JP2023513559A - フローセル、フローセル液体出入装置及びサンプル分析システム - Google Patents

フローセル、フローセル液体出入装置及びサンプル分析システム Download PDF

Info

Publication number
JP2023513559A
JP2023513559A JP2022548386A JP2022548386A JP2023513559A JP 2023513559 A JP2023513559 A JP 2023513559A JP 2022548386 A JP2022548386 A JP 2022548386A JP 2022548386 A JP2022548386 A JP 2022548386A JP 2023513559 A JP2023513559 A JP 2023513559A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flow cell
sample
cover sheet
opening
lens module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022548386A
Other languages
English (en)
Inventor
▲興▼▲業▼ 崔
楚填 ▲ケイ▼
贇 夏
▲陽▼ 席
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MGI Tech Co Ltd
Original Assignee
MGI Tech Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MGI Tech Co Ltd filed Critical MGI Tech Co Ltd
Publication of JP2023513559A publication Critical patent/JP2023513559A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502761—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip specially adapted for handling suspended solids or molecules independently from the bulk fluid flow, e.g. for trapping or sorting beads, for physically stretching molecules
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/05—Flow-through cuvettes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502769—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements
    • B01L3/502784—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1434—Optical arrangements
    • G01N15/1436—Optical arrangements the optical arrangement forming an integrated apparatus with the sample container, e.g. a flow cell
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/02—Adapting objects or devices to another
    • B01L2200/026—Fluid interfacing between devices or objects, e.g. connectors, inlet details
    • B01L2200/027—Fluid interfacing between devices or objects, e.g. connectors, inlet details for microfluidic devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0647—Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0673—Handling of plugs of fluid surrounded by immiscible fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/16—Reagents, handling or storing thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0636—Integrated biosensor, microarrays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0654—Lenses; Optical fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0887—Laminated structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0406—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces capillary forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0487—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/08—Regulating or influencing the flow resistance
    • B01L2400/084—Passive control of flow resistance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5025—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures for parallel transport of multiple samples
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6452—Individual samples arranged in a regular 2D-array, e.g. multiwell plates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Optical Measuring Cells (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

フローセル（１００）は、第１カバーシート（１１）と、第１カバーシート（１１）に対向して設けられた第２カバーシート（１２）と、第１カバーシート（１１）と第２カバーシート（１２）との間に並設された少なくとも２つのスペーサ層（１３）とを備え、第１カバーシート（１１）と、第２カバーシート（１２）と、隣接する２つのスペーサ層（１３）との間に共に一流路（１４）を形成し、第１カバーシート（１１）の第２カバーシート（１２）に近い表面に検出面（１７）を形成している、流路（１４）の一端に設けられ、検出面（１７）に吸着される第１サンプル（ａ）を流路（１４）に注入するための第１開口（１５）と、流路（１４）の他端に設けられ、第２サンプルを含むマイクロ液滴（ｂ）を流路（１４）に注入するための第２開口（１６）と、を備える。フローセル１００は、多次元サイズの核酸試料の検出が可能であり、再利用が可能であり、低コストである。また、フローセル液体出入装置２００及びサンプル分析システム３００を提供する。

Description

本発明は、生物サンプル分析用フローセル、フローセル液体出入装置及びサンプル分析システムに関する。
遺伝子シーケンシング 技術と液滴デジタルＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction、ポリメラーゼ連鎖反応）技術における核心部品はすべてマイクロフローセルである。マイクロフローセルは、サンプル分析システムの重要な担体として主に核酸サンプルの分散に用いられ、マイクロ液滴を調製し、核酸サンプルの増幅と分析に場所を提供する。
現在のサンプル分析システムには、マイクロフローセルの機能的空間利用率が不飽和であり、特にマイクロフローセルにおけるギャップ領域の機能区分と利用が不足し、現在のサンプル分析システムの新興の多群学や貫通群学などの研究における応用を製限されるという欠点があった。また、現在のマイクロフローセルの開発コストは高いが、使い捨て消耗品のため、再利用できず、大きな浪費をもたらしている。
上記の従来技術の的問題を解決するために、フローセル液体出入装置及びサンプル分析システムを提供する必要がある。
第１態様は、フローセルを提供し、第１カバーシートと、前記第１カバーシートに対向して設けられた第２カバーシートと、前記第１カバーシートと前記第２カバーシートとの間に並設され、各スペーサ層の両側がそれぞれ前記第１カバーシート及び前記第２カバーシートに接触して、前記第１カバーシートと、前記第２カバーシートと、隣接する２つの前記スペーサ層間に共通して一流路を形成し、前記第１カバーシートの前記第２カバーシートに近い表面に検出面を形成する少なくとも２つスペーサ層と、前記流路の一端に設けられ、前記検出面に吸着される第１サンプルを前記流路に注入するための第１開口と、前記流路の他端に設けられ、第２サンプルを含むマイクロ液滴を前記流路に注入するための第２開口と、を備える。
本実施形態において、前記第１開口の水力半径は、前記第２開口の水力半径よりも小さい。
本実施形態において、前記検出面は、前記第２カバーシートの前記第１カバーシートに近い表面にも設けられている。
本実施形態において、前記第１開口の水力半径が０．０７５ｍｍ～０．７５ｍｍである。
本実施形態において、前記第２開口の水力半径が０．０２ｍｍ～０．２ｍｍである。
本実施形態において、前記スペーサ層が接着層である。
本実施形態において、前記第１開口と前記第２開口は、いずれも前記第１カバーシート又は前記第２カバーシートに設けられている。
第２態様は、フローセル液体出入装置を提供し、前記フローセルと、第１接合装置と、第２接合装置とを備え、前記第１接合装置が前記第１開口と連通し、前記第２接合装置が前記第２開口と連通している。
本実施形態において、前記第２接合装置は、第２接合部を備え、前記第２接合部は、第１接合口と、第２接合口とを含み、前記第２接合口は、前記第２開口に連通し、前記第１接合口は、前記第２開口から離れて設けられ、前記第１接合口の前記流路の延在方向に沿った寸法は、前記第２接合口の前記流路の延在方向に沿った寸法よりも小さい。
本実施形態において、前記第２接合装置は、第２インターフェースブロックと、第２シールブロックと、をさらに含み、前記第２インターフェースブロックは、前記第１接合口に連通され、前記第２シールブロックは、前記第２接合部に挿設される。
本実施形態において、前記第２インターフェースブロックは、第２入液通路、第２出液通路、第２制御弁群、および第２共通通路を備え、前記第２共通通路は、前記第１接合口と連通している。
本実施形態において、前記第２入液通路及び前記第２共通通路の水力半径は、いずれも前記第２出液通路の水力半径よりも大きい。
本実施形態において、前記第１接合装置は、第１接合部と、第１インターフェースブロックと、第１シールブロックとを含み、前記第１接合部は、一端が前記第１開口に連通し、他端が前記第１インターフェースブロックに連通し、前記第１シールブロックは、前記第１接合部に挿設される。
本実施形態において、前記第１インターフェースブロックは、第１入液通路、第１出液通路、第１制御弁群及び第１共通通路を含み、前記第１共通通路は前記第１接合部に連通している。
第３態様は、サンプル分析システムを提供し、前記ローセル液体出入装置であるフローセル液体出入装置と、前記第１接合装置を介してフローセルに第１サンプルを注入する第１サンプル配布装置と、第２サンプルをマイクロ液滴化し、前記第２接合装置を介して前記フローセルに注入する第２サンプル配布装置と、フローセルの画像を取得する光学イメージング部と、を備える。
本実施形態において、前記第２サンプル配布装置は、マイクロ液滴発生装置を含む。
本実施形態において、前記光学イメージング部は、第１レンズモジュールと、第２レンズモジュールと、を含み、前記第１レンズモジュールは、前記第１サンプルの撮像に用いられ、前記第２レンズモジュールは、前記マイクロ液滴の撮像に用いられ、前記第１レンズモジュールの焦点距離は前記第２レンズモジュールの焦点距離より小さく、前記第１レンズモジュールの視野径は前記第２レンズモジュールの視野径よりも小さい。
本実施形態において、前記第１レンズモジュールの焦点距離は１～２μｍ、視野径は１～２ｍｍ、前記第２レンズモジュールの焦点距離は１～２ｍｍ、視野径は５～１０ｍｍの範囲である。
本実施形態において、前記第１レンズモジュールの拡大倍率は、前記第２レンズモジュールの拡大倍率よりも大きい。
本実施形態において、前記光学イメージング部は、第３レンズモジュールと、補償レンズモジュールとを含む。
本実施形態において、前記フローセルに連通する洗浄ユニットをさらに備える。
本発明のフローセルは、流路に流路と検出面とを構築することにより、異なるサンプルアレイを同一の流路系に配列させることができ、フローセル内で認識可能な内容物の種類を著しく向上させ、既知種類と未知種類の核酸サンプルの検出分析に利用できるとともに、両分析のコストメリットを両立する。サンプル分析システムは、上記のフローセルを用いて独特の光学イメージングユニットを組み合わせることで、多次元サイズの核酸サンプルの分析検出を実現でき、検出内容がより豊富で、低デマンドでの検出を満足できるとともに、高デマンドでの検出も満足でき、核酸サンプルの配列情報や動的濃度情報を得ることができる。本発明のフローセルを再利用することができ、フローセルの利用率を高めるとともに、フローセルのコストを低減する。
以下、本発明の実施例の技術案をより明確に説明するために、本発明の実施例において必要な図面を簡単に説明し、以下に説明する図面は、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行わずに、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。
本発明の一実施形態によるフローセルの模式図である。 本発明の一実施形態によるフローセルにサンプルを添加する模式図である。 本発明の別の実施形態によるフローセルの模式図である。 図３のフローセルのＩＶ－ＩＶ断面図である。 本発明の一実施形態によるフローセルの断面図である。 本発明の別の実施形態によるフローセルの断面図である。 本発明の一実施形態によるフローセル内の１つの検出面を有する模式図である。 本発明の一実施形態によるフローセル内の１つの検出面を有する模式図である。 本発明の一実施形態によるフローセル内の２つの検出面を有する模式図である。 本発明の一実施形態によるフローセル内の２つの検出面を有する模式図である。 本発明一実施形態によるフローセル液体出入装置の模式図である。 本発明一実施形態によるサンプル分析システムのプログラム構成図である。 本発明の一実施形態による光学イメージング部が第１サンプルをイメージングする模式図である。 本発明の一実施形態による光学イメージング部がマイクロ液滴をイメージングする模式図である。 本発明の別の実施形態による光学イメージング部が第１サンプルをイメージングする模式図である。 本発明の別の実施形態による光学イメージング部がマイクロ液滴をイメージングする模式図である。 図１３のaは本発明によるフローセル内の寸法が不均一なマイクロ液滴のイメージング画像である。図１３のｂは図１３のaによるフローセルエッジ液滴イメージングの画像である。図１３のｃは図１３のaによるフローセル内のマイクロ液滴の一部が統計データに計上されていない画像である。図１３のｄは図１３のaによるフローセルにおけるマイクロ液滴の蛍光強度と半径集計結果の正規分布図である。 本発明によるフローセル内の寸法が均一なマイクロ液滴のイメージング画像である。 本発明によるフローセル内の第１サンプルのイメージング画像である。
下記の実施形態は、本発明を上記の図面に基づき更に説明する。
以下、本発明の実施例の図面と共に、本発明の実施例における技術案を明確かつ完全に説明し、説明した実施例は、本発明のいくつかの実施例に過ぎず、全ての実施形態ではないことは言うまでもない。本発明の実施例に基づいて、当業者が創造的な労働を行うことなく得られる全ての他の実施例は、すべて本発明の範囲に属する。
なお、アセンブリは別のアセンブリに「固定」や「取り付け」と言う場合、別のコンポーネント上に直接存在するまたは中央のアセンブリが存在してもよい。１つのアセンブリが別のアセンブリに「設けられ」と言う場合、別のコンポーネント上に直接設置するまたは同時に中央のアセンブリが存在してもよい。本明細書で使用される用語「及び／又は」は、一つまたは複数の関連する項目のすべてと任意の組み合わせを含む。
図１～図２を参照して、本願の一実施形態は、核酸サンプルを担持するためのフローセル１００であって、第１カバーシート１１、第２カバーシート１２、及び少なくとも２層のスペーサ層１３を備えるフローセル１００を提供する。この第１カバーシート１１と第２カバーシート１２とは離間して対向配置されている。隣接する２つのスペーサ層１３は、ほぼ平行に、かつ第１カバーシート１１と第２カバーシート１２との間に離間して配置されており、それぞれのスペーサ層１３の両側が第１カバーシート１１と第２カバーシート１２とにそれぞれ接触することで、第１、第２カバーシート１１、１２の対向する両面と、隣接する２つのスペーサ層１３との間に一流路１４が形成される。第１カバーシート１１と第２カバーシート１２との間には、流路１４のアスペクト比が１以上である流路１４が複数形成されてもよい。
本実施形態において、第１カバーシート１１は、シリコンウエハ、無機ガラス、有機ガラス又は透明プラスチックなどであってよい。第１カバーシート１１の厚さは０．７５ｍｍ程度である。
本実施形態において、第２カバーシート１２は、透明無機ガラス、透明有機ガラス又は透明プラスチックなどであってよい。第２カバーシート１２の厚みは、０．１５ｍｍ～０．３ｍｍである。
スペーサ層１３は、第１カバーシート１１と第２カバーシート１２との間に流路１４を形成するものであり、具体的にはスペーサ層１３の厚みを変えることで異なる寸法の流路１４を設計することができる。本実施形態において、スペーサ層１３は接着層であり、具体的には硬化性の接着剤や両面テープ等であってもよい。
図４を参照して、本実施形態において、第１カバーシート１１の第２カバーシート１２に近い表面に検出面１７が形成されている。なお、検出面１７が一つしかない場合、検出面１７は、第２カバーシート１２の第１カバーシート１１側の面に設けられることも考えられる。図４を参照するに、両検出面１７を設け、両検出面１７はそれぞれ第１カバーシート１１と第２カバーシート１２が対向する両面に位置し、このとき、両検出面１７の間の領域が流路１４を形成していることが理解できる。
具体的には、図５を参照して、本実施形態において、第１カバーシート１１の第２カバーシート１２に近い表面を特定の処理により検出面１７を形成している。図６を参照して、第１カバーシート１１と第２カバーシート１２とが対向する２面を同時に処理して２つの検出面１７を形成し、両検出面１７の間に流路１４を形成されてもよいことが理解できる。
本実施形態では、第１サンプルａは、巻回形成されたナノ球状の核酸分子であり、活性領域１７１と活性領域１７１以外の分離領域１７２とを含む検出面１７に吸着される。
本実施形態では、検出面１７は複数の活性領域１７１を含み、複数の活性領域１７１はアレイ状に配置されている。活性領域１７１には、核酸分子内の目的物や被検分子を結合するためのアミノ化、カルボキシル化、ヒドロキシル化などの化学活性基が含まれる。第１サンプルａは、核酸分子が空間を折り畳んで巻回することにより形成されたナノボールであり、直径約１０～５００ｎｍであり、核酸ナノボールの末端に露出した化学基を有し、検出面１７の活性領域１７１に化学結合により固定されており、これらの核酸分子において未知の配列情報は、流路１４に添加された蛍光物質を結合することにより測定される。
本実施形態では、活性領域１７１は円形、多角形、その他の形状であってもよく、これらの形状の活性領域１７１は検出面１７上にアレイ状に分布している。以上の形状活性領域１７１の表面に活性基が分布することにより、第１サンプルａのナノボールは検出面１７上にアレイ状に配列した。
具体的な検出過程において流路１４のみを用いてもよいし、流路１４と検出面１７とを合わせて用いてもよいので、多次元サイズの核酸サンプルアレイ検出の目的が達成される。
図３、図４、図７Ａ～図８Ｂを参照して、本実施の形態では、各流路１４の両端に、それぞれ第１開口１５および第２開口１６が形成される。第１開口１５は、流路１４内に第１サンプルａを注入するためのものであり、検出面１７に第１サンプルａを吸着することができる。第２開口１６は、第２サンプルが含まれるマイクロ液滴ｂを流路１４内に注入するためのものである。
本実施形態では、第１サンプルａが核酸分子であり、増幅された核酸分子がナノボールの構造に絡み合って第１サンプルａが形成され、具体的には、第１サンプルａのナノボール構造径が１０ｎｍ～５００ｎｍの範囲内であり、第１サンプルａが第１開口１５から流路１４内に注入されると、ナノボールが検出面１７に吸着し、検出試薬（例えばシーケンシング 用の試薬、すなわち上記蛍光物質）を第１開口１５又は第２開口１６から流路１４内に注入し、吸引によって検出試薬が検出面１７上のナノボールと十分に反応し、反応が完了した後、検出試薬が第１開口１５又は第２開口１６を通って流路１４を排出し、このとき第１サンプルａは検出面１７に吸着したままである。
本実施形態において、マイクロ液滴ｂは、第２サンプル及び関連試薬が被覆されたミクロンオーダーの液滴（液滴の直径が１０μｍ～５０μｍの範囲）であり、一つの液滴が一つの小さな反応系を構成しており、第２開口１６からマイクロ液滴ｂを流路１４に注入した後、流路１４内でマイクロ液滴ｂが反応し、反応完了後にマイクロ液滴ｂを流路１４に吐出する必要がない。
図７Ａ～図８Ｂを参照して、第１サンプルａのナノボールの直径は、マイクロ液滴ｂの直径よりも十分に小さいことが理解される。
図３を参照して、本実施の形態では、第１開口１５の水力半径が第２開口１６の水力半径よりも小さい。ここで、水力半径Ｒは、水力学における固有名詞であり、ある送水断面の過流面積と、水体が接触する送水管路の辺長（すなわち湿週）の比を指し、断面形状に関連して、トンネルの送水能力を計算するために多用されており、式、Ｒ=Ａ／ｘ（そのうち、Ａは送水断面積、ｘは湿週、即ち、送水断面における水流が湿潤する境界長）である。第１開口１５及び第２開口１６は、水力半径Ｒ＝Ａ／ｘ＝ｒ２／ｄの円形口、半円形口、矩形口、扇形口、その他の形状の開口であってもよい。矩形開口の水力半径Ｒ＝Ａ／ｘ＝Ｗ＊Ｈ／２（ｗ＋Ｈ）であり、ｗおよびＨはフローセル流路１４の幅および高さであり、ここでは流路１４の幅は垂直流路の延在方向ｃの寸法と定義する。第１開口１５を円形口または半円形口とし、半径ｒを０．３ｍｍ～３ｍｍとすると第１開口１５の水力半径は０．０７５ｍｍ～０．７５ｍｍであり、第１開口１５を介して第１サンプルａのナノボールが圧力により流路１４内に入り、第２開口１６を矩形口とし、流路１４の幅を５ｍｍ～２０ｍｍ、高さを０．０５～０．３ｍｍとすると第２開口１６の水力半径は０．０２ｍｍ～０．２ｍｍとなる。そのうちマイクロ液滴ｂは、圧力により第２開口１６を介して流路１４内に入り込む。
図４を参照して、本実施形態において、第１開口１５及び第２開口１６は、いずれも第２カバーシート１２に形成されている。
図７Ａを参照して、検出面１７が１つしかない場合、このとき、第１サンプルａは検出面１７上にアレイ状に配置され、マイクロ液滴ｂは均一な大きさの液滴が流路１４内にアレイ状に配置されてもよい。図７Ｂを参照すれば、マイクロ液滴ｂは、流路１４内において、大きさの不均一な液滴が並べられていてもよいことが理解される。
図８Ａを参照して、２つの検出面１７を有する場合、このとき、第１サンプルａは、２つの検出面１７にアレイ状に配置され、マイクロ液滴ｂは、均一な大きさの液滴が流路１４内にアレイ状に配置されてもよい。図８Ｂを参照すれば、マイクロ液滴ｂは、流路１４内において、大きさの不均一な液滴が並べられていてもよいことが理解できる。
本実施形態では、流路１４中のアレイには多数のミクロン級マイクロ液滴ｂが分布しており、マイクロ液滴ｂは２つの形式を有している。核酸分子を含むマイクロ液滴ｂであって、マイクロ液滴径は約５０μｍであり、多数のマイクロ液滴ｂは流路１４上に密に配列される。他方のマイクロ液滴ｂは、蛍光物質を標識した核酸分子が表面に結合した磁性マイクロビーズであって、マイクロビーズの粒径は約２０ｍであり、互いに密に配列され、流路１４の外側の磁力制御手段によって制御されて、流路１４の空間にアレイ配列されている。マイクロ液滴ｂは、ゲルビーズ、メソポーラスＳｉＯマイクロビーズ、油中水マイクロ液滴などであってよい。マイクロ液滴ｂは、フレア吸着ヘッドによって第２開口１６の箇所に１滴ずつ滴下され、圧力駆動下で流路１４に入る。スペーサ層１３の厚さを制御することにより、多数のマイクロ液滴ｂは単層に分布しているｃ図１を参照するに、ここで流路１４に入れられたマイクロ液滴ｂはサイズの不均一なマイクロ液滴となり、自吸的に液滴ローデイングを行うことにより、液滴の完全性が保証される。図２を参照して、流路１４のマイクロ液滴ｂは、温度サイクルによってインキュベートされ、蛍光を有する液滴が発生した。液滴中の発光した液滴数と総液滴数の割合を分析することにより、標的核酸分子の理論動的検出値を算出することができる。具体的には、本実施形態では、標的核酸分子の理論動的検出範囲は、１００－１０６ｃｏｐｉｅｓ／μＬとすることができる。
図９を参照して、本発明一実施形態では、上記のようなフローセル１００と、流路１４の両端にそれぞれ設けられた第１接合装置２１及び第２接合装置２２とを備え、第１接合装置２１は第１開口１５に連通し、第２接合装置２２は第２開口１６に連通するフローセル液体出入装置２００が提供される。
第１接合装置２１及び第２接合装置２２の内部流体通路は、いずれも典型的な二分通路であり、弁によって流体のオンオフが制御され、分岐した二通路は、一方が流体の流路１４への進入を制御し、他方が流路１４からの流体の流出を制御する。具体的には、第１接合装置２１及び第２接合装置２２は、二位置三方電磁弁及びマニホールドブロックにより構成されてもよいし、一方弁及びマニホールドブロックにより構成されてもよい。
第１接合装置２１は、第１接合部２１１と、第１インターフェースブロック２１２と、第１シールブロック２１３と、を備え、第１接合部２１１は一端が第１開口１５に連通し、他端が第１インターフェースブロック２１２に連通し、第１シールブロック２１３が第１接合部２１１に挿設される。
図７Ａ～図８Ｂを参照して、本実施形態において、第１インターフェースブロック２１２は、第１入液通路２１２１、第１出液通路２１２２、第１制御弁群２１２３及び第１共通通路２１２４を含み、第１共通通路２１２４は、第１接合部２１１に連通している。第１制御弁群２１２３により第１入液通路２１２１及び第１出液通路２１２２の開閉路が制御され、第１開口１５から流路１４内に第１サンプルａが進入することが実現される。
本実施形態では、第２接合装置２２は、第２接合部２２１と、第２インターフェースブロック２２２と、第２シールブロック２２３と、を備え、第２接合部２２１は一端が第１開口１５に連通し、他端が第２インターフェースブロック２２２に連通し、第２シールブロック２２３が第２接合部２２１に挿設される。
本実施形態では、第２接合部２２１は、第２開口１６に連通する第１接合口２２１１と、第２開口１６から離れて設けられ第２インターフェースブロック２２２に連通する第２接合口２２１２と、を含む。
図７Ａ～図８Ｂを参照して、本実施形態では、第１接合口２２１１の垂直流路の延在方向ｃの寸法は、第２接合口２２１２の垂直流路の延在方向ｃの寸法よりも小さい。具体的には、第１接合口２２１１及び第２接合口２２１２は、いずれも矩形口であり、全体として第２接合部２２１は漏斗状をなし、第２接合部２２１の対向する両側壁間の挟角は、４５°よりも小さい。これは、マイクロメートルオーダーのマイクロ液滴ｂを個別に流路１４内の流路１４に入り込ませて、流路１４においてマイクロ液滴ｂを単層に排出させつつ、第２接合部２２１においてマイクロ液滴ｂが裂けてしまうことを回避することを目的としている。
本実施形態では、第２インターフェースブロック２２２は、第２入液通路２２２１と、第２出液通路２２２２と、第２制御弁群２２２３と、第２共通通路２２２４とを備え、第２共通通路２２２４は、第１接合口２２１１と連通している。
図７Ａ～図８Ｂを参照して、本実施形態では、第２入液通路２２２１及び第２共通通路２２２４の水力径が、いずれも第２出液通路２２２２の水力径よりも大きい。ここで、第２通液路２２２１及び第２共通通路２２２４の水力直径は、マイクロ液滴ｂの直径より大きいので、マイクロ液滴ｂが流路１４に押し潰されることなく円滑に進入するのを保証することができる。一方、反応終了後のマイクロ液滴ｂは、押し潰されるように絞られ、水力径の小さい第２出液通路２２２２から円滑に排出される。ただし、水力径が大きい第２共通通路２２２４は、第２接合部２２１および第２シールブロック２２３に適合する。
第１制御弁群２１２３及び第２制御弁群２２２３は、二分通路の機能によって、一方向性入液及び一方向性出液の目的を達成することができる。本実施形態では、第１制御弁群２１２３は、第１入液弁２１２５と、第１出液弁２１２６と、を含む。第１入液弁２１２５は第１吸液通路２１２１の開閉を制御し、第１出液弁２１２６は、第１出液通路の開閉を制御される。第２制御弁群２２２３は、第２吸入通路２２２１の開閉を制御する第２入液弁２２２５と、第２吐出通路２２２２の開閉を制御する第２出液弁２２２６とを有する。
本実施形態において、第１シールブロック２１３および第２シールブロック２２３は、いずれも耐熱、耐腐食および生体適合性を有するエラストマー部材であり、材質はシリコーンゴムまたはフッ素ゴムなどを含む。
本実施形態において、第２シールブロック２２３は、第２接合部２２１の構造形状に応じて横断面が矩形の漏斗状に設けられ、一方ではシール作用に用いられ、他方では第２接合部２２１の機能を実現するために用いられる。
他の実施形態では、第２シールブロック２２３は、第２接合部２２１を構成しており、第２シールブロック２２３は、横断面が矩形の漏斗状に構造形状が設計され、シール作用をなす一方、第２接合部２２１の機能をなす。
図７Ａ～図９と合わせて、第１サンプルａがフローセル液体出入装置２００への出し入れ方法は以下の通りである。
ステップＳ１１では、第１接合装置２１における第１入液弁２１２５と第２接合装置２２における第２出液弁２２２６とを開くとともに、第１接合装置２１における第１出液弁２１２６と第２接合装置２２における第２入液弁２２２５とを閉じた状態に保持し、第１サンプルａが第１接合装置２１を通って流路１４内に圧送られ、検出面１７に吸着される。
同様に、第１サンプルａについてシークエンシング分析を行う際には、添加が必要なシーケンシング 用検出試薬が同様の方法で第１開口１５を通って流路１４内に入れられる。
ステップＳ１２は、第１接合装置２１上の第１入液弁２１２５と第２接合装置２２上の第２出液弁２２２６を開くとともに、第１接合装置２１上の第１出液弁２１２６と第２接合装置２２上の第２出液弁２２２５を閉じた状態に保持し、圧力駆動により検出試薬を繰り返し循環吸引し、検出試薬と第１サンプルａとの結合を実現し、さらに核酸分子と蛍光物質（すなわち検出試薬）との結合を実現する。
ステップＳ１３で、反応完了後、検出試薬の吐出が必要となったら、第１接合装置２１における第１出液弁２１２６と第２接合装置２２における第２入液弁２２２５を開くとともに、第１接合装置２１における第１入液弁２１２５と第２接合装置２２における第２出液弁２２２６を閉じた状態を保持し、圧力駆動により、反応完了した検出試薬を第１接合装置２１の第１出液弁２１２６から流路１４に吐出する。第１接合装置２１における第１出液弁２１２５と第２接合装置２２における第２出液弁２２２６を開くとともに、第１接合装置２１における第１出液弁２１２６と第２接合装置２２における第２出液弁２２２５を閉じたまま、検出試薬を第２出液弁２２２６から吐出させてもよいことは理解される。
図７Ａ～図９に合わせて、マイクロ液滴ｂがフローセル液体出入装置２００への出し入れ方法は以下の通りである。
第２接合装置２２における第２入液弁２２２５と第１接合装置２１における第１出液弁２１２６とを開くとともに、第１接合装置２１における第１入液弁２１２５と第２接合装置２２における第２出液弁２２２６を閉じた状態に保持し、マイクロ液滴ｂは、第２接合装置２２を通って流路１４内の流路１４内に圧送られ、流路１４内で増幅反応及び蛍光物質との結合を行う。ただし、マイクロ液滴ｂの反応が完了した後に排出流路１４は不要である。
上記サンプル圧送工程は、実際の使用状況において、複数回のセグメント圧送の工程をさらに含む。
上述の液滴圧送工程は、実際の使用状況において、複数回のセグメント圧送の工程とポンプバックの工程も含む。
図１０を参照して、図９に関連して、本願の実施形態では、サンプル処理部３１と、上述したフローセル液体出入装置２００と、光学イメージング部３２とを備え、サンプル処理部３１がフローセル液体出入装置２００と連通し、フローセル液体出入装置２００内にサンプルを添加ためのサンプル分析システム３００であって、フローセル液体出入装置２００は、光学イメージング部３２の撮像領域内に位置し、光学イメージング部３２によるフローセル液体出入装置２００における流路１４の画像の取り込みを容易にする。
サンプル処理部３１は、サンプルの前処理を行うものであり、サンプル貯蔵装置３３とサンプル配布装置３４とから主に構成される。このうち、サンプル貯蔵装置３３は、複数種類のサンプル及び複数種類の試薬の個別記憶に用いられ、サンプル配布装置３４は、複数種類のサンプル及び複数種類の試薬をそれぞれ流路１４に入れる。
図７Ａ～図８Ｂを参照して、本実施形態において、測定対象となるサンプルは、第１サンプルａと、マイクロ液滴ｂを形成するための第２サンプルと、から主としてなる核酸分子であり、複数の試薬は、ミネラルオイル、ｄＮＴＰ、蛍光標識分子プローブ、デオキシリボ核酸オリゴ、酵素、リン酸緩衝液、バイオ酵素などである。マイクロ液滴ｂには、実際の必要に応じて前述の試薬を加えてもよい。第１サンプルａと第２サンプルは、封止フィルムに封止された小管内に独立して格納されており、小管はサンプル貯蔵装置３３上に位置しており、サンプル貯蔵装置３３上には複数の独立したセルビットが設けられており、他の試薬は上記独立したセルビット内に独立して封入されており、サンプル貯蔵装置３３の貯蔵温度は比較的低く、４℃程度である。
図１０を参照して、本実施形態においてサンプル配布装置３４は、第１サンプル配布装置３４１と、第２サンプル配布装置３４２とを備える。第１サンプル配布装置３４１は、第１接合装置２１と連通しており、第１接合装置２１と第１開口１５を通じて、第１サンプルａおよび対応する検出試薬を流路１４内に注入するためのものである。流路１４に第１サンプルａが進入すると、第１サンプルａのナノボールが検出面１７に吸着し、反応中、その都度、第１サンプル配布装置３４１により、サンプル貯蔵装置３３内に貯蔵されている必要な検出試薬が第１開口１５を通って流路１４内に注入される。第２サンプル配布装置３４２は、第２接合装置２２に連通し、第２サンプルと当該試薬を混合して混合液をマイクロ液滴ｂにし、第２接合装置２２と第２開口１６を通じて流路１４内に注入する。
図１０を参照して、本実施形態において、第２サンプル配布装置３４２は、第２サンプルと当該試薬との混合液からマイクロ液滴ｂを生成するマイクロ液滴発生装置３７をさらに備え、具体的には、マイクロ制御液滴生成器や振とう乳化器などであってもよい。
図１１Ａ～図１２Ｂを参照して、光学イメージング部３２は、２つのモードを有し、１つのモードは、２種類のレンズセットを用いて検出面１７上の核酸分子アレイ及び流路１４内の液滴アレイをそれぞれイメージングするモードであり、もう一つのモードは、１つのレンズセットを用いて、レンズセットに結像面と視野範囲を調整可能なレンズを追加することにより、検出面１７上の核酸分子アレイ及び流路１４内の液滴アレイをイメージングするという目的を達成するモードである。
図１１Ａ及び図１１Ｂを参照して、第１モードにおいて、光学イメージング部３２は、第１サンプルａを撮像するための第１レンズモジュール３２１と、マイクロ液滴ｂを撮像するための第２レンズモジュール３２２とを含む。
本実施形態では、第１レンズモジュール３２１の焦点距離は、第２レンズモジュール３２２の焦点距離よりも小さく、第１レンズモジュール３２１の視野径は、第２レンズモジュール３２２の視野径よりも小さい。具体的には、第１レンズモジュール３２１の焦点距離は１～２μｍ、視野径は１～２ｍｍ程度、第２レンズモジュール３２２の焦点距離は１～２ｍｍ程度、視野径は５～１０ｍｍ程度である。第１レンズモジュール３２１の拡大倍率は、第２レンズモジュール３２２の拡大倍率よりも大きいため、第１レンズモジュール３２１は、ナノボール構造の第１サンプルａに対してシャープなイメージを行うことができる。
したがって、第１レンズモジュール３２１および第２レンズモジュール３２２によって撮像されたイメージデータは、それぞれ計画された記憶経路にそれぞれ保存される。これらのイメージデータは、具体的な応用面での分析に使用されるものであり、腫瘍や癌の早期スクリーニングや診断、感染症原因の検出分析などを含む。
図１２Ａ及び図１２Ｂを参照して、他のモードにおいて、光学イメージング部３９は、ナノスケールサイズの第１サンプルａを撮像する焦点距離が一定のレンズを含む第３レンズモジュール３２３を備える。ミクロンオーダーのサイズのマイクロ液滴ｂをイメージング必要がある場合には、第３レンズモジュール３２３に補償レンズモジュール３２４を追加して実現し、補償レンズモジュール３２４は、結像焦点面および視野範囲を調整する。
図１３のa～図１３ｄを参照して、流路１４における大きさの不均一なマイクロ液滴（マイクロ液滴ｂ）のイメージおよび統計解析画像である。ここで、流路１４の光学イメージング領域は、第２レンズモジュール３２２によって画像採取されており、試験条件は、蛍光色素Ｃｙ５が標識された核酸分岐、Ｃｙ５濃度が約７ｍＭ、５００倍希釈後振とう乳化法により調製した油中水マイクロ液滴；励起光が波長５３２ｎｍ、電力が２～５Ｗの緑色レーザー、焦点面は１．５μｍ固定；ＭＡＴＬＡＢによりマイクロ液滴径及び数を画像統計解析した。
その結果、図１３のaはフローセル平面図であり、連続して撮影した６０つ視野接するマイクロ蛍光画像によりつなぎ合わせて合成したサムネイル画像であり、流路１４に寸法分布が不均一なマイクロ液滴（マイクロ液滴ｂ）が図示されている。図１４Ｂは、流路１４のエッジの検出面１７に密集した小さな液滴（第１サンプルａ）の分布を示す。図１４Ｃでは流路１４の中の一部の大きな液滴は統計データに入っておらず、図１３のｂを対比して解析したところ、画像つなぎ合わせが液滴の真円度差に影響し、統計精度に影響を及ぼしている可能性がある。図１３のｄは、流路１４におけるマイクロ液滴ｂの蛍光強度と半径集計結果図であり、図からほぼ正規分布であることが分かる。
図１４を参照して、流路１４において、均一な大きさのマイクロ液滴（マイクロ液滴ｂ）のイメージング像である。ここで、第２レンズモジュール３２２による流路１４の光学イメージング領域の撮像は、図中流路１４のアレイ状に配列されたマイクロ液滴ｂが分かるように行われる。
図１５を参照して、第１レンズモジュール３２１により採取された第１サンプルａ（配列測定の核酸ライブラリーや特定の絡み合ったＤＮＡナノボールを含む）の光信号からなる像は、図からわかるように、第１サンプルａ（ＤＮＡナノボール、直径約２００ｎｍ）がアレイ状に並べられ、輪郭が明瞭な蛍光像が観察された。
本実施の形態では、サンプル分析システムは、流路１４に連通し、システム管路及び流路１４を洗浄するための洗浄ユニット３８をさらに備えている。
図１０を参照して、図９を参照すると、実際の応用においては、フローセル１００は取付台（図示せず）に取り付けられ、フローセル１００の第１開口１５と第１接合装置２１とが第１シールブロック２１３によって封止接合され、フローセル１００の第２開口１６と第２接合装置２２とが第２シールブロック２２３によって封止接合される。第１接合装置２１及び第２接合装置２２とサンプル配布装置３４とは管路で接続されており、上流ポンプ３５（例えば、シリンジポンプ）によりサンプルの吸引が行われている。第１接合装置２１及び第２接合装置２２と洗浄ユニット３８とは、管路を介して接続されており、下流ポンプ３６（例えば、シリンジポンプ）により洗浄剤の注入及び廃液の排出が行われる。サンプル配布装置３４は、上流ポンプ３５、第１接合装置２１、第２接合装置２２及び下流ポンプ３６がいずれも制御装置（図示せず）に接続され、制御装置によって起動又は導通される。
図７Ａ～図１０を参照して、上述したサンプル分析システム３００を用いたサンプルの分析方法は、以下のステップを含む。
ステップ１では、第１サンプルaと第２サンプルの２つのサンプルを用意します。
本実施形態において、第１サンプルａは、ナノサイズの特徴を有するナノボールである。第２サンプルは、マイクロサイズの特徴を有するマイクロ液滴ｂを生成するために用いられる。
本実施形態において、第１サンプルａ、第２サンプル、その他必要な複数の試薬は、全てサンプル貯蔵装置３３内に貯蔵されている。ここで、第１サンプルａおよび第２サンプルは、封止膜により封止された小管内に独立して貯蔵されており、小管はサンプル貯蔵装置３３上に位置しており、サンプル貯蔵装置３３上には複数の独立したウェルが設けられており、他の試薬は上記独立したウェル内に独立して封入されており、サンプル貯蔵装置３３の貯蔵温度は４℃程度と比較的低い。ここで、複数の試薬は、ミネラルオイル、ｄＮＴＰ、蛍光標識分子プローブ、デォキシリボ核酸オリゴ、酵素、リン酸緩衝液、バイオ酵素などである。
ステップ２では、流路１４内に第１サンプルａを注入する。
第１サンプルａを収容した密封小管の封止膜を突き刺し、第１サンプルａをサンプル貯蔵装置３３の密封小管から圧力駆動的に抜き出し、第１サンプル配布装置３４１により第１サンプルａを第１接合装置２１を介して流路１４に吸い込み、検出面１７に第１サンプルａを吸着させてアレイ状に配置される。
本実施形態では、上流ポンプ３５の吸引により第１サンプルａが第１接合装置２１に吸い込まれる。
ステップ３では、一定時間（例えば３０分間）静置し、活性基間の相互作用により核酸ナノボール（すなわち第１サンプルａ）が検出面１７に十分に吸着し、比較的規則的に配列したナノ核酸分子アレイを形成する。
ステップ４は、第１サンプルａを検出分析するものであり、具体的には、本実施形態は、核酸分子をシーケンシングするものであり、シーケンシング方法は以下の工程を含む。
まず、圧力駆動下において、第１種類の蛍光物質ポンプを流路１４内に吸引し、吸引を繰り返すことにより、第１サンプルａに第１種類の蛍光物質を結合させ、反応が完了した後に残りの第１種類の蛍光物質を第２開口１６を通して流路１４に排出する。同様に、他の蛍光物質と第１サンプルａとの結合が行われ、一つの蛍光物質が投入される毎に、ナノボールアレイにおけるこの蛍光物質と結合した第１サンプルａが蛍光信号を発する。
そして、サイクルごとに生じた蛍光信号をイメージング分析し、第１サンプルａの配列情報を得る。
具体的には、流路１４に投入された蛍光物質を圧力駆動により繰り返し循環的に抽出してアレイ中の核酸分子と蛍光物質との結合を図り、サイクル反応毎に生じた蛍光信号をイメージング分析することで、第１サンプルａにおける一段の塩基の配列順序を所望の長さの塩基順序分析まで得ることができ、この方法により未知の核酸分子の配列情報を検出してシーケンシングの目的を達成することができる。
本実施形態において、イメージング解析は、光学結像モジュール３２によって実現され、具体的には、高倍率の第１レンズモジュール３２１を用いて核酸ナノボールのイメージング解析が実現される。その配置される対物レンズとレンズは、焦点距離と視野径が小さく、焦点距離が約１～２μｍ、視野径が約１～２ｍｍの組み合わせで配置される。図１５に示すように、ＤＮＡナノボール（直径約２００ｎｍ）の蛍光画像である。
ステップ５は、第２サンプルをマイクロ液滴ｂに形成し、マイクロ液滴ｂを流路１４内に注入する。
第２サンプルを収容した封止小管の封止フィルムを突き刺し、第２サンプルを圧力駆動により検体記憶装置３３中の封止小管から抜き取り、サンプル貯蔵装置３３中の他の試薬と混合して混合液を形成し、第２サンプルを含む混合液が第２サンプル配布装置３４２内に位置し、圧力駆動下で、第２サンプルを含む混合液を第２サンプル配布装置３４２を介してマイクロ液滴発生装置３７に注入する。第２サンプルは、マイクロ液滴発生装置３７（例えば、マイクロ制御液滴生成器や振とう乳化器）内でマイクロ液滴ｂを発生させる。さらにマイクロ液滴ｂを第２接合装置２２を介して流路１４内に注入し、しばらく静置し、流路１４内にアレイ状に配列された液滴アレイを多数の液滴が安定して浮遊する。
本実施形態において、上流ポンプ３５による吸引によって第２サンプルと他の試薬とを均一に混合し、上流ポンプ３５によって混合液をマイクロ液滴発生装置３７に汲み上げ、さらに、上流ポンプ３５によってマイクロ液滴ｂを第２接合装置２２を介して流路１４内に注入する。
本実施形態において、マイクロ液滴ｂは、マイクロメートルサイズの特徴を有する核酸分子被覆物及び共重合体（例えば、核酸マイクロ液滴）であり、このうち、マイクロ液滴ｂ内には、核酸分子の増幅に必要な原料物質が含まれている。
ステップ６は、第２サンプルを分析する。液滴アレイは、流路１４内において、対応する蛍光物質と結合して蛍光シグナルを発生させるための複数サイクル増幅反応を起こす。１サイクルあたりの増幅反応による蛍光信号をイメージング分析し、第２サンプルの配列情報を取得し、配列の第２サンプルにおけるある塩基の含有量を既知とした。
具体的には、しばらく静置して、マイクロ液滴（マイクロ液滴ｂ）の浮遊を安定させて相対的な静止を維持したまま、特定温度又は特定温度勾配を維持した循環で流路１４をインキュベートすることにより、マイクロ液滴中の核酸分子を蛍光物質に結合させ、特定反応時間により、マイクロ液滴の蛍光信号を第２レンズモジュール３２２によりフローセルをイメージングカウント分析することにより、第２サンプルの核酸分子中の或る塩基の含量を求めることができる。これにより、既知の配列核酸分子の定性及び定量解析が可能となる。
洗浄ステップは、洗浄ユニット３８を起動し、洗浄ユニット３８により特定の洗浄試薬（例えばＴｗｅｅｎ－２０、水酸化ナトリウム溶液）と水を抽出してシステムラインを洗浄し、洗浄後のシステムについて次の検出分析を行うことができる。ただし、洗浄工程は、第１サンプルａ検出処理において、システム管路と流路１４の洗浄を、異なる２種類の蛍光物質を追加して行ってもよい。また、第１サンプルａの検出が完了し、マイクロ液滴ｂの検出が必要ならば、システム管路や流路１４を洗浄する必要がある。
以上のステップにおいて、ステップ１～ステップ４によって、ナノ核酸分子アレイ（第１サンプルａ）の配列解析、ステップ５及びステップ６によって、核酸分子を包むマイクロ液滴アレイ（マイクロ液滴ｂ）の検出解析、両解析段階は相対独立性を有し、完全なシステム動作ロジックは、ステップ１～ステップ４を含み、またはステップ５とステップ６、またはステップ１～ステップ６、洗浄ステップの進行は実際の状況に応じたものとなる。
本発明実施形態が提供するサンプル分析システム３００は、遺伝子シーケンシング技術と液滴ＰＣＲ技術を組み合わせることで、多数の既知・未知の病原に起因する疾患の分析を実現でき、コストパフォーマンスが高く、検出効率が高いサンプル分析システム３００を提供し、複数の機能の統合を実現し、操作の流れが簡単で、大量の核酸サンプルを消費する必要がなく、サンプリングの需要を低減し、希少な核酸サンプルの全体分析に資し、物理資源に対するニーズは相対的に少なく、実験室の電源、テーブル、計算及び記憶資源などのインフラ及び機器管理に対する配慮又はソフトウェアニーズは相対的に低い。
本発明のフローセルは、流路に流路と検出面を構築することにより、異なるサンプルアレイを同一の流路系に配列させることが可能となり、フローセル内で認識可能な内容物の種類を著しく向上させ、病原菌や感染性ウイルスの検出分析を例にとって、既知種と未知種の病原菌や感染性ウイルスの検出分析に利用し、両分析のコストパフォーマンスを両立させることができる。
サンプル分析システムは、上述したフローセルを有し一意な光イメージング部を備えることで、多次元サイズの核酸サンプルの分析検出を実現でき、検出内容がより豊富で、低デマンドでの検出を満足でき、高デマンドでの検出も満足できるとともに、分析性能を向上できるものであり、液滴ＰＣＲ応用を例にとると、本願は分析する液滴の数ひいては標的濃度の検出ダイナミックレンジを顕著に向上させることができる。
本発明のフローセルは繰り返し利用でき、フローセルの利用率を向上させるとともに、フローセルのコストを低減する。
なお、以上の実施例は、本発明を限定するものではなく本発明を説明するためのものであるから、好ましい実施例を参照して詳細に説明されたが、当業者は、本願の精神及び範囲から逸脱することなく、本願の技術的範囲を変更又は均等に置換することができることを理解すべきである。
１００ フローセル
１１ 第１カバーシート
１２ 第２カバーシート
１３ スペーサ層
１４ 流路
１７ 検出面
１７１ 活性領域
１７２ 分離領域
１５ 第１開口
１６ 第２開口
２００ フローセル液体出入装置
２１ 第１接合装置
２１１ 第１接合部
２１２ 第１インターフェースブロック
２１２１ 第１入液通路
２１２２ 第１出液通路
２１２３ 第１制御弁群
２１２４ 第１共通通路
２１２５ 第１入液弁
２１２６ 第１出液弁
２１３ 第１シールブロック
２２ 第２接合装置
２２１ 第２接合部
２２１１ 第１接合口
２２１２ 第２接合口
２２２ 第２インターフェースブロック
２２２１ 第２入液通路
２２２２ 第２出液通路
２２２３ 第２制御弁群
２２２４ 第２共通通路
２２２５ 第２入液弁
２２２６ 第２出液弁
２２３ 第２シールブロック
３００ サンプル分析システム
３１ サンプル処理部
３２、３９ 光学イメージング部
３２１ 第１レンズモジュール
３２２ 第２レンズモジュール
３２３ 第３レンズモジュール
３２４ 補償レンズモジュール
３３ サンプル貯蔵装置
３４ サンプル配布装置
３４１ 第１サンプル配布装置
３４２ 第２サンプル配布装置
３５ 上流ポンプ
３６ 下流ポンプ
３７ マイクロ液滴発生装置
３８ 洗浄ユニット
ａ 第１サンプル
ｂ マイクロ液滴
ｃ 流路の延在方向

Claims (21)

  1. フローセルであって、
    第１カバーシートと、
    前記第１カバーシートに対向して設けられた第２カバーシートと、
    前記第１カバーシートと前記第２カバーシートとの間に並設され、各スペーサ層の両側がそれぞれ前記第１カバーシート及び前記第２カバーシートに接触して、前記第１カバーシートと、前記第２カバーシートと、隣接する２つの前記スペーサ層間に共通して一つの流路を形成し、前記第１カバーシートにおける前記第２カバーシートに近い表面に検出面を形成する少なくとも２つスペーサ層と、
    前記流路の一端に設けられ、前記検出面に吸着される第１サンプルを前記流路に注入するための第１開口と、
    前記流路の他端に設けられ、第２サンプルを含むマイクロ液滴を前記流路に注入するための第２開口と、を備えることを特徴とするフローセル。
  2. 前記第１開口の水力半径は、前記第２開口の水力半径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のフローセル。
  3. 前記検出面は、前記第２カバーシートにおける前記第１カバーシートに近い表面にも設けられていることを特徴とする請求項２に記載のフローセル。
  4. 前記第１開口の水力半径が０．０７５ｍｍ～０．７５ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載のフローセル。
  5. 前記第２開口の水力半径が０．０２ｍｍ～０．２ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載のフローセル。
  6. 前記スペーサ層が接着層であることを特徴とする請求項１に記載のフローセル。
  7. 前記第１開口と前記第２開口は、いずれも前記第１カバーシート又は前記第２カバーシートに設けられていることを特徴とする請求項１に記載のフローセル。
  8. フローセル液体出入装置であって、
    請求項１～７のいずれかに記載のフローセルと、
    第１接合装置と、
    第２接合装置とを備え、
    前記第１接合装置が前記第１開口と連通し、前記第２接合装置が前記第２開口と連通していることを特徴とするフローセル液体出入装置。
  9. 前記第２接合装置は、第２接合部を備え、前記第２接合部は、第１接合口と、第２接合口とを含み、前記第２接合口は、前記第２開口に連通し、前記第１接合口は、前記第２開口から離れて設けられ、前記第１接合口の前記流路の延在方向に沿った寸法は、前記第２接合口の前記流路の延在方向に沿った寸法よりも小さいことを特徴とする請求項８に記載のフローセル液体出入装置。
  10. 前記第２接合装置は、第２インターフェースブロックと、第２シールブロックと、をさらに含み、前記第２インターフェースブロックは、前記第１接合口に連通され、前記第２シールブロックは、前記第２接合部に挿設されることを特徴とする請求項９に記載のフローセル液体出入装置。
  11. 前記第２インターフェースブロックは、第２入液通路、第２出液通路、第２制御弁群、および第２共通通路を備え、前記第２共通通路は、前記第１接合口と連通していることを特徴とする請求項１０に記載のフローセル液体出入装置。
  12. 前記第２入液通路及び前記第２共通通路の水力半径は、いずれも前記第２出液通路の水力半径よりも大きいことを特徴とする請求項１１に記載のフローセル液体出入装置。
  13. 前記第１接合装置は、第１接合部と、第１インターフェースブロックと、第１シールブロックとを含み、前記第１接合部は、一端が前記第１開口に連通し、他端が前記第１インターフェースブロックに連通し、前記第１シールブロックは、前記第１接合部に挿設されることを特徴とする請求項８に記載のフローセル液体出入装置。
  14. 前記第１インターフェースブロックは、第１入液通路、第１出液通路、第１制御弁群及び第１共通通路を含み、前記第１共通通路は前記第１接合部に連通していることを特徴とする請求項１３に記載のフローセル液体出入装置。
  15. サンプル分析システムであって、
    請求項８～１４のいずれか一項に記載のフローセル液体出入装置であるフローセル液体出入装置と、
    前記第１接合装置を介してフローセルに第１サンプルを注入する第１サンプル配布装置と、
    第２サンプルをマイクロ液滴化し、前記第２接合装置を介して前記フローセルに注入する第２サンプル配布装置と、
    フローセルの画像を取得する光学イメージング部と、を備えることを特徴とするサンプル分析システム。
  16. 前記第２サンプル配布装置は、マイクロ液滴発生装置を含むことを特徴とする請求項１５に記載のサンプル分析システム。
  17. 前記光学イメージング部は、第１レンズモジュールと、第２レンズモジュールと、を含み、前記第１レンズモジュールは、前記第１サンプルの撮像に用いられ、前記第２レンズモジュールは、前記マイクロ液滴の撮像に用いられ、前記第１レンズモジュールの焦点距離は前記第２レンズモジュールの焦点距離より小さく、前記第１レンズモジュールの視野径は前記第２レンズモジュールの視野径よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載のサンプル分析システム。
  18. 前記第１レンズモジュールの焦点距離は１～２μｍ、視野径は１～２ｍｍ、前記第２レンズモジュールの焦点距離は１～２ｍｍ、視野径は５～１０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１７に記載のサンプル分析システム。
  19. 前記第１レンズモジュールの拡大倍率は、前記第２レンズモジュールの拡大倍率よりも大きいことを特徴とする請求項１７に記載のサンプル分析システム。
  20. 前記光学イメージング部は、第３レンズモジュールと、補償レンズモジュールとを含むことを特徴とする請求項１５に記載のサンプル分析システム。
  21. 前記フローセルに連通する洗浄ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載のサンプル分析システム。
JP2022548386A 2020-09-04 2020-09-04 フローセル、フローセル液体出入装置及びサンプル分析システム Pending JP2023513559A (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2020/113624 WO2022047755A1 (zh) 2020-09-04 2020-09-04 流动池、流动池进出液装置及样本分析系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023513559A true JP2023513559A (ja) 2023-03-31

Family

ID=80492431

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022548386A Pending JP2023513559A (ja) 2020-09-04 2020-09-04 フローセル、フローセル液体出入装置及びサンプル分析システム

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230311125A1 (ja)
EP (1) EP4209572A1 (ja)
JP (1) JP2023513559A (ja)
CN (1) CN115003786A (ja)
WO (1) WO2022047755A1 (ja)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4406587B2 (ja) * 2004-08-13 2010-01-27 アルプス電気株式会社 検査用プレート
EP2737047B1 (en) * 2011-07-25 2019-09-04 Qvella Corporation Methods and devices for electrical sample preparation
JP5837429B2 (ja) * 2012-01-25 2015-12-24 株式会社日立ハイテクノロジーズ 核酸分析用反応デバイスの再生方法およびその方法に用いる洗浄機構を有する核酸分析装置
JP2014020832A (ja) * 2012-07-13 2014-02-03 Hitachi High-Technologies Corp 生体物質分析用フローセルと生体物質分析装置
CN105861299B (zh) * 2016-05-05 2018-05-22 广东顺德工业设计研究院(广东顺德创新设计研究院) 微滴式数字pcr荧光检测系统和荧光检测装置
EP3850336A4 (en) * 2018-09-14 2022-02-09 Illumina, Inc. FLOW CELLS AND ASSOCIATED METHODS
CN109370891B (zh) * 2018-10-26 2022-01-04 郑州大学 一种生物芯片及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP4209572A1 (en) 2023-07-12
CN115003786A (zh) 2022-09-02
WO2022047755A1 (zh) 2022-03-10
US20230311125A1 (en) 2023-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9243288B2 (en) Cartridge with lysis chamber and droplet generator
CN102206573B (zh) 用于微阵列芯片的自动进样装置及自动进样杂交微阵列芯片
EP2802417B1 (en) Microfluidic reactor system
Jebrail et al. Let's get digital: digitizing chemical biology with microfluidics
US9056291B2 (en) Microfluidic reactor system
CN1110369C (zh) 用于测定和加工分析物的中尺度样品制备设备和系统
US8257666B2 (en) Integrated active flux microfluidic devices and methods
Eicher et al. Microfluidic devices for diagnostic applications
WO2015160864A1 (en) Portable nucleic acid analysis system and high-performance microfluidic electroactive polymer actuators
JP2015510111A5 (ja)
US20210237050A1 (en) Disposable bioassay cartridge and method of performing multiple assay steps and fluid transfer within the cartridge
EP1845374A1 (en) Form inhibitor membrane for a flow-through cell
JP6931540B2 (ja) 検体処理チップを用いた送液方法、検体処理チップの送液装置
Rodriguez-Mateos et al. FISH and chips: a review of microfluidic platforms for FISH analysis
CN108344876A (zh) 微流体测定装置及使用其的测定方法
JP2023513559A (ja) フローセル、フローセル液体出入装置及びサンプル分析システム
WO2017213074A1 (ja) 流体デバイス、システムおよび試料物質の検出方法
CN207362225U (zh) 用于核酸检测的多通道微滴检测芯片
CN111632631A (zh) 微流控基板、微流控装置及流体驱动方法
Liu et al. Micro-Total-Analysis Systems Based on a Laser Valve for Single Cells Auto Injection and Analysis

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220808

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230816

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230822

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20231117

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20231219