JP2022550706A - 生化学物質分析システム、方法及び装置 - Google Patents

Abstract

フローセル（３８）内のサンプルの生物学的特徴を検出するための生化学物質分析システム（３）であって、検出システム（３１）と、スケジューリングシステム、生化学反応システム及び制御システム（３６）を備え、スケジューリングシステムは、前記フローセル（３８）を異なる箇所でスケジューリングするためのものであり、前記箇所は、検出システム（３１）に位置する箇所と生化学反応システムに位置する箇所を含み、生化学反応システムは、前記フローセル（３８）内のサンプルを反応させ、検出システム（３１）は、既に反応したサンプルに対して信号検出を行なって、前記サンプルの生物学的特徴を表す信号を取得し、制御システム（３６）は、検出システム（３１）とスケジューリングシステムと生化学反応システムとの連携作業を制御する。このシステムは、生化学物質分析の自動化程度と検出量を高めた。

Description

本発明は、生化学物質分析分野に関し、特に、生化学物質分析システム、方法及び装置に関する。

一般的なサンプル検査用器具は、少なくともフローセル、検出システム、流体システム等を含んでいることが必要である。フローセルは、被検サンプルが検出流体（試薬）と検出反応が発生する領域である。検出システムは、検出励起をかけて、検出反応の応答信号を記録する。流体システムは、検出反応に関与する検出流体の入力と検出反応後のスクラップの排出を担う。一般的にみられる第二世代シーケンシング技術設計に基づき製造される遺伝子シーケンサを例にとると、そのシステム全体は、主にフローセル、信号検出システム及び流体システムからなる。

フローセル（即ち、サンプルキャリア）は、生化学物質のサンプルを入れて検出分析反応を生じさせるための領域であり、通常、サンプルと流体を収容するチャンバーを含む。シーケンシングの分野において、フローセルは遺伝子シーケンシングのサンプルを積載してシーケンシング反応を生じさせるための領域であり、通常、サンプルと流体を収容するチャンバーを含み、一般にフローセル、反応セル、チップ、シーケンシングチップ、遺伝子シーケンシングチップ若しくはカートリッジなどと呼ばれる。よくある英名には、Ｆｌｏｗ Ｃｅｌｌ、Ｆｌｏｗｃｅｌｌ、Ｃｈｉｐ、Ｃｈｉｐ Ｋｉｔ及びＣａｒｔｒｉｄｇｅなどがある。シーケンシングチップは、サンプルロードの不可繰り返し性、及び、異なるサンプル間の交差汚染の回避等の要請から、通常、使い捨て、繰り返し着脱、及び、全閉が可能な様式に設計される。シーケンシングチップは、１つまたは複数の独立した流路を有し、各流路は、反応流体の入出力を検出するための入口と出口とをそれぞれ１つ有する。シーケンシングチップの上面は、通常、励起光信号及び励起された光信号を透過し、この上面を透過して光信号の検出を行う光透過性の材料である。シーケンシングチップの下面は、通常、ベース層となっており、被検遺伝子サンプルが何らかの生物的または化学反応によりその表面に固定され得る。

信号検出システムは、励起信号を生成し、フィードバック信号を受信することができる。第２世代シーケンシング技術における常用の検出方法は、レーザ光を用いてサンプル蛍光を誘起する。即ち、レーザを用いてサンプルを励起し、それに蛍光信号をフィードバックさせて、その後、励起された光学信号をエリアアレイカメラを用いて撮影して記録する。したがって、この検出システムは、本質的に光学的イメージングシステムであり、主に、レーザ、対物レンズ、フィル夕、筒鏡、カメラ、ワークテーブル等の部品からなる。ここで、レーザは、シーケンシング反応における被検サンプルの蛍光信号を励起するために用いられ、対物レンズ、フィル夕、筒鏡及びカメラなどの部品からなるモジュールは、被検サンプルから発せられた蛍光信号の採取を担う。通常、エリアアレイカメラが撮像する領域がシーケンシングチップの設計検出領域に比べてはるかに小さいので、検出システムが動作する際には、シーケンシングチップがワークテーブルに従って移動して行き、全ての反応領域に行き渡らせながらカメラを用いてリアルタイム露光を行ってはじめて、シーケンシングチップにおける各検出領域が発する蛍光信号を１つずつ受信することができる。

流体システムは、遺伝子シーケンサにおいて、検出反応に関与する流体がシーケンシング流体である。流体システムは、反応すべきシーケンシング流体をシーケンシングチップに入力するとともに、反応後のシーケンシング流体をシーケンシングチップから排出することを担当するシステムである。一般に、シーケンシング流体カートリッジ、採取針、配管、液ポンプ等の部材から構成されている。ここで、シーケンシング流体カートリッジは、シーケンシング流体を収容する容器であり、チューブは、流体システムの各部材を接続し且つシーケンシング流体を通過させる閉塞流路であり、液ポンプは、シーケンシング流体を流体システム内で運動させる動力源である。一般的な流体システムは、通常、タンデム形式に設計されており、液ポンプによるクロス汚染が生じないように、一般にシーケンシング流体カートリッジを上流に配置し、流体システムの入り口として採取針を用い、その下流をシーケンシングチップと液ポンプとに配管を介して順次に接続する。シーケンシングチップと液ポンプに接続される配管は、通常、メイン配管と呼ばれ、シーケンシング流体の流体システムに対する入出力に必要な経路である。流体システムは、動作時には、採取針をシーケンシング流体カートリッジに挿入して液ポンプをオンにし、流体針に沿ってシーケンシング流体を配管を通してシーケンシングチップに流入させるとともに、シーケンシングチップの中の既存のシーケンシング流体を液ポンプの配管に沿って排出させる。この設計方式の物理的な本質は、液ポンプを用いて負圧を作り、流体システム全体の圧力を外部大気圧よりも低くし、外部大気圧を利用してシーケンシング流体を流体システムに圧入することである。

しかし、従来の検出機器は、自動化程度が高くなく、スループットが低いという問題もあった。

従来技術の上述した一部または全ての問題及び他の潜在的な問題を解決するためには、生化学物質分析システム、方法及び装置を提案する必要がある。

第１の態様では、フローセル内のサンプルの生物学的特徴に対する検出を完了するために用いられる生化学物質分析システムを提供する。この生化学物質分析システムは、検出システム、スケジューリングシステム、生化学反応システム、及び制御システムを含む。ここで、前記スケジューリングシステムは、前記フローセルを異なる箇所でスケジューリングするために用いられる。前記位置は、検出システムに位置する箇所及び生化学反応システムに位置する箇所を含む。前記生化学反応システムは、前記フローセル内のサンプルに反応させる。前記検出システムは、既に反応したサンプルに対して信号検出を行ない、前記サンプルの生物特徴を代表する信号を取得する。前記制御システムは、前記検出システムと前記スケジューリングシステムと前記生化学反応システムとの連携作業を制御する。

第２の態様では、以下のステップを含む生化学物質分析方法を提供する。

フローセルを受けて、受けたフローセルを生化学反応システムに移送するステップ。
生化学反応システム内で前記フローセル内のサンプルを反応させるステップ。
サンプルが生化学反応を終えたフローセルを検出システムに移転するステップ。
検出システム内で前記フローセル内のサンプルに対して信号検出を行なって、前記サンプルの生体的特徴を反映する信号を取得するステップ。

第３の態様では、上記の生化学物質分析システムを含む生化学物質分析装置、または、上記の生化学物質分析方法を利用してフローセル内のサンプルの生物学的特徴を反映する信号、分析可能データ或いは検出レポートを取得する生化学物質分析装置を提供する。

本発明の実施形態に係る生化学物質分析システム、方法及び装置によって、ユーザはシーケンシングに必要な検出流体、洗浄流体、及びサンプルを積載したフローセルを、遺伝子シーケンサにおけるインターフェースを介して遺伝子シーケンサに入れて、ユーザインタラクティブシステムを介して関連パラメータを設けるだけで、遺伝子シーケンサ及び遺伝子シーケンシングシステムが自動的に遺伝子シーケンシングを完了することができるので、遺伝子シーケンシングの自動化の程度が高められる。

以下、本発明の実施形態の技術提案をより明確化するために、本発明の実施形態において必要な図面を簡単に紹介する。以下の記載における図面は本発明のいくつかの実施例に過ぎず、当業者にとって創造的な労働を払わずに、これらの図面から他の図面が得られることは明らかである。

本発明の実施形態１における遺伝子シーケンサの斜視模式図である。 本発明の遺伝子シーケンサの遺伝子シーケンシングシステムを示す図である。 図２に示したシステムにおける信号検出システムの各モジュールを示す図である。 図２に示したシステムにおける流体輸送モジュールの各構成要素の模式図である。 図２に示したシステムにおける検出反応モジュールの各構成要素の模式図である。 図２に示したシステムにおけるスクラップ処理システムの各モジュールを示す図である。 図２に示したシステムにおける転移システムの実行ロジックを示す図である。 図２に示したシステムにおける信号処理システムの各モジュールを示す図である。 本発明の実施形態２による生化学物質分析システムのブロック図である。 本発明の実施形態３による生化学物質分析方法のフローチャートである。 本発明の実施形態４による生化学物質分析装置の概略図である。 本発明の実施形態５による生化学物質分析装置の概略図である。

以下、上述した図面に合わせて、本発明を実施するための形態を具体的に説明する。

以下、本発明の実施形態の図面に関連して、本発明の実施形態の技術的態様を明確かつ完全に説明するが、説明された実施形態は本発明の一部の実施形態にすぎず、すべての実施形態ではないことは明らかである。本開示の実施例に基づいて、当業者が創造的な労働なしになし得る他の全ての実施例は、すべて本開示の範囲に属する。

なお、あるユニットが他のユニットに「固定される」または「装着される」と称する場合、それが他のユニットに直接存在してもよいし、中間部材を介して設けられてもよい。あるユニットが他のユニットに「配置される」とみなされる場合、それが直接に他のユニットに配置されてもよいし、中央ユニットが同時に存在してもよい。ここで用いられる用語「及び／または」は、１つまたは複数の関連するリストされたアイテムのすべてと任意の組み合わせを含む。本明細書で使用される用語「及び／または」は、１つまたは複数の関連する列挙された項目のすべて及び任意の組み合わせを含む。

文中のＭ、Ｎ及びＸなどの数の量的代名詞は、所々に不定数または順序を意味し、特定の数または順序を意味するものではない。つまり、同じＭ、Ｎ及びＸが異なる場所において異なる数や順番を指し示す可能性がある。

図１は、本発明の一実施形態における遺伝子シーケンサの模式図である。前述の遺伝子シーケンサ１は、筐体２と、筐体２内に配置され且つ筐体２を介して外部とやり取りされる遺伝子シーケンシングシステム３と、を備える。

本実施形態において、筐体２には、複数の入出力インターフェースが設けられている。前記入出力インターフェースは、表示インターフェース２０１、キーボードマウス２０７等のような情報入出力インターフェースを含んでいる。本実施形態において、キーボードマウス２０７は、筐体２に隠されており、使用時に筐体２から抜き取ることができるようになっている。前記入出力インターフェースには、フローセル投入インターフェース２０３、カートリッジ置換インターフェース２０５などの物質入出力インターフェースも含まれる。ユーザは、情報入力インターフェースを介して必要なパラメータ／コマンドを設定し、サンプルを積載したフローセル（サンプルキャリア）、必要なシーケンシング流体（例えば、試薬）及び洗浄流体（例えば、洗浄液）を盛る流体カートリッジ（例えば、試薬カートリッジ）を対応する物質入出力インターフェースを介して遺伝子シーケンサ１の中に入れた後、遺伝子シーケンサ１を起動する。遺伝子シーケンサ１は、設定されたパラメータ／コマンドに従ってフローセル内のサンプルの検出を自動的に完了し、且つ結果情報を情報入出力インターフェースを介してユーザに出力する。

なお、本発明でいう「フローセル」とは、生化学物質のサンプルを積載して検出分析反応を起こすための領域であり、通常、サンプルと流体を収容するチャンバーを含み、これを広義のサンプルキャリアとして理解すべきである。即ち、シーケンシングの場合はシーケンシングチップとして理解することができるほか、その他の場合には他のサンプルキャリアとして理解することもできる。

図２に示すように、本実施例では、上記遺伝子シーケンシングシステム３は、信号検出システム３１、信号処理システム３２、流体システム３３、スクラップ処理システム３４、転移システム３５、制御システム３６及びユーザインタラクティブシステム３７などのサブシステムを含む。１つまたは複数のフローセル３８が遺伝子シーケンサ１の中に投入された後、それぞれのフローセル３８は転移システム３５によってそれぞれの関連サブシステムにおいて位置変換され、フローセル３８内のサンプルが検出反応を完了して信号検出が行われるようにする。

以下、各サブシステムについて詳細に説明する。

信号検出システム３１は、フローセル３８内のサンプルに対して信号検出を行うものであり、励起信号の印加、サンプルからのフィードバック信号の受信、記録等の操作を含む。本実施形態では、前記信号検出システム３１は、励振信号送信モジュール３０１と、信号チャンネルモジュール３０３と、フィードバック信号受信モジュール３０５と、受信信号補正モジュール３０６と、検出固定ユニット３０８と、移動ユニット３１０とをさらに含む。なお、本実施例では、１つの信号検出システム３１のみでフローセル３８内のサンプルを検出することのみを示したが、実際には、係る信号検出システム３１は、必要に応じて、複数であってもよい。例えば、必要に応じて、遺伝子シーケンサ１に、Ｍ（Ｍは１より大きい自然数）個の信号検出システム３１を設け、信号検出システム３１毎には、制御システム３６の制御に従って、１つのフローセル３８内のサンプルに対して、当該フローセル３８内のサンプルに対する少なくとも１塩基の信号検出が完了するように、少なくとも１回の検出を実行してもよい。遺伝子シーケンサ１に複数の信号検出システム３１が設けられている場合、遺伝子シーケンサ１は、複数のフローセル３８中のサンプルに対して同時に信号検出を行うことができる。

前記信号検出システム３１の各サブモジュールについて、以下に詳細に説明する。

励振信号送信モジュール３０１は、フローセル３８内のサンプルに励振信号を印加して、フィードバック信号が得られるか否かを検出するものである。サンプルの成分は、信号をフィードバックすることにより判別できる。励振信号は、光信号若しくは電気信号であってもよい。光信号であれば、前記励振信号送信モジュール３０１はレーザやＬＥＤ等の光源であってもよい。電気信号であれば、前記励振信号送信モジュール３０１は電源であってもよい。

信号チャンネルモジュール３０３は、励振信号送信モジュール３０１から送信された励振信号を予め定められた経路でフローセル３８に到達させ、フィードバック信号をフローセル３８から出発して予め定められた経路でフィードバック信号受信モジュール３０５に到達させるためのものである。信号チャンネルモジュール３０３は、励振信号が光信号である場合には、対物レンズ、筒鏡、レンズ、フィルタなどの１つ又は複数の光学部品で構成される光学モジュールである。励振信号が電気信号である場合には、信号チャンネルモジュール３０３は導電線、電気抵抗、コンデンサ、整流器、フィルタなどの１つ又は複数の電気部品で構成される電気モジュールである。

フィードバック信号受信モジュール３０５は、励起信号によりサンプルが励起されて発生するフィードバック信号を受信する。フィードバック信号受信モジュール３０５は、励起信号が光信号であれば、各種のエリアアレイカメラ、ラインスキャンカメラ若しくはその他のフォトダイオード、光電子増倍管等の光信号受信部であってもよく、励起信号が電気信号であれば、信号収集カードなどの電気信号受信部材であってもよい。

受信信号補正モジュール３０６は、励振信号の送信経路とフィードバック信号の受信経路とを調整して、送信した励振信号と受信したフィードバック信号とを一致させ、かつ最も効果が高くなるようにする。本実施形態では、受信信号補正モジュール３０６は、励振信号が光信号である場合には、各種類のオートフォーカス部品及びその組み合わせであり、励振信号が電気信号である場合には、各種の整流部品及びその組み合わせであってもよい。

前記検出固定ユニット３０８は、フローセル３８を着脱可能に装着及び固定するものであり、信号検出時にフローセル３８に前記検出固定ユニット３０８と相対的な静止状態を保持させる。

前記移動ユニット３１０は、前記検出固定ユニット３０８と接続され、フローセル３８の全ての検出すべき領域が信号検出を行えるように、前記検出固定ユニット３１０を駆動して一定の範囲内で移動させる。本実施形態において、前記移動ユニット３１０は、ＸＹ移動ステージなどの移動制御デバイスであってもよい。

前記信号処理システム３２は、前記信号検出システム３１が受信したフィードバック信号を処理して分析し、シーケンシングデータを得てレポートを生成するために用いられる。本実施形態では、信号処理システム３２は、信号伝送モジュール３１２と、信号処理モジュール３１４と、データ記憶モジュール３１６とを有する。以下、上記信号処理システム３２の各サブモジュールについて詳細に説明する。

前記信号伝送モジュール３１２は、信号検出システム３１から伝送されてきたフィードバック信号を受け取り、このフィードバック信号をバッファリングし、後続の処理分析を待つ。前記遺伝子シーケンサ１は、前述のように、必要に応じて複数の信号検出システム３１を設けても良い。複数の信号検出システム３１を設けた場合には、信号検出システム３１毎に受信したフィードバック信号が前記信号伝送モジュール３１２に送られてバッファリングされ、後続の処理分析を待つ。前記信号伝送モジュール３１２は、各種の不揮発性信号バッファ装置あってもよい。

信号処理モジュール３１４は、信号伝送モジュール３１２からバッファリングされたフィードバック信号を取得し、アルゴリズムにより解析可能なデータに変換し、さらに前記データを解析してシーケンシングレポートを生成し、且つ当該シーケンシングレポートをユーザインタラクティブシステム３７に出力する。

データ記憶モジュール３１６は、処理が完了したデータやシーケンシングレポートを圧縮し、ユーザが随時に呼び出して見ることができるようにバックアップとして記憶媒体に記憶させるためのものである。

流体システム３３は、サンプル検出中に、検出試薬などの検出用流体を貯留し、フローセル３８に検出用流体を入力して検出反応を行い、且つ検出反応終了後の全てのスクラップをスクラップ処理システム３４に排出する。本実施形態では、流体システム３３は、検出反応モジュール３１８、反応温度制御ユニット３２０、流体輸送モジュール３２２、非温度制御貯留ユニット３２４、温度制御貯留ユニット３２６、及び記憶温度制御ユニット３２８などの複数のサブモジュールまたはユニットを備えている。なお、本実施例においては、１つの流体システム３３のみを示しているが、実際には、前記流体システム３３は、必要に応じて、複数であってもよく、例えば、必要に応じて、遺伝子シーケンサ１において、Ｎ（Ｎが１より大きい自然数）個の流体システム３３を設けてもよい。各流体システム３３は、１つのフローセル３８をロードし、且つ当該フローセル３８に対してシーケンシングに必要な特定の流体を入力することにより、前記フローセル３８におけるサンプルの検出反応を生じさせる。前記フローセル３８の各検出箇所に、前記信号検出システム３１により検出可能な特定の物質や構造を形成してもよい。遺伝子シーケンサ１に流体システム３３を複数設けると、遺伝子シーケンサ１は、複数のフローセル３８を同時にロードして、各フローセル３８に対してシーケンシングに必要な特定の流体を入力することで、各フローセル３８内のサンプルの検出反応を完了させることができる。以下、前記流体システム３３の各サブモジュール、ユニットについて詳細に説明する。

検出反応モジュール３１８は、検出反応を行うフローセル３８を着脱可能に装着し、この検出反応モジュール３１８に対してフローセル３８を物理的な接続で複数回繰り返して固定できるように構成されている。本実施形態では、検出反応モジュール３１８に装着された後、フローセル３８と検出反応モジュール３１８との間が相対的に静止し、フローセル３８と検出反応モジュール３１８との接触面が十分な接触を保ち、熱交換効率が確保され、フローセル３８の流体の進入のための入口と流体の排出のための出口とが流体システム３３の他のモジュールに密封接続される。前記検出反応モジュール３１８は、流体システム３３とフローセル３８とのインタラクティブモジュールである。前記検出反応モジュール３１８の内部の流路部分は、流体がフローセル３８に入力する及びフローセル３８から排出する場合の流れの仕方を決めることもできる。

前記反応温度制御ユニット３２０は、フローセル３８の検出反応時に必要な温度条件を満たすように、検出反応モジュール３１８とフローセル３８との温度を制御するためのものである。本実施形態において、前記反応温度制御ユニット３２０は、ＴＥＣやその他の温度制御可能なユニット或いはその組み合せであってもよい。

流体輸送モジュール３２２は、検出反応に関与する流体を貯留モジュール（即ち、非温度制御貯留ユニット３２４及び／又は温度制御貯留ユニット３２６）の中から取り出し、フローセル３８の入口を通してフローセル３８に輸送し、フローセル３８内のサンプルについて検出反応を進行させ、検出反応後のスクラップをフローセル３８の出口を通してスクラップ処理システム３４に排出するためのものである。この流体輸送モジュール３２２は、ポンプ、バルブ、チューブ等により構成されることができる。

前記非温度制御貯留ユニット３２４は、検出反応に関与する、貯留温度に要求がない検出流体を貯留する。本実施形態では、前記非温度制御貯留ユニット３２４は、内部に１つ又は複数のサブ容器を収容した容器である。検出流体が流体輸送モジュール３２２に入るための入口として、サンプリング針（図示せず）が各サブ容器に１つずつ接続されている。

前記温度制御貯留ユニット３２６は、検知反応に関与する、貯留温度に要求がある（例えば、一定温度や温度範囲での使用を要する）検知流体を貯留するためのものである。この温度制御貯留ユニット３２６は、さらに、温度制御により発生された凝縮液等のスクラップを定期的にスクラップ処理システム３４に排出する。温度制御貯留ユニット３２６は、内部に１つまたは複数のサブ容器が収納された温度制御器である。検出流体が流体輸送モジュール３２２に入る入口として、サブ容器毎に流体輸送モジュール３２２に連接する１つのサンプリング針が設けられている。

記憶温度制御ユニット３２８は、貯留温度に要求がある検出流体の貯留条件を満たすように、温度制御貯留ユニット３２６の温度を制御する。記憶温度制御ユニット３２８は、ＴＥＣ又は他の温度制御可能な部品或いはその組み合わせであってもよい。

前記スクラップ処理システム３４は、流体システム３３から排出されたスクラップを貯留するためのものである。本実施形態において、前記スクラップは、排出された廃液であってもよい。本実施形態では、前記スクラップ処理システム３４は、さらに、遺伝子シーケンサ１の外に設置されたスクラップ貯留装置４にも接続され、スクラップを前記スクラップ貯留装置４の中に排出するためのものである。前記スクラップには、検出反応によって生じたスクラップが含まれるが、これに限らない。スクラップ処理システム３４には、スクラップ収集モジュール３３０及びスクラップ輸送モジュール３３２等のサブモジュールが含まれる。

ここで、スクラップ収集モジュール３３０は、流体システム３３から排出されるスクラップのすべてを回収して貯留するためのものであり、検出反応のスクラップ及び流体システム３３が稼働するときに発生する他のスクラップを含んでいる。本実施形態では、スクラップ収集モジュール３３０は、スクラップが動力を欠いた際に、前記スクラップをスクラップ収集モジュール３３０内に進入させるように駆動するための動力ユニットを含む。前記動力ユニットは、液体ポンプであってもよい。前記スクラップ収集モジュール３３０内には、スクラップを受け入れ可能な装置や容器が設けられている。

前記スクラップ輸送モジュール３３２は、前記スクラップ収集モジュール３３０に格納されたスクラップを、遺伝子シーケンサ１の外のスクラップ貯留装置４の中に排出するためのものである。前記スクラップ輸送モジュール３３２は、ポンプ、バルブ、配管等の流体部品からなるモジュールであってもよい。

前記スクラップ貯留装置４は、検出反応のスクラップ及びその他のスクラップをまとめて蓄積するためのものであり、遺伝子シーケンサ１の外に置かれて、スクラップの集中保存と処理を容易にする。前記スクラップ貯留装置４は、カスタマイズされたスクラップ樽であってもよいし、ユーザがカスタマイズする特殊なスクラップ収集及び処理装置であってもよい。

前記転移システム３５は、フローセル３８を遺伝子シーケンサ１内の異なる位置にオンデマンドで移動させるためのものである。例えば、フローセル３８は、流体システム３３と信号検出システム３１との間を転移する必要がある。信号検出を終えたフローセル３８が次の検出反応を行なう必要がある場合に、前記転移システム３５は、信号検出システム３１の検出固定ユニット３０８からフローセル３８を取り外し、流体システム３３の検出反応モジュール３１８に装着する。検出反応が完了し、信号検出が必要な時に、前記転移システム３５は、検出反応モジュール３１８におけるフローセル３８を取り外し、信号検出システム３１の検出固定ユニット３０８に装着する。前記転移システム３５は、１つのロボットであってもよく、１つのロボットアームであってもよく、ベルトコンベア等の自動化移送を目的とした機械装置であってもよい。

制御システム３６は、信号検出システム３１、流体システム３３、スクラップ処理システム３４及び転移システム３５の各手段の連携作業を制御するためのものである。本実施形態では、制御システム３６は、検出制御モジュール３３４、温度制御モジュール３３６、流体制御モジュール３３８、スクラップ制御モジュール３４０、転移制御モジュール３４２及びシステム制御モジュール３４４等のサブモジュールを含んでいる。

なお、前記検出制御モジュール３３４は、信号検出システム３１の各部の動作を制御するためのものであり、ユーザがシステム制御モジュール３４４を介して下した指令を信号検出システム３１の各部が実行可能な信号に変換する。さらに、本実施形態では、前記検出制御モジュール３３４は、信号検出システム３１への電力供給も制御する。前記検出制御モジュール３３４は、電子部品、ボードカード、ケーブル等からなる電子制御ボードであってもよく、その他の特定用途の電子制御ユニットの集合であってもよい。なお、必要に応じて、遺伝子シーケンサ１において複数の信号検出システム３１を設計する場合、前記検出制御モジュール３３４は複数であってもよい。個々の信号検出システム３１は、対応する検出制御モジュール３３４によって制御される。個々の検出制御モジュール３３４は、各信号検出システム３１が動作する際に独立性が確保され、互いに干渉しないように、１つの信号検出システム３１のみを制御することが好ましい。

温度制御モジュール３３６は、流体システム３３における反応温度制御ユニット３２０及び記憶温度制御ユニット３２８の動作を制御するためのものであり、ユーザがシステム制御モジュール３４４を介して下した温度制御指令を、上述したモジュールの各部の実行可能な信号に変換する。さらに、本実施形態では、前記温度制御モジュール３３６は、前記モジュールへの給電も制御する。前記検出制御モジュール３３４は、電子部品、ボードカード、ケーブル等からなる電子制御ボードであってもよく、その他の特定用途の電子制御ユニットの集合であってもよい。

この流体制御モジュール３３８は、流体システム３３各部の動作を制御するためのものであり、ユーザがシステム制御モジュール３４４を介して下した指令を、流体システム３３の各部が実行可能な信号に変換する。さらに、本実施形態では、前記流体制御モジュール３３８は、流体システム３３の電力供給も制御する。前記流体制御モジュール３３８は、電子部品、ボードカード、ケーブル等からなる電子制御ボードであってもよく、その他の特定用途の電子制御ユニットの集合であってもよい。なお、必要に応じて、遺伝子シーケンサ１において複数の流体システム３３を設けた場合に、各流体システム３３は、対応する流体制御モジュール３３８によって制御されることになるが、各流体制御モジュール３３８は、各流体システム３３が互いに干渉することなく、動作時の独立性を確保するために、１つの流体システム３３のみを制御することができる。

スクラップ制御モジュール３４０は、スクラップ処理システム３４の各部の動作を制御するためのものであり、ユーザがシステム制御モジュール３４４を介して下した指令を、スクラップ処理システム３４の各部が実行可能な信号に変換する。さらに、本実施形態では、前記スクラップ制御モジュール３４０は、スクラップ処理システム３４への給電も制御する。前記スクラップ制御モジュール３４０は、電子部品、ボードカード、ケーブル等からなる電子制御ボードであってもよく、その他の特定用途の電子制御ユニットの集合であってもよい。

上記転移制御モジュール３４２は、転移システム３５の各部の動作を制御するためのものであり、ユーザがシステム制御モジュール３４４によって下した指令を転移システム３５の各部が実行可能な信号に変換する。さらに、本実施形態では、前記転移制御モジュール３４２は、転移システム３５の電力供給も制御する。前記転移制御モジュール３４２は、電子部品、ボードカード、ケーブル等からなる電子制御ボードであってもよく、その他の特定用途の電子制御ユニットの集合であってもよい。

システム制御モジュール３４４は、上記の各制御モジュールにユーザの指令を送り、且つ各制御モジュールからのフィードバックをユーザインタラクティブシステム３７に伝送するためのものである。システム制御モジュール３４４は、電子部品、ボードカード、ケーブル等からなる電子制御ボードであってもよく、その他の特定用途の電子制御ユニットの集合であってもよい。

ユーザインタラクティブシステム３７は、ヒューマン・マシンインタラクションに用いられ、遺伝子シーケンシングシステム３にユーザの指令を受け付け可能にするとともに、ユーザの指令をフィードバックする。本実施形態では、上記の遺伝子シーケンシングシステム３は、ユーザの指令を受信すること及びユーザへのフィードバックは主に２つの方面にわたる。１つ目は、システム制御モジュール３４４とインタラクションを行なうために開発されたマシン全体操作ソフトウェアであって、ユーザが関連パラメータを入力して機械全体の検出反応フローを実行できるようにする。二つ目は、信号処理システム３２に由来し、信号処理システム３は処理された後の検出データを供給し、検出結果を直感的にユーザに視認させる。本実施形態では、前記ユーザインタラクティブシステム３７は、視覚インタラクティブモジュール３４６、入力モジュール３４８等のサブモジュールで構成される。前記ユーザインタラクティブシステム３７は、前記筐体２に設けられた情報入出力インターフェースを備える。例えば、視覚インタラクティブモジュール３４６は、表示インターフェース２０１を備え、入力モジュール３４８は、筐体２に設けられたキーボード、マウス等を備える。

視覚インタラクティブモジュール３４６は、ヒューマン・マシンインタラクションの内容を視覚的に表示し、ヒューマン・マシンインタラクションを容易にするためのものである。視覚インタラクティブモジュール３４６は、各種のモデルのディスプレイであってもよいし、各種のモデルのタッチパネルディスプレイであってもよいし、その他の視覚出力用のデバイスであってもよい。

入力モジュール３４８は、ユーザのマシン全体に対する各種の指令を入力するためのものであり、各種の入出力装置であってもよく、キーボード、マウスやその他の入力に使用できるデバイスを含む。

図２において、長い破線を用いて転移システム３５を信号検出システム３１及び流体システム３３にそれぞれ接続し、フローセル３８が信号検出システム３１と流体システム３３との間で遷移を行なうことを表す。遷移完了後に、２つのシステムにそれぞれ固定して特定の検出／反応ステップを完了する必要がある。信号検出システム３１及び流体システム３３によるフローセル３８の制御は、短期的な制御行為である。フローセル３８が転移システム３５によって取得されると、フローセル３８は信号検出システム３１または流体システム３３の制御から完全に逸脱し、転移システム３５のみによって制御され且つ最終的に指定された位置に移動される。

図２において、信号検出システム３１と信号処理システム３２とを実線で接続し、信号検出システム３１と信号処理システム３２との間の信号／データ伝送を表す。流体システム３３とスクラップ処理システム３４とスクラップ貯留装置４とを実線で順次接続し、流体システム３３とスクラップ処理システム３４やスクラップ貯留装置４との間の物質移動を表す。実線を使用して、検出反応モジュール３１８と反応温度制御ユニット３２０とを接続するとともに、温度制御貯留ユニット３２６と記憶温度制御ユニット３２８とを接続し、反応温度制御ユニット３２０が必要に応じて検出反応モジュール３１８を温度制御すること、および記憶温度制御ユニット３２８が必要に応じて温度制御貯留ユニット３２６を温度制御することを表す。したがって、本実施形態において、図２の実線でモジュール／ユニットを接続することは、データや物質の伝送過程を表わしている。

図２において、信号検出システム３１、流体システム３３、スクラップ処理システム３４、及びユーザインタラクティブシステム３７のそれぞれに、点線で制御システム３６がそれぞれ接続されており、信号検出システム３１、流体システム３３、スクラップ処理システム３４、及びユーザインタラクティブシステム３７のそれぞれに対する制御システム３６の制御及び情報のやり取りを表している。したがって、本実施形態において、図２の点線は、持続可能または非持続的な制御信号伝達プロセスを表している。

なお、図２において、フローセル３８は、信号検出システム３１と流体システム３３との中に置かれて長い破線の枠で示されており、当該フローセル３８が常にこの２つの位置に取り付けられているのではなく、シーケンシングの進捗に応じて、転移システム３５によってオンデマンドでその２つの位置の一方に転移、固定されていることを示している。他の実施形態として、上記２つの位置には、同時にフローセル３８が置かれていてもよいが、フローセル３８が信号検出システム３１又は流体システム３３に装着された後にのみ、信号検出システム３１または流体システム３３が作動し始めることができる。

図３は、本実施形態の信号検出システム３１における各モジュールのさらなる詳細を示す図である。このうち、励振信号送信モジュール３０１は、励振信号送信モジュール３０１１と、励振信号整理ユニット３０１２と、汎用励振信号割当ユニット３０１３等を有している。フィードバック信号受信モジュール３０５は、フィードバック信号受信モジュール３０５１、フィードバック信号整理ユニット３０５２及び汎用フィードバック信号割当ユニット３０５３等を備える。信号チャンネルモジュール３０３は、汎用信号割当ユニット３０３１及び汎用信号送受信ユニット３０３２等から構成される。受信信号補正モジュール３０６は、補正信号送信ユニット３０６１、補正信号割当ユニット３０６２、及び信号補正ユニット３０６３などから構成される。上記各ユニットの詳細を以下に述べる。

励振信号送信モジュール３０１１は、フローセル３８内のサンプルに対して励起信号を送信するためのものである。この励起信号は、サンプルのフィードバック信号を励起し、サンプルのフィードバック信号を検出することにより、サンプルが特定の検出された成分を含むか否かを分析することができる。フィードバック信号を電気的に励振するような信号検出に対応して、励振信号送信モジュール３０１１は電圧、電流若しくは電荷のトリガー手段であってもよい。フィードバック信号を光学的に励振するような信号検出に対応して、励振信号送信モジュール３０１１はレーザ、ＬＥＤランプ等の光源装置であってもよい。

励振信号整理ユニット３０１２は、送信された励振信号をサンプルの受信要求に適応するように整理するためのものである。フィードバック信号を電気的に励起するような信号検出に対応して、励振信号整理ユニット３０１２は、整形、フィルタリング等の機能を有する回路モジュールである。フィードバック信号を光学的に励起するような信号検出に対応して、励振信号整理ユニット３０１２は、レンズ、反射ミラー、フィルタ等の光学デバイスであってもよい。

前記汎用励振信号割当ユニット３０１３は、送信される励振信号をグループ化してまとめるためのものであり、励振信号の送信要求を簡素化し、励振信号に対する整理要求も同時に実現するものである。フィードバック信号を電気的に励起するような信号検出に対応して、前記汎用励振信号割当ユニット３０１３は、整形、フィルタリング等の機能を有する回路モジュールであってもよい。フィードバック信号を光学的に励起するような信号検出に対応して、前記汎用励振信号割当ユニット３０１３は、レンズ、反射ミラー、フィルタまたはその組み合わせ等の光学デバイスであってもよい。

図３に示す実施形態では、励振信号送信モジュール３０１は、Ａ個の汎用励振信号割当ユニット３０１３と、Ａ×Ｍ個の励振信号送信モジュール３０１１と、Ａ×Ｍ個の励振信号整理ユニット３０１２とを有している。従って、Ｍ個あたりの励振信号送信モジュール３０１１とＭ個あたりの励振信号整理ユニット３０１２は、１つの汎用励振信号割当ユニット３０１３に対応している。

上記フィードバック信号受信モジュール３０５１は、サンプルから発せられるフィードバック信号を受信する。当該フィードバック信号は、励起信号により励起されるものであり、このフィードバック信号を検出することにより、サンプルが特定の検出された物質や成分を含むか否かを分析することができる。フィードバック信号受信モジュール３０５１は、フィードバック信号を電気的に励起するような信号検出に対応して、電圧、電流や電荷などの記録装置であってもよい。フィードバック信号受信モジュール３０５１は、フィードバック信号を光学的に励起するような信号検出に対応して、エリアアレイカメラ（例えば、ＣＣＤ）、ラインスキャンカメラ（例えば、ＴＤＩ）、ＣＭＯＳなどの感光記録装置であってもよい。

前記フィードバック信号整理ユニット３０５２は、受信したフィードバック信号を整理して、フィードバック信号の記録要求に応えるためのものである。前記フィードバック信号整理ユニット３０５２は、フィードバック信号を電気的に励起するような信号検出に対応して、整形、フィルタリング等の機能を有する回路モジュールであってもよい。前記フィードバック信号整理ユニット３０５２は、フィードバック信号を光学的に励起するような信号検出に対応して、レンズ、反射ミラー、フィルタ、またはその組み合わせ等の光学デバイスであってもよい。

前記汎用フィードバック信号割当ユニット３０５３は、受信したフィードバック信号をグループ化してまとめるためのものであり、励振信号の送信要求を簡素化し、励振信号に対する整理要求も同時に実現するものである。フィードバック信号を電気的に励起するような信号検出に対応して、前記汎用フィードバック信号割当ユニット３０５３は、整形、フィルタリング等の機能を有する回路モジュールであってもよい。フィードバック信号を光学的に励起するような信号検出に対応して、前記汎用フィードバック信号割当ユニット３０５３は、レンズ、反射ミラー、フィルタまたはその組み合わせ等の光学デバイスであってもよい。

図３に示す実施形態において、フィードバック信号受信モジュール３０５は、Ｂ個の汎用フィードバック信号割当ユニット３０５３と、Ｂ×Ｎ個のフィードバック信号送信ユニット３０５１と、Ｂ×Ｎ個のフィードバック信号整理ユニット３０５２とを有している。従って、Ｎ個あたりのフィードバック信号送信ユニット３０５１とＮ個あたりのフィードバック信号整理ユニット３０５２は、１つの汎用フィードバック信号割当ユニット３０５３に対応している。

前記汎用信号割当ユニット３０３１は、励起信号とフィードバック信号をグループ化するために使用され、励振信号及びフィードバック信号の整理要求も同時に実現する。フィードバック信号を電気的に励起するような信号検出に対応して、前記汎用信号割当ユニット３０３１は、整形、フィルタリング等の機能を有する回路モジュールであってもよい。フィードバック信号を光学的に励起するような信号検出に対応して、前記汎用信号割当ユニット３０３１は、レンズ、反射ミラー、フィルタまたはその組み合わせ等の光学デバイスであってもよい。

前記汎用信号送受信ユニット３０３２は、信号チャンネルモジュール３０３からサンプルへの励振信号の遷移と、サンプルから信号チャンネルモジュール３０３へのフィードバック信号の遷移とを実現するためのものである。汎用信号送受信ユニット３０３２は、信号補正ユニット３０６３により制御されて、励振信号とフィードバック信号の送受信効果が最適になるように微調整することができる。汎用信号送受信ユニット３０３２は、フィードバック信号を電気的に励起するような信号検出に対応して、プローブ、ワイヤなどの電子放出デバイスであり、フィードバック信号を光学的に励起するような信号検出に対応して、対物レンズ、反射ミラー、フィルタまたはその組み合わせなどの光学デバイスであってもよい。

補正信号送信ユニット３０６１は、サンプルに対して補正信号を送信するために使用される。この補正信号は、サンプルのフィードバック信号を励起しないが、信号チャンネルモジュール３０３の動作状態を検出することで、信号チャンネルモジュール３０３が最適な動作状態にあるか否かを判断することができる。前記補正信号送信ユニット３０６１は、電気的な信号検出に対応して電圧、電流または電荷のトリガー手段であり、光学的な信号検出に対応してレーザ、ＬＥＤなどの光源手段である。

前記補正信号割当ユニット３０６２は、補正信号送信ユニット３０６１が送信した補正信号を汎用信号割当ユニット３０３１に伝達したり、汎用信号割当ユニット３０３１からフィードバックされた補正信号を受信し、フィードバックされた補正信号を信号補正ユニット３０６３にフィードバックしたりして、信号補正ユニット３０６３によって汎用信号送受信ユニット３０３２に対する微調整が必要か否かを判断する。前記補正信号割当ユニット３０６２は、電気的な信号検出に対応して整形、フィルタリング等の機能を有する回路モジュールであってもよく、光学的な信号検出に対応してレンズ、反射ミラー、フィルタ、またはその組み合わせ等の光学デバイスであってもよい。

前記信号補正ユニット３０６３は、励振信号とフィードバック信号の送受信効果が最適化されるように、汎用信号送受信ユニット３０３２の微調整を制御するためのものである。前記信号補正ユニット３０６３は、電気的な信号検出に対応して整形、フィルタリング等の機能を有する回路モジュールであり、光学的な信号検出に対応してオートフォーカス機能を有する光学デバイスであってもよい。

図３において、実線は励振信号またはフィードバック信号が各ユニット間で伝送されるチャンネルを示している。本実施形態では、３つの重要な伝達チャンネルがある。第１の伝達チャンネルは励振信号が励振信号送信モジュール３０１１から、励振信号整理ユニット３０１２、汎用励振信号割当ユニット３０１３、汎用信号割当ユニット３０３１、汎用信号送受信ユニット３０３２を順に経て最終的にフローセル３８に至り、励振信号の被測定サンプルへの励振がなされる。第２の伝達チャンネルは、フィードバック信号がフローセル３８から出発し、汎用信号送受信ユニット３０３２、汎用信号割当ユニット３０３１、汎用フィードバック信号割当ユニット３０５３、フィードバック信号整理ユニット３０５２を順に経由して、最終的にフィードバック信号受信モジュール３０５１に到達し、サンプルが励起されて発するフィードバック信号を受信する。第３の伝達チャンネルは、補正信号が補正信号送信ユニット３０６１から、補正信号割当ユニット３０６２、汎用信号割当ユニット３０３１、汎用信号送受信ユニット３０３２を経てフローセル３８に到達してリターンされる。リターンされた補正信号は、汎用信号送受信ユニット３０３２、汎用信号割当ユニット３０３１、補正信号割当ユニット３０６２を経て信号補正ユニット３０６３に到達し、補正信号による信号チャンネルモジュール３０３の動作状態の検出及び評価がなされる。

図３において、破線は信号補正ユニット３０６３による汎用信号送受信ユニット３０３２へのフィードバックを表しており、信号補正ユニット３０６３が戻された補正信号に基づいて、汎用信号送受信ユニット３０３２の状態を調整することを意味する。電気的な信号検出に対応して、汎用信号送受信ユニット３０３２に対する調整は、電子プローブや他の電子デバイスのサンプルに対する位置を調整したり、汎用信号送受信ユニット３０３２がサンプルに対して放出する電圧、電流などの電子指標を調整したりすることである。汎用信号送受信ユニット３０３２に対する調整は、光学的な信号検出に対応して、オートフォーカスや対物レンズの材料位置の微調整などでよい。

図４は、本実施形態における流体輸送モジュール３２２の模式的なより詳細な図である。この流体輸送モジュール３２２は、動力ユニット３２２０、保護ユニット３２２１、検出ユニット３２２２、サンプル貯留ユニット３２２３、割当ユニット３２２４、及び総割当ユニット３２２５などのユニットを備えている。上記各ユニットの詳細を以下に述べる。

動力ユニット３２２０は、流体システム３３において圧力勾配（圧力差）を作り、流体システム３３において検出流体が動かされるように駆動するためのものである。前記動力ユニット３２２０は、各種タイプの液体運動を駆動するためのポンプであってよく、例えば、シリンジポンプ、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプ、ギヤポンプ、ペリスタルティックポンプ等の一般的な種類のポンプであってよく、高圧空気等の気体圧力源であってもよい。

保護ユニット３２２１は、流体システム３３を安全に運転するためのものであり、流体システム３３に異常が発生したときに、流体システム３３内の他の部品が損傷しないように保護メカニズムを起動する。前記保護ユニット３２２１は、各種タイプのバルブ、例えば、ソレノイドバルブ、チェックバルブ、リリーフバルブ等であってもよく、ハンドスイッチ等のダクトの開閉を制御するものであってもよい。

検出ユニット３２２２は、流体システム３３の所定の指標を検出し、流体システム３３の所定の指標が異常であるか否かを検出する。検出ユニット３２２２は、圧力センサー、流量センサー、速度センサー、気泡センサー等の各種タイプのセンサーであってもよい。

前記サンプル貯留ユニット３２２３は、検出流体を一時的に貯留するためのものである。前記サンプル貯留ユニット３２２３は、所定の形状を有する１つの容器であってもよいし、１本の配管のみであってもよい。

前記割当ユニット３２２４は、流体システム３３の異なる配管や部品をオンデマンドで連通させるためのものである。前記割当ユニット３２２４は、各種タイプの電磁弁であってもよく、例えば、多通路の直動式電磁弁、多通路のパイロット式電磁弁等、或いは、各種タイプの回転弁であってもよく、複数の電磁弁及び／又は回転弁からなる集合であってもよい。

図４に示す実施形態では、この流体輸送モジュール３２２が、少なくとも１つの動力ユニットと、１つの保護ユニット３２２１と、１つの検出ユニット３２２２と、１つのサンプル貯留ユニット３２２３と、１つの割当ユニット３２２４と、を含む流体輸送用作業グループ３２２６をＭ個備えており、温度制御貯留ユニット３２６及び／又は非温度制御貯留ユニット３２４から検出流体の一部を吸引してサンプル貯留ユニット３２２３へ一時的に格納できるようになっている。検出流体を一時的に格納するサンプル貯留ユニット３２２３を設けるという有利な効果は、１つの流体輸送用作業グループ３２２６が総割当ユニット３２２５を介して検出反応モジュール３１８及びフローセル３８の中に検出流体を注入する際に、残りの流体輸送用作業グループ３２２６がその時間隙間を利用して検出流体を吸引して準備でき、検出流体の注入前の準備時間を節約できることである。そこで、本実施形態では、流体輸送モジュール３２２が、Ｍ個の保護ユニット３２２１と、Ｍ個の検出ユニット３２２２と、Ｍ個のサンプル貯留ユニット３２２３と、Ｍ個の割当ユニット３２２４と、を有している。全ての流体輸送用作業グループ３２２６は、検出反応モジュール３１８に対してどの流体輸送用作業グループ３２２６を一括して分配するかを纏めて分配するために、総割当ユニット３２２５に接続されている。また、他の実施形態では、保護ユニット３２２１、検出ユニット３２２２、サンプル貯留ユニット３２２３の位置を入れ替えても、上記の機能は依然として実現可能である。

この総割当ユニット３２２５は、割当ユニット３２２４と同様の機能を有しており、流体システム３３内の異なる配管と部品を必要に応じて連通させるためのものである。前記総割当ユニット３２２５は、各種タイプの電磁弁であってもよく、例えば、多通の直動式電磁弁、多通のパイロット式電磁弁等、又は、各種タイプの回転弁であってもよく、複数の電磁弁及び／又は回転弁からなる集合であってもよい。

図４において、矢印付きの点線は、流体輸送モジュール３２２の１つの流体輸送用作業グループ３２２６が検出流体を準備する際の液体の運動方向を検知して、動力ユニット３２２０によって作られる圧力勾配により、温度制御貯留ユニット３２６又は非温度制御貯留ユニット３２４の中の検出流体が割当ユニット３２２４を介してサンプル貯留ユニット３２２３に一時的に貯留されることを表している。

図４において、矢印付きの実線は、流体輸送モジュール３２２の１つの流体輸送用作業グループ３２２６が、検出反応モジュール３１８及びフローセル３８に検出流体を送り出す際の液体の移動方向に対して、動力ユニットによって作られた圧力勾配を利用して、サンプル貯留ユニット３２２３の中に一時的に貯留された検出流体がサンプル貯留ユニット３２２３の中から流出し、割当ユニット３２２４及び総割当ユニット３２２５を経て、検出反応モジュール３１８の流路に出力されることを表している。なお、非温度制御貯留ユニット３２４から動力ユニット３２２０に接続された実線の矢印は、動力ユニット３２２０が圧力勾配を作り続ける際に、非温度制御貯留ユニット３２４における検出流体で流体を補充する必要がある。この流体は、非温度制御貯留ユニット３２４の中に保存されたある液体や高圧の気体であってもよい。

他の実施形態では、前記動力ユニット３２２０は、非温度制御貯留ユニット３２４に接続されるのではなく、液体または高圧ガスである流体を収容した別の貯留装置に接続される。前記動力ユニット３２２０は、圧力勾配を持続的に作ってサンプル貯留ユニット３２２３に貯留された流体をフローセルに注入させる際に、前記貯留装置内の流体は動力ユニット３２２０に対して流体を補充する。

図４において、矢印付きの長い点線は、保護ユニット３２２１とスクラップ処理システム３４、及び温度制御貯留ユニット３２６とスクラップ処理システム３４をそれぞれ接続している。保護ユニット３２２１とスクラップ処理システム３４との接続は、流体輸送用作業グループ３２２６に不具合が生じた場合に、保護ユニット３２２１が作業を開始し、保護ユニット３２２１からスクラップ処理システム３４に余分な流体を排出する可能性があることを表している。温度制御貯留ユニット３２６とスクラップ処理システム３４との接続は、温度制御貯留ユニット３２６の温度が外気温度と温度差があるため、温度制御貯留ユニット３２６の温度が外界よりも低くなると凝縮液が発生し、この凝縮液がスクラップ処理システム３４に収集されることを意味する。

図５は、本実施形態における検出反応モジュール３１８の模式的なより詳細な図である。前記検出反応モジュール３１８は、入口開閉素子３１８１、出口開閉素子３１８２、バイパス開閉素子３１８３及び総開閉素子３１８４などの素子を含む。前記検出反応モジュール３１８の各素子の詳細は以下のとおりである。

前記入口開閉素子３１８１は、フローセル３８の入口の配管の開閉を制御するものであり、多通路の直動式電磁弁、多通路のパイロット式電磁弁、または各種タイプの回転弁であってよく、複数の電磁弁及び／または回転弁からなる集合であってもよい。フローセル３８の入口数が複数である場合、フローセル３８の個々の入口は１つの入口開閉素子３１８１に対応し、フローセル３８の個々の入口には制御用の入口開閉素子３１８１が１つあり、且つ個々の入口開閉素子３１８１は独立して制御可能である。

出口開閉素子３１８２は、フローセル３８の出口の配管の開閉を制御するものである。前記出口開閉素子３１８２は、各種タイプの電磁弁であってもよく、例えば、多通路の直動式電磁弁、多通路のパイロット式電磁弁、又は各種タイプの回転弁であってもよく、複数の電磁弁や回転弁からなる集合であってもよい。フローセル３８の出口数が複数である場合、フローセル３８の個々の出口は１つの出口開閉素子３１８２に対応し、フローセル３８の各出口には１つの出口開閉素子３１８２が制御可能とされ、且つ各出口開閉素子３１８２が独立して制御可能とされている。

バイパス開閉素子３１８３は、フローセル３８の入口の配管の開閉を制御するものであり、多通路の直動式電磁弁、多通路のパイロット式電磁弁、又は各種タイプの回転弁等の各種タイプの電磁弁であってもよく、複数の電磁弁及び／または回転弁からなる集合であってもよい。

総開閉素子３１８４は、検出反応モジュール３１８の出口全体の配管の開閉を制御する。前記総開閉素子３１８４は、各種タイプの電磁弁であってもよく、例えば、多通路の直動式電磁弁、多通路のパイロット式電磁弁または各種タイプの回転弁であってもよく、複数の電磁弁及び／または回転弁からなる集合であってもよい。

図５において、検出反応モジュール３１８は、Ｍ個の入口開閉素子３１８１と、Ｎ個の出口開閉素子３１８２と、Ｘ個のバイパス開閉素子３１８３とを同時に設置することができる。各々の入口開閉素子３１８１及びバイパス開閉素子３１８３は、流体輸送モジュール３２２から接続してきた１本の通路を独立して制御する。全ての出口開閉素子３１８２は、一括して総開閉素子３１８４にまとめて接続される。

図５において、矢印付きの実線は、流体輸送モジュール３２２から順に、バイパス開閉素子３１８３、総開閉素子３１８４を接続し、最終的にスクラップ処理システム３４に到達する。この過程は、流体輸送モジュール３２２から検出反応モジュール３１８に注入された流体のうち、何らかの流体がフローセル３８に入力されて検出反応に供されなくなったときに、スクラップ処理システム３４へ直接排出するのに必要な経路を表すものである。これらの流体には、流体輸送モジュール３２２におけるサンプル貯留ユニット３２２３やその他の配管を洗浄するための流体や、クロス汚染のリスクで排除される必要がある流体や、何らかの検査反応工程後に残留した検出流体などが含まれる。

図５において、矢印付きの点線は、流体輸送モジュール３２２から順に、入口開閉素子３１８１、フローセル入口３８１、フローセル出口３８２、出口開閉素子３１８２及び総開閉素子３１８４を接続し、最終的にスクラップ処理システム３４に到達する。この過程は、流体輸送モジュール３２２が検出反応モジュール３１８に検出流体を注入して検出反応に関与する際に、検出流体がフローセル入口３８１からフローセル３８に入り、且つフローセル出口３８２からフローセル３８を流出するまでに必要な経路を表している。これらの流体は、主に検出流体などのフローセル３８に注入される必要がある流体である。

矢印付きの実線と矢印付きの点線が表す過程は、総開閉素子３１８４を経由してはじめて、スクラップ処理システム３４に入ることができる。その動力は、流体輸送モジュール３２２の動力ユニット３２２０に由来する。

図５において、矢印付きの長い点線は２つの経路を有する。第１の経路は、流体輸送モジュール３２２から、入口開閉素子３１８１、フローセル入口３８１を順に接続しており、フローセル入口３８１にハッチングされた周辺領域Ｙを経て、最終的にスクラップ処理システム３４に到達する。第２の経路は、流体輸送モジュール３２２から順に、バイパス開閉素子３１８３、出口開閉素子３１８２及びフローセル出口３８２を接続しており、フローセル出口３８２にハッチングされた周辺領域Ｚを経て、最終的にスクラップ処理システム３４に到達する。なお、第２の経路は、実行する際に、総開閉素子３１８４を閉じる必要があるが、フローセル入口３８１とフローセル出口３８２におけるハッチングの領域は、検出反応モジュール３１８とフローセル入口３８１又はフローセル出口３８２との間の密封領域を表している。フローセル３８の検出が定期的に転移する必要があるので、この密封領域の洗浄をタイムリーに行い、検出流体の残留を防止する必要がある。以上の解析から、これらの２つのプロセスは、それぞれ流体輸送モジュール３２２が検出反応モジュール３１８に対して幾つかの流体を注入して、検出反応モジュール３１８とフローセル入口３８１又はフローセル出口３８２との密封領域Ｙ、Ｚを洗浄する時に、洗浄流体がスクラップ処理システム３４に排出されるのに必要な経路を表す。なお、これら２つのプロセスは、洗浄流体がフローセル３８内のサンプルを汚染しないように、フローセル３８が移転された後にしか実行することができない。この密封領域Ｙ、Ｚが開放状態であれば、スクラップ処理システム３４がフローセル入口３８１とフローセル出口３８２から溢れ出た洗浄流体を移送するための動力ユニットを供給する必要がある。この密封領域Ｙ、Ｚが密閉状態であれば、スクラップ処理システム３４が動力ユニットを供給する必要はなく、このような領域Ｙ、Ｚを密封するとともに入出液通路を保持するための追加の工具が必要である。

図６は、本実施形態のスクラップ収集モジュール３３０及びスクラップ輸送モジュール３３２の模式的なより詳細な図である。このスクラップ収集モジュール３３０は、スクラップ収集動力ユニット３３０１、スクラップ貯留ユニット３３０２及びスクラップ検出ユニット３３０３等のユニットを備えている。スクラップ輸送モジュール３３２は、スクラップ排出動力ユニット３３２１及びスクラップ中継ユニット３３２２等を有している。

スクラップ収集動力ユニット３３０１は、動力駆動に乏しいスクラップに動力を与えるためのものであり、液体運動を駆動するための各種タイプのポンプ、例えば、シリンジポンプ、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプ、ギヤポンプ、ペリスタルティックポンプ等の一般的な種類のポンプであってもよいし、高圧ガス等の気体圧力源であってもよい。

スクラップ貯留ユニット３３０２は、検出反応のスクラップを溜めるものであり、遺伝子シーケンサ１内の全ての流体システム３３のスクラップを一時的に溜めることができる。スクラップ貯留ユニット３３０２は、所定の形状を有する容器であってもよい。

スクラップ検出ユニット３３０３は、スクラップ貯留ユニット３３０２の中に格納されているスクラップ量を検出し、スクラップ貯留ユニット３３０２におけるスクラップ量が予め設定された量に達したときに、スクラップ輸送モジュール３３２によりスクラップをスクラップ貯留装置４に排出して格納するものである。前記スクラップ検出ユニット３３０３は、重力により既に収集されたスクラップ量を判断する重力検出装置であってもよいし、体積により既に収集されたスクラップ量を判断する体積検出装置であってもよいし、液面高さにより既に収集されたスクラップ量を判断する高さ検出装置であってもよい。

スクラップ排出動力ユニット３３２１は、スクラップをスクラップ貯留ユニット３３０２からスクラップ貯留装置４に搬送するための動力を提供する。スクラップ排出動力ユニット３３２１は、各種タイプの液体運動を駆動するためのポンプであってよく、例えば、シリンジポンプ、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプ、ギヤポンプ、ペリスタルティックポンプなどの一般的な種類のポンプであってよく、高圧ガスなどの気体圧力源であってもよい。

前記スクラップ中継ユニット３３２２は、遺伝子シーケンサ１の筐体２に設けられ、機内ダクトと機外ダクトとを中継するユニットである。前記スクラップ中継ユニット３３２２は、各種タイプのジョイント、例えばスループレートジョイント等であってもよい。

図６において、矢印付きの点線は、流体システム３３から順次に、スクラップ収集動力ユニット３３０１を接続し、最終的にスクラップ貯留モジュール３３０２に到達する。この過程は、流体システム３３の一部のスクラップが駆動動力に欠ける時に、スクラップ収集モジュール３３０に接続されるスクラップ収集動力ユニット３３０１が当該スクラップに動力を与えて、それをスクラップ貯留モジュール３３０２に流れ込ませて一時的に格納するのに必要な経路を表している。このスクラップには、温度制御貯留ユニット３２６が外界よりも低温となることで生じた凝縮液や、検出反応モジュール３１８が密封された周辺領域Ｙ、Ｚを洗浄する時にこれらの周辺領域Ｙ、Ｚに押し付ける洗浄流体を含むが、これらに限らない。

図６において、矢印付きの長破線は、流体システム３３から、直接にスクラップ貯留モジュール３３０２に到達する。この過程は、流体システム３３が動力を供給できる場合に、スクラップを直接にスクラップ貯留モジュール３３０２内に押し込むのに必要な経路を表している。この工程の動力は、流体システム３３内の流体輸送モジュール３２２の動力ユニット３２２０によって提供されるので、そのままスクラップ貯留モジュール３３０２の中に排出できる。このスクラップは、フローセル３８の検出反応によるスクラップ、流体システム３３がサンプル貯留ユニット３２２３やその他の配管を洗浄して排出されたスクラップを含むが、これらに限らない。

図６において、矢印付きの実線は、スクラップ貯留ユニット３３０２から、スクラップ中継ユニット３３２２を経てスクラップ貯留装置４に到達する。この過程は、スクラップ貯留ユニット３３０２に格納されたスクラップが所定の閾値を超えた場合に、スクラップをスクラップ貯留ユニット３３０２からスクラップ貯留装置４に搬送するのに必要な経路を表している。このスクラップは、全流体システム３３が一定期間稼働することによって発生したあらゆるスクラップとなる。

図６において、点線は、スクラップ検出ユニット３３０３によるスクラップ貯留ユニット３３０２内のスクラップ量の測定を表す。スクラップ検出ユニット３３０３がスクラップ貯留ユニット３３０２のスクラップ量が設定された閾値を超えたことが検出されると、制御システム３６は、スクラップ輸送モジュール３３２のスクラップ排出動力ユニット３３２１の作動を開始し、スクラップ貯留ユニット３３０２内のスクラップをスクラップ貯留装置４へ搬送して格納する。

図７は、本実施形態における転移システム３５の実行ロジックを示している。転移システム３５が転移する対象はフローセル３８であり、フローセル３８はサンプルを載せて検出反応を行う容器である。フローセル３８は、閉じたシーケンシングチップであってもよいし、サンプルをロードするための開放的なベースであってもよい。本実施形態では、フローセル３８の主な転移先は、フローセル開始位置Ｏ、Ｎ番目の流体システム３３、Ｍ番目の信号検出システム３１、フローセル一時保管場所Ｔ、及びフローセル廃棄位置Ｄであり、ただし、Ｍ、Ｎは、それぞれ、遺伝子シーケンサ１内に複数の流体システム３３と信号検出システム３１が同時にあるときの、流体システム３３と信号検出システム３１の任意の番号を表す。

フローセル開始位置Ｏは、フローセル３８内のサンプルの検出を開始する開始位置である。本実施形態では、前記フローセル開始位置Ｏは、フローセル投入口２０３である。ユーザは、サンプルを積載したフローセル３８をフローセル開始位置Ｏに置き、ユーザインタラクティブシステム３７にて確認された後、転移システム３５にて機内に移して検出反応を行う。

フローセル３８は、Ｎ番目の流体システム３３での位置がＮ番目の流体システム３３の検出反応モジュール３１８に位置する。この位置にフローセル３８が装着されると、制御システム３６は、検出流体をフローセル３８に入力して検出反応させるように制御する。

Ｍ番目の信号検出システム３１におけるフローセル３８の位置は、Ｍ番目の信号検出システム３１の検出固定ユニット３０８に位置している。この位置にフローセル３８が装着されると、制御システム３６は、Ｍ番目の信号検出システム３１を制御してサンプルに励起信号を印加し、その後、サンプルのフィードバック信号を収集する。

フローセル一時保管場所Ｔは、遺伝子シーケンサ１内の固定した位置に設置され、フローセル３８一時的に配置するために使用される。

フローセル廃棄位置Ｄは、検出反応が全て終了するか又は廃棄が中断された後、フローセル３８が廃棄されて置かれる位置である。転移システム３５は、廃棄されたフローセル３８をその位置に置いた後、ユーザによる収集及び処理が行われる。

図７において、矢印付きの実線は、フローセル開始位置Ｏから、Ｎ番目の流体システム３３と、Ｍ番目の信号検出システム３１と、フローセル廃棄位置Ｄとをそれぞれ接続している。ここで、フローセル開始位置ＯとＮ番目の流体システム３３とＭ番目の信号検出システム３１との間はそれぞれ双方向に接続されているが、Ｎ番目の流体システム３３とＭ番目の信号検出システム３１とフローセル廃棄位置Ｄとの間は単方向に接続されている。この経路は、ユーザが作成したフローセル３８をフローセル開始位置Ｏに置いてから、機械全体でフローセル３８を制御し、Ｎ番目の流体システム３３とＭ番目の信号検出システム３１との間でそれぞれ検出反応と信号検出を行うフローを示しているが、一旦フローセル３８が廃棄されると、転移システム３５に戻り、使い続けることができない。検出反応における具体的な実行経路は、検出反応の異なる原理によってカスタマイズすることができる。

図７において、矢印付きの点線は、フローセル開始位置Ｏから、フローセル一時保管場所Ｔとフローセル廃棄位置Ｄとを接続している。ここで、フローセル開始位置Ｏとフローセル一時保管場所ＴとＮ番目の流体システム３３との間はそれぞれ双方向接続であるが、フローセル一時保管場所Ｔとフローセル廃棄位置Ｄとの間は単方向接続である。この経路は、フローセル３８がフローセル開始位置Ｏ又はＮ番目の流体システム３３からフローセル一時保管場所Ｔまで移動して一時的に格納される過程や、ユーザが使用する何らかのツールがフローセル開始位置Ｏから転移システム３５に入り、Ｎ番目の流体システム３３の検出反応モジュール３１８とフローセル３８との密封領域Ｙ、Ｚを洗浄するためのフローを示しているが、一旦フローセル３８又はこれらのツールが廃棄されると、転移システム３５に戻り使い続けることができない。具体的な実行経路は、異なるニーズに応じてカスタマイズされてもよい。

図８は、本実施形態における信号伝送モジュール３１２、信号処理モジュール３１４及びデータ記憶モジュール３１６の模式的なより詳細な図である。前記信号伝送モジュール３１２は、信号伝送ユニット３１２１と信号バッファユニット３１２２等を含む。前記信号処理モジュール３１４は、データ分析ユニット３１４１を含む。前記データ記憶モジュール３１６は、データ圧縮ユニット３１６１及びデータ記憶ユニット３１６２等を含む。

前記信号伝送ユニット３１２１は、信号検出システム３１から得られたフィードバック信号を収集して伝送するためのものである。前記信号伝送ユニット３１２１は、データ採取カードなどの電圧、電流などの電気信号をタイミングで採取するデバイスであってもよい。

前記信号バッファユニット３１２２は、フィードバック信号が処理される前にフィードバック信号をバッファリングする手段である。フィードバック信号は、バッファリング中にオンになってから呼び出しや処理を待つことができる。前記信号バッファユニット３１２２は、コンピュータのメモリやその他の各段のバッファであってもよい。

このデータ分析ユニット３１４１は、信号バッファユニット３１２２に一時的に書き込まれたフィードバック信号を抽出して、変換やフィルタリングなどの操作を実行して、フィードバック信号を解析可能なデータと生成シーケンシングレポートにするためのものである。前記データ分析ユニット３１４１は、例えば、メモリ、ＣＰＵ、ＧＰＵなどのコンピュータが処理に用いるハードウェアであり、処理及び解析するプログラムに連携して実行される。

前記データ圧縮ユニット３１６１は、処理後のデータに対して格納する前に圧縮を行い、格納スペース及びライト格納の時間を短縮するためのものである。データ圧縮ユニット３１６１は、例えば、メモリ、ＣＰＵ、ＧＰＵなどのコンピュータが処理に用いるハードウェアであり、処理と分析のプログラムに合わせて実行処理を行う。

前記データ記憶ユニット３１６２は、圧縮されたデータと生成されたシーケンシングレポートを格納し、解析された検出結果を保存及びバックアップするためのものである。前記データ記憶ユニット３１６２は、各種のコンピュータ記憶媒体であってよく、例えば、ハードディスク、フラッシュメモリ、磁気ディスクなどのハードウェアが挙げられる。

図８において、矢印付きの実線は、信号検出システム３１から、信号伝送ユニット３１２１、信号バッファユニット３１２２、データ分析ユニット３１４１及びデータ圧縮ユニット３１６１を順次に接続し、最終的にデータ記憶ユニット３１６２に到達する。この過程は、信号検出システム３１からサンプルのフィードバック信号を受信してから、フィードバック信号を段階的に解析可能なデータに変換し、分析して検出結果を得て記憶するのに要する経路を表している。この過程では、電気的方式の信号検出に対応して、電圧、電流などの電気信号が読み書き解析可能なデジタルデータに逐次に変換されて記憶され、光学的方式の信号検出に対応して、デジタル写真などのデータが読み書き解析可能なデジタルデータに逐次に変換されて記憶される。

図８において、矢印付きの長破線は、データ分析ユニット３１４１から、ユーザインタラクティブシステム３７に直接到達する。この過程は、信号処理システム３２がデータを取得して処理するときにユーザに対するリアルタイムフィードバックを表す。

他の実施形態では、前記信号処理システム３２は、信号伝送ユニット３１２１のみを含み、信号伝送ユニット３１２１により信号検出システム３１が取得したフィードバック信号を収集し、且つフィードバック信号を遺伝子シーケンサ１の外に設けられたデータ処理装置に伝送する。

他の実施形態では、前記信号処理システム３２は、信号バッファユニット３１２２及びデータ分析ユニット３１４１を含まなくてもよい。信号伝送ユニット３１２１は、信号検出システム３１が取得したフィードバック信号を収集した後に、フィードバック信号をデータ圧縮ユニット３１６１に伝送し、データ圧縮ユニット３１６１で圧縮してデータ記憶ユニット３１６２の中に記憶する。その後、データ記憶ユニット３１６２は、前記遺伝子シーケンサ１から取り外され、且つ遺伝子シーケンサ１の外のデータ処理装置に設けられて、シーケンシングレポートを生成する。

他の実施形態では、前記信号処理システム３２は、信号バッファユニット３１２２、データ分析ユニット３１４１及びデータ記憶ユニット３１６２を含まず、信号伝送ユニット３１２１により信号検出システム３１が取得したフィードバック信号を収集した後に、フィードバック信号をデータ圧縮ユニット３１６１に伝送して、データ圧縮ユニット３１６１により圧縮されて、遺伝子シーケンサ１の外に設けられたデータ処理装置に伝送する。

図９は、本発明の実施形態２に係る生化学物質分析システムの概略図である。この生化学物質分析システム５は、フローセルを取り込み、フローセル内のサンプルの遺伝子配列である生物的特徴の検出を完了するものである。前記生化学物質分析システム５は、検出システム５１、スケジューリングシステム５３、生化学反応システム５５及び制御システム５７を含む。スケジューリングシステム５３は、検出システム５１内に位置する箇所及び生化学反応システム５５内に位置する箇所を含む異なる箇所に前記フローセルをスケジューリングする。生化学反応システム５５は、前記フローセル内のサンプルを反応させ、例えば、前記フローセル内のサンプルを反応させるように反応物質を前記フローセルに注入する。検出システム５１は、反応したサンプルについて信号検出を行って、前記サンプルの生物的特徴を表す信号を取得する。制御システム５７は、検出システム５１とスケジューリングシステム５３と生化学反応システム５５との協同作業を制御するためのものである。具体的には、検出システム５１は、実施形態１における信号検出システム３１を含むか又は実施形態１における信号検出システム３１と信号処理システム３２とを同時に含んでもよい。サンプルの生物的特徴を示す信号は、信号検出システム３１から得られるフィードバック信号、又は前記フィードバック信号が信号処理システム３２により処理された後に得られる解析可能なデータであってもよい。スケジューリングシステム５３は、実施形態１における転移システム３５を含んでもよい。生化学反応システム５５は、実施形態１における流体システム３３を含むか又は実施形態１における流体システム３３とスクラップ処理システム３４とを同時に含んでもよい。制御システム５７は、実施形態１における制御システム３６を含んでもよい。

図１０は、本発明の実施形態３に係る生化学物質分析方法のフローチャートである。この生化学物質分析方法は、以下のステップを備える。

ステップＳ１００１では、フローセルを受け取り、受け取った前記フローセルを生化学反応システムに転移する。

ステップＳ１００３では、生化学反応システム内で前記フローセルに反応物質を入力して、前記フローセル内のサンプルに生化学反応を起こさせる。

ステップＳ１００５では、サンプルが生化学反応を終えたフローセルを検出システムに転移する。

ステップＳ１００７では、検出システム内で前記フローセル内のサンプルに対して信号検出を行なって、サンプルの生物学的特徴に応じた信号を得る。

さらに、他の態様において、前記生化学物質分析方法は、前記生化学反応システムに前記フローセルを転移する前に、前記生化学反応システムにおけるフローセルを積載する箇所が空いているかどうかを判定し、１又は複数の箇所が空いている場合に何れかの空いている箇所に前記フローセルを載せて、箇所が何れも空いていない場合にフローセルの一時保管場所に前記フローセルを置くステップをさらに含む。

さらに、他の態様において、前記生化学物質分析方法は、前記フローセルを前記検出システムに転移する前に、検出システムにおいてフローセルを積載する箇所が空いているかどうかを判定し、１又は複数の箇所が空いている場合に何れかの空いている箇所に前記フローセルを積載し、箇所が何れも空いていない場合にフローセルの一時保管場所に前記フローセルを置くステップをさらに含む。

さらに、他の態様において、前記生化学物質分析方法は、前記フローセルを受け取る前に、前記フローセルを受け取る箇所にフローセルが存在するか否かを検知し、前記フローセルを受け取る箇所にフローセルが存在する場合に前記フローセルを受け取るステップをさらに含む。

さらに、他の態様において、前記生化学物質分析方法は、前記検出の終了後に、検出が完了した前記フローセルを再び生化学反応システムに転移させ、反応－転移－検出という全体の処理を繰り返すことをさらに含む。

さらに、他の態様において、検出の終了後に、検出が完了した前記フローセルを廃棄フローセルを受け入れるフローセル廃棄位置に転移させることをさらに含む。

さらに、他の態様において、前記ステップＳ１００３は、流体を貯留する貯留モジュールから流体を吸引してサンプル貯留ユニットに一時貯留し、且つ前記サンプル貯留ユニットの中に一時貯留された流体を前記フローセルに押し込み、前記フローセル内のサンプルを反応させることをさらに含む。

さらに、他の態様において、前記ステップＳ１００３は、流体を前記サンプル貯留ユニットに一時保存した後に、前記流体が前記フローセルに入る通路が占有されているか否かを判断し、前記通路が占有されている場合に、前記流体を前記サンプル貯留ユニットに引き続き一時保存し、前記通路が占有されていない場合に、前記一時保存された流体を前記通路を介して前記フローセルに押し込むことをさらに含む。

さらに、他の態様において、前記反応ステップは、第１の流体を一時貯留するサンプル貯留ユニットから前記第１の流体を前記フローセルに押し込むと同時に、第２の流体を貯留する貯留モジュールの中から前記第２の流体を吸引して、前記第２の流体を対応するサンプル貯留ユニットに一時的に貯留させることをさらに含む。

さらに、他の態様において、前記検出ステップは、前記信号を処理して、解析可能なデータ又は検出レポートを取得することをさらに含む。

図１１は、本発明の実施形態４に係る生化学物質分析システムを適用した生化学物質分析装置の模式図である。前記生化学物質分析装置６は、少なくとも生化学物質分析システム６１を含み、前記生化学物質分析システム６１は、実施形態２において提供される生化学物質分析システム５であってもよい。

図１２は、本発明の実施形態５に係る生化学物質分析方法を用いた生化学物質分析装置の模式図である。この生化学物質分析装置７は、実施形態３に係る生化学物質分析方法を実行することにより、反応フローセル内のサンプルの生物学的特徴の信号、解析可能なデータ又は検出レポートを取得する。

以上説明したように、本発明の実施形態による遺伝子シーケンシングシステム、生化学物質分析システム、方法、及び、生化学物質分析システムまたは方法を応用した装置について、ユーザがシーケンシングに必要な検出流体、洗浄流体、及び、サンプルを積載したフローセルを、遺伝子シーケンサにおけるインターフェースを介して遺伝子シーケンサに入れるだけで、ユーザインタラクティブシステムを介して関連パラメータを設けることにより、遺伝子シーケンサ及び遺伝子シーケンシングシステムが遺伝子シーケンシングを自動的に完了することができる。

本発明の実施形態による遺伝子シーケンサ及び遺伝子シーケンシングシステムは、さらに、複数の信号検出システム及び／または複数の流体システムを設けることにより、複数のフローセルを同時に検出することを実現し、遺伝子シーケンサ及び遺伝子シーケンシングシステムの検出量を高めた。

本発明の実施形態による遺伝子シーケンサ及び遺伝子シーケンシングシステムは、さらに、複数の流体輸送用作業グループを設けて、流体輸送用作業グループごとに１つのサンプル貯留ユニットを備え、１つの流体輸送用作業グループが検出反応モジュール及びフローセルに流体を注入する際に、他の流体輸送用作業グループがこの時間隙間により流体を吸引して準備できるようにしたので、フローセルに流体が注入されるまでの準備時間が節約され、遺伝子シーケンサ及び遺伝子シーケンシングシステムの検出量も同様に高められる。

最後に、上述の実施形態は、本発明の技術的態様を説明するためにのみ使用され、本発明を限定するものではない。より好ましい実施形態を参照して本発明を詳細に説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の技術的態様を修正または均等に置換することができることを当業者は理解すべきである。

１ 遺伝子シーケンサ
２ 筐体
３ 遺伝子シーケンシングシステム
４ スクラップ貯留装置
２０１ 表示インターフェース
２０３ フローセル投入インターフェース
２０５ カートリッジ置換インターフェース
３１ 信号検出システム
３２ 信号処理システム
３３ 流体システム
３４ スクラップ処理システム
３５ 転移システム
３６、５７ 制御システム
３７ ユーザインタラクティブシステム
３８ フローセル
３０１ 励振信号送信モジュール
３０３ 信号チャンネルモジュール
３０５ フィードバック信号受信モジュール
３０６ 受信信号補正モジュール
３０８ 検出固定ユニット
３１０ 移動ユニット
３１２ 信号伝送モジュール
３１４ 信号処理モジュール
３１６ データ記憶モジュール
３１８ 検出反応モジュール
３２０ 反応温度制御ユニット
３２２ 流体輸送モジュール
３２４ 非温度制御貯留ユニット
３２６ 温度制御貯留ユニット
３２８ 記憶温度制御ユニット
３３０ スクラップ収集モジュール
３３２ スクラップ輸送モジュール
３３４ 検出制御モジュール
３３６ 温度制御モジュール
３３８ 流体制御モジュール
３４０ スクラップ制御モジュール
３４２ 転移制御モジュール
３４４ システム制御モジュール
３４６ 視覚インタラクティブモジュール
３４８ 入力モジュール
３０１１ 励振信号送信モジュール
３０１２ 励振信号整理ユニット
３０１３ 汎用励振信号割当ユニット
３０５１ フィードバック信号受信モジュール
３０５２ フィードバック信号整理ユニット
３０５３ 汎用フィードバック信号割当ユニット
３０３１ 汎用信号割当ユニット
３０３２ 汎用信号送受信ユニット
３０６１ 補正信号送信ユニット
３０６２ 補正信号割当ユニット
３０６３ 信号補正ユニット
３２２０ 動力ユニット
３２２１ 保護ユニット
３２２２ 検出ユニット
３２２３ サンプル貯留ユニット
３２２４ 割当ユニット
３２２５ 総割当ユニット
３２２６ 流体輸送用作業グループ
３１８１ 入口開閉素子
３１８２ 出口開閉素子
３１８３ バイパス開閉素子
３１８４ 総開閉素子
３８１ フローセル入口
３８２ フローセル出口
Ｙ、Ｚ 周辺領域
３３０１ スクラップ収集動力ユニット
３３０２ スクラップ貯留ユニット
３３０３ スクラップ検出ユニット
３３２１ スクラップ排出動力ユニット
３３２２ スクラップ中継ユニット
О フローセル
Ｔ フローセル一時保管場所
Ｄ フローセル廃棄位置
３１２１ 信号伝送ユニット
３１２２ 信号バッファユニット
３１４１ データ分析ユニット
３１６１ データ圧縮ユニット
３１６２ データ記憶ユニット
５、６１ 生化学物質分析システム
５１ 検出システム
５３ スケジューリングシステム
５５ 生化学反応システム
Ｓ１００１、Ｓ１００３、Ｓ１００５、Ｓ１００７ ステップ
６、７ 生化学物質分析装置

Claims (39)

1. フローセル内のサンプルの生物学的特徴を検出するための生化学物質分析システムであって、
   検出システムと、スケジューリングシステム、生化学反応システム及び制御システムを備え、
   前記スケジューリングシステムは、前記フローセルを異なる箇所でスケジューリングするためのものであり、
   前記箇所は、検出システムに位置する箇所と生化学反応システムに位置する箇所を含み、
   前記生化学反応システムは、前記フローセル内のサンプルを反応させ、
   前記検出システムは、既に反応したサンプルに対して信号検出を行なって、前記サンプルの生物学的特徴を表す信号を取得し、
   前記制御システムは、前記検出システムと前記スケジューリングシステムと前記生化学反応システムとの連携作業を制御することを特徴とする生化学物質分析システム。
2. 前記スケジューリングシステムは、前記フローセルを異なる箇所に移動させるための転移システムを含むことを特徴とする請求項１に記載の生化学物質分析システム。
3. 前記生化学反応システムは、前記フローセルに反応物質を入力して、前記フローセル内のサンプルを反応させるための流体システムを含むか、又は前記フローセルに反応物質を入力して、前記フローセル内のサンプルを反応させるための流体システムと、前記流体システムから排出されるスクラップを収集するためのスクラップ処理システムとを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の生化学物質分析システム。
4. 前記検出システムは、検出反応が発生した前記サンプルに対して信号検出を行なって、前記サンプルの生物学的特徴を表す信号であるフィードバック信号を前記サンプルから取得するための信号検出システムを含むか、又は信号検出システムと前記フィードバック信号がシーケンシングレポートを生成するために使用できるように、前記フィードバック信号を収集するための信号処理システムとを含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の生化学物質分析システム。
5. 前記生物質分析システムは、遺伝子シーケンサに内蔵され、且つ前記遺伝子シーケンサに設けられたフローセル投入インターフェースを介して検出対象サンプルが入れられたフローセルを受け取ることを特徴とする請求項１に記載の生化学物質分析システム。
6. 前記流体システムが１つ又は複数があり、及び／又は、前記信号検知システムが１つ又は複数であることを特徴とする請求項３に記載の生化学物質分析システム。
7. 前記流体システムは、前記フローセルを着脱可能に装着するための検出反応モジュールと、前記貯留モジュールに貯留された流体を前記フローセルに注入するための流体輸送モジュールと、流体を貯留するための貯留モジュールとを備えることを特徴とする請求項３、４または６の何れか一項に記載の生化学物質分析システム。
8. 前記流体輸送モジュールは、前記流体システムのスクラップを前記スクラップ処理システムに排出するために用いられることを特徴とする請求項７に記載の生化学物質分析システム。
9. 前記流体輸送モジュールは、動力ユニット、サンプル貯留ユニット及び割当ユニットを含む流体輸送用作業グループを備え、
   前記動力ユニットは、圧力勾配を提供して、前記貯留モジュールの中から流体を吸引し、
   前記動力ユニットは、前記貯留モジュールの中から流体を吸引するための圧力勾配を提供するために使用され、前記流体は、前記割当ユニットを介して前記サンプル貯留ユニットの中に一時的に格納され、
   前記動力ユニットは、前記サンプル貯留ユニットの中に貯留された流体を前記割当ユニットを介して前記フローセルに注入させるための圧力勾配も提供することを特徴とする請求項７または８に記載の生化学物質分析システム。
10. 前記割当ユニットは、前記フローセル、前記貯留モジュール及び前記サンプル貯留ユニットにそれぞれ接続され、前記サンプル貯留ユニットは、前記割当ユニットと前記動力ユニットとの間に配置されることを特徴とする請求項９に記載の生化学物質分析システム。
11. 前記動力ユニットは、さらに前記貯留モジュールまたは他のストレージ装置に接続され、前記貯留モジュールまたは他のストレージ装置は、前記動力ユニットが圧力勾配を作って前記サンプル貯留ユニットに貯留された流体を前記フローセルに注入させる際に、流体補充を提供することを特徴とする請求項１０に記載の生化学物質分析システム。
12. 前記流体輸送用作業グループは、検出ユニット及び保護ユニットをさらに含み、前記検出ユニットは、前記流体システムの予め設定された指標を検出して、係る流体システムの予め設定された指標が異常であるか否かを検出し、前記保護ユニットは、前記流体システムに異常が発生する時に、前記流体システムが損傷を受けないように保護メカニズムを起動することを特徴とする請求項９に記載の生化学物質分析システム。
13. 流体輸送用作業グループの数は、複数であり、前記流体システムは、総割当ユニットをさらに含み、
    複数の前記流体輸送用作業グループは、何れも前記総割当ユニットに接続され、前記総割当ユニットによって、必要に応じて異なる流体輸送用作業グループと前記フローセルとを連通することを特徴とする請求項９に記載の生化学物質分析システム。
14. １つの前記流体輸送用作業グループが前記総割当ユニットを介して前記フローセルに流体を注入するときに、他の１つ又は複数の前記流体輸送用作業グループは、前記貯留モジュールの中から流体を吸引して、前記サンプル貯留ユニットの中に蓄積させることを特徴とする請求項１３に記載の生化学物質分析システム。
15. 前記信号検出システムは、励振信号送信モジュールと、信号チャンネルモジュールと、フィードバック信号受信モジュールと、検出固定ユニットとを含み、前記検出固定ユニットは、前記フローセルを取り外し可能に装着して固定するために用いられ、前記励振信号送信モジュールは、前記フローセルの中のサンプルに励起信号を印加するために用いられ、前記フィードバック信号受信モジュールは、サンプルが励起信号により励起された後に発するフィードバック信号を受信するために用いられ、前記信号チャンネルモジュールは、前記励振信号送信モジュールから送信された励振信号を予め定められた経路で前記フローセルに到達させ、且つフィードバック信号を前記フローセルから出発して予め定められた経路で前記フィードバック信号受信モジュールに到達させるために用いられることを特徴とする請求項４に記載の生化学物質分析システム。
16. 前記信号検出システムは、前記フローセルの異なる位置のサンプルの信号検出を行うために、前記検出固定ユニットを一定範囲内で移動させるための移動ユニットをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の生化学物質分析システム。
17. 前記信号検出システムは、前記フィードバック信号受信モジュールにより受信されたフィードバック信号と前記励振信号送信モジュールにより送信された励振信号とが一致するように、前記信号チャンネルモジュールを調整するための受信信号補正モジュールをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の生化学物質分析システム。
18. 前記信号チャンネルモジュールは、汎用信号割当ユニット及び汎用信号送受信ユニットを含み、前記受信信号補正モジュールは、補正信号送信ユニット、補正信号割当ユニット及び信号補正ユニットを含み、
    前記汎用信号割当ユニットは、励起信号とフィードバック信号をグループ化するために使用され、前記汎用信号送受信ユニットは、前記信号チャンネルモジュールからサンプルへの励振信号の遷移と、サンプルから前記信号チャンネルモジュールへのフィードバック信号の遷移とを実現し、
    前記補正信号送信ユニットは、サンプルに対して補正信号を送信するために使用され、前記補正信号は、サンプルのフィードバック信号を励起せず、前記補正信号割当ユニットは、補正信号を前記汎用信号割当ユニットに伝達したり、前記汎用信号割当ユニットからフィードバックされた補正信号を受信して、フィードバックされた補正信号を前記信号補正ユニットにフィードバックしたり、
    前記信号補正ユニットは、フィードバックされた補正信号に基づいて、励振信号とフィードバック信号の送受信効果が最適化されるように、前記汎用信号送受信ユニットの微調整を制御することを特徴とする請求項１７に記載の生化学物質分析システム。
19. 前記検出反応モジュールは、入口開閉素子と、出口開閉素子と、バイパス開閉素子と、総開閉素子とを含み、前記入口開閉素子は、前記流体輸送モジュールと前記フローセルのフローセル入口との間に接続され、前記出口開閉素子は、前記バイパス開閉素子と前記総開閉素子と前記前記フローセルのフローセル出口との間に接続され、前記総開閉素子は、前記スクラップ処理システムに接続されることを特徴とする請求項７に記載の生化学物質分析システム。
20. 前記流体輸送モジュールが前記検出反応モジュールに検出反応に関与する流体を注入するときに、前記流体は、前記入口開閉素子と前記フローセル入口を通って前記フローセルに入り、且つ前記フローセル出口、前記出口開閉素子及び前記総開閉素子から前記スクラップ処理システムに流入し、
    前記流体輸送モジュールは、前記検出反応モジュールに前記フローセルに入力して検知反応を行なうことができない流体を注入するときに、前記流体は前記バイパス開閉素子及び前記総開閉素子を介して前記スクラップ処理システムに流入し、
    前記流体輸送モジュールは、前記検出反応モジュールに前記検出反応モジュールと前記フローセル入口との間の密封領域を洗浄するための流体を注入するときに、前記流体は前記入口開閉素子及び前記密封領域を介して前記スクラップ処理システムに流入し、及び／又は、
    前記流体輸送モジュールは、前記検出反応モジュールに前記検出反応モジュールと前記フローセル出口との間の密封領域を洗浄するための流体を注入するときに、前記流体が前記バイパス開閉素子、前記出口開閉素子及び前記密封領域を経由して前記スクラップ処理システムに流入することを特徴とする請求項１９に記載の生化学物質分析システム。
21. 前記スクラップ処理システムは、前記流体システムのスクラップを収集するためのスクラップ収集モジュールを具備し、
    前記スクラップ収集モジュールは、動力駆動が欠如しているスクラップに動力を与えるスクラップ収集動力ユニットと、収集したスクラップを貯留するスクラップ貯留ユニットとを具備することを特徴とする請求項３に記載の生化学物質分析システム。
22. 前記スクラップ処理システムは、前記スクラップ収集モジュールの中に貯留されたスクラップを排出するためのスクラップ輸送モジュールを含むことを特徴とする請求項２１に記載の生化学物質分析システム。
23. 前記スクラップ輸送モジュールは、スクラップ排出動力ユニット及びスクラップ中継ユニットを含み、前記スクラップ排出動力ユニットは、スクラップを前記スクラップ貯留ユニットから排出させる動力を提供し、前記スクラップ中継ユニットは、前記遺伝子シーケンシングシステムの外の配管に接続するための配管継ぎてユニットであることを特徴とする請求項２２に記載の生化学物質分析システム。
24. 前記スクラップ収集モジュールは、前記スクラップ貯留ユニットに蓄積されたスクラップ量を検出するためのスクラップ検出ユニットをさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の生化学物質分析システム。
25. 前記制御システムは、前記スクラップ検出ユニットが前記スクラップ貯留ユニットのスクラップ量が所定の閾値を超えたことを検出すると、前記スクラップ排出動力ユニットによる前記スクラップの排出を制御することを特徴とする請求項２４に記載の生化学物質分析システム。
26. 前記信号処理システムは、前記信号検出システムのフィードバック信号を収集してバッファリングするための信号伝送モジュールを含むことを特徴とする請求項４に記載の生化学物質分析システム。
27. 前記信号処理システムは、前記信号伝送モジュールからバッファリングされたフィードバック信号を取得し、且つ前記フィードバック信号を解析可能なデータに変換して、このデータをさらに解析してシーケンシングレポートを生成するための信号処理モジュールをさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載の生化学物質分析システム。
28. 前記信号処理システムは、前記信号処理モジュールの処理済みのデータとシーケンシングレポートとを圧縮して格納するためのデータ記憶モジュールをさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載の生化学物質分析システム。
29. 視覚インタラクティブモジュールを含むユーザインタラクティブシステムを備え、前記信号処理モジュールは、さらに、前記視覚インタラクティブモジュールに前記シーケンシングレポートを出力してユーザに提示することを特徴とする請求項２７に記載の生化学物質分析システム。
30. フローセルを受け取り、且つ受け取った前記フローセルを生化学反応システムへ転移するステップと、
    生化学反応システム内で前記フローセル内のサンプルを反応させるステップと、
    生化学反応が完了したサンプルのフローセルを検出システムへ転移するステップと、
    前記検出システム内で前記フローセル内のサンプルに対して信号検出を行なって、前記サンプルの生物的特徴を反映する信号を得るステップと、を備えることを特徴とする生化学物質分析方法。
31. 前記フローセルを前記生化学反応システムに転移する前に、前記生化学物質分析方法は、前記生化学反応システムにおいてフローセルを積載する箇所が空いているか否かを判断し、１つ又は複数の箇所が空いている場合に前記フローセルを１つの空いている箇所に積載し、且つ前記箇所が何れも空いていない場合に前記フローセルを一時保管場所に置くステップをさらに備えることを特徴とする請求項３０に記載の生化学物質分析方法。
32. 前記フローセルを前記検出システムに転移する前に、前記生化学物質分析方法は、前記検出システムにおけるフローセルを積載する箇所が空いているかどうかを判定し、１つ又は複数の箇所が空いている場合に前記フローセルを何れかの空いている箇所に積載し、且ついずれの箇所も空いていない場合に前記フローセルを一時保管場所に置くステップをさらに備えることを特徴とする請求項３０に記載の生化学物質分析方法。
33. 前記フローセルを受け取る前に、前記生化学物質分析方法は、前記フローセルを受け取る箇所にフローセルが存在するかどうかを検知し、且つ前記フローセルを受け取る箇所にフローセルが存在する場合に前記フローセルを受け取るステップをさらに備えることを特徴とする請求項３０に記載の生化学物質分析方法。
34. 検出完了後、前記生化学物質分析方法は、検出済みの前記フローセルを再び生化学反応システムへ転移して、反応－転移－検出という全体の処理を繰り返すか、または、検出済みの前記フローセルを廃棄フローセルを受け入れるフローセル廃棄位置へと転移させることを特徴とする請求項３０に記載の生化学物質分析方法。
35. 前記反応ステップは、流体を貯留する貯留モジュールの中から流体を吸引してサンプル貯留ユニットに一時的に貯留し、前記サンプル貯留ユニットに一時的に貯留された流体を前記フローセルに押し込んで、前記フローセル内のサンプルを反応させることをさらに含むことを特徴とする請求項３０に記載の生化学物質分析方法。
36. 前記反応ステップは、前記サンプル貯留ユニットに流体を一時的に貯留した後、前記流体が前記フローセルに入る通路が占有されているか否かを判断し、前記通路が占有されている場合に、前記流体を前記サンプル貯留ユニットに引き続き一時保存し、前記通路が占有されていない場合に、前記一時保存された流体を前記通路を介して前記フローセルに押し込むことをさらに含むことを特徴とする請求項３５に記載の生化学物質分析方法。
37. 前記反応ステップは、第１の流体を一時貯留するサンプル貯留ユニットから前記第１の流体を前記フローセルに押し込むと同時に、第２の流体を貯留する貯留モジュールの中から前記第２の流体を吸引して、前記第２の流体を対応するサンプル貯留ユニットに一時的に貯留させることをさらに含むことを特徴とする請求項３５に記載の生化学物質分析方法。
38. 前記検出ステップは、さらに、前記信号を処理して解析可能なデータまたは検出レポートを取得することを含むことを特徴とする請求項３０に記載の生化学物質分析方法。
39. 請求項１～２９の何れか一項に記載の生化学物質分析システム、または請求項３０～３８の何れか一項に記載の生化学物質分析方法を用いてフローセル内のサンプルの生物学的特徴を反映する信号、解析可能なデータ又は検出レポートを取得することを特徴とする生化学物質分析装置。

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