JP2023546535A - 食品品質の特性評価および食品安全性の向上に適用される標的検出のためのシステムおよび方法 - Google Patents
食品品質の特性評価および食品安全性の向上に適用される標的検出のためのシステムおよび方法 Download PDFInfo
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Abstract
標的検出のためのシステム、方法およびプラットフォームである。本システムは、ベース基板と、基板の広い表面に規定されたサンプル処理領域のセットであって、サンプル処理領域のセットの各々が、各サンプル処理領域の上流端と下流端との間に勾配を付けて配置されたマイクロウェルサブアレイのセットと、各サンプル処理領域を隣接するサンプル処理領域から分離する境界とを含む、サンプル処理領域のセットと、結合モードでベース基板と嵌合するように構成されたカバー基板とを備え、カバー基板が、結合モードでベース基板とカバー基板を嵌合させる際にサンプル処理領域のセットと整列する通気チャネルのネットワークを含み、通気チャネルのネットワークが、ベース基板とマイクロウェルアセンブリの周囲の環境との間のガス交換を提供する。本発明は、ＭＰＮアッセイに使用することができる。【選択図】図１Ａ
Description
本発明は、概して食品安全の分野に関し、より具体的には、食品品質の特性評価および食品安全性の向上に適用される標的検出のための新規かつ有用なシステムおよび方法に関する。
関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年１０月１３日に出願された米国仮出願第６３／０９１，１０１号の利益を主張するものであり、その全体はこの引用により本明細書に援用されるものとする。
本出願は、２０２０年１０月１３日に出願された米国仮出願第６３／０９１，１０１号の利益を主張するものであり、その全体はこの引用により本明細書に援用されるものとする。
微生物の同定および／または定量は、消耗品（例えば、食品、飲料、サプリメント、局所消耗品など）の品質や安全性に関連する分野を含む多くの分野に関連している。微生物の有無を検出するためにそのような消耗品のサンプルを培養することは、通常時間がかかり、手作業であり、コストの制約を受けるため、それらの欠点や他の欠点を解決するための新しい技術を開発する動機を与えている。
食品産業は、原材料の生産、調達および取り扱いから、完成品の製造、流通および消費に至る様々な段階にわたって、汚染物質、病原体および品質指標を含む、食品安全および衛生に関する多数のパラメータの監視するための多くの要件に従うものとなっている。それらの要件の１つの側面として、微生物の食品品質指標（ＱＩ）の計数がある。そのようなＱＩの特性評価は、（例えば、腐敗、保存期間に対する）製品の品質およびプロセスの衛生に関する指標を提供し、病原菌の発生を予測するのに役立つ。食品および環境サンプル中のＱＩを計数するためのいくつかの方法が存在し、最も広く使用されているのはコロニー計数法（例えば、寒天培地の実装、乾燥試薬を含むすぐに使えるパッドの実装など）、最確数（ＭＰＮ）手法であるが、そのような手法は、人為的なミス、固有のアッセイのバラツキ、技術的再現性の低さ、結果までの長い時間、自動化の欠如、検出に関連する阻害、計数範囲の制限、低い感度、デジタル読み出しとは対照的なアナログ、高コスト、高い廃棄度、複雑なワークフロー、低いスループットおよび食品マトリクスの不適合のうちの１または複数を起こし易い。さらに、この手法は様々な標的微生物の計数および特性評価のために特殊な試薬を必要とする場合がある。
臨床環境では、病原性微生物が、抗菌剤に対して様々な程度の感受性を示す場合がある。このため、臨床医は、病原体の種または株と、様々なクラスの抗菌剤およびその組合せに対する感受性の両方を特定することによって、しばしば恩恵を受けることがある。しかしながら、当該技術分野で使用される微生物感染症の臨床評価方法は、典型的には、抗菌剤感受性を特定するために少なくとも１６～４８時間を必要とし、上述したものと同様の欠陥を被り易い。
そのため、食品の品質を特性評価し、食品の安全性を向上させることに応用できる、標的検出のための新規かつ有用なシステムおよび方法が必要とされている。
本発明の好ましい実施形態の以下の説明は、本発明をそれらの好ましい実施形態に限定することを意図するものではなく、当業者が本発明を製造および使用できるようにすることを意図するものである。
１．利点
本発明は、従来のシステムおよび方法に勝るいくつかの利点を与えることができる。
本発明は、従来のシステムおよび方法に勝るいくつかの利点を与えることができる。
特に、本発明は、分配に関連する手動ステップの最小化に関して、合理的、効率的かつ／または自動的な方法で、サンプル分配（例えば、ＭＰＮアッセイのため）を伴う標的検出アッセイのための革新的なソリューションを提供するという利点を与えることができる。また、本発明は、様々な産業においてコスト的に不利にならないスループットの高い方法で複数のサンプルを並行して処理することができるような、サンプル処理消耗品の革新的な設計を含む。そのような設計は、任意選択的には、以下でより詳細に説明するように、自動化されたサンプル塗布および分配、制御された液体拡散、制御されたサンプル封じ込め、可変体積サンプル分配、湿度制御、蒸発防止、および／またはクロストーク防止を提供するように機能する構造および機能を含む。
また、本発明は、人為的ミス、ワークフローの複雑さ、固有のアッセイのバラツキ、および標的の特性評価および計数に必要な時間を大幅に低減する形で、標的検出のためのシステムおよび方法を提供するという利点も与える。
また、本発明は、処理ステップを自動化および／または簡素化するという利点も与え、いくつかの態様では、ＭＰＮアッセイのためのサンプル（例えば、体積１ｍＬ以下のサンプル、体積１ｍＬを超えるサンプル）を自動的に分配することができる。少量を効率的に処理することにより、本発明は、アッセイ操作に関連する無駄を大幅に削減し、実行の成功を最適化し、実行間および／または異なるユーザ間の一貫性を最適化することもできる。
また、実施例において、本発明は、少量を実施して、発色基質などの変換された酵素基質が検出閾値に到達するのに必要な時間を大幅に短縮し、それによって結果までの時間および検査所要時間を大幅に短縮するという利点も与えることができる。また、サンプルを迅速な方法で小さなパーティションに分割することにより、計数範囲が広がり、ＭＰＮ推定の精度が向上する。
また、本発明は、変換された酵素基質の生成および／または比色および／または蛍光（例えば、マルチチャネル蛍光）法による検出に関連する阻害問題を緩和する利点も与える。
また、本発明の態様は、微生物を成長させるための構造および環境を提供するとともに、費用対効果および時間効率の高い方法で微生物の成長および／または数を迅速に分析するためのキット、組成物、方法および装置を提供する利点も与える。
さらに、本発明は、微生物の増殖および検出のための閉鎖システムを提供し、潜在的に有害な病原体による実験室汚染を防止することができる。
さらに、ソフトウェアおよびワークフローの改善により、システムおよび／または方法は、ユーザが実行する手動操作の数を最小限に抑え、円滑な操作およびサンプル処理を保証するために関連するシステムステータスレポートを提供することができる。
追加的または代替的には、本システムおよび／または方法は、他の任意の適切な利点をもたらすことができる。
２．マイクロウェルプレート
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、標的検出のためのマイクロウェルアセンブリ１００の一実施形態は、ベース基板１１０と、基板１１０の広い表面に規定されるサンプル処理領域のセット（サンプル処理領域１２０を含む）を含み、サンプル処理領域のセットの各々は、サンプル処理領域１２０の上流端１０と下流端９０との間に勾配を付けて配置されるマイクロウェルサブアレイ１３０のセットと、サンプル処理領域１２０を隣接するサンプル処理領域と分離する境界１９０とを含む。各サンプル処理領域に対するマイクロウェルサブアレイの勾配に関連して、第１の特性寸法（例えば、最小の特性寸法）を有するウェルを含む最初のマイクロウェルサブアレイ１３０を上流端１０に配置することができ、第２の特性寸法（例えば、最大の特性寸法）を有するウェルを含む終端のマイクロウェルサブアレイ１７０をサンプル処理領域１２０の下流端９０に配置することができ、以下でより詳細に記載する他の態様を有する。
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、標的検出のためのマイクロウェルアセンブリ１００の一実施形態は、ベース基板１１０と、基板１１０の広い表面に規定されるサンプル処理領域のセット（サンプル処理領域１２０を含む）を含み、サンプル処理領域のセットの各々は、サンプル処理領域１２０の上流端１０と下流端９０との間に勾配を付けて配置されるマイクロウェルサブアレイ１３０のセットと、サンプル処理領域１２０を隣接するサンプル処理領域と分離する境界１９０とを含む。各サンプル処理領域に対するマイクロウェルサブアレイの勾配に関連して、第１の特性寸法（例えば、最小の特性寸法）を有するウェルを含む最初のマイクロウェルサブアレイ１３０を上流端１０に配置することができ、第２の特性寸法（例えば、最大の特性寸法）を有するウェルを含む終端のマイクロウェルサブアレイ１７０をサンプル処理領域１２０の下流端９０に配置することができ、以下でより詳細に記載する他の態様を有する。
いくつかの実施形態では、図１Ｂに示すように、マイクロウェルアセンブリ１００が、結合モードでベース基板１１０と嵌合するように構成されたカバー基板２１０を含むことができ、カバー基板２１０が、（結合モードで）ベース基板１１０を向く通気チャネルのネットワーク２２０を含み、通気チャネルのネットワークが、ベース基板１１０とカバー基板２１０を嵌合させる際にサンプル処理領域のセットと整列し、ベース基板１１０と環境５０（マイクロウェルアセンブリの周囲の環境、ベース基板１１０とカバー基板２１０との間の局所的な環境など）との間のガス交換を提供する。カバー基板２１０は、以下でより詳細に説明するように、１または複数の機能層によってベース基板１１０から分離することもできる。
マイクロウェルアセンブリ１００は、最確数（ＭＰＮ）決定における特定の用途で、低コストで迅速にサンプルを分配および処理するための機構を提供するように機能する。特に、マイクロウェルアセンブリは、サンプルボリュームを受け入れ、それを（例えば、最小限のユーザ手動介入で）マイクロウェルの複数のサブアレイにわたって分配することができ、各サブアレイは特性寸法を有し、それにより、（例えば、食品安全／食品品質のアプリケーション、他のアプリケーションのために）並行して複数のサンプルにわたる連続希釈試験の迅速な操作および実行を容易にして、サンプル中の１または複数の標的微生物の濃度を測定することができる。マイクロウェルアセンブリ１００は、マイクロウェルの内容物および／またはマイクロウェルアセンブリ１００を取り巻く環境との間のガス交換を可能にする一方で、液体交換を防止し、それにより湿度制御を提供するとともに、蒸発を防止することができる。また、マイクロウェルアセンブリ１００は、処理中の異なるサンプル間の液体、病原体および／または変換基質のクロストークを防止することもできる。マイクロウェルアセンブリ１００の追加の機能は、マイクロウェルアセンブリ１１０の個々の要素に関して、以下でさらに詳細に説明する。
２．１ ベース基板およびマイクロウェルサブアレイを有するサンプル処理領域
２．１．１ ベース基板
図１Ａに示すように、マイクロウェルアセンブリ１００は、以下にさらに詳細に説明するサンプル処理領域のセットを支持するベース基板１１０を含む。すなわち、ベース基板１１０は、サンプルのセットを支持するように機能するとともに、サンプルのセット中の微生物の存在を検出し、濃度を推定し、かつ／または特性評価するためのプロセスを容易にするように機能する。いくつかの態様では、ベース基板１１０が、マイクロウェルの内容物とマイクロウェルアセンブリ１００を取り囲む環境との間のガス交換を可能にするようにも機能する一方で、液体交換を（例えば、構造的特徴および／または材料特性により）防止し、それによって湿度制御を提供し、蒸発を防止し、処理中の異なるサンプル間のクロストークを防止することができる。
２．１．１ ベース基板
図１Ａに示すように、マイクロウェルアセンブリ１００は、以下にさらに詳細に説明するサンプル処理領域のセットを支持するベース基板１１０を含む。すなわち、ベース基板１１０は、サンプルのセットを支持するように機能するとともに、サンプルのセット中の微生物の存在を検出し、濃度を推定し、かつ／または特性評価するためのプロセスを容易にするように機能する。いくつかの態様では、ベース基板１１０が、マイクロウェルの内容物とマイクロウェルアセンブリ１００を取り囲む環境との間のガス交換を可能にするようにも機能する一方で、液体交換を（例えば、構造的特徴および／または材料特性により）防止し、それによって湿度制御を提供し、蒸発を防止し、処理中の異なるサンプル間のクロストークを防止することができる。
材料組成において、ベース基板１１０は、ポリマー（例えば、ポリプロピレン、ポリジメチルシロキサン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート、環状オレフィンコポリマー、ポリカーボネート）、シリコン由来材料、ガラス、金属材料、セラミック材料、天然材料、合成材料、および／または任意の適切な材料のうちの１または複数で構成することができる。特に、材料の選択は、製造上の考慮事項、サンプル処理に望ましい表面特性、光学特性、バルク特性（例えば、多孔性に関して、密度に関してなど）、表面特性、熱特性、機械的特性および／または他の任意の適切な特性のうちの１または複数に基づいて行うことができる。さらに、ベース基板１１０のすべての部分は、１または複数の同じ材料、異なる材料（例えば、ベース基板１１０の各部分が異なる設計制約を有する場合）、および／または材料の任意の組合せを用いて構築することができる。さらに、ベース基板１１０は、単一体、または（例えば、製造中に）互いに結合される別個の部分を有するベース基板１１０であってもよい。
光学特性に関連して、ベース基板１１０の１または複数の材料が、任意の程度の透明性、反射率または他の光学特性を有することができる。例えば、材料は、（例えば、ベース基板１１０の下面から、ベース基板１１０の上面からなど）光学分析、調査または観察を可能にするために透明であり得るが、不透明、透明、半透明および／または任意の適切な不透明度であってもよい。例えば、多孔性などのバルク特性に関連して（例えば、ガス交換機能を提供するために）高度の多孔性が望まれる場合、ベース基板１１０は透明でなくてもよい。さらに、材料および／または構成の態様は、ベース基板１１０の個々のマイクロウェル内での検出可能なシグナルの封じ込め（例えば、蛍光の封じ込めに関して、他の変換基質の封じ込めに関して）を促進するように構成することができる。さらに、基板の材料の態様は、サンプル処理材料（例えば、蛍光基質、比色基質、他の変換基質、サンプルなど）の吸収を防止するように構成および／または処理することができる。
バルク特性に関連して、ベース基板１１０の１または複数の材料は、ベース基板１１０を介して、マイクロウェルの内容物と環境（例えば、システムの環境）との間のガス交換を可能にする一方で、液体交換を防止し、それにより湿度制御を提供し、蒸発を防止し、処理中の異なるサンプル間のクロストークを防止する多孔性のレベルを有するように構成することができる。追加的または代替的には、バルク特性に関連して、ベース基板１１０の１または複数の材料は、微生物の生存能力を維持するのに必要なサンプル処理および／またはインキュベーション目的に適した密度のレベルまたは他のバルク特性を有するように構成することができる。実施態様では、ベース基板１１０は、ポリマー（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）など）、セラミック、または適切な侵入等級（例えば、ＩＰスケールに従って、別の評価スケールに従って）または粒子保持特性（例えば、１ミクロン未満の粒子の定格保持、１ミクロン以上の粒子の定格保持）を有する別の適切な材料（例えば、天然材料、合成材料）から構成されるか、または他の方法で取り入れることができる。一例では、ベース基板１１０が、ＩＰ等級（例えば、ＩＰ６５～６９）を有するＰＴＦＥベースの材料で構成することができるが、ベース基板１１０は、代替的に、マイクロウェルアセンブリ１００の他の要素（例えば、ベント、マイクロスケールチャネル、ナノスケールチャネルなど）によってガス交換を可能にする非孔質材料で構成することができる。
表面特性に関連して、ベース基板１１０の１または複数の材料は、例えば、接触角および濡れ性によって決まる所望の親水性／疎水性特性（例えば、高度の親水性）を有するように構成することができる。他の電気的および物理的特性に関連して、ベース基板１１０の１または複数の材料は、所望の電荷（例えば、使用されるサンプル流体および／またはサンプル処理流体の特性に関連して）、電界特性、導電性、抵抗および／または他の任意の適切な表面または物理的特性を有するように構成することができる。追加的または代替的には、ベース基板１１０の１または複数の材料は、好ましくは、サンプル処理中に使用される流体および微生物と反応しないように構成される。追加的または代替的には、ベース基板１１０の１または複数の材料は、微生物の生存率および／または検出可能な酵素基質の変換を妨げる阻害剤を吸収するように構成される。追加的または代替的には、受け入れる流体に曝されるベース基板１１０の表面が、所望の表面仕上げを有することができる。
熱特性に関連して、ベース基板１１０の１または複数の材料は、熱伝達および／または熱保持特性に関して、所望の熱特性を有するように構成することができる。特に、ベース基板１１０は、（例えば、サンプルインキュベーションステップに適切なように）所望の熱伝導率および／または熱容量特性を有するように構成することができる。一態様では、ベース基板１１０は、ベース基板１１０に接触する流体にまたは流体から熱を効率的に伝達することができるような熱特性を有するように構成することができる。例えば、ベース基板１１０が加熱または冷却要素に結合される態様では、ベース基板１１０は、インキュベーション中のマイクロウェルの内容物への熱の伝達および／または流体からの熱の伝達を促進するように構成することができる。しかしながら、ベース基板１１０は、使用用途に基づいて他の適切な熱特性を有することができる。例えば、ベース基板１１０は、材料が動作中に接触する流体の温度に大きな影響を与えないように、低い熱伝導率を有するように（例えば、断熱材料として）構成することができる。
機械的特性に関連して、ベース基板１１０の１または複数の材料は、剛性、強度、弾性挙動、硬度および他の特性のうちの１または複数を含む、所望の機械的特性を有するように構成することができる。追加的または代替的には、ベース基板は、自動プレートアームロボットサブシステムと適合するように構成することができる。
寸法に関して、ベース基板１１０は、ＳＢＳマイクロウェルプレートの形式（例えば、１２７．７６ｍｍ×８５．４８ｍｍのフットプリント）を有することができるが、ベース基板１１０は、代替的に他の適切な寸法を有することができる。マイクロウェルアセンブリのプレートは、追加的または代替的には、パッケージングまたはサンプル実行中の使用のために容易に積み重ねられるように設計することができる。
追加的または代替的には、ベース基板１１０は、（例えば、オートクレーブを用いて、他の滅菌方法などを用いて）滅菌可能であるように構成することができる。
２．１．２ マイクロウェルサブアレイを有するサンプル処理領域
図１Ａに示すように、ベース基板１１０は、（図示のサンプル処理領域１２０を含む）サンプル処理領域のセットを規定し、サンプル処理領域のセットの各々は、サンプル処理領域１２０の上流端１０と下流端９０の間に勾配（例えば、容積、サイズ、表面積、フットプリント、断面積など）を付けて配置されたマイクロウェルサブアレイ１３０のセットを含む。サンプル処理領域のセットは、１または複数の標的（例えば、食品の安全性および／または食品の品質に関連する標的）の検出のための、各サンプルに対する連続希釈試験の操作を可能にするために、サンプルのセットを受け入れて、サンプルのセットをマイクロウェルサブアレイのセットにわたって分配するのを容易にするよう機能する。いくつかの態様では、サンプル処理領域のセットは、サンプル処理の効率を高めるために、サンプルを受け入れる前に乾燥したサンプル処理材料（例えば、媒体、蛍光基質、比色基質、他の染料など）を保存するように構成することができる。追加的または代替的には、他の態様では、サンプル処理領域のセットが、他の適切なコンポーネント（例えば、予めパッケージ化されたコンポーネント）を含むことができる。いくつかの態様では、サンプル処理領域のセットが、親水性であるように、水和されるように、処理されるように、かつ／または非特異的吸収剤でブロックされるように構成することができる。
図１Ａに示すように、ベース基板１１０は、（図示のサンプル処理領域１２０を含む）サンプル処理領域のセットを規定し、サンプル処理領域のセットの各々は、サンプル処理領域１２０の上流端１０と下流端９０の間に勾配（例えば、容積、サイズ、表面積、フットプリント、断面積など）を付けて配置されたマイクロウェルサブアレイ１３０のセットを含む。サンプル処理領域のセットは、１または複数の標的（例えば、食品の安全性および／または食品の品質に関連する標的）の検出のための、各サンプルに対する連続希釈試験の操作を可能にするために、サンプルのセットを受け入れて、サンプルのセットをマイクロウェルサブアレイのセットにわたって分配するのを容易にするよう機能する。いくつかの態様では、サンプル処理領域のセットは、サンプル処理の効率を高めるために、サンプルを受け入れる前に乾燥したサンプル処理材料（例えば、媒体、蛍光基質、比色基質、他の染料など）を保存するように構成することができる。追加的または代替的には、他の態様では、サンプル処理領域のセットが、他の適切なコンポーネント（例えば、予めパッケージ化されたコンポーネント）を含むことができる。いくつかの態様では、サンプル処理領域のセットが、親水性であるように、水和されるように、処理されるように、かつ／または非特異的吸収剤でブロックされるように構成することができる。
実施態様では、サンプル処理領域のセットを、ベース基板１１０の広い表面に跨るレーンのセットとして配置することができ、各領域が別個のサンプルを受け入れるように構成され、サンプルを高スループットで並行して処理することができるようになっている。ベース基板１１０の広い表面が長軸および短軸を有する実施形態では、サンプル処理領域のセットを、（例えば、試験用のサンプルの数および構成および／または所望のマイクロウェルサイズの数との関連で）長軸に平行または短軸に平行に配置することができる。しかしながら、サンプル処理領域のセットは、代替的に、別の適切な軸に対して配置することができる。さらに、他の態様では、サンプル処理領域のセットの各々は、長手方向に規定されたマイクロウェルサブアレイを有するレーンとして構成されない場合がある。例えば、図２に示す別の態様では、サンプル処理領域のセットの各々を、ゾーン（例えば、円形ゾーン、楕円体ゾーン、多角形ゾーン、非晶質ゾーンなど）として規定することができ、マイクロウェルサブアレイを、別の適切な軸（例えば、半径方向の軸、円周方向の軸など）に沿って、または別の適切な座標系内に配置することができる。
実施態様では、マイクロウェルアセンブリ１００に含まれるサンプル処理領域の数を、各マイクロウェルサブアレイに望まれる特徴的なマイクロウェル寸法および個々のマイクロウェルの数に関連して、（上記で与えられた例を有する）ベース基板１１０の寸法によって調節することができ、マイクロウェル寸法および実装されるマイクロウェルの数は、ＭＰＮ決定のために、領域ごとに受け入れられるサンプル量に関連して連続希釈試験の操作のために最適化することができる。実施例（そのうちの２つが図３Ａおよび図３Ｂに示されている）では、サンプル処理領域のセットが、２～７個のサンプル処理領域を含むことができる。しかしながら、他の態様では、サンプル処理領域のセットが、別の適切な数のサンプル処理領域（例えば、２未満のサンプル処理領域、７を超えるサンプル処理領域）を含むことができる。
上で簡単に説明したように、サンプル処理領域のセットの各々は、サンプル処理領域１２０の上流端１０と下流端９０との間に勾配を付けて配置されたマイクロウェルサブアレイ１３０のセットと、サンプル処理領域１２０を隣接するサンプル処理領域から分離する境界１９０とを含むことができる。マイクロウェルサブアレイ１３０のセットは、処理される各サンプルについて、サンプルからの標的検出のためのＭＰＮの決定および／または他のアッセイを実行するための既知の容積分布を有するパーティションのセットを提供するように機能する。したがって、マイクロウェルサブアレイのセットの各々は、適切な数の希釈および希釈あたりのパーティションを提供して、適切な信頼限界で最小および最大検出可能ＭＰＮ値を生成するために、パーティションの各々について異なる特性容積を有するパーティション（例えば、マイクロウェル）を有することができる。ＭＰＮの決定および信頼限界の側面は、以下でさらに説明する。
実施態様では、ベース基板１１０のサンプル処理領域が、２～１０のマイクロウェルサブアレイを含むことができ、マイクロウェルサブアレイのセットの各々が、１０～１００，０００のパーティションを有する。各サンプル処理領域は、適切な信頼限界で、ＭＰＮアッセイに対する５～３，０００，０００の最小範囲および最大範囲のＭＰＮ値を提供するために、０．０１ｍＬ～１０ｍＬのサンプルを（総容積を提供することによって）受け入れることができる。しかしながら、サンプル処理領域は、サンプル量の他のサイズ（例えば、０．０１ｍＬ未満、１０ｍＬ超）を受け入れて、別の適切な範囲内のＭＰＮの決定を可能にするために、他の適切な数のマイクロウェルサブアレイ（例えば、２未満のサブアレイ、１０を超えるサブアレイ）を含むことができ、各々が他の適切な数のパーティション（例えば、１０未満のパーティション、１００，０００を超えるパーティション）を有することができる。
特に、マイクロウェルサブアレイの数／特性容積、およびマイクロウェルサブアレイあたりのパーティションの数は、以下の式［１］におけるλの解を求めることに関連して構成することができる。ここで、ｅｘｐ（ｘ）はｅｘであり、Ｋは希釈数を示し、ｇｊはｊ番目の希釈における陽性（または成長）チューブの数を示し、ｍｊはｊ番目の希釈において各チューブに入れられた元のサンプルの量を示し、ｔｊはｊ番目の希釈におけるチューブの数を示している。
図３Ａおよび図３Ｂに示される具体例では、サンプル処理領域のセットの各々が、サンプル処理領域の長手方向軸に沿って勾配を付けて分布する３つのマイクロウェルサブアレイを有することができ、第１のマイクロウェルサブアレイ１２１が、パーティションあたり０．０３マイクロリットルの特性容積および３００のマイクロウェルパーティションを有する。図３Ｂに示すように、第１のマイクロウェルサブアレイ１２１の各マイクロウェルは、０．３５ｍｍの幅、０．２５ｍｍの高さを有し、各マイクロウェルを隣接するマイクロウェルから分離する０．２ｍｍ幅のリブを有することができる。また、サンプル処理領域は、第２のマイクロウェルサブアレイ１２２も含むことができ、この第２のマイクロウェルサブアレイが、パーティションあたり０．３マイクロリットルの特性容積および３００のマイクロウェルパーティションを有し、図３Ｂに示すように、第２のマイクロウェルサブアレイ１２２の各マイクロウェルが、０．７０ｍｍの幅、０．６１ｍｍの高さを有し、各マイクロウェルを隣接するマイクロウェルから分離する０．３５ｍｍの幅のリブを有することができる。また、サンプル処理領域は、第３のマイクロウェルサブアレイ１２３も含むことができ、この第３のマイクロウェルサブアレイが、パーティションあたり３マイクロリットルの特性容積および３００のマイクロウェルパーティションを有し、図３Ｂに示すように、第３のマイクロウェルサブアレイ１２３の各マイクロウェルが、１．４５ｍｍの幅、１．４３ｍｍの高さを有し、各マイクロウェルを隣接するマイクロウェルから分離する０．７０ｍｍの幅のリブを有することができる。マイクロウェルは、マイクロウェルサブアレイにわたるサンプル流体の分配を促進するために、適切なピッチを有することができる。このような構成により、各サンプル処理領域は、サンプルあたりのＭＰＮの決定を可能にするために、約１ｍＬのサンプルを処理することができる。
実施態様では、各マイクロウェルの断面が、多角形（例えば、六角形、長方形など）または非多角形（例えば、円形、楕円形、非晶質など）の断面（例えば、ベース基板１１０の広い表面と平行な平面に沿った断面）であり得る。追加的または代替的には、各マイクロウェルの断面が、基板１１０の広い表面から離れる方向に沿って、各マイクロウェルの基部に向かって先細りにすることができる。このため、各ウェルは、ベース基板１１０の広い表面に開口部を有することができ、それによりサンプルのサブボリュームがベース基板１１０の広い表面に垂直な方向からマイクロウェルに入ることができる。しかしながら、マイクロウェルの１または複数の開口部は、別の適切な方法で構成することができる。さらに、マイクロウェルは、充填構成（例えば、六角形の最密充填、四角形の最密充填、他の最密充填の構成など）または非充填構成で配置することができる。例えば、マイクロウェルサブアレイのセットの最初のサブアレイのウェルは、第１の充填構成（例えば、六角形の最密充填、四角形の最密充填、他の最密充填の構成など）で配置することができ、マイクロウェルサブアレイのセットの終端のサブアレイのウェルは、第２の充填構成（例えば、六角形の最密充填、四角形の最密充填、他の最密充填の構成など）で配置することができる。
各サンプル処理領域に対するマイクロウェルサブアレイの勾配に関連して、第１の特性寸法（例えば、最小の特性寸法）を有するウェルを含む最初のマイクロウェルサブアレイ１３０は、サンプル処理領域の上流端１０に配置することができ、第２の特性寸法（例えば、最大の特性寸法）を有するウェルを含む終端のマイクロウェルサブアレイ１７０は、サンプル処理領域１２０の下流端９０に配置することができる。このため、マイクロウェルサブアレイは、上流から下流の方向に、より大きな特性マイクロウェル寸法を有することができる。代替的には、マイクロウェルサブアレイは、上流から下流の方向に、より小さな特性マイクロウェル寸法を有することができる（例えば、最初のマイクロウェルサブアレイ１３０が最大の特性寸法を有するウェルを含み、終端のサブアレイ１７０が最小の特性寸法を有するウェルを含むことができる）。さらに代替的には、マイクロウェルアレイは、別の適切な方法で（例えば、別のマイクロウェル特性に関連して、別の方向軸に沿って）勾配または非勾配で編成され得る。さらに代替的には、各サンプル処理領域は、他の態様で（例えば、マイクロウェルの勾配にわたって段階的な増分で）構成することができる。例えば、ウェルの寸法は、上流から下流への方向への勾配ではなく、横方向（例えば、上流から下流への方向と直交する方向）の勾配を有するように編成することができる。
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、ベース基板１１０は、各サンプル処理領域を隣接するサンプル処理領域から分離する境界のセット（図１Ａに示す境界１９０を含む）を含むことができ、それによってサンプルのクロストークを防止するように機能する。境界１９０は、凹部として（例えば、堀として、周縁を形成する凹状のチャネルのように）、または凸部として構成することができ、あるいは交互に凹部および凸部を含むことができる。また、境界１９０は、溢れたサンプルの蒸発または吸収を促進するように構成された領域として構成することもでき、それにより、領域にサンプルが入る際に、サンプルは蒸発し、かつ／または境界１９０の壁に吸収される。境界１９０がサンプル処理領域の周囲の凹状の外周として規定される態様では、境界１９０は、サンプル処理中に溢れたサンプルが受け入れられる堀として機能することができる。代替的には、境界１９０は、別の適切な目的を果たすことができる。
追加的または代替的には、境界１９０は、サンプル処理領域から溢れ出た物質を受け入れて吸収するように構成された吸収性材料で構成することができる。
追加的または代替的には、１または複数の境界は、サンプル処理領域から離れる１または複数の出口（例えば、廃棄チャンバへの出口）を含むことができ、それにより、溢れ出た物質をサンプル処理領域から離すように送達して、サンプル処理領域に再び入るのを防止することができる。
さらに、ベース基板１１０は物理的に連続することができるが、実施態様では、ベース基板１１０は、（例えば、ミシン目、可逆的にロックするコンポーネントなどによって）隣接するサンプル処理領域間で分離できるように構成することができる。しかしながら、ベース基板１１０は、代替的に、分離不可能であるように構成することができる。
サンプル処理領域のマイクロウェルの実施形態、実施態様および実施例を上述したが、マイクロウェルおよび／またはサンプル処理領域の態様は、２０１８年７月２７日に出願された米国出願第１６／０４８，１０４号、２０１８年７月３０日に出願された米国出願第１６／０４９，０５７号、２０１７年９月２９日に出願された米国出願第１５／７２０，１９４号、２０１７年２月１３日に出願された米国出願第１５／４３０，８３３号、２０１７年１１月２２日に出願された米国出願第１５／８２１，３２９号、２０１７年１０月１２日に出願された米国出願第１５／７８２，２７０号、２０１８年７月３０日に出願された米国出願第１６／０４９，２４０号、２０１７年１１月１６日に出願された米国出願第１５／８１５，５３２号、２０１８年８月２８日に出願された米国出願第１６／１１５，３７０号、２０１９年９月９日に出願された米国出願第１６／５６４，３７５号、並びに、２０２０年３月１２日に出願された米国出願第１６／８１６，８１７号のうちの１または複数から適合させることができ、それら出願は、この引用によりその全体がそれぞれ援用されるものとする。
２．２ カバー基板およびオプション要素
２．２．１ カバー基板
図１Ｂおよび図４に示すように、いくつかの実施形態では、マイクロウェルアセンブリ１００が、ベース基板１１０と嵌合するように構成されたカバー基板２１０を含むことができる。カバー基板２１０は、環境（例えば、マイクロウェルアセンブリを取り囲む環境、ベース基板１１０とカバー基板２１０との間の局所環境など）とのガス交換を可能にしながら、ベース基板１１０で処理および／またはインキュベートされるサンプルを汚染から保護するように機能する。
２．２．１ カバー基板
図１Ｂおよび図４に示すように、いくつかの実施形態では、マイクロウェルアセンブリ１００が、ベース基板１１０と嵌合するように構成されたカバー基板２１０を含むことができる。カバー基板２１０は、環境（例えば、マイクロウェルアセンブリを取り囲む環境、ベース基板１１０とカバー基板２１０との間の局所環境など）とのガス交換を可能にしながら、ベース基板１１０で処理および／またはインキュベートされるサンプルを汚染から保護するように機能する。
材料組成に関して、カバー基板２１０は、ポリマー（例えば、ポリプロピレン、ポリジメチルシロキサン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート、環状オレフィンコポリマー、ポリカーボネート、シリコーン、ポリジメチルシロキサン）、シリコン由来材料、ガラス、金属材料、セラミック材料、天然材料、エラストマー材料、多孔質材料、合成材料、および／または任意の適切な材料のうちの１または複数から構成することができる。特に、材料の選択は、製造上の考慮事項、サンプル処理に望ましい表面特性、光学特性、バルク特性（例えば、多孔性に関して、密度に関してなど）、表面特性、熱特性、機械的特性および／または他の任意の適切な特性のうちの１または複数に基づいて行うことができる。さらに、カバー基板２１０のすべての部分は、同じ１または複数の材料、異なる材料（例えば、カバー基板２１０の各部分が異なる設計制約を有する場合）、および／または材料の任意の組合せを使用して構築することができる。さらに、ベース基板１１０は、単一体、または（例えば、製造中に）互いに結合される別個の部分を有するベース基板１１０であってもよい。
光学特性に関連して、カバー基板２１０の１または複数の材料が、任意の程度の透明性、弾性、反射率または他の光学特性を有することができる。例えば、材料は、（例えば、カバー基板２１０の上面などから）光学分析、調査または観察を可能にするために透明であり得るが、不透明、透明、半透明および／または任意の適切な不透明度であってもよい。例えば、多孔性などのバルク特性に関連して（例えば、ガス交換機能を提供するために）高度の多孔性が望まれる場合、カバー基板２１０は透明でなくてもよい。
バルク特性に関連して、カバー基板２１０の１または複数の材料は、処理中のサンプルと環境との間のガス交換を可能にする一方で、液体交換を防止し、それにより湿度制御を提供し、蒸発を防止する多孔性のレベルを有するように構成することができる。追加的または代替的には、バルク特性に関連して、カバー基板２１０の１または複数の材料は、サンプル処理および／またはインキュベーション目的に適した密度のレベルまたは他のバルク特性を有するように構成することができる。実施態様では、カバー基板２１０は、ポリマー（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）など）、セラミック、または適切な侵入等級（例えば、ＩＰスケールに従って、別の評価スケールに従って）または粒子保持特性（例えば、１ミクロン未満の粒子の定格保持、１ミクロン以上の粒子の定格保持）を有する別の適切な材料（例えば、天然材料、合成材料）から構成されるか、または他の方法で取り入れることができる。一例では、カバー基板２１０が、ＩＰ等級（例えば、ＩＰ６５～６９）を有するＰＴＦＥベースの材料で構成することができるが、カバー基板２１０は、代替的には、マイクロウェルアセンブリ１００の他の要素によってガス交換を可能にする非孔質材料で構成することができる。追加的または代替的には、カバー基板２１０は、アッセイの終了時に環境の汚染を防止するために、多孔質状態から非多孔質状態に変換され得る。
表面特性に関連して、ベース基板１１０の１または複数の材料は、例えば、接触角および濡れ性によって決まる所望の親水性／疎水性特性（例えば、高度の親水性）を有するように構成することができる。他の電気的および物理的特性に関連して、カバー基板２１０の１または複数の材料は、所望の電荷（例えば、使用されるサンプル流体および／またはサンプル処理流体の特性に関連して）、電界特性、導電性、抵抗および／または他の任意の適切な表面または物理的特性を有するように構成することができる。追加的または代替的には、カバー基板２１０の１または複数の材料は、好ましくは、サンプル処理中に使用される流体と反応しないように構成される。
熱特性に関連して、カバー基板２１０の１または複数の材料は、熱伝達および／または熱保持特性に関して、所望の熱特性を有するように構成することができる。特に、カバー基板２１０は、（例えば、サンプルインキュベーションステップに適切なように）所望の熱伝導率および／または熱容量特性を有するように構成することができる。一態様では、カバー基板２１０は、サンプル処理および／またはインキュベーション中にマイクロウェルアセンブリ１００へ熱を、またはマイクロウェルアセンブリから熱を効率的に伝達することができるような熱特性を有するように構成することができる。
機械的特性に関連して、ベース基板１１０の１または複数の材料は、剛性、強度、弾性挙動、硬度および他の特性のうちの１または複数を含む、所望の機械的特性を有するように構成することができる。例えば、図５に示すように、カバー基板２１０の実施態様は、弾性的に変形することができるエラストマー材料で構成することができ、エラストマーカバー基板２１０の可逆的変形は、サンプルハンドリングを容易にする動作モードを可能にすることができる。例えば、図５に示すように、カバー基板２１０の弾性特性は、サブボリューム（例えば、流体の上部）がサンプル処理領域の各マイクロウェルから移動する変形動作モード２１１と、カバー基板がベースライン状態に弛緩してカバー基板２１０とベース基板のマイクロウェルとの間にポケット（例えば、エアポケット）を形成する弛緩動作モード２１２とを提供することができる。そのような動作モードは、湿度制御、蒸発防止、および（例えば、サンプル処理領域のセットへのサンプル分配後に）ベース基板１１０のマイクロウェル間のクロストークの防止を提供しながら、マイクロウェルアセンブリ１００が、サンプルを処理することをさらに可能にすることができる。しかしながら、カバー基板２１０は、動作モードを提供するために、他の適切な機械的特性を有することができる。
カバー基板２１０がエラストマーである実施例では、カバー基板２１０を、エラストマー（例えば、ポリエーテル／ポリアミド材料、ポリウレタン材料、ポリエステル材料など）で構成することができ、エラストマーは、環境とのガス交換を提供するために多孔質であってもよい。しかしながら、カバー基板２１０は、他の適切な材料（例えば、微孔性ポリカーボネート、酢酸セルロース、ニトロセルロース、ガラス繊維、微孔性ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン、再生セルロース、ポリフッ化ビニル、ポリプロピレン、微孔性ポリエステル、ポリフッ化ビニリデン、リプロービングチャージドナイロンなど）で構成することができる。
図６Ａおよび図６Ｂに示すように、カバー基板２１０は、ベース基板１１０を向く（例えば、カバー基板２１０と組み立てられたときにベース基板１１０に対向する）通気チャネル２２０のネットワークを規定する。通気チャネル２２０は、好ましくは、ベース基板１１０をカバー基板２１０と嵌合する際に、サンプル処理領域のセットと整列し、それによって、ベース基板１１０の内容物とマイクロウェルアセンブリ１００を取り囲む環境５０との間のガス交換を提供する。
図６Ａの断面画像に示すように、通気チャネル２２０は、各サンプル処理領域のマイクロウェルサブアレイと環境（例えば、インキュベーション環境）との間のガス交換を可能にするために、カバー基板２１０の全体にわたって（例えば、１または複数の軸に沿って）延在することができる。図６Ｂに示す実施例では、チャネルの第１のサブセット２２１は、第１の軸に平行にカバー基板２１０に延在し、チャネルの第２のサブセット２２２は、第２の軸に平行にカバー基板２１０に延在することができ、チャネルの第１のサブセット２２１およびチャネルの第２のサブセット２２０が互いに交差する（例えば、互いに直交する、かつ／または互いに流体連通する）ようになっている。しかしながら、チャネルの個々のサブセットは、別の適切な方法で配置することができる。図６Ａおよび図６Ｂに示す実施例では、チャネル２２０のネットワークが、カバー基板２１０の横／周縁で環境に対して開かれているが、他の態様では、チャネル２２０のネットワークが、カバー基板２１０の別の適切な部分で（例えば、カバー基板２１０の厚さ部分に入り別の表面で開くことによって）環境に開くことができる。通気チャネル２２０は、好ましくは、サンプルからの流体の侵入を防止するために、疎水性であり、小さな毛細管寸法（例えば、＜２００ミクロン）を有する。代替的には、通気チャネル２２０は、別の程度の疎水性を有することができ、かつ／または２００ミクロン以上の毛細管寸法を有することができる。追加的または代替的には、通気チャネルの寸法は、より小さくすることができる（例えば、特徴的なマイクロウェル寸法の断面の５０％未満および／または実質的に２５％未満とすることができる）。しかしながら、通気チャネル２２０は、特徴的なマイクロウェル寸法に対して、他の適切な寸法を有することができる。
アセンブリを形成する際に、カバー基板２１０は、インターロック機構（例えば、ベース基板１１０における第２のロック部分と相補的なカバー基板２１０における第１のロック部分）を含むことによって、ベース基板１１０と嵌合することができる。例えば、図４に示すように、カバー基板は、ベース基板１１０の表面（例えば、底面、外周面）に係合するリップまたはタブのセットを含み、それによってベース基板１１０とカバー基板２１０との間の結合を提供することができる。他の態様では、結合を、別の適切な機構（例えば、圧入機構、スナップ嵌め機構、磁気機構、接着機構、重力機構など）で提供することができる。ベース基板１１０とカバー基板２１０との間の結合は、可逆的または永続的なものとすることができる。さらに他の態様では、カバー基板２１０が、ベース基板１１０と結合するように構成されない場合がある。
さらに他の態様では、カバー基板２１０が、サンプル処理領域のセットを覆う１または複数のフィルム（例えば、接着フィルム、多孔質フィルム、多孔質接着フィルム）の形態を有することができる。例えば、そのような一態様では、カバー基板２１０が、サンプル処理領域のセットまたは処理されるサンプルの数に対応するフィルム（例えば、多孔質接着フィルム）のセットを含むことができ、フィルムのセットは、サンプル分配後にベース基板に貼付することができる。フィルムのセットはさらに、実行されている様々なアッセイおよび／または以下でより詳細に説明する動作モードに従って、必要に応じて（例えば、記載の自動プラットフォーム３００の態様によって、ユーザなどによって）ベース基板１１０から除去することができる。
２．２．２ オプション要素
カバー基板２１０は、１または複数の機能層によってベース基板１１０から分離することもできる。例えば、図７Ａに示すように、カバー基板２１０は、フィルム層２２５によってベース基板１１０から分離することができ、それにより、カバー基板２１０とベース基板１１０との間の結合を容易にし、隣接するサンプル処理領域間に更なる分離を提供してサンプルのクロストークを防止し、マイクロウェルのシーリング機能を実行し、ベース基板１１０のサンプルと環境との間のガス交換を可能にすることができる。より詳細には、フィルム層２２５および／またはカバー基板２２０は、製造コストがかからないようにしながら、蛍光基質および／または発色基質または他のサンプル処理材料／試薬が隣接するマイクロウェルパーティションを汚染するのを防ぎ、検出のために標的（例えば、細菌、酵母、カビなど）の成長を促進し、ガス交換を可能にし、かつ蒸発を防ぐ機能を果たすことができる。
カバー基板２１０は、１または複数の機能層によってベース基板１１０から分離することもできる。例えば、図７Ａに示すように、カバー基板２１０は、フィルム層２２５によってベース基板１１０から分離することができ、それにより、カバー基板２１０とベース基板１１０との間の結合を容易にし、隣接するサンプル処理領域間に更なる分離を提供してサンプルのクロストークを防止し、マイクロウェルのシーリング機能を実行し、ベース基板１１０のサンプルと環境との間のガス交換を可能にすることができる。より詳細には、フィルム層２２５および／またはカバー基板２２０は、製造コストがかからないようにしながら、蛍光基質および／または発色基質または他のサンプル処理材料／試薬が隣接するマイクロウェルパーティションを汚染するのを防ぎ、検出のために標的（例えば、細菌、酵母、カビなど）の成長を促進し、ガス交換を可能にし、かつ蒸発を防ぐ機能を果たすことができる。
フィルム層２２５は、カバー基板２１０とベース基板１１０との間に全体が位置することができる。代替的には、図７Ｂに示すように、カバー基板２１０は、ベース基板１１０の周りに境界を形成するように構成することができ、フィルム層２２５は、ベース基板１１０をカバー基板２１０に結合させることができる一方で、サンプル処理領域と相互作用してガス交換を提供することができる。実施例では、フィルム層２２５を、環境とのガス交換を提供するために、多孔質ポリマー（例えば、ポリエーテル／ポリアミド材料、ポリウレタン材料、ポリエステル材料、ナイロン材料など）で構成することができる。しかしながら、フィルム層２２５は、他の適切な材料で構成することができる。例えば、いくつかの用途では、フィルム層２２５は、検出のためにサンプル処理基質（例えば、蛍光基質、比色基質）を結合するヒドロゲル材料によって置換または補足することができ、ヒドロゲル材料は、流動状態でサンプル処理領域のセットに送達され、インキュベーション中にゾル状態に遷移する。フィルム層２２５は、連続的であるか、またはサンプル処理領域のセットまたは処理されるサンプルの数に対応する数のサブ領域に分割することができる。
さらに、マイクロウェルアセンブリは、システム１００の設計機能および／または使用用途に関連して、複数の膜を含むことができる。
多孔質ベース基板１１０材料および／またはカバー基板２１０材料の実施態様を説明してきたが、ベース基板１１０およびカバー基板２１０のうちの１または複数は、図８に示すように、多孔質でなくてもよく、また、環境とのガス交換を促進する材料で構成されていなくてもよい。
さらに、マイクロウェルアセンブリ１００の実施態様は、追加的または代替的には、環境とのガス交換を促進し、サンプルのクロストークを防止しながら、サンプル処理および／またはサンプルインキュベーションを促進する他の適切な要素（例えば、油層、他の分割材料層、浮力のある疎水性粒子、浮力のある自己重合材料、生体膜、細胞層、生体コーティング、マイクロウェル表面に含有または結合されるサンプル処理基質、構成媒体、希釈媒体、凍結乾燥状態で提供される媒体など）を含むか、そのような要素を支持することができる。
３． プラットフォーム
図９に示すように、自動サンプル処理のため（例えば、上述したマイクロウェルアセンブリ１００のユニットを使用してサンプルを処理するため）のプラットフォーム３００の一実施形態は、サンプル処理要素のセットを支持して位置決めするデッキ３１０と、デッキ３１０によって支持されたサンプル処理要素のセットと相互作用するためのツールを作動させるガントリ３７０と、種々の処理サブシステムおよび処理サブシステムと通信する制御サブシステムを支持するベース３８０とを含み、制御サブシステムは、デッキ３１０、サンプル処理要素のセットおよびガントリ３７０の状態を制御して、種々の動作モード間でプラットフォーム３００を遷移する。実施例では、プラットフォーム３００は、高スループットでサンプルをロードする機能（例えば、６０秒／サンプル未満のサンプルのロード、８時間で６００サンプルを超える処理など）および／または高スループットでサンプルを読み取る機能（例えば、１０秒／サンプルよりも高速のサンプル読み取り、１時間あたり５００サンプルを超える読み取りなど）を提供することができる。様々なワークフローを提供する動作モードの実施形態、実施態様および実施例は、後述するセクション４でさらに詳細に説明する。
図９に示すように、自動サンプル処理のため（例えば、上述したマイクロウェルアセンブリ１００のユニットを使用してサンプルを処理するため）のプラットフォーム３００の一実施形態は、サンプル処理要素のセットを支持して位置決めするデッキ３１０と、デッキ３１０によって支持されたサンプル処理要素のセットと相互作用するためのツールを作動させるガントリ３７０と、種々の処理サブシステムおよび処理サブシステムと通信する制御サブシステムを支持するベース３８０とを含み、制御サブシステムは、デッキ３１０、サンプル処理要素のセットおよびガントリ３７０の状態を制御して、種々の動作モード間でプラットフォーム３００を遷移する。実施例では、プラットフォーム３００は、高スループットでサンプルをロードする機能（例えば、６０秒／サンプル未満のサンプルのロード、８時間で６００サンプルを超える処理など）および／または高スループットでサンプルを読み取る機能（例えば、１０秒／サンプルよりも高速のサンプル読み取り、１時間あたり５００サンプルを超える読み取りなど）を提供することができる。様々なワークフローを提供する動作モードの実施形態、実施態様および実施例は、後述するセクション４でさらに詳細に説明する。
３．１． デッキおよびデッキを支持する要素
図９に示すように、デッキ３１０は、上述したマイクロウェルアセンブリ１００のユニットを使用してサンプルを自動処理するための１または複数のコンポーネント（例えば、上部の広い平面、上部および下部の広い平面、側面など）を支持および位置決めするためのプラットフォームとして機能する。さらに、デッキ３１０は、後述するように、流体処理サブシステム、撮像サブシステム、把持／操作サブシステム、および／またはガントリ３７０および／またはベース３８０に結合された他のサブシステムと整列するかまたは他の方法で相互作用するように、１または複数のコンポーネントを位置決めする機能を有することができる。これに関して、デッキ３１０は、基準プラットフォームとして固定することができ、一方、他のコンポーネントは、デッキ３１０の要素と相互作用するための定位置に作動させられる。代替的には、デッキ３１０は、他のサブシステムと相互作用すべくデッキ３１０の要素を位置決めするために１または複数のアクチュエータに結合されることができる。
図９に示すように、デッキ３１０は、上述したマイクロウェルアセンブリ１００のユニットを使用してサンプルを自動処理するための１または複数のコンポーネント（例えば、上部の広い平面、上部および下部の広い平面、側面など）を支持および位置決めするためのプラットフォームとして機能する。さらに、デッキ３１０は、後述するように、流体処理サブシステム、撮像サブシステム、把持／操作サブシステム、および／またはガントリ３７０および／またはベース３８０に結合された他のサブシステムと整列するかまたは他の方法で相互作用するように、１または複数のコンポーネントを位置決めする機能を有することができる。これに関して、デッキ３１０は、基準プラットフォームとして固定することができ、一方、他のコンポーネントは、デッキ３１０の要素と相互作用するための定位置に作動させられる。代替的には、デッキ３１０は、他のサブシステムと相互作用すべくデッキ３１０の要素を位置決めするために１または複数のアクチュエータに結合されることができる。
図９に示す実施形態では、デッキ３１０は、サンプル処理要素のセットを支持するプラットフォームを提供し、サンプル処理要素は、使い捨ておよび／または再利用可能なコンポーネントを含むことができ、それらコンポーネントは、サンプル処理材料を収容するためのコンテナおよび／または（例えば、流体処理に関連して、材料分離に関連して、加熱および冷却などに関連して）サンプルを処理するためのツールを含む。実施形態では、デッキ３１０がサンプル処理要素のセットを支持することができ、サンプル処理要素のセットには、試薬カートリッジ３２０、上述したマイクロウェルアセンブリ１００のユニット（例えば、保管中のマイクロウェルアセンブリ、別個のベース基板１１０およびカバー基板２１０と分解されたマイクロウェルアセンブリ、およびサンプルを処理するための使用中の位置にあるマイクロウェルアセンブリ）、（マイクロウェルアセンブリ１００への移送前にサンプルをステージングするため）サンプルステージングコンテナ３３０、ツールコンテナ３４０、および／または他のサブシステムのうちの１または複数のユニットが含まれる。
追加的または代替的には、デッキ３１０は、撮像サブシステム（例えば、蛍光検出サブシステム、明視野カメラサブシステム、共焦点顕微鏡サブシステム、分光検出サブシステム、全内部反射蛍光（ＴＩＲＦ）サブシステム、核磁気共鳴（ＮＭＲ）サブシステム、ラマン分光法（ＲＳ）サブシステム、ピクセル分解能を改善する光学アクセサリを有する携帯電話など）と関連する他の適切なコンポーネントを含むことができる。追加的または代替的には、デッキ３１０またはプラットフォーム３００の他のコンポーネントは、以下の引用により援用される出願に記載されるように、トレーサビリティのためのシステムコンポーネント（例えば、使い捨て品）およびサンプルとの情報の読み取りおよび追跡に関連する動作をサポートするためにバーコードリーダを含むことができる。
サンプル処理要素は、デッキ３１０によって同一平面上で支持され得るか、または代替的には、異なる平面で支持され得る。好ましくは、デッキによって支持される別個の要素は重なり合わないが、デッキ３１０の代替的な実施形態は、（例えば、空間の節約などのため、動作効率などのために）サンプル処理要素を重なり合うように支持することができる。
３．１．１ デッキに支持される要素：試薬カートリッジ
図９に示すように、デッキ３１０は、試薬カートリッジ３２０のユニットを支持するための少なくとも１の領域を含み、この領域が、様々な用途のために１または複数のワークフローに従って微生物細胞の捕捉および／またはサンプルの処理のための材料を１または複数のコンパートメントに含むように機能する。このため、試薬カートリッジ３２０は、ドメインのセットにわたって分散された貯蔵ボリュームのセットを規定することができ、ドメインのセットは、各ドメインの材料コンテンツに適した環境を提供するように構成することができる。貯蔵ボリュームのセットは、サンプル処理材料を直接的に含むことができ、かつ／またはサンプル処理材料を含む個々の容器（例えば、チューブなど）を受け入れてその位置を維持するように代替的に構成することができる。各ドメインの貯蔵ボリュームは、アレイで分配するか、または他の方法で配置することができる。試薬カートリッジ３２０は、デッキ３１０によって支持されるものとして説明されているが、試薬カートリッジ３２０の態様は、代替的には、デッキ１１０から独立して動作するように構成することができる。試薬カートリッジ１２０は、さらに追加的または代替的には、２０２０年５月５日に出願された米国出願第１６／８６７，２３５号、２０２０年５月５日に出願された米国出願第１６／８６７，２５６号、２０２０年３月１２日に出願された米国出願第１６／８１６，８１７号、２０１９年９月９日に出願された米国出願第１６／５６４，３７５号、２０１８年８月２８日に出願された米国出願第１６／１１５，３７０号、２０１８年８月２８日に出願された米国出願第１６／１１５，０５９号、２０１８年７月２７日に出願された米国出願第１６／０４８，１０４号、２０１８年７月３０日に出願された米国出願第１６／０４９，０５７号、２０１７年９月２９日に出願された米国出願第１５／７２０，１９４号、２０１７年２月１３日に出願された米国出願第１５／４３０，８３３号、２０１７年１１月２２日に出願された米国出願第１５／８２１，３２９号、２０１７年１０月１２日に出願された米国出願第１５／７８２，２７０号、２０１８年７月３０日に出願された米国出願第１６／０４９，２４０号、並びに、２０１７年１１月１６日に出願された米国出願第１５／８１５，５３２号に記載の態様を含むことができ、それら出願は、この引用によりその全体が援用されるものとする。
図９に示すように、デッキ３１０は、試薬カートリッジ３２０のユニットを支持するための少なくとも１の領域を含み、この領域が、様々な用途のために１または複数のワークフローに従って微生物細胞の捕捉および／またはサンプルの処理のための材料を１または複数のコンパートメントに含むように機能する。このため、試薬カートリッジ３２０は、ドメインのセットにわたって分散された貯蔵ボリュームのセットを規定することができ、ドメインのセットは、各ドメインの材料コンテンツに適した環境を提供するように構成することができる。貯蔵ボリュームのセットは、サンプル処理材料を直接的に含むことができ、かつ／またはサンプル処理材料を含む個々の容器（例えば、チューブなど）を受け入れてその位置を維持するように代替的に構成することができる。各ドメインの貯蔵ボリュームは、アレイで分配するか、または他の方法で配置することができる。試薬カートリッジ３２０は、デッキ３１０によって支持されるものとして説明されているが、試薬カートリッジ３２０の態様は、代替的には、デッキ１１０から独立して動作するように構成することができる。試薬カートリッジ１２０は、さらに追加的または代替的には、２０２０年５月５日に出願された米国出願第１６／８６７，２３５号、２０２０年５月５日に出願された米国出願第１６／８６７，２５６号、２０２０年３月１２日に出願された米国出願第１６／８１６，８１７号、２０１９年９月９日に出願された米国出願第１６／５６４，３７５号、２０１８年８月２８日に出願された米国出願第１６／１１５，３７０号、２０１８年８月２８日に出願された米国出願第１６／１１５，０５９号、２０１８年７月２７日に出願された米国出願第１６／０４８，１０４号、２０１８年７月３０日に出願された米国出願第１６／０４９，０５７号、２０１７年９月２９日に出願された米国出願第１５／７２０，１９４号、２０１７年２月１３日に出願された米国出願第１５／４３０，８３３号、２０１７年１１月２２日に出願された米国出願第１５／８２１，３２９号、２０１７年１０月１２日に出願された米国出願第１５／７８２，２７０号、２０１８年７月３０日に出願された米国出願第１６／０４９，２４０号、並びに、２０１７年１１月１６日に出願された米国出願第１５／８１５，５３２号に記載の態様を含むことができ、それら出願は、この引用によりその全体が援用されるものとする。
３．１．２ デッキに支持される要素：ツールコンテナ
図９に示すように、デッキ３１０は、ツールコンテナ３４０のユニットを支持するための少なくとも１の領域を含み、その領域が、ツールコンテナ３４０を後述するガントリ３７０の流体処理装置に対して位置決めするように機能する。ツールコンテナ３４０は、様々な用途のための１または複数のワークフローに従って、流体吸引、流体送達、流体散布、サンプルの非標的物質からの標的物質の分離のための様々なツール、および／または他のツールの１または複数のユニットを、１または複数のコンパートメントに収容するように機能する。このため、ツールコンテナ３４０は、試薬の移送および／またはサンプルとの混合を容易にし、デッキ３１０の様々な領域で要素を流体的に結合および／または切り離し、マイクロウェルプレート／リッドのある位置から別の位置への移送を容易にし、またはプラットフォーム３００の１または複数のコンポーネントと他の方法で相互作用することができる。ツールコンテナ３４０はデッキ１１０に支持されるものとして説明されているが、ツールコンテナ３４０の態様は、代替的には、デッキ３１０から独立して動作するように構成することができる。ツールコンテナ３４０は、さらに追加的または代替的には、２０２０年５月５日に出願された米国出願第１６／８６７，２３５号、２０２０年５月５日に出願された米国出願第１６／８６７，２５６号、２０２０年３月１２日に出願された米国出願第１６／８１６，８１７号、２０１９年９月９日に出願された米国出願第１６／５６４，３７５号、２０１８年８月２８日に出願された米国出願第１６／１１５，３７０号、２０１８年８月２８日に出願された米国出願第１６／１１５，０５９号、２０１８年７月２７日に出願された米国出願第１６／０４８，１０４号、２０１８年７月３０日に出願された米国出願第１６／０４９，０５７号、２０１７年９月２９日に出願された米国出願第１５／７２０，１９４号、２０１７年２月１３日に出願された米国出願第１５／４３０，８３３号、２０１７年１１月２２日に出願された米国出願第１５／８２１，３２９号、２０１７年１０月１２日に出願された米国出願第１５／７８２，２７０号、２０１８年７月３０日に出願された米国出願第１６／０４９，２４０号、並びに、２０１７年１１月１６日に出願された米国出願第１５／８１５，５３２号に記載の態様を含むことができ、それら出願は、この引用によりその全体が援用されるものとする。
図９に示すように、デッキ３１０は、ツールコンテナ３４０のユニットを支持するための少なくとも１の領域を含み、その領域が、ツールコンテナ３４０を後述するガントリ３７０の流体処理装置に対して位置決めするように機能する。ツールコンテナ３４０は、様々な用途のための１または複数のワークフローに従って、流体吸引、流体送達、流体散布、サンプルの非標的物質からの標的物質の分離のための様々なツール、および／または他のツールの１または複数のユニットを、１または複数のコンパートメントに収容するように機能する。このため、ツールコンテナ３４０は、試薬の移送および／またはサンプルとの混合を容易にし、デッキ３１０の様々な領域で要素を流体的に結合および／または切り離し、マイクロウェルプレート／リッドのある位置から別の位置への移送を容易にし、またはプラットフォーム３００の１または複数のコンポーネントと他の方法で相互作用することができる。ツールコンテナ３４０はデッキ１１０に支持されるものとして説明されているが、ツールコンテナ３４０の態様は、代替的には、デッキ３１０から独立して動作するように構成することができる。ツールコンテナ３４０は、さらに追加的または代替的には、２０２０年５月５日に出願された米国出願第１６／８６７，２３５号、２０２０年５月５日に出願された米国出願第１６／８６７，２５６号、２０２０年３月１２日に出願された米国出願第１６／８１６，８１７号、２０１９年９月９日に出願された米国出願第１６／５６４，３７５号、２０１８年８月２８日に出願された米国出願第１６／１１５，３７０号、２０１８年８月２８日に出願された米国出願第１６／１１５，０５９号、２０１８年７月２７日に出願された米国出願第１６／０４８，１０４号、２０１８年７月３０日に出願された米国出願第１６／０４９，０５７号、２０１７年９月２９日に出願された米国出願第１５／７２０，１９４号、２０１７年２月１３日に出願された米国出願第１５／４３０，８３３号、２０１７年１１月２２日に出願された米国出願第１５／８２１，３２９号、２０１７年１０月１２日に出願された米国出願第１５／７８２，２７０号、２０１８年７月３０日に出願された米国出願第１６／０４９，２４０号、並びに、２０１７年１１月１６日に出願された米国出願第１５／８１５，５３２号に記載の態様を含むことができ、それら出願は、この引用によりその全体が援用されるものとする。
３．１．４ 加熱および／または冷却サブシステム
デッキ３１０は、追加的または代替的には、基板（例えば、ベース基板１１０、カバー基板２１０）、試薬カートリッジ３２０、ツールコンテナ３４０および／または他のコンポーネントの所望の領域に熱を伝達し、かつ／またはそれら領域から熱を伝達するように機能する、加熱および冷却サブシステム３５０を含むか、または支持することができる。加熱および冷却サブシステム３５０は、追加的または代替的には、プラットフォーム３００の内部ボリューム内で所望の温度を維持するように機能することができる。実施態様では、加熱および冷却サブシステム３５０が、加熱要素（例えば、ペルチェ加熱要素、抵抗加熱要素、他の加熱要素）、冷却要素（例えば、ペルチェ冷却要素、チルドアルミニウムブロック、冷却剤を循環させる流体経路システムなど）、加熱および冷却要素と他の物体との間で熱を伝達するための熱接触体または非接触体、ヒートシンク、ファン、温度センサおよび（例えば、後述するベース１８０の処理要素との電気的結合を有する）熱制御回路のうちの１または複数のユニットを含むことができる。実施態様では、１または複数の冷却要素が、貯蔵ボリュームおよび／またはサンプルを２～８℃、さらに好ましくは４℃に維持することができる。追加的または代替的には、冷却要素は、１または複数の貯蔵ボリューム／サンプルを任意の適切な温度（例えば、２℃未満、８℃超など）に維持することができる。
デッキ３１０は、追加的または代替的には、基板（例えば、ベース基板１１０、カバー基板２１０）、試薬カートリッジ３２０、ツールコンテナ３４０および／または他のコンポーネントの所望の領域に熱を伝達し、かつ／またはそれら領域から熱を伝達するように機能する、加熱および冷却サブシステム３５０を含むか、または支持することができる。加熱および冷却サブシステム３５０は、追加的または代替的には、プラットフォーム３００の内部ボリューム内で所望の温度を維持するように機能することができる。実施態様では、加熱および冷却サブシステム３５０が、加熱要素（例えば、ペルチェ加熱要素、抵抗加熱要素、他の加熱要素）、冷却要素（例えば、ペルチェ冷却要素、チルドアルミニウムブロック、冷却剤を循環させる流体経路システムなど）、加熱および冷却要素と他の物体との間で熱を伝達するための熱接触体または非接触体、ヒートシンク、ファン、温度センサおよび（例えば、後述するベース１８０の処理要素との電気的結合を有する）熱制御回路のうちの１または複数のユニットを含むことができる。実施態様では、１または複数の冷却要素が、貯蔵ボリュームおよび／またはサンプルを２～８℃、さらに好ましくは４℃に維持することができる。追加的または代替的には、冷却要素は、１または複数の貯蔵ボリューム／サンプルを任意の適切な温度（例えば、２℃未満、８℃超など）に維持することができる。
加熱および冷却サブシステム３５０の１または複数の部分は、様々な用途のための熱伝達機能を提供するために、デッキ３１０の開口部に入り込んで、デッキ３１０によって支持される他のシステム要素の所望の部分と熱的に相互作用するか、または他の方法で結合することができる。代替的には、デッキ３１０は、熱伝達用途のための所望の領域において熱伝導性材料で構成することができ、加熱および冷却サブシステム３５０の一部分が、熱伝達のためにデッキ３１０の熱伝導性材料領域と接触するように構成することができる。
実施態様では、加熱および冷却サブシステム３５０が、熱伝達のためのより大きな表面積を提供するために、（例えば、ヒートシンク要素に結合することができる）熱体のセットを含むことができる。さらに、デッキ３１０とプラットフォーム３００の他のボリュームとの間の領域は、必要に応じて熱体のセットおよび／または他のシステムコンポーネントから離れる対流熱伝達のための熱機構を提供するために、１または複数のファンおよび／またはダクトを含むことができる。さらに、上記態様では、加熱および冷却サブシステム３５０の１または複数の部分（例えば、熱体など）が、対応するカートリッジ（例えば、試薬カートリッジ、基板など）を定位置で保持するのを容易にする特徴部を含むことができる。
実施態様では、熱体および／または加熱および冷却サブシステム３５０の他の部分の１または複数を、デッキ３１０によって支持される要素との熱伝達の内外に熱体を移動させるアクチュエータに結合することができるが、システム１００の態様は、加熱および冷却サブシステム３５０のアクチュエータを省略することができる。
加熱および冷却サブシステム３５０は、追加的または代替的には、２０２０年５月５日に出願された米国出願第１６／８６７，２３５号、２０２０年５月５日に出願された米国出願第１６／８６７，２５６号、２０２０年３月１２日に出願された米国出願第１６／８１６，８１７号、２０１９年９月９日に出願された米国出願第１６／５６４，３７５号、２０１８年８月２８日に出願された米国出願第１６／１１５，３７０号、２０１８年８月２８日に出願された米国出願第１６／１１５，０５９号、２０１８年７月２７日に出願された米国出願第１６／０４８，１０４号、２０１８年７月３０日に出願された米国出願第１６／０４９，０５７号、２０１７年９月２９日に出願された米国出願第１５／７２０，１９４号、２０１７年２月１３日に出願された米国出願第１５／４３０，８３３号、２０１７年１１月２２日に出願された米国出願第１５／８２１，３２９号、２０１７年１０月１２日に出願された米国出願第１５／７８２，２７０号、２０１８年７月３０日に出願された米国出願第１６／０４９，２４０号、並びに、２０１７年１１月１６日に出願された米国出願第１５／８１５，５３２号に記載の態様を含むことができ、それら出願は、この引用によりその全体が援用されるものとする。
３．１．４ ガントリ
図９に示すように、プラットフォーム１００は、デッキ１１０に結合されたガントリ３７０を含むことができ、このガントリは、軸のセットに沿って、デッキ１１０の要素との種々の相互作用のために１または複数のツールの作動を支持および／または可能にするように機能する。実施態様では、ガントリ３７０が、ピペットインターフェースを有するピペッタ３７４および／または（例えば、マイクロウェルアセンブリ部分および／または他のツールなどを把持するための）把持ツール３７５などのツールを、３次元空間（例えば、デッキ３１０の第１の側面によって囲まれた３次元ボリューム）内で移動するための１または複数のレール／トラックを備える。実施態様では、ガントリ３７０を使用して作動するツールが、デッキ３１０によって支持される様々なコンポーネントにわたって物質を移送するために、サンプル処理消耗品、試薬カートリッジ３２０ユニット、ツールコンテナ３４０または他の要素に対して相対的に移動することができる。追加的または代替的には、ガントリ３７０によって支持されるツールを、デッキ３１０によって支持される様々な使い捨て品に関連する（例えば、実行の適切なセットアップの識別、在庫管理などに関連する）バーコードの撮像および／または読み取りに使用することができる。例えば、図９に示すように、ガントリ３７０は、サンプル読み取りのためのカメラ３７６（例えば、蛍光撮像カメラ、明視野撮像カメラなど）を支持するか、またはこれに結合することができる。追加的または代替的には、カメラ３７６を、（例えば、シグナルを光学的に検出するように構成されたマイクロウェルアセンブリ１００の表面に対する撮像の方向に基づいて）プラットフォーム３００の別の部分に結合することができる。
図９に示すように、プラットフォーム１００は、デッキ１１０に結合されたガントリ３７０を含むことができ、このガントリは、軸のセットに沿って、デッキ１１０の要素との種々の相互作用のために１または複数のツールの作動を支持および／または可能にするように機能する。実施態様では、ガントリ３７０が、ピペットインターフェースを有するピペッタ３７４および／または（例えば、マイクロウェルアセンブリ部分および／または他のツールなどを把持するための）把持ツール３７５などのツールを、３次元空間（例えば、デッキ３１０の第１の側面によって囲まれた３次元ボリューム）内で移動するための１または複数のレール／トラックを備える。実施態様では、ガントリ３７０を使用して作動するツールが、デッキ３１０によって支持される様々なコンポーネントにわたって物質を移送するために、サンプル処理消耗品、試薬カートリッジ３２０ユニット、ツールコンテナ３４０または他の要素に対して相対的に移動することができる。追加的または代替的には、ガントリ３７０によって支持されるツールを、デッキ３１０によって支持される様々な使い捨て品に関連する（例えば、実行の適切なセットアップの識別、在庫管理などに関連する）バーコードの撮像および／または読み取りに使用することができる。例えば、図９に示すように、ガントリ３７０は、サンプル読み取りのためのカメラ３７６（例えば、蛍光撮像カメラ、明視野撮像カメラなど）を支持するか、またはこれに結合することができる。追加的または代替的には、カメラ３７６を、（例えば、シグナルを光学的に検出するように構成されたマイクロウェルアセンブリ１００の表面に対する撮像の方向に基づいて）プラットフォーム３００の別の部分に結合することができる。
ガントリ３７０は、好ましくは、試薬カートリッジ３２０、サンプル処理使い捨て品（例えば、マイクロウェルアセンブリユニット）およびツールコンテナ３４０の広い表面に対して平行な１または複数の軸に沿って、追加的には、広い表面に対して垂直な軸に沿って、１または複数のツールを移動させることができる。ガントリ３７０は、追加的または代替的には、それらの方向のサブセットに沿った、または他の任意の適切な方向に沿った移動を可能にすることができる。移動を可能にするために、ガントリ３７０は、１または複数のモータ（例えば、各軸用のモータまたは移動方向用のモータ）、各軸または移動方向における位置識別用の１または複数のエンコーダ、および／または（例えば、スイッチが後述するベース１８０に関連して説明する制御回路と電気的に結合される場合）ガントリ３７０の制御用の１または複数のスイッチ（例えば、各軸用の光学スイッチ）を含むか、または他の方法で結合される。
図９に示すように、ガントリ３７０は、上述したツールコンテナ３４０のものなど、任意の数のチップまたは他のツールを保持、移動、および／または他の方法で相互作用するように機能するピペッタ３７４を含むことができ、かつ／またはピペッタと相互作用するように構成することができる。実施態様では、ピペッタ３７４アセンブリが、流体の送達および吸引のための圧力差を提供するためのポンプ（例えば、置換ポンプ）、ピペッティング圧力を検知するための圧力センサ、ピペッタ３７４内の流体レベルを検知するためのレベルセンサ、（例えば、ピペッタ３７４に結合したチップの有無を判定することができる）チップ検出器、およびピペッタ３７４からチップを取り除くためのチップイジェクタに結合されたチップ排出モータのうちの１または複数を含むことができる。
ガントリ３７０、ピペッタ３７４、カメラ／撮像要素、および／または把持要素は、追加的または代替的には、２０２０年５月５日に出願された米国出願第１６／８６７，２３５号、２０２０年５月５日に出願された米国出願第１６／８６７，２５６号、２０２０年３月１２日に出願された米国出願第１６／８１６，８１７号、２０１９年９月９日に出願された米国出願第１６／５６４，３７５号、２０１８年８月２８日に出願された米国出願第１６／１１５，３７０号、２０１８年８月２８日に出願された米国出願第１６／１１５，０５９号、２０１８年７月２７日に出願された米国出願第１６／０４８，１０４号、２０１８年７月３０日に出願された米国出願第１６／０４９，０５７号、２０１７年９月２９日に出願された米国出願第１５／７２０，１９４号、２０１７年２月１３日に出願された米国出願第１５／４３０，８３３号、２０１７年１１月２２日に出願された米国出願第１５／８２１，３２９号、２０１７年１０月１２日に出願された米国出願第１５／７８２，２７０号、２０１８年７月３０日に出願された米国出願第１６／０４９，２４０号、並びに、２０１７年１１月１６日に出願された米国出願第１５／８１５，５３２号に記載の態様を含むことができ、それら出願は、この引用によりその全体が援用されるものとする。
３．１．５ その他のプラットフォーム要素
いくつかの実施形態では、プラットフォーム３００は、（例えば、食品の品質／食品の安全を判定するための動作の他の部分のための機能を提供するために）他のサンプル処理要素を含むか、または支持することができる。実施態様では、プラットフォーム３００は、（例えば、インキュベーションおよび培養用途のための）環境制御を伴うガス組成変調器を含むか、または支持することができる。そのようなサブシステムは、加熱要素、冷却要素、温度センサ、ガス組成センサ、ベント、ガス入口、ガス出口、バルブ、およびプラットフォーム３００内またはプラットフォーム３００とは異なるデバイスにおける環境制御のための他の適切な要素のうちの１または複数を含むことができる。環境制御に関連して、プラットフォーム３００は、内部でサンプル環境を制御することができる様々なエンクロージャおよび／またはチャンバを含むことができる。プラットフォームは、マイクロウェル内のＯ２および／またはＣＯ２濃度を調節することができる。プラットフォームは、サンプル実行の間にシステムの汚染除去を可能にする要素、例えば、ＵＶライトを含むことができる。
いくつかの実施形態では、プラットフォーム３００は、（例えば、食品の品質／食品の安全を判定するための動作の他の部分のための機能を提供するために）他のサンプル処理要素を含むか、または支持することができる。実施態様では、プラットフォーム３００は、（例えば、インキュベーションおよび培養用途のための）環境制御を伴うガス組成変調器を含むか、または支持することができる。そのようなサブシステムは、加熱要素、冷却要素、温度センサ、ガス組成センサ、ベント、ガス入口、ガス出口、バルブ、およびプラットフォーム３００内またはプラットフォーム３００とは異なるデバイスにおける環境制御のための他の適切な要素のうちの１または複数を含むことができる。環境制御に関連して、プラットフォーム３００は、内部でサンプル環境を制御することができる様々なエンクロージャおよび／またはチャンバを含むことができる。プラットフォームは、マイクロウェル内のＯ２および／またはＣＯ２濃度を調節することができる。プラットフォームは、サンプル実行の間にシステムの汚染除去を可能にする要素、例えば、ＵＶライトを含むことができる。
実施態様では、プラットフォーム３００（例えば、ベース３８０において）は、サンプル処理のためのピペッタ３７４に関する流体送達、流体レベル検知（例えば、ピペッタ３７４、試薬カートリッジ３２０の様々な貯蔵ボリュームなどにおいて）、把持ツール３７５の把持モードの作動、試薬カートリッジ３２０および／またはマイクロウェルアセンブリ１００の熱サイクルおよび／または他の加熱または冷却機能、ガントリ３７０の制御のための機能、センサ信号を受信して出力を返すことを含む機能、センサ信号を受信して様々な動作を実行することを含む機能、システムの電力管理に関連する機能、システムの状態表示要素（例えば、ライト、音声出力デバイス、視覚出力デバイスなど）に関連する機能、システム入力デバイス（例えば、ボタン、キーボード、キーパッド、マウス、ジョイスティック、スイッチ、タッチスクリーンなど）に関連する機能、表示デバイスに関連する機能、システムデータストレージデバイスに関連する機能、システム伝送デバイス（例えば、有線伝送デバイス、無線伝送デバイスなど）に関連する機能、および他の適切な機能を含む１または複数のシステム機能のための制御および処理アーキテクチャをサポートすることができる。実施態様では、プラットフォーム３００が、処理アーキテクチャ（例えば、システムに搭載される、システムから分離されるなど）、または他の任意の適切なコンポーネントに関連する電子サブシステム（例えば、ＰＣＢ、電源、通信モジュール、エンコーダなど）をサポートすることができ、処理アーキテクチャが、プロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ）、コントローラ（例えば、マイクロコントローラ）、メモリ、ストレージ、ソフトウェア、ファームウエア、または他の任意の適切なコンポーネントのうちのいずれかまたはすべてを含むことができる。さらに、処理サブシステムは、タグの読み取り、プロトコルの検証、エラー検出の実行（例えば、試薬が割り当てられたプロトコルと一致しないことの検出）、または他の任意の機能を実行するように機能する、マシンビジョンモジュールを含むことができる。
追加要素の実施形態、実施態様および実施例は、２０１８年７月２７日に出願された米国出願第１６／０４８，１０４号、２０１８年７月３０日に出願された米国出願第１６／０４９，０５７号、２０１７年９月２９日に出願された米国出願第１５／７２０，１９４号、２０１７年２月１３日に出願された米国出願第１５／４３０，８３３号、２０１７年１１月２２日に出願された米国出願第１５／８２１，３２９号、２０１７年１０月１２日に出願された米国出願第１５／７８２，２７０号、２０１８年７月３０日に出願された米国出願第１６／０４９，２４０号、２０１７年１１月１６日に出願された米国出願第１５／８１５，５３２号、２０１８年８月２８日に出願された米国出願第１６／１１５，３７０号、２０１９年９月９日に出願された米国出願第１６／５６４，３７５号、並びに、２０２０年３月１２日に出願された米国出願第１６／８１６，８１７号にさらに記載されており、それら出願は、この引用によりその全体が援用されるものとする。
４．使用方法および用途
図１０Ａに示すように、標的検出および特性評価のための方法４００の一実施形態は、サンプル処理システムのデッキにマイクロウェルアセンブリのユニットを含むサンプル処理要素のセットを配置するステップＳ４１０と、サンプル処理要素のセット間でサンプルおよび／または他の物質を動作シーケンスにおいて移送するステップＳ４２０と、マイクロウェルアセンブリのユニットで標的検出のためにサンプルのセットを処理するステップＳ４３０とを含むことができる。追加的または代替的には、本方法４００は、２０１８年７月２７日に出願された米国出願第１６／０４８，１０４号、２０１８年７月３０日に出願された米国出願第１６／０４９，０５７号、２０１７年９月２９日に出願された米国出願第１５／７２０，１９４号、２０１７年２月１３日に出願された米国出願第１５／４３０，８３３号、２０１７年１１月２２日に出願された米国出願第１５／８２１，３２９号、２０１７年１０月１２日に出願された米国出願第１５／７８２，２７０号、２０１８年７月３０日に出願された米国出願第１６／０４９，２４０号、２０１７年１１月１６日に出願された米国出願第１５／８１５，５３２号、２０１８年８月２８日に出願された米国出願第１６／１１５，３７０号、２０１９年９月９日に出願された米国出願第１６／５６４，３７５号、並びに、２０２０年３月１２日に出願された米国出願第１６／８１６，８１７号に記載のプロセスのいずれかまたはすべてを含むことができ、それら出願は、この引用によりその全体が援用されるものとする。
図１０Ａに示すように、標的検出および特性評価のための方法４００の一実施形態は、サンプル処理システムのデッキにマイクロウェルアセンブリのユニットを含むサンプル処理要素のセットを配置するステップＳ４１０と、サンプル処理要素のセット間でサンプルおよび／または他の物質を動作シーケンスにおいて移送するステップＳ４２０と、マイクロウェルアセンブリのユニットで標的検出のためにサンプルのセットを処理するステップＳ４３０とを含むことができる。追加的または代替的には、本方法４００は、２０１８年７月２７日に出願された米国出願第１６／０４８，１０４号、２０１８年７月３０日に出願された米国出願第１６／０４９，０５７号、２０１７年９月２９日に出願された米国出願第１５／７２０，１９４号、２０１７年２月１３日に出願された米国出願第１５／４３０，８３３号、２０１７年１１月２２日に出願された米国出願第１５／８２１，３２９号、２０１７年１０月１２日に出願された米国出願第１５／７８２，２７０号、２０１８年７月３０日に出願された米国出願第１６／０４９，２４０号、２０１７年１１月１６日に出願された米国出願第１５／８１５，５３２号、２０１８年８月２８日に出願された米国出願第１６／１１５，３７０号、２０１９年９月９日に出願された米国出願第１６／５６４，３７５号、並びに、２０２０年３月１２日に出願された米国出願第１６／８１６，８１７号に記載のプロセスのいずれかまたはすべてを含むことができ、それら出願は、この引用によりその全体が援用されるものとする。
本方法は、好ましくは、（例えば、様々な要素間の内容物の移送および／またはサンプル処理に関連して）上述したシステムの実施形態、実施態様または実施例で実行されるが、追加的または代替的には、他の任意の適切なシステムで実行することができる。本方法４００は、さらに好ましくは、少なくとも部分的に自動化されるが（例えば、ユーザが試薬をロードしてプロトコルを選択することを必要とする場合、ユーザの介入を必要としない場合など）、追加的または代替的には、（例えば、品質管理ステップ、すべてのプロトコル、稀なプロトコルなどのために）１または複数の部分を手動で実行することができる。
上述した本方法４００およびシステム要素に関連する特定のワークフローを以下にさらに詳細に説明する。ここで、サンプル（例えば、均質化された消耗品または均質化されていない消耗品に由来するサンプルなど）は、ワークフローに従って処理することができる。
４．１ 方法－複数の食品サンプルから並行してＭＰＮを決定するワークフローの例
図１０Ｂに示すように、安全性および品質を評価する目的で、１または複数の消耗品サンプル（例えば、個々の食品サンプル懸濁液）を処理するために構成された方法４００の実施態様は、サンプル処理システムのデッキにマイクロウェルアセンブリのユニットを含むサンプル処理要素のセットを配置するステップＳ４１０’と、サンプルのセットを処理するための一連のサンプル準備操作を実行するステップＳ４１５’と、（例えば、ベース基板とマイクロウェルアセンブリのカバー基板との間の間隔によって可能とされるサンプル処理領域の一端からの毛細管流による、各サンプルに関連付けられたそれぞれのマイクロウェル表面にわたる液滴形態のサンプルの予め定められた送達を使用して）サンプルのセットをマイクロウェルアセンブリのベース基板のサンプル処理領域のセットに移送するステップＳ４２０’と、（例えば、サンプル流体を広げるため、サンプル流体を分割するために）ベース基板をマイクロウェルアセンブリのカバー基板で覆うステップＳ４２５’と、更なる処理のためにマイクロウェルアセンブリを移送するステップＳ４３０’と、マイクロウェルアセンブリでサンプルのセットから１または複数の標的を検出するステップＳ４４０’とを含むことができる。
図１０Ｂに示すように、安全性および品質を評価する目的で、１または複数の消耗品サンプル（例えば、個々の食品サンプル懸濁液）を処理するために構成された方法４００の実施態様は、サンプル処理システムのデッキにマイクロウェルアセンブリのユニットを含むサンプル処理要素のセットを配置するステップＳ４１０’と、サンプルのセットを処理するための一連のサンプル準備操作を実行するステップＳ４１５’と、（例えば、ベース基板とマイクロウェルアセンブリのカバー基板との間の間隔によって可能とされるサンプル処理領域の一端からの毛細管流による、各サンプルに関連付けられたそれぞれのマイクロウェル表面にわたる液滴形態のサンプルの予め定められた送達を使用して）サンプルのセットをマイクロウェルアセンブリのベース基板のサンプル処理領域のセットに移送するステップＳ４２０’と、（例えば、サンプル流体を広げるため、サンプル流体を分割するために）ベース基板をマイクロウェルアセンブリのカバー基板で覆うステップＳ４２５’と、更なる処理のためにマイクロウェルアセンブリを移送するステップＳ４３０’と、マイクロウェルアセンブリでサンプルのセットから１または複数の標的を検出するステップＳ４４０’とを含むことができる。
本方法４００は、最確数（ＭＰＮ）決定に特定のアプリケーションを用いて、迅速なサンプル試験のためのシステムを実装するように機能する。特に、本方法４００は、食品試験部分における標的微生物の濃度を測定するための連続希釈試験の迅速な操作を可能にすることに関連して（例えば、食品安全／食品品質用途のために）、複数のサンプルを並行して処理するために使用することができる。処理中、食品試験部分を希釈して（例えば、分析のためのサンプルを調製するための特定のブロス／試薬との組合せにより）食品懸濁液を調製することができる。
実施形態では、システムは、方法４００の後続のステップでサンプルを処理するための準備として、Ｓ４１０’において、サンプル処理システムのデッキでマイクロウェルアセンブリのユニットを含むサンプル処理要素のセットを配置することができる。システムは、上述のガントリを使用して、かつ／またはシステムオペレータによる手動動作によって、（例えば、図９に示すように）下流の処理ステップのためのサンプル処理要素のセットを構成することができる。他の態様では、ステップＳ４１０’が、複数のサンプルを並行して処理するために、別の適切な方法でサンプル処理要素を構成することができる。下流のサンプル処理操作の準備において、ステップＳ４１０’は、マイクロウェルアセンブリのユニットのベース基板をプラットフォームの液体ロード位置に移動させ、プラットフォームのカメラを使用して、プレート識別子を読み取ることを含むことができる。その後、システムは、正しいサンプルが処理されていることを確認するために、プレート識別子を処理用サンプルの識別子と照合し、サンプル処理結果をプレート識別子に関連付けられた実行と関連付けることができる。しかしながら、ステップＳ４１０’は、他の態様において、他の実行準備ステップを含むことができる。
ステップＳ４１５’は、サンプルのセットを処理するために、一連のサンプル準備操作を実行することを述べている。ステップＳ４１５’は、消耗品（例えば、食品サンプル、飲料サンプルなど）に由来するサンプル材料がマイクロウェルアセンブリのベース基板のサンプル処理領域のセット内に分配されるように、サンプル材料を処理するように機能する。実施態様では、ステップＳ４１５’が、（例えば、適切な希釈倍率を有する）希釈剤で食品試験部分を（例えば、機械的、化学的に）均質化すること；サンプルを（例えば、緩衝ペプトン水で、他の懸濁剤で）懸濁すること；処理される各サンプルの容量（例えば、１ｍＬ未満、１ｍＬ以上）を、培地（例えば、バックグラウンドフローラを抑制し、特定の微生物の増殖を促進する培地、１：１希釈倍率などの適切な希釈倍率をもたらすための培地など）、酵素基質（例えば、蛍光基質、発色基質など）を含むレベレーション化学物質、または乾燥または液体形態の他の処理材料（例えば、取り扱いおよび流体送達に適した粘度特性および／または総量を有するサンプルを生成するため、スパイス、チョコレート、着色／自家蛍光を有する食品マトリクス、または他の消耗品など、高い阻害特性を有するサンプルを処理するため）と混合すること；サンプルをろ過すること（例えば、マイクロウェルでのサンプルの装填、異なる特性寸法を有するマイクロウェルにわたるサンプルの均一な分配、目詰まり、検出などに影響を与える可能性のある微粒子を除去するため）、（ここで、制限する微粒子サイズは、隣接するマイクロウェル間のピッチに基づいてカバーすることができる（例えば、２０ミクロン～２８０ミクロンのフィルタサイズ、他のフィルタサイズを有する））；並びに、他の任意の適切なサンプル準備ステップのうちの１または複数を含むことができる。ステップＳ４１５’は、上記セクション３で説明したプラットフォームの流体処理要素を使用して、または他の適切な装置コンポーネントを使用して実行することができる。
実施態様では、ブロックＳ４１５’のサンプル処理ステップを使用して、少なくとも１０ｃｆｕ／ｇの下限検出限界、１，０００，０００ｃｆｕ／ｇの上限検出限界、または（例えば、ｃｆｕ／ｍＬなどの体積測定値に関連して）他の適切な検出限界を有するＭＰＮ推定値を生成することができる。
ステップＳ４２０’は、（例えば、ベース基板とマイクロウェルアセンブリのカバー基板との間の間隔によって可能になるサンプル処理領域の一端からの毛細管流によって、各サンプルに関連付けられたそれぞれのマイクロウェル表面にわたって液滴形態でサンプルの予め定められた送達を使用することなどにより）サンプルのセットをマイクロウェルアセンブリのベース基板のサンプル処理領域のセットに移送することを述べている。ステップＳ４２０’は、上記セクション３で説明したプラットフォームの流体処理要素を用いて、または他の適切な装置を使用して実行することができる。実施態様では、処理されるサンプルのセットの各々が、ベース基板のサンプル処理領域で順番に受け入れられるように移送され得る。代替的には、サンプルのセットは、ベース基板のサンプル処理領域に同時に（例えば、マルチヘッド流体分注装置を使用して、他の装置を使用して）分注することができる。特に、ステップＳ４２０’においてサンプルのセットをマイクロウェルアセンブリのベース基板のサンプル処理領域のセットに移送することは、迅速なサンプル試験（例えば、ＭＰＮ決定）のために、勾配を付けて配置されたマイクロウェルサブアレイのセットの実施形態、実施態様および実施例を使用して、サンプルのセットを自動的に分割することになる。
ステップＳ４２５’は、マイクロウェルアセンブリのカバー基板でベース基板を覆うことを述べており、下流の処理およびインキュベーションステップ中にサンプルのセットのための適切な環境を保護し、その維持を容易にするように機能する。実施態様では、ステップＳ４２５’が、上記セクション３で説明したプラットフォームのガントリに結合された要素（例えば、修正された把持要素）を使用して、または他の適切な装置を用いて実行することができる。実施態様では、上記セクション２で説明したように、カバー基板が通気チャネルを含むことができ、かつ／または多孔質材料で構成することができ、それにより、ステップＳ４２５’において、サンプルの相互汚染を防止し、サンプルの蒸発を防止し、インキュベーション／培養中にサンプルと環境との間のガス交換を可能にするように機能する。追加的または代替的には、図５に示すように、カバー基板のエラストマー特性をステップＳ４２５’で使用して、処理中にサンプルのセットの各々の上にポケット（例えば、エアポケット）を提供し、サンプルのクロストークをさらに防止することができる。しかしながら、ステップＳ４２５’は、別の適切な方法で実施することもできる。
ステップＳ４３０’は、更なる処理のためにマイクロウェルアセンブリを移送することを述べており、インキュベーション、培養または他の処理ステップのために、サンプルのセットとともに、マイクロウェルアセンブリをステージングするように機能する。ステップＳ４３０’は、上記セクション３で説明したプラットフォームのガントリに結合された要素（例えば、把持要素）を使用して、または他の適切な装置を使用して実行することができる。実施態様では、システムは、マイクロウェルアセンブリをプラットフォームのある位置まで搬送することができ、そこでオペレータは、インキュベーション、培養または更なる処理ステップのために、マイクロウェルアセンブリを他の装置に移送することができる。代替的には、システムは、インキュベーション、培養または更なる処理ステップを自動的に実行することができるプラットフォームのある位置までマイクロウェルアセンブリを移送することができる。マイクロウェルアセンブリを移送する際、システムは、好ましくは、マイクロウェルのセットのサンプルの物理的乱れを最小限に抑える方法で（例えば、ガントリおよびツールを使用して）動作するが、ステップＳ４３０’は、代替的には、別の適切な方法で実施することができる。
ステップＳ４４０’は、マイクロウェルアセンブリでサンプルのセットから１または複数の標的を検出することを述べている。ブロックＳ４４０’は、適切なインキュベーション期間（例えば、２４時間、２４時間未満、２４時間超）の後に実行することができる。ステップＳ４４０’は、上記セクション３で説明したプラットフォームのガントリおよび／またはベースに結合されたカメラ要素（例えば、蛍光撮像要素、明視野撮像要素）を使用して、または他の適切な装置を使用して実行することができる。例えば、プラットフォームの外側で実行される操作のために（例えば、インキュベーションのコンテキストで）、別個の読み取りサブシステムを実装することができる。ステップＳ４４０’の出力は、各サンプルのＭＰＮ推定値を、信頼限界とともに含むことができる。より詳細には、撮像サブシステムと通信するコンピューティングコンポーネントは、シグナル（例えば、蛍光シグナル、比色シグナルなど）が検出される各マイクロウェルサブアレイのマイクロウェルを処理し、サンプルのセットの各々についてＭＰＮまたは品質および安全性に関連する他の統計値を示す分析を返すためのアルゴリズムを実装することができる。検出は、蛍光および／または他の光学的に検出されるシグナルに基づくことができ（例えば、フルオロフォアに結合した酵素基質、蛍光または比色ｐＨインジケータに基づくことができ）、検出のための意図した標的に応じて、複数および／または異なるフルオロフォアを使用することができる。
ステップＳ４４０’の実施態様において、システムは、サンプル処理およびインキュベーション後のマイクロウェルアセンブリの画像を、蛍光／比色シグナルおよび関連特性（例えば、強度）の検出のための１または複数の変換アルゴリズム（例えば、ハフ変換、フィルタリング操作、フィッティング操作、マイクロウェル認識操作、レジストレーション操作など）で処理し、かつ／または他の適切な画像処理操作を実行することができる。その後、システムは、集計参照、推定アルゴリズム（例えば、トーマスの法則）、信頼限界決定法（例えば、ホールデン法など）、境界近似アプローチ（例えば、ブロジェット法など）、粒子計数統計法（例えば、マイクロウェルアレイに適用される、ポアソン統計学を介した粒子／細胞計数法）、パーティショニング誤差および／またはサブサンプリング誤差に関連する誤差補正の適用、仮想パーティションの実行、または他の適切な方法のうちの１または複数に基づく分析を生成することができる。追加的または代替的には、閾値検出限界に達すると、プレートを密閉して、環境との更なる相互作用および／または環境の汚染を防止することができる。
方法４００の態様では、培地組成、基質、インキュベーション条件、および検出システムは、サンプルのセットからの検出を目的とする１または複数の標的に依存する。例えば、総生菌数を検出するために、例示的な培地ベースは、プレートカウント寒天（例えば、非選択的プレートカウント寒天）を含むことができ、培地組成は、トリプトン、酵母エキスおよびグルコースであり、検出原理は一般酵素活性または生存率を標的とする基質に基づくものであり、インキュベーション時間は３０℃で７２時間未満である。腸内細菌科を検出するために、例示的な培地ベースは、バイオレットレッド胆汁グルコース（例えば、選択的バイオレットレッド胆汁グルコース）を含むことができ、培地組成は、ペプトン、酵母エキス、グルコース、クリスタルバイオレット、ナトリウム、胆汁酸塩／デオキシコール酸ナトリウムであり、検出原理はｐＨ表示に基づくものであり、インキュベーション時間は３０℃で２４時間未満である。大腸菌群を検出するために、例示的な培地ベースは、バイオレットレッド胆汁ラクトース（例えば、選択的バイオレットレッド胆汁ラクトース）を含むことができ、培地組成は、ペプトン、酵母エキス、ラクトース、クリスタルバイオレット、ナトリウム、胆汁酸塩／デオキシコール酸ナトリウムであり、検出原理はｐＨ表示に基づくものであり、インキュベーション時間は３７℃で２４時間未満である。また、β－ガラクトシダーゼ酵素基質に基づく検出の場合、培地の酸性化の回避（および蛍光の抑制）のために、使用する培地にラクトースが含まれないようにする必要がある。そのような実施形態では、Ｒａｐｉｄ大腸菌培地（例えば、ペプトン、酵母エキス、塩化ナトリウム、胆汁酸塩／デオキシコール酸ナトリウム＋β－ガラクトシダーゼ酵素基質を含む培地）を検討することができる。大腸菌を検出する場合、例示的な培地ベースは、トリプトン胆汁Ｘ－グルクロニド（例えば、選択的トリプトン胆汁Ｘ－グルクロニド）を含むことができ、培地組成は、ペプトン／トリプトン、酵母エキス、胆汁酸塩／デオキシコール酸ナトリウムであり、検出原理はベータ－グルクロニダーゼ酵素と相互作用する基質に基づくものであり、インキュベーション時間は４４℃で２４時間未満である。酵母およびカビを検出するために、例示的な培地ベースは、ＹＧＣ培地を含むことができ、培地組成は、酵母エキス、グルコース、クロラムフェニコールであり、検出原理は、いくつかの非特異的酵素活性に基づくものであり、インキュベーション時間は３０℃で７２時間未満である。このシステムは、大腸菌／大腸菌群のマルチ標的検出を実行することもできる。しかしながら、意図する標的に応じて、他の培地組成、基質、インキュベーション条件および検出システムを使用することができる。
しかしながら、システムの１または複数の実施形態は、記載されたワークフローの実施態様を含む他のワークフロー、および／または他のワークフローを実施するように構成することができる。
４．１．１ 方法－ＭＰＮ計数
上述した方法４００および／または他の関連する方法に関連して、ＭＰＮの原理および手順を以下のように適用することができる。
上述した方法４００および／または他の関連する方法に関連して、ＭＰＮの原理および手順を以下のように適用することができる。
原理：上述した実施形態、実施態様および／または実施例に従って処理されたサンプルの試験部分を、特定の微生物または微生物群の増殖を支持し、かつ／または非標的微生物の増殖を抑制するように設計された培地（例えば、液体培地、乾燥培地、再水和乾燥培地など）に接種することができる。標的微生物の増殖が生じたかどうかを判定するために、様々な基準（例えば、濁りの視覚的検出、ガス発生、色の変化、選択的寒天培地での微生物のその後の分離、他のメカニズムなど）を用いることができる。増殖培地の組成と、陽性と陰性の結果を判別する基準については、さらに後述する。これらのアプローチを使用することにより、定性的な値のみが各試験部分に帰属することができる（すなわち、結果は陽性または陰性のいずれかとなる）。存在する微生物の量の推定値を得るためには、いくつかの試験部分を検査し、統計的手順を使用して最確数（ＭＰＮ）を求める必要がある。
接種手順：選択的増殖培地を使用する場合、試験部分の添加によってその選択特性が低下して、非標的微生物の増殖が可能にならないようにする必要がある。ほとんどの規格において、特定のマトリクスと液体培地の適合性に関する情報が記載されているが、増殖阻害物質（例えば、香辛料、ココア、ブイヨンなど）を含む可能性がある一部のマトリクスには注意が必要である。そのようなマトリクスが含まれる場合、中和化合物を伴うサンプルおよびマトリクスの処理方法は、高い希釈倍率、遠心分離、浮力に基づく分離（例えば、浮力粒子への標的サンプル材料の結合および非標的マトリクス材料の洗浄を伴う）、ろ過、標的微生物をマトリクスから分離する免疫磁気分離、および／または問題のあるマトリクスの影響を緩和する他の機構を使用して、実施することができる。不適合がマトリクスの生物学的組成（例えば、重度に汚染された環境サンプル、発酵製品、プロバイオティック細菌を有する製品など）に起因する場合、本方法は、スパイクベースの実験および／または適切な対照の生成をさらに実施することができる。
実施例では、小体積（例えば、１ミリリットル未満、１ミリリットルなど）の試験部分は、単一強度の培地の体積（例えば、５～１０倍の体積）に加えることができる。実施例では、中間体積（例えば、１ミリリットル～１００ミリリットル）の試験部分は、より高い強度（例えば、倍強度）の培地の体積（例えば、等しい体積）に加えることができる。実施例では、大体積（例えば、１００ミリリットル超）の試験部分は、より濃縮された培地と組み合わせることができる。特別な目的のために、上記システムおよびプラットフォームの実施形態に記載されているように、無菌の脱水培地をサンプルに（例えば、低温のサンプルまたは予め温められたサンプルに）溶解して分析することができる。実施例では、サンプルの最初の希釈液を調製してから最後の部分を接種するまでの時間差は、無菌手順を実施して、閾値時間（例えば、１５分間、別の適切な時間）未満にする必要がある。その後、接種されたパーティションは、（例えば、関与する標的微生物に応じて）適切なインキュベーションの期間および／または温度でインキュベートされる。いくつかの標的微生物については、多段階のインキュベーション手順および／または確認ステップを実施することができる。陽性と陰性の結果を区別する基準は、各微生物または微生物群によって異なり得る。それらの基準を用いて、ＭＰＮ決定法では、１つのサンプルに由来するすべての試験部分で得られた陽性結果の数が数えられる。
接種システムの選択：ＭＰＮ法によれば、サンプルは、複数のパーティションにわたって、接種物が目的の生存微生物を含むときがあるが、必ずしもそうではない程度に希釈される。その「結果」（すなわち、各希釈で増殖をもたらす接種物の数）により、サンプル中の１または複数の微生物の初期濃度を推定することができる。可能性のある広い範囲の濃度の推定値を得るために、連続希釈および／または複数のパーティション（例えば、チューブ、プレートのウェル、上述したマイクロウェルシステム、エマルションの液滴など）でのインキュベーションを使用することができる。その後、インキュベーション後に観察された１または複数の希釈での陽性および陰性パーティションの数に基づいて、元のサンプルに存在する微生物の推定ＭＰＮ、およびその推定精度を統計的手順によって算出することができる。ＭＰＮ接種システムは、調査対象のサンプルに含まれる微生物の予想数、規制要件、必要な精度、および他の実用的な考慮事項のうちの１または複数に基づいて選択することができる。測定の不確かさは、観察された陽性試験部分の数に依存し、使用されるパーティションの数の平方根の関数として増加する。測定の不確かさを半減させるためには、チューブの数を４倍にする必要がある。少数の複製パーティションしか有さないシステムを使用する場合、測定の不確かさは低くなる。
接種システムの実施態様－単一希釈システム：予想される微生物の濃度が低いか、または中適度にしか変化しないと予想される場合、適切な接種システムは、単一シリーズの等しい試験部分である。微生物の最大数と最小数の間の予想比率が約２５未満である場合、１０の並列試験部分が機能すると予想される最小数であり、５０の並列パーティションでは、２００の比率が限界である。
接種システムの実施態様－複数希釈システム：サンプル中の微生物の濃度が未知である場合、または大きな変動が予想される場合、適切な接種システムは、複数の希釈からのシリーズのパーティションが実施される複数希釈システムである。そのようなプラットフォームでは、陽性と陰性の両方の結果が得られるシステムを確保するために、十分な数の希釈を接種する。また、希釈数は、ＭＰＮ値の推定に用いる計算方法にも依存する（例えば、理論モデル、参考テーブルなどに依存する）。
接種システムの実施態様－対称希釈システム：対称ＭＰＮシステムでは、１回の希釈につき、３または５の並列パーティション（または別の適切な数のパーティション）を使用することができる。このシステムで得られる精度は、１回の希釈あたりのチューブ数が少なくなると急速に低下する。より高い精度が必要な場合は、５以上のパーティションを選択することが推奨される。
接種システムの実施態様－非対称希釈システム：非対称システムでは、希釈レベルが異なる場合、チューブの数は同じではない。このような構成は、明確に規定された範囲内の微生物の数を推定するのに適している（その例は、ＩＳＯ８１９９に記載されている）。
ＭＰＮ値の決定：実施態様では、ＭＰＮ値を、数式による計算、ＭＰＮテーブルの参照、および他のアルゴリズムの利用のうちの１または複数によって決定することができる。これらの３つの方法について、以下に詳述する。
ＭＰＮ値の決定－数式：任意の数の希釈および平行チューブに対する近似ＭＰＮ値は、以下の式を適用することによって導き出すことができる。ここで、Ｚｐは陽性のパーティションの数、ｍｒはサンプル基準質量（例えば、グラム）、ｍｓは陰性反応を有するすべてのパーティションにおけるサンプルの総質量（例えば、グラム）、ｍｔはすべてのパーティションにおけるサンプルの総質量（例えば、グラム）である。
単一シリーズのパーティションに対するＭＰＮ値は、以下の式から導き出される。ここで、ｍｒはサンプル基準質量（例えば、グラム）、ｍｍはシリーズの各パーティションにおけるサンプルの質量（例えば、グラム）、ｌｎは自然対数、ｎはシリーズにおけるパーティションの数、ｚｐは陽性反応を有するパーティションの数である。
ＭＰＮ推定値の９５％信頼限界は、以下の式を使用して近似計算することができる。ここで、ｘは９５％信頼限界の上限または下限、ｍｒはサンプル基準質量（例えば、グラム）、ｍｍはシリーズの各パーティションにおけるサンプルの質量（例えば、グラム）、ｌｎは自然対数、ｎはシリーズにおけるパーティションの数、ｚｎは陰性反応のパーティションの数である。
対称複数希釈ＭＰＮシステムのｌｏｇ１０標準不確かさは、以下の式から得ることができる。ここで、ＳＥはｌｏｇ１０ＭＰＮの標準誤差、ｆは連続する希釈間の希釈倍率、ｎは希釈あたりのパーティション数である。
上記式の変形例は、関連する体積から質量を抽出することができる体積パラメータに適合させることができ、かつ／または体積を考慮するために式を適合させることができる。
ＭＰＮ値の決定－テーブル：サンプル基準質量（または液体サンプルの場合は体積）あたりの結果を表すために、（例えば、ＭＰＮおよび９５％限界値に［基準質量］／［試験部分質量］などの比率を乗じることによって）テーブルの値を処理することができる。対称システムでは、本方法は、適切な数の複製、システムコンポーネントをサポートするために上述した適切な数の実施形態、実施態様および実施例による、複数の連続する希釈（例えば、３回の連続する希釈）の実施を含むことができる。それらの方法を使用して、パーティションの各セットに対する陽性結果の数を（例えば、上述したプラットフォーム３００を使用することにより）得ることができ、使用された接種システムに対するＭＰＮテーブルから、サンプルの基準体積に存在する関連微生物のＭＰＮ値を得ることができる。陽性のパーティションの様々な組合せは、統計的に他のものよりも可能性が高くなり得るため、陽性のパーティションの結果の組合せは、様々なカテゴリ（例えば、確率が高い結果、確率が中程度の結果、確率が低い結果など）に分類することができる。
ＭＰＮ値の決定－アルゴリズム：上述した方法の態様では、様々なアルゴリズムを実施することができる（例えば、ＭＰＮアッセイアナライザを使用して、別の適切なシステムを使用して実行することができる）。
追加的または代替的には、本方法は、Ａｐｐｅｎｄｉｘ Ａおよび／または２０１６年１月２５日に出願された「Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ」という名称の米国特許出願第１６／０７２，７１２号に記載されているものから適合させることができ、それらは、この引用によりその全体が援用されるものとする。
５．結論
図面は、好ましい実施形態、例示的な構成およびそれらの態様に係る、システム、方法およびコンピュータプログラム製品の可能性のある実装のアーキテクチャ、機能および動作を示している。これに関して、フローチャートまたはブロック図の各ブロックは、指定された１または複数の論理機能を実装するための１または複数の実行可能な命令を含む、モジュール、セグメントまたはコードの一部を示すことができる。また、いくつかの代替的な態様では、ブロックに記された機能は、図面に記された順序以外で発生し得ることにも留意されたい。例えば、連続して示された２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行される可能性があり、または、関係する機能に応じて、逆の順序で実行される場合もある。また、ブロック図および／またはフローチャートの各ブロック、並びに、ブロック図および／またはフローチャートのブロックの組合せは、指定された機能または動作を実行する専用のハードウェアベースのシステム、または専用のハードウェアおよびコンピュータ命令の組合せによって実施することができることに留意されたい。
図面は、好ましい実施形態、例示的な構成およびそれらの態様に係る、システム、方法およびコンピュータプログラム製品の可能性のある実装のアーキテクチャ、機能および動作を示している。これに関して、フローチャートまたはブロック図の各ブロックは、指定された１または複数の論理機能を実装するための１または複数の実行可能な命令を含む、モジュール、セグメントまたはコードの一部を示すことができる。また、いくつかの代替的な態様では、ブロックに記された機能は、図面に記された順序以外で発生し得ることにも留意されたい。例えば、連続して示された２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行される可能性があり、または、関係する機能に応じて、逆の順序で実行される場合もある。また、ブロック図および／またはフローチャートの各ブロック、並びに、ブロック図および／またはフローチャートのブロックの組合せは、指定された機能または動作を実行する専用のハードウェアベースのシステム、または専用のハードウェアおよびコンピュータ命令の組合せによって実施することができることに留意されたい。
当業者であれば、上述した詳細な説明、図面および特許請求の範囲から認識できるように、以下の特許請求の範囲で特定される本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の好ましい実施形態に修正および変更を加えることができる。
Claims (20)
- 標的検出のためのシステムであって、
ベース基板と、
前記基板の広い表面に規定されたサンプル処理領域のセットとを備え、前記サンプル処理領域のセットの各々が、
各サンプル処理領域の上流端と下流端との間に勾配を付けて配置されたマイクロウェルサブアレイのセットと、
各サンプル処理領域を隣接するサンプル処理領域から分離する境界とを含むことを特徴とするシステム。 - 請求項１に記載のシステムにおいて、
前記マイクロウェルサブアレイのセットが、上流端に配置された第１の特性寸法を有するウェルを含む最初のマイクロウェルサブアレイと、下流端に配置された第２の特性寸法を有するウェルを含む終端のマイクロウェルサブアレイとを含むことを特徴とするシステム。 - 請求項２に記載のシステムにおいて、
前記第１の特性寸法が前記第２の特性寸法よりも小さく、前記最初のマイクロウェルサブアレイが、前記ベース基板の第１のフットプリントを占め、前記終端のマイクロウェルサブアレイが、前記第１のフットプリントよりも大きい前記ベース基板の第２のフットプリントを占めることを特徴とするシステム。 - 請求項２に記載のシステムにおいて、
前記最初のサブアレイのウェルが第１の充填構成で配置され、前記終端のサブアレイのウェルが第２の充填構成で配置されていることを特徴とするシステム。 - 請求項１に記載のシステムにおいて、
前記ベース基板が、液体交換を防止しつつ、前記サンプル処理領域のセットのウェルの内容物と当該システムの環境との間のガス交換を可能にするレベルの多孔性を有する材料で構成されていることを特徴とするシステム。 - 請求項１に記載のシステムにおいて、
前記サンプル処理領域のセットが、媒体、蛍光基質および比色基質のうちの少なくとも１つを含む乾燥サンプル処理物質を含むことを特徴とするシステム。 - 請求項１に記載のシステムにおいて、
各サンプル処理領域が０．０１～１０ミリリットルの総容積を有し、前記マイクロウェルサブアレイのセットの各々が、ＭＰＮアッセイに対する５～３，０００，０００の最確数（ＭＰＮ）範囲に対応する、１０～１００，０００個のパーティションを有することを特徴とするシステム。 - 請求項１に記載のシステムにおいて、
前記境界が、溢れ出したサンプルを受け入れるように動作可能な凹状のチャネルを含むことを特徴とするシステム。 - 請求項１に記載のシステムにおいて、
結合モードで前記ベース基板と嵌合するように構成されたカバー基板をさらに含み、前記カバー基板が、前記結合モードで前記ベース基板と前記カバー基板を嵌合させる際に前記サンプル処理領域のセットと整列する通気チャネルのネットワークを含み、前記通気チャネルのネットワークが、前記ベース基板と前記マイクロウェルアセンブリの周囲の環境との間のガス交換を提供することを特徴とするシステム。 - 請求項９に記載のシステムにおいて、
前記カバー基板が、液体交換を防止しつつ、当該システムの内容物と当該システムの環境との間のガス交換を可能にするレベルの多孔性を有する材料で構成されていることを特徴とするシステム。 - 請求項９に記載のシステムにおいて、
前記カバー基板が、エラストマー材料から構成され、前記ベース基板における前記サンプル処理領域のセットに分配されたサンプルから流体のサブボリュームが移動する変形動作モードと、前記カバー基板がベースライン状態に弛緩して前記カバー基板と前記ベース基板のマイクロウェルとの間にポケットを作り出す弛緩動作モードとを提供することを特徴とするシステム。 - 請求項９に記載のシステムにおいて、
前記通気チャネルのネットワークが、第１の軸に平行に前記カバー基板に延在するチャネルの第１のサブセットと、第２の軸に平行に前記カバー基板に延在するチャネルの第２のサブセットとを含み、前記チャネルの第１のサブセットが前記チャネルの第２のサブセットと交差することを特徴とするシステム。 - 請求項９に記載のシステムにおいて、
前記通気チャネルのネットワークが、前記カバー基板の周縁部において当該システムの環境に対して開いていることを特徴とするシステム。 - 請求項９に記載のシステムにおいて、
前記カバー基板が、前記ベース基板の第２のロック部分と相補的な第１のロック部分を備えることを特徴とするシステム。 - 請求項９に記載のシステムにおいて、
前記カバー基板が、１または複数の機能層によって前記ベース基板から分離されていることを特徴とするシステム。 - 請求項１５に記載のシステムにおいて、
前記１または複数の機能層が、前記カバー基板と前記ベース基板との間に配置され、前記サンプル処理領域のセットのウェルからのガス交換を提供する多孔質接着フィルム層を含むことを特徴とするシステム。 - 標的検出のためのシステムであって、
ベース基板と、
前記基板の広い表面に規定されたサンプル処理領域のセットであって、前記サンプル処理領域のセットの各々が、
各サンプル処理領域の上流端と下流端との間に勾配を付けて配置されたマイクロウェルサブアレイのセットと、
各サンプル処理領域を隣接するサンプル処理領域から分離する境界とを備える、サンプル処理領域のセットと、
結合モードで前記ベース基板と嵌合するように構成されたカバー基板とを備え、前記カバー基板が、前記結合モードで前記ベース基板と前記カバー基板を嵌合させる際に前記サンプル処理領域のセットと整列する通気チャネルのネットワークを含み、前記通気チャネルのネットワークが、前記ベース基板と前記マイクロウェルアセンブリの周囲の環境との間のガス交換を提供することを特徴とするシステム。 - 請求項１７に記載のシステムにおいて、
前記マイクロウェルサブアレイのセットが、上流端に配置された第１の特性寸法を有するウェルを含む最初のマイクロウェルサブアレイと、下流端に配置された第２の特性寸法を有するウェルを含む終端のマイクロウェルサブアレイとを含み、前記第１の特性寸法が前記第２の特性寸法よりも小さいことを特徴とするシステム。 - 請求項１７に記載のシステムにおいて、
前記ベース基板および前記カバー基板のうちの少なくとも一方が、液体交換を防止しつつ、前記サンプル処理領域のセットのウェルの内容物と当該システムの環境との間のガス交換を可能にするレベルの多孔性を有する材料で構成されていることを特徴とするシステム。 - 請求項１７に記載のシステムにおいて、
前記カバー基板が、エラストマー材料から構成され、前記ベース基板の前記サンプル処理領域のセットに分配されたサンプルから流体のサブボリュームが移動する変形動作モードと、前記カバー基板がベースライン状態に弛緩して前記カバー基板と前記ベース基板のマイクロウェルとの間にポケットを作り出す弛緩動作モードとを提供することを特徴とするシステム。
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