを供給するように構成される、少なくとも１つの光路と、（ｖ）ハウジング内に配置される電源であって、該電源が、少なくとも１つの加熱ユニット及び励起源に電力を供給するように構成される、電源と、を備える、ステップと、（ｂ）分析管内の生体試料を処理するための命令をハウジングの外部のモバイル電子機器から処理ユニットによって受けるステップと、（ｃ）命令に応じて、分析管内の生体試料に熱を供給するべくモノリシック加熱ブロックに熱エネルギーを供給するように少なくとも１つの加熱ユニットに指示するステップと、（ｄ）可動キャリッジを分析管に対応する第１の位置に移動させる際に、分析管内の生体試料を光路を介して励起エネルギーに晒すように励起源に指示するステップと、を含む方法を提供する。
他の態様において、本開示は、生体試料の分析方法であって、（ａ）携帯型分析装置を作動させるステップであって、携帯型分析装置が、（ｉ）ハウジングと、（ｉｉ）ハウジング内の少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックであって、該少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックが、複数の分析管を受けるように構成される複数の凹部を備え、複数の分析管のうちの１つの分析管が生体試料を備える、少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックと、（ｉｉｉ）少なくとも１つの加熱ブロックと熱連通する少なくとも１つの加熱ユニットであって、該少なくとも１つの加熱ユニットが、モノリシック加熱ブロックを介して分析管に熱エネルギーを供給する、少なくとも１つの加熱ユニットと、（ｉｖ）励起エネルギーを供給するように構成される励起源と、（ｖ）励起フィルタ及び発光フィルタを備える可動キャリッジであって、該可動キャリッジが、励起源から分析管に励起エネルギーを供給する光路と整列する第１の位置へ励起フィルタ及び発光フィルタを移動させるように並進するべく構成される、可動キャリッジと、（ｖｉ）ハウジング内に配置される電源であって、該電源が、少なくとも１つの加熱ユニット、可動キャリッジ、及び、励起源に電力を供給するように構成される、電源と、（ｖｉｉ）ハウジング内に回路を備える処理ユニットであって、該処理ユニットが、ハウジングの外部のモバイル電子機器と通信するように構成される、処理ユニットと、を備える、ステップと、（ｂ）分析管内の生体試料を処理するための命令をハウジングの外部のモバイル電子機器から処理ユニットによって受けるステップと、（ｃ）命令に応じて、分析管内の生体試料に熱を供給するべくモノリシック加熱ブロックに熱エネルギーを供給するように少なくとも１つの加熱ユニットに指示するステップと、（ｄ）可動キャリッジを分析管に対応する第１の位置に移動させる際に、分析管内の生体試料を光路を介して励起エネルギーに晒すように励起源に指示するステップと、を含む方法を提供する。
幾つかの実施形態において、可動キャリッジを分析管に対応する第１の位置に移動させるステップは、光路を分析管と位置合わせすることを含む。幾つかの実施形態では、光学フィルタが発光フィルタを備える。幾つかの実施形態では、光学フィルタが励起フィルタを備える。幾つかの実施形態では、携帯型分析装置が発光フィルタを更に備える。幾つかの実施形態において、方法は、（ｄ）に続いて、分析管内の生体試料からの発光を検出するステップを更に含み、発光は、生体試料中の標的分子の有無又は相対量を示す。幾つかの実施形態では、可動キャリッジが複数の光路を備える。幾つかの実施形態において、携帯型分析装置は、可動キャリッジを第１の位置から第２の位置に移動させるためのアクチュエータを更に備える。幾つかの実施形態では、第１の位置において、光路は、分析管と位置合わせされるとともに、分析管内の生体試料を第１の励起エネルギーに晒すように励起源を方向付けることができ、第２の位置において、複数の光路のうちの第２の光路は、分析管と位置合わせされるとともに、分析管内の生体試料を第２の励起エネルギーに晒すように励起源を方向付けることができる。幾つかの実施形態では、第１の励起エネルギーが第１の波長を有し、第２の励起エネルギーが第２の波長を有する。幾つかの実施形態において、方法は、モバイル電子機器から処理ユニットで命令を受信するステップを更に含み、命令は、少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックが維持される少なくとも１つの温度を含む。幾つかの実施形態において、方法は、生体試料から１つ以上の核酸を抽出するステップを更に含む。幾つかの実施形態において、生体試料は、血液試料、植物試料、水試料、土壌試料、及び、組織試料から成るグループから選択される１つ以上の部材を備える、幾つかの実施形態では、生体試料が標的核酸分子を含有する又は含有することが疑われ、また、命令は、標的核酸分子の存在又は相対量を示す（１又は複数の）増幅産物をもたらすのに十分な条件下で、標的核酸分子に対して核酸増幅反応を行なうための（１又は複数の）目標温度及び加熱サイクル及び冷却サイクルの数を含む。幾つかの実施形態において、方法は、モバイル電子機器と通信するデータ交換ユニットを更に備え、該データ交換ユニットは、（ｉ）モバイル電子機器から命令を受信する、又は、（ｉｉ）生体試料の処理時にモバイル電子機器に結果を提供する。
他の態様において、本開示は、試料処理システムであって、第１の流体流路と、第１の流体流路と流体連通する第１のポンプ及び第２のポンプを備える少なくとも２つの多方向ポンプであって、該第１のポンプ及び第２のポンプが、第１の流体流路内の流体を第１の方向及び第２の方向に沿って流すように構成され、第２の方向が第１の方向とは異なる、少なくとも２つの多方向ポンプと、１つ以上の試薬と流体連通する第２の流体流路を備えるカートリッジと可逆的に係合するように構成されるドックであって、該ドックが、カートリッジとの係合に続いて第１の流体流路を第２の流体流路と流体連通させるように構成される、ドックと、カートリッジと流体連通する第３のポンプであって、該第３のポンプがカートリッジ内の少なくとも１つのチャンバを乾燥させるように構成される、第３のポンプと、を備える試料処理システムを提供する。
幾つかの実施形態では、第３のポンプがダイヤフラムポンプである。幾つかの実施形態では、第３のポンプが一方向ポンプである。幾つかの実施形態では、第１の流体流路がバルブを含まない。幾つかの実施形態において、試料処理システムは、少なくとも２つの多方向ポンプに動作可能に結合されるコントローラを更に備え、該コントローラは、第１の流体流路内の流体を第１の方向及び第２の方向に沿って流すように少なくとも２つの多方向ポンプに指示するべく構成される。幾つかの実施形態において、試料処理システムは、ドックがカートリッジと可逆的に係合したときにカートリッジと接触するように構成される本体を備える蓋を更に備え、該蓋は、第１の流体流路と少なくとも２つの多方向ポンプとを備えるハウジングに結合され、該蓋は、（ｉ）本体がカートリッジと接触する第１の位置から（ｉｉ）第１の流体流路が第２の流体流路と流体連通させられる第２の位置までハウジングに向かって移動するように構成される。幾つかの実施形態において、蓋は、ハウジングに対して回転するように構成される。幾つかの実施形態において、少なくとも２つの多方向ポンプのそれぞれは、第１の流体流路内に正圧及び負圧を供給するように構成される。幾つかの実施形態において、少なくとも２つの多方向ポンプのそれぞれは、第１の流体流路内の流体を第１の方向及び第２の方向に沿って流すように構成される。幾つかの実施形態において、試料処理システムは、ドックがカートリッジと可逆的に係合したときに第２の流体流路と流体連通するように構成される第４のポンプを更に備える。幾つかの実施形態では、第４のポンプが蠕動ポンプである。幾つかの実施形態では、少なくとも２つの多方向ポンプのそれぞれが蠕動ポンプである。幾つかの実施形態では、第３のポンプが蠕動ポンプである。幾つかの実施形態では、少なくとも１つのチャンバが廃棄物チャンバである。幾つかの実施形態において、試料処理システムは、少なくとも１つのチャンバと第３のポンプとを接続する導管を更に備え、導管がバルブを備える。幾つかの実施形態において、導管は、第３のポンプの圧力を監視するための圧力センサを備える又は圧力センサに結合される。
他の態様において、本開示は、試料を処理するための方法であって、（ｉ）第１の流体流路と、（ｉｉ）第１の流体流路と流体連通する第１のポンプ及び第２のポンプを備える少なくとも２つの多方向ポンプであって、該第１のポンプ及び第２のポンプが、第１の流体流路内の流体を第１の方向及び第２の方向に沿って流すように構成され、第２の方向が第１の方向とは異なる、少なくとも２つの多方向ポンプと、（ｉｉｉ）カートリッジと可逆的に係合するように構成されるドックと、（ｉｖ）カートリッジと流体連通する第３のポンプであって、該第３のポンプがカートリッジ内の少なくとも１つのチャンバを乾燥させるように構成される、第３のポンプと、を備えるシステムを作動させるステップと、ドックを、１つ以上の試薬と流体連通する第２の流体流路を備えるカートリッジと係合させるステップであって、ドックとカートリッジとの係合に続いて、第１の流体流路が第２の流体流路と流体連通する、ステップと、システム及び１つ以上の試薬を使用して試料を処理するステップと、を含む方法を提供する。
幾つかの実施形態において、方法は、試料を処理した後にカートリッジをドケットから取り外すステップを更に含む。幾つかの態様では、試料が生体試料である。
他の態様において、本開示は、試料処理のためのシステムであって、試料チャンバであって、該試料チャンバ内の試料から１つ以上の核酸分子を捕捉するように構成されるフィルタを備える、試料チャンバと、試料チャンバ内に位置される漏斗であって、試料チャンバから試料チャンバの外部の環境への試料の移動を防止するように構成される、漏斗と、第１の導管によって試料チャンバに流体結合されるウェルであって、該ウェルが試薬を収容するように構成される、ウェルと、第１の導管と流体連通する流体流ユニットであって、該流体流ユニットが試薬をウェルから試料チャンバに流すように構成される、流体流ユニットと、１つ以上の分析管であって、該１つ以上の分析管のうちの１つの分析管が第２の導管を介して試料チャンバに流体結合される、１つ以上の分析管と、流体流ユニットに結合されるコントローラであって、該コントローラが、試料を処理するための命令をモバイル電子機器から受信し、命令にしたがって、（ｉ）試薬をウェルから第１の導管に沿って試料チャンバに流すように流体流ユニットに指示して、試薬及び１つ以上の核酸分子を含む溶液を試料チャンバ内に供給し、（ｉｉ）分析管が溶液の少なくとも一部を受けるように、溶液を試料チャンバから第２の導管に沿って１つ以上の分析管に流すべく流体流ユニットに指示する、ように構成される、コントローラと、を備えるシステムを提供する。
幾つかの実施形態において、漏斗は、試料チャンバからの液体飛散を防止するように構成される。幾つかの実施形態において、漏斗は、試薬が漏斗を通じて試料チャンバに流れることができるようにするべく構成される。幾つかの実施形態において、システムは、１つ以上の分析管に流体結合されて１つ以上の分析管の下流側に配置される第２の流体流ユニットを更に備える。幾つかの実施形態において、第２の流体流ユニットは、第３の導管によって１つ以上の分析管に流体接続される。幾つかの実施形態では、分析管がキャップを備え、分析管と第２の流体流ユニットとの間の第３の導管がキャップ内に配置される。幾つかの実施形態において、第２の流体流ユニットは、試料チャンバから１つ以上の分析管のうちの少なくとも１つに流体を引き込むために負圧を提供するように構成される。幾つかの実施形態において、第２の流体流ユニットは、試料チャンバに正圧を供給して試料中に気泡を発生させ、それにより、試料を混合に供するように構成される。幾つかの実施形態では、第２の流体流ユニットが大気に流体結合される。幾つかの実施形態において、システムは、第４の導管によって試料チャンバに流体結合される廃棄物チャンバを更に備える。幾つかの実施形態において、システムは、廃棄物チャンバと試料チャンバとの間に第４の導管に沿って配置される第３の流体流ユニットを更に備える。幾つかの実施形態において、第３の流体流ユニットは、試料を試料チャンバから廃棄物チャンバに引き込むように構成される。幾つかの実施形態において、試料は、試料チャンバからフィルタを通じて廃棄物チャンバに引き込まれ、それにより、フィルタ内の試料から１つ以上の核酸を捕捉する。幾つかの実施形態では、廃棄物チャンバが通気栓を備え、この通気栓は、液体と接触すると膨張し、廃棄物チャンバを密封する。幾つかの実施形態では、試料チャンバが試料チャンバキャップを更に備える。幾つかの実施形態において、試料チャンバが通気栓を備え、この通気栓は、液体と接触すると膨張し、試料チャンバを密封する。幾つかの実施形態において、システムは、ウェルと試料チャンバとの間に第１の導管に沿って配置されるバルブを更に備える。幾つかの実施形態において、バルブは、第１の導管に沿って流体流ユニットの上流側に配置される。幾つかの実施形態において、システムは、前記ウェルを含む複数のウェルを更に備える。幾つかの実施形態では、システムが複数のバルブを更に備え、複数のバルブのうちの１つのバルブは、複数のウェルと試料チャンバとの間に第１の導管に沿って配置される。幾つかの実施形態において、試薬は、溶解緩衝液、洗浄緩衝液、乾燥剤、及び、溶出緩衝液からなるグループから選択される緩衝液である。幾つかの実施形態では、試料チャンバ、ウェル、及び、廃棄物チャンバの少なくとも１つがシールを備える。幾つかの実施形態では、シールが少なくとも１つの層を備える。幾つかの実施形態において、少なくとも１つの層は、ポリプロピレン、接着剤、又は、アルミニウムを含む。幾つかの実施形態では、分析管がキャップを備え、試料チャンバと分析管との間の第２の導管の少なくとも一部がキャップ内に配置される。幾つかの実施形態では、キャップの内面に沿う第２の導管の端部がチップを備える。幾つかの実施形態では、第２の導管の少なくとも一部がチップに配置される。幾つかの実施形態では、第２の導管の断面積がチップの軸方向長さに沿って減少する。幾つかの態様では、１つ以上の分析管が複数の分析管を備え、チップ内の第２の導管の一部の断面積は、複数の分析管のうちの少なくとも２つにおいて異なる。幾つかの実施形態では、キャップの内面に沿う第３の導管の端部がモレキュラーシーブを備える。幾つかの実施形態では、モレキュラーシーブが多孔質である。幾つかの実施形態では、モレキュラーシーブがガス透過性である。幾つかの実施形態では、モレキュラーシーブが疎水性である。幾つかの実施形態では、キャップが分析管内へ延在する。幾つかの実施形態において、キャップは、分析管の最大作用容積を決定する深さまで前記分析管内へと延在する。幾つかの実施形態において、キャップの深さは、１つ以上の分析管の他の分析管内へと延びる他のキャップの他の深さとは異なる。幾つかの実施形態では、キャップが分析管に取り外し可能に結合される。幾つかの実施形態において、分析管は、標的核酸分子を検出する分析を実施するための１つ以上のプライマー対を備える。幾つかの実施形態では、分析がポリメラーゼ連鎖反応である。幾つかの実施形態において、システムは、試料チャンバと熱連通するヒータを更に備え、ヒータは、分析管内の試料を加熱に晒すように構成される。幾つかの実施形態において、ヒータは、試料を１つ以上の加熱サイクル及び冷却サイクルの一部として加熱に晒すように構成される。幾つかの実施形態では、流体流ユニットがポンプ又は圧縮機である。幾つかの実施形態では、流体流ユニットが１つ以上のポンプを備える。幾つかの実施形態では、１つ以上のポンプが第１のポンプ及び第２のポンプを含み、第１のポンプは、試薬をウェルから試料チャンバに流すように構成され、第２のポンプは、溶液を試料チャンバから１つ以上の分析管に流すように構成される。幾つかの実施形態では、流体流ユニットが１つ以上の圧縮機を備える。幾つかの実施形態において、システムは、ドックを備える試料処理ユニットを更に備え、試料処理ユニットが流体流ユニットを備え、ウェル及び試料チャンバが試料処理カートリッジに含まれ、ドックは、カートリッジを受けてウェル及び試料チャンバを流体流ユニットと流体連通させるように構成される。幾つかの実施形態において、コントローラは、モバイル電子機器と無線通信するように構成される。幾つかの実施形態では、流体流ユニットが圧力センサを備える又は圧力センサに結合される。
他の態様において、本開示は、試料処理のためのシステムであって、試料チャンバであって、該試料チャンバ内の試料から１つ以上の核酸分子を捕捉するように構成されるフィルタを備える、試料チャンバと、第１の導管によって試料チャンバに流体結合されるウェルであって、該第１の導管がウェル内に位置される針に接続され、該ウェルが試薬を収容するように構成される、ウェルと、第１の導管と流体連通する流体流ユニットであって、試薬をウェルから試料チャンバに流すように構成される、流体流ユニットと、１つ以上の分析管であって、該１つ以上の分析管のうちの１つの分析管が第２の導管を介して試料チャンバに流体結合される、１つ以上の分析管と、流体流ユニットに結合されるコントローラであって、該コントローラが、試料を処理するための命令をモバイル電子機器から受信し、命令にしたがって、（ｉ）試薬をウェルから第１の導管に沿って試料チャンバに流すように流体流ユニットに指示して、試薬及び１つ以上の核酸分子を含む溶液を試料チャンバ内に供給し、（ｉｉ）分析管が溶液の少なくとも一部を受けるように、溶液を試料チャンバから第２の導管に沿って１つ以上の分析管に流すべく流体流ユニットに指示する、ように構成される、コントローラと、を備えるシステムを提供する。
幾つかの実施形態では、針が溝を備え、溝が試薬を排出するように構成される。
他の態様において、本開示は、化学的試料又は生体試料を処理及び分析するためのシステムであって、試料調製カートリッジを可逆的に受けて、試料調製カートリッジ内の化学的試料又は生体試料を処理するように構成される試料調製ユニットと、試料調製カートリッジによって処理された化学的試料中又は生体試料中の少なくとも１つの検体を分析するように構成される分析ユニットと、試料調製ユニット及び分析ユニットに動作可能に結合されるコントローラであって、該コントローラが、１つ以上の命令をモバイル電子機器から受けて、（ｉ）学的試料又は生体試料を試料調製ユニットで処理する、又は、試料調製カートリッジによって処理された化学的試料中又は試料中の少なくとも１つの検体を分析する、及び、（ｉｉ）１つ以上の命令に応じて、（１）化学的試料又は生体試料を処理するように試料調製ユニットに指示する、又は、（２）少なくとも１つの検体を分析するように分析ユニットに指示するように構成される、コントローラと、を備えるシステムを提供する。幾つかの実施形態では、試料調製ユニット及び分析ユニットが同じハウジング内にある。
他の態様において、本開示は、試料処理のためのシステムであって、溶液を保持するように構成される試料チャンバと、１つ以上の分析管であって、該１つ以上の分析管のうちの１つの分析管が導管を介して試料チャンバに流体結合され、導管が膨潤性粒子を含む、１つ以上の分析管と、導管と流体連通する流体流ユニットと、流体流ユニットに結合されるコントローラであって、該コントローラが、分析管が溶液の少なくとも一部を受けて膨潤性粒子が導管内で膨潤するように、溶液を試料チャンバから導管に沿って１つ以上の分析管に流すべく流体流ユニットに指示するように構成される、コントローラと、を備えるシステムを提供する。
幾つかの実施形態において、試料チャンバは、試料チャンバ内の試料から１つ以上の核酸分子を捕捉するように構成されるフィルタを備える。幾つかの実施形態において、システムは、更なる導管によって試料チャンバに流体結合されるウェルを更に備え、ウェルが試薬を収容するように構成される。幾つかの実施形態では、流体流ユニットが更なる導管と流体連通し、流体流ユニットは、試薬をウェルから試料チャンバに流すように構成される。幾つかの実施形態において、コントローラは、試薬をウェルから更なる導管に沿って試料チャンバに流して、試薬及び１つ以上の核酸分子を含む溶液を試料チャンバ内に供給するように流体流ユニットに指示するべく更に構成される。幾つかの実施形態において、コントローラは、モバイル電子機器から命令を受信するように構成される。幾つかの実施形態では、分析管がキャップを備え、試料チャンバと分析管との間の導管の少なくとも一部がキャップ内に配置される。幾つかの実施形態では、導管の少なくとも一部が膨潤性粒子を含む。幾つかの実施形態では、膨潤性粒子が第１の断面を有し、分析管が溶液の少なくとも一部を受けた後、膨潤性粒子が第２の断面まで膨潤される。幾つかの実施形態では、膨潤性粒子の第１の断面が導管の断面よりも小さい。幾つかの実施形態では、膨潤性粒子の第１の断面が少なくとも約０．２ミリメートルである。幾つかの実施形態では、導管の断面が少なくとも約０．５ミリメートルである。幾つかの実施形態において、膨潤性粒子の第２の断面は、膨潤性粒子の第１の断面の少なくとも約２倍である。幾つかの実施形態では、膨潤性粒子が導管の内面によって支持される。幾つかの実施形態において、導管は、膨潤性粒子と導管の内面との間に支持体を更に備え、膨潤性粒子が支持体によって支持される。幾つかの実施形態において、膨潤性粒子は、導管を密封して導管内の流体の流れを遮断するように膨潤するべく構成される。幾つかの実施形態では、膨潤性粒子がヒドロゲル粒子である。幾つかの実施形態では、ヒドロゲル粒子がポリマー材料を含む。幾つかの実施形態において、ポリマー材料は、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド、又は、それらの官能性誘導体である
他の態様において、本開示は、試料処理のための方法であって、（ａ）（ｉ）溶液を含む試料チャンバ、及び、（ｉｉ）導管を介して試料チャンバに流体結合される１つ以上の分析管を用意するステップであって、導管が膨潤性粒子を含む、ステップと、（ｂ）分析管が溶液の少なくとも一部を受けて膨潤性粒子が導管内で膨潤するように、溶液を試料チャンバから導管に沿って１つ以上の分析管に流すべく流体流ユニットを使用するステップと、を含む方法を提供する。
幾つかの実施形態において、試料チャンバ及び１つ以上の分析管は、試料調製カートリッジに収容される。幾つかの実施形態において、試料調製カートリッジは、更なる導管によって試料チャンバに流体結合されるウェルを更に備え、ウェルが試薬を収容する。幾つかの実施形態では、流体流ユニットが更なる導管と流体連通している。幾つかの実施形態において、方法は、（ｂ）の前に、流体流ユニットを使用して試薬をウェルから試料チャンバに流すステップを更に含む。幾つかの実施形態では、分析管がキャップを備え、試料チャンバと分析管との間の導管の少なくとも一部がキャップ内に配置される。幾つかの実施形態では、導管の少なくとも一部が膨潤性粒子を含む。幾つかの実施形態では、膨潤性粒子が第１の断面を有し、分析管が溶液の少なくとも一部を受けた後、膨潤性粒子が第２の断面まで膨潤される。幾つかの実施形態では、膨潤性粒子の第１の断面が導管の断面よりも小さい。幾つかの実施形態では、膨潤性粒子の第１の断面が少なくとも約０．２ミリメートルである。幾つかの実施形態では、導管の断面が少なくとも約０．５ミリメートルである。幾つかの実施形態において、膨潤性粒子の第２の断面は、膨潤性粒子の第１の断面の少なくとも約２倍である。幾つかの実施形態では、膨潤性粒子が導管の内面によって支持される。幾つかの実施形態において、導管は、膨潤性粒子と導管の内面との間に支持体を更に備え、膨潤性粒子が支持体によって支持される。幾つかの実施形態において、膨潤性粒子は、導管を密封して導管内の流体の流れを遮断するように膨潤する。幾つかの実施形態では、膨潤性粒子がヒドロゲル粒子である。幾つかの実施形態では、ヒドロゲル粒子がポリマー材料を含む。幾つかの実施形態において、ポリマー材料は、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド、又は、それらの官能性誘導体である
他の態様において、本開示は、分析管と、分析管に挿入されるように構成されるキャップであって、キャップが、キャップが分析管に挿入されるときに分析管と流体連通するように構成される第１の導管及び第２の導管を備え、第１の導管が分析管に溶液を供給するように構成され、第２の導管が、分析管内のガスが分析管から流出できるようにするべく構成され、第１の導管が分析管内へ溶液を供給する際に膨潤するように構成される膨潤性粒子を備える、キャップと、を備える装置を提供する。
幾つかの実施形態では、第２の導管が多孔質媒体を備え、多孔質媒体は、溶液が第２の導管に入るのを防ぐように構成される。幾つかの実施形態では、多孔質媒体がモレキュラーシーブである。幾つかの実施形態では、膨潤性粒子は第１の断面を有し、膨潤性粒子が第２の断面まで膨潤するように構成される。幾つかの実施形態では、膨潤性粒子の第１の断面が第１の導管の断面よりも小さい。幾つかの実施形態では、膨潤性粒子の第１の断面が少なくとも約０．２ミリメートルである。幾つかの実施形態では、第１の導管の断面が少なくとも約０．５ミリメートルである。幾つかの実施形態において、膨潤性粒子の第２の断面は、膨潤性粒子の第１の断面の少なくとも約２倍である。幾つかの実施形態では、膨潤性粒子が第１の導管の内面によって支持される。幾つかの実施形態において、第１の導管は、膨潤性粒子と第１の導管の内面との間に支持体を更に備え、膨潤性粒子が支持体によって支持される。幾つかの実施形態において、膨潤性粒子は、第１の導管を密封して第１の導管内の流体の流れを遮断するように膨潤するべく構成される。幾つかの実施形態では、膨潤性粒子がヒドロゲル粒子である。幾つかの実施形態では、ヒドロゲル粒子がポリマー材料を含む。幾つかの実施形態において、ポリマー材料は、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド、又は、それらの官能性誘導体である
本開示の他の態様は、１つ以上のコンピュータプロセッサによる実行時に先の方法又は本明細書中の他の場所の方法のいずれかを実施する機械実行可能コードを備える持続性コンピュータ可読媒体を提供する。
本開示の他の態様は、１つ以上のコンピュータプロセッサ及び該プロセッサに結合されるコンピュータメモリを備えるシステムを提供する。コンピュータメモリは、１つ以上のコンピュータプロセッサによる実行時に先の方法又は本明細書中の他の場所の方法のいずれかを実施する機械実行可能コードを備える。
本開示の更なる態様及び利点は、本開示の単なる例示的な実施形態が示されて記載されるにすぎない以下の詳細な説明から当業者に容易に明らかになる。理解されるように、本開示は、他の異なる実施形態が可能であり、また、その幾つかの詳細は、全てが本開示から逸脱することなく、様々な自明な点で変更が可能である。したがって、図面及び説明は、本質的に例示と見なされるべきであり、限定的であると見なされるべきでない。
参照による組み入れ
この明細書中で言及される全ての刊行物、特許、及び、特許出願は、あたかもそれぞれの個々の刊行物、特許、又は、特許出願が参照により組み入れられるべく具体的に且つ個別に示唆されたと同じ程度に参照により本願に組み入れられる。参照により組み入れられる刊行物及び特許又は特許出願が明細書中に含まれる開示と矛盾する程度まで、明細書は、任意のそのような矛盾する資料よりも優先する及び／又は勝ることを意図している。
本発明の新規の特徴が添付の特許請求の範囲に詳細に記載される。本発明の特徴及び利点のより良い理解は、本発明の原理が利用される例示的な実施形態を記載する以下の詳細な説明及び添付図面（本明細書中の「図」及び「ＦＩＧ」も）を参照することによって得られ、添付図面は以下の通りである。
生体試料を分析するための携帯型分析装置用のハウジングの図を示す。 生体試料を分析するための携帯型分析装置用のハウジングの図を示す。 携帯型分析装置用のハウジングの蓋を示し、蓋は、分析装置に挿入される分析管に圧力及び／又は熱を加えることができる屈曲可能なコームを有する。 蓋が開いた状態の携帯型分析装置用のハウジングの一例を示す。 生体試料を分析するための携帯型分析装置用の内部機構の斜視図を示す。 携帯型分析装置で用いる加熱ブロックを示す。 携帯型分析装置で用いる加熱ブロックを示す。 回路基板を取り外し、それによって、内部機構のファンを露出させた携帯型分析装置用の内部機構の背面図を示す。 回路基板及びファンが取り外され、それによって、内部機構の移動キャリッジを露出させた携帯型分析装置用の内部機構の背面図を示す。 内部機構の移動キャリッジの分解図を示す。 内部機構の移動キャリッジの正面図を示し、移動キャリッジが複数の光路を有する。 内部機構の移動キャリッジの底面図を示し、移動キャリッジの底部は、互いにオフセットされ得る複数の光学フィルタを有する。 図６Ａに示される光学フィルタのオフセットに対応するように離間される複数の励起源（例えば、ＬＥＤ）を有する回路基板を示す。 ピニオン機構を使用して回転する光学部品（例えば、発光フィルタ、励起フィルタ、ＬＥＤ、及び／又は、ダイクロイックビームスプリッタ）を有する移動キャリッジの他の例を示す。 生体試料を分析するための携帯型分析装置用の内部機構の背面図を示す。 複数の加熱ブロックと、加熱ブロックに挿入される分析管とを有する携帯型分析装置の一例を示す。 図２Ａの装置などの本開示の携帯型分析装置を使用して生体試料を分析する方法の一例のフローチャートを示す。 本明細書中で提供される方法を実施するようにプログラムされる或いはさもなければ構成されるコンピュータシステムを示す。 試料試験のために分析装置に挿入され得るカートリッジの一例を示す。カートリッジは、核酸増幅のために使用されるべき１つ以上の試薬（例えば、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ））を収容できる。 分析装置のハウジングに挿入されるカートリッジの一例を示す。 複数の加熱ブロックと、加熱ブロックに挿入される分析管とを有する携帯型分析装置の一例を示す。 一例の携帯型装置内の可動キャリッジの正面図を示す。 携帯型装置の一例の側面図を示す。 携帯型装置内の可動キャリッジの一例の更なる正面図を示す。 可動キャリッジの一例の背面図を示す。 円形（又はホイール形状）構成要素を有する可動キャリッジの一例の拡大図を示す。 携帯型分析装置内の可動キャリッジの一例の内部機構の側面図を示す。 携帯型分析装置内の可動キャリッジの一例の内部機構の側面図を示す。 可動キャリッジの光学系の一例の拡大図を示す。 光学系の別の形態を示す。 光学系の他の別の形態を示す。 分析装置の回路基板上に設置される複数の個々の加熱ブロック（例えば、接続されていないブロック又は単一のブロック）を示す。 複数の個々の加熱ブロック（例えば、接続されていないブロック又は単一のブロック）を示す。 分析装置の回路基板上に設置される複数の接続された加熱ブロックを有するモノリシック加熱ブロックを示す。 複数の接続された加熱ブロックを有するモノリシック加熱ブロックを示す。 単一ブロック形態及びモノリス形態を成す加熱ブロックのピーク加熱速度を比較するデータの一例を示す。 単一ブロック形態及びモノリス形態を成す加熱ブロックのピーク冷却速度を比較するデータの一例を示す。 単一ブロック形態及びモノリス形態を成す加熱ブロックの加熱均一性を比較するデータの一例を示す。 単一ブロック形態及びモノリス形態を成す加熱ブロックの冷却均一性を比較するデータの一例を示す。 単一ブロック形態及びモノリス形態を成す加熱ブロックの高温均一性を比較するデータの一例を示す。 単一ブロック形態及びモノリス形態を成す加熱ブロックの低温均一性を比較するデータの一例を示す。 単一ブロック形態及びモノリス形態を成す加熱ブロックの高温精度を比較するデータの一例を示す。 単一ブロック形態及びモノリス形態を成す加熱ブロックの低温精度を比較するデータの一例を示す。 自動試料調製システムの一例の概略図を示す。 自動試料調製システムの一例の概略図を示す。 自動試料調製システムの一例の概略図を示す。 自動試料調製システムの一例の概略図を示す。 自動試料調製システムの一例の概略図を示す。 試料調製カートリッジの試料チャンバの断面図を示す。 試料チャンバから引き出された試料が滴状に充填されている分析管の断面図を示す。 試料チャンバから引き出された試料が充填された分析管の断面図を示す。 （例えば、分析管の長手方向軸に沿う）様々な長さを有する分析管キャップのストリップを示し、各キャップがチャネルを備え、該チャネルを通じて試料が分析管内に引き込まれる。 （例えば、分析管の長手方向軸に沿う）様々な長さを有する分析管キャップのストリップを示し、各キャップがチャネルを備え、該チャネルを通じて試料が分析管内に引き込まれる。 本開示の試料調製装置又はシステムを使用して試料を調製する方法の一例のフローチャートを示す。 自動試料調製装置にドッキングされた試料調製カートリッジを示す。 分析管内の試料に関して分析（例えば、ポリメラーゼ連鎖反応及び／又は標的核酸の検出）を実行することができる分析装置にドッキングされた分析管を伴う試料調製カートリッジを示す。 試料調製カートリッジの一例を示す。 試料調製カートリッジの一例を示す。 シュノーケルに接続された試料チャンバの断面図の一例を示す。 試料調製装置アセンブリの一例を示す。 試料調製装置アセンブリの一例を示す。 試料調製装置アセンブリの一例を示す。 試料調製カートリッジ内の針の拡大図を示す。 試料調製カートリッジのマニホールドの表面上に複数の針を有する試料調製カートリッジの一例を示す。 試料チャンバ及び試料チャンバ内の漏斗を有する試料調製カートリッジの一例を示す。 試料チャンバ及び試料チャンバに挿入される漏斗の断面図を示す。 通気栓が取り付けられて成る試料調製カートリッジの一例を示す。 試料調製カートリッジの一例のマニホールドの上面図を示す。 試料調製カートリッジの一例の断側面図を示す。 試料調製カートリッジの一例の断側面図を示す。 液体充填後に導管を密封するために流入導管内に装填された膨潤性粒子の形態の一例を示す。 膨潤性粒子が装填された流入導管の形態の２つの異なる例を示す。 分析管の底部付近に気泡（又は気泡）を伴って液体試料が充填された分析管のアレイを有する試料調製カートリッジの一例を示す。 ＰＣＲ又は熱サイクリングを行なった後の図４０Ａの同じ試料調製カートリッジの画像を示す。 試料調製カートリッジ内の試料のＰＣＲ結果を示す。 試料調製カートリッジ内の試料のＰＣＲ結果を示す。 分析管の底部付近に気泡を伴って液体試料が充填された分析管のアレイを有する試料調製カートリッジの一例を示す。 ＰＣＲ又は熱サイクリングを行なった後の図４２Ａの同じ試料調製カートリッジの画像を示す。 試料調製カートリッジ内の試料のＰＣＲ結果を示す。 試料調製カートリッジ内の試料のＰＣＲ結果を示す。
本発明の様々な実施形態が本明細書中に示されて説明されているが、当業者に明らかなように、そのような実施形態は単なる一例として与えられる。本発明から逸脱することなく、多くの変形、変更、及び、置換が当業者に想起し得る。本明細書中に記載される発明の実施形態の様々な代替案が使用されてもよいことが理解されるべきである。
本開示は、試料処理及び／又は分析のための装置、システム、及び、方法を提供する。分析装置は、携帯可能であってもよく、また、ハウジングと、試料を含む試料容器に熱エネルギーを供給するように構成された加熱ユニットによって加熱される加熱ブロックと、励起源から試料に励起エネルギーを供給するための光路とを備えてもよい。分析装置は、モバイル電子機器を受け入れる及び／又はモバイル電子機器と通信するように構成され得る。また、分析装置は、光学フィルタ及び励起源を備えるとともに光学フィルタを光路と整列させるように並進するべく構成された可動キャリッジを備えてもよい。可動キャリッジを含むことにより、可動キャリッジの１つ以上の励起源、光学フィルタ、及び、光路を使用して複数の試料を含む複数の試料容器を処理及び／又は分析することができるため、より小型及び／又はより安価な分析装置の製造を容易にすることができる。分析装置を使用して、１つ以上の核酸分子を含む又は含むことが疑われる生体試料を分析して、１つ以上の核酸分子の存在又は量を決定することができる。
本明細書で使用される「モノリシック」という用語は、一般に、単一部品である要素を指す。幾つかの例において、モノリシック加熱ブロックは、単一部品（又は単一）材料から形成される。
分析装置
本開示の分析装置は、生体試料などの試料を処理及び／又は分析するために使用することができる。本開示の分析装置は携帯可能であってもよい。例えば、分析装置は手持ち式であってもよい。図１Ａ～図１Ｂは、生体試料を分析するための携帯型分析装置用のハウジング１００の（Ａ）斜視図及び（Ｂ）側面図を示す。ハウジングは、蓋１０１、蓋を開位置又は閉位置に固定するための固定ユニット１０２、及び／又は、ボタン又はインジケータ１０３～１０６を有することができる。ハウジング１００は、装置の電源をオン／オフするためのボタン１０３を備えることができる。ハウジング１００は、装置を再起動するためのボタン１０４を備えることができる。ハウジング１００は、バッテリ残量が少ないことをユーザに通知するためのインジケータ１０５及び／又は分析装置とモバイル電子機器との間に無線接続（例えば、ブルートゥース（登録商標）又は近距離無線通信接続）が確立されたことを示すインジケータ１０６を備えてもよい。場合によっては、本明細書に記載の分析装置は、試料処理及び分析のためのシステム内の分析ユニットとなり得る。分析ユニットは、試料調製ユニット（例えば、本明細書中に記載の試料調製装置）の同じハウジング内にあり得る。
分析装置は、作動時に分析装置（例えば、装置の電源をオン／オフすること、又は分析装置を他の装置に接続すること）の操作性に影響を及ぼすことができる少なくとも１つのボタンを備えることができる。分析装置は、１、２、３、４、５個又はそれ以上のボタンを備えてもよい。例えば、分析装置は４つのボタンを備えることができる。各ボタンは、分析装置の異なる機能又は特徴に対応することができる。場合によっては、ボタンの対は、分析装置の同じ機能又は特徴に対応し得る。例えば、分析装置は、値、ズームレベル、音量、又は、他の特性を増加させるためのボタン、並びに、同じ値、ズームレベル、音量、又は、他の特性を減少させるためのボタンを含むことができる。
ボタン機構は、物理的機構であってもよい。例えば、ボタンは、ボタン又はマイクロスイッチなどの押下可能な機構を備えることができる。或いは、ボタンは、摺動可能又は回転可能な機構を備えてもよい。２つ以上のボタンを含む分析装置の場合、各ボタンは、押下可能機構、スライド可能機構、及び、回転可能機構から成るグループから別々に選択されてもよい。
ボタンは、タッチ感知機能又は機構を備えてもよい。例えば、図１Ａ及び図１Ｂのボタン１０３及び１０４は、タッチ感知機能又は機構を備えることができる。タッチ感知機構は、タッチ感知仮想機構（例えば、仮想ボタン）であってもよい。そのような仮想機構は、仮想的に押し下げ可能、仮想的にスライド可能、又は、仮想的に回転可能であってもよく、それによって物理的ボタンの錯覚を与える。例えば、分析装置は、分析装置に対する無線接続部と通信可能に結合されたモバイル電子機器を備えてもよく又はモバイル電子機器を受け入れるように構成されてもよく、また、モバイル電子機器が１つ以上の仮想ボタンを備えてもよい。モバイル電子機器の仮想ボタンの押下は、モバイル電子機器から分析装置に信号を送信することができ、それによって、例えば、本明細書に記載の熱サイクリングプログラム又は他のプロセスに影響を及ぼす。分析装置とモバイル電子機器との間の接続は、ＷｉＦｉ接続、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ接続、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ＬＥ接続、ＡＮＴ＋接続、又はＧａｚｅｌｌ接続などの一方向又は双方向の有線又は無線接続を含むことができる。
分析装置は、分析装置のハウジングの外面のどこかに配置された１つ以上のボタンを備えてもよい。例えば、ボタンは、分析装置のハウジングの前面、背面、右側、左側、上面、又は、底面に配置されてもよい。ボタンは、分析装置の動作中に利用できないか隠される場所（例えば、分析装置のハウジングの底部側）に配置されてもよい。場合によっては、パネルを使用して、１つ以上のボタンを覆うか隠すことができる（例えば、分析装置が使用されていないとき、及び／又は、ボタンの偶発的な作動を防止するために）。
１つ以上のボタンの作動又は起動は、ユーザが複数の異なる熱サイクルプログラム間でサイクルできるようにしてもよい。例えば、ボタンの作動によって、分析装置は、第１の熱サイクルプログラムの実行から第２の熱サイクルプログラムへの切り替えを行なうことができる。別の例では、ボタンの作動は、分析装置を「オフ」状態から第１の熱サイクルプログラムの実行に切り替えることができる。２回目のボタンの作動により、分析装置は、第１の熱サイクルプログラムの実行から「オフ」状態に切り替えることができる。「オフ」状態は、アイドル状態（例えば、分析装置はオンであってもよいが、熱サイクリングプログラムが一時停止されている、又は、分析装置が最小電力状態にある）又は電源が切られた状態（例えば、分析装置の電源が切られている場合）を指すことができることが理解されるべきである。ボタンの作動は、熱サイクルプログラムのパラメータに影響を及ぼし得る。例えば、分析装置は、押し下げ可能な機構を含むことができ、押し下げ可能な機構の作動は、熱サイクリングプログラムを変性ステップからアニーリングステップに切り替えることができる。別の例では、分析装置が回転可能な機構を備えることができ、回転可能な機構の回転は熱サイクリング温度を上昇させることができる。場合によっては、２つ以上のボタンの作動が熱サイクルプログラムに影響を及ぼすことがある。
入力の程度は、熱サイクリングプログラムの状態に影響を及ぼし得る。変更され得る入力の程度の非限定的な例としては、入力の数（例えば、ボタンが連続して作動及び解放される回数）、入力の速度（例えば、ボタンが作動及び／又は解放される速度）、入力の持続時間（例えば、ボタンが作動される時間の量）、入力に加えられる力（例えば、ボタンを作動させる力）、及び、入力の方向が挙げられる。入力は、ボタンの作動を含むことができる。一例では、分析装置は、押下可能な機構を備えてもよく、短時間（例えば、１／２の半分未満）の押下及びその後の押下可能な機構の解放は、熱サイクリングプログラムを一時停止させてもよい。別の例では、一時停止された熱サイクリングプログラムは、例えば１～２秒間押し下げ可能な機構を押し下げることによって再開することができる。
分析装置は、試料を収容する１つ以上の容器を受け入れるように構成され得る。例えば、分析装置は、１つ以上の分析管を受け入れるように構成されてもよい。本開示の分析装置と共に使用するための分析管は、任意の有用なサイズ及び形状を有し、任意の有用な材料を含むことができる。例えば、分析管は、プラスチック、ポリマー、又は、ガラスを含み得る。分析装置は、実質的に円筒形である、実質的に長方形である、又は、任意の他の形状（例えば、星形）を成す断面を有する分析管を受け入れるように構成され得る。分析装置は、分析装置内への分析管の配置を容易にするために、分析管の一端に又は分析管の寸法に沿って配置された溝又は突起などの機械的キー要素を有する分析管を受け入れるように構成され得る。例えば、分析管は、その長さに沿って実質的に長方形の突起を備えることができ、また、分析装置は、特定の向きで分析管を受け入れるように構成された対応する窪みを備えることができる。分析装置は、キャップ又は蓋を有する分析管を受け入れるように構成され得る。或いは、分析装置は、分析管が分析装置内に配置されるときに分析管の開口を覆うように構成された構成要素を備えてもよい。分析装置は、１つ以上の分析管を受け入れるように構成されてもよい。例えば、分析装置は、１、２、３、４、５、６、７、８、９個又はそれ以上の分析管を受け入れるように構成され得る。
本明細書中に記載の装置は、試薬管又はカートリッジを受けるための表面又は支持体を有することができる。カートリッジは、試薬カートリッジとすることができる。表面又は支持体は、凹面又は支持体となり得る。表面は、突出した表面又は支持体となり得る。表面はチャンバとなり得る。カートリッジは、表面又は支持体に装填することができる。カートリッジを表面又は支持体に装填すると、蓋を閉じてカートリッジを定位置にクリックすることができる。
図１Ｃに示すように、分析装置のハウジング１００の蓋１０１の内面は、分析装置の加熱ブロックに着座した１つ以上の分析管に圧力を加えることができる１つ以上のカンチレバー１０７を備えることができる。カンチレバーは、試料を収容する分析管を加熱ブロックに対して固定し、それによって加熱ブロックと分析管との間のエネルギー伝達の効率を高めるのに有用であり得る。カンチレバーを加熱して（例えば、加熱ブロックの温度に等しい温度で）、加熱ブロックと接触していない分析管の一部を加熱することができる。カンチレバーは任意の温度に加熱されてもよく、カンチレバーの温度は熱サイクルを通して変化してもよい。例えば、カンチレバーの温度は、熱サイクル全体を通して加熱ブロックの温度に（例えば、加熱ブロックの温度と同じになるように）調整されてもよい。図１Ｄに示すように、分析装置のハウジング１００の蓋１０１の内面は、装置に挿入されたカートリッジを受ける又は収容するための凹面１０８を備えてもよい。分析装置のハウジング１００の本体１０９の内面は、装置に挿入されたカートリッジを受けるための突出面１１０を備えてもよい。
分析装置は携帯可能であってもよい。例えば、ハウジングを含む分析装置は、容易に持ち運び又は移動することができる。ハウジング及び／又は他の構成要素のサイズ、重量、及び／又は、形状は、分析装置の可搬性に影響を及ぼし得る。分析装置のハウジングの体積は、約１００，０００立方センチメートル未満、約５０，０００立方センチメートル未満、約１０，０００立方センチメートル未満、約９，０００立方センチメートル未満、約８，０００立方センチメートル未満、約７，０００立方センチメートル未満、約６，０００立方センチメートル未満、約５，０００立方センチメートル未満、約４，５００立方センチメートル未満、約４，０００立方センチメートル未満、約３，５００立方センチメートル未満、約３，０００立方センチメートル未満、約２，５００立方センチメートル未満、約２，０００立方センチメートル未満、約１，５００立方センチメートル未満、約１，４００立方センチメートル未満、約１，３００立方センチメートル未満、約１，２００立方センチメートル未満、約１，１００立方センチメートル未満、約１，０００立方センチメートル未満、約９００立方センチメートル未満、約８００立方センチメートル未満、約７００立方センチメートル未満、約６００立方センチメートル未満、又は約５００立方センチメートル未満であってもよい。例えば、分析装置のハウジングの体積は、約１，５００立方センチメートル未満であってもよい。分析装置のハウジングの体積は、ある範囲内にあってもよい。例えば、分析装置のハウジングの体積は、約５００立方センチメートル～約１，５００立方センチメートルであってもよい。ハウジングの寸法（例えば、長さ、幅又は高さ）は、最大で約５０センチメートル、最大で約４０センチメートル、最大で約３０センチメートル、最大で約２５センチメートル、最大で約２４センチメートル、最大で約２３センチメートル、最大で約２２センチメートル、最大で約２１センチメートル、最大で約２０センチメートル、最大で約１９センチメートル、最大で約１８センチメートル、最大で約１７センチメートル、最大で約１６センチメートル、最大で約１５センチメートル、最大で約１４センチメートル、最大で約１３センチメートル、最大で約１２センチメートル、最大で約１１センチメートル、最大で約１０センチメートル、最大で約９センチメートル、最大で約８センチメートル、最大で約７センチメートル、最大で約６センチメートル、又は、最大で約５センチメートルであってもよい。
ハウジングを含む分析装置の重量は、約２５キログラム未満、約２０キログラム未満、約１５キログラム未満、約１０キログラム未満、約５キログラム未満、約４．５キログラム未満、約４キログラム未満、約３．５キログラム未満、約３キログラム未満、約２．５キログラム未満、約２．４キログラム未満、約２．３キログラム未満、約２．２キログラム未満、約２．１キログラム未満、約２キログラム未満、約１．９キログラム未満、約１．８キログラム未満、約１．７キログラム未満、約１．６キログラム未満、約１．５キログラム未満、約１．４キログラム未満、約１．３キログラム未満、約１．２キログラム未満、約１．１キログラム未満、約１キログラム未満、約０．９キログラム未満、約０．８キログラム未満、約０．７キログラム未満、約０．６キログラム未満、約０．５キログラム未満、約０．４キログラム未満、約０．３キログラム未満、約０．２キログラム未満、約０．１キログラム未満であってもよい。例えば、分析装置のハウジングの体積は、約１．５キログラム未満であってもよい。ハウジングを含む分析装置の重量は、ある重量の範囲内にあってもよい。例えば、ハウジングを含む分析装置の重量は、約０．５キログラム～約１．５キログラムであってもよい。
分析装置のハウジングの形状も分析装置の可搬性に寄与し得る。ハウジングの少なくとも１つの寸法（例えば、長さ、幅又は高さ）は、ハウジングが人間の手によって容易に把持され得るように十分に小さくてもよい。分析装置は、ユーザが片手又は両手で分析装置を保持できるようにするサイズの人間工学的に成形されたハウジングを有することができる。ハウジングは、把持領域、例えば、ユーザが分析装置を保持するときにユーザによって把持されるハウジングの一部を備えてもよい。ハウジングの把持領域は、ユーザの指に適合するように成形することができ、それによってユーザがハウジングでしっかりと把持できるようにする。分析装置のハウジングの前面は、前面の上端セクション又は下端セクションよりも把持領域に関連する中央セクションで狭くてもよい。より狭いセクションは、ユーザによって都合良く且つ確実に把持され得るが、比較的広い上端セクションは、ディスプレイ装置又はその構成要素、例えばスクリーンを含み得る。ハウジングは、人間工学的に成形することができる格納式ハンドルを備えることができる。分析装置のハウジングは、ユーザが分析装置を保持するときに、ユーザの手が鋭い角ではなく丸みを帯びた角に接触することができるように、丸みを帯びた角及び／又は縁部（例えば、垂直面が交わる場合）を特徴とすることができる。
図９は、試料分析のために試料カートリッジ９０１が装置に挿入された例示的な携帯型装置を示す。内部機構２００の斜視図が示されている。図１３は、試料分析のために試料管１３０１が装置に挿入された携帯用装置１３００の別の例を示す。
熱サイクリング
分析装置は、分析管内の試料を加熱又は冷却するように構成され得る。図２に示すように、分析装置２００は、試料を収容する分析管が配置される１つ以上の加熱ブロック２０１を備えることができる。分析装置は、ヒータ２０２（例えば、抵抗ヒータ）を使用して加熱ブロックの温度を離散的なステップで上昇又は下降させるように構成されてもよい。
場合によっては、加熱ブロックは、抵抗加熱又はジュール加熱のプロセスによって電気エネルギーを熱に変換することができる。加熱ブロックは抵抗ヒータとすることができる。加熱されたブロックは、試料チャンバと熱連通するように、電力抵抗器（例えば、サーミスタ）、熱エポキシを有することができる。加熱ブロックは、水平で均一であってもよい。加熱ブロックの冷却は、ファンによって達成又は制御することができる。例えば、図４は、回路基板を取り外し、それによって内部機構のファン４０２を露出させた携帯型分析装置用の内部機構の背面図を示す。
場合によっては、加熱ブロックはペルチェヒータとすることができる。加熱及び冷却は、ペルチェコントローラによって達成又は制御することができる。幾つかの他の場合では、加熱ブロックがペルチェヒータでなくてもよく、又は、加熱ブロックはペルチェコントローラによって制御されなくてもよい。
分析装置は、１つ以上の加熱ブロックを備えてもよい。場合によっては、２つ以上の加熱ブロックは、独立しているか、接続されていないか、又は、互いに分離されている（例えば、図２０Ａ及び図２０Ｂに示すような単一ブロックモデル／構成）。例えば、隣接する２つの加熱ブロックの間に隙間領域が存在するように、加熱ブロックと隣接する加熱ブロックとが接続されていなくてもよい。２つ以上の加熱ブロックは、装置内に個別に設置されてもよい。図２０Ａは、分析装置の回路基板２００１に設置された複数の個々の加熱ブロック２００２を示す。
場合によっては、２つ以上の個々の加熱ブロックが接続される。場合によっては、２つ以上の加熱ブロックが接続されて、加熱ブロックのストリップ（例えば、図２０Ｃ及び図２０Ｄに示すモノリシックブロックモデル／構成）を形成する。複数の個々の加熱ブロックを互いに接触させて、単一の加熱ユニット（例えば、モノリシック加熱ブロック）を得ることができる。個々の加熱ブロックは、同じ材料又は異なる材料で形成されてもよい。隣接する加熱ブロックは、互いに直接接触していてもよい。隣接する加熱ブロックは、熱伝導性材料（例えば、熱伝導性エポキシ）を介して互いに接触してもよい。
モノリシック加熱ブロックは、複数の加熱サブユニット（例えば、各サブユニットは、個々の加熱ブロックと同等の機能を有することができる）を備えることができる。加熱サブユニットは、同じ材料から（例えば、モノリシック物体から材料を除去して凹部を生成することによって）形成されてもよい。例えば、図２０Ｃは、複数の加熱サブユニットが分析装置の回路基板２００３に設置されたモノリシック加熱ブロック２００４を示す。
加熱ブロックは、加熱ブロックと隣接する１つ以上の加熱ブロックとの間に隙間領域が存在しないように、隣接する１つ以上の加熱ブロックに接続することができる。２つの隣接する加熱ブロック間の隙間領域は、２つの隣接する加熱ブロックを接続するために固体材料で充填されてもよい。場合によっては、隙間領域の全体積が固体材料で充填される。場合によっては、隙間領域の一部が固体材料で充填される。例えば、隣接する加熱ブロックを接続するために、隙間領域の全体積の少なくとも約１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、１０％、１１％、１２％、１３％、１４％、１５％、１６％、１７％、１８％、１９％、２０％、２１％、２２％、２３％、２４％、２５％、２６％、２７％、２８％、２９％、３０％、３１％、３２％、３３％、３４％、３５％、３６％、３７％、３８％、３９％、４０％、４１％、４２％、４３％、４４％、４５％、４６％、４７％、４８％、４９％、５０％、５１％、５２％、５３％、５４％、５５％、５６％、５７％、５８％、５９％、６０％、６１％、６２％、６３％、６４％、６５％、６６％、６７％、６８％、６９％、７０％、７１％、７２％、７３％、７４％、７５％、７６％、７７％、７８％、７９％、８０％、８１％、８２％、８３％、８４％、８５％、８６％、８７％、８８％、８９％、９０％、９１％、９２％、９３％、９４％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、又は、それ以上が固体材料で充填され得る。隙間領域内の固体材料は、様々な形態に成形することができる。例えば、隙間領域内の固体材料は、隣接する加熱ブロックを接続する１つ以上のブリッジを形成することができる。例えば、隙間領域内の固体材料は、中空構造を有してもよい。隙間領域内の固体材料は、１つ以上の穴を備えることができる。固体材料は、様々な材料となり得る。固体材料は、本明細書に記載の加熱ブロックを作製するために使用される材料と同じ材料又は異なる材料であってもよい。隙間領域内の固体材料として使用され得る材料の非限定的な例としては、アルミニウム、コンクリート、ガラス、石英、鋼、鉄、ニッケル、亜鉛、銅、真鍮、銀、スズ、金、炭素、及びそれらの任意の組み合わせ（例えば、Ｚａｍａｋなどの亜鉛合金）が挙げられる。
場合によっては、個々の又は接続されていないブロック（例えば、図２０Ａに示すように、単一のブロック）を有する装置は、接続された加熱ブロック（例えば、図２０Ｃに示すようなモノリシックブロック）を有する装置よりも速く（例えば、より高い加熱速度で）加熱され得る。図２１Ａは、単一ブロック装置及びモノリシックブロック装置のピーク加熱速度の例示的なヒストグラムを示す。この例では、９９個の単一ブロック装置及び１１個のモノリシックブロック装置が試験された。装置をＭａｓｔｅｒｂｏｎｄ Ｓｕｐｒｅｍｅ １８ＴＣエポキシで硬化した。温度を５０℃～１００℃の間でサイクルさせた。比較すると、単一ブロック装置は、モノリシックブロック装置よりも速く加熱された（又はより大きい加熱速度を有した）。
モノリシックブロックの加熱速度は、接続されていないブロックの加熱速度よりも小さくてもよい。しかしながら、モノリシックブロックの冷却速度は、接続されていないブロックの冷却速度よりも大きくてもよい。例えば、モノリシックブロックの冷却速度は、接続されていないブロックの冷却速度よりも少なくとも１％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、又はそれ以上大きくてもよい。
２つ以上の加熱ブロックを接続して、冷却中に２つ以上の接続されていない加熱ブロックよりも効率的な熱交換を容易にすることができる。例えば、２つ以上の加熱ブロックは、非接続形態にある場合、各加熱ブロックの中心に熱を閉じ込め、所定の温度に達するための冷却時間を長くすることができる。２つ以上の加熱ブロックが接続されると、冷却中に所定の温度を達成するのに要する時間が短くなり得る。図２１Ｂは、単一ブロック装置及びモノリシックブロック装置のピーク冷却速度の例示的なヒストグラムを示す。この例では、９９個の単一ブロック装置及び１１個のモノリシックブロック装置が試験された。装置をＭａｓｔｅｒｂｏｎｄ Ｓｕｐｒｅｍｅ １８ＴＣエポキシで硬化した。温度を５０℃～１００℃の間でサイクルさせた。比較すると、モノリシックブロック装置は、シングルブロック装置よりも速く冷却された。
個々のブロックを有する装置及び接続されたブロックを有する装置は、同等の加熱均一性を有することができる。均一性は、全ての時点について、最も熱いブロックから最も冷たいブロックを引いたものとして計算することができる。図２１Ｃは、単一ブロック装置及びモノリシックブロック装置の加熱均一性の例示的なヒストグラムを示す。この例では、９９個の単一ブロック装置及び１１個のモノリシックブロック装置が試験された。装置をＭａｓｔｅｒｂｏｎｄ Ｓｕｐｒｅｍｅ １８ＴＣエポキシで硬化した。温度を５０℃～１００℃の間でサイクルさせた。単一ブロック装置は、モノリシックブロック装置と加熱均一性に関して同様の性能を有していた。個々のブロックを有する装置及び接続されたブロックを有する装置は、同等の冷却均一性を有さなくてもよい。図２１Ｄは、単一ブロック装置及びモノリシックブロック装置の冷却均一性の例示的なヒストグラムを示す。この例では、９９個の単一ブロック装置及び１１個のモノリシックブロック装置が試験された。装置をＭａｓｔｅｒｂｏｎｄ Ｓｕｐｒｅｍｅ １８ＴＣエポキシで硬化した。温度を５０℃～１００℃の間でサイクルさせた。モノリシックブロック装置は、単一ブロック装置と比較して、冷却中の温度がより均一であった。図２１Ｅは、単一ブロック装置及びモノリシックブロック装置の高温（約１００℃）均一性の例示的なヒストグラムを示す。この例では、９９個の単一ブロック装置及び１１個のモノリシックブロック装置が試験された。装置をＭａｓｔｅｒｂｏｎｄ Ｓｕｐｒｅｍｅ １８ＴＣエポキシで硬化した。加熱ブロックを１００℃の温度に加熱した。単一ブロック装置は、モノリシックブロック装置と高温均一性に関して同様の性能を有していた。図２１Ｆは、単一ブロック装置及びモノリシックブロック装置の低温（約５０℃）均一性の例示的なヒストグラムを示す。この例では、９９個の単一ブロック装置及び１１個のモノリシックブロック装置が試験された。装置をＭａｓｔｅｒｂｏｎｄ Ｓｕｐｒｅｍｅ １８ＴＣエポキシで硬化した。加熱ブロックを５０℃の温度に加熱した。単一ブロック装置は、モノリシックブロック装置と低温均一性に関して同様の性能を有していた。
個々のブロックを有する装置及び接続されたブロックを有する装置は、同等の精度を有してもよく又は有さなくてもよい。精度は、所定の時点での平均反応ブロック温度と設定温度との差によって計算することができる。図２１Ｇは、単一ブロック装置及びモノリシックブロック装置の高温での精度の例示的なヒストグラムを示す。この例では、９９個の単一ブロック装置及び１１個のモノリシックブロック装置が試験された。モノリシックブロック装置は、シングルブロック装置と比較して、高温でわずかに精度が低かった。図２１Ｈは、単一ブロック装置及びモノリシックブロック装置の低温での精度の例示的なヒストグラムを示す。この例では、９９個の単一ブロック装置及び１１個のモノリシックブロック装置が試験された。モノリシックブロック装置は、単一ブロック装置と比較して、低温で同等の精度を有していた。
本明細書に記載の装置は、加熱された蓋を含んでも含まなくてもよい。
加熱ブロック２０１は、任意の有用な材料を含むことができる。加熱ブロックを構成するために使用され得る材料の非限定的な例としては、アルミニウム、コンクリート、ガラス、石英、鋼、鉄、ニッケル、亜鉛、銅、真鍮、銀、スズ、金、炭素、及び、それらの任意の組み合わせ（例えば、Ｚａｍａｋなどの亜鉛合金）が挙げられる。例えば、図３Ａに示すように、銀を使用して加熱ブロックを構築することができる。別の例では、加熱ブロックは、図３Ｂに示すように、アルミニウムを使用して構成されてもよい。加熱ブロックは、試料（例えば、生体試料）を収容する又は収容するように構成されたバイアルを受け入れるための第１の開口３０１と、検出器又は光源（例えば、励起用）と光学的に連通するように構成された第２の開口３０２とを含んでもよい。加熱ブロックは、検出器又は光源と光学的に連通するように構成された第３の開口（図示せず）を含むことができる。例えば、第２の開口３０２は検出器と光学的に連通していてもよく、第３の開口（図示せず）は励起用光源と光学的に連通していてもよい。加熱ブロックは、１つ以上のフィン３０３を備えてもよい。
加熱ブロックは、合金で形成されてもよい。例えば、加熱ブロックは、鋼を使用して構築されてもよい。ダイカストのプロセスに適合する材料（例えば、加熱ブロックのダイカスト構造に使用することができる材料）を使用して加熱ブロックを構築することにより、加熱ブロックをより大規模に（例えば、より短い期間でより大量に、及び／又は単位当たりのコストを削減して）製造することができると考えられる。幾つかの実施形態では、加熱ブロックは、材料の組み合わせを使用して構成することができる。例えば、加熱ブロックは、アルミニウムを使用して構築され、続いてニッケルでコーティングされ得る。別の例では、加熱ブロックは、亜鉛を使用して構築され、銀でコーティングされ得る。加熱ブロックのコーティングは、幾つかの理由で有利となり得る。例えば、加熱ブロック（例えば、ニッケル）をコーティングすると、熱エポキシを使用するのとは対照的に、加熱ブロックをプリント回路基板（ＰＣＢ）に半田付けすることができる。加熱ブロックをＰＣＢに半田付けすることにより、取り外し可能な加熱ブロックを用いて分析装置を製造することができる（例えば、損傷の場合）が、熱エポキシを使用することにより、加熱ブロックをＰＣＢに恒久的に取り付けることができる。加熱ブロックを製造するために使用される材料の選択は、分析装置が電源（例えば、バッテリなどの自己完結型電源）を使用して受けることができる熱サイクルの数に影響を及ぼし得ることが考えられる。特に、材料の比熱容量が高いほど、材料の温度を上昇させるためにより多くのエネルギーを使用することができる。したがって、約２Ｊ／ｇ℃未満、約１．５Ｊ／ｇ℃未満、約１Ｊ／ｇ℃未満、約０．９Ｊ／ｇ℃未満、約０．８Ｊ／ｇ℃未満、約０．７Ｊ／ｇ℃未満、約０．６Ｊ／ｇ℃未満、約０．５Ｊ／ｇ℃未満、約０．４５Ｊ／ｇ℃未満、約０．４Ｊ／ｇ℃未満、約０．３５Ｊ／ｇ℃未満、約０．３Ｊ／ｇ℃未満、約０．２５Ｊ／ｇ℃未満、約０．２Ｊ／ｇ℃未満、約０．１５Ｊ／ｇ℃未満、約０．１Ｊ／ｇ℃未満、約０．０５Ｊ／ｇ℃未満、又は、約０．０１Ｊ／ｇ℃未満の比熱容量（例えば、２５℃において、ジュール／グラム／℃；Ｊ／ｇ℃で測定した場合）を有する材料を使用して加熱ブロックを構築することができる。例えば、加熱ブロックは、２５℃で約１Ｊ／ｇ℃未満の比熱容量を有する材料を使用して構成することができる。
更に、材料の熱伝導率が低いほど、より多くのエネルギーを使用して材料の温度を上昇させることができる。したがって、加熱ブロックは、少なくとも約５００Ｗ／ｍＫ、少なくとも約４００Ｗ／ｍＫ、少なくとも約３００Ｗ／ｍＫ、少なくとも約２００Ｗ／ｍＫ、少なくとも約１７５Ｗ／ｍＫ、少なくとも約１５０Ｗ／ｍＫ、少なくとも約１２５Ｗ／ｍＫ、少なくとも約１００Ｗ／ｍＫ、少なくとも約７５Ｗ／ｍＫ、少なくとも約５０Ｗ／ｍＫ、少なくとも約２５Ｗ／ｍＫ、又は、少なくとも約１０Ｗ／ｍＫの熱伝導率（例えば、ワット／メートル／ケルビンＷ／ｍＫで測定した場合；）を有する材料を使用して構成することができる。例えば、加熱ブロックは、少なくとも約７５Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する材料を使用して構成することができる。別の例では、加熱ブロックは、少なくとも約４００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する材料を使用して構成することができる。
また、加熱ブロックは、加熱ブロックの表面積を増加させ、加熱ブロックからのより良好な放熱を行なうために、１つ以上のフィン３０３を備えることができる。加熱ブロックを形成するために使用される材料の体積は、分析装置が電源（例えば、バッテリなどの自己完結型電源）を使用して受けることができる熱サイクルの数に影響を及ぼし得ることも考えられる。特に、加熱ブロックを構築するために使用される材料の体積が大きいほど、加熱ブロックの温度を上昇させるためにより多くのエネルギーを使用することができる。したがって、加熱ブロックを構成するために使用される材料の体積は、約２０立方センチメートル未満、約１５立方センチメートル未満、約１０立方センチメートル未満、約９立方センチメートル未満、約８立方センチメートル未満、約７立方センチメートル未満、約６立方センチメートル未満、約５立方センチメートル未満、約４立方センチメートル未満、約３立方センチメートル未満、約２立方センチメートル未満、約１立方センチメートル未満、約０．９立方センチメートル未満、約０．８立方センチメートル未満、約０．７立方センチメートル未満、約０．６立方センチメートル未満、約０．５立方センチメートル未満、約０．４立方センチメートル未満、約０．３立方センチメートル未満、約０．２立方センチメートル未満、又は約０．１立方センチメートル未満であってもよい。例えば、加熱ブロックを構築するために使用される材料の体積は、約０．５立方センチメートル未満であってもよい。
前述したように、加熱を構成するために使用される材料及び／又は材料の体積は、ブロックを加熱又は冷却するために使用されるエネルギーを最小化することに基づいて選択することができる。したがって、本開示の分析装置は、より大きな加熱ブロック、又はより高い比熱容量を有する材料を使用して構成された加熱ブロックを使用する装置と比較して、より多くの熱サイクルを実行するためにより多くのエネルギーを提供することができる。本開示の分析装置は、任意の数の熱サイクルを実行することができる。分析装置は、電源の単一の充電に対して所定の回数の熱サイクルを実行することができる（例えば、バッテリなどの自己完結型電源）。本開示の分析装置は、少なくとも約１熱サイクル、少なくとも約２熱サイクル、少なくとも約３熱サイクル、少なくとも約４熱サイクル、少なくとも約５熱サイクル、少なくとも約６熱サイクル、少なくとも約７熱サイクル、少なくとも約８熱サイクル、少なくとも約９熱サイクル、少なくとも約１０熱サイクル、少なくとも約１１熱サイクル、少なくとも約１２熱サイクル、少なくとも約１３熱サイクル、少なくとも約１４熱サイクル、少なくとも約１５熱サイクル、少なくとも約１６熱サイクル、少なくとも約１７熱サイクル、少なくとも約１８熱サイクル、少なくとも約１９熱サイクル、少なくとも約２０熱サイクル、少なくとも約２５熱サイクル、少なくとも約３０熱サイクル、少なくとも約３５熱サイクル、少なくとも約４０熱サイクル、少なくとも約４５熱サイクル、少なくとも約５０熱サイクル、又は、少なくとも約１００熱サイクルを実行し得る。本開示の分析装置は、約１～約１０回の熱サイクル、約５～約１５回の熱サイクル、約１０～約２０回の熱サイクル、又は、約１５～約２５回の熱サイクルを実行することができる。
本開示の分析装置は、（例えば、分析管内の試料の温度を循環させることによって）ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）などの増幅反応を行なうように構成されていてもよい。ＰＣＲを実施することは、２つ又は３つの別個の温度ステップを含む各シリーズ（例えば、サイクル）で一連の反復温度変化（例えば、熱サイクル）を行なうことを含み得る。熱サイクルの前に、より高い温度（例えば、＞９０℃）での単一の温度ステップがあってもよい。各サイクルで使用される温度及びそれらが適用される時間の長さは、例えば、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）合成に使用される酵素、反応中の二価イオン及びヌクレオチド（ｄＮＴＰ）の濃度、並びに、１つ以上のプライマーの融解温度（Ｔｍ）に基づいて変化し得る。ＰＣＲなどの増幅反応の個々のステップは、初期化、変性、アニーリング及び／又は拡張／伸長を含み得る。初期化は、熱によって活性化され得るＤＮＡポリメラーゼのために使用され得る（例えば、「ホットスタート」ＰＣＲ）。初期化は、試料（例えば、分析管内の試料）を高温（例えば、耐熱性ポリメラーゼが使用される場合には、９４℃～９６℃［２０１°Ｆ～２０５°Ｆ）又は９８℃［２０８°Ｆ］）に加熱することを含んでもよく、これは約１～１０分間維持され得る。変性は、試料（例えば、分析管内の試料）を所定の時間、例えば約５秒～５分間（例えば、９４～９８℃［２０１～２０８°Ｆ］まで）加熱することを含んでもよい。これは、相補的な塩基間の水素結合を切断し、２つの一本鎖核酸分子（例えば、テンプレート）を生じることによって、二本鎖ＤＮＡテンプレートのＤＮＡ融解又は変性をもたらし得る。アニーリングは、所定の時間、例えば約５秒～５分間、試料（例えば、分析管内の試料）の温度を例えば５０～６５℃（１２２～１４９°Ｆ）に下げ、それによって一本鎖核酸テンプレートの各々への１つ以上のプライマーのアニーリングを可能にすることを含んでもよい。標的領域を含有する２つのそれぞれの一本鎖核酸テンプレートごとに１つを含めて、少なくとも２つの異なるプライマーを反応混合物に含めることができる。プライマーは、一本鎖核酸分子自体であってもよい。効果的な拡張／伸長に適した条件は、使用されるＤＮＡポリメラーゼに依存し得る。拡張／伸長は、ＤＮＡポリメラーゼの存在下で、テンプレートに５’から３’方向に相補的な遊離ｄＮＴＰを反応混合物から添加し、新生（伸長）ＤＮＡ鎖の末端でｄＮＴＰの５’－リン酸基を３’－ヒドロキシ基と縮合させることによって、一本鎖核酸テンプレートに相補的な新しいＤＮＡ鎖を合成することを含む。拡張／伸長の時間は、使用されるＤＮＡポリメラーゼ及び／又は増幅するＤＮＡ標的領域の長さに依存し得る。
変性、アニーリング及び拡張／伸長は、単一の熱サイクルを構成し得る。複数のサイクルを使用して、ＤＮＡ目標を検出可能なレベルまで増幅することができる。
加熱ブロックの温度は、任意の有用な方法で調整することができる。加熱ブロックをそれぞれ加熱又は冷却することによって、熱エネルギーを試料（例えば、分析管内の試料）に供給又は試料から除去することができる。加熱ブロックの温度は、加熱ユニット（例えば、抵抗ヒータ、オーミックヒータ、又はフレキシブルヒータを備える）及び／又は冷却ユニット（例えば、熱電冷却器又はファンを備える）を使用して制御（例えば、増加又は減少）することができる。熱サイクル用途には温度監視が必要な場合がある。したがって、加熱又は冷却ユニットは、加熱ブロックの温度を調整するために加熱又は冷却ユニットを監視及び／又は加熱又は冷却ユニットにフィードバックを提供するための１つ以上のサーミスタ及び／又は温度トランスデューサを備えてもよい。加熱又は冷却ユニットは、加熱ブロック（例えば、加熱ブロックの表面上）に隣接して配置されてもよい。或いは、加熱又は冷却ユニットは、加熱ブロックの表面に沿って凹部内に配置されてもよい。冷却ユニットは、加熱ブロックから離れて配置される（例えば、加熱ブロックと直接に接触しない）ファンを備えることができる。ファンを使用して、加熱ブロックに隣接する体積に正又は負の圧力を加え、それによって加熱ブロックの周囲の領域を排気することができる。加熱ブロックからの放射熱エネルギーを有する空気を含み得る加熱ブロックを取り囲む領域を排気することによって、加熱ブロックの温度を低下させることができる。ファンを使用して真空を生成し、加熱ブロックの周囲の放射熱を排出することができる。或いは、ファンを使用して正圧を発生させて、加熱ブロック（例えば、加熱ブロックからの熱を含む流体）の周囲の輻射熱を分析装置から排出又は強制的に放出することができる。図４Ａに示すように、加熱ブロックを取り囲む放射熱は、分析装置に配置された１つ以上の通気孔４０１を通して分析装置から除去することができる。１つ以上のファン４０２は、加熱ブロック及び１つ以上の通気口を囲む空間に流体接続されてもよい。分析装置は、任意の数のファンを備えることができる。例えば、分析装置は、１、２、３、４、５個、又はそれ以上のファンを備えてもよい。分析装置は、各加熱ブロックに対して１つのファンを備えてもよい。
キャリッジ
分析装置は、キャリッジを備えることができる。キャリッジを使用して、１つ以上の光学部品（例えば、発光フィルタ又は励起フィルタなどの光学フィルタ、光路、及び／又は光源）を所定の位置に保持又はシフトさせて、特定の分析管と整列させることができる。図５Ａに示すように、キャリッジ５０１は、励起フィルタ（図示せず）、フィルタリングされた励起エネルギーを試料（例えば、分析管内の試料）に伝達するための光路５０２（例えば、光パイプ）、及び、検出器による検出の前に発光エネルギーをフィルタリングするための発光フィルタ５０３などの様々な光学部品を備えることができる。図５Ｂは、図５Ａに示すキャリッジ機構の分解図を示す。図５Ｃは、内部機構の移動キャリッジ５０１の正面図を示し、移動キャリッジは複数の光路５０２を有する。キャリッジは、１つ以上の経路、溝、又はレール５０４に沿って移動するように構成されてもよい。キャリッジは、任意の有用な材料を使用して構成することができる。キャリッジを構成するために使用することができる材料の非限定的な例としては、ポリシロキサン、ポリホスファゼン、低密度ポリエチレン（ｌｄｐｅ）、高密度ポリエチレン（ｈｄｐｅ）、ポリプロピレン（ｐｐ）、ポリ塩化ビニル（ｐｖｃ）、ポリスチレン（ｐｓ）、ナイロン、ナイロン６、ナイロン６、ナイロン６、テフロン（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン）、熱可塑性ポリウレタン（ｔｐｕ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ｐｃｔｆｅ）、ベークライト、ケブラー、ツロン、マイラー、ネオプレン、ナイロン、ノメックス、オロン、リルサン、テボラ、テフロン（登録商標）、ウルテム、ベクトラン、ビトン、ザイロン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリ塩化ビニリデン（ｐｖｄｃ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ａｂｓ）、ポリエポキシド、ポリメチルメタクリレート、マレイミド、ポリエーテルイミド、ポリ乳酸、フラン、シリコーン、ポリスルホン、又は金属もしくは金属合金（例えば、アルミニウム、真鍮、銅、鉄、及び銀）が挙げられる。光路は、特定の幾何学的形状及び体積の開放空間を含むことができる。空間は、パイプなどの容器又はガイドによって画定されてもよい。光路（例えば、光パイプ）は、任意の有用な材料を使用して構成することができる。光路（例えば、光パイプ）を構築するために使用され得る材料の非限定的な例としては、ガラス、シリカ、フルオロジルコナート、フルオロアルミネート、カルコゲナイド、プラスチック、ＰＭＭＡ、ポリスチレン、シリコーン樹脂、及びそれらの任意の組み合わせが挙げられる。
キャリッジは、移動キャリッジであってもよい。移動キャリッジを使用して、第１の光源及び第１の分析管と整列する光路を第２の光源及び第２の分析管にシフトさせることができる。同様に、移動キャリッジを使用して、試料を第１の光路との整列からシフトさせて第２の光路と整列させることができる。移動キャリッジを備える分析装置は、移動キャリッジの代わりに静止構成要素を備える分析装置と比較して、特定の利点を提供することができる。例えば、移動キャリッジを含むことにより、複数の分析管が光路及び光学フィルタ（例えば、励起及び発光フィルタ）などの関連する構成要素を共有することが可能になり得る。これにより、分析装置の製造コストを低減することができる（例えば、高価となり得る光学フィルタ、例えば励起フィルタ及び発光フィルタを少なく済ませることによって）。また、光路の共有は、分析装置の全体サイズを縮小し（例えば、各分析管内の試料を分析するのに必要な光学部品の数を減らすことによって）、それによって分析装置をより携帯性の優れたものにすることができる。移動キャリッジは、第１の位置又は元の位置から最終位置に移動し、元の位置と最終位置との間の指定された位置に１つ以上のストッパを作るように構成されてもよい。元の位置と最終位置との間の経路は、直線経路であってもよく、移動キャリッジがそれに沿って移動することができる１つ以上の溝、トラック、又はレールを備えてもよい。元の位置と最終位置との間の経路は、移動キャリッジが（例えば、本明細書に記載の手動又は自動制御を介して）停止することができる１つ以上の指定された位置を含むことができる。１つ以上の指定された位置は、分析装置内の１つ以上の分析管又はそのためのシート又はハウジングの位置に対応することができる。指定された位置は、指定された位置（例えば、分析管の下）方への移動キャリッジの位置決めを容易にするためのキーなどの機械的構成要素を備えることができる。移動キャリッジの移動は、様々な方法を使用して達成することができる。例えば、電気モータを使用して、キャリッジを第１の位置から第２の位置に移動させることができる。カムを有するモータを使用して、キャリッジ及びカムに結合されたベルトを介してキャリッジを移動させることができる。移動キャリッジの移動は、磁気浮上システムを使用して達成することができる。例えば、キャリッジは、１つ以上の帯電したレール又は溝の上又は中に摺動可能に配置されてもよく、レール又は溝内で生成された磁力を使用してキャリッジを移動させてもよい。ばねを使用して、例えば、移動キャリッジがその元の位置からレール、トラック、又は溝の端部などの最終位置に移動した後に、移動キャリッジをその元の位置に戻すことができる。より軽量の材料を使用して移動キャリッジを構築することにより、キャリッジを移動させるために使用されるエネルギーを低減することができ、それによって試料及び／又は他のプロセスを加熱及び／又は冷却するために利用可能なエネルギー量を増加させることができると考えられる。
キャリッジは、１つ以上の光学フィルタ（例えば、励起又は発光フィルタ）及び１つ以上の光パイプを備えることができる。図６Ａは、１つ以上の励起フィルタ６１０ａ（赤色）、６１０ｂ（黄色）、及び６１０ｃ（青色）を備えるキャリッジを示す。また、キャリッジは、１つ以上の排出フィルタを備えてもよい。光パイプは、光学フィルタ（例えば、励起フィルタ）から試料を含む分析管まで延在してもよい。
分析装置は、任意の有用な光学フィルタ（例えば、励起フィルタ及び／又は発光フィルタ）を備えることができる。フィルタは、（ｉ）フルオロフォア又は色素の励起波長、及び（ｉｉ）フルオロフォア又は色素の発光波長のうちの１つ以上に最適であり得る周波数のバンドパスを有する光バンドパスフィルタ（例えば、光学干渉フィルム）であってもよい。フィルタは、望ましくない光の透過を防止するために非バンドパス周波数を実質的に減衰させることができる。例えば、ＳＹＢＲ Ｇｒｅｅｎ色素を使用する場合、励起フィルタバンドパスは波長４８５ｎｍ付近を中心としてもよく、発光フィルタバンドパスは波長５５５ｎｍ付近を中心としてもよい。光学フィルタ（例えば、励起フィルタ及び／又は発光フィルタ）は、光路に対して傾斜していてもよい（例えば、フィルタを含む平面が角度を成して配置されてもよい）。
励起源
分析装置は、１つ以上の励起源を備えてもよい。励起源は、キャリッジ（例えば、本明細書に記載されるような移動キャリッジ）上に配置されてもよく、励起フィルタ及び光路を介して試料（例えば、分析管内の試料）に励起エネルギーを送達するように構成されてもよい。移動キャリッジを備える分析装置の場合、キャリッジに配置された単一の励起源は、同じ励起フィルタ及び光路（例えば、移動キャリッジが励起源及び光路を異なる試料を収容する異なる分析管と整列させるとき）を介して２つ以上の試料（例えば、２つ以上の分析管内の２つ以上の試料）に励起エネルギーを送達するように構成されてもよい。図６Ｂに示すように、分析装置は、各分析管に対して励起源６１１ａ（青色）、６１１ｂ（黄色）、及び６１１ｃ（赤色）の専用のセット６１１を有することができる。
励起源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はＬＥＤのアレイ（例えば、１組の単色ＬＥＤ）を備えてもよい。ＬＥＤは、任意の有用なサイズ、形状、波長、又は他の特性を有することができる。ＬＥＤは、約１ｍＷ以上の励起エネルギーを放出することができる高出力ＬＥＤであってもよい。高出力ＬＥＤは、少なくとも約５ｍＷの励起エネルギーを放出することができる。ＬＥＤ又はＬＥＤのアレイは、例えば、約５０ｍＷの励起エネルギーを放出することができる。例えば、約１０ワット以下のエネルギー、又は約１０ワット以上のエネルギーを引き出す高出力ＬＥＤのアレイを使用することができる。総消費電力は、各ＬＥＤの電力及びアレイ内のＬＥＤの数に依存し得る。励起源として分析装置にＬＥＤを使用することは、例えば、ＬＥＤアレイがハロゲン光源などの他の光源よりも電力要件を大幅に低減する可能性があるため、有益であり得る。励起源は、約１マイクロワット（μＷ）以下の電力を使用することができる。或いは、励起源は、個々に、又はアレイで使用される場合に、約１マイクロワット（μＷ）、約５μＷ、約２５μＷ、約５０μＷ、約１００μＷ、約１ミリワット（ｍＷ）、約５ｍＷ、約２５ｍＷ、約５０ｍＷ、約１００ｍＷ、約１Ｗ、約５Ｗ、約５０Ｗ、又は、約１００Ｗ以上の電力を使用してもよい。場合によっては、限定はしないが、ヒートシンク又はファンなどの冷却装置を使用して、励起源又はその構成要素を冷却することができる。
励起源は、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）又はＯＬＥＤのアレイを備えることができる。ＯＬＥＤは、任意の有用なサイズ、形状、波長、又は他の特性を有することができる。ＯＬＥＤは、例えば、複数の分析管に同時に励起エネルギーを供給するために、広い面積にわたって発光をもたらすことができる。そのようなＯＬＥＤ用の複数の試料ウェル（例えば、分析管用のシート又はハウジング）間の散乱又はクロストーク光は、ＯＬＥＤ上にマスクを重ねることによって、又は複数の試料ウェルと動作可能に整列するようにＯＬＥＤの発光をパターニングすることによって低減され得る。ＯＬＥＤは、低消費電力装置であり得る。ＯＬＥＤは、発光ポリマー（ＬＥＰ）としても知られる小分子ＯＬＥＤ及び／又はポリマーベースのＯＬＥＤを含むことができる。基板上に堆積された小分子ＯＬＥＤを使用することができる。蒸着技術によって表面に堆積されるＯＬＥＤを使用することができる。また、ＯＬＥＤは、例えば、シルクスクリーニングによって表面に堆積されてもよい。例えば、溶媒コーティングを介して堆積されるＬＥＰを使用することができる。
励起源は、ＬＥＤ又はＯＬＥＤ６１１ａ～６１１ｃ（例えば、複数の単色ＬＥＤ）のアレイを備えることができる。アレイは、任意の形態で構成及び配置されてもよい。例えば、アレイ内の励起源は、移動キャリッジの移動軸に沿って直線的に配置されてもよい。或いは、図６Ｂに示すように、アレイ内の励起源は、移動キャリッジの移動軸に対して垂直に直線的に配置されてもよい。そのような形態では、光路５０２は、移動キャリッジのベースに対してある角度で配置されてもよい。移動キャリッジの基部から（例えば、移動キャリッジの基部に配置された励起フィルタから）延びる光路は、キャリッジの基部に対して垂直であってもよく、キャリッジの基部に対して垂直でなくてもよい（例えば、キャリッジの基部に対して９０度以外の角度であってもよい）。
１つ以上のレンズを使用して、励起又は発光エネルギーを誘導、再誘導、集束、分散、又はコリメートすることができる。例えば、レンズを使用して、励起エネルギーを試料（例えば、分析管内の試料）に集束させることができる。別の例では、励起源からの励起エネルギーをコリメートするためにレンズが使用されてもよい。使用され得るレンズの非限定的な例としては、両凸レンズ、平凸レンズ、正メニスカスレンズ、負メニスカスレンズ、平凹レンズ、両凹レンズ、フレネルレンズ、シリンドリカルレンズ、レンチキュラーレンズ、及び、屈折率分布型レンズが挙げられる。例えば、フレネルレンズを使用して、励起源からの励起エネルギーをコリメートし、励起エネルギーを光路に導くことができる。フレネルレンズは、場合によっては平坦なシートの形態をとる同等の平凸レンズよりもはるかに薄くすることができ、これは携帯型分析装置を製造するのに有利であり得る。
図７は、励起源６１１、励起フィルタ６１０、ダイクロイックビームスプリッタ７０１、発光フィルタ５０３、及び、検出器７０２が移動キャリッジ５０１上に配置されている、移動キャリッジ５０１のための更なる形態を示す。励起源６１１、励起フィルタ６１０、ダイクロイックビームスプリッタ７０１、及び、発光フィルタ５０３は、移動キャリッジ５０１が各試料と整列するように回転ピニオン機構７０３上に配置されてもよく、ピニオン機構を使用して光学部品６１１，６１０，７０１、及び５０３を回転させて、試料（例えば、分析管内の試料）に所望の励起エネルギーを提供し、試料７０４からの発光エネルギーを検出することができる。
また、分析装置は、図８に示すように、検出器８０１などの検出器を備えてもよい。検出器は、試料（例えば、分析管内の試料）から、場合によっては発光フィルタを介して発光エネルギーを受けるように構成されてもよい。したがって、検出器は、例えば、光検出器、フォトレジスタ、光電池、フォトダイオード、フォト管、光電子増倍管、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）、又はそれらの任意の組み合わせなどの任意の適切な光検出器を含むことができる。発光エネルギーは、例えば、分析管（例えば、励起可能なフルオロフォア）内の試料の成分の励起など、任意の適切な供給源によって生成され得る。検出器は、試料から放出エネルギー（例えば、特定の波長又は強度のエネルギー）を選択的に受けるように構成され得る。検出器は、複数の検出器（例えば、各々が他の光検出器によって受光された光ビームとは異なる波長を有する光ビームを受光するように構成された一連の光検出器）を備えることができる。
可動キャリッジは、フィルタなどの１つ以上の光学素子を担持するホイール状（又は円形）構成要素を備えることができる。これに代えて又は加えて、ホイール形状構成要素は、ミラー、光源（例えば、ＬＥＤ、単一画素ＬＥＤ、又は複数画素ＬＥＤ）、プリズム、レンズ、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。可動キャリッジは、直線経路で移動し、特定の位置で停止するように構成することができる。例えば、可動キャリッジは、加熱ブロックの軸に沿って移動し、各加熱ブロックに挿入された試料管からのデータ取得のために各加熱ブロックで停止するように構成することができる。可動キャリッジの内側のホイール形状構成要素は、異なるフィルタを切り替えるためにホイール軸に沿って移動可能であってもよい。例えば、図１４Ａは、携帯型装置１４００内の可動キャリッジ１４０１の正面図を示す。この例示的な装置では、可動キャリッジ１４０１のホイール形状構成要素１４０３は、９対のフィルタを担持する（フィルタの対は、励起フィルタ及び発光フィルタを備える）。可動キャリッジは、異なる加熱ブロック１４０２に沿って移動することができる。図１４Ｂは、可動キャリッジの一部の拡大図を示す。下端ＰＣＢ１４０４は、ブレークビームスイッチを備えてもよい。シャーシ１４０６は、キャリッジがシャーシ壁に当たるのを止めるためにビームスイッチを作動させるための２つのねじを備えることができる。一方のねじ１４０５が図１４Ｂに示されている。図１４Ｃは、携帯型装置内の異なる位置に停止した例示的な可動キャリッジの更なる正面図を示す。図１４Ｄは、可動キャリッジの一例の背面図を示す。
ホイール形状構成要素は、他の形状を有することができる。例えば、そのようなホイール形状構成要素の要素は、三角形、正方形、長方形、五角形、六角形、又は任意の他の形状、又はそれらの形状の組み合わせである構成要素に含まれてもよい。
図１５は、ホイール形状構成要素１５０２を有する例示的な可動キャリッジ１５０１の拡大図を示す。可動キャリッジの下端部は、リボンワイヤ１５０３及びアクチュエータ（例えば、ステッパモータ）１５０４を備えることができる。ステッパモータ１５０４は、試料ステーション１５０６の間でガイド１５０５に沿って可動キャリッジを移動させるために使用することができる。試料ステーション１５０６のうちの所定の試料ステーションは、生体試料及び試料処理（例えば、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ））に必要な試薬を含有する溶液を有するバイアル１５０７を含むことができる。可動キャリッジ１５０１は、ガイド１５０５に直交する軸に沿って可動キャリッジ１５０１を回転させるための別のアクチュエータ（例えば、ステッパモータ）を含んでもよい。
図１６は、例示的な可動キャリッジ１６００の内部機構の側面図を示す。可動キャリッジは、励起フィルタ１６０３、レンズ１６０４、ミラー１６０５、発光フィルタ１６０６、及び光源１６０７（例えば、ＬＥＤ）を有する光学系を備えることができる。可動キャリッジは、１つ以上の磁性片１６１１を備えることができる。可動キャリッジは、複数の励起フィルタ、発光フィルタ、及び光源を備えることができる。各光源は、加熱ブロック１６０２に挿入された試料管１６０１からのデータ取得のために励起フィルタと発光フィルタとの所定の対と共に使用されるように構成されてもよい。図１６には、一対の励起フィルタ及び発光フィルタを有する一方の光学系の一例が示されている。ホイール形状構成要素がホイール軸の周りを移動すると、別の一対の励起フィルタ及び発光フィルタと、別の光源とを有する別の光学系を、データ取得のために試料管と並べることができる。可動キャリッジは、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０個又はそれ以上のフィルタを備えることができる。可動キャリッジは、少なくとも１対、２対、３対、４対、５対、６対、７対、８対、９対、１０対、１１対、１２対、１３対、１４対、１５対、又はそれ以上の対のフィルタを備えることができる。可動キャリッジは、大きなコンデンサ１６０８を更に備えることができる。装置のシャーシ１６１２は、フォトインタラプタをトリガするためのフラグを備えることができる。シャーシ１６１２は、磁気ストリップ及びリニアエンコーダ（例えば、０．４ｍｍの隙間を有するライナエンコーダ）を備えることができる。可動キャリッジは、様々な材料又は材料の組み合わせで構築することができる。例えば、図１７に示すように、可動キャリッジの部分１７０１は金属で構築することができる。光学系１７０２を担持する部分は、黒色の染色された微細な３Ｄ印刷で構築されてもよい。検出器基板は、ＥＭＩシールドのために完全に囲まれてもよい。
図１８は、可動キャリッジの光学系の例示的な機構の拡大図を示す。レンズ１８０３は、様々な材料、例えば、ガラス又はポリカーボネートで作ることができる。レンズ１８０３は、ホイール形状構成要素のハブ１８０６の非回転部分に取り付けられてもよい。光源（又は励起源）１８０５は、ＬＥＤ光とすることができる。フィルタ１８０２は、励起フィルタとすることができる。フィルタ１８０２は、所望の励起波長の透過をもたらすことができる。例えば、励起フィルタから透過される光は、少なくとも約３９０ナノメートル（ｎｍ）、４３４ｎｍ、４４５ｎｍ、４６９ｎｍ、４７５ｎｍ、４９７ｎｍ、５４２ｎｍ、５５９ｎｍ、又は５６５ｎｍの中心波長を有することができる。光学系は、折り返しミラー１８０４を更に備えることができる。光源１８０５と折り返しミラー１８０４との間の距離は変化し得る。図１８には、部品１８０１が加熱ブロックとして示されている。更に、光学系は、発光フィルタを備えることができる。発光フィルタは、所望の発光波長を透過させることができる。例えば、発光フィルタから透過される光は、少なくとも約４６０ｎｍ、４７９ｎｍ、５１０ｎｍ、５２５ｎｍ、５３０ｎｍ、５３５ｎｍ、６２０ｎｍ、又は６３０ｎｍの中心波長を有することができる。場合によっては、可動キャリッジ内の光学系は、１つ以上のダイクロイックフィルタを備えてもよい。
光学系は、異なる構成要素を備えてもよく、異なる構成で組み立てることができる。図１９Ａ及び図１９Ｂは、可動キャリッジの内部の光学系の２つの更なる例を示す。例えば、可動キャリッジの光学系は、ミラー及びレンズを備えなくてもよい。光学系は、光源からの光が励起フィルタに到達できるようにする光路１９０１を備えてもよい。別の例では、光学系は、光源からの光が励起フィルタに到達できるようにするプリズム１９０２を備えてもよい。
光学系の異なる形態は、バイアル屈折力、移動キャリッジベースライン、信号対雑音比（ＳＮＲ）などのパラメータによって実証されるように、システムの異なる特性をもたらし得る。本明細書中で使用される場合、ＳＮＲは、以下の式を使用して定義することができる。
Figure 2022537539000002
ここで、ｘは光の入射角である。
一般に、ｘは励起時に２５度、発光時に１５度であってもよい。「バイアル屈折力」とは、それを蛍光プローブの励起に利用可能なバイアルにする全屈折力を指す。本明細書中で使用される「移動キャリッジベースライン」は、光学系の異なる形態を比較するために使用されるベースラインを指す。本開示に示される例示的なデータは、例えば、図７及び図８に示されるように、ホイール形状構成要素のない形態に基づいている。本明細書に記載のパラメータを使用して、異なる構成の特性を励起シミュレーションによって試験することができる。例えば、光学系は、約２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、１０％又はそれ以上のバイアル屈折力値を有することができる。光学系は、移動キャリッジベースラインよりも１倍、１．５倍、２倍、２．５倍、３倍、３．５倍、４倍、５倍、６倍、７倍、８倍、９倍、１０倍、１５倍、２０倍又はそれ以上効率的であり得る。光学系のＳＮＲは、少なくとも１，０００、１，５００、２，０００、２，５００、３，０００、３，５００、４，０００、５，０００以上とすることができる。場合によっては、光学系のＳＮＲは、少なくとも１００，１５０，２００，２５０，３００，３５０，４００，４５０，５００以上とすることができる。例えば、図１６に示す形態は、５．８％のバイアル屈折力値を有し、移動キャリッジベースラインよりも２～２０倍効率的であり、約２，０００のＳＮＲ値を有する。図２０Ａ～図２０Ｃ及び図２１Ａ～図２１Ｃは、光学系の例示的なシミュレーション結果を示す。
図１０は、図１Ａ～図１Ｂの分析装置におけるプロセスフローの一例を示す。第１の工程１００１では、ハウジング１００の蓋１０１が開かれ、ユーザは、それぞれが試料を収容する１つ以上の分析管を分析装置に挿入する。第２の工程１００２において、ユーザは、ハウジング１００に配置された電源ボタン１０３を押すことによって分析装置を始動させる。第３の工程１００３において、ユーザは増幅反応（例えば、熱サイクリング分析）を実行するための命令を与える。命令は、モバイル電子機器（例えば、分析装置から物理的に取り外されてもよく、分析装置に組み込まれてもよく、又は、分析装置内又は分析装置上に、例えば分析装置のハウジング又は溝内に取り外し可能に配置されてもよい）上のアプリケーションを使用して与えられてもよい。次いで、アプリケーションに与えられた命令は、分析装置に通信され得る（例えば、本明細書で説明するように、無線接続を介して）。第４の工程１００４では、分析装置が起動され、励起エネルギーが励起源６１１から励起フィルタ６１０を介して光路５０２を通じて第１の分析管に送達される。第５の工程１００５において、第１の分析管中の試料からの発光エネルギーは、試料から発光フィルタ５０３を通じて検出器８０１に送達される。第６の工程１００６において、励起源６１１、励起フィルタ６１０、及び、発光フィルタ５０３を備える移動キャリッジは、第２の位置（例えば、光路５０２を第２の分析管と整列させる）に移動することができる。第７の工程１００７において、励起エネルギーは、第２の励起源から、第２の励起フィルタを介して、第２の光路を通り、第１の分析管に送達される。第８の工程１００８において、第１の分析管中の試料からの発光エネルギーは、試料から第２の発光フィルタを通じて検出器８０１に送達される。
試料
様々な試料（例えば、生体試料）を分析することができる。試料は、侵襲的に（例えば、組織生検）又は非侵襲的に（例えば、静脈穿刺）得ることができる。試料は、環境試料であってもよい。試料は、水試料（例えば、湖、流れ、川、入り江、湾、又は海から得られた水試料）であってもよい。試料は土壌試料であってもよい。試料は、唾液、精液、血液（例えば、全血）、血清、滑液、涙液、尿又は血漿などの被検体からの組織又は体液試料であり得る。生体試料は、腫瘍生検などの組織試料であってもよい。試料は、被検体の器官の一部から得ることができる。試料は、細胞試料であってもよい。試料は無細胞試料（例えば、無細胞検体又は核酸を含む血漿試料）であってもよい。試料は、固体試料であってもよく、液体試料であってもよい。試料は、生体試料又は非生体試料であってもよい。試料は、体外試料又は生体外試料を含み得る。試料の非限定的な例としては、羊水、胆汁、細菌試料、母乳、バフィーコート、細胞、脳脊髄液、クロマチンＤＮＡ、射精液、核酸、植物由来物質、ＲＮＡ、唾液、精液、血液、血清、土壌、滑液、涙、組織、尿、水、全血又は血漿、及び／又はそれらの任意の組み合わせ及び／又は任意の画分が挙げられる。一例では、試料は、ＤＮＡを含み得る血漿試料であってもよい。別の例では、試料は、無細胞ＤＮＡを含み得る細胞試料を含んでもよい。
試料は哺乳動物試料であってもよい。例えば、試料はヒト試料であってもよい。或いは、試料は非ヒト動物試料であってもよい。非ヒト試料の非限定的な例としては、ネコ試料、イヌ試料、ヤギ試料、モルモット試料、ハムスター試料、マウス試料、ブタ試料、非ヒト霊長類試料（例えば、ゴリラ試料、エイプ試料、オランウータン試料、ルムール試料、又はヒヒ試料）、ラット試料、ヒツジ試料、ウシ試料及びゼブラフィッシュ試料が挙げられる。
本明細書中に開示される装置及び方法は、核酸（例えば、循環及び／又は無細胞ＤＮＡ断片）を分析するのに有用であり得る。核酸は、真核細胞、原核細胞、又は非細胞源（例えば、ウイルス粒子）に由来し得る。核酸は、その分子が長鎖に連結された多くのヌクレオチドからなる物質を指し得る。核酸の非限定的な例としては、人工核酸類似体（例えば、ペプチド核酸、モルホリノオリゴマー、ロックド核酸、グリコール核酸、又はトレオース核酸）、クロマチン、ｎｉＲＮＡ、ｃＤＮＡ、ＤＮＡ、一本鎖ＤＮＡ、二本鎖ＤＮＡ、ゲノムＤＮＡ、プラスミドＤＮＡ又はＲＮＡが挙げられる。核酸は、二本鎖又は一本鎖であってもよい。試料は、細胞内であってもよい核酸を含み得る。或いは、試料は、細胞外であってもよい核酸（例えば、無細胞）を含み得る。試料は、断片化され得る核酸（例えば、クロマチン）を含んでもよい。
試料処理
本開示は、分析管内で試料を処理するための方法及びシステムを提供する。核酸試料などの試料は、分析管内に配置され、同時に又は別々に処理されてもよい。試料は、同時に処理されてもよいが、互いに独立していてもよい。例えば、第１の分析管内の第１の試料は、第２の分析管内の第２の試料とは異なる処理条件に供される。或いは、第１の試料及び第２の試料は、同じ又は実質的に同じ処理条件に供され得る。
試料調製システム
生体試料由来材料の分析は、試料が多数の分析前ステップを経て処理されるまで行われない場合がある。多くの場合、調製プロセスは時間がかかり、面倒であり、人為的ミスを受ける可能性がある。例えば、血液又は組織細胞などの臨床試料に対する免疫及び分子生物学的診断分析では、細胞を破壊又は溶解して、対象のタンパク質及び核酸（すなわち、ＤＮＡ及びＲＮＡ）を含むそのような分子を放出し、続いてそのようなタンパク質及び／又は核酸を精製することによって、粗試料から対象の分子を分離する必要があり得る。処理ステップを実施した後に初めて、対象の分子の分析を開始することができる。更に、試料の実際の分析に使用されるプロトコルは、有用なデータが得られる前に、更に多くのステップを使用することができる。本開示は、生体試料の自動化又は実質的に自動化された処理のための装置、システム、方法を提供する。
また、本開示は、試料の調製及び処理のための装置、システム及び方法を提供する。そのような装置、システム及び方法は、実験室のない環境での生体試料の自動処理を可能にし得る。本開示の装置及びシステムは、携帯型であってもよく、例えば、ユーザが遠隔地でそのような装置を使用できるようにする。
図２２Ａ～図２２Ｅは、試料調製及び／又は分析のためのシステムの例を概略的に示す。
図２２Ａは、試料調製のためのシステムを概略的に示す。システムは、流体を試薬チャンバから試料チャンバ２２０４に移送するために吸引圧力（又は圧力降下）を印加できる第１のポンプ２２０３に導管２２０２によって流体接続される試薬チャンバ２２０１を含む。吸引圧力は、試薬チャンバとポンプとの間に導管に沿って配置されたバルブ２２０５を開くことによって１つ以上のチャンバに選択的に印加されてもよい。試料チャンバからの流体は、第２のポンプ２２０８又は第３のポンプ２２０９を使用して、廃棄物チャンバ２２０６に又は更なる分析のために１つ以上の分析管２２０７に移送されてもよい。
図２２Ｂは、試料調製のための別のシステムを概略的に示す。システムは、流体を試薬チャンバから試料チャンバ２２０４に押し出すために正圧（例えば、周囲圧力などの基準圧力よりも大きい圧力）を印加することができる第１のポンプ２２０３に導管２２０２によって流体接続される試薬チャンバ２２０１を含む。この構成では、図２２Ａのシステムと比較して、第１のポンプが試薬チャンバ内の流体と接触しない。正圧は、試薬チャンバとポンプとの間に導管に沿って配置されるバルブ２２０５を開くことによって１つ以上のチャンバに選択的に印加されてもよい。試料チャンバからの流体は、第２のポンプ２２０８を使用して、廃棄物チャンバ２２０６に又は更なる分析のために１つ以上の分析管２２０７に移送されてもよい。図２２Ａに示すような第１のポンプ（例えば、前記試薬チャンバから流体を引き出すように構成される）と、図２２Ｂに示すような第２のポンプ（例えば、試料チャンバから流体を引き出すように構成される）とを備える更に別のシステムも考えられる。
図２２Ｃは、試料調製のための別のシステムを概略的に示す。システムは、流体を試薬チャンバから試料チャンバ２２０４に押し出すために正圧を印加することができる第１のポンプ２２０３に導管２２０２によって流体接続される試薬チャンバ２２０１を含む。この構成では、カートリッジが６つの試薬チャンバを備える。図２２Ａ及び図２２Ｂに示すシステムと同様の５つの試薬チャンバに加えて、更なる試薬、例えばエタノールのための更なる試薬チャンバが含まれる。この更なる試薬チャンバは、例えば、溶出緩衝液を含み得る。この構成でも、第１のポンプ２２０３は試薬チャンバ内の流体と接触しない。正圧は、試薬チャンバとポンプとの間に導管に沿って配置されるバルブ２２０５を開くことによって１つ以上のチャンバに選択的に印加されてもよい。試料チャンバ２２０４は、１つ以上の導管を介して試薬チャンバに接続することができる。ここで図２２Ｃに示すように、試料チャンバと試薬チャンバとを接続する主導管は、シュノーケルを更に備えることができる。試料チャンバ２２０４からの流体は、第２のポンプ２２０８を使用して廃棄物チャンバ２２０６に又は分析のために第３のポンプ２２０９を使用して１つ以上の分析管２２０７に移送されてもよい。代案として、単一のポンプ及び１つ以上のバルブを使用して、試料チャンバ２２０４から廃棄物チャンバ２２０６又は１つ以上の分析管２２０７（例えば、図２２Ｂを参照）に流体を引き込むことができる。シュノーケル３１０２に接続された試料チャンバ３２０１の一例を図３１に示す。シュノーケル３１０２は、換気機能を有することができ、試料チャンバ３１０１を周囲空気に接続することができる。この図に示す部分３１０３は、フィルタスタックを捕捉するためのポンプである。フィルタスタックの例としては、親水性多孔質支持体、多孔質ガラスフィルタ、又は疎水性多孔質支持体が挙げられるが、これらに限定されない。
図２２Ｄは、試料調製のための別のシステムを概略的に示す。システムは、流体を試薬チャンバから試料チャンバ２２０４に押し出すために正圧を印加することができる第１のポンプ２２０３に導管２２０２によって流体接続される試薬チャンバ２２０１を含む。図２２Ｃに示すシステムと同様に、この構成では、カートリッジは、図２２Ａ及び図２２Ｂに示すシステムと同様の５つの試薬チャンバと更なる試薬チャンバとを含む６つの試薬チャンバを備える。この構成では、第１のポンプ２２０３が試薬チャンバ内の流体と接触しない。正圧は、試薬チャンバとポンプとの間に導管に沿って配置されるバルブ２２０５を開くことによって１つ以上のチャンバに選択的に印加されてもよい。試料チャンバ２２０４は、１つ以上の導管を介して試薬チャンバに接続することができる。試料チャンバと試薬チャンバとを接続する主導管は、シュノーケルを更に備えることができる。試料チャンバ２２０４からの流体は、第２のポンプ２２０８を使用して廃棄物チャンバ２２０６に又は分析のために第３のポンプ２２０９を使用して１つ以上の分析管２２０７に移送されてもよい。第２のポンプ２２０８は、廃棄物チャンバ２２０６の乾燥にも使用されてもよい。代案として、単一のポンプ及び１つ以上のバルブを使用して、試料チャンバ２２０４から廃棄物チャンバ２２０６又は１つ以上の分析管２２０７に流体を引き込むことができる。
図２２Ｅは、試料調製のための別のシステムを概略的に示す。システムは、流体を試薬チャンバから試料チャンバ２２０４に押し出すために正圧を印加することができる第１のポンプ２２０３に導管２２０２によって流体接続される試薬チャンバ２２０１を含む。図２２Ｄに示すシステムと同様に、この構成では、カートリッジは、図２２Ａ及び図２２Ｂに示すシステムと同様の５つの試薬チャンバと更なる試薬チャンバとを含む６つの試薬チャンバを備える。この構成では、第１のポンプ２２０３が試薬チャンバ内の流体と接触しない。正圧は、試薬チャンバとポンプとの間に導管に沿って配置されるバルブ２２０５を開くことによって１つ以上のチャンバに選択的に印加されてもよい。試料チャンバ２２０４は、１つ以上の導管を介して試薬チャンバに接続することができる。試料チャンバと試薬チャンバとを接続する主導管は、シュノーケルを更に備えることができる。試料チャンバ２２０４からの流体は、第２のポンプ２２０８を使用して廃棄物チャンバ２２０６に又は分析のために第３のポンプ２２０９を使用して１つ以上の分析管２２０７に移送されてもよい。第４のポンプ２２１０が、乾燥のために廃棄物チャンバ２２０６に接続されてもよい。第４のポンプ２２１０を廃棄物チャンバ２２０６に接続する導管は、バルブ２２１１及び／又は圧力センサを備えることができる。代案として、単一のポンプ及び１つ以上のバルブを使用して、試料チャンバ２２０４から廃棄物チャンバ２２０６又は１つ以上の分析管２２０７に流体を引き込むことができる。
図２２Ａ～図２２Ｅは、ポンプ及びバルブ形態の例を示しているが、例えば、「ウェットポンプ」（例えば、流体と接触するように構成されたポンプ）及び／又は「ドライポンプ」（例えば、流体に接触しないように構成されたポンプ）が本開示のシステムで使用され得るなど、様々なポンプ及び／又はバルブ形態が使用され得る。更に、１つ以上の圧縮機及び／又は１つ以上のポンプを伴う１つ以上の圧縮機など、流体の流れをもたらすための他のユニットを使用することができる。
ポンプ２２０３、２２０８、２２０９及び２２１０は、負圧（例えば、真空）を供給するように構成されてもよい。代案として、ポンプ２２０３、２２０８、２２０９及び２２１０は、正圧を供給するように構成されてもよい。他の代案として、ポンプ２２０３、２２０８、２２０９及び２２１０は、別の動作モードで負圧と正圧の両方を供給するように構成されてもよく、これは、第１の方向に沿って、続いて第１の方向とは異なる（例えば、第１の方向とは反対の）第２の方向に沿って流体を流すために使用されてもよい。ポンプ２２０３、２２０８、２２０９及び２２１０が多方向（例えば、双方向）ポンプであってもよく、それぞれのポンプは、負圧が流体流路に印加される第１のモード及び正圧が流体流路に印加される第２のモードで動作するように構成される。そのようなポンプは、ある範囲の圧力（又は圧力降下）が印加される他のモードを有してもよい。
本明細書中に記載のシステムは、様々な数のポンプを備えることができる。場合によっては、システムは、図２２Ａ～図２２Ｄに示すように２つ又は３つのポンプを備える。場合によっては、システムは、図２２Ｅに示すように、４つのポンプを備える。幾つかの他の場合では、システムが１つのポンプを備える。幾つかの他の場合では、システムは、５、６、７、８、９、１０個、又はそれ以上のポンプを備える。場合によっては、システムは、少なくとも１個、少なくとも２個、少なくとも３個、少なくとも４個、少なくとも５個、少なくとも６個、少なくとも７個、少なくとも８個、少なくとも９個、少なくとも１０個、少なくとも２０個、少なくとも３０個、少なくとも４０個、又は、それ以上のポンプを備える。
バルブ２２０５又は２２１１は、様々な手法によって作動させることができる。そのような手法は、それぞれ正圧源又は負圧源からの正圧又は負圧の補助などによる空気圧作動を含む。１つ以上の圧縮機を使用して正圧を供給することができる。１つ以上のポンプを使用して負圧を提供することができる。別の手法では、バルブは、電熱加熱を使用して作動させることができる。例えば、バルブは形状記憶バルブとすることができる。形状記憶バルブは、その元の形状を「記憶している」とともに加熱されるとその変形前の形状に戻ることができる材料を含む任意のタイプのバルブを指すことができる。場合によっては、形状記憶バルブは、電気熱加熱時の収縮中にシールを作動させるニチノール又はニッケルチタンワイヤを含むことができる。場合によっては、形状記憶バルブは、電気熱加熱時の収縮中にシールを作動させる銅－アルミニウム－ニッケルワイヤを含むことができる。更に別の手法では、電気機械ユニットを使用してバルブを作動させることができる。例えば、バルブはソレノイドバルブとすることができる。電気機械式バルブは、電流によって（例えば、ソレノイドを介して）制御される任意のタイプのバルブを指すことができる。場合によっては、ソレノイドバルブは、ラッチングソレノイドバルブであってもよい。２ポートバルブの場合、流れをオン又はオフに切り替えることができる。３ポートバルブの場合、流出は、１つ以上の出口ポートのいずれか又は両方の間で切り替えられてもよい。図２２Ａ～図２２Ｅに示すバルブの数は、非限定的な例である。システムは、様々な数のバルブを備えることができる。場合によっては、システムはバルブを備えない。場合によっては、システムは、図２２Ａ～図２２Ｅに示すシステムよりも多くのバルブを備える。例えば、システムは、少なくとも１個、少なくとも２個、少なくとも３個、少なくとも４個、少なくとも５個、少なくとも６個、少なくとも７個、少なくとも８個、少なくとも９個、少なくとも１０個、少なくとも２０個、少なくとも３０個、少なくとも４０個又はそれ以上のバルブを備えてもよい。
導管は様々な寸法を有することができる。幾つかの例において、導管１０２は、マイクロメートル程度の寸法を有する。そのような場合、導管１０２は、マイクロ流体装置の一部であってもよい。
図２２Ａ～図２２Ｅのシステムは特定の数の試薬チャンバを含むが、本開示のシステムは、試薬チャンバであってもよい少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０個又はそれ以上のチャンバを含んでもよい。所定のチャンバは、試薬を収容する又は含むことができる。これに代えて又は加えて、反応又は混合を行なうために所定のチャンバを使用することができる。
図２６は、図２２Ａ～図２２Ｅのシステムを使用するためのプロセスフローの一例を示す。第１の工程６０１では、バルブ２２０５が開かれ、溶解緩衝液が試薬チャンバ２２０１から試料チャンバ２２０４に圧送される。第２の工程６０２では、分析される試料が、ここで溶解緩衝液を収容する試料チャンバ２２０４に加えられる。試料を加える前に試料チャンバ２２０４を緩衝液（例えば、溶解緩衝液）で満たすことにより、試料内の標的核酸の損失を防ぐことができる。（例えば、試料チャンバの壁に沿った付着に起因して）。第３の工程６０３において、溶解緩衝液及び試料は試料チャンバ２２０４内で混合される。混合は、様々な方法で行なうことができる。一例では、ポンプ（例えば、第１のポンプ２２０３、第２のポンプ２２０８又は第３のポンプ２２０９）から試料チャンバ内への正圧によって気泡を発生させることができる。装置の任意のポンプを使用して、試料チャンバ２２０４内に気泡を発生させることができるが、ポンプ２２０９を使用して、例えば、第２のポンプ２２０８（例えば、廃棄ポンプ）の流れを逆転させることが、廃棄物チャンバ２２０６からの廃棄物による試料チャンバ２２０４内の試料の汚染のリスクを高め得る状況を回避することができる。チャンバ２２０１又は装置全体を撹拌するなど、他の技術を使用して、溶解緩衝液と試料を試料チャンバ２２０４内で混合することもできる。
その後の工程６０４において、試料と溶解緩衝液との混合物は、第２のポンプ２２０８によってフィルタ２３０２を通じて引き込まれ、それによってフィルタ２３０２内の標的（例えば、核酸）を捕捉し、廃棄物を廃棄物チャンバ２２０６に移送する。その後の工程６０５において、１つ以上の洗浄緩衝液及び／又は乾燥緩衝液が試料チャンバ２２０４内に連続的に圧送され、フィルタ２３０２に捕捉された標的と混合される。その後、工程６０６において、緩衝液と標的との混合物は、ポンプ２２０８によってフィルタ２３０２を通じて引き込まれ、それによってフィルタ２３０２内の標的（例えば、核酸）を捕捉し、廃棄物を廃棄物チャンバ２２０６に移送する。場合によっては、工程６０７において、フィルタ２３０２に捕捉された標的を乾燥緩衝液（例えば、アセトンなどの揮発性化学物質）で洗浄した後、試料チャンバを加熱して（例えば、試料チャンバの外面に沿って配置された加熱パッドを使用して）、残留乾燥緩衝液を（例えば、気化により）除去することができる。これにより、乾燥剤による標的の汚染を低減することができる。その後の工程６０８において、溶出緩衝液が試料チャンバ内に圧送され、それによって標的（例えば、核酸）がフィルタから溶出緩衝液へ抽出される。別の工程６０９では、ポンプから試料チャンバ内への正圧によって気泡を発生させて、溶出緩衝液を試料チャンバ全体に分配し、フィルタからの標的の抽出を促進することができる。更に別の工程６１０において、溶出緩衝液と標的との混合物は、更なる処理及び／又は分析のために、第３のポンプ２２０９によって試料チャンバ２２０４から１つ以上の分析管２２０７に圧送される。
試料調製カートリッジ
また、本開示は、試料調製カートリッジを提供する。一般に、試料調製カートリッジは、（ｉ）各ウェルが試料の処理に必要な試薬を収容する、１つ以上のウェル、（ｉｉ）緩衝液を試料と反応させるための試料チャンバ、（ｉｉｉ）試料チャンバから廃棄物を堆積させるためのチャンバ、及び、（ｉｖ）処理された試料を収集し、分析を実行するための１つ以上の分析管、を備えることができる。一般に、チャンバ及び分析管は、導管（例えば、あるチャンバから別のチャンバに流体を移送することができる接続部）によって接続することができる。これらの導管のいずれも、導管に沿った液体（例えば、緩衝液又は試料）の流れを調整するためにポンプ又はバルブと接続するための開口を備えることができる。
図２９は、試料調製カートリッジ２９００の一例を示す。試料調製カートリッジ２９００は、第１のマニホールド２９０１及び第２のマニホールド２９０２を備える。第２のマニホールド２９０２は、試薬チャンバ２９０３と廃棄物チャンバ２９０６とを備える。カートリッジ２９００は、分析管２９０７及び試料チャンバ２９０４を備える第３のマニホールド２９０８を更に備える。第３のマニホールド２９０８は、試薬にアクセスするべく試薬チャンバのシール（例えば、箔）を穿刺するために使用することができる複数の針２９０９を備えることができる。針は、中空となり得るとともに、異なるチャンバ間の試薬移送のための導管に接続され得る。第１のマニホールド２９０１は、シュラウド（例えば、カバー）となり得る。また、カートリッジ２９００はキャップ２９０５も備える。カートリッジ２９００は、本開示の方法及びシステムと共に使用することができる。
図３０は、試料調製カートリッジ３０００の別の例を示す。試料調製カートリッジ３０００は、第１のマニホールド３００１及び第２のマニホールド３００２を備える。第２のマニホールド３００２は、試薬チャンバ３００３と廃棄物チャンバ３００６とを備える。カートリッジ３０００は、分析管３００７及び試料チャンバ３００４を備える第３のマニホールド３０１０を更に備える。第３のマニホールド３０１０は、試薬にアクセスするべく試薬チャンバのシール（例えば、箔）を穿刺するために使用することができる複数の針３０１１を備えることができる。針は、中空となり得るとともに、異なるチャンバ間の試薬移送のための導管に接続され得る。第１のマニホールド３００１はシュラウドとなり得る。また、カートリッジ３０００は、試料チャンバ３００４のための更なるカバー片３００５を備える。更なるカバー片３００５は、折り畳み式ゴムキャップ３００９を更に備える。折り畳み式ゴムキャップ３００９は、流体及びエアロゾルが逃げるのを防ぐことができるが、空気が折り畳み式ゴムキャップを通過できるようにする多孔質ディスク３００８を更に備える。
試薬チャンバのシールを穿刺するために使用される針は、１つ以上の溝を備えることができる。１つ以上の溝は、試薬チャンバから試薬を排出するために使用することができる。１つ以上の溝は、試薬チャンバのシールを穿刺するときに針の詰まり又は密封を防止することができる。図３３Ａは、針形態の一例の上面図を示す。この例において、針３３０１は、中空中心３３０２及び偏心溝３３０３を備える。図３３Ｂは、複数の針３３０５を有する試料調製カートリッジマニホールド３３０４を示す。マニホールド３３０４内の各針は溝３３０６を備える。この針形態は、溝を有する剛性の小さいプラスチック針が流体緩衝液タンク（例えば、試薬チャンバ）内の箔の穿刺中の密封を防止できるようにし得る。マニホールド３３０４は試料チャンバ３３０７を備える。
材料
試料調製カートリッジは、様々な材料で形成され得る。場合によっては、試料調製カートリッジは、単一の材料（例えば、ポリプロピレン）で形成されてもよい。場合によっては、試料調製カートリッジは２つ以上の材料で形成されてもよい。場合によっては、試料調製カートリッジを製造するのに有用な材料としては、三次元（３Ｄ）印刷、射出成形、又は、三次元区画及び／又は区画間の流体移送のための埋め込み導管を有する装置を形成することができる他の方法に適した材料が挙げられる。試料調製カートリッジを製造するために使用され得る材料の非限定的な例としては、ポリシロキサン、ポリホスファゼン、低密度ポリエチレン（ｌｄｐｅ）、高密度ポリエチレン（ｈｄｐｅ）、ポリプロピレン（ｐｐ）、ポリ塩化ビニル（ｐｖｃ）、ポリスチレン（ｐｓ）、ナイロン、ナイロン６、ナイロン６、６、テフロン（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン）、熱可塑性ポリウレタン（ｔｐｕ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ｐｃｔｆｅ）、ベークライト、ケブラー、ツイン、マイラー、ネオプレン、ナイロン、ノメックス、オロン、リルサン、テボラ、テフロン（登録商標）、ウルテム、ベクトラン、ビトン、ザイロン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリ塩化ビニリデン（ｐｖｄｃ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ａｂｓ）、ポリエポキシド、ポリメチルメタクリレート、マレイミド、ポリエーテルイミド、ポリ乳酸、フラン、シリコーン、又はポリスルホンが挙げられる。場合によっては、試料調製カートリッジは、熱可塑性樹脂、熱硬化性ポリマー、非晶質プラスチック、結晶性プラスチック、導電性ポリマー、生分解性プラスチック、又はバイオプラスチックを含む材料から形成することができる。一例では、試料調製カートリッジは、ポリプロピレンを含む材料から形成され得る。別の例では、試料調製カートリッジは、ポリプロピレンを含む第１の材料及びポリカーボネートを含む第２の材料から形成され得る。
チャンバ
幾つかの態様では、試料調製カートリッジが１つ以上のチャンバを備えることができる。チャンバは、（ｉ）試料処理のための緩衝液／試薬を保存すること、（ｉｉ）試料を緩衝液又は試薬と連続的に混合して試料を処理すること、及び、（ｉｉｉ）廃棄物を保存することに有用であり得る。
幾つかの実施形態では、試料調製カートリッジが１つのチャンバを備えることができる。幾つかの実施形態では、試料調製カートリッジが複数のチャンバを備えることができる。幾つかの実施形態において、試料調製カートリッジは、２個のチャンバ、３個のチャンバ、４個のチャンバ、５個のチャンバ、６個のチャンバ、７個のチャンバ、８個のチャンバ、９個のチャンバ、１０個のチャンバ、１５個のチャンバ、２０個のチャンバ、２５個のチャンバ、３０個のチャンバ、３５個のチャンバ、４０個のチャンバ、４５個のチャンバ、５０個のチャンバ、１００個のチャンバ、又は１００個を超えるチャンバを備えることができる。一例では、試料調製カートリッジが５つのチャンバを備えることができる。
チャンバ（例えば、試料チャンバ、バッファチャンバ、又は、廃棄物チャンバ）のサイズは変化し得る。幾つかの実施形態では、チャンバが少なくとも約０．１ミリリットル（ｍＬ）の流体を保持することができる。幾つかの実施形態では、チャンバが少なくとも約０．２ｍＬの流体を保持することができる。幾つかの実施形態では、チャンバが少なくとも約０．３ｍＬの流体を保持することができる。幾つかの実施形態では、チャンバが少なくとも約０．４ｍＬの流体を保持することができる。幾つかの実施形態では、チャンバが少なくとも約０．５ｍＬの流体を保持することができる。幾つかの実施形態では、チャンバが少なくとも約０．６ｍＬの流体を保持することができる。幾つかの実施形態では、チャンバが少なくとも約０．７ｍＬの流体を保持することができる。幾つかの実施形態では、チャンバが少なくとも約０．８ｍＬの流体を保持することができる。幾つかの実施形態では、チャンバが少なくとも約０．９ｍＬの流体を保持することができる。幾つかの実施形態では、チャンバが少なくとも約１ｍＬの流体を保持することができる。幾つかの実施形態において、チャンバは、液体などの少なくとも約１ｍＬ、約２ｍＬ、約３ｍＬ、約４ｍＬ、約５ｍＬ、約６ｍＬ、約７ｍＬ、約８ｍＬ、約９ｍＬ、約１０ｍＬ、又はそれ以上の流体を保持することができる。
幾つかの実施形態では、１つ以上のチャンバを密閉することができる。幾つかの実施形態において、シールは、取り外し可能又は破断可能であってもよい（例えば、ユーザは、チャンバ上のシールを破断して、チャンバに試料を追加することができる）。シールは、単一の材料（例えば、アルミニウム）又は２つ以上の材料の組成物から形成されてもよい。一例において、試料調製カートリッジは、ポリプロピレンを含む材料で形成されてもよく、シールは、アルミニウムの三層、接着層及びポリプロピレン層を備える材料で形成されてもよい。場合によっては、シール材料は、プラスチックシリンジがシールを貫通できるようにしてもよい。シール材料は、箔積層体であってもよい。場合によっては、シールは、最低１０℃から５４℃以下の温度で試料調製カートリッジに付着し、少なくとも約１ヶ月間、少なくとも約６ヶ月間、少なくとも約１２ヶ月間、少なくとも約２４ヶ月間、少なくとも約３６ヶ月間、少なくとも約４８ヶ月間又は少なくとも約６０ヶ月間にわたってシールを維持することができる。場合によっては、チャンバが恒久的に密閉されてもよい。例えば、試料調製カートリッジは廃棄物チャンバを含むことができ、廃棄物チャンバは恒久的に密閉されてもよい。
幾つかの実施形態では、チャンバのうちの１つ以上がシュラウドによって覆われてもよい。例えば、図２９及び図３０に示すように、１つ以上のチャンバを有するマニホールドがシュラウドによって覆われている。
幾つかの実施形態において、チャンバは、分析を実施するための試薬（例えば、溶解緩衝液、洗浄緩衝液、乾燥剤又は溶出緩衝液）を含むことができる。緩衝液の非限定的な例としては、ＮＰ－４０溶解緩衝液、無線免疫沈降分析（ＲＩＰＡ）溶解緩衝液、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）溶解緩衝液、塩化アンモニウム－カリウム（ＡＣＫ）溶解緩衝液、揮発性化学物質（例えば、アセトン及びエタノール）、ＥＤＴＡ、Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ及び水を挙げることができる。
幾つかの実施形態において、チャンバは、Ｂｏｏｍ法にしたがって試料を分析するのに有用な１つ以上の緩衝液を含むことができる。Ｂｏｏｍ法では、タンパク質分解酵素の存在下で生体試料を洗剤と混合することにより、生体試料を溶解及び／又はホモジナイズされる。カオトロピック剤及びシリカ又はシリカコーティングビーズが溶解した生体試料と混合される。カオトロピック剤は、例えば、水素結合、ファンデルワールス力、及び疎水性相互作用などの非共有結合力によって媒介される高分子相互作用を妨害することによって、核酸の構造を破壊及び変性させる。カオトロピック剤の存在下では、水が核酸のリン酸基から除去され、それにより、リン酸基が露出され、シリカ又はシリカコーティングビーズなどのシリカへの疎水性結合が可能になる。生体試料中のタンパク質、細胞残屑、及び他の物質は、シリカに結合せず、溶液中に保持される。シリカビーズを数回洗浄して、タンパク質、脂質、細胞分子を含む細胞成分、及び生体試料中に見られる他の物質などの非核酸材料を除去する。シリカコーティングされた磁気ビーズは、磁場又は磁石を介して、溶液からシリカコーティングに結合した核酸の分離を助けるために使用され得る。次いで、カオトロピック剤の濃度を低下させることによって、核酸をシリカ又はシリカコーティングビーズから緩衝液に溶出する。溶出緩衝液は、例えば、純水であってもよく、Ｔｒｉｓ－ＥＤＴＡ「ＴＥ」緩衝液であってもよい。
幾つかの態様では、試料調製カートリッジが試料チャンバを備えることができる。一般に、試料が試料チャンバに加えられてもよく、その後、試料を処理するべくバッファが試料チャンバに連続的に加えられる。試料チャンバは、導管に沿って配置されたポンプがバッファを試料チャンバに自動的に移送できるように、バッファチャンバに（例えば、導管を介して）流体接続されてもよい。試料を所定の緩衝液と混合した後、混合物は、試料チャンバ内に配置されたフィルタを通じて引っ張られ、フィルタは試料内の標的（例えば、核酸）を捕捉するように構成される。溶出緩衝液を試料チャンバに加えて、標的をフィルタから放出することができる。試料チャンバ及びフィルタは、流体を試料チャンバ内（例えば、フィルタの周囲）に迅速に圧送するとともに（例えば、試料中の標的を捕捉するために）フィルタを通じて試料チャンバから圧送することができるように構成され得る。場合によっては、フィルタは、流体が試料チャンバに迅速に入ることができるようにするべく移動可能（例えば、第１の位置と第２の位置との間でシフト）であってもよい。場合によっては、フィルタは、例えば、参照により全体が本願に組み入れられる米国特許第９，９２６，５５３号明細書に記載されているように、曲げたり移動したりすることができてもよい。試料チャンバの一例が図２３に示される。ポンプ２３０１から生成された圧力を使用して、試薬（例えば、溶解緩衝液、洗浄緩衝液）を試料チャンバ２３０４に送り込むことができる。充填段階（例えば、試薬が試料チャンバに加えられている場合）において、試薬は、フィルタ２３０２の周りを流れることによって試料チャンバに入ることができる。これは、ポンプが受ける抵抗を低減し、試薬が試料チャンバをより迅速に充填できるようにする。試薬が試料と混合した後、更なるポンプ２３０３を使用して、試料中の標的（例えば、核酸）２３０４を捕捉するように構成されたフィルタを通じて混合物を廃棄物チャンバに移送することができる。標的が処理されてフィルタに結合された後、フィルタから標的を捕捉するべく溶出緩衝液が試料チャンバに圧送されてもよく、更なる分析のために試料を分析管に移送するべく第３のポンプ２３０５が使用されてもよい。幾つかの実施形態では、試料チャンバがキャップによって覆われる。幾つかの実施形態では、試料チャンバが折り畳み式ゴムキャップによって覆われる。幾つかの実施形態では、折り畳み式ゴムキャップが多孔性ディスクを備える。多孔性ディスクは、流体及びエアロゾルが漏れるのを防ぐことができるが、空気がキャップを通過することを可能にする。
試料チャンバは、漏斗を更に備えてもよい。漏斗は、試料調製中に液体試薬が流通できるようにし得るが、試料損失（例えば、ペレット損失）又は流体がキャップ上に飛び散るのを防ぐことができる。場合によっては、漏斗は、試料チャンバ内から外部環境への試料の移動を防止することができる。図３４Ａは、漏斗３４０３が試料チャンバ３４０２に挿入された試料調製カートリッジ３４０１を示す。試料チャンバ３４０２は、通気栓３４０５を有するキャップ３４０４を更に備える。この例において、漏斗３４０３は、試料ペレットを制御し、キャップ３４０４の通気栓３４０５への流体の飛散を防止することができる。図３４Ｂは、図３４Ａに示される試料調製カートリッジ３４０１内の漏斗３４０３の断面図を示す。試料液は、漏斗３４０３の中央の孔３４０６を通過することができる。漏斗３４０３は、周辺逃がし穴３４０７を更に備えることができる。
試料調製カートリッジは、試料チャンバ用のキャップを備えることができる。キャップは、試料チャンバに接続又は切断される。キャップは、通気栓を備えることができる。場合によっては、試薬チャンバ又は廃棄物チャンバが通気栓を備えてもよい。通気栓は、自己密封通気栓とすることができる。例えば、図３５は、設置された１つ以上の通気栓を有する試料調製カートリッジ３５０１の一例を示す。試料調製カートリッジ３５０１は、通気栓３５０２を有するキャップ３５０４に接続された試料チャンバ３５０５を備える。試料調製カートリッジ３５０１は、通気栓３５０３を有する廃棄物チャンバ３５０６も備える。通気栓は、液体が通気栓に接触してチャンバを密封するときに膨潤することができ、有害物質の漏出又は漏れを防止することができる。
幾つかの実施形態では、試料を加熱することが有益であり得る。したがって、試料及び／又は試料チャンバに熱を供給するために、試料チャンバ（例えば、試料チャンバの下方）に隣接してヒータを設けることができる。例えば、フィルタから標的を抽出する前に、試料チャンバ及び／又はフィルタを揮発性溶媒（例えば、エタノール又はアセトン）で洗浄することができる。続いて、ヒータを使用して試料及び／又は試料チャンバに熱を加えて、残っている揮発性溶媒を蒸発させることができる。試料又は反応混合物を高温（例えば、プライマーのアニーリング温度より高い温度）で調製することによって、ＰＣＲの生成物収率及び特異性の両方を改善することも可能である。増幅前加熱は、プライマーの標的核酸へのアニーリング、その後の伸長を促進させ、並びに、プライマー二量体の形成又はプライマー自己アニーリングを最小限に抑え得る。増幅前加熱ステップは、試料が２つ以上の分析管に分割される場合があるとともに試料の増幅前加熱が各分析管における生成物収率を増加させる場合があるため、核酸含有量が低い試料を処理するのに特に有用であり得る。したがって、増幅前加熱ステップは、本開示の実施形態のいずれかで実施することができる。例えば、試料を試料チャンバから１つ以上の分析管に移送する前に、ヒータを使用して試料を加熱することができる。別の例では、溶解緩衝液を試料チャンバに圧送し、続いて加熱してもよい。熱は、試料を変性させ、試料からの沈殿物の形成を減少させ、又は沈殿した固体を試料溶液に戻すのを助けることができる。溶液（例えば、試料からの固体の沈殿を減少させる）を均質化するために熱を使用することにより、試料が導管を通って移送されるときに導管内の蓄積及び詰まりを低減することができる。加熱ステップは、任意の所定の温度で任意の期間にわたって行われてもよい。幾つかの実施形態では、試料を７０℃で加熱することができる。幾つかの実施形態では、試料を７０℃で１０分間加熱することができる。幾つかの実施形態において、試料は、試料が更なる処理のために１つ以上の分析管に移されるまで、無期限に７０℃で加熱され得る。幾つかの実施形態では、試料を単一の温度で加熱することができる。幾つかの実施形態では、試料は、ある範囲の温度（例えば、上昇する温度の範囲、又は低下する温度の範囲）にわたって加熱され得る。ヒータは、ばね荷重プレートを更に備えてもよい。ばね荷重プレートは、そのようなばね荷重プレートのないヒータと比較して、試料チャンバとの改善された熱接触をもたらすことができる。
一般に、フィルタは、試料から標的（例えば、核酸）を捕捉することができる任意の材料を含むことができる。フィルタは、有機又は無機であってもよく、金属（例えば、銅又は銀）であっても非金属であってもよく、ポリマーであってもよく、ポリマーでなくてもよく、導電性、半導体性又は非導電性（絶縁性）であってもよく、反射性であっても非反射性であってもよく、多孔質又は非多孔質などであってもよい。前述のフィルタは、金属、金属酸化物、半導体、ポリマー（特に、織布、不織布、成形、押出成形、鋳造などを含む任意の適切な形態の有機ポリマー）、ケイ素、酸化ケイ素、及びそれらの複合材料を含む任意の適切な材料から形成することができる。本発明のフィルタとしての使用に適した多数の材料（例えば、ポリマー）を使用することができる。フィルタとして使用するのに適した材料としては、ポリカーボネート、金、シリコン、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、インジウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、チタン、酸化チタン、白金、イリジウム、酸化インジウムスズ、ダイヤモンド又はダイヤモンド様フィルム、アクリル、スチレン－メチルメタクリレートコポリマー、エチレン／アクリル酸、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン（ＡＢＳ）、ＡＢＳ／ポリカーボネート、ＡＢＳ／ポリスルホン、ＡＢＳ／ポリ塩化ビニル、エチレンプロピレン、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ニトロセルロース、ナイロン（ナイロン６、ナイロン６／６、ナイロン６／６－６、ナイロン６／９、ナイロン６／１０、ナイロン６／１２、ナイロン１１、及びナイロン１２を含む）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリ（エチレン）（ＰＥ）（低密度、線状低密度、高密度、架橋及び超高分子量グレードを含む）、ポリ（プロピレン）（ＰＰ）、ポリ（ブタジエン）（ＰＢ）のシス及びトランス異性体、ポリ（イソプレン）のシス及びトランス異性体、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレンホモポリマー、ポリプロピレンコポリマー、ポリスチレン（ＰＳ）（汎用及び高衝撃グレードを含む）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ（ε－カプロラクトン）（ＰＥＣＬ又はＰＣＬ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）及びそのホモログ、ポリ（メチルアクリレート）及びそのホモログ、ポリ（乳酸）（ＰＬＡ）、ポリ（グリコール酸）、ポリオルトエステル、ポリ（無水物）、ナイロン、ポリイミド、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリブタジエン（ＰＢ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリルアミド及びそのホモログ、例えばポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）、フッ素化ポリアクリレート（ＰＦＯＡ）、ポリ（エチレン－ブチレン）（ＰＥＢ）、ポリ（スチレン－アクリロニトリル）（ＳＡＮ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）及びその誘導体、ポリオレフィンプラストマー、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、エチレン－テトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシエチレン（ＰＦＡ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリエチレン－クロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）、スチレン無水マレイン酸（ＳＭＡ）、金属酸化物、ガラス、ガラスウール、酸化ケイ素、又は他の無機もしくは半導体材料（例えば、窒化ケイ素）、化合物半導体（例えば、ガリウムヒ素、インジウムガリウムヒ素）、及びそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
フィルタの例としては、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレン、デキストラン、ナイロン、アミラーゼ、ガラス、天然及び修飾セルロース（例えば、ニトロセルロース）、ポリアクリルアミド、アガロース及びマグネタイトが挙げられる。場合によっては、フィルタは、溶媒に対するその大きな化学的耐性、その機械的安定性、その低い固有の蛍光特性、及び容易に官能化されるその柔軟性のために、シリカ又はガラスとなり得る。一例では、フィルタが酸化シリコン（例えば、ガラス）から形成される。
フィルタ材料は、所望の方法で表面の特性を修正するのに役立つ化合物又はコーティングの１つ以上の異なる層を用いて修正することができる。例えば、フィルタは、フィルタの表面の全体又は一部にコーティング材料を更に備えてもよい。例えば、コーティング材料は、ニトロセルロース、シラン、チオール、ジスルフィド、又はポリマーであり得る。材料がチオールである場合、フィルタは金コーティングされた表面を備えてもよく、及び／又は、チオールは疎水性部分及び親水性部分を備える。コーティング材料がシランである場合、フィルタはガラスを備え、シランは、例えばヒドロキシル、カルボキシル、ホスフェート、グリシドキシ、スルホネート、イソシアナト、チオール又はアミノ基を含む末端部分を有し得る。別の実施形態において、コーティング材料は、共有結合したリンカー部分を有する誘導体化された単層又は多層であってもよい。例えば、単層コーティングは、フィルタへの化学的又は物理化学的結合を生成するチオール（例えば、チオアルキル酸（例えば、１６－メルカプトヘキサデカン酸）、チオアルキルアルコール、チオアルキルアミン、及びハロゲン含有チオアルキル化合物から成るグループから選択されるチオアルキル）、ジスルフィド又はシラン基を有してもよい。フィルタへの単層の付着は、非共有結合相互作用又は共有結合反応によっても達成され得る。
フィルタへの付着後、コーティングは少なくとも１つの官能基を含んでもよい。単層コーティング上の官能基の例としては、カルボキシル、イソシアネート、ハロゲン、アミン又はヒドロキシル基が挙げられるが、これらに限定されない。一実施形態において、コーティング上のこれらの反応性官能基は、標準的な化学技術によって、単層コーティング（例えば、カルボキシル基の無水物又は酸ハロゲン化物への変換など）上の対応する活性化官能基に活性化され得る。末端アミノ基への共有結合のためのフィルタ上のコーティングの活性化官能基の例としては、無水物、Ｎ－ヒドロキシスクシンイミドエステル又は他の一般的な活性化エステル又は酸ハロゲン化物が挙げられ、フィルタ上のコーティングの活性化官能基の例としては、末端ヒドロキシル基と結合するための無水物誘導体、リンカー化合物の酸化された糖残基に結合するためのヒドラジン誘導体、又は、リンカー化合物のチオール基への共有結合のためのマレイミド誘導体が挙げられる。誘導体化コーティングを製造するために、コーティング上の少なくとも１つの末端カルボキシル基を無水物基に活性化し、次いで、例えばリンカー化合物と反応させることができる。或いは、コーティング上の官能基を、コーティング上の反応性アミノ基への共有結合のために活性化官能基（例えば、Ｎ－ヒドロキシスクシンイミドエステル、酸ハロゲン化物、無水物及びイソシアネート）を有するリンカーと反応させることができる。
幾つかの実施形態では、試料調製カートリッジが廃棄物チャンバを備えることもできる。場合によっては、廃棄物チャンバは、試料が試料チャンバ内のフィルタを通じて引き込まれて廃棄物を廃棄物チャンバに移送することができるように、試料チャンバ（例えば、導管を介して）に流体接続されてもよい。
管路
試料調製カートリッジの任意の区画（例えば、チャンバ又は分析管）は、１つ以上の導管によって試料調製カートリッジの１つ以上の他の区画に流体接続されてもよい。試料調製カートリッジは、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６個又はそれ以上の導管を備えてもよい。一般に、試料又は試薬が２つの区画の間を通過できるようにするために、導管を使用して２つの区画を接続することができる。例えば、試料チャンバは、流体を試料チャンバから廃棄物チャンバに圧送できるようにするために、廃棄物チャンバに流体接続されてもよい。
本明細書に記載の試料調製カートリッジの構造は、適切に嵌合又は接合されるときに本明細書に記載の導管を形成する２つ以上の別個の層の凝集体を備えることができる。例えば、最上層の底面及び最下層の上面はそれぞれ、互いに嵌合するときに導管を形成するトレンチ（例えば、チャネル又は溝）を備えることができる。一般に、本明細書に記載の試料調製カートリッジは、上端部、下端部、及び、内部を備え、内部はカートリッジの導管を実質的に画定する。例えば、本体構造は、カートリッジ、例えば内部部分の導管ネットワークを画定するために互いに嵌合された少なくとも２つの基板層から製造される。場合によっては、カートリッジの上端部は、チャンバ（例えば、試料チャンバ、バッファチャンバ、及び廃棄物チャンバ）を備えることができる。場合によっては、カートリッジの下端部は、分析管が結合され得る１つ以上のアダプタ又はキャップを備える。
前述のように、試料調製カートリッジの上層及び／又は下層を製造するために、様々な材料を使用することができる。場合によっては、材料は、様々な製造技術、例えばフォトリソグラフィ、湿式化学エッチング、レーザーアブレーション、エアアブレーション技術、ＬＩＧＡ、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、射出成形、エンボス加工、及び他の技術との適合性に基づいて選択することができる。また、材料は、一般に、極端なｐＨ、温度、塩濃度、及び電場の印加を含む、試料調製カートリッジが曝露され得る全範囲の条件との適合性のために選択され得る。したがって、幾つかの態様では、材料は、例えば、ガラス、石英、シリコン又はポリシリコンなどのシリカ系基板を含むことができる。半導電性材料の場合、特にカートリッジ又はその内容物に電界が印加される用途では、材料の上に絶縁コーティング又は層、例えば酸化ケイ素を設けることが望ましいことが多い。
幾つかの態様では、材料は、ポリマー材料、例えばプラスチック、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン（ＴＥＦＬＯＮ（登録商標））、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリスルホンなどを含む。このようなポリマー基材は、製造技術を用いて、射出成形、エンボス加工又はスタンピングなどの成形技術を使用して、或いは、型内でポリマー前駆体材料を重合することによって、容易に製造することができる。そのようなポリマー材料は、製造の容易さ、低コスト及び廃棄性、並びに、最も極端な反応条件に対する一般的な不活性性のためである。ここでも、これらのポリマー材料は、試料調製カートリッジにおけるそれらの有用性を高めるために、例えば流体方向を高めるために、処理された表面、例えば誘導体化又はコーティングされた表面を含んでもよい。
試料調製カートリッジは、例えば、創薬、イムノ分析、診断、遺伝子分析を含む核酸分析などにおけるハイスループットスクリーニング分析の性能を含む様々な用途で使用され得る。したがって、本明細書に記載のカートリッジは、多くの場合、１つ以上の導管開口を含む。導管開口は、一般に、導管、及び導管が接続される対応するチャンバがアクセスされ得る任意の開口を指すことができる。管路開口は、様々な理由で有用であり得る。第１に、導管開口は、導管に沿ったポンプ又はバルブの挿入を可能にすることができる。これは、以下に記載されるように、使い捨て試料調製カートリッジを調製するのに特に有用である。試料調製カートリッジの導管開口は、カートリッジが再使用可能な試料調製装置（例えば、ポンプ、バルブ、及び／又は電子部品を含む再利用可能な装置）とドッキングできるようにする。試料調製カートリッジの導管開口は、より高価な構成要素を伴うことなくカートリッジを製造できるようにする。
第２に、導管開口は、実施されている分析に応じて、試料調製カートリッジの異なるチャンバをそれぞれの導管を介して流体接続できるようにし得る。幾つかの実施形態において、試料調製カートリッジは、複数の試薬セットを含むことができ、各試薬セットは、実行されるべき特定の分析のために試料を処理するためのものである。例えば、試料調製装置は、試料調製カートリッジを試料調製装置にドッキングすると、チャンバ１～５内の試薬が試料チャンバに連続的に移送されるように構成され得る。別の例では、試料調製装置は、試料調製カートリッジを試料調製装置にドッキングすると、チャンバ６～１０内の試薬が試料チャンバに連続的に移送されるように構成され得る。更に別の例では、試料調製装置は、試料調製カートリッジを試料調製装置にドッキングすると、チャンバ１内の試薬がチャンバ２内の試薬と混合され、続いて２つの試薬の混合物が試料チャンバに連続的に移送されるように構成され得る。
幾つかの実施形態では、試料調製カートリッジは、カートリッジ上の各チャンバに流体接続された別個の導管を備えることができる。幾つかの実施形態では、試料調製カートリッジは、別個の二次導管を介して共通又は一次導管に接続された２つ以上のチャンバを備えることができる。例えば、第１のチャンバに流体接続された第１の導管及び第２のチャンバに流体接続された第２の導管は、両方とも一次導管に流体接続することができる。その各々が１つのチャンバ又は分析管に流体接続され得る任意の数の二次導管は、一次導管に流体接続され得る。複数の二次導管が単一の一次導管に流体接続されている場合には、バルブを使用して、１つ以上の特定の二次導管への流れを制限することができる。
複数の試料の並列又は直列導入及び分析のために、複数の試料導入ポート又は試料チャンバが考えられる。或いは、カートリッジは、分析のために複数の試料をカートリッジに連続的に導入する試料導入ポート、例えばピペットに結合されてもよい。
分析管及びキャップ
幾つかの実施形態では、本開示の試料調製カートリッジは、試料チャンバ（例えば、図２４Ａ及び図２４Ｂを参照されたい）に流体接続された分析管キャップをそれぞれ有する１つ以上の分析管を備えることができる。分析管キャップは、試料調製カートリッジのマニホールドの一部であり得る。分析管キャップは、試料調製カートリッジのマニホールドの１つ以上の導管に接続することができる。本開示の任意の実施形態では、分析管をチャンバと交換することができることを理解されるべきである。一般に、試料の処理後、溶出緩衝液を試料チャンバに加えて、フィルタから標的（例えば、核酸）を抽出し、標的を分析管に移すことができる。分析管は透明であってもよく、分析管内の試料から光学信号を伝達することができ、光学信号は分析装置によって検出することができる。様々なＰＣＲ管を用いてもよい。例えば、分析管は、０．１ｍＬもしくは０．２ｍＬのＰＣＲ管、又は他の薄壁の市販のＰＣＲ管であってもよい。適切なＰＣＲ管は、例えば、Ｐｈｅｎｉｘ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｃａｎｄｌｅｒ，Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ，ＢＩＯｐｌａｓｔｉｃｓから入手することができる。幾つかの実施形態において、分析管キャップは、試料調製カートリッジに（例えば、分離可能）取り外し可能に結合されてもよく、分析管がキャップに直接に結合されてもよい。例えば、試料調製カートリッジは、分析管が圧入又はスナップ嵌めされ得る分析管キャップのストリップに（例えば、穿孔によって）取り外し可能に取り付けられ得る。１つ以上の分析管キャップを試料調製カートリッジに取り外し可能に取り付けることは、分析管（試料を含む）及びキャップを試料調製カートリッジから迅速に分離し、分析装置（例えば、サーマルサイクラー）に装填することができるので有利であり得る。
幾つかの実施形態では、分析管キャップ２４０１は、（ｉ）試料２４０３を分析管に移送することができ、及び／又は、（ｉｉ）圧力２４０４を加えることができる（例えば、分析管内に流体を引き込むため）１つ以上の導管２４０２を備えることができる。一般に、導管は、分析管キャップを通過することができ、それにより、分析管と導管（例えば、試料チャンバから延在する導管）との間に流体接続をもたらす。
分析管キャップは、キャップを通過して分析管に試薬又は試料を供給する１つ以上の第１の導管（流入導管とも呼ばれる）を有することができる。幾つかの実施形態では、導管の端部は、導管からの試薬又は試料の流れを制御するためのチップ又はノズル２４０５を有することができる。当業者であれば分かるように、流れの様々な異なる態様を制御できる。非限定的な例としては、流量、流れの種類（例えば、層流又は乱流）、及び、形成される液滴のサイズが挙げられる。ノズルを介した液体送達における２つの懸念は、（ｉ）液滴がノズルの端部にぶら下がったままにならないように液滴をきれいに吐出する方法、及び、（ｉｉ）液体の流れが分析管に送達されるときに分析管の内容物が飛散しないようにする方法を含む。更に、ノズルからの液体の噴出速度は、反応チャンバ内の第１及び第２の送達液体間の混合を誘発するのに十分であり得る。非常に小さな液滴は、高い噴出速度できれいに噴出することができるが、混合を引き起こすために既にウェル内にある液体の表面張力に打ち勝つのに十分な運動エネルギーを有さない。その一方で、より大きな液滴は、高い噴出速度できれいに噴出するが、内容物を隣接するウェルに飛散させる傾向もある。より低い噴出速度では、液体は、ノズルチップから垂れ下がった最後の液滴を残す傾向があり、これもチップの断面積の関数である。更に、導管を通る液体の流量は、送達圧力に伴って直接変化し、導管の長さに反比例し、直径に反比例する。これらの変数は全て、送達圧力及びチップ形態、並びに、構造の材料を開発するときに考慮に入れることができ、その結果、液体の残留液滴がノズルチップから垂れ下がることなく、液体をきれいに排出することができる。場合によっては、ノズル又はチップを使用して、導管の断面積を増加させることができる。場合によっては、導管の断面積は、ノズル又はチップの長さに沿って徐々に増加してもよい。場合によっては、ノズル又はチップを使用して、導管の断面積を減少させることができる。場合によっては、導管の断面積は、ノズル又はチップの長さに沿って徐々に減少してもよい。ノズルを任意の形状とすることができる。幾つかの実施形態では、ノズルが円錐形であってもよい。場合によっては、ノズルが円筒形状であってもよい。場合によっては、ノズルが半球形状であってもよい。ノズルの形状は液体に応じて選択することができ、連続流、一連のパルス又は液滴形態で液体を分配することがより有益であり得る。
場合によっては、分析管キャップは、キャップを通過する１つ以上の第２の導管２４０６を有することができる。これらの１つ以上の第２の導管は、ポンプに結合され、試料又は試薬をチャンバ（例えば、試料チャンバ）から分析管に引き込むために分析管を通る引き込み圧力を生成するために使用され得る。疎水性及び／又は多孔質材料２４０７を使用して、試料が分析管を満たすときに液体が第２の導管に入るのを防ぐことができると考えられる。例えば、モレキュラーシーブ（例えば、気体は透過するが液体は透過しない材料）を第２の導管の端部に配置して、篩を通じて吸引圧力を加えて試料を分析管に引き込むことができるようにしてもよい。モレキュラーシーブは、空気などの１つ以上のガスを透過させてもよい。しかしながら、試料が分析管（例えば、図２４Ｂを参照されたい）を満たすとき、モレキュラーシーブは、試料が第２の導管に流入するのを防止することができる。本開示の任意の実施形態で使用されるモレキュラーシーブは、マイクロポーラスモレキュラーシーブ、メソポーラスモレキュラーシーブ、又はマクロポーラスモレキュラーシーブとなり得る。モレキュラーシーブの非限定的な例としては、ゼオライト、アルミノケイ酸塩材料、多孔質ガラス、活性炭、粘土、モンモリロナイト、ハロイサイト、二酸化ケイ素及びシリカが挙げられる。場合によっては、モレキュラーシーブはフィルタ、例えばピペットチップフィルタである。フィルタは、液体と接触すると自己密封することができる。フィルタ材料は、疎水性、例えば、ポリテトラフルオロエチレン及びポリエチレンであってもよい。場合によっては、フィルタは、例えば１０～１２μｍ、１２～１５μｍ、１５～２０μｍ、又は、２０～２５μｍの小さい孔径を有する。
図３６は、試料調製カートリッジのマニホールド３６００の上面図を示す。マニホールドは、キャップを通過して分析管に試薬又は試料を供給するためにキャップを通過する第１の導管３６０３と流体連通する１つの導管３６０１と、吸引圧力を発生させるためにキャップを通過する第２の導管３６０４と接続する１つの導管３６０２とを含む１つ以上の導管を備える。キャップを通過する導管３６０２又は第２の導管３６０４は、流体（例えば、試薬又は試料）が第１の導管３６０３を通って分析管に引き込まれることができるように、ポンプに結合されて吸引圧力又は真空を発生させることができる。周囲圧力下で、液体検体は、試料チャンバ（図示せず）から導管３６０１内に流れて分析管に至ることができる。検体は、この導管から垂直導管３６０３を介して分析管に入ることができる。導管３６０１に平行な矢印３６０５は、分析管への流体の流れの方向を示す。導管３６０２に平行な矢印３６０６は、分析管から流出する空気の方向を示す。
図３７Ａは、図３６の試料調製カートリッジの断面側面図を示す。試料調製カートリッジは、１つ以上の導管、１つ以上の分析管３７０１、及び、１つ以上の分析管３７０１に挿入された１つ以上の分析キャップ３７０２を有するマニホールド３７００を備えることができる。周囲圧力下で、液体は、試料チャンバ（図示せず）から分析管に通じる導管に流れることができる。液体は、分析キャップ３７０２を通過する第１の導管３７０３（例えば、マニホールドの表面に垂直な導管）を介してこの導管から分析管内に通過することができる。液体は、液面が分析キャップ３７０２の第２の導管３７０４内の多孔質媒体３７０６（例えば、モレキュラーシーブ又は多孔質自己密封濾過材）に達するまで分析管を満たすことができる。多孔質媒体３７０６は、液体の流れを制限し、気体を自由に通過させることができる。多孔質媒体３７０６は、多孔質プラグ又は毛細管とすることができる。第１の導管３７０３内の矢印３７０８は、分析管への流体の流れの方向を示す。第２の導管３７０４内の矢印３７０９は、分析管から流出する空気の方向を示す。流体と接触すると、多孔質媒体は、真空への接続を遮断して流体の流れを停止させることができるように膨潤して導管３７０４を密封することができ、それにより、所定量の液体３７０５を分析管内に残すことができる。このプロセスには数秒かかる場合がある。しかしながら、充填中、気泡（又は気泡）３７０７は、分析管壁の不十分な湿潤、分析管内で乾燥した凍結乾燥反応物中の空隙、又は、分析管に通じる導管内の同伴空気（例えば、図３７Ａの導管３７０３を参照されたい）に起因し得る。これらの気泡は悪影響を及ぼす可能性がある。充填中、入ってくる液体は、分析管内に位置する凍結乾燥又は凍結乾燥反応物を可溶化することができる。気泡による液体の減少は、意図された濃度を超える反応物濃度を増加させる可能性があり、ＰＣＲの結果に影響を及ぼす可能性がある。気泡によって引き起こされる別の問題は、分析管内の試料の熱サイクル中に生じ得る。図３７Ｂは、本明細書に記載の問題の一例を示す。気泡３７０７は、温度の上昇と共に膨張し、流体を導管内に戻して分析管（例えば、図３７Ａ及び図３７Ｂの導管３７０３を参照されたい）に導くことができる。導管３７０３内の矢印３７１０は、気泡３７０７の膨張に起因して分析管から流出する流体の方向を示す。冷却すると、空気の収縮によって流体体積を戻すことができる。場合によっては、流体は隣接する分析管に戻る場合がある。このような問題は、「熱ポンピング」と呼ぶことができる。熱ポンピングの結果は、熱サイクル効率の低下、隣接する分析管からの反応物の混合、流体の損失、及び／又は、ＰＣＲの完全な不具合を含むことができる。
熱ポンピングの問題を解決する手法の一例では、充填後に分析キャップを通過する流入導管にバルブ又はシールを使用することができる。バルブ又はシールは、導管から流入する流体中の空気又はガスを効果的に捕捉し、熱サイクル中の流体の温度駆動体積変位を防止することができる。バルブは、一方向バルブであってもよい。バルブは、一方向バルブでなくてもよく、熱ポンピング（例えば、熱サイクル中の液体膨張又は収縮）を防止することができるように、いずれかの方向への流体の流れを防止することができる。バルブ又はシールは、流体を充填した後に流入導管を閉鎖又は密封する前に、十分な流体が分析管を満たすことができるようにし得る自己シール又は膨潤可能な材料を備えることができる。自己シール又は膨潤可能な特性は、空間的制約及び特徴のサイズと共に、バルブ又はシールの発見を困難にする可能性がある。アプローチは、自己シール性又は膨潤性粒子（例えば、ビーズ）を使用することであり得る。自己シール性又は膨潤性粒子は使い捨てであり得る。自己シール性又は膨潤性粒子は、使い捨てであり得る。自己シール性又は膨潤性粒子は、粒子が水などの液体に曝されると膨潤（又は膨張）することができる。自己シール性又は膨潤性粒子は、ゲル粒子（例えば、ゲルビーズ）であり得る。自己シール性又は膨潤性粒子は、安価で容易に入手可能であり得るヒドロゲル粒子又はヒドロゲルバルブであり得る。ヒドロゲル粒子は、ポリマー材料（又はポリマー）を含むことができる。ポリマー材料としては、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド、ポリ（エチレングリコール）及びその誘導体（例えば、ＰＥＧ－ジアクリレート（ＰＥＧ－ＤＡ）、ＰＥＧ－ＲＧＤ）、ポリ脂肪族ポリウレタン、ポリエーテルポリウレタン、ポリエステルポリウレタン、ポリエチレンコポリマー、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリ（ヒドロキシエチルアクリレート）、及びポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）、コラーゲン、ヒアルロン酸、キトサン、デキストラン、アガロース、ゼラチン、アルギネート、タンパク質ポリマー、及びメチルセルロースが挙げられるが、これらに限定されない。膨潤性粒子は、充填条件下で適切な膨潤速度を有する正確な幾何学的形状で得ることができる。膨潤性粒子が乾燥しているとき、それらは、粒子の外面と流入導管の内壁との間に隙間が存在し得るように、分析キャップを通過する流入導管に装填され得る。隙間は、少なくとも約０．１、０．１５、０．２、０．２５、０．３、０．３５、０．４、０．４５、０．５、０．５５、０．６、０．６５、０．７ミリメートル（ｍｍ）以上であり得る。流入導管は、少なくとも約０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２．０ｍｍ以上のサイズ（例えば、直径）を有することができる。乾燥膨潤性粒子は、少なくとも約０．２、０．２５、０．３、０．３５、０．４、０．４５、０．５、０．５５、０．６０、０．６５、０．７０、０．７５、０．８０、０．８５、０．９０、１．０、１．１、１．２、１．２５、１．３、１．３５、１．４、１．４５、１．５、１．５５、１．６、１．６５、１．７、１．７５、１．８ｍｍ又はそれを超えるサイズ（例えば、直径）を有することができる。流体が導管に流入するときに液体と接触すると、膨潤性粒子は膨潤し始める可能性がある。密封までの時間は、充填持続時間よりも長くてもよい。チャネル又は膨潤性粒子のサイズは、充填を確保し、シールラグ（例えば、充填と密封との間の時間）を最小にし、及び／又は、シールの信頼性（例えば、膨潤を確実にすることは、シールするのに適切である）を最大にするように最適化することができる。
自己シール性又は膨潤性粒子は、自己シール性、膨潤性、又は、自己シール性と膨潤性の両方であり得る。自己シール性又は膨潤性粒子は、様々な形状、サイズ及び／又は形態を有することができる。自己シール性又は膨潤性粒子は、円形、三角形、正方形、長方形、五角形、六角形、又は部分的な形状又はそれらの形状の組み合わせである形状を有し得る。自己シール性又は膨潤性粒子は、球形又は非球形であってもよい。自己シール性又は膨潤性粒子は、より小さい粒子の組み合わせであってもよい。自己シール性又は膨潤性粒子は、少なくとも約５０，１００，１５０，２００，２５０，３００，３５０，４００，４５０，５００，５５０，６００，６５０，７００，７５０，８００，８５０，９００、１，０００、１，２００、１，５００、２，０００、２，５００、２，８００ミクロン又はそれを超えるサイズ（例えば、直径）を有し得る。自己シール性又は膨潤性粒子は、最大で約５，０００、４，５００、４，０００、３，５００、３，０００、２，５００、２，０００、１，５００、１，０００ミクロン以下のサイズを有し得る。
図３８は、液体充填後に導管を密封するために流入導管内に充填された膨潤性粒子の形態の一例を示す。試料調製カートリッジのマニホールド３８００は、１つ以上の分析管３８０１に挿入された１つ以上の分析キャップ３８０２を備える。分析キャップ３８０２は、分析管３８０１を液体３８０５で満たすための１つ以上の導管（又は流入導管）３８０３を備える。導管３８０３は、導管内に装填された膨潤性粒子３８０４を含む。膨潤性粒子３８０４の外面と導管３８０３の内壁との間に隙間３８０７が存在する。充填中に気泡３８０６が発生する可能性がある。導管３８０３内の矢印３８０８は、分析管への流体の流れの方向を示す。膨潤性粒子３８０４は、流体が導管３８０３を通じて分析管３８０１に流入できるようにし得るが、分析管に流体を充填すると導管を密封するように膨潤することができる。この例示的な構成では、充填時間は、少なくとも約１、２、３、４、５、６秒又はそれ以上であってもよい。膨潤性粒子の膨潤時のシールは、湿潤後少なくとも約３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２秒又はそれを超えて得ることができる（例えば、分析管に流入する流体との接触）。膨潤性粒子の膨潤率は、ヒドロゲルの組成又は化学をカスタマイズすることによって調整可能であり得る。膨潤性粒子は、乾燥粒子のサイズ（例えば、直径）の少なくとも２、２．１、２．２、２．３、２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９、３倍以上に膨潤し得る。
図３９は、膨潤性粒子が装填された流入導管の２つの異なる形態の例を示す。左分析キャップ３９０１は、約１．１ｍｍのサイズ（例えば、直径）を有する流入導管３９０２を備える。流入導管３９０２内に装填された乾燥膨潤性粒子３９０３は、少なくとも約０．６０、０．６５、０．７０、０．７５、０．８０、０．８５、０．９０ｍｍ又はそれ以上のサイズ（例えば、直径）を有することができる。右側の分析キャップ３９０４は、約１．６０ｍｍのサイズ（例えば、直径）を有する流入導管３９０５を備える。流入導管３９０５内に装填された乾燥膨潤性粒子３９０６は、少なくとも約０．８０、０．９０、１．０、１．１、１．２、１．２５、１．３、１．３５、１．４、１．４５、１．５、１．５５、１．６、１．６５、１．７、１．７５、１．８ｍｍ以上のサイズ（例えば、直径）を有することができる。流入導管は、流入導管３９０２の内面３９０８及び流入導管３９０５の内面３９０９などの内面を備えることができる。膨潤性粒子は、内面によって支持され得る。内面は、膨潤性粒子と流入導管の内面との間に支持体（例えば、支持体３９０７）を更に備えてもよい。支持体は、プラスチックロッドなどのプラスチック支持体とすることができる。プラスチック支持体は、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。
図４０Ａは、分析管の底部付近に気泡を伴って液体試料が満たされた分析管のアレイを有する試料調製カートリッジの一例を示す。この例では、試料調製カートリッジは、流入導管内に膨潤性粒子（例えば、ヒドロゲル粒子）を含む。数字はウェル番号を示す。図４０Ｂは、ＰＣＲ又は熱サイクリングを行なった後の図４０Ａの同じ試料調製カートリッジの画像を示す。この実施例では、分析管内で流体が移動しなかった。気泡は、熱サイクル後に分析管内に残る。気泡はサイズを増加させなかったが、流体試料の上部まで上昇した。
図４１Ａ及び図４１Ｂは、図４０Ａ又は図４０Ｂの試料調製カートリッジ内の試料のＰＣＲ結果を示す。試料を調製し、本明細書に記載の試料調製装置及び分析装置を使用して分析した。
図４２Ａは、分析管の底部付近に気泡を伴って液体試料が充填された分析管のアレイを有する試料調製カートリッジの一例を示す。この例では、試料調製カートリッジは、流入導管内に膨潤性粒子を含まない。数字はウェル番号を示す。図４２Ｂは、ＰＣＲ又は熱サイクリングを行なった後の図４２Ａの同じ試料調製カートリッジの画像を示す。この実施例では、有意な流体損失が観察された。ＰＣＲ／熱サイクルは、様々なキュベットにおいて大量の流体損失をもたらした。分析管内のガスは、流体体積を膨張させ、それが失われる上部チャネルに移動させることができる。右側から開始して、ウェル０、１、４、６、及び７は正味の流体損失を有していた。ＰＣＲ結果（図４３Ａ及び図４３Ｂを参照）は、それらの影響を受けたウェルの各々において、チャネル分析及びパネル分析の両方で低い性能を示した。
図４３Ａ及び図４３Ｂは、図４２Ａ又は図４２Ｂの試料調製カートリッジ内の試料のＰＣＲ結果を示す。試料を調製し、本明細書に記載の試料調製装置及び分析装置を使用して分析した。この実施例では、ＰＣＲ結果は、分析管内の気泡によって引き起こされる問題に関連する不十分な性能を示す。
幾つかの実施形態では、２つ以上のキャップは、キャップを分析管内に延在させる様々な厚さを有することができ、それによって分析管の最大作用容積に影響を及ぼす。分析管キャップ及び分析管の例を図２５Ａ及び図２５Ｂに示す。図２５Ａは、図２５Ｂに示すより厚い厚さ２５０２を有する分析管キャップと比較して、より薄い厚さ２５０１を有する分析管キャップを示す。一般に、キャップ（例えば、キャップを分析管内に更に延在させる）の厚さが厚いほど、分析管の最大作用容積は低くなる。これは、少量の試料に有益であり得る。場合によっては、分析管キャップの厚さは、少なくとも約０．１ｍｍ、約０．２ｍｍ、約０．３ｍｍ、約０．４ｍｍ、約０．５ｍｍ、約０．６ｍｍ、約０．７ｍｍ、約０．８ｍｍ、約０．９ｍｍ、約１ｍｍ、約１．１ｍｍ、約１．２ｍｍ、約１．３ｍｍ、約１．４ｍｍ、約１．５ｍｍ、約１．６ｍｍ、約１．７ｍｍ、約１．８ｍｍ、約１．９ｍｍ、約２．０ｍｍ、約２．５ｍｍ、約３ｍｍ、約４ｍｍ、約５ｍｍ、約６ｍｍ、約７ｍｍ、約８ｍｍ、約９ｍｍ、約１０ｍｍであってもよく、又は、約１０ｍｍより大きくてもよい。場合によっては、分析管の作用容積を減少させなくてもよい。場合によっては、分析管の作用容積は、少なくとも約１％、約２％、約３％、約４％、約５％、約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約５０％、約７５％、又は約７５％超減少してもよい。キャップの厚さを増加させると、分析管の底部と、試料が分析管内に堆積される導管の端部との間の距離が減少する。これは、前述のように、液滴が既に分析管内の液体に落下するときに試料の混合に影響を及ぼし得る。
試料調製装置
試料調製カートリッジは、１つのチャンバから別のチャンバ又は分析管に流体を移送するための試料調製装置と、装置を制御するための及び／又は装置から得られたデータの解釈のためのコンピュータベースのインタフェースとを備え得る、より大きなシステムの１つの構成要素であり得る。試料調製装置は、様々な機械的要素（例えば、ポンプ及び／又はバルブ）、及び他のコンピュータ制御システムを含むことができる。例示的なシステムを図２７に示す。試料調製カートリッジは、様々なチャンバを備えるハウジングを含む。試料調製カートリッジ２７０１は、試薬チャンバ２７０１、試料チャンバ２７０４、及び、廃棄物チャンバ２７０６を含む２つ以上のチャンバ間の流体の移動（例えば、試薬チャンバから試料チャンバへの移動）を制御するべくポンプ２７０３、２７０８及び２７０９及び／又はバルブ（図示せず）を有する試料調製装置２７０２にドッキングされる。ドッキングされた時点で、１つ以上の試料チャンバから通じる導管は、１つ以上のポンプ及び／又はバルブに（例えば、管又はチャネルを介して）流体接続され２７０４、それにより、ポンプ及び／又はバルブは、あるチャンバから別のチャンバへの流体の流れを制御することができる。ポンプ及び／又はバルブは、図１１に示すように、無線で又は電気的接続２７０５を使用して、１つ以上のコンピュータ制御システムによって制御されてもよい。場合によっては、本明細書に記載の試料調製装置は、試料処理及び分析のためのシステム内の試料調製ユニットである。試料調製ユニットは、分析ユニット（例えば、本明細書に記載の分析装置）の同じハウジング内にあり得る。
試料調製カートリッジは、試料処理又は分析のために本明細書に記載の分析装置と共に使用することができる。図２８は、分析管内の試料に対して分析（例えば、ポリメラーゼ連鎖反応及び／又は標的核酸の検出）を実行することができる分析装置２８０２にドッキングされた分析管を有する試料調製カートリッジ２８０１を示す。
試料調製カートリッジは、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）ユニット又はメモリに記憶された情報を含み得る。情報は、処理されている試料を一意に識別することができるバーコード、試料を処理するためのルーチン、又はカートリッジのユーザに関する情報を含むことができる。或いは、試料調製カートリッジは、ＲＦＩＤユニット又はメモリを含まなくてもよい。幾つかの実施形態では、試料調製は、処理されている試料を一意に識別することができる印刷されたバーコード又は英数字コード、試料を処理するためのルーチン、又はカートリッジの使用者に関する情報を含み得る。
試料調製装置は、１つ以上の流体流ユニットを備えてもよい。流体流ユニットは、導管と流体連通することができ、試薬をチャンバ（又はウェル）から別のチャンバ（又はウェル）に流すように構成することができる。試料調製装置は、少なくとも１個、少なくとも２個、少なくとも３個、少なくとも４個、少なくとも５個、少なくとも６個、少なくとも７個、少なくとも８個、少なくとも９個、少なくとも１０個、少なくとも２０個、少なくとも３０個、少なくとも４０個、又は、それ以上の流体流ユニットを備えてもよい。流体流ユニットは、ポンプ又は圧縮機を備えることができる。場合によっては、流体流ユニットはポンプ又は圧縮機である。場合によっては、流体流ユニットは、少なくとも１個、少なくとも２個、少なくとも３個、少なくとも４個、少なくとも５個、少なくとも６個、少なくとも７個、少なくとも８個、少なくとも９個、少なくとも１０個、少なくとも２０個、少なくとも３０個、少なくとも４０個、又は、それ以上のポンプ又は圧縮機を備えることができる。
ポンプは、１つのチャンバから別のチャンバに流体を引き込むべく導管内に圧力を発生させるために、又は、チャンバ内の液体の混合を誘発するべくチャンバ内に気泡を発生させるために使用され得る。ポンプは、導管に沿って又は１つの導管開口を別の導管開口に接続する管に沿って配置することができる。ポンプによって加えられる圧力は、断続的（例えば、蠕動ポンプ）又は連続的（例えば、ダイナミックポンプ又は速度ポンプ）であり得る。様々な装置を使用することができる。使用され得るポンプの非限定的な例としては、容積式ポンプ、ギアポンプ、スクリューポンプ、ロータリーベーンポンプ、往復動ポンプ、プランジャポンプ、ダイヤフラムポンプ、ピストンポンプ、ロータリーローブポンプ、プログレッシブキャビティポンプ、ロータリーギアポンプ、ピストンポンプ、油圧ポンプ、蠕動ポンプ、ロープポンプ、フレキシブルインペラポンプ、インパルスポンプ、速度ポンプ、ラジアルフローポンプ、斜流ポンプ、エダクタジェットポンプ、重力ポンプ、蒸気ポンプ、及び無バルブポンプが挙げられる。
場合によっては、ポンプは多方向ポンプである。多方向ポンプを使用して、２つ以上の方向又は２つ以上の動作モード（例えば、各モードは異なる圧力又は圧力降下をもたらす）で流体の流れを制御することができる。例えば、ポンプは双方向ポンプであり得る。双方向ポンプは、正又は負の圧力（又は圧力降下）を供給することができる。双方向ポンプは、２つの反対方向の流体の流れを制御することができる。ポンプ圧力は、システムを動作させながら又は本明細書に記載の方法を実行しながら、経時的に制御又は変更することができる。別の例として、ポンプは、第１の圧力降下が加えられる第１のモード及び第２の圧力降下が加えられる第２のモードなどの複数の動作モードで動作することができる。第１の圧力降下及び／又は第２の圧力降下は、それぞれ正圧をもたらすことができる。代案として、第１の圧力降下及び／又は第２の圧力降下はそれぞれ負圧を生じさせることができる。別の代案として、第１の圧力降下は正圧をもたらし、第２の圧力降下は負圧をもたらし得る。
多方向ポンプは、基準（例えば、周囲圧力）に対して増加又は減少した圧力を供給することができる。本明細書で提供されるシステムは、ポンプに含まれる又はポンプに接続される圧力センサを更に備えることができる。圧力センサは、ポンプに結合された導管内を流れる気体又は液体の圧力を測定することができる。そのような測定は、ポンプを調整するために使用することができ、例えば、圧力変化により、ポンピングを終了することができる。場合によっては、ポンプ圧力センサは、廃棄ポンプ（例えば、図２２ＤのＰ２）の圧力を監視する。場合によっては、ポンプ圧力センサはバッファポンプの圧力（又は試薬ポンプ、例えば図２２Ｄ又は図２２ＥのＰ１）を監視する。場合によっては、ポンプ圧力センサは反応ポンプの圧力（又は試料ポンプ、例えば図２２ＤのＰ３）を監視する。場合によっては、ポンプ圧力センサは、乾燥ポンプの圧力（例えば、図２２ＥのＰ４）を監視する。
本開示のポンプは、様々な圧力又は圧力降下を供給するように構成されてもよい。圧力は正圧であっても負圧であってもよい。幾つかの例では、ポンプ（例えば、多方向ポンプ）は、－５０ｋＰａ～５０ｋＰａ、－４０ｋＰａ～４０ｋＰａ、－２０ｋＰａ～２０ｋＰａ、－１０ｋＰａ～１０ｋｐａ、－５ｋＰａ～５ｋＰａ、又は－２ｋＰａ～２ｋＰａの範囲の圧力降下を供給することができる。圧力は、約０．０１ｋＰａ、０．１ｋＰａ、１ｋＰａ、２ｋＰａ、５ｋＰａ、１０ｋＰａ、２０ｋＰａ、３０ｋＰａ、４０ｋＰａ、５０ｋＰａ、１００ｋＰａ以上であってもよい。圧力は、約１００ｋＰａ、５０ｋＰａ、４０ｋＰａ、３０ｋＰａ、２０ｋＰａ、１０ｋＰａ、５ｋＰａ、２ｋＰａ、１ｋＰａ、０．１ｋＰａ、０．０１ｋＰａ以下であってもよい。
場合によっては、単一のポンプは、単一の導管に流体結合されてもよい（又はその中に圧力を発生させることができる）。例えば、試料チャンバと廃棄物チャンバとの間に導管に沿ってポンプを配置して、試料チャンバから廃棄物チャンバに試料を圧送することができる。別の例では、ポンプを分析管の下流側の導管に沿って配置して、試料を試料チャンバから分析管に引き込むことができる（例えば、分析管を追加の導管を介して試料チャンバに流体接続することができる）。場合によっては、単一のポンプを複数の導管に同時に流体結合する（又は圧力を発生させることができる）ことができる。例えば、ポンプを一次導管に沿って配置することができ、一次導管の一端は複数の二次導管に分岐し、その各々はチャンバに流体接続される。
別の態様では、本開示は、第１の流体流路と流体連通する第１のポンプ及び第２のポンプを備えるシステムを提供する。第１のポンプ及び第２のポンプは、多方向ポンプ（例えば、双方向ポンプ）とすることができる。第１のポンプ及び第２のポンプは、第１の流体流路内の流体を第１の方向及び第２の方向に沿って流すように構成することができる。第２方向は、第１方向と異なっていてもよい。
例えば、第１のポンプは、第１の方向に沿って流体を流すために正圧を供給することができる。そのような場合、第２のポンプは、第１の方向に沿って流体を駆動するために負圧を供給することができる。次に、第１のポンプは負圧を供給することができ、第２のポンプは正圧を供給して、第１の方向とは反対であってもよい第２の方向に沿って流体を流すことができる。
そのようなシステムは、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０個、又はそれ以上の多方向ポンプを含むことができる。場合によっては、流体流路は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０個、又はそれ以上のバルブを含むことができる。代案として、流体流路は、流体流路内にバルブを含まなくてもよい。
流体流路は、チャネル又は導管であってもよい。例えば、流体流路は、ポリマー、金属又は複合基板内のチャネルであってもよい。
特に単一のポンプを使用して複数のチャンバに吸引圧力を加える場合、１つ以上のバルブを使用することができる。上記の例では、ポンプを一次導管に沿って配置することができ、一次導管の一端は複数の二次導管に分岐し、その各々はチャンバに流体接続されている。バルブは、１つ以上の二次分岐に沿って配置することができ、それによってポンプによってチャンバに加えられる圧力を調整する。当業者は、様々なバルブが使用され得ることを理解し得る。使用され得るバルブの非限定的な例としては、ボールバルブ、バタフライバルブ、セラミックディスク、クラッパーバルブ、チェックバルブ、チョークバルブ、ダイヤフラムバルブ、ゲートバルブ、グローブバルブ、ナイフバルブ、ニードルバルブ、ピンチバルブ、ピストンバルブ、プラグバルブ、ポペットバルブ、スプールバルブ、熱膨張バルブ、減圧バルブ、サンプリングバルブ、及び安全バルブが挙げられる。幾つかの実施形態では、バルブが一方向バルブであり得る。幾つかの実施形態では、バルブが二方向バルブであり得る。幾つかの実施形態では、バルブが三方バルブであり得る。幾つかの実施形態では、バルブが四方バルブであり得る。幾つかの実施形態では、本明細書に記載のシステムがバルブを備えなくてもよい。
また、センサは、試料調製カートリッジ及びシステムの性能を監視するために実装されてもよい。例えば、圧力センサを使用して、試料調製カートリッジの１つ以上の導管を通る流体の動きを検出することができる。別の例では、漏れ又は汚染を検出するためにセンサを使用することができる。更に別の例では、光学又は電気センサを使用して、チャンバ又は導管内の流体のレベル又は量を検出することができる。使用され得るセンサの非限定的な例としては、圧力センサ、水分センサ、磁気センサ、歪みゲージ、力センサ、誘導センサ、抵抗センサ、容量センサ、光学センサ、及びそれらの任意の組み合わせが挙げられる。
試料調製装置は、試料調製カートリッジの少なくとも１つのチャンバを乾燥させるためのポンプを備えてもよい。ポンプはダイヤフラムポンプとすることができる。ポンプは一方向ポンプとすることができる。ポンプは蠕動ポンプであり得る。図３２Ａ～図３２Ｃは、試料調製装置アセンブリの一例を示す。この例では、試料調製装置は図２２Ｅの形態にしたがって構成され、第４のポンプがチャンバを乾燥させるために使用される。第４ポンプは、ダイヤフラムポンプとすることができる。図３２Ａは、ダイヤフラムポンプ３２０２が設置された試料調製装置３２０１の例の正面図を示す。ダイヤフラムポンプ３２０２は、試料調製カートリッジ内のチャンバを乾燥させるために使用することができる。また、試料調製装置３２０１は、装置内の流体交換を制御するための３つの更なるポンプ３２０３も備える。図３２Ｂは、図３２Ａに示すポンプを覆うためのケース３２０４を有する試料調製装置アセンブリ３２０１の例の正面図を示す。図３２Ｃは、図３２Ａ及び図３２Ｂに示す試料調製装置アセンブリ３２０１の例の背面図を示す。試料調製装置３２０１は、ダイヤフラムポンプ３２０２に関連する更なるバルブ３２０５を備える。ケース３２０４内のポンプを示すために、ケース３２０４は透明に示されている。また、試料調製装置は、図２２Ｅに示すように、試薬チャンバへの又は試薬チャンバからの流体の流れを制御するための更なる６つのバルブ３２０６も備える。
場合によっては、試料調製装置又はシステムは、少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０個又はそれ以上の蠕動ポンプを備える。場合によっては、試料調製装置又はシステムは、試料調製カートリッジの少なくとも１つのチャンバを乾燥させるための少なくとも１つのダイヤフラムポンプを備える。例えば、試料調製カートリッジの少なくとも１つのチャンバは廃棄物チャンバであり得る。場合によっては、試料調製装置又はシステムは、３つの蠕動ポンプと、乾燥用の１つのダイヤフラムポンプとを備える。場合によっては、試料調製装置又はシステムは、試料調製カートリッジ内の流体の流れを制御するための２つの蠕動ポンプと、試料チャンバから廃棄物チャンバに廃棄物を圧送し、廃棄物チャンバを乾燥させるための更なるポンプ（例えば、蠕動ポンプ又はダイヤフラムポンプ）とを備える。
分析
分析は、核酸増幅を含み得る。例えば、任意のタイプの核酸増幅反応を使用して、標的核酸を増幅し、増幅産物を生成することができる。核酸の増幅は、線形、指数関数、又はそれらの組み合わせであってもよい。増幅は、エマルジョン系であってもよく、非エマルジョン系であってもよい。本明細書に開示される方法と組み合わせて使用され得る核酸増幅反応の非限定的な例としては、逆転写、プライマー伸長、ポリメラーゼ連鎖反応、リガーゼ連鎖反応、ヘリカーゼ依存性増幅、非対称増幅、ローリングサークル増幅、及び多置換増幅（ＭＤＡ）が挙げられる。増幅産物はＤＮＡであってもよい。ターゲットＲＮＡを増幅する場合、ＲＮＡの逆転写によってＤＮＡを取得し、その後ＤＮＡを増幅して増幅ＤＮＡ産物を生成することができる。増幅されたＤＮＡ産物は、生体試料中のターゲットＲＮＡの存在を示し得る。ＤＮＡを増幅する場合、どのようなＤＮＡ増幅方法を用いてもよい。ＤＮＡ増幅法の非限定的な例としては、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、ＰＣＲの変異体（例えば、リアルタイムＰＣＲ、対立遺伝子特異的ＰＣＲ、アセンブリＰＣＲ、非対称ＰＣＲ、デジタルＰＣＲ、エマルジョンＰＣＲ、ダイヤルアウトＰＣＲ、ヘリカーゼ依存性ＰＣＲ、ネステッドＰＣＲ、ホットスタートＰＣＲ、逆ＰＣＲ、メチル化特異的ＰＣＲ、ミニプリマーＰＣＲ、マルチプレックスＰＣＲ、ネステッドＰＣＲ、重複伸長ＰＣＲ、熱非対称インターレースＰＣＲ、タッチダウンＰＣＲ）、及びリガーゼ連鎖反応（ＬＣＲ）が挙げられる。ＤＮＡ増幅は線形であり得る。或いは、ＤＮＡ増幅は指数関数的であり得る。ＤＮＡ増幅は、増幅されたＤＮＡ産物を検出する感度を改善し得るネステッドＰＣＲによって達成され得る。核酸増幅は等温であり得る。等温核酸増幅法の非限定的な例としては、ヘリカーゼ依存性増幅、ニッキング酵素増幅、リコンビナーゼポリメラーゼ増幅、ループ媒介等温増幅、及び核酸配列に基づく増幅が挙げられる。
核酸増幅反応は、分析管内で並行して行われ得る。核酸増幅反応は、例えば、各核酸増幅反応に必要な試薬を反応容器に入れて反応混合物を取得し、反応混合物を各核酸増幅反応に必要な条件に供することにより行なうことができる。逆転写増幅及びＤＮＡ増幅は、例えば、ＲＮＡに対して逆転写増幅を行って相補的ＤＮＡ（ｃＤＮＡ）を生成し、続いてｃＤＮＡをＤＮＡ増幅（例えば、ＰＣＲ）に供してｃＤＮＡを増幅するなど、連続的に行ってもよい。
核酸試料は、所定の標的、例えば標的配列と配列相補性を有するプライマーに向けられた試薬を使用して増幅され得る。複数の加熱及び冷却サイクルの後、フルオロフォアを使用するなどして、任意の増幅産物を光学的に検出することができる。蛍光体標識プライマー又はハイブリダイゼーションプローブ及び／又はＤＮＡに結合する蛍光色素は、励起されてもよく、放出された蛍光が検出されてもよい。検出は、色素からの蛍光発光を分析し、色素発光に対するフルオロフォア発光の比を計算することを含み得る。プライマーは、フルオロフォア及びクエンチャーを含み得る。場合によっては、非結合プライマーの三次構造は、クエンチャーがフルオロフォアに十分に近接して、フルオロフォアの励起及び／又はフルオロフォアからの発光シグナルの検出を防止し得るようなものであってもよい。
一例では、ＳＹＢＲ Ｇｒｅｅｎ Ｉなどの蛍光ＤＮＡ色素を、標的核酸及び少なくとも１つの増幅プライマーを含む混合物に添加することができる。他の例では、増幅プライマーは、ＤＮＡポリメラーゼによって伸長可能であり、励起可能なフルオロフォアで標識された直鎖一本鎖オリゴヌクレオチドであってもよい。標識プライマーのアニーリング及び伸長を含む増幅反応、例えばＰＣＲを行なう際、フルオロフォアが励起されてもよく、増幅反応中（例えば、リアルタイム検出）又は増幅反応の完了後（例えば、増幅反応の終了時又はその後の熱分析（融解曲線）中の終点検出）に得られた発光が検出されてもよい。組み込まれていないプライマーは蛍光を発しない場合がある。
本開示によるプライマーには、広範囲のフルオロフォア及び／又は染料を使用することができる。利用可能なフルオロフォアとしては、クマリン；フルオレセイン；テトラクロロフルオレセイン；ヘキサクロロフルオレセイン；ルシファーイエロー；ローダミン；ＢＯＤＩＰＹ；テトラメチルローダミン；Ｃｙ３；Ｃｙ５；Ｃｙ７；エオシン；テキサスレッド；ＳＹＢＲグリーンＩ；ＳＹＢＲ金；５－ＦＡＭ（５－カルボキシフルオレセインとも呼ばれる；スピロ（イソベンゾフラン－１（３Ｈ）、９’－（９Ｈ）キサンテン）－５－カルボン酸、３’、６’－ジヒドロキシ－３－オキソ－６－カルボキシフルオレセインとも呼ばれる）；５－ヘキサクロロ－フルオレセイン（［４，７，２’、４’、５’、７’－ヘキサクロロ－（３’、６’－ジピバロイル－フルオレセイニル）－６－カルボン酸］）；６－ヘキサクロロ－フルオレセイン（［４，７，２’、４’、５’、７’－ヘキサクロロ－（３’、６’－ジピバロイルフルオレセイニル）－５－カルボン酸］）；５－テトラクロロ－フルオレセイン（［４，７，２’、７’－テトラ－クロロ－（３’、６’－ジピバロイルフルオレセイニル）－５－カルボン酸］）；６－テトラクロロ－フルオレセイン（［４，７，２’、７’－テトラクロロ－（３’、６’－ジピバロイルフルオレセイニル）－６－カルボン酸］）；５－ＴＡＭＲＡ（５－カルボキシテトラメチルローダミン；キサンチリウム、９－（２，４－ジカルボキシフェニル）－３、６－ビス（ジメチルアミノ）；６－ＴＡＭＲＡ（６－カルボキシテトラメチルローダミン；キサンチリウム、９－（２，５－ジカルボキシフェニル）－３、６－ビス（ジメチルアミノ）；ＥＤＡＮＳ（５－（（２－アミノエチル）アミノ）ナフタレン－１－スルホン酸）；１，５－ＩＡＥＤＡＮＳ（５－（（（（２－ヨードアセチル）アミノ）エチル）アミノ）ナフタレン－１－スルホン酸）；ＤＡＢＣＹＬ（４－（（４－（ジメチルアミノ）フェニル）アゾ）安息香酸）Ｃｙ５（インドジカルボシアニン－５）Ｃｙ３（インドジカルボシアニン－３）；ＢＯＤＩＰＹ ＦＬ（２，６－ジブロモ－４，４－ジフルオロ－５，７－ジメチル－４－ボラ－３ａ，４ａ－ジアザ－ｓ－インダセン－３－プロピオン酸）；Ｑｕａｓａｒ－６７０（Ｂｉｏｒｅｓｅａｃｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）；ＣａｌＯｒａｎｇｅ（Ｂｉｏｒｅｓｅａｒｃｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）；及びＲｏｘ並びにそれらの適切な誘導体が挙げられる。フルオレセイン－ローダミン二量体などの組み合わせフルオロフォアも適切であり得る。蛍光体は、可視スペクトル又は可視スペクトル外、例えば紫外又は赤外範囲で吸収及び発光するように選択され得る。適切なクエンチャーは、ＤＡＢＣＹＬ及びその変異体、例えばＤＡＢＳＹＬ、ＤＡＢＭＩ及びメチルレッドを含んでもよい。フルオロフォアは、特定の他のフルオロフォアに触れると蛍光を消光する傾向があるため、消光剤としても使用され得る。好ましいクエンチャーは、ＤＡＢＣＹＬ又はマラカイトグリーンなどの発色団、又はプローブが開放配座にあるときに検出範囲で蛍光を発しない可能性がある蛍光団であり得る。
本発明にしたがって有用な対立遺伝子識別プローブは、標的配列と比較して、標的様配列にあまり効果的に結合しないプローブも含む。標的様配列の存在下又は非存在下での蛍光レベルの変化と比較した、標的配列の存在下又は非存在下での蛍光レベルの変化は、標的又は標的様配列へのプローブの結合の有効性の尺度をもたらし得る。
ＲＮＡの逆転写から生成されたＤＮＡは、増幅されて増幅ＤＮＡ産物を生成し得る。任意の適切な数の核酸増幅反応を行ってもよい。幾つかの場合、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０又はそれ以上の核酸増幅反応を行なう。
例えば、標的核酸（例えば、標的ＲＮＡ、標的ＤＮＡ）は、核酸増幅の加熱段階中に生体試料から抽出又は放出され得る。標的ＲＮＡの場合、例えば、標的ＲＮＡを含む生体試料を加熱し、標的ＲＮＡを生体試料から放出させることができる。放出された標的ＲＮＡは、（逆転写増幅を介して）逆転写を開始して相補的ＤＮＡを生成し得る。次いで、相補的ＤＮＡを増幅することができる。
標的核酸に向けられたプライマーセットは、核酸増幅反応を行なうために利用され得る。プライマーセットは、１つ以上のプライマーを備えることができる。例えば、プライマーセットは、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０個又はそれ以上のプライマーを備えてもよい。プライマーセットは、異なる増幅産物又は異なる核酸増幅反応に向けられたプライマーを備えてもよい。例えば、プライマーセットは、標的核酸の少なくとも一部に相補的な核酸産物の第１の鎖を生成するのに必要な第１のプライマーと、核酸産物の第１の鎖の少なくとも一部に相補的な核酸産物の第２の鎖を生成するのに必要な核酸産物の第２の鎖に相補的な第２のプライマーとを備えてもよい。
複数の分析管が使用される場合、複数の分析管は、同じプライマーもしくはプライマーセット、又は異なるプライマーもしくはプライマーセットを含み得る。各分析管は、異なる標的に向けられてもよく、又は、分析管の少なくともサブセットは、同じ標的に向けられてもよい。
例えば、プライマーセットは、標的ＲＮＡに向けられ得る。プライマーセットは、標的ＲＮＡの少なくとも一部に相補的な核酸産物の第１の鎖を生成するために使用され得る第１のプライマーを備えてもよい。逆転写反応の場合、核酸産物の第１の鎖はＤＮＡであり得る。また、プライマーセットは、核酸産物の第１の鎖の少なくとも一部に相補的な核酸産物の第２の鎖を生成するために使用され得る第２のプライマーを備えてもよい。ＤＮＡ増幅を用いて行われる逆転写反応の場合、核酸産物の第２の鎖は、ＲＮＡテンプレートから生成されたＤＮＡの鎖に相補的な核酸（例えば、ＤＮＡ）産物の鎖であってもよい。
任意の適切な数のプライマーセットを使用することができる。例えば、少なくとも約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０個又はそれ以上のプライマーセットが使用され得る。複数のプライマーセットが使用される場合、１つ以上のプライマーセットはそれぞれ、特定の核酸増幅反応又は増幅産物に対応し得る。
ＤＮＡポリメラーゼを使用してもよい。市販のＤＮＡポリメラーゼを含む任意の適切なＤＮＡポリメラーゼを使用することができる。ＤＮＡポリメラーゼは、テンプレート結合様式でヌクレオチドをＤＮＡの鎖に組み込むことができる酵素を指し得る。ＤＮＡポリメラーゼの非限定的な例としては、Ｔａｑポリメラーゼ、Ｔｔｈポリメラーゼ、Ｔｌｉポリメラーゼ、Ｐｆｕポリメラーゼ、ＶＥＮＴポリメラーゼ、ＤＥＥＰＶＥＮＴポリメラーゼ、ＥＸ－Ｔａｑポリメラーゼ、ＬＡ－Ｔａｑポリメラーゼ、Ｅｘｐａｎｄポリメラーゼ、Ｓｓｏポリメラーゼ、Ｐｏｃポリメラーゼ、Ｐａｂポリメラーゼ、Ｍｔｈポリメラーゼ、Ｐｈｏポリメラーゼ、ＥＳ４ポリメラーゼ、Ｔｒｕポリメラーゼ、Ｔａｃポリメラーゼ、Ｔｎｅポリメラーゼ、Ｔｍａポリメラーゼ、Ｔｉｈポリメラーゼ、Ｔｆｉポリメラーゼ、白金Ｔａｑポリメラーゼ、Ｈｉ－Ｆｉポリメラーゼ、Ｔｂｒポリメラーゼ、Ｔｆｌポリメラーゼ、Ｐｆｕｔｕｂｏボポリメラーゼ、Ｐｙｒｏｂｅｓｔポリメラーゼ、Ｐｗｏポリメラーゼ、ＫＯＤポリメラーゼ、Ｂｓｔポリメラーゼ、Ｓａｃポリメラーゼ、Ｋｌｅｎｏｗフラグメント、及び、その変異体、修飾産物及び誘導体が挙げられる。「ホットスタート」ポリメラーゼは、例えば増幅反応において使用され得る。特定の「ホットスタート」ポリメラーゼについては、約９４℃、－９５℃で約２～１０分間にわたって変性ステップを使用することができ、これは異なるポリメラーゼに基づいて熱プロファイルを変化させることができる。
分析に使用される試薬（例えば、熱サイクリング反応又は核酸増幅）を試薬カートリッジ内に設けることができる。試薬カートリッジは、予め混合又は予め充填することができる。試薬カートリッジは、予め充填され、使用する準備ができている。試薬カートリッジは、例えば、所定の標的又は所定の標的に特異的なプライマーを含有することによって、異なる標的のために構成することができる。例えば、試薬カートリッジは、疾患を引き起こす微生物を標的とするように構成することができる。幾つかの実施形態では、試薬カートリッジは、発熱又はインフルエンザを引き起こす１つ以上の微生物由来の核酸を標的とするように構成される。幾つかの実施形態では、試薬カートリッジは、発熱又はインフルエンザを引き起こす１つ以上のウイルスからの核酸を標的とするように構成される。幾つかの実施形態では、試薬カートリッジは、感染症を引き起こす１つ以上の微生物由来の核酸を標的とするように構成される。幾つかの実施形態では、試薬カートリッジは、試料中に存在する１つ以上の微生物を標的とするように構成される。幾つかの実施形態では、試薬カートリッジは、環境試料中に存在する１つ以上の微生物を標的とするように構成される。試薬カートリッジは、試料装填用のチャンバを備えることができる。カートリッジの一例を図１２Ａに示す。カートリッジ１２０１の例は、例えば、図１２Ｂに示すように、分析装置のハウジング１２００に挿入することができる。
試薬カートリッジは、安定であり、長い貯蔵寿命を有することができる。例えば、試薬カートリッジは、周囲条件で安定であり得るか、又は少なくとも約１日間、２日間、３日間、４日間、５日間、６日間、１週間、２週間、３週間、１ヶ月間、２ヶ月間、３ヶ月間、４ヶ月間、５ヶ月間、６ヶ月間、７ヶ月間、８ヶ月間、９ヶ月間、１０ヶ月間、１１ヶ月間、１２ヶ月間、１３ヶ月間、１４ヶ月間、１５ヶ月間、１６ヶ月間、１７ヶ月間、１８ヶ月間、１９ヶ月間、２０ヶ月間、２１ヶ月間、２２ヶ月間、２３ヶ月間、２４ヶ月間、２５ヶ月間、２６ヶ月間、２７ヶ月間、２８ヶ月間、２９ヶ月間、又は３０ヶ月間の貯蔵寿命を有し得る。別の例では、試薬カートリッジは、周囲条件で安定しているか、又は少なくとも１年、１．５年、２年、２．５年、３年、４年、５年以上の貯蔵寿命を有することができる。
場合によっては、分析に使用される試薬は、乾燥部分と湿潤（例えば、液体）部分の２つの部分に分けることができる。乾燥部分は、本明細書に記載の試薬カートリッジ内に設けることができる。湿潤部分は、分析中に装置内に設けることができる。乾燥部分及び湿潤部分は、分析を実施するときに装置内で混合することができる。
幾つかの実施形態では、湿潤部分は、本明細書に記載の試薬カートリッジ内に設けることができる。乾燥部分は、分析中に装置内に設けることができる。乾燥部分及び湿潤部分は、分析を実施するときに装置内で混合することができる。
幾つかの実施形態では、乾燥部分と湿潤部分の両方を、互いに接触又は混合することなく試薬カートリッジ内に設けることができる。幾つかの実施形態では、乾燥部分と部分の両方を別々の試薬カートリッジに設けることができる。
幾つかの実施形態では、乾燥部分及び湿潤部分は、装置に挿入する前に予備混合することができる。幾つかの実施形態では、乾燥部分及び湿潤部分を装置に挿入し、次いで装置内で混合することができる。
試薬カートリッジ内に湿潤試薬を設けることにより、試薬カートリッジを密閉することができる。幾つかの実施形態では、湿潤試薬を含む試薬カートリッジは、レーザー溶接によって密封することができる。試薬カートリッジを密封するための他の方法は、箔、膜、フィルム、又はバルブを使用することを含むが、これらに限定されない。
本開示に記載の装置及び試薬を用いて、様々な条件で分析を行なうことができる。例えば、分析は、様々な振動条件、ダストレベル、湿度レベル、又は高度で行なうことができる。幾つかの実施形態において、分析は、通常の周囲条件で行なうことができる。例えば、通常の周囲条件は、約２５℃の温度及び約１００キロパスカル（ｋＰａ）の圧力を有することができる。幾つかの他の実施形態において、分析は、通常の周囲条件から逸脱した条件で行なうことができる。場合によっては、分析は、少なくとも１０ｋＰａ、２０ｋＰａ、３０ｋＰａ、４０ｋＰａ、５０ｋＰａ、６０ｋＰａ、７０ｋＰａ、８０ｋＰａ、９０ｋＰａ、１００ｋＰａ、１０５ｋＰａ、１１０ｋＰａ、１２０ｋＰａ、１３０ｋＰａ、又はそれ以上の圧力で行なうことができる。場合によっては、分析は、最大７０ｋＰａ、６０ｋＰａ、５０ｋＰａ、４０ｋＰａ、３０ｋＰａ、２０ｋＰａ、又は１０ｋＰａの圧力で行なうことができる。場合によっては、分析は、海抜高度で行なうことができる。海抜高度は、少なくとも５００フィート、１０００フィート、１５００フィート、２０００フィート、２５００フィート、３０００フィート、３５００フィート、４０００フィート、４５００フィート、５０００フィート、６０００フィート、７０００フィート、８０００フィート、９０００フィート、１００００フィート、１５０００フィート、２００００フィート、３００００フィート、４００００フィート、５００００フィート、又はそれ以上とすることができる。本明細書に記載の分析は、空間内で実施され得る。
本明細書に記載の分析は、様々な湿度レベルで実施することができる。本明細書で使用される場合、絶対湿度（単位は、空気の体積１立方メートル当たりの水蒸気のグラム数である）は、空気の温度にかかわらず、空気中の水蒸気の実際の量の尺度である。水蒸気量が多いほど絶対湿度が高くなる。例えば、約８５°Ｆの温度の立方メートル体積の空気中に最大約３０グラムの水蒸気が存在し得る。本明細書で使用される場合、パーセントとして表される相対湿度は、特定の温度で保持することができる量と比較した、空気が保持している水蒸気の量の尺度である。温かい空気は、冷たい空気よりも多くの水蒸気（水分）を有することができる。例えば、５０％の相対湿度は、その日（特定の温度）に、空気が飽和するのに必要な水の約５０％が保持されることを意味する。飽和空気の相対湿度は１００％である。幾つかの実施形態では、分析は、少なくとも１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、８０％、７０％、９０％、９５％、９８％、又はそれ以上の相対湿度を有する湿度レベルで行なうことができる。
コンピュータシステム
本開示は、本開示の方法を実施するようにプログラムされるコンピュータシステムを提供する。図１１は、試料を分析するようにプログラムされ或いはさもなければ構成されるコンピュータシステム１１０１を示す。コンピュータシステム１１０１は、例えば、移動キャリッジの移動、加熱ブロックの加熱又は冷却、及び／又は、励起源又は検出器の作動／停止など、本開示の分析装置の幾つかの態様を調整することができる。コンピュータシステムは、（例えば、抵抗ヒータ又はファンを作動させることによって）加熱ブロックの温度を制御することができる。コンピュータシステム１１０１は、本開示の分析装置に組み込まれてもよく、及び／又は、ユーザの電子機器又は電子機器に対して遠隔的に位置されるコンピュータシステムを含んでもよい。電子機器は、モバイル電子機器であってもよい。
本明細書中で提供されるコンピュータシステムは、本開示の試料調製装置の幾つかの態様を調製することができる。例えば、コンピュータシステム１１０１は、例えば、あるチャンバから他のチャンバに試薬又は試料を移送するためのバルブ又はポンプの作動など、本開示の試料調製装置の様々な態様を調整することができる。幾つかの態様において、コンピュータシステムは、いずれの試薬又は試料が一緒に混合されるのか或いは試料又は試薬が１つのチャンバから他のチャンバに移送される速度を調整することができる。
コンピュータシステム１１０１は、シングルコアプロセッサ又はマルチコアプロセッサ、或いは、並列処理のための複数のプロセッサであってもよい中央処理ユニット（ＣＰＵ、本明細書では「プロセッサ」及び「コンピュータプロセッサ」でもある）１１０５を含む。また、コンピュータシステム１１０１は、メモリ又は記憶場所１１１０（例えば、ランダムアクセスメモリ、リードオンリーメモリ、フラッシュメモリ）、電子記憶ユニット１１１５（例えば、ハードディスク）、１つ以上の他のシステムと通信するための通信インタフェース１１２０（例えば、ネットワークアダプタ）、及び、キャッシュ、他のメモリ、データ記憶、及び／又は、電子ディスプレイアダプタなどの周辺機器１１２５も含む。メモリ１１１０、記憶ユニット１１１５、インタフェース１１２０、及び、周辺機器１１２５は、マザーボードなどの通信バス（実線）を介してＣＰＵ１１０５と通信している。記憶ユニット１１１５は、データを記憶するためのデータ記憶ユニット（又はデータリポジトリ）であってもよい。コンピュータシステム１１０１は、通信インタフェース１１２０を用いて、コンピュータネットワーク（「ネットワーク」）１１３０に動作可能に結合されてもよい。ネットワーク１１３０は、インターネット、インターネット及び／又はエクストラネット、或いは、インターネットと通信しているイントラネット及び／又はエクストラネットであってもよい。ネットワーク１１３０は、場合によっては、遠隔通信及び／又はデータネットワークである。ネットワーク１１３０は、クラウドコンピューティングなどの分散コンピューティングを可能にし得る１つ以上のコンピュータサーバを含んでもよい。ネットワーク１１３０は、場合によっては、コンピュータシステム１１０１を用いて、ピアツーピアネットワークを実装してもよく、これにより、コンピュータシステム１１０１に結合される装置はクライアント又はサーバとして振る舞うことができる。
ＣＰＵ１１０５は、プログラム又はソフトウェアで具現化され得る一連の機械可読命令を実行することができる。命令は、メモリ１１１０などの記憶場所に記憶されてもよい。命令がＣＰＵ１１０５へ方向付けられてもよく、該命令は、その後、本開示の方法を実施するようにＣＰＵ１１０５をプログラム或いはさもなければ構成してもよい。ＣＰＵ１１０５によって実行される動作の例としては、フェッチ、デコード、実行、及び、ライトバックを挙げることができる。
ＣＰＵ１１０５は、集積回路などの回路の一部であってもよい。システム１１０１の１つ以上の他の構成要素が回路に含まれてもよい。場合によっては、回路が特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）である。
記憶ユニット１１１５は、ドライバ、ライブラリ、及び、保存されたプログラムなどのファイルを記憶することができる。記憶ユニット１１１５は、ユーザデータ、例えば、ユーザ選択及びユーザプログラムを記憶することができる。コンピュータシステム１１０１は、場合によっては、イントラネット又はインターネットを介してコンピュータシステム１１０１と通信しているリモートサーバ上に位置されるようなコンピュータシステム１１０１の外部にある１つ以上の更なるデータ記憶ユニットを含んでもよい。
コンピュータシステム１１０１は、ネットワーク１１３０を介して１つ以上のリモートコンピュータシステムと通信することができる。例えば、コンピュータシステム１１０１は、ユーザのリモートコンピュータシステムと通信することができる。リモートコンピュータシステムの例としては、パーソナルコンピュータ（ポータブルＰＣなど）、スレート又はタブレットＰＣ（例えば、Ａｐｐｌｅ（登録商標）ｉＰａｄ（登録商標）、Ｓａｍｓｕｎｇ（登録商標）Ｇａｌａｘｙ Ｔａｂ）、電話、スマートフォン（例えば、Ａｐｐｌｅ（登録商標）ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）、Ａｎｄｒｏｉｄ対応装置、Ｂｌａｃｋｂｅｒｒｙ（登録商標））、或いは、携帯情報端末が挙げられる。ユーザは、ネットワーク１１３０を介してコンピュータシステム１１０１にアクセスすることができる。
本明細書中に記載される方法は、例えば、メモリ１１１０又は電子記憶ユニット１１１５などの、コンピュータシステム１１０１の電子記憶場所に記憶された機械（例えば、コンピュータプロセッサ）実行可能コードによって実施されてもよい。機械実行可能コード又は機械可読コードは、ソフトウェアの形態で提供されてもよい。使用中、コードはプロセッサ１１０５によって実行されてもよい。場合によっては、コードは、記憶ユニット１１１５から取り出されて、プロセッサ１１０５による即時アクセスのためにメモリ１１１０に記憶されてもよい。状況によっては、電子記憶ユニット１１１５が排除されてもよく、また、機械実行可能命令がメモリ１１１０に記憶される。
コードは、事前にコンパイルされて、コードを実行するようになっているプロセッサを有するマシンで使用するように構成されてもよく、また、実行中にコンパイルされてもよい。コードは、コードが事前にコンパイルされた又はコンパイルされるような態様で実行できるようにするべく選択されてもよいプログラミング言語で供給されてもよい。
コンピュータシステム１１０１など、本明細書中で提供されるシステム及び方法の態様は、プログラミングで具現化されてもよい。技術の様々な態様は、一般に機械（又はプロセッサ）実行可能コード及び／又はあるタイプの機械可読媒体に保持され又は具現化される関連データの形態の「製品」又は「製造品」と考えることができる。機械実行可能コードは、メモリ（例えば、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、フラッシュメモリ）又はハードディスクなどの電子記憶ユニットに記憶されてもよい。「記憶」タイプの媒体としては、コンピュータ、プロセッサなどの有形メモリのいずれか又は全て、或いは、ソフトウェアプログラミングのためにいつでも持続性記憶をもたらし得る、様々な半導体メモリ、テープドライブ、ディスクドライブなどのその関連モジュールを挙げることができる。ソフトウェアの全て又は一部は、インターネット又は他の様々な遠隔通信ネットワークを介して通信されてもよい。そのような通信は、例えば、あるコンピュータ又はプロセッサから他のコンピュータ又はプロセッサへの、例えば、管理サーバ又はホストコンピュータからアプリケーションサーバのコンピュータプラットフォームへのソフトウェアのロードを可能にし得る。したがって、ソフトウェア要素を有し得る他のタイプの媒体は、有線ネットワーク及び光地上回線ネットワークを介して及び様々なエアリンクにわたって、ローカル装置間の物理インタフェース全体にわたり使用されるような、光、電気、及び、電磁波を含む。有線リンク又は無線リンク、光リンクなど、そのような波を伝える物理的要素も、ソフトウェアを有する媒体と見なされてもよい。本明細書中で使用されるように、コンピュータ又は機械「読み取り可能媒体」などの用語は、持続性の有形な「記憶」媒体に限定されなければ、実行のためにプロセッサに命令を与えることに関与する任意の媒体を指す。
したがって、コンピュータ実行可能コードなどの機械可読媒体は、有形記憶媒体、搬送波媒体、又は、物理的伝送媒体を含むがこれらに限定されない多くの形態をとることができる。不揮発性記憶媒体は、例えば、図面に示されるデータベースなどを実装するために使用され得るような、（１又は複数の）任意のコンピュータなどの任意の記憶装置などの、光ディスク又は磁気ディスクを含む。揮発性記憶媒体は、そのようなコンピュータプラットフォームのメインメモリなどのダイナミックメモリを含む。有形伝送媒体としては、同軸ケーブル、コンピュータシステム内のバスを備える配線を含めて、銅線及び光ファイバが挙げられる。搬送波伝送媒体は、電気信号又は電磁信号、或いは、無線周波数（ＲＦ）及び赤外線（ＩＲ）データ通信中に生成されるような音響波又は光波の形をとってもよい。したがって、コンピュータ可読媒体の一般的な形式としては、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、その他の磁気媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ又はＤＶＤ－ＲＯＭ、任意の他の光学媒体、パンチカード紙テープ、穴のパターンがある任意の他の物理的な記憶媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ及びＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ（登録商標）－ＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップ又はカートリッジ、データ又は命令を伝送する搬送波、そのような伝送波を伝送するケーブル又はリンク、或いは、コンピュータがプログラミングコード及び／又はデータを読み取ることができるようにする任意の他の媒体が挙げられる。これらの形態のコンピュータ可読媒体の多くは、実行のためにプロセッサに１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを担持することに関与し得る。
コンピュータシステム１１０１は、例えば、試料の処理の現在の段階（例えば、実施されている溶解工程などの特定の工程）を与えるためのユーザインタフェース（ＵＩ）１１４０を備える電子ディスプレイ１１３５を含んでもよく又は電子ディスプレイ１１３５と通信してもよい。ＵＩの例としては、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）及びウェブベースのユーザインタフェースが挙げられるが、これらに限定されない。
本開示の方法及びシステムは、１つ以上のアルゴリズムによって実装されてもよい。アルゴリズムは、中央処理ユニット１１０５による実行時にソフトウェアによって実装されてもよい。
本開示の方法及びシステムは、例えば、参照により全体が本願に組み入れられる米国特許第９，５７９，６５５号明細書に記載されているものなどの他の方法又はシステムと組み合わされてもよく又はそれらによって修正されてもよい。
本明細書中における特定の本発明の実施形態は、数値範囲を企図する。範囲が存在する場合、その範囲は範囲の終点を含む。更に、その範囲内の全ての部分範囲及び値は、あたかも明示的に書き出されているかのように存在する。「約」又は「およそ」という用語は、特定の値に関して許容できる誤差範囲内を意味することができ、これは、値がどのように測定又は決定されるかに、例えば、測定システムの限界に部分的に依存する。例えば、「約」は、当技術分野の慣例によって、１標準偏差以内又は１標準偏差を超えることを意味し得る。或いは、「約」は、所定の値の最大２０％、最大１０％、最大５％、又は最大１％の範囲を意味し得る。或いは、特に生物学的システム又はプロセスに関して、この用語は、ある値の１桁以内、５倍以内、又は２倍以内を意味し得る。特定の値が本出願及び特許請求の範囲に記載されている場合、別段に述べられなければ、「約」という用語は、特定の値に関して許容できる誤差範囲内を意味すると仮定することができる。
「少なくとも」、「～よりも大きい」、又は、「～以上」という用語が一連の２つ以上の数値における最初の数値に先行するときには常に、「少なくとも」、「～よりも大きい」、又は、「～以上」という用語は、その一連の数値における各数値に適用される。例えば、１、２、又は、３以上は、１以上、２以上、又は、３以上と同等である。
「～を超えない」、「～未満」、又は、「～以下」という用語が一連の２つ以上の数値における最初の数値に先行するときには常に、「～を超えない」、「～未満」、「～以下」は、その一連の数値における各数値に適用される。例えば、３、２、又は、１以下は、３以下、２以下、１以下と同等である。
本発明の好ましい実施形態について図示して本明細書中で説明してきたが、当業者に明らかなように、そのような実施形態は単なる一例として与えられる。本発明が、明細書中で提供される特定の例によって限定されることは意図されていない。前述の仕様に関連して本発明を説明してきたが、本明細書の実施形態の説明及び例示は、限定的な意味で解釈されることを意図していない。この時点では、本発明から逸脱することなく、数多くの変形、変更、及び、置換が当業者に想起される。更に、本発明の全ての態様は、様々な条件及び変数に依存する、本明細書中に記載された特定の描写、形態、又は、相対的比率に限定されないことが理解されるものとする。本明細書に記載された本発明の実施形態に対する様々な代替案が、本発明を実施する際に使用されてもよいことが理解されるべきである。したがって、本発明は、そのような代替、修正、変形、又は同等物もカバーするものとすることが企図されている。以下の特許請求の範囲が本発明の範囲を定義し、これらの特許請求の範囲内の方法及び構造並びにそれらの均等物がそれによってカバーされることが意図されている。

Claims (174)

  1. 生体試料を処理するための携帯型分析装置であって、
    約１，５００立方センチメートル未満の体積を有するハウジングと、
    前記ハウジング内の少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックであって、前記少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックが、複数の分析管を受けるように構成される複数の凹部を備え、前記複数の分析管のうちの１つの分析管が前記生体試料を備える、少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックと、
    前記少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックと熱連通する少なくとも１つの加熱ユニットであって、少なくとも１つの加熱ユニットが、前記少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックを介して前記分析管に熱エネルギーを供給する、少なくとも１つの加熱ユニットと、
    励起フィルタ及び発光フィルタを備える少なくとも１つの光路であって、前記少なくとも１つの光路が、励起源から前記分析管に励起エネルギーを供給するように構成される、少なくとも１つの光路と、
    前記ハウジング内に配置される電源であって、前記電源が、前記少なくとも１つの加熱ユニット及び前記励起源に電力を供給するように構成される、電源と、
    を備える携帯型分析装置。
  2. 前記ハウジング内に回路を備える処理ユニットを更に備え、前記処理ユニットは、前記励起エネルギーを供給するように前記励起源に指示するべく構成される、請求項１に記載の携帯型分析装置。
  3. 前記処理ユニットは、前記少なくとも１つの加熱ユニット及び前記励起源に動作可能に結合され、前記処理ユニットは、前記ハウジングの外部のモバイル電子機器と通信するように構成される、請求項２に記載の携帯型分析装置。
  4. 前記処理ユニットは、
    前記２つ以上の分析管のうちの前記少なくとも１つの分析管内の前記生体試料を処理するための命令を前記ハウジングの外部にある前記モバイル電子機器から受けるとともに、
    前記命令に応じて、（ｉ）前記分析管に熱を供給するべく前記少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックに熱エネルギーを供給するように前記少なくとも１つの加熱ユニットに指示し、（ｉｉ）前記励起エネルギーを供給するように前記励起源に指示する、
    べく構成される、請求項３に記載の携帯型分析装置。
  5. 前記命令は、前記少なくとも１つの加熱ユニットの温度及び／又は前記少なくとも１つの加熱ユニットが前記温度に保持される持続時間を含む、請求項４に記載の携帯型分析装置。
  6. 前記処理ユニットと前記モバイルモバイル電子機器との間で無線通信を行なう通信ユニットを更に備える、請求項３に記載の携帯型分析装置。
  7. 前記少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックは、それぞれが前記複数の凹部のうちの１つの凹部を備える複数の加熱サブユニットを備え、前記複数の加熱サブユニットのうちの１つの加熱サブユニットは、前記励起エネルギーが前記分析管内の前記生体試料に伝わることができるようにするために前記加熱サブユニットの第１の側に配置される第１の開口と、前記分析管内の前記生体試料からの発光エネルギーの光学的検出を可能にするために前記加熱サブユニットの第２の側にある第２の開口とを備える、請求項１に記載の携帯型分析装置。
  8. 前記少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックは、２５℃で約０．５ジュール／（グラム×℃）未満の比熱容量を有する材料を備える、請求項１に記載の携帯型分析装置。
  9. 前記材料は、アルミニウム、ガラス、鉄、ニッケル、亜鉛、銅、真鍮、銀、及び、それらの任意の組み合わせから成るグループから選択される、請求項８に記載の携帯型分析装置。
  10. 前記少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックを構築するために使用される前記材料の体積が約０．５立方センチメートル未満である、請求項８に記載の携帯型分析装置。
  11. 前記少なくとも１つの加熱ユニットが抵抗ヒータを備える、請求項１に記載の携帯型分析装置。
  12. 前記少なくとも１つの加熱ユニットは、（ｉ）前記少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックに対して熱硬化される、又は、（ｉｉ）前記少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックに半田付けされる、請求項１に記載の携帯型分析装置。
  13. 前記少なくとも１つの光路は、前記励起源から前記分析管に前記励起エネルギーを伝達するための１つ以上の光パイプを備える、請求項１に記載の携帯型分析装置。
  14. 前記１つ以上の光パイプは、単一のパイプを備える第１の端部と、２つ以上のパイプを備える第２の端部と、それらの端部間の分岐部とを備える、請求項１３に記載の携帯型分析装置。
  15. 前記励起源が１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える、請求項１に記載の携帯型分析装置。
  16. 前記１つ以上のＬＥＤが単色ＬＥＤを備える、請求項１５に記載の携帯型分析装置。
  17. 前記１つ以上のＬＥＤが複数のＬＥＤを備え、前記複数のＬＥＤのそれぞれが異なる波長の前記励起エネルギーを放出するように構成される、請求項１５に記載の携帯型分析装置。
  18. 前記ハウジング内に配置される冷却ユニットを更に備え、前記冷却ユニットが前記分析管からの前記熱エネルギーを減少させる、請求項１に記載の携帯型分析装置。
  19. 前記冷却ユニットが１つ以上のファンを含み、前記１つ以上のファンは、前記分析管に隣接する熱を前記ハウジングの外部に排出するために前記分析管に隣接して負圧を生成するように構成される、請求項１８に記載の携帯型分析装置。
  20. 前記ハウジング内に配置される光検出器を更に備え、前記光検出器は、前記分析管内の前記生体試料からの発光エネルギーを検出するように構成される、請求項１に記載の携帯型分析装置。
  21. 前記材料が少なくとも約１００Ｗ／ｍ／Ｋの熱伝導率を有する、請求項９に記載の携帯型分析装置。
  22. 生体試料を処理するための携帯型分析装置であって、
    ハウジングと、
    前記ハウジング内の少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックであって、前記少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックが、複数の分析管を受けるように構成される複数の凹部を備え、前記複数の分析管のうちの１つの分析管が前記生体試料を備える、少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックと、
    前記少なくとも１つの加熱ブロックと熱連通する少なくとも１つの加熱ユニットであって、少なくとも１つの加熱ユニットが、前記少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックを介して前記分析管に熱エネルギーを供給する、少なくとも１つの加熱ユニットと、
    光学フィルタを備える可動キャリッジであって、前記可動キャリッジが、励起源から前記分析管に励起エネルギーを供給する光路と前記光学フィルタを整列させるように並進するべく構成される、可動キャリッジと、
    前記ハウジング内に配置される電源であって、前記電源が、前記少なくとも１つの加熱ユニット、前記可動キャリッジ、及び、前記励起源に電力を供給するように構成される、電源と、
    を備える携帯型分析装置。
  23. 前記ハウジング内に回路を備える処理ユニットを更に備え、前記処理ユニットは、（ｉ）前記可動キャリッジに並進するように指示する、及び／又は、（ｉｉ）前記励起エネルギーを供給するように前記励起源に指示するように構成される、請求項２２に記載の携帯型分析装置。
  24. 前記処理ユニットは、前記少なくとも１つの加熱ユニット及び／又は前記励起源に動作可能に結合され、前記処理ユニットは、前記ハウジングの外部のモバイル電子機器と通信するように構成される、請求項２３に記載の携帯型分析装置。
  25. 前記処理ユニットは、
    前記分析管内の前記生体試料を処理するための命令を前記ハウジングの外部にある前記モバイル電子機器から受けるとともに、
    前記命令に応じて、（ｉ）前記分析管に熱を供給するべく前記少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックに熱エネルギーを供給するように前記少なくとも１つの加熱ユニットに指示し、（ｉｉ）前記分析管を前記励起エネルギーに晒すように前記励起源に指示する、
    べく構成される、請求項２４に記載の携帯型分析装置。
  26. 前記命令は、前記少なくとも１つの加熱ユニットの温度及び／又は前記少なくとも１つの加熱ユニットが前記温度に保持される持続時間を含む、請求項２５に記載の携帯型分析装置。
  27. 前記処理ユニットと前記モバイルモバイル電子機器との間で無線通信を行なう通信ユニットを更に備える、請求項２４に記載の携帯型分析装置。
  28. 前記アクチュエータがモータを備える、請求項２２に記載の携帯型分析装置。
  29. 前記１つ以上の光路のそれぞれは、前記励起源から前記分析管に前記励起エネルギーを伝達するための１つ以上の光パイプを備える、請求項２２に記載の携帯型分析装置。
  30. 前記１つ以上の光パイプは、単一のパイプを備える第１の端部と、２つ以上のパイプを備える第２の端部と、それらの端部間の分岐部とを備える、請求項２９に記載の携帯型分析装置。
  31. 前記ハウジング内に配置される冷却ユニットを更に備え、前記冷却ユニットが前記分析管からの前記熱エネルギーを減少させる、請求項２２に記載の携帯型分析装置。
  32. 前記冷却ユニットが１つ以上のファンを含み、前記１つ以上のファンは、前記分析管に隣接する熱を前記ハウジングの外部に排出するために前記分析管に隣接して負圧を生成するように構成される、請求項３１に記載の携帯型分析装置。
  33. 前記ハウジング内に配置される光検出器を更に備え、前記光検出器は、前記分析管内の前記生体試料からの発光エネルギーを検出するように構成される、請求項２２に記載の携帯型分析装置。
  34. 前記光学フィルタが発光フィルタである、請求項２２に記載の携帯型分析装置。
  35. 前記光学フィルタが励起フィルタである、請求項２２に記載の携帯型分析装置。
  36. 発光フィルタを更に備える、請求項３５に記載の携帯型分析装置。
  37. 生体試料を分析するための方法であって、
    （ａ）携帯型分析装置を作動させるステップであって、前記携帯型分析装置が、
    （ｉ）約１，５００立方センチメートル未満の体積を有するハウジングと、
    （ｉｉ）前記ハウジング内の少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックであって、前記少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックが、複数の分析管を受けるように構成される複数の凹部を備え、前記複数の分析管のうちの１つの分析管が前記生体試料を備える、少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックと、
    （ｉｉｉ）前記少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックと熱連通する少なくとも１つの加熱ユニットであって、少なくとも１つの加熱ユニットが、前記少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックを介して前記分析管に熱エネルギーを供給する、少なくとも１つの加熱ユニットと、
    （ｉｖ）励起フィルタ及び発光フィルタを備える少なくとも１つの光路であって、前記少なくとも１つの光路が、励起源から前記分析管に励起エネルギーを供給するように構成される、少なくとも１つの光路と、
    （ｖ）前記ハウジング内に配置される電源であって、前記電源が、前記少なくとも１つの加熱ユニット及び前記励起源に電力を供給するように構成される、電源と、
    を備える、ステップと、
    （ｂ）前記分析管内の前記生体試料を処理するための命令を前記ハウジングの外部の前記モバイル電子機器から前記処理ユニットによって受けるステップと、
    （ｃ）前記命令に応じて、前記分析管内の前記生体試料に熱を供給するべく前記モノリシック加熱ブロックに熱エネルギーを供給するように前記少なくとも１つの加熱ユニットに指示するステップと、
    （ｄ）前記可動キャリッジを前記分析管に対応する前記第１の位置に移動させる際に、前記分析管内の前記生体試料を前記光路を介して励起エネルギーに晒すように前記励起源に指示するステップと、
    を含む方法。
  38. 生体試料の分析方法であって、
    （ａ）携帯型分析装置を作動させるステップであって、前記携帯型分析装置が、
    （ｉ）ハウジングと、
    （ｉｉ）前記ハウジング内の少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックであって、前記少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックが、複数の分析管を受けるように構成される複数の凹部を備え、前記複数の分析管のうちの１つの分析管が前記生体試料を備える、少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックと、
    （ｉｉｉ）前記少なくとも１つの加熱ブロックと熱連通する少なくとも１つの加熱ユニットであって、少なくとも１つの加熱ユニットが、前記モノリシック加熱ブロックを介して前記分析管に熱エネルギーを供給する、少なくとも１つの加熱ユニットと、
    （ｉｖ）励起エネルギーを供給するように構成される励起源と、
    （ｖ）励起フィルタ及び発光フィルタを備える可動キャリッジであって、前記可動キャリッジが、前記励起源から前記分析管に励起エネルギーを供給する光路と整列する第１の位置へ前記励起フィルタ及び前記発光フィルタを移動させるように並進するべく構成される、可動キャリッジと、
    （ｖｉ）前記ハウジング内に配置される電源であって、前記電源が、前記少なくとも１つの加熱ユニット、前記可動キャリッジ、及び、前記励起源に電力を供給するように構成される、電源と、
    （ｖｉｉ）前記ハウジング内に回路を備える処理ユニットであって、前記処理ユニットが、前記ハウジングの外部のモバイル電子機器と通信するように構成される、処理ユニットと、
    を備える、ステップと、
    （ｂ）前記分析管内の前記生体試料を処理するための命令を前記ハウジングの外部の前記モバイル電子機器から前記処理ユニットによって受けるステップと、
    （ｃ）前記命令に応じて、前記分析管内の前記生体試料に熱を供給するべく前記モノリシック加熱ブロックに熱エネルギーを供給するように前記少なくとも１つの加熱ユニットに指示するステップと、
    （ｄ）前記可動キャリッジを前記分析管に対応する前記第１の位置に移動させる際に、前記分析管内の前記生体試料を前記光路を介して励起エネルギーに晒すように前記励起源に指示するステップと、
    を含む方法。
  39. 前記可動キャリッジを前記分析管に対応する前記第１の位置に移動させるステップは、前記光路を前記分析管と位置合わせすることを含む、請求項３８に記載の方法。
  40. 前記光学フィルタが発光フィルタを備える、請求項３８に記載の方法。
  41. 前記光学フィルタが励起フィルタを備える、請求項３８に記載の方法。
  42. 前記携帯型分析装置が発光フィルタを更に備える、請求項４１に記載の方法。
  43. （ｄ）に続いて、前記分析管内の前記生体試料からの発光を検出するステップを更に含み、発光は、前記生体試料中の標的分子の有無又は相対量を示す、請求項３８に記載の方法。
  44. 前記可動キャリッジが複数の光路を備える、請求項３８に記載の方法。
  45. 前記携帯型分析装置は、前記可動キャリッジを前記第１の位置から第２の位置に移動させるためのアクチュエータを更に備える、請求項３８に記載の方法。
  46. （ａ）前記第１の位置において、前記光路は、前記分析管と位置合わせされるとともに、前記分析管内の前記生体試料を第１の励起エネルギーに晒すように前記励起源を方向付けることができ、
    （ｂ）前記第２の位置において、複数の光路のうちの第２の光路が、前記分析管と位置合わせされるとともに、前記分析管内の前記生体試料を第２の励起エネルギーに晒すように前記励起源を方向付けることができる、
    請求項４５に記載の方法。
  47. 前記第１の励起エネルギーが第１の波長を有し、前記第２の励起エネルギーが第２の波長を有する、請求項４６に記載の方法。
  48. 前記モバイル電子機器から前記処理ユニットで命令を受信するステップを更に含み、前記命令は、前記少なくとも１つのモノリシック加熱ブロックが維持される少なくとも１つの温度を含む、請求項３８に記載の方法。
  49. 前記生体試料から１つ以上の核酸を抽出するステップを更に含む、請求項３８に記載の方法。
  50. 前記生体試料は、血液試料、植物試料、水試料、土壌試料、及び、組織試料から成るグループから選択される１つ以上の部材を備える、請求項３８に記載の方法。
  51. 前記生体試料が標的核酸分子を含有する又は含有することが疑われ、前記命令は、前記標的核酸分子の存在又は相対量を示す（１又は複数の）増幅産物をもたらすのに十分な条件下で、前記標的核酸分子に対して核酸増幅反応を行なうための（１又は複数の）目標温度及び加熱サイクル及び冷却サイクルの数を含む、請求項３８に記載の方法。
  52. 前記モバイル電子機器と通信するデータ交換ユニットを更に備え、前記データ交換ユニットは、（ｉ）前記モバイル電子機器から前記命令を受信する、又は、（ｉｉ）前記生体試料の処理時に前記モバイル電子機器に結果を提供する、請求項３８に記載の方法。
  53. 試料処理システムであって、
    第１の流体流路と、
    前記第１の流体流路と流体連通する第１のポンプ及び第２のポンプを備える少なくとも２つの多方向ポンプであって、前記第１のポンプ及び前記第２のポンプが、前記第１の流体流路内の流体を第１の方向及び第２の方向に沿って流すように構成され、前記第２の方向が前記第１の方向とは異なる、少なくとも２つの多方向ポンプと、
    １つ以上の試薬と流体連通する第２の流体流路を備えるカートリッジと可逆的に係合するように構成されるドックであって、前記ドックが、前記カートリッジとの係合に続いて前記第１の流体流路を前記第２の流体流路と流体連通させるように構成される、ドックと、
    前記カートリッジと流体連通する第３のポンプであって、第３のポンプが前記カートリッジ内の少なくとも１つのチャンバを乾燥させるように構成される、第３のポンプと、
    を備える試料処理システム。
  54. 前記第３のポンプがダイヤフラムポンプである、請求項５３に記載の試料処理システム。
  55. 前記第３のポンプが一方向ポンプである、請求項５３に記載の試料処理システム。
  56. 前記第１の流体流路がバルブを含まない、請求項５３に記載の試料処理システム。
  57. 前記少なくとも２つの多方向ポンプに動作可能に結合されるコントローラを更に備え、前記コントローラは、前記第１の流体流路内の前記流体を前記第１の方向及び前記第２の方向に沿って流すように前記少なくとも２つの多方向ポンプに指示するべく構成される、請求項５３に記載の試料処理システム。
  58. 前記ドックが前記カートリッジと可逆的に係合したときに前記カートリッジと接触するように構成される本体を備える蓋を更に備え、前記蓋は、前記第１の流体流路と前記少なくとも２つの多方向ポンプとを備えるハウジングに結合され、前記蓋は、（ｉ）前記本体が前記カートリッジと接触する第１の位置から（ｉｉ）前記第１の流体流路が前記第２の流体流路と流体連通させられる第２の位置まで前記ハウジングに向かって移動するように構成される、請求項５３に記載の試料処理システム。
  59. 前記蓋は、前記ハウジングに対して回転するように構成される、請求項５８に記載の試料処理システム。
  60. 前記少なくとも２つの多方向ポンプのそれぞれは、前記第１の流体流路内に正圧及び負圧を供給するように構成される、請求項５３に記載の試料処理システム。
  61. 前記少なくとも２つの多方向ポンプのそれぞれは、前記第１の流体流路内の前記流体を第１の方向及び第２の方向に沿って流すように構成される、請求項５３に記載の試料処理システム。
  62. 前記ドックが前記カートリッジと可逆的に係合したときに前記第２の流体流路と流体連通するように構成される第４のポンプを更に備える、請求項５３に記載の試料処理システム。
  63. 前記第４のポンプが蠕動ポンプである、請求項６２に記載の試料処理システム。
  64. 前記少なくとも２つの多方向ポンプのそれぞれが蠕動ポンプである、請求項５３に記載の試料処理システム。
  65. 前記第３のポンプが蠕動ポンプである、請求項５３に記載の試料処理システム。
  66. 前記少なくとも１つのチャンバが廃棄物チャンバである、請求項５３に記載の試料処理システム。
  67. 前記少なくとも１つのチャンバと前記第３のポンプとを接続する導管を更に備え、前記導管がバルブを備える、請求項５３に記載の試料処理システム。
  68. 前記導管は、前記第３のポンプの圧力を監視するための圧力センサを備える又は前記圧力センサに結合される、請求項６７に記載の試料処理システム。
  69. 試料を処理するための方法であって、
    （ｉ）（ｉ）第１の流体流路と、（ｉｉ）前記第１の流体流路と流体連通する第１のポンプ及び第２のポンプを備える少なくとも２つの多方向ポンプであって、前記第１のポンプ及び前記第２のポンプが、前記第１の流体流路内の流体を第１の方向及び第２の方向に沿って流すように構成され、第２の方向が前記第１の方向とは異なる、少なくとも２つの多方向ポンプと、（ｉｉｉ）カートリッジと可逆的に係合するように構成されるドックと、（ｉｖ）前記カートリッジと流体連通する第３のポンプであって、第３のポンプが前記カートリッジ内の少なくとも１つのチャンバを乾燥させるように構成される、第３のポンプと、を備えるシステムを作動させるステップと、
    （ｉｉ）前記ドックを、１つ以上の試薬と流体連通する第２の流体流路を備える前記カートリッジと係合させるステップであって、前記ドックと前記カートリッジとの係合に続いて、前記第１の流体流路が前記第２の流体流路と流体連通する、ステップと、
    （ｉｉｉ）前記システム及び前記１つ以上の試薬を使用して前記試料を処理するステップと、
    を含む方法。
  70. 前記試料を処理した後に前記カートリッジを前記ドケットから取り外すステップを更に含む、請求項６９に記載の方法。
  71. 前記試料が生体試料である、請求項６９に記載の方法。
  72. 試料処理のためのシステムであって、
    試料チャンバであって、前記試料チャンバ内の試料から１つ以上の核酸分子を捕捉するように構成されるフィルタを備える、試料チャンバと、
    前記試料チャンバ内に位置される漏斗であって、前記試料チャンバから前記試料チャンバの外部の環境への前記試料の移動を防止するように構成される、漏斗と、
    第１の導管によって前記試料チャンバに流体結合されるウェルであって、前記ウェルが試薬を収容するように構成される、ウェルと、
    前記第１の導管と流体連通する流体流ユニットであって、前記流体流ユニットが、前記試薬を前記ウェルから前記試料チャンバに流すように構成される、流体流ユニットと、
    １つ以上の分析管であって、前記１つ以上の分析管のうちの１つの分析管が第２の導管を介して前記試料チャンバに流体結合される、１つ以上の分析管と、
    前記流体流ユニットに結合されるコントローラであって、前記コントローラが、前記試料を処理するための命令をモバイル電子機器から受信し、前記命令にしたがって、（ｉ）前記試薬を前記ウェルから前記第１の導管に沿って前記試料チャンバに流すように前記流体流ユニットに指示して、前記試薬及び前記１つ以上の核酸分子を含む溶液を前記試料チャンバ内に供給し、（ｉｉ）前記分析管が前記溶液の少なくとも一部を受けるように、前記溶液を前記試料チャンバから前記第２の導管に沿って前記１つ以上の分析管に流すべく前記流体流ユニットに指示する、ように構成される、コントローラと、
    を備えるシステム。
  73. 前記漏斗は、前記試料チャンバからの液体飛散を防止するように構成される、請求項７２に記載のシステム。
  74. 前記漏斗は、前記試薬が前記漏斗を通じて前記試料チャンバに流れることができるようにするべく構成される、請求項７２に記載のシステム。
  75. 前記１つ以上の分析管に流体結合されて前記１つ以上の分析管の下流側に配置される第２の流体流ユニットを更に備える、請求項７２に記載のシステム。
  76. 前記第２の流体流ユニットは、第３の導管によって前記１つ以上の分析管に流体接続される、請求項７５に記載のシステム。
  77. 前記分析管がキャップを備え、前記分析管と前記第２の流体流ユニットとの間の前記第３の導管が前記キャップ内に配置される、請求項７６に記載のシステム。
  78. 前記第２の流体流ユニットは、前記試料チャンバから前記１つ以上の分析管のうちの少なくとも１つに流体を引き込むために負圧を供給するように構成される、請求項７５に記載のシステム。
  79. 前記第２の流体流ユニットは、前記試料チャンバに正圧を供給して前記試料中に気泡を発生させ、それにより、前記試料を混合に供するように構成される、請求項７５に記載のシステム。
  80. 前記第２の流体流ユニットが大気に流体的に結合される、請求項７９に記載のシステム。
  81. 第４の導管によって前記試料チャンバに流体結合される廃棄物チャンバを更に備える、請求項７２に記載のシステム。
  82. 前記廃棄物チャンバと前記試料チャンバとの間に前記第４の導管に沿って配置される第３の流体流ユニットを更に備える、請求項８１に記載のシステム。
  83. 前記第３の流体流ユニットは、前記試料を前記試料チャンバから前記廃棄物チャンバに引き込むように構成される、請求項８２に記載のシステム。
  84. 前記試料は、前記フィルタを通じて前記試料チャンバから前記廃棄物チャンバに引き込まれ、それにより、前記フィルタ内の前記試料から前記１つ以上の核酸を捕捉する、請求項８３に記載のシステム。
  85. 前記廃棄物チャンバが通気栓を備え、通気栓は、液体と接触すると膨潤し、前記廃棄物チャンバを密封する、請求項８１に記載のシステム。
  86. 前記試料チャンバが試料チャンバキャップを更に備える、請求項７２に記載のシステム。
  87. 前記試料チャンバキャップが通気栓を備え、通気栓は、液体と接触するときに膨潤し、前記試料チャンバを密封する、請求項８６に記載のシステム。
  88. 前記ウェルと前記試料チャンバとの間に前記第１の導管に沿って配置されるバルブを更に備える、請求項７２に記載のシステム。
  89. 前記バルブは、前記第１の導管に沿って前記流体流ユニットの上流側に配置される、請求項８８に記載のシステム。
  90. ウェルを含む複数の前記ウェルを更に備える、請求項７２に記載のシステム。
  91. 複数のバルブを更に備え、前記複数のバルブのうちの１つのバルブは、前記複数のウェルと前記試料チャンバとの間に前記第１の導管に沿って配置される、請求項９０に記載のシステム。
  92. 前記試薬は、溶解緩衝液、洗浄緩衝液、乾燥剤、及び、溶出緩衝液からなるグループから選択される緩衝液である、請求項７２に記載のシステム。
  93. 前記試料チャンバ、前記ウェル、及び、前記廃棄物チャンバのうちの少なくとも１つがシールを備える、請求項７２に記載のシステム。
  94. 前記シールが少なくとも１つの層を備える、請求項９３に記載のシステム。
  95. 前記少なくとも１つの層は、ポリプロピレン、接着剤、又は、アルミニウムを含む、請求項９４に記載のシステム。
  96. 前記分析管がキャップを備え、前記試料チャンバと前記分析管との間の前記第２の導管の少なくとも一部が前記キャップ内に配置される、請求項７２に記載のシステム。
  97. 前記キャップの内面に沿う前記第２の導管の端部がチップを備える、請求項９６に記載のシステム。
  98. 前記第２の導管の少なくとも一部が前記チップに配置される、請求項９７に記載のシステム。
  99. 前記第２の導管の断面積が前記チップの軸方向長さに沿って減少する、請求項９８に記載のシステム。
  100. 前記１つ以上の分析管が複数の分析管を備え、前記チップ内の前記第２の導管の一部の断面積は、前記複数の分析管のうちの少なくとも２つにおいて異なる、請求項９７又は９９に記載のシステム。
  101. 前記キャップの内面に沿う前記第３の導管の端部がモレキュラーシーブを備える、請求項１００に記載のシステム。
  102. 前記モレキュラーシーブが多孔質である、請求項１０１に記載のシステム。
  103. 前記モレキュラーシーブがガス透過性である、請求項１０１に記載のシステム。
  104. 前記モレキュラーシーブが疎水性である、請求項１０１に記載のシステム。
  105. 前記キャップが前記分析管内へと延在する、請求項９６に記載のシステム。
  106. 前記キャップは、前記分析管の最大作用容積を決定する深さまで前記分析管内へと延在する、請求項１０５に記載のシステム。
  107. 前記キャップの前記深さは、前記１つ以上の分析管の他の分析管内へと延びる他のキャップの他の深さとは異なる、請求項１０６に記載のシステム。
  108. 前記キャップが前記分析管に取り外し可能に結合される、請求項９６に記載のシステム。
  109. 前記分析管は、標的核酸分子を検出する分析を実施するための１つ以上のプライマー対を備える、請求項７２に記載のシステム。
  110. 前記分析がポリメラーゼ連鎖反応である、請求項１０９に記載のシステム。
  111. 前記試料チャンバと熱連通するヒータを更に備え、前記ヒータは、前記分析管内の試料を加熱に晒すように構成される、請求項７２に記載のシステム。
  112. 前記ヒータは、前記試料を１つ以上の加熱サイクル及び冷却サイクルの一部として加熱に晒すように構成される、請求項１１１に記載のシステム。
  113. 前記流体流ユニットがポンプ又は圧縮機である、請求項７２に記載のシステム。
  114. 前記流体流ユニットが１つ以上のポンプを備える、請求項７２に記載のシステム。
  115. 前記１つ以上のポンプが第１のポンプ及び第２のポンプを含み、前記第１のポンプは、前記試薬を前記ウェルから前記試料チャンバに流すように構成され、前記第２のポンプは、前記溶液を前記試料チャンバから前記１つ以上の分析管に流すように構成される、請求項１１４に記載のシステム。
  116. 前記流体流ユニットが１つ以上の圧縮機を備える、請求項７２に記載のシステム。
  117. ドックを備える試料処理ユニットを更に備え、前記試料処理ユニットが前記流体流ユニットを備え、前記ウェル及び前記試料チャンバが試料処理カートリッジに含まれ、前記ドックは、前記カートリッジを受けて前記ウェル及び前記試料チャンバを前記流体流ユニットと流体連通させるように構成される、請求項７２に記載のシステム。
  118. 前記コントローラは、前記モバイル電子機器と無線通信するように構成される、請求項７２に記載のシステム。
  119. 前記流体流ユニットが圧力センサを備える又は圧力センサに結合される、請求項７２に記載のシステム。
  120. 試料処理のためのシステムであって、
    試料チャンバであって、前記試料チャンバ内の試料から１つ以上の核酸分子を捕捉するように構成されるフィルタを備える、試料チャンバと、
    第１の導管によって前記試料チャンバに流体結合されるウェルであって、前記第１の導管が前記ウェル内に位置される針に接続され、前記ウェルが試薬を収容するように構成される、ウェルと、
    前記第１の導管と流体連通する流体流ユニットであって、前記試薬を前記ウェルから前記試料チャンバに流すように構成される、流体流ユニットと、
    １つ以上の分析管であって、前記１つ以上の分析管のうちの１つの分析管が第２の導管を介して前記試料チャンバに流体結合される、１つ以上の分析管と、
    前記流体流ユニットに結合されるコントローラであって、前記コントローラが、前記試料を処理するための命令をモバイル電子機器から受信し、前記命令にしたがって、（ｉ）前記試薬を前記ウェルから前記第１の導管に沿って前記試料チャンバに流すように前記流体流ユニットに指示して、前記試薬及び前記１つ以上の核酸分子を含む溶液を前記試料チャンバ内に供給し、（ｉｉ）前記分析管が前記溶液の少なくとも一部を受けるように、前記溶液を前記試料チャンバから前記第２の導管に沿って前記１つ以上の分析管に流すべく前記流体流ユニットに指示する、ように構成される、コントローラと、
    を備えるシステム。
  121. 前記針が溝を備え、前記溝が前記試薬を排出するように構成される、請求項１２０に記載のシステム。
  122. 化学的試料又は生体試料を処理及び分析するためのシステムであって、
    試料調製カートリッジを可逆的に受けて、前記試料調製カートリッジ内の前記化学的試料又は生体試料を処理するように構成される試料調製ユニットと、
    前記試料調製カートリッジによって処理された前記化学的試料中又は生体試料中の少なくとも１つの検体を分析するように構成される分析ユニットと、
    前記試料調製ユニット及び前記分析ユニットに動作可能に結合されるコントローラであって、前記コントローラが、１つ以上の命令をモバイル電子機器から受けて、
    （ｉ）前記化学的試料又は生体試料を前記試料調製ユニットで処理する、又は、前記試料調製カートリッジによって処理された前記化学的試料中又は生体試料中の前記少なくとも１つの検体を分析する、及び、
    （ｉｉ）前記１つ以上の命令に応じて、（１）前記化学的試料又は生体試料を処理するように前記試料調製ユニットに指示する、又は、（２）前記少なくとも１つの検体を分析するように前記分析ユニットに指示する、
    ように構成される、コントローラと、
    を備える、システム。
  123. 前記試料調製ユニット及び前記分析ユニットが同じハウジング内にある、請求項１２２に記載のシステム。
  124. 試料処理のためのシステムであって、
    溶液を保持するように構成される試料チャンバと、
    １つ以上の分析管であって、前記１つ以上の分析管のうちの１つの分析管が導管を介して前記試料チャンバに流体結合され、前記導管が膨潤性粒子を含む、１つ以上の分析管と、
    前記導管と流体連通する流体流ユニットと、
    前記流体流ユニットに結合されるコントローラであって、前記コントローラが、前記分析管が前記溶液の少なくとも一部を受けて前記膨潤性粒子が前記導管内で膨潤するように、前記溶液を前記試料チャンバから前記導管に沿って前記１つ以上の分析管に流すべく前記流体流ユニットに指示するように構成される、コントローラと、
    を備える、システム。
  125. 前記試料チャンバは、前記試料チャンバ内の試料から１つ以上の核酸分子を捕捉するように構成されるフィルタを備える、請求項１２４に記載のシステム。
  126. 更なる導管によって前記試料チャンバに流体結合されるウェルを更に備え、前記ウェルが試薬を収容するように構成される、請求項１２５に記載のシステム。
  127. 前記流体流ユニットが前記更なる導管と流体連通し、前記流体流ユニットは、前記試薬を前記ウェルから前記試料チャンバに流すように構成される、請求項１２６に記載のシステム。
  128. 前記コントローラは、前記試薬を前記ウェルから前記更なる導管に沿って前記試料チャンバに流して、前記試薬及び前記１つ以上の核酸分子を含む前記溶液を前記試料チャンバ内に供給するように前記流体流ユニットに指示するべく更に構成される、請求項１２７に記載のシステム。
  129. 前記コントローラは、モバイル電子機器から命令を受信するように構成される、請求項１２４に記載のシステム。
  130. 前記分析管がキャップを備え、前記試料チャンバと前記分析管との間の前記導管の少なくとも一部が前記キャップ内に配置される、請求項１２４に記載のシステム。
  131. 前記導管の前記少なくとも一部が前記膨潤性粒子を備える、請求項１３０に記載のシステム。
  132. 前記膨潤性粒子が第１の断面を有し、前記分析管が前記溶液の前記少なくとも前記一部を受けた後、前記膨潤性粒子が第２の断面まで膨潤する、請求項１２４に記載のシステム。
  133. 前記膨潤性粒子の前記第１の断面が前記導管の断面よりも小さい、請求項１３２に記載のシステム。
  134. 前記膨潤性粒子の前記第１の断面が少なくとも約０．２ミリメートルである、請求項１３３に記載のシステム。
  135. 前記導管の前記断面が少なくとも約０．５ミリメートルである、請求項１３３に記載のシステム。
  136. 前記膨潤性粒子の前記第２の断面は、前記膨潤性粒子の前記第１の断面の少なくとも約２倍である、請求項１３２に記載のシステム。
  137. 前記膨潤性粒子が前記導管の内面によって支持される、請求項１２４に記載のシステム。
  138. 前記導管は、前記膨潤性粒子と前記導管の内面との間に支持体を更に備え、前記膨潤性粒子が前記支持体によって支持される、請求項１２４に記載のシステム。
  139. 前記膨潤性粒子は、前記導管を密封して前記導管内の流体の流れを遮断するように膨潤するべく構成される、請求項１２４に記載のシステム。
  140. 前記膨潤性粒子がヒドロゲル粒子である、請求項１２４に記載のシステム。
  141. 前記ヒドロゲル粒子がポリマー材料を含む、請求項１４０に記載のシステム。
  142. 前記ポリマー材料は、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド、又は、それらの官能性誘導体である、請求項１４１に記載のシステム。
  143. 試料処理のための方法であって、
    （ａ）（ｉ）溶液を含む試料チャンバ、及び、（ｉｉ）導管を介して前記試料チャンバに流体結合される１つ以上の分析管を用意するステップであって、前記導管が膨潤性粒子を含む、ステップと、
    （ｂ）前記分析管が前記溶液の少なくとも一部を受けて前記膨潤性粒子が前記導管内で膨潤するように、前記溶液を前記試料チャンバから前記導管に沿って前記１つ以上の分析管に流すべく流体流ユニットを使用するステップと、
    を含む方法。
  144. 前記試料チャンバ及び前記１つ以上の分析管が試料調製カートリッジに収容される、請求項１４３に記載の方法。
  145. 前記試料調製カートリッジは、更なる導管によって前記試料チャンバに流体結合されるウェルを更に備え、前記ウェルが試薬を収容する、請求項１４４に記載の方法。
  146. 前記流体流ユニットが前記更なる導管と流体連通している、請求項１４５に記載の方法。
  147. （ｂ）の前に、前記試薬を前記ウェルから前記試料チャンバに流すべく前記流体流ユニットを使用するステップを更に含む、請求項１４６に記載の方法。
  148. 前記分析管がキャップを備え、前記試料チャンバと前記分析管との間の前記導管の少なくとも一部が前記キャップ内に配置される、請求項１４３に記載の方法。
  149. 前記導管の前記少なくとも一部が前記膨潤性粒子を備える、請求項１４８に記載の方法。
  150. 前記膨潤性粒子が第１の断面を有し、前記分析管が前記溶液の前記少なくとも一部を受けた後、前記膨潤性粒子が第２の断面まで膨潤される、請求項１４３に記載の方法。
  151. 前記膨潤性粒子の前記第１の断面が前記導管の断面よりも小さい、請求項１５０に記載の方法。
  152. 前記膨潤性粒子の前記第１の断面が少なくとも約０．２ミリメートルである、請求項１５１に記載の方法。
  153. 前記導管の前記断面が少なくとも約０．５ミリメートルである、請求項１５１に記載の方法。
  154. 前記膨潤性粒子の前記第２の断面は、前記膨潤性粒子の前記第１の断面の少なくとも約２倍である、請求項１５０に記載の方法。
  155. 前記膨潤性粒子が前記導管の内面によって支持される、請求項１４３に記載の方法。
  156. 前記導管は、前記膨潤性粒子と前記導管の内面との間に支持体を更に備え、前記膨潤性粒子が前記支持体によって支持される、請求項１４３に記載の方法。
  157. 前記膨潤性粒子は、前記導管を密封して前記導管内の流体の流れを遮断するように膨潤する、請求項１４３に記載の方法。
  158. 前記膨潤性粒子がヒドロゲル粒子である、請求項１４３に記載の方法。
  159. 前記ヒドロゲル粒子がポリマー材料を含む、請求項１５８に記載の方法。
  160. 前記ポリマー材料は、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド、又は、それらの官能性誘導体である、請求項１５９に記載の方法。
  161. 分析管と、
    前記分析管に挿入されるように構成されるキャップであって、前記キャップが、前記キャップが前記分析管に挿入されるときに前記分析管と流体連通するように構成される第１の導管及び第２の導管を備え、前記第１の導管が前記分析管に溶液を供給するように構成され、前記第２の導管が前記分析管内のガスが前記分析管から流出できるようにするべく構成され、前記第１の導管が前記分析管内へ前記溶液を供給する際に膨潤するように構成される膨潤性粒子を備える、キャップと、
    を備える装置。
  162. 前記第２の導管が多孔質媒体を備え、多孔質媒体は、前記溶液が前記第２の導管に入るのを防ぐように構成される、請求項１６１に記載の装置。
  163. 前記多孔質媒体がモレキュラーシーブである、請求項１６２に記載の装置。
  164. 前記膨潤性粒子が第１の断面を有し、前記膨潤性粒子が第２の断面まで膨潤するように構成される、請求項１６１に記載の装置。
  165. 前記膨潤性粒子の前記第１の断面が前記第１の導管の断面よりも小さい、請求項１６４に記載の装置。
  166. 前記膨潤性粒子の前記第１の断面が少なくとも約０．２ミリメートルである、請求項１６５に記載の装置。
  167. 前記第１の導管の前記断面が少なくとも約０．５ミリメートルである、請求項１６５に記載の装置。
  168. 前記膨潤性粒子の前記第２の断面は、前記膨潤性粒子の前記第１の断面の少なくとも約２倍である、請求項１６４に記載の装置。
  169. 前記膨潤性粒子が前記第１の導管の内面によって支持される、請求項１６１に記載の装置。
  170. 前記第１の導管は、前記膨潤性粒子と前記第１の導管の内面との間に支持体を更に備え、前記膨潤性粒子が前記支持体によって支持される、請求項１６１に記載の装置。
  171. 前記膨潤性粒子は、前記第１の導管を密封して前記第１の導管内の流体の流れを遮断するように膨潤するべく構成される、請求項１６１に記載の装置。
  172. 前記膨潤性粒子がヒドロゲル粒子である、請求項１６１に記載の装置。
  173. 前記ヒドロゲル粒子がポリマー材料を含む、請求項１７２に記載の装置。
  174. 前記ポリマー材料は、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド、又は、それらの官能性誘導体である、請求項１７３に記載の装置。
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