JP7077383B2 - 基礎器具と取外可能カートリッジとを含む生化学的解析のためのシステム及び方法 - Google Patents

基礎器具と取外可能カートリッジとを含む生化学的解析のためのシステム及び方法 Download PDF

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Description

＜関連出願＞
この出願は、2014年5月27日に出願された米国特許仮出願第62/003,264号の優先権を主
張し、出願の全内容を参照により本明細書に援用するものとする。
本願の実施形態は一般に、生化学反応を行うシステム及び方法に関するものであり、特
に基礎器具が取外可能カートリッジと相互作用して、試料調製又は生化学的解析の少なく
とも一方のための反応を行うシステム及び方法に関するものである。
様々な生化学的プロトコールは、支持面上又は指定反応室内で多数の制御された反応を
行うことを伴う。制御された反応を行って、生物試料を解析することができ又は後の解析
のために生物試料を調製することができる。この解析によって、反応に関する化学物質の
特性を特定し又は明らかにすることができる。例えば、円形アレイのシーケンシングアッ
セイ（例えばSequencing By Synthesis（シークエンシング・バイ・シンセシス、SBS）法
）では、DNA特徴の濃密配列（例えばテンプレート核酸）が、酵素操作の反復サイクルに
よって並べられる。それぞれのサイクルの後に画像を撮像することができ、その後当該画
像を他の画像とともに解析してDNA特徴のシークエンスを明らかにすることができる。他
の生化学的アッセイでは、特定可能なラベル（例えば蛍光ラベル）を有する未知の分析物
を、アレイ内で予め位置付けられた既知のプローブのアレイに露出することができる。プ
ローブと未知の分析物との間で起こる化学反応を観察することが、分析物の特性を特定し
又は明らかにすることに役立ち得る。
上述したようなアッセイを自動的に実施するシステムが一般に求められている。当該シ
ステムは、ユーザに求められる作業又は関与を軽減する。現在の多数のプラットフォーム
では、ユーザは生物試料を解析用システムに入れる前に、当該生物試料を別個に調製する
必要がある。ユーザにとって、１つ以上の生物試料をシステム内に入れ、システムが実行
するアッセイを選択し、所定時間（例えば１日又はそれ未満）で解析の結果を得ることが
望ましいことがある。今日の少なくとも一部のシステムでは、特定のプロトコール（例え
ば全ゲノムのシーケンシング）において、十分なレベルの品質を持つデータを、特定のコ
ストの範囲内で得ることができない。
一実施形態では、カートリッジハウジングを有する取外可能カートリッジを備えるシス
テムが提供される。取外可能カートリッジは、カートリッジハウジング内に配置される流
体ネットワークも含む。流体ネットワークは、生物試料を受け入れ流体的に送り、試料解
析又は試料調製の少なくとも一方を行うように構成される。取外可能カートリッジは、流
体ネットワークに動作可能に接続され、流体ネットワークに対して相対移動可能であり、
流体ネットワークを通る生物試料の流量を制御する流量制御バルブも含む。カートリッジ
ハウジングは、取外可能カートリッジの外面を画定するとともに流量制御バルブの動作に
対するアクセスを可能とするハウジング面を含む。システムは、取外可能カートリッジの
ハウジング面に分離可能に係合するように構成される制御面を有する基礎器具も含む。ハ
ウジング面及び制御面は合わせてシステムインタフェースを定める。基礎器具はシステム
インタフェースを通じて流量制御バルブに係合するバルブアクチュエータを含む。取外可
能カートリッジは、取外可能カートリッジ又は基礎器具の少なくとも一方によって保持さ
れる検出アセンブリも含む。検出アセンブリは、撮像検出器、及び流体ネットワークと流
体連通する反応室を含む。撮像検出器は反応室内の指定の反応を検出するように構成され
る。
一実施形態では、核酸の配列を決定する方法が提供される。核酸の配列を決定する方法
は、カートリッジハウジング、カートリッジハウジング内に配置される流体ネットワーク
、及び流体ネットワークに動作可能に結合されるとともに流体ネットワークに対して相対
移動可能である流量制御バルブを有する、取外可能カートリッジを設ける設置ステップを
含む。カートリッジハウジングは、取外可能カートリッジの外面を画定するハウジング面
を含む。核酸の配列を決定する方法は、取外可能カートリッジを基礎器具に接触させる接
触ステップも含む。取外可能カートリッジのハウジング面が基礎器具の制御面に分離可能
に係合して、共同してシステムインタフェースを定める。基礎器具は、システムインタフ
ェースを通じて流量制御バルブに係合するバルブアクチュエータを備える。核酸の配列を
決定する方法は、生物試料を取外可能カートリッジの流体ネットワークを通じて流体的に
流し、試料解析又は試料調製の少なくとも一方を取外可能カートリッジで行う流動ステッ
プも含む。生物試料を反応室内へ流し、生物試料の流れを流量制御バルブに係合するバル
ブアクチュエータの動作によって制御する。核酸の配列を決定する方法は、反応室に向け
た撮像検出器を用いて、生物試料を検出する検出ステップも含み、検出アセンブリは取外
可能カートリッジ又は基礎器具の少なくとも一方によって保持される。
一実施形態では、カートリッジハウジングであり、カートリッジハウジングの外面に開
口するとともに生物試料を受け入れるように構成される試料ポートを有するカートリッジ
ハウジングを備える取外可能カートリッジが提供される。カートリッジハウジングは、電
気的接点のアレイ及び外面に露出する機械的インタフェースを有する。カートリッジハウ
ジングは、基礎器具に取外可能に結合するように構成される。取外可能カートリッジは、
複数のチャンネル、反応室及び貯蔵モジュールを有する流体ネットワークを含むこともで
きる。貯蔵モジュールは試薬を貯蔵する複数の容器を含む。流体ネットワークは試薬を容
器から反応室に送るように構成され、機械的インタフェースは流体ネットワークに対して
相対移動して流体ネットワークを通る流体の流量を制御することができる。システムは、
カートリッジハウジング内に配置されるとともに反応室内の指定の反応を検出するように
位置付けられる撮像デバイスも含む。撮像デバイスは、基礎器具と通信するために電気的
接点のアレイに電気的に結合する。機械的インタフェースを、取外可能カートリッジが基
礎器具に結合しているときに、基礎器具によって移動されるように構成することができる
。
一実施形態では、カートリッジハウジングであり、カートリッジハウジングの外面に開
口するとともに生物試料を受け入れるように構成される試料ポートを有するカートリッジ
ハウジングを含む取外可能カートリッジが提供される。取外可能カートリッジは、カート
リッジハウジング内に配置される回動可能バルブを含むこともできる。回動可能バルブは
、流体面及び流体面で開口する複数のバルブポートを有する。回動可能バルブは、複数の
バルブポートの間で延びる少なくとも１つの流れチャンネルを有し、回動可能バルブは異
なる回動位置の間で回動可能である。取外可能カートリッジは、回動可能バルブの流体面
に摺動可能に結合する本体面を有する微少流体本体を含むこともできる。微少流体本体は
、少なくとも部分的に流体ネットワークを画定することもできる。流体ネットワークは、
試料ポートと流体連通する試料チャンネルを含む。試料チャンネルは、微少流体本体の本
体面に開口するネットワークポートを有する。流体ネットワークは、試薬を保持するよう
に構成される容器を含むこともできる。容器は、微少流体本体の流体面に開口する容器ポ
ートと流体連通する。流体ネットワークは、流体ネットワークの反応室と流体連通する供
給チャンネルも含む。供給チャンネルは、微少流体本体の本体面に開口する供給ポートを
有する。回動可能バルブは、第１回動位置と第２回動位置との間で回動するように構成さ
れる。回動可能バルブが第１回動位置に存在するときに、ネットワークポートは供給ポー
トに回動可能バルブを通じて流体的に結合される。回動可能バルブが第２回動位置に存在
するときに、容器ポートは供給ポートに回動可能バルブを通じて流体的に結合される。
一実施形態では、カートリッジハウジングであり、カートリッジハウジングの外面に開
口するとともに生物試料を受け入れるように構成される試料ポートを有するカートリッジ
ハウジングを含む取外可能カートリッジが提供される。カートリッジハウジングは、基礎
器具を向くとともに基礎器具に取外可能に結合するように構成される結合面を含むことが
できる。取外可能カートリッジは、カートリッジハウジング内に配置される流体ネットワ
ークも含む。流体ネットワークは、試料ポートと流体連通する試料チャンネルを含む。取
外可能カートリッジは、第１位置と第２位置との間で移動するように構成される軟性部材
を有するチャンネルバルブも含む。軟性部材は、第１位置において試料チャンネルを通る
流れを塞ぎ、第２位置において試料チャンネルを通る流れを許容する。カートリッジハウ
ジングの結合面は、チャンネルバルブをカートリッジハウジングの外面に露出させるアク
セス開口部を含む。アクセス開口部は、軟性部材を第１位置と第２位置との間で移動させ
る基礎器具のバルブアクチュエータを受け入れるように構成される。
一実施形態では、取外可能カートリッジに係合するように構成される結合面を有するシ
ステムハウジングを備える基礎器具が提供される。基礎器具は、取外可能カートリッジの
回動可能バルブに係合するように構成される回動モータも備える。基礎器具は、取外可能
カートリッジのチャンネルバルブに係合するように構成されるバルブアクチュエータと、
取外可能カートリッジに電気的に連結するように構成される電気的接点のアレイとも備え
る。基礎器具は、回動モータ及びアクチュエータを制御して、取外可能カートリッジ内で
アッセイプロトコールを行うように構成されるシステムコントローラも備える。システム
コントローラは、取外可能カートリッジから電気的接点のアレイを通じて撮像データを受
取るように構成される。任意に、基礎器具は、取外可能カートリッジの一部を加熱するサ
ーマルブロックを備える。
一実施形態では、カートリッジハウジングであり、カートリッジハウジングの外面に開
口するとともに生物試料を受け入れるように構成される試料ポートを有するカートリッジ
ハウジングを備える取外可能カートリッジが提供される。カートリッジハウジングは、基
礎器具を向くとともに基礎器具に取外可能に結合するように構成される結合面を含む。取
外可能カートリッジは、カートリッジハウジング内に配置される微少流体本体も含む。微
少流体本体は、本体面を有し、流体ネットワークを含む。流体ネットワークは、複数の分
離したチャンネル、及び本体面のバルブ受入領域で開口する対応ポートを有する。取外可
能カートリッジは、カートリッジハウジング内に配置される回動可能バルブも備える。回
動可能バルブは、流体面、及び複数のバルブポートの間で延びる少なくとも１つの流れチ
ャンネルを有する。バルブポートは流体面に開口する。流体面を、微少流体本体の本体面
のバルブ受入領域に回動可能に結合し、回動可能バルブは異なる回動位置の間を移動して
、分離したチャンネルに流体的に結合することができる。回動可能バルブは結合面に沿っ
てアクセス可能であるとともに基礎器具に係合するように構成される機械的インタフェー
スを有し、基礎器具は回動可能バルブを制御する。
一実施形態では、カートリッジハウジングであり、カートリッジハウジングの外面に開口するとともに生物試料を受け入れるように構成される試料ポートを有するカートリッジハウジングを備える取外可能カートリッジが提供される。カートリッジハウジングは、基礎器具に取外可能に結合するように構成される結合面を有する。取外可能カートリッジは、カートリッジハウジング内に配置されるとともに、複数の積層プリント基板（ＰＣＢ）層を含む微少流体構造体も備える。プリント基板層が積層されているときにプリント基板層はチャンネル及び反応室を画定する流体制御層を含む。プリント基板層は配線層も含む。取外可能カートリッジは、微少流体構造体に装着されるように構成され、導電性の配線層に電気的に結合されるＣＭＯＳ撮像素子も備える。ＣＭＯＳ撮像素子は、反応室内の指定の反応を検出する方向を向く。
つまり、本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］
カートリッジハウジングを有するとともに前記カートリッジハウジング内に配置される流体ネットワークを含む取外可能カートリッジであり、前記流体ネットワークは、生物試料を受け入れ流体的に送り、試料解析又は試料調製の少なくとも一方を行うように構成され、前記取外可能カートリッジは、前記流体ネットワークに動作可能に接続され、前記流体ネットワークに対して相対移動可能であり、前記流体ネットワークを通る前記生物試料の流量を制御する流量制御バルブも含み、前記カートリッジハウジングは、前記取外可能カートリッジの外面を画定するとともに前記流量制御バルブの動作に対するアクセスを可能とするハウジング面を含む、取外可能カートリッジと、
前記取外可能カートリッジの前記ハウジング面に分離可能に係合するように構成される制御面を有する基礎器具であり、前記ハウジング面及び前記制御面は合わせてシステムインタフェースを定め、前記基礎器具は前記システムインタフェースを通じて前記流量制御バルブに係合するバルブアクチュエータを含む、基礎器具と、
前記取外可能カートリッジ又は前記基礎器具の少なくとも一方によって保持され、撮像検出器、及び前記流体ネットワークと流体連通する反応室を含み、前記撮像検出器は前記反応室内の指定の反応を検出するように構成される、検出アセンブリと、
を備えるシステム。
［２］
前記制御面及び前記ハウジング面は、全体的に平坦であるとともに互いに向かい合い、
前記システムインタフェースは、前記基礎器具及び前記取外可能カートリッジが前記ハウジング面及び前記制御面のみを通じて動作可能に互いに結合する単面インタフェースである、［１］に記載のシステム。
［３］
前記基礎器具及び前記取外可能カートリッジが前記システムインタフェースにおいて前記システムインタフェースを通じてもたらされる、流体的結合、電気的結合又は熱的結合の少なくとも１つによって互いに固定されるように、前記基礎器具及び前記取外可能カートリッジは動作可能に結合する、［２］に記載のシステム。
［４］
重力に関して、前記制御面が前記基礎器具の上面を表し、前記取外可能カートリッジが、前記基礎器具に据わり、前記基礎器具によって支持される、［１］－［３］のいずれか一項に記載のシステム。
［５］
前記バルブアクチュエータは、前記ハウジング面を通って前記カートリッジ内へ延在する、細長いアクチュエータ本体を含む、［１］－［４］のいずれか一項に記載のシステム。
［６］
前記流量制御バルブは、前記制御面を通って前記基礎器具内へ延在する、細長いアクチュエータ本体を含む、［１］－［５］のいずれか一項に記載のシステム。
［７］
前記基礎器具は、前記制御面に対して反対方向を向く器具面を有し、
前記基礎器具及び前記取外可能カートリッジの結合部の寸法は、前記基礎器具における、前記制御面と前記器具面との間に延在する器具の寸法よりも大きい、［１］－［６］のいずれか一項に記載のシステム。
［８］
前記取外可能カートリッジ及び前記基礎器具のそれぞれは、電気的接点の接点アレイを含み、前記接点アレイは、前記システムインタフェースにおいて互いに電気的に結合される、［１］－［７］のいずれか一項に記載のシステム。
［９］
前記ハウジング面は第１ハウジング面であり、前記カートリッジハウジングは更に第２ハウジング面を含み、前記第１ハウジング面及び前記第２ハウジング面は異なる方向を向き、
前記システムインタフェースは、前記基礎器具及び前記取外可能カートリッジが前記第１ハウジング面及び前記第２ハウジング面のそれぞれに沿って動作可能に互いに結合する複面インタフェースである、［１］－［８］のいずれか一項に記載のシステム。
［１０］
前記第１ハウジング面及び前記第２ハウジング面が互いに全体的に直角をなし、
前記基礎器具は、直交する方向を向くとともに前記基礎器具のオープンサイドの凹部を形成する、第１制御面及び第２制御面を含む器具ハウジングを有し、
前記取外可能カートリッジは前記オープンサイドの凹部内に配置され、前記第１ハウジング面及び第２ハウジング面が前記第１制御面及び第２制御面に係合する、［９］に記載のシステム。
［１１］
前記バルブアクチュエータは、前記システムインタフェースを通って前記第１ハウジング面と前記第２制御面との間で延在する細長い本体を含み、前記第２ハウジング面及び前記第２制御面はそれぞれ電気的接点の接点アレイを含み、それぞれの前記接点アレイは前記システムインタフェースに沿って互いに電気的に結合する、［１０］に記載のシステム。
［１２］
前記第１ハウジング面及び第２ハウジング面は全体的に反対方向を向き、
前記基礎器具は器具面と前記器具面に対して開口するカートリッジ受け入れスロットとを有し、
前記取外可能カートリッジは前記カートリッジ受け入れスロット内に配置される、［９］に記載のシステム。
［１３］
前記取外可能カートリッジ及び前記基礎器具は、前記第１ハウジング面に沿って流体的に結合され、前記第２ハウジング面に沿って電気的に結合される、［１２］に記載のシステム。
［１４］
前記基礎器具は、前記第１ハウジング面又は前記第２ハウジング面の少なくとも一方に係合して、前記取外可能カートリッジを前記基礎器具内に保持するロッキング機構を含む、［１２］に記載のシステム。
［１５］
前記取外可能カートリッジ及び前記基礎器具のそれぞれは流れポートを含み、それぞれの前記流れポートは前記システムインタフェースにおいて互いに流体的に結合する、［１］－［１４］のいずれか一項に記載のシステム。
［１６］
前記取外可能カートリッジ又は前記基礎器具の少なくとも一方に取付けられるロッキング機構を更に含み、前記ロッキング機構は前記カートリッジハウジングを前記基礎器具に取外可能に固定するように構成される、［１］－［１５］のいずれか一項に記載のシステム。
［１７］
前記基礎器具が前記撮像検出器を保持し、前記取外可能カートリッジが前記反応室を保持する、［１］－［１６］のいずれか一項に記載のシステム。
［１８］
前記流量制御バルブは前記流体ネットワークを通る前記生物試料の流量を制御するように構成される軟性薄膜を含み、前記バルブアクチュエータは前記軟性薄膜を第１の状態と第２の状態との間で曲げる、［１］－［１７］のいずれか一項に記載のシステム。
［１９］
前記カートリッジハウジングの前記ハウジング面は、前記ハウジング面を通るとともに前記バルブアクチュエータを受け入れるアクセス開口部を含む、［１］－［１８］のいずれか一項に記載のシステム。
［２０］
前記流量制御バルブは前記流体ネットワークを通る流体の前記流量を制御するように構成される回動可能バルブを含み、前記バルブアクチュエータは前記回動可能バルブを回動する、［１］－［１９］のいずれか一項に記載のシステム。
［２１］
前記基礎器具はサーマルブロックを含み、前記カートリッジハウジングの前記流体ネットワークは、前記生物試料により指定の反応が起こる試料チャンネルを含み、
前記ハウジング面は、前記試料チャンネルに沿って延びるとともに前記試料チャンネルの温度を変えるための前記サーマルブロックを受け入れるように構成されるアクセス開口部を含む、［１］－［２０］のいずれか一項に記載のシステム。
［２２］
前記流体ネットワークは複数のチャンネルと貯蔵モジュールとを含み、前記貯蔵モジュールは、試料調製又は試料解析の少なくとも一方のために使用される試薬を貯蔵する複数の容器を含む、［１］－［２１］のいずれか一項に記載のシステム。
［２３］
前記基礎器具は、前記バルブアクチュエータの動作を制御して、前記流体ネットワークを通る前記生物試料の流量を制御するように構成される、バルブ制御モジュールを有するシステムコントローラを含む、［１］－［２２］のいずれか一項に記載のシステム。
［２４］
前記バルブ制御モジュールが、前記バルブアクチュエータの動作を制御して、Sequencing By Synthesis（ＳＢＳ）プロトコールを行うように構成される、［２３］に記載のシステム。
［２５］
カートリッジハウジング、前記カートリッジハウジング内に配置される流体ネットワーク、及び前記流体ネットワークに動作可能に結合されるとともに前記流体ネットワークに対して相対移動可能である流量制御バルブを有する、取外可能カートリッジを設ける設置ステップであり、前記カートリッジハウジングは、前記取外可能カートリッジの外面を画定するハウジング面を含む、設置ステップと、
前記取外可能カートリッジを基礎器具に接触させる接触ステップであり、前記取外可能カートリッジの前記ハウジング面が前記基礎器具の制御面に分離可能に係合して、共同してシステムインタフェースを定め、前記基礎器具が、前記システムインタフェースを通じて前記流量制御バルブに動作可能に係合するバルブアクチュエータを備える、接触ステップと、
生物試料を前記取外可能カートリッジの前記流体ネットワークを通じて流体的に流し、試料解析又は試料調製の少なくとも一方を前記取外可能カートリッジで行う流動ステップであり、前記生物試料を反応室内へ流し、前記生物試料の流れを前記流量制御バルブに係合する前記バルブアクチュエータの動作によって制御する流動ステップと、
前記取外可能カートリッジ又は前記基礎器具の少なくとも一方によって保持される検出アセンブリを用いて、前記生物試料を前記反応室で撮像する撮像ステップと、
を含む、核酸の配列を決定する方法。
［２６］
前記取外可能カートリッジを前記基礎器具から取り外す取外ステップを更に含む、［２５］に記載の方法。
［２７］
第２の取外可能カートリッジを前記基礎器具と接触させるステップを更に含み、
前記第２の取外可能カートリッジのハウジング面が、前記基礎器具の前記制御面に分離可能に係合して、共同して前記システムインタフェースを定める、［２６］に記載の方法。
［２８］
前記流動ステップと前記撮像ステップとを順番通り複数回繰り返す、［２７］に記載の方法。
［２９］
前記生物試料を前記流体ネットワークの試料調製領域に密封する密封ステップと、
前記密封ステップの間に前記生物試料を増幅する増幅ステップと、
を更に含む、［２５］－［２８］のいずれか一項に記載の方法。
［３０］
前記流量制御バルブは、複数バルブポートの間で延びる少なくとも１つの流れチャンネルを有する可動バルブを含み、
前記バルブアクチュエータは、前記可動バルブを異なる位置の間で移動させるように構成される、［２５］－［２９］のいずれか一項に記載の方法。
［３１］
前記生物試料が前記流れチャンネルを通って前記反応室へ流れるときに、前記可動バルブが試料位置に存在しており、
前記可動バルブを成分位置に移動させ、試薬を前記流れチャンネルを通って前記反応室へ流すステップを更に含み、
前記反応室内で前記試薬は前記生物試料と反応する、［３０］に記載の方法。
［３２］
前記成分位置は、複数の成分位置を含み、
既定のシーケンスに従って前記可動バルブを前記複数の成分位置の間で移動させて、異なる試薬を前記反応室内へ流すステップを更に含む、［３１］に記載の方法。
［３３］
前記生物試料は核酸を含み、前記既定のシーケンスはSequencing By Synthesis（ＳＢＳ）プロトコールに従う、［２５］－［３２］のいずれか一項に記載の方法。
［３４］
流れセルは前記反応室を含み、前記生物試料は前記流れセルの１つ以上の表面に固定化される、［２５］－［３３］のいずれか一項に記載の方法。
［３５］
カートリッジハウジングであり、前記カートリッジハウジングの外面に開口するとともに生物試料を受け入れるように構成される試料ポートを有し、電気的接点の接点アレイ及び前記外面に露出する機械的インタフェースを有し、基礎器具に取外可能に結合するように構成されるカートリッジハウジングと、
複数のチャンネル、反応室及び貯蔵モジュールを含む流体ネットワークであり、前記貯蔵モジュールは試薬を貯蔵する複数の容器を含み、前記流体ネットワークは試薬を前記容器から前記反応室に送るように構成され、前記機械的インタフェースは前記流体ネットワークに対して相対移動して前記流体ネットワークを通る流体の流量を制御することができる、流体ネットワークと、
前記カートリッジハウジング内に配置されるとともに前記反応室内の指定の反応を検出するように位置付けられ、前記基礎器具と通信するために電気的接点の前記接点アレイに電気的に結合する撮像デバイスと、
を備える取外可能カートリッジであり、
前記取外可能カートリッジが前記基礎器具に結合しているときに、前記機械的インタフェースは基礎器具によって移動されるように構成される、取外可能カートリッジ。
［３６］
前記機械的インタフェースは、前記流体ネットワークの前記チャンネルの１つを通る前記流体の前記流量を制御するように構成されるチャンネルバルブを含む、［３５］に記載の取外可能カートリッジ。
［３７］
前記カートリッジハウジングは、前記機械的インタフェースに対するアクセスを可能にするアクセス開口部を含む、［３５］又は［３６］に記載の取外可能カートリッジ。
［３８］
前記機械的インタフェースは回動可能バルブを含む、［３５］に記載の取外可能カートリッジ。
［３９］
前記カートリッジハウジングは前記外面に露出するアクセス開口部を含み、前記チャンネルは前記試料ポートと流体連通する試料チャンネルを含み、前記アクセス開口部は前記試料チャンネルに沿って延びるとともに前記試料チャンネルの温度を制御するサーマルブロックを受け入れるように構成される、［３５］－［３８］のいずれか一項に記載の取外可能カートリッジ。
［４０］
前記カートリッジハウジングは前記外面に露出する流体的結合ポートを含み、前記流体的結合ポートは前記流体ネットワークと流体連通し、前記流体的結合ポートは器具ポートに係合して前記器具ポートを通る流体を受け入れるように構成される、［３５］－［３９］のいずれか一項に記載の取外可能カートリッジ。
［４１］
前記カートリッジハウジングは、反対方向を向く第１ハウジング面及び第２ハウジング面を含み、前記第１ハウジング面は電気的接点の前記接点アレイを含み、前記第２ハウジング面は前記機械的インタフェースを含む、［３５］－［４０］のいずれか一項に記載の取外可能カートリッジ。
［４２］
前記カートリッジハウジングに取付けられるロッキング機構を更に備え、前記ロッキング機構は前記カートリッジハウジングを前記基礎器具に取外可能に固定するように構成される、［３５］－［４１］のいずれか一項に記載の取外可能カートリッジ。
［４３］
前記貯蔵モジュールは、Sequencing By Synthesis（ＳＢＳ）プロトコールを行うための試薬を含む、［３５］－［４２］のいずれか一項に記載の取外可能カートリッジ。
［４４］
カートリッジハウジングであり、前記カートリッジハウジングの外面に開口するとともに生物試料を受け入れるように構成される試料ポートを有するカートリッジハウジングと、
前記カートリッジハウジング内に配置され、流体面及び前記流体面で開口する複数のバルブポートを有し、前記複数のバルブポートの間で延びる少なくとも１つの流れチャンネルを有する回動可能バルブであり、前記回動可能バルブは異なる回動位置の間で回動可能である、回動可能バルブと、
前記回動可能バルブの前記流体面に摺動可能に結合する本体面を有するとともに少なくとも部分的に流体ネットワークを画定する微少流体本体と、を備える取外可能カートリッジであり、
前記流体ネットワークは、
前記微少流体本体の前記本体面に開口するネットワークポートを有し、前記試料ポートと流体連通する試料チャンネルと、
試薬を保持するように構成されるとともに前記微少流体本体の前記流体面に開口する容器ポートと流体連通する容器と、
前記流体ネットワークの反応室と流体連通するとともに前記微少流体本体の前記本体面に開口する供給ポートを有する供給チャンネルと、を含み、
前記回動可能バルブは、第１回動位置と第２回動位置との間で回動するように構成され、
前記回動可能バルブが前記第１回動位置に存在するときに、前記ネットワークポートは前記供給ポートに前記回動可能バルブを通じて流体的に結合され、
前記回動可能バルブが前記第２回動位置に存在するときに、前記容器ポートは前記供給ポートに前記回動可能バルブを通じて流体的に結合される、取外可能カートリッジ。
［４５］
前記カートリッジハウジングは、基礎器具と係合するように構成される外側面を有し、
前記回動可能バルブは、前記外側面でアクセス可能であるとともに前記基礎器具に係合するように構成される機械的インタフェースを含む、［４４］に記載の取外可能カートリッジ。
［４６］
貯蔵モジュールは、Sequencing By Synthesis（ＳＢＳ）プロトコールを行うための試薬を含む、［４４］又は［４５］に記載の取外可能カートリッジ。
［４７］
流体に加わる力が液体試料を前記供給ポートに向かって移動させるときに、前記回動可能バルブは前記第１回動位置において前記液体試料を受け入れるように構成され、
変位力が前記液体試料を前記供給ポートから前記容器内へ押込むときに、前記回動可能バルブは前記第２回動位置において前記液体試料を前記容器内へ変位させるように構成される、［４４］－［４６］のいずれか一項に記載の取外可能カートリッジ。
［４８］
前記回動可能バルブが軸線周りに回動し、前記供給ポートが前記軸線と位置合わせされる、［４４］－［４７］のいずれか一項に記載の取外可能カートリッジ。
［４９］
カートリッジハウジングであり、前記カートリッジハウジングの外面に開口するとともに生物試料を受け入れるように構成される試料ポートを有し、基礎器具を向くとともに前記基礎器具に取外可能に結合するように構成される結合面を含む、カートリッジハウジングと、
前記カートリッジハウジング内に配置されるとともに前記試料ポートと流体連通する試料チャンネルを含む流体ネットワークと、
第１位置と第２位置との間で移動するように構成される軟性部材を含むチャンネルバルブであり、前記軟性部材は、前記第１位置において前記試料チャンネルを通る流れを塞ぎ、前記第２位置において前記試料チャンネルを通る流れを許容する、チャンネルバルブと、を備える取外可能カートリッジであり、
前記カートリッジハウジングの前記結合面は、前記チャンネルバルブを前記カートリッジハウジングの前記外面に露出させるアクセス開口部を含み、
前記アクセス開口部は、前記軟性部材を前記第１位置と前記第２位置との間で移動させる前記基礎器具のバルブアクチュエータを受け入れるように構成される、取外可能カートリッジ。
［５０］
前記軟性部材は、前記流体ネットワークの内側空洞を覆う軟性層を含み、前記軟性層は、前記内側空洞内に押込まれて前記内側空洞を通る流れを塞ぐように構成される、［４９］に記載の取外可能カートリッジ。
［５１］
前記カートリッジハウジング内に配置される回動可能バルブを更に備え、前記回動可能バルブは異なる位置に回動して前記流体ネットワークの流路を変えるように構成され、前記回動可能バルブは前記結合面に沿って動作可能に利用できる機械的インタフェースを含む、［４９］又は［５０］に記載の取外可能カートリッジ。
［５２］
前記流体ネットワークは、前記試料チャンネルと流体連通するネットワークポートと、反応室と流体連通する供給ポートと、試薬を貯蔵するように構成される容器と流体連通する容器ポートとを含み、
前記取外可能カートリッジは前記カートリッジハウジング内に配置される回動可能バルブを更に備え、
前記回動可能バルブは、第１回動位置に存在するときに前記供給ポート及び前記ネットワークポートを流体的に結合し、第２回動位置に存在するときに前記供給ポート及び前記容器ポートを流体的に結合する、［４９］－［５１］のいずれか一項に記載の取外可能カートリッジ。
［５３］
前記結合面を第１結合面とし、前記取外可能カートリッジは第２結合面を含み、
前記第１結合面及び前記第２結合面は反対方向を向き、前記第２結合面は前記基礎器具に機械的、流体的又は熱的に係合するように構成される、［４９］－［５２］のいずれか一項に記載の取外可能カートリッジ。
［５４］
取外可能カートリッジに係合するように構成される制御面を有するシステムハウジングと、
前記取外可能カートリッジの回動可能バルブに係合するように構成される回動モータと、
前記取外可能カートリッジのチャンネルバルブと係合するように構成されるバルブアクチュエータと、
前記取外可能カートリッジに電気的に連結するように構成される電気的接点のアレイと、
前記回動モータ及び前記バルブアクチュエータを制御して、前記取外可能カートリッジ内でアッセイプロトコールを行うように構成されるとともに、前記取外可能カートリッジから前記電気的接点のアレイを通じて撮像データを受取るように構成される、システムコントローラと、
を備える基礎器具。
［５５］
前記取外可能カートリッジの一部を加熱するサーマルブロックを更に備える、［５４］に記載の基礎器具。
［５６］
カートリッジハウジングであり、前記カートリッジハウジングの外面に開口するとともに生物試料を受け入れるように構成される試料ポートを有し、基礎器具を向くとともに前記基礎器具に取外可能に結合するように構成される結合面を含む、カートリッジハウジングと、
前記カートリッジハウジング内に配置されるとともに、本体面を有し、複数の分離したチャンネル、及び前記本体面のバルブ受入領域で開口する対応ポートを有する流体ネットワークを含む微少流体本体と、
前記カートリッジハウジング内に配置され、流体面、及び複数のバルブポートの間で延びる少なくとも１つの流れチャンネルを有する回動可能バルブであり、前記バルブポートは前記流体面に開口し、前記流体面は前記本体面の前記バルブ受入領域に回動可能に結合する回動可能バルブと、
を備える取外可能カートリッジであり、
前記回動可能バルブは異なる回動位置の間を移動して、前記分離したチャンネルに流体的に結合することができ、
前記回動可能バルブは前記結合面に沿ってアクセス可能であるとともに前記基礎器具に係合するように構成される機械的インタフェースを有し、前記基礎器具は前記回動可能バルブを制御する、取外可能カートリッジ。
［５７］
前記回動可能バルブは軸線周りに回動し、前記バルブポートは供給ポートを含み、前記軸線は前記供給ポートを通って延びる、［５６］に記載の取外可能カートリッジ。
［５８］
カートリッジハウジングであり、前記カートリッジハウジングの外面に開口するとともに生物試料を受け入れるように構成される試料ポートを有し、基礎器具に取外可能に結合するように構成される結合面を有する、カートリッジハウジングと、
前記カートリッジハウジング内に配置されるとともに、複数の積層プリント基板（ＰＣＢ）層を含む微少流体構造体であり、前記プリント基板層が積層されているときに前記プリント基板層はチャンネル及び反応室を画定する流体制御層を含み、前記プリント基板層は配線層を更に含む、微少流体構造体と、
前記微少流体構造体に装着されるように構成され、導電性の前記配線層に電気的に結合され、前記反応室内の指定の反応を検出する方向を向く撮像素子と、
を備える取外可能カートリッジ。
［５９］
前記カートリッジハウジングの外面に露出するとともに、前記撮像素子に電気的に結合する入出力（Ｉ／Ｏ）接点を更に含む、［５８］に記載の取外可能カートリッジ。
［６０］
前記微少流体構造体はチャンネルバルブを含み、前記チャンネルバルブの少なくとも一部は前記プリント基板によって画定され、前記チャンネルバルブは、作動して前記チャンネルの１つを通る流れを塞いだり通したりするように構成される、［５８］又は［５９］に記載の取外可能カートリッジ。
生化学的解析又は試料調製の少なくとも一方を行うように構成される実施形態に従って構成されるシステムの概略図である。 生化学的解析又は試料調製の少なくとも一方を実施するために、指定の反応を行う方法を示すフローチャートである。 生化学的解析又は試料調製の少なくとも一方を行うように構成される実施形態に従って構成されるシステムの概略図である。 基礎器具と取外可能カートリッジとを備える実施形態に従って構成されるシステムの側面図である。 基礎器具と取外可能カートリッジとを備える実施形態に従って構成されるシステムの上面図である。 第１位置に存在する流量調整バルブを示す実施形態に従って構成されるシステムの一部の断面図である。 第２位置に存在する流量調整バルブを示す図５のシステムの一部の断面図である。 第１位置に存在する流量調整バルブを示す実施形態に従って構成されるシステムの一部の断面図である。 第２位置に存在する流量調整バルブを示す図５のシステムの一部の断面図である。 第１位置に存在する流量調整バルブを示す実施形態に従って構成されるシステムの一部の断面図である。 第２位置に存在する流量調整バルブを示す図５のシステムの一部の断面図である。 一実施形態に従って構成される取外可能カートリッジの露出部分の斜視図である。 図１１の取外可能カートリッジと共に使用することができる回動可能バルブの断面図である。 回動可能バルブを用いて流体的に相互接続することができるポートの配置を示す図である。 ＣＭＯＳ技術及びデジタルフルイディクスによるモノリシック集積化のために、軟性プリント基板（PCB）及びロール・ツー・ロール（R2R）印刷された電子機器を使用する方法の例の流れ図である。 図１６に示す方法を用いて積層され接着され得る特定の層を有する流体制御スタックの例の分解図である。 図１４に示す方法を用いて微少流体カートリッジの流体制御層に統合され得るＣＭＯＳデバイスの例の斜視図である。 構造の側面図であり、図１４に示す方法を用いてＣＭＯＳデバイスを軟性プリント基板に取り付けるプロセスの例を示す。 構造の側面図であり、図１４に示す方法を用いてＣＭＯＳデバイスを軟性プリント基板に取り付けるプロセスの例を示す。 構造の側面図であり、図１４に示す方法を用いてＣＭＯＳデバイスを軟性プリント基板に取り付けるプロセスの例を示す。 構造の側面図であり、図１４に示す方法を用いてＣＭＯＳデバイスを軟性プリント基板に取り付けるプロセスの例を示す。 構造の側面図であり、図１４に示す方法を用いてＣＭＯＳデバイスを軟性プリント基板に取り付けるプロセスの例を示す。 図１４に示す方法を用いて構成される構造の例の側面図であり、流体制御層及びＣＭＯＳデバイスが一緒に微少流体カートリッジに統合されている。 流体制御層内に統合できる、薄膜バルブの例の斜視図である。 流体制御層内に統合できる、薄膜バルブの例の斜視図である。 開放状態の薄膜バルブの断面図である。 閉鎖状態の薄膜バルブの断面図である。 ＣＭＯＳ技術及びデジタルフルイディクスが共に統合された、微少流体カートリッジの例の概略図である。 図２４に示す統合微少流体カートリッジの物理的具体化の一例である、微少流体カートリッジアセンブリの斜視図を示す。 図２４に示す統合微少流体カートリッジの物理的具体化の一例である、微少流体カートリッジアセンブリの斜視図を示す。 図２５及び２６に示す微少流体カートリッジアセンブリに装着される流体制御アセンブリの例の斜視図である。 図２５及び２６に示す微少流体カートリッジアセンブリに装着される流体制御アセンブリの例の斜視図である。 図２７Ａと２７Ｂとに示す流体制御アセンブリに装着することができる、ヒータトレースの例の平面図である。 図２７Ａと２７Ｂとに示す流体制御アセンブリに装着することができる、ヒータトレースの例の断面図である。 図２５の微少流体カートリッジアセンブリの他の図であり、この図は微少流体カートリッジアセンブリをより詳細に示す。 図２５の微少流体カートリッジアセンブリの他の図であり、この図は微少流体カートリッジアセンブリをより詳細に示す。 図２５の微少流体カートリッジアセンブリの他の図であり、この図は微少流体カートリッジアセンブリをより詳細に示す。 図２５の微少流体カートリッジアセンブリの他の図であり、この図は微少流体カートリッジアセンブリをより詳細に示す。 図２５の微少流体カートリッジアセンブリの他の図であり、この図は微少流体カートリッジアセンブリをより詳細に示す。 図２５の微少流体カートリッジアセンブリの他の図であり、この図は微少流体カートリッジアセンブリをより詳細に示す。 図２５に示す微少流体カートリッジアセンブリの内部構成要素を明らかにするために、当該アセンブリを分解する過程を示す図である。 図２５に示す微少流体カートリッジアセンブリの内部構成要素を明らかにするために、当該アセンブリを分解する過程を示す図である。 図２５に示す微少流体カートリッジアセンブリの内部構成要素を明らかにするために、当該アセンブリを分解する過程を示す図である。 図２５に示す微少流体カートリッジアセンブリの内部構成要素を明らかにするために、当該アセンブリを分解する過程を示す図である。 図２５に示す微少流体カートリッジアセンブリの内部構成要素を明らかにするために、当該アセンブリを分解する過程を示す図である。 図２５に示す微少流体カートリッジアセンブリの内部構成要素を明らかにするために、当該アセンブリを分解する過程を示す図である。 図２５に示す微少流体カートリッジアセンブリの内部構成要素を明らかにするために、当該アセンブリを分解する過程を示す図である。 図２５に示す微少流体カートリッジアセンブリの内部構成要素を明らかにするために、当該アセンブリを分解する過程を示す図である。 図２５に示す微少流体カートリッジアセンブリの内部構成要素を明らかにするために、当該アセンブリを分解する過程を示す図である。 図２５に示す微少流体カートリッジアセンブリの一部の透明斜視図であり、微少流体カートリッジアセンブの様々な試薬液容器及び試料投入ポートを示す。 図２５に示す微少流体カートリッジアセンブリの一部の他の透明斜視図であり、微少流体カートリッジアセンブの流体制御チャンネルを更に示す。 図２５の微少流体カートリッジアセンブリの断面図であり、当該アセンブリをより詳細に示す。 図２５の微少流体カートリッジアセンブリのハウジングの図であり、当該ハウジングをより詳細に示す。 図２５の微少流体カートリッジアセンブリのハウジングの図であり、当該ハウジングをより詳細に示す。 図２５の微少流体カートリッジアセンブリのハウジングの図であり、当該ハウジングをより詳細に示す。 図２５の微少流体カートリッジアセンブリのハウジングの図であり、当該ハウジングをより詳細に示す。 図２５の微少流体カートリッジアセンブリのハウジングの図であり、当該ハウジングをより詳細に示す。 図２５の微少流体カートリッジアセンブリのベースプレートの図であり、この図はベースプレートをより詳細に示す。 図２５の微少流体カートリッジアセンブリのベースプレートの図であり、この図はベースプレートをより詳細に示す。 図２５の微少流体カートリッジアセンブリのベースプレートの図であり、この図はベースプレートをより詳細に示す。 図２５の微少流体カートリッジアセンブリのベースプレートの図であり、この図はベースプレートをより詳細に示す。 図２５の微少流体カートリッジアセンブリのベースプレートの図であり、この図はベースプレートをより詳細に示す。 微少流体カートリッジアセンブリの流体制御アセンブリの他の斜視図であり、この図は流体制御アセンブリをより詳細に示す。 微少流体カートリッジアセンブリの流体制御アセンブリの他の斜視図であり、この図は流体制御アセンブリをより詳細に示す。 微少流体カートリッジアセンブリの流体制御アセンブリの軟性ＰＣＢヒータをより詳細に示す他の図である。 微少流体カートリッジアセンブリの流体制御アセンブリの軟性ＰＣＢヒータをより詳細に示す他の図である。 微少流体カートリッジアセンブリの流体制御アセンブリの軟性ＰＣＢヒータをより詳細に示す他の図である。 図１５と図２７とに示す流体制御層の出入口ポート層の斜視図を示す。 図１５と図２７とに示す流体制御層の出入口ポート層の平面図を示す。 図１５と図２７とに示す流体制御層の流体制御チャンネル層の斜視図である。 図１５と図２７とに示す流体制御層の流体制御チャンネル層の平面図である。 図１５と図２７とに示す流体制御層の軟性ＰＣＢ層の斜視図である。 図１５と図２７とに示す流体制御層の軟性ＰＣＢ層の平面図である。 図１５と図２７とに示す流体制御層のシークエンシング室底部層の斜視図である。 図１５と図２７とに示す流体制御層のシークエンシング室底部層の平面図である。 図１５と図２７とに示す流体制御層のシークエンシング室層の斜視図である。 図１５と図２７とに示す流体制御層のシークエンシング室層の平面図である。 図１５と図２７とに示す流体制御層の薄膜層及びシークエンシング室上部層の斜視図である。 図１５と図２７とに示す流体制御層の薄膜層及びシークエンシング室上部層の平面図である。 微少流体カートリッジアセンブリを使用して、シークエンシングに関して必要な、マルチプレックスＰＣＲ及び下流混合を実施する方法の例の流れ図である。 微少流体カートリッジアセンブリを使用して、シークエンシングに関して必要な、マルチプレックスＰＣＲ及び下流混合を実施する方法の例の流れ図である。 バイオセンサアクティブ領域の最大約１００％が試薬輸送及び照射のためにアクセス可能である、ＣＭＯＳフローセルの例の側面図である。 図４９に示すＣＭＯＳフローセルの具体化例の分解図である。 図６３に示すＣＭＯＳフローセルが完全に組立てられた際の斜視図である。 図６３に示すＣＭＯＳフローセルが完全に組立てられた際の側面図である。 図６３、６４及び６５に示すＣＭＯＳフローセルのフローセル蓋の例の斜視図である。 ＣＭＯＳフローセルにおいて、その上にフローセル蓋を取り付けることができる、拡張された平面をもたらすプロセスの例を示す。 ＣＭＯＳフローセルにおいて、その上にフローセル蓋を取り付けることができる、拡張された平面をもたらすプロセスの例を示す。 ＣＭＯＳフローセルにおいて、その上にフローセル蓋を取り付けることができる、拡張された平面をもたらすプロセスの例を示す。 ＣＭＯＳフローセルにおいて、その上にフローセル蓋を取り付けることができる、拡張された平面をもたらすプロセスの例を示す。 ＣＭＯＳフローセルにおいて、その上にフローセル蓋を取り付けることができる、拡張された平面をもたらすプロセスの他の例を示す。 ＣＭＯＳフローセルにおいて、その上にフローセル蓋を取り付けることができる、拡張された平面をもたらすプロセスの他の例を示す。 ＣＭＯＳフローセルにおいて、その上にフローセル蓋を取り付けることができる、拡張された平面をもたらすプロセスの他の例を示す。 ＣＭＯＳフローセルにおいて、その上にフローセル蓋を取り付けることができる、拡張された平面をもたらすプロセスの他の例を示す。 ＣＭＯＳフローセルにおいて、その上にフローセル蓋を取り付けることができる、拡張された平面をもたらすプロセスの更に他の例を示す。 ＣＭＯＳフローセルにおいて、その上にフローセル蓋を取り付けることができる、拡張された平面をもたらすプロセスの更に他の例を示す。 ＣＭＯＳフローセルにおいて、その上にフローセル蓋を取り付けることができる、拡張された平面をもたらすプロセスの更に他の例を示す。 ＣＭＯＳフローセルにおいて、その上にフローセル蓋を取り付けることができる、拡張された平面をもたらすプロセスの更に他の例を示す。
本明細書で説明する実施形態を用いて、試料調製及び／又は生化学的解析のために、指
定された反応を起こすことができる。用語「生化学的解析」には、生物学的解析又は化学
的解析の少なくとも一方を含むことができる。図１Ａは、生化学的解析及び／又は試料調
製を行うように構成されるシステム１００の概略図である。システム１００は、基礎器具
１０２と、基礎器具１０２に分離可能に係合するように構成される取外可能カートリッジ
１０４とを備える。基礎器具１０２及び取外可能カートリッジ１０４を、互いに相互作用
して、生物試料をシステム１００内の様々な位置へ運び、後の解析のための生物試料を調
製するために、生物試料を含む指定の反応を行うように構成することができる。任意に、
基礎器具１０２及び取外可能カートリッジ１０４を、生物試料に関する１つ以上の事象を
検出するように構成することができる。当該事象は、生物試料に関して指定の反応が起き
ていることを示すことができる。いくつかの実施形態において、取外可能カートリッジ１
０４は、（図２４に示す）統合微少流体カートリッジ１１００又は（図２５及び２６に示
す）微少流体カートリッジアセンブリ１２００に類似する。
図１Ａに示す基礎器具１０２及び取外可能カートリッジ１０４に関して以下説明を行う
が、基礎器具１０２及び取外可能カートリッジ１０４はシステム１００の単なる例示的一
実施形態に過ぎず、他の実施形態が存在する。例えば、基礎器具１０２及び取外可能カー
トリッジ１０４は、生物試料を調製する及び／又は生物試料を解析するための、多数の作
業を合わせて実行する様々な構成要素及び構成を備える。図示の実施形態では、基礎器具
１０２及び取外可能カートリッジ１０４のそれぞれは、特定の機能を行うことができる。
しかしながら、基礎器具１０２及び取外可能カートリッジ１０４は様々な機能を実施する
ことができ、及び／又はかかる機能を協働することができることが理解される。例えば、
図示の実施形態では、取外可能カートリッジ１０４を、撮像装置を用いて指定の反応を検
出するように構成する。代替的実施形態では、基礎器具１０２は撮像デバイスを備えるこ
とができる。他の例として、図示の実施形態では、基礎器具１０２を、取外可能カートリ
ッジ１０４に対して液体を供給、受入又は交換しない、「乾式の」器具とする。代替的実
施形態では、基礎器具１０２は例えば、試薬又は他の液体を取外可能カートリッジ１０４
に供給でき、取外可能カートリッジ１０４は後に試薬又は他の液体を消費する（例えば指
定の反応に使用される）。
本明細書で使用するような生物試料には、例えばヌクレオシド、核酸、ポリヌクレオチ
ド、オリゴヌクレオチド、タンパク質、酵素、ポリペプチド、抗体、抗原、リガンド、レ
セプター、多糖類、炭水化物、ポリリン酸塩、ナノポア、細胞小器官、油層、細胞、組織
、有機体、及び／又は生物活性化学物質（上述した種類の類似体又は模倣物）等の、１つ
以上の生体物質又は化学物質を含むことができる。いくつかの実施例において、生物試料
には、全血、リンパ液、血清、血漿、汗、涙、唾液、痰、脳脊髄液、羊水、精液、膣分泌
物、漿液、滑液、心膜液、腹水、胸水、濾出液、浸出液、嚢胞液、胆汁、尿、胃液、腸液
、糞便試料、１つ以上の細胞を含む液体、細胞小器官を含む液体、流動組織（fluidized
tissues）、流動有機体、多セル有機体を含む液体、生物学的スワブ及び生物学的ウォッ
シュを含むことができる。
いくつかの実施形態において、生物試料には、水、脱イオン水、食塩水、酸性溶液、塩
基性溶液、清浄液及び／又はｐＨ緩衝液等の添加材を含めることができる。この添加材に
は、指定のアッセイプロトコールの間に使用して生化学的反応を行う試薬も含めることが
できる。例えば、添加された液体には、生物試料に関して複数のポリメラーゼ連鎖反応（
ＰＣＲ）のサイクルを行うための材料を含めることができる。
しかしながら、解析される生物試料の形状又は状態を、システム１００内に入れた生物
試料とは異なるものとすることができることが理解されるであろう。例えば、システム１
００内に入れた生物試料は、調製された核酸を提供するために後に処理される（例えば分
離又は増幅処置によって）、全血又は唾液を含むことができる。システム１００は、調製
された核酸をその後解析する（例えばＰＣＲによって定量化され又はＳＢＳによって順番
に並べられる）ことができる。したがって、用語「生物試料」が、第１の作業（例えばＰ
ＣＲ）を説明する際に使用され、第２の作業（例えばシーケンシング）を説明する際に再
び使用される場合に、第１の作業の前又は第１の作業の間における生物試料に関して、第
２の作業において当該生物試料を修飾することができる。例えば、前の増幅ステップ（例
えばＰＣＲ）で増幅されたテンプレート核酸から生成されたアンプリコンの核酸について
、シーケンシングステップ（例えばＳＢＳ）を実行することができる。この場合には、ア
ンプリコンはテンプレートの複製であり、テンプレートと比較してアンプリコンは大量に
存在する。
いくつかの実施形態において、システム１００は、生化学的解析のために、ユーザが提
供した物質（例えば全血又は唾液）に基づいて試料を自動的に調製することができる。し
かしながら、他の実施形態では、システム１００は、ユーザによって部分的に又は予備的
に解析用に調製された生物試料を解析することができる。例えば、ユーザは、既に全血か
ら分離及び／又は増幅された核酸を含む溶液を提供することができる。
本明細書で用いる場合、「指定の反応」には、対象となる検体の化学的、電気的、物理
的、または光学的特性（もしくは、質）のうち少なくとも１つの変化を含む。特定の実施
形態において、指定の反応は、会合結合事象（例えば、蛍光標識生体分子の、対象となる
検体との混合）である。指定の反応は、解離結合事象（例えば、蛍光標識生体分子の、対
象となる検体からの解放）とすることができる。指定の反応は、化学的変換、化学的変化
、または化学的相互作用とすることができる。指定の反応は、電気的特性の変化とするこ
ともできる。例えば、指定の反応は、溶液中のイオン濃度の変化とすることができる。代
表的な反応には、（還元、酸化、付加、脱離、転位、エステル化、アミド化、エステル化
、環化、または置換などの）化学的反応、第１化学物質が第２化学物質に結合する結合相
互作用、２つ以上の化学物質が互いに分離する解離反応、蛍光、発光、生物発光、化学発
光、及び（核酸複製、核酸増幅、核酸ハイブリダイゼーション、核酸ライゲーション、リ
ン酸化反応、酵素触媒反応、受容体結合、またはリガンド結合などの）生物学的反応を含
むが、これに限定されるわけではない。指定の反応は、例えば、周囲の溶液または環境の
ｐＨ変化として検出可能である、陽子の付加または脱離とすることもできる。追加の指定
の反応は、例えば、膜（例えば、天然の、または、合成の、二層膜）を通るイオンの流れ
を検出することができ、例えば、イオンが膜を通って流れる際に流れを妨害し、その妨害
を検出することができる。荷電ガスの電界センシングをサーマルセンシングとして使用す
ることもでき、当業者が既知の他の解析センシング技術を使用することもできる。
特定の実施形態において、指定の反応には蛍光標識分子の検体への導入を含む。検体は
オリゴヌクレオチドとすることができ、蛍光標識分子はヌクレオチドとすることができる
。指定の反応は、励起光を、標識ヌクレオチドを有するオリゴヌクレオチドに誘導し、フ
ルオロフォアが検出可能な蛍光信号を放射する場合に検出することができる。代替的な実
施形態では、検出される蛍光は、化学発光または生物発光の結果である。指定の反応はま
た、蛍光（つまり、フェルスター（Forster））共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）を、例
えば、ドナーフルオロフォアをアクセプタフルオロフォアに近接させることにより増大す
るか、ドナーフルオロフォアおよびアクセプタフルオロフォアを分離することによりＦＲ
ＥＴを低減するか、フルオロフォアから消光剤を分離することにより蛍光を増強するか、
又は、消光剤とフルオロフォアを同一場所に位置させることにより蛍光を弱めることがで
きる。
本明細書で用いる場合、「反応成分」には、指定の反応を得るために用いることができ
る任意の物質を含む。例えば、反応成分には、試薬、酵素等の触媒、反応させるための反
応物質、試料、反応の生成物、他の生体分子、塩類、金属補因子、キレート剤及びｐＨ緩
衝液（例えば水素化緩衝液）を含む。反応成分を、それぞれの溶液で又は１つ以上の混合
物で、流体ネットワークの様々な位置に送達することができる。例えば、反応成分を反応
室に送達することができ、反応室で生物試料は固定化される。反応成分は、生物試料と直
接的又は間接的に相互作用することができる。いくつかの実施形態では、取外可能カート
リッジ１０４に、指定されたアッセイプロトコールを行うのに必要な１つ以上の反応成分
を前もって入れる（プレローディングする）。ユーザがカートリッジ１０４を（例えば顧
客施設で）受け取る前にプレローディングをある場所（例えば製造施設）で行うことがで
きる。
いくつかの実施形態では、基礎器具１０２を、セッションごとに１つの取外可能カート
リッジ１０４と相互作用するように構成することができる。セッションの後に、取外可能
カートリッジ１０４を、別の取外可能カートリッジ１０４と交換することができる。他の
実施形態では、基礎器具１０２を、セッションごとに複数の取外可能カートリッジ１０４
と相互作用するように構成することができる。本明細書で用いる場合、用語「セッション
」には、試料調製及び／又は生化学的解析プロトコールの少なくとも一方を実施するステ
ップを含む。試料調製には、調製された生物試料を解析に適切なものとするために、生物
試料の１つ以上の成分を分離、修飾及び／又は増幅するステップを含むことができる。い
くつかの実施形態では、セッションに、（ａ）指定された数の反応が行われるまで、（ｂ
）指定された数の事象が検出されるまで、（ｃ）指定されたシステムタイムの期間が経過
したとき、（ｄ）信号雑音比が指定のしきい値になるまで、（ｅ）目標成分が確認される
まで、（ｆ）システム障害又は不調が検出されるまで、及び／又は（ｇ）反応を行うため
の１つ以上の資源を使い果たすまで、多数の制御された反応を行う連続的活動を含むこと
ができる。あるいは、セッションは、システムの活動をある期間（例えば数分、数時間、
数日、数週間）の間休止し、その後（ａ）－（ｇ）の少なくとも１つが起きるまでにセッ
ションを完了するステップを含むことができる。
アッセイプロトコールには、指定の反応を行い、指定の反応を検出し、及び／又は指定
された反応を解析するための、一連の作業を含むことができる。取外可能カートリッジ１
０４及び基礎器具１０２は、様々な作業を行うために必要な構成要素を集合的に備えるこ
とができる。アッセイプロトコールの作業には、流体的作業、熱制御作業、検出作業及び
／又は機械的作業を含むことができる。流体的作業には、基礎器具１０２及び／又は取外
可能カートリッジ１０４によって駆動される、システム１００を通る流体（例えば液体又
は気体）の流量制御を含むことができる。例えば流体的作業には、ポンプを制御して生物
試料又は反応成分の検出領域への流れを起こすステップが含まれる。温度制御作業には、
システム１００の指定された部分の温度を制御するステップを含むことができる。例とし
て、温度制御作業は、生物試料を含む液体が蓄えられたポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）
領域の温度を上昇又は低下させるステップを含むことができる。検出作業は、検出器の活
性化を制御するステップ、又は検出器の活動を監視して生物試料の既定の特性、品質若し
くは特徴を検出するステップを含むことができる。１つの例として、検出作業は、生物試
料を含む指定された領域の画像を撮像して、当該指定された領域からの蛍光発光を検出す
るステップを含むことができる。検出作業は、光源を制御して生物試料を照射するステッ
プ、又は検出器を制御して生物試料を観察するステップを含むことができる。機械的作業
には、指定された構成要素の運動又は位置を制御するステップを含むことができる。例え
ば、機械的作業は、モータを制御して、取外可能カートリッジ１０４の回動可能バルブに
動作可能に係合する、基礎器具１０２のバルブ制御要素を動かすステップを含むことがで
きる。いくつかの場合には、様々な作業の組み合わせを同時に行うことができる。例えば
、ポンプが検出領域を通る流体の流量を制御している間、検出器は検出領域の画像を撮像
することができる。いくつかの場合には、様々な生物試料に向けた様々な作業を同時に行
うことができる。例えば、第１の生物試料を増幅する間（例えばＰＣＲ中）に、第２の生
物試料を検出することができる。
本明細書において「液体」とは、比較的非圧縮性であり、流動することができる物質で
あり、当該物質を保持する容器又はチャンネルの形状と一致する物質である。液体を水性
とすることができ、液体は、当該液体を一体に保持する表面張力を示す、極性分子を含む
ことができる。液体は、非極性分子を含むこともできる。そのような分子は例えば油性又
は非水性の物質である。本願において、液体と言及することは、２つ以上の液体の混合物
から形成される液体に言及することを含み得る。例えば、別個の試薬液を後で混合して、
指定の反応を行うことができる。
取外可能カートリッジ１０４を、基礎器具１０２に、分離可能に係合し又は取外可能に
結合するように構成する。本明細書において、「分離可能に係合する」又は「取外可能に
結合する」との表現（又は類似の表現）を用いて、取外可能カートリッジと基礎器具との
間の関係を説明し、また、これらの表現は取外可能カートリッジと基礎器具との間の接続
を、基礎器具を破壊することなく容易に分離可能であることを意図するものである。した
がって、取外可能カートリッジは基礎器具に、基礎器具の電気的接点が破壊されないよう
な電気的方法で分離可能に係合することができる。取外可能カートリッジは基礎器具に、
基礎器具が取外可能カートリッジを保持する構成が破壊されないような機械的方法で分離
可能に係合することができる。取外可能カートリッジは基礎器具に、基礎器具のポートが
破壊されないような流体的方法で分離可能に係合することができる。例えば、構成要素に
対して、単純な調整（例えば再調整）又は単純な交換（例えばノズルの交換）のみが要求
される場合には、基礎器具は「破壊されない」と考えられる。構成要素（例えば取外可能
カートリッジ１０４及び基礎器具１０２）を互いに分離する際に、過度の労力又は著しい
量の時間を必要としない場合に、当該構成要素を容易に分離することができるといえる。
いくつかの実施形態では、取外可能カートリッジ１０４及び基礎器具１０２を、取外可能
カートリッジ１０４又は基礎器具１０２の何れかを破壊することなく、容易に分離するこ
とができる。
いくつかの実施形態では、基礎器具１０２とのセッションの間に、取外可能カートリッ
ジ１０４を永久的に変更する又は部分的に損傷させることができる。例えば、液体を保持
する容器が、箔のカバーを含み、当該カバーを穿刺して液体をシステム１００内で流動さ
せることができる。かかる実施形態では、損傷した容器を別の容器と交換する必要が生じ
るように、箔のカバーを損傷することができる。特定の実施形態において、取外可能カー
トリッジ１０４を使い捨てカートリッジとして、取外可能カートリッジ１０４を交換する
ことができ、任意に１度の使用後廃棄することができる。
他の実施形態では、取外可能カートリッジ１０４が基礎器具１０２と係合している間、
取外可能カートリッジ１０４を複数のセッションに対して使用することができる。これと
ともに又はこれに代えて、取外可能カートリッジ１０４を基礎器具１０２から取り外し、
取外可能カートリッジ１０４に試薬を再度入れて、取外可能カートリッジ１０４を基礎器
具１０２と再度係合させて、更なる指定の反応を行うことができる。したがっていくつか
の場合には、取外可能カートリッジ１０４を再生して、同一の取外可能カートリッジ１０
４を別の消費品（例えば反応成分及び生物試料）とともに使用することができる。消費者
の施設でカートリッジを基礎器具から取り外した後、当該再生を製造施設で行うことがで
きる。
図１Ａに示すように、取外可能カートリッジ１０４は、流体（例えば液体又は気体）を
保持できるとともに、取外可能カートリッジ１０４を通る流体を導くことができる、流体
ネットワーク１０６を含む。流体ネットワーク１０６は、流体を蓄えることができ及び／
又は流体を流体ネットワーク１０６で流すことができる、複数の相互接続された流体要素
を含む。流体要素の非限定的な例には、チャンネル、チャンネルのポート、空洞、貯蔵モ
ジュール、貯蔵モジュールの容器、反応室、廃棄物容器、貯水槽、検出室、反応検出用多
目的室等が含まれる。システム１００が試料調製及び／又は解析を行うことができるよう
に、複数の流体要素を指定された方法で互いに流体的に結合することができる。
本明細書において、「流体的に結合する」（又は類似の表現）は、２つの空間的領域が
互いに接続され、液体又は気体が２つの空間的領域の間で導かれることをいうものとする
。いくつかの場合では、流体的接続により、流体は２つの空間的領域の間で行き来するこ
とができる。他の場合には、流体的接続は単一方向であり、２つの空間的領域の間で一方
向のみに流れる。例えば、アッセイの容器をチャンネルと流体的に結合して、液体をアッ
セイの容器からチャンネル内へ運ぶことができる。ただし、いくつかの実施形態では、チ
ャンネル内の流体がアッセイの容器へ逆流しないようにできる。特定の実施形態では、流
体ネットワーク１０６を、生物試料を受け入れるとともに、当該生物試料に対して試料調
製及び／又は試料解析を行うように構成する。流体ネットワーク１０６は、生物試料及び
他の反応成分を廃棄物容器に導くことができる。
１つ以上の実施形態では、生物試料（例えばテンプレート核酸）を、当該生物試料が解
析される指定箇所で保持するステップを含むことができる。本明細書において、生物試料
に関して「保持する」とは、生物試料をある表面に実質的に付着させること、又は生物試
料を指定のスペース内に実質的に留めることを含む。本明細書において、生物試料に関し
て「固定化する」とは、固形の支持体内の又は固形の支持体上の表面に、生物試料を実質
的に付着させることを含む。固定化は、生物試料を表面にある分子レベルで付着させるス
テップを含むことができる。例えば、非供給相互作用（例えば静電力、ファンデルワール
ス力、疎水性界面の脱水）を含む吸着技術と、官能基又はリンカーが生物試料の表面への
付着を促進する共有結合技術とを使用して、生物試料を基板の表面に固定化することがで
きる。基板表面の特性と、生物試料を含む液体培地と、生物試料自体の特性とに基づいて
、生物試料を基板表面に固定化することができる。いくつかの場合では、基板の表面を機
能化して（例えば化学的又は物理的に修飾して）、生物試料の基板の表面への固定化を促
進することができる。基板の表面をまず修飾して、当該表面に結合する官能基を持たせる
ことができる。その後官能基を生物試料に結合させて、生物試料を官能基上に固定するこ
とができる。いくつかの場合には、例えば米国特許出願公開第2011/0059865号明細書及び
米国特許出願公開第2014/0079923号明細書に説明されるように、ゲルによって生物試料を
表面に固定化することができる。これら明細書のそれぞれの全内容を、参照により本明細
書に援用するものとする。
いくつかの実施形態において、核酸を表面に固定化することができ、架橋増幅（bridge
amplification）を用いて核酸を増幅することができる。効果的な架橋増幅方法について
は、例えば米国特許第5,641,658号明細書、国際公開第07/010251号パンフレット、米国特
許第6,090,592号明細書、米国特許出願公開第2002/0055100号明細書、米国特許第7,115,4
00号明細書、米国特許出願公開第2004/0096853号明細書、米国特許出願公開第2004/00020
90号明細書、米国特許出願公開第2007/0128624号明細書、及び米国特許出願公開第2008/0
009420号明細書で説明されている。これら文献のそれぞれの全体を本明細書に援用する。
核酸を表面上で増幅する他の効果的な方法にRolling Circle Amplification（ローリング
サークル増幅法、RCA）法があり、例えば以下更に詳細に説明する方法を用いて行われる
。いくつかの実施形態では、核酸を表面に付着させることができ、１つ以上のプライマー
対を用いて核酸を増幅することができる。例えば、プライマーの一方を溶液中に存在させ
ることができ、プライマーの他方を表面上に固定化する（例えば 5' に付着させる）こと
ができる。例として、固定化プライマーを伸長させた後に、核酸分子を表面上のプライマ
ーの一方にハイブリダイズして、核酸の第１のコピーを生成することができる。その後、
核酸の第１のコピーをテンプレートとして使用して伸長させることができる溶液中のプラ
イマーを、核酸の第１のコピーにハイブリダイズする。任意に、核酸の第１のコピーを生
成した後に、元の核酸分子を表面上の第２の固定化プライマーにハイブリダイズすること
ができ、溶液中のプライマーの伸長と同時又は伸長後に、元の核酸分子を伸長させること
ができる。任意の実施形態において、固定化されたプライマー及び溶液中のプライマーを
用いて、伸長（例えば増幅）を繰り返すことで、核酸の複数のコピーを生成する。いくつ
かの実施形態では、生物試料を、生物試料を増幅（例えばＰＣＲ法で）している間使用さ
れるように構成される反応成分を含む、既定のスペース内に留めることができる。
図示の実施形態では、取外可能カートリッジ１０４は、複数のハウジング面１１１－１
１４を有するカートリッジハウジング１１０を含む。ハウジング面１１１－１１４は、非
結合面１１１－１１３と結合面１１４とを含む。結合面１１４は、基礎器具１０２に係合
するように構成される。図示の実施形態では、カートリッジハウジング１１０は実質的に
一体構造を形成する。代替的な実施形態では、システム１００のユーザによって結合され
る、１つ以上のサブコンポーネントによって、カートリッジハウジング１１０を構成する
ことができる。取外可能カートリッジ１０４を基礎器具１０２に分離可能に係合する前に
、又はサブコンポーネントの１つを基礎器具１０２に分離可能に係合した後に、サブコン
ポーネントを結合させることができる。例えば、第１サブハウジング（図示せず）は、貯
蔵モジュール１５０を保持することができ、取外可能カートリッジ１０４の残り部分（例
えば流体ネットワーク及び撮像装置）に、第２サブハウジング（図示せず）を含むことが
できる。第１サブハウジング１と第２サブハウジングとを結合して、カートリッジハウジ
ング１１０を形成することができる。
流体ネットワーク１０６は、カートリッジハウジング１１０によって保持され、非結合
面１１２に対して開口する複数の試料ポート１１６を含む。代替的な実施形態では、試料
ポート１１６を非結合面１１１若しくは１１３に沿って配置することができ、又は試料ポ
ート１１６を結合面１１４に沿って配置することができる。試料ポート１１６のそれぞれ
を、生物試料を受け入れるように構成する。単なる例として、生物試料を全血又は唾液と
することができる。いくつかの実施形態では、生物試料を、ＰＣＲを行うための核酸及び
他の物質（例えば試薬、バッファ）とすることができる。図１Ａでは３つの試料ポート１
１６を示しているが、ある実施形態では１つのみの試料ポート、２つの試料ポート又は４
つ以上の試料ポートを含むことができる。
流体ネットワーク１０６は結合面１１４に対して開口する流体接続ポート１１８も含み
、流体ネットワーク１０６はカートリッジハウジング１１０の外面に露出する。流体接続
ポート１１８は、基礎器具１０２のシステムポンプ１１９に流体的に接続されるように構
成される。流体接続ポート１１８は、流体ネットワーク１０６の一部であるポンプチャン
ネル１３３と流体連通する。システム１００の動作中に、システムポンプ１１９は、ポン
プチャンネル１３３及び流体ネットワーク１０６の残りの部分を通る流体の流れを起こす
負圧をもたらすように構成される。例えば、システムポンプ１１９は試料ポート１１６か
ら試料調製領域１３２までの生物試料の流れを起こすことができ、後の解析のために生物
試料は調製され得る。システムポンプ１１９は試料調製領域１３２から反応室１２６まで
の生物試料の流れを起こすことができ、検出作業が行われて生物試料のデータ（例えば画
像データ）が取得される。システムポンプ１１９は、貯蔵モジュール１５０の容器１５１
、１５２から反応室１２６までの流体の流れも起こすことができる。検出作業を行った後
に、システムポンプ１１９は廃棄物容器１２８への流体の流れを起こすことができる。
取外可能カートリッジ１０４は、流体ネットワーク１０６に加えて、基礎器具１０２に
よって制御可能な１つ以上の機械的インタフェース１１７を備えることができる。例えば
、取外可能カートリッジ１０４は、流体ネットワーク１０６に動作可能に連結する複数の
流量制御バルブ１２１－１２３を有するバルブアセンブリ１２０を備えることができる。
流量制御バルブ１２１－１２３のそれぞれには、基礎器具１０２によって制御される機械
的インタフェース１１７を設けることができる。例えば、基礎器具１０２は、流量制御バ
ルブ１２１－１２３を選択的に起動又は制御することができ、システムポンプ１１９を選
択的に起動することと合わせて、流体ネットワーク１０６内の流体の流量を制御すること
ができる。
例えば図示した実施形態では、流体ネットワーク１０６が、試料ポート１１６のすぐ下
流に存在し、試料ポート１１６と流体連通する試料チャンネル１３１を含む。単一の試料
チャンネル１３１のみを図１Ａに示しているが、代替的な実施形態では複数の試料チャン
ネル１３１を含むことができる。試料チャンネル１３１は、試料調製領域１３２を含むこ
とができる。バルブアセンブリ１２０は、１組のチャンネルバルブ１２１、１２２を含む
。基礎器具１０２は、チャンネルバルブ１２１、１２２を選択的に起動して、試料チャン
ネル１３１を通る流体の流れを妨げ又は塞ぐことができる。特定の実施形態では、チャン
ネルバルブ１２１、１２２を起動して、指定の体積の液体を試料チャンネル１３１の試料
調製領域１３２内に保持するシールを形成することができる。試料調製領域１３２内の指
定の体積の液体には、生物試料を含むことができる。
バルブアセンブリ１２０は、可動バルブ１２３を備えることもできる。可動バルブ１２
３を、回動可能バルブアセンブリ１４１０（図２７Ａ、２７Ｂに示す）と類似させること
ができる。可動バルブ１２３は、対応ポートの間に延びる少なくとも１つの流路１４０を
含むことができる、バルブ本体１３８を有する。バルブ本体１３８は、様々な位置に移動
することができ、ポートを、流体ネットワーク１０６の対応ポートと位置合わせできる。
例えば、可動バルブ１２３の位置によって、反応室１２６へ流れる流体の種類を決めるこ
とができる。第１の位置では、可動バルブ１２３は、試料チャンネル１３１の対応ポート
と位置合わせして、生体試料を反応室１２６に供給することができる。第２の位置では、
可動バルブ１２３は、貯蔵モジュール１５０の容器１５１、１５２とそれぞれ流体連通す
る、容器チャンネル１６１、１６２の１つ以上の対応ポートと位置合わせすることができ
る。容器１５１、１５２を、指定された反応を行うために使用することができる反応成分
を貯蔵するように構成する。容器チャンネル１６１、１６２をそれぞれ、容器１５１、１
５２の下流に配置し、容器１５１、１５２と流体連通させる。いくつかの実施形態では、
可動バルブ１２３は、様々な位置に単独で移動して、容器チャンネルの対応ポートと位置
合わせすることができる。
図示の実施形態では、可動バルブ１２３は、軸１４２まわりで回動するように構成され
る回動可能なバルブである。したがって、可動バルブ１２３を以下、回動可能バルブ１２
３と呼ぶ。しかしながら、代替的な実施形態では、様々な位置に回動しない可動バルブを
含むことが理解されるはずである。かかる実施形態では、可動バルブは、１つ以上の直線
方向で摺動して、対応するポートと位置合わせすることができる。本明細書で説明する回
動可能バルブ及び直線移動バルブを、2013年3月15日に出願したＰＣＴ国際出願第PCT/US2
013/032309号で説明した装置に類似させることができる。このＰＣＴ国際出願の全内容を
参照により本明細書に援用するものとする。
いくつかの実施形態では、生物試料を基礎器具１０２の光源１５８によって照射する。
あるいは、光源１５８を取外可能カートリッジ１０４に組込むことができる。例えば、生
物試料は、適切な波長の光により励起されたときに発光する、１つ以上の蛍光体を含むこ
とができる。図示の実施形態において、取外可能カートリッジ１０４は光路１５４を持つ
。基礎器具１０２の光源１５８からの照明光１５６を、反応室１２６内の生物試料に投射
させるように、光路１５４を構成する。したがって反応室は、１つ以上の光透過性の面又
は窓を持つことができる。光路１５４には、光路１５６を反応室１２６に能動的に向ける
、１つ以上の光学素子（例えばレンズ、反射鏡及びファイバーライン等）を含むことがで
きる。例示的実施形態では、光源１５８を発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができる
。しかしながら、代替的実施形態では、光源１５８は、レーザ又はランプ等の他の種類の
発光装置を備えることができる。
いくつかの実施形態では、検出アセンブリ１０８は、撮像検出器１０９と反応室１２６
とを含む。撮像検出器１０９を、反応室１２６内の指定の反応を検出するように構成する
。撮像検出器１０９を、ＣＭＯＳ撮像センサ２６２（図４０に示す）に類似させることが
できる。いくつかの実施形態では、撮像検出器１０９を、反応室１２６からの光情報（例
えば吸収、反射／屈折、又は発光）を検出するように、反応室１２６に対して配置するこ
とができる。撮像検出器１０９は、１つ以上の撮像装置（例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）
カメラ又は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）撮像素子）を備えることができる。いく
つかの実施形態では、撮像検出器１０９は、化学発光から出た光情報を検出することがで
きる。更に他の実施形態では、検出アセンブリ１０８は、撮像に限定されないものとする
ことができる。例えば、検出アセンブリ１０８を、液体の電気的性質を検出する１つ以上
の電極とすることができる。
本明細書で説明するように、基礎器具１０２は、取外可能カートリッジ１０４に動作可
能に係合するように構成され、取外可能カートリッジ１０４内の様々な作業を制御して、
指定の反応を行い及び／又は生物試料のデータを取得する。この目的を達成するために、
基礎器具１０２が取外可能カートリッジ１０４の１つ以上の構成要素の作業を制御できる
ように、結合面１１４を構成する。例えば、結合面１１４は、基礎器具１０２がバルブ１
２１－１２３を制御できるようにする、複数のアクセス開口部１７１－１７３を含むこと
ができる。結合面１１４は、基礎器具１０２のサーマルブロック２０６を受け止めるよう
に構成されるアクセス開口部１７４を含むこともできる。アクセス開口部１７４は、試料
チャンネル１３１に沿って延びる。図示したように、アクセス開口部１７１－１７４は結
合面１１４に対して開口する。
基礎器具１０２は、取外可能カートリッジ１０４の結合面１１４に分離可能に係合する
ように構成される制御面２０２を有する。取外可能カートリッジ１０４の結合面１１４と
基礎器具１０２の制御面２０２とは、合わせてシステムインタフェース２０４を定める。
システムインタフェース２０４は、取外可能カートリッジ１０４と基礎器具１０２との間
の共通の境界を表し、当該共通の境界を通じて基礎器具１０２と取外可能カートリッジ１
０４とを動作可能に係合する。すなわち、基礎器具１０２と取外可能カートリッジ１０４
とは、システムインタフェース２０４に沿って動作可能に係合され、基礎器具１０２は、
結合面１１４を通じて取外可能カートリッジ１０４の様々な特徴を制御できる。例えば、
基礎器具１０２は、取外可能カートリッジ１０４の対応構成要素を制御する、１つ以上の
制御可能な構成要素を有することができる。
いくつかの実施形態では、基礎器具１０２と取外可能カートリッジ１０４とが、システ
ムインタフェース２０４において、システムインタフェース２０４を通じてもたらされる
、電気的結合、熱的結合、光学的結合、バルブ結合又は流体的結合の少なくとも１つによ
って互いに固定されるように、基礎器具１０２と取外可能カートリッジ１０４とは動作可
能に係合される。図示した実施形態では、基礎器具１０２と取外可能カートリッジ１０４
とが、電気的結合、熱的結合、バルブ結合及び光学的結合を有するように構成される。す
なわち、基礎器具１０２と取外可能カートリッジ１０４とは、電気的結合によって、デー
タ通信することができ及び／又は電力を伝えることができる。基礎器具１０２と取外可能
カートリッジ１０４とは互いに、熱的接合によって、一方向又は双方向で、熱エネルギー
を伝えることができる。また、基礎器具１０２と取外可能カートリッジ１０４とは、光学
的結合によって、光情報（例えば照明光）通信を行うことができる。
図示の実施形態では、システムインタフェース２０４は、単面（single-sided）インタ
フェース２０４である。例えば、制御面２０２及びハウジング面１１４は一般に向き合う
方向を向いている。システムインタフェース２０４は単面であり、取外可能カートリッジ
１０４と基礎器具１０２とを、結合面１１４及び制御面２０２のみを通じて互いに動作可
能に結合する。代替的な実施形態では、システムインタフェースを複数面（multi-sided
）インタフェースとすることができる。例えば、取外可能カートリッジの少なくとも２つ
、３つ、４つ又は５つの面を、基礎器具と結合するように構成される結合面とすることが
できる。この複数面を平面とすることができ、互いに直交して又は互いに反対側に（例え
ば直方体形状の一部又は全部を取り巻くように）配置することができる。
取外可能カートリッジ１０４の作業を制御するために、基礎器具１０２は、流量制御バ
ルブ１２１－１２３に動作可能に係合するように構成されるバルブアクチュエータ２１１
－２１３と、熱エネルギーを試料調製領域１３２に与え及び／又は試料調製領域１３２か
ら熱エネルギーを奪うように構成されるサーマルブロック２０６と、電気的接点２０９の
接点アレイ２０８とを備えることができる。基礎器具１０２は、制御面２０２に沿って配
置された光源１５８を備えることもできる。基礎器具１０２は、制御面２０２に沿って配
置された制御部２１０を有するシステムポンプ１１９を備えることもできる。
システム１００は、ロッキング機構１７６を備えることもできる。図示の実施形態では
、ロッキング機構１７６は、取外可能カートリッジ１０４のラッチ係合要素１７８に係合
するように構成される回動可能ラッチ１７７を含む。あるいは、取外可能カートリッジ１
０４が回動可能ラッチ１７７を含むことができ、基礎器具１０２がラッチ係合要素１７８
を含むことができる。取外可能カートリッジ１０４が基礎器具１０２に取り付けられる場
合、ラッチ１７７を回動させてラッチ係合要素１７８に係合させることができる。ロッキ
ング機構１７６が生み出すカム効果（a camming effect）により、取外可能カートリッジ
１０４を基礎器具１０２へ押し又は駆動させて、取外可能カートリッジ１０４を基礎器具
１０２に固定することができる。
基礎器具１０２は、アッセイプロトコールを行うためのユーザの入力を受け取るように
構成され、及び／又はユーザとアッセイに関する情報通信を行うように構成される、ユー
ザインタフェース１２５を備えることができる。ユーザインタフェース１２５を、基礎器
具１０２に組込むことができる。例えば、ユーザインタフェース１２５は、基礎器具１０
２のハウジングに取り付けられたタッチスクリーンを備えることができ、当該タッチスク
リーンは、ユーザが接触したことと、タッチスクリーンに表示される情報に対する接触位
置とを認識するように構成される。あるいは、ユーザインタフェース１２５を基礎器具１
０２に対して遠隔に配置することができる。
基礎器具１０２は、バルブアクチュエータ２１１－２１３、サーマルブロック２０６、
接点アレイ２０８、光源１５８又はシステムポンプ１１９の少なくとも１つの動作を制御
するように構成されるシステムコントローラ２２０を備えることもできる。システムコン
トローラ２２０を電気回路モジュールの集まりとして概念的に示すが、専用ハードウェア
基板、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、プロセッサ等の任意の組み合わせを用い
てシステムコントローラ２２０を実装することができる。あるいは、単一又は複数のプロ
セッサを有する既製のパーソナルコンピュータを用いてシステムコントローラ２２０を実
装することができる。プロセッサが複数の場合には、機能的動作がプロセッサ間で分配さ
れる。更なる選択肢として、専用ハードウェアを用いて特定のモジュール式機能を実行す
る一方、既製のパーソナルコンピュータ等を用いて残りのモジュール式機能を実行する、
ハイブリッド構成を利用して、以下説明する電気回路モジュールを実装することができる
。
システムコントローラ２２０は、基礎器具１０２及び／又は取外可能カートリッジ１０
４の特定の構成要素の動作を制御するように構成される複数の電気回路モジュール２２１
－２２４を含むことができる。例えば、電気回路モジュール２２１を、流体ネットワーク
１０６を通る流体の流量を制御するように構成される流量制御モジュール２２１とするこ
とができる。流量制御モジュール２２１を、バルブアクチュエータ２１１－２１３及びシ
ステムポンプ１１９に動作可能に結合することができる。流量制御モジュール２２１は、
バルブアクチュエータ２１１－２１３及びシステムポンプ１１９を選択的に起動して、１
つ以上の流路を通る流体の流れを起こすことができ、及び／又は１つ以上の流路を通る流
体を遮ることができる。
単なる例として、バルブアクチュエータ２１３は、回動可能なバルブ１２３に回動可能
に係合することができる。バルブアクチュエータ２１３は、バルブアクチュエータ２１３
を駆動する（例えば回動させる）ように構成される回動モータ２１４を備えることができ
る。流量制御モジュール２２１は、バルブアクチュエータ２１３を駆動して、回動可能バ
ルブ１２３を第１回動位置に動かすことができる。回動可能なバルブ１２３が第１回動位
置に存在するとき、流量制御モジュール２２１はシステムポンプ２１９を駆動することに
よって、生物試料を試料調製領域１３２から反応室１２６へ引き込むことができる。流量
制御モジュール２２１はその後バルブアクチュエータ２１３を駆動して、回動可能バルブ
１２３を第２回動位置に動かすことができる。回動可能バルブ１２３が第２回動位置に存
在するとき、流量制御モジュール２２１はシステムポンプ２１９を駆動することによって
、１つ以上の反応成分を対応する容器から反応室１２６へ引き込むことができる。いくつ
かの実施形態では、システムポンプ２１９を、正圧を発生させるように構成して、流体を
反対方向に能動的にくみ出すことができる。かかる動作を用いて、複数の液体を共通の容
器に加えることによって、容器内で複数の液体を混合することができる。したがって、流
体結合ポート１１８は、流体（例えば気体）をカートリッジハウジング１１０から出すこ
とができ、流体をカートリッジハウジング１１０内に受け入れることができる。
システムコントローラ２２０は、熱制御モジュール２２２を含むこともできる。熱制御
モジュール２２２は、サーマルブロック２０６を制御して、試料調製領域１３２に熱エネ
ルギーを供給し及び／又は試料調製領域１３２から熱エネルギーを奪うことができる。特
定の実施例では、サーマルブロック２０６は、試料チャンネル１３１内で生物試料に与え
る温度を、ＰＣＲプロトコールに従って上昇及び／又は減少させることができる。図示は
していないが、システム１００は、試料調製領域１３２に隣接した追加の熱装置を備える
ことができる。例えば、取外可能カートリッジ１０４は、軟性プリント基板ヒータ１４１
２（図２７Ａ、２７Ｂに示す）に類似した熱装置を備えることができる。
システムコントローラ２２０は、検出アセンブリ１０８を制御して生物試料に関するデ
ータを取得するように構成される検出モジュール２２３を備えることもできる。検出モジ
ュール２２３は、接点アレイ２０８を通じて検出アセンブリ１０８の動作を制御すること
ができる。例えば、検出アセンブリ１０８を、結合面１１４に沿った電気的接点１９６の
接点アレイ１９４に通信可能に係合させることができる。いくつかの実施形態では、電気
的接点１９６を、結合面１１４に再配置でき又は結合面１１４から再配置できる、軟性の
接点（例えばポゴコンタクト（pogo contacts）又はコンタクトビーム）とすることがで
きる。電気的接点１９６を、カートリッジハウジングの外面に対して露出し、検出アセン
ブリ１０８に電気的に結合する。電気的接点１９６を、入出力（Ｉ／Ｏ）接点と呼ぶこと
ができる。基礎器具１０２と取外可能カートリッジ１０４とが動作可能に係合していると
きに、検出モジュール２２３は検出アセンブリ１０８を制御して、既定の時間で又は既定
の期間のデータを取得することができる。例として、生物試料が反応室１２６に付着した
蛍光体を有するときに、検出モジュール２２３は検出アセンブリ１０８を制御して反応室
１２６の画像を撮像することができる。多数の画像を取得することができる。
任意に、システムコントローラ２２０は、データを解析して、少なくとも部分的な結果
をシステム１００のユーザに提供するように構成される解析モジュール２２４を備える。
例えば、解析モジュール２２４は、撮像検出器１０９が撮像した撮像データを解析するこ
とができる。この解析は、生物試料の核酸の配列を特定するステップを含むことができる
。
システムコントローラ２２０及び／又は電気回路モジュール２２１－２２４は、１つ以
上のマイクロコントローラ、プロセッサ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）、特
定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ
ｓ）、論理回路及び本明細書で説明する機能を実行できる他の任意の電気回路を含む、１
つ以上の論理型デバイスを備えることができる。例示的実施形態において、システムコン
トローラ２２０及び／又は電気回路モジュール２２１－２２４は、１つ以上のアッセイプ
ロトコールを行うために、当該要素に格納された一式の命令を実行する。記憶要素を、基
礎器具１０２及び／又は取外可能カートリッジ１０４内の、情報源又は物理メモリ要素の
形態とすることができる。アッセイシステム１００が行うプロトコールは例えば、ＤＮＡ
又はＲＮＡの定量分析、タンパク質分析、ＤＮＡシークエンシング（Sequencing By Synt
hesis (SBS) 法等）、試料調製及び／又はシークエンシングのためのフラグメントライブ
ラリの調製を実行することができる。
一式の命令には、システム１００に特定の作業（例えば本明細書で説明する様々な実施
形態の方法及び処理）を行うよう命令する様々なコマンドを含むことができる。一式の命
令は、ソフトウェアプログラムの形態をとることができる。本明細書において、用語「ソ
フトウェア」及び「ファームウェア」は交換可能であり、メモリに格納され、コンピュー
タが実行する任意のコンピュータプログラムを含む。このメモリには、ＲＡＭメモリ、Ｒ
ＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ及び不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）
メモリが含まれる。上述したメモリの種類は単なる例示であり、したがってコンピュータ
プログラムを格納するために使用できるメモリの種類を限定するものではない。
ソフトウェアを、システムソフトウェア又はアプリケーションソフトウェア等の様々な
形態とすることができる。さらに、ソフトウェアを、別個のプログラムの集合の形態とす
ることができ、又はより大きなプログラム内のプログラムモジュールとすることができ、
又はプログラムモジュールの一部とすることができる。ソフトウェアは、オブジェクト指
向プログラミングの形態のモジュラープログラミングを含むこともできる。検出データを
取得した後、システム１００は、ユーザの入力に応答して処理された又は他の処理装置（
例えば通信リンクを通じた遠隔からの要求）が行う要求に応答して処理された、検出デー
タを自動的に処理することができる。
システムコントローラ２２０を、通信リンク経由で、システム１００の他の構成要素又
はサブシステムに接続することができる。通信リンクは、有線又は無線とすることができ
る。システムコントローラ２２０を、オフサイトのシステム又はサーバに通信可能に接続
することができる。システムコントローラ２２０は、ユーザインタフェース（図示せず）
から、ユーザの入力又はコマンドを受け取ることができる。ユーザインタフェースは、キ
ーボード、マウス、タッチスクリーンオパネル及び／又は音声認識システム等を備えるこ
とができる。
システムコントローラ２２０を、ソフトウェア命令の記憶、解釈及び／又は実行等の能
力を発揮するとともに、システム１００全体の作業を制御するのに役立てることができる
。システムコントローラ２２０を、データを制御し及び／又は様々な性質の構成要素に給
電するように、構成しプログラムすることができる。図１Ａでは、システムコントローラ
２２０を単一の構造として表したが、システムコントローラ２２０が、システム１００の
至る所に分布する複数の別個の構成要素（例えばプロセッサ）を含むことができることが
理解される。いくつかの実施形態では、１つ以上の構成要素を基礎器具に集約することが
でき、１つ以上の構成要素を基礎器具に対して遠隔に配置することができる。
図１Ｂは、試料調製又は試料解析の少なくとも一方を実施するために、指定の反応を行
う方法１８０を示すフローチャートである。特定の実施形態では、方法１８０は、核酸の
シークエンシングを含むことができる。方法１８０は、本明細書で説明する（例えばシス
テム及び／又は方法の）様々な実施形態の構造又は態様を用いることができる。様々な実
施形態において、特定のステップを除外若しくは付加することができ、特定の複数ステッ
プを組み合わせることができ、特定の複数ステップを同時に行うことができ、特定の複数
ステップを共に行うことができ、特定のステップを複数ステップに分けることができ、特
定の複数ステップを異なる順序で行うことができ、又は特定のステップ若しくは一連のス
テップを反復的に再実行することができる。
例えば、方法１８０は、１８２において、カートリッジハウジングを有する取外可能カ
ートリッジを設けるステップを含むことができる。取外可能カートリッジは、カートリッ
ジハウジング内に配置された流体ネットワークを含むことができる。取外可能カートリッ
ジは、流体ネットワークに動作可能に結合され、流体ネットワークに対して移動できる流
量制御バルブを含むこともできる。流量制御バルブを例えば、チャンネルバルブ又は可動
バルブ（回動可能なバルブ等）とすることができる。カートリッジハウジングは、取外可
能カートリッジの外面を画定するハウジング面を含むことができる。
方法１８０は、１８４で、取外可能カートリッジを基礎器具に取付ける（例えば接触さ
せる）ステップを含むこともできる。取外可能カートリッジのハウジング面は、基礎器具
の制御面に分離可能に係合して、共同してシステムインタフェースを定めることができる
。基礎器具は、システムインタフェースを通じて流量制御バルブに係合するバルブアクチ
ュエータを備える。例えば、バルブアクチュエータは、制御面を通過するとともに、取外
可能カートリッジのハウジング面に沿うアクセス開口部内へ挿入される、長尺の本体を含
むことができる。任意に、バルブアクチュエータは、流量制御バルブの一部と直接係合す
る。
１８６において、取外可能カートリッジは、１つ以上の生物試料を受け入れることがで
きる。例えば、ユーザは、ピペッタを使用して、生物試料を、流体ネットワークに流体連
通する試料ポートに添加することができる。１８６における当該受け入れステップを、１
８４における接触の前又は後に行うことができる。方法１８０は、１８８で、生物試料を
流体的に送り、取外可能カートリッジの流体ネットワークを通って流し、カートリッジ内
で試料解析又は試料調製の少なくとも一方を行うステップを含むことができる。例えば、
生物試料を流体ネットワークの試料調製領域へ送ることができ、生物試料の流れを流量制
御バルブ上のバルブアクチュエータの動作によって制御する。生物試料が試料調製領域内
に密封されている間に、生物試料に増幅処理（ＰＣＲ法等）を行うことができる。他の例
として、生物試料を反応室へ流すことができ、生物試料の流れは流量制御バルブ上のバル
ブアクチュエータの動作によって制御される。
任意に、方法１８０は、１９０で、検出室に向けた撮像検出器を用いて、生物試料を検
出するステップを含む。基礎器具の取外可能カートリッジの少なくとも１つは、検出アセ
ンブリを保持することができる。例えば、検出アセンブリを、取外可能カートリッジ内に
組込むことができる。基礎器具を、検出アセンブリに電気的に結合して、検出アセンブリ
の動作を制御することができる。任意に、１８６で生物試料を流体的に送るステップ、及
び／又は１９０で生物試料を撮像するステップを、既定のスケジュール又はシークエンス
に従って複数回繰り返すことができる。
いくつかの実施形態では、方法１８０は、１９２で、取外可能カートリッジを基礎器具
から取り外すステップを含む。アッセイプロトコールが完了した後、取外可能カートリッ
ジを基礎器具から取り外すことができる。いくつかの場合では、取外可能カートリッジに
補充することができ、又は取外可能カートリッジを再生することができる。例えば、取外
可能カートリッジを浄化及び／又は滅菌することができ、使用済み貯蔵モジュールを新し
い貯蔵モジュールと交換することができる。その後方法１８０では、１８２に戻ることが
でき、他の取外可能カートリッジが提供されて、１８４で同じ基礎器具に対して取り付け
られる。第１取外可能カートリッジと類似する方法で、第２取外可能カートリッジのハウ
ジング面を、基礎器具の制御面に分離可能に係合して、共同してシステムインタフェース
を定めることができる。
図２は、生化学的解析又は試料調製の少なくとも一方を行うように構成されるシステム
３００の概略図である。システム３００は、システム１００（図１）と同じ構成又はシス
テム１００に類似する構成を備えることができる。例えばシステム３００は、基礎器具３
０２と、基礎器具３０２に分離可能に係合するように構成される取外可能カートリッジ３
０４とを備える。基礎器具３０２及び取外可能カートリッジ３０４はそれぞれ、基礎器具
１０２及び取外可能カートリッジ１０４（図１Ａに示す）と類似する構成を持つことがで
きる。図２に示すように、基礎器具３０２は、器具面３０６と、器具面３０６に対して開
口するカートリッジ受入スロット３０８とを含む器具ハウジング３０３を有する。いくつ
かの実施形態では、器具面３０６を、基礎器具３０２の重力に対する上面とすることがで
き、器具面３０６は器具ハウジング３０３の外面を部分的に形成することができる。図示
した実施形態では、カートリッジ受入スロット３０８は、器具ハウジング３０３の内側ド
ッキング又は制御面３１１－３１３によって画定される。制御面３１１及び３１３は互い
に対向し、制御面３１２は制御面３１１と制御面３１３との間に延在する。制御面３１２
は、カートリッジ受入スロット３０８に対する開口部３１６に面することができる。
取外可能カートリッジ３０４は、カートリッジ受入スロット３０８内に配置できる寸法
及び形状であり、基礎器具３０２に動作可能に係合する。図示したように、取外可能カー
トリッジ３０４は、ハウジング面３２１－３２４を有するカートリッジハウジング３０４
を含む。ハウジング面３２１－３２３は、ドッキング又は制御面３１１－３１３に動作可
能に係合するように構成され、基礎器具３０２と取外可能カートリッジ３０４とは、電気
的結合、熱的結合、光学的結合及び／又は流体的結合の少なくとも１つがなされている。
そうであるから、以下ハウジング面３２１－３２３を結合面３２１－３２１と呼ぶ。ハウ
ジング面３２４は、基礎器具３０２と動作可能に係合しない。したがって、ハウジング面
３２４を、非結合面３２４と呼ぶことができる。
取外可能カートリッジ１０４（図１Ａ）に類似して、取外可能カートリッジ３０４は、
取外可能カートリッジ３０４内の作業を制御して指定の反応を行う複数の構成及び要素を
備える。例えば、取外可能カートリッジ３０４は、非結合面３２４に対して開口する試料
ポート３３０を有し、１つ以上の生物試料を受け入れるように構成される。あるいは、試
料ポート３３０は、結合面３２１－３２３の１つに対して開口することができる。かかる
実施形態では、取外可能カートリッジ３０４をカートリッジ受入スロット３０８内に入れ
る前に、生物試料を試料ポート３３０内に配置することができる。
取外可能カートリッジ３０４は、試料調製領域３３４を有する流体ネットワーク３３２
を備えることもできる。流体ネットワーク３３２は、取外可能カートリッジ３０４の多数
の他の要素（貯蔵モジュール３３６、可動バルブ３３８、撮像検出器３４２を有する検出
アセンブリ３４０及び廃棄物容器３４４等）を備えることができ、又は当該要素と流体的
に相互に接続することができる。任意に、取外可能カートリッジ３０４は、光路３４６及
び接点アレイ３４８を含むこともできる。取外可能カートリッジ３０４の構成要素を、取
外可能カートリッジ３０４に関して上述した構成要素に類似させることができる。
基礎器具３０２は、取外可能カートリッジ３０４に動作可能に係合して指定の反応を行
う、対応構成要素を有することができる。例えば、基礎器具３０２は、サーマルブロック
３５０、バルブアクチュエータ３５２、光源３５６、接点アレイ３５８及びシステムポン
プ３６０を備える。取外可能カートリッジ３０４をカートリッジ受入スロット３０８に装
着するとき、又は取外可能カートリッジ３０４をカートリッジ受入スロット３０８に装着
した後に、取外可能カートリッジ３０４及び基礎器具３０２の様々な構成要素は、互いに
係合することができる。すなわち、取外可能カートリッジ３０４を基礎器具３０２に動作
可能に装着するときに、サーマルブロック３５０を試料調製領域３３４付近に配置するこ
とができ、バルブアクチュエータ３５２は可動バルブ３３８に動作可能に係合することが
でき、光源３５６は光路３４６に通信可能に結合することができ、接点アレイ３５８は接
点アレイ３４８に電気的に係合することができ、システムポンプ３６０は流体ネットワー
ク３３２に連通可能に係合することができる。したがって、基礎器具１０２が取外可能カ
ートリッジ１０４を制御する方法と類似する方法で、基礎器具３０２は取外可能カートリ
ッジ３０４を制御することができる。
取外可能カートリッジ３０４をカートリッジ受入スロット３０８に、制御面３１１－３
１３又は結合面３２１－３２３に配置された構成要素を損傷させることなく自由に挿入で
きるように、基礎器具３０２を構成することができる。例えば、基礎器具３０２の１つ以
上の構成要素を、取外可能カートリッジ３０４の方へ偏らせ又は移動させる。いくつかの
実施形態では、サーマルブロック３５０及びバルブアクチュエータ３５２を要素支持部３
６２に固定する。要素支持部３６２を結合面３２１の方へ偏らせることができ、又は、取
外可能カートリッジ３０４をカートリッジ受入スロット３０８内に配置した後に、要素支
持部３６２を結合面３２１の方へ移動させることができる。同様の方法で、システムポン
プ３６０を要素支持部３６４に固定することができる。要素支持部３６４を結合面３２３
の方へ偏らせることができ、又は、取外可能カートリッジ３０４をカートリッジ受入スロ
ット３０８内に配置した後に、要素支持部３６４を結合面３２３の方へ移動させることが
できる。
システムコントローラ３７０は、要素支持部３６２、３６４を自動的に起動することが
できる。例えば、システムコントローラ３７０は、取外可能カートリッジ３０４がカート
リッジ受入スロット３０８内に装着される又は既に装着されていると判定することができ
る。システムコントローラ３７０はその後、１つ以上の駆動機構を起動して、要素支持部
３６２、３６４を結合面３２１、３２３の方へ駆動することができる。あるいは、要素支
持部３６２、３６４を１つ以上のオペレータ制御機構と動作可能に連結させることができ
、システム３００のユーザによってオペレータ制御機構が起動されると、オペレータ制御
機構は要素支持部３６２、３６４をそれぞれ結合面３２１、３２３の方へ駆動することが
できる。したがって、取外可能カートリッジ３０４をカートリッジ受入スロット３０８内
に自由に（例えば実質的に妨害されたり当ったりせずに）前進させるように、基礎器具３
０２を構成することができる。
本明細書で説明する実施形態には、取外可能カートリッジ及び基礎器具が複面のシステ
ムインタフェースを形成するシステムを含む。例えば、結合面３２１－３２３のそれぞれ
を、カートリッジ受入スロット３０８を画定する対応制御面に動作可能に係合する。結合
面３２１－３２３及び対応制御面３１１－３１３は共同してシステムインタフェースを定
め、当該システムインタフェースを複面インタフェースと呼ぶことができる。かかる実施
形態は、取外可能カートリッジ３０４が受ける力を相殺させる点で望ましいことがある。
例えば、サーマルブロック３５０及びバルブアクチュエータ３５２は、（矢印で示すよう
な）第１の方向に、力３７４を加えることができる。システムポンプ３６０は、（矢印で
示すような）反対の第２の方向に、力３７６を加えることができる。接点アレイ３４８と
３５８との間の相互作用により、力３７６の一部をもたらすこともできる。
いくつかの実施形態では、力３７４、３７６の少なくとも１つが、対応する構成要素間
の密着を促進する。例えば、力３７４は、サーマルブロック３５０と試料調製領域３３４
との間を密着させて、試料調製領域３３４の熱的制御を可能にすることができる。また力
３７４は、バルブアクチュエータ３５２が可動バルブ３３８を選択的に制御するように、
バルブアクチュエータ３５２及び可動バルブ３３８を互いに適切に係合させる。力３７６
は、接点アレイ３４８、３５８の対応する電気的接点の間を密着させることができる。
図３及び図４は、対応する基礎器具及び取外可能カートリッジを有する異なるシステム
を示し、特に１つ以上の実施形態が使用できる異なる複面インタフェースを示す。例えば
、図３は、基礎器具４０２と取外可能カートリッジ４０４とを備えるシステム４００の端
面図である。基礎器具４０２は、取外可能カートリッジ４０４を受け止める寸法及び形状
のオープンサイドの凹部４０６を含む。図示したように、オープンサイドの凹部４０６は
、互いに直交する方向を向く第１制御面４１１及び第２制御面４１２によって形成される
。すなわち、第１制御面４１１及び第２制御面４１２は、Ｌ字型の凹部を形成する。第１
制御面４１１及び第２制御面４１２はそれぞれ、取外可能カートリッジ４０４の第１結合
面４１３及び第２結合面４１４と動作可能に係合する。複面インタフェース４１５が、第
１制御面４１１と第１結合面４１３との間、及び第２制御面４１２と第２結合面４１４と
の間で共同して形成される。すなわち、第１結合面４１３及び第２結合面４１４のそれぞ
れに沿って、バルブ結合、流体的結合、電気的結合、光学的結合又は熱的結合の少なくと
も１つがもたらされる。
図４は、基礎器具４２２と取外可能カートリッジ４２４とを備えるシステム４２０の上
面図である。基礎器具４２２は、カートリッジ受入スロット３０８（図２）と類似するこ
とができ又は同じとすることができる、カートリッジ受入スロット４２６を含む。カート
リッジ受入スロット４２６は、取外可能カートリッジ４２４を受け入れるような寸法及び
形状である。図示したように、カートリッジ受入スロット４２６は制御面４３１－４３４
によって形成される。制御面４３１、４３３は互いに対向し、また制御面４３２、４３４
は互いに対向する。制御面４３１－４３４はそれぞれ、取外可能カートリッジ４２４の結
合面４４１－４４４に動作可能に係合する。複面インタフェース４２７が、取外可能カー
トリッジ４２４及び基礎器具４２２の対応面の間で共同して形成される。
図５－１２は、様々なバルブ機構を示す図であり、これらバルブ機構によって基礎器具
が取外可能カートリッジの流体ネットワークを通過する流量を制御（例えば調整）できる
。図５－１２のそれぞれは、基礎器具と取外可能カートリッジとの間にシステムインタフ
ェースによるバルブ連結がもたらされている、システムの断面図である。図５－１２のそ
れぞれはチャンネルバルブを示し、基礎器具はチャンネルバルブを駆動して対応チャンネ
ルを開閉することができる。例えば図５及び６は、上述したシステム（例えば図１Ａのシ
ステム１００、図２のシステム３００、図３のシステム４００、図４のシステム４２０）
と類似させることができる、システム５００の一部を示す。
図５及び６は、システムインタフェース５０６に沿って動作可能に係合する、基礎器具
５０２と取外可能カートリッジ５０４とを有する、システム５００の一部の断面図である
。図示したように、取外可能カートリッジ５０４は、カートリッジハウジング５０８と、
カートリッジハウジング５０８が保持する微少流体本体５１０とを有する。図示した実施
形態では、微少流体本体５１０は、平行に積み重ねられた複数層５２１－５２３を含む。
層５２１－５２３をプリント基板（ＰＣＢ）の層、例えば図１４－７５について以下説明
するプリント基板（ＰＣＢ）の層とすることができる。層５２１２－５２３が平行に積み
重なるときに、微少流体本体５１０が試料チャンネル５２６を形成するように、層５２１
－５２３の１つ以上をエッチングすることができる。試料チャンネル５２６は、流体ネッ
トワーク（図１Ａの流体ネットワーク１０６等）の一部であり、バルブ又は内側空洞５２
８を含む。
取外可能カートリッジ５０４は、試料チャンネル５２６を流れる流体の流量を調整する
ように構成される、チャンネルバルブ５３０を備える。例えばチャンネルバルブ５３０は
、流体の流れが妨げられないように、最大限の隙間を有することができる。チャンネルバ
ルブ５３０は、チャンネルバルブ５３０を通る流体の流れを妨げることもできる。本明細
書において、用語「妨げる」とは、流体の流れを減速させること、又は流体の流れを完全
に遮断することを含む。図示したように、試料チャンネル５３０は、バルブ空洞５２８と
流体連通する第１ポート５３２及び第２ポート５３４を含む。流体が、第１ポート５３２
を通ってバルブ空洞５２８内へ流れ、第２ポート５３４を通ってバルブ空洞５２８から出
るように構成される。図示した実施形態では、チャンネルバルブ５３０は、第１の状態と
第２の状態の間で曲がることができる、軟性の薄膜を構成する。図５では軟性薄膜は第１
の状態であり、図６では軟性薄膜は第２の状態である。特定の実施形態では、軟性薄膜は
、軟性層（例えば図２３Ａ、２３Ｂに示す薄膜層９１８）である。軟性層は、バルブ空洞
５８２内に押し込まれて、バルブ空洞５８２を通る流体の流れを塞ぐように構成される。
代替的な実施形態では、チャンネルバルブ５３０を、様々な状態又は位置の間で移動して
流体の流量を調整することができる、別の物理的構成要素とすることができる。
また図示するように、基礎器具５０２は、チャンネルバルブ５３０を起動するように構
成されるバルブアクチュエータ５４０を含む。例えば、バルブアクチュエータ５４０は、
軟性薄膜を第１の状態と第２の状態の間で曲げることができる。バルブアクチュエータ５
４０は、システムインタフェース５０６を通って延在する長尺本体５４２（ポスト又はロ
ッド等）を含む。すなわち、長尺本体５４２は、基礎器具５０２の制御面５４４を通過す
る。取外可能カートリッジ５０４は、バルブアクチュエータ５４０を受け入れるアクセス
開口部５４６を有する。アクセス開口部５４６は、取外可能カートリッジ５０４の結合面
５４８に対して開口する。図示したように、長尺本体５４２は、制御面５４４から結合面
５４８のアクセス開口部５４６内へ突出する。アクセス開口部５４６によって、バルブア
クチュエータ５４０はチャンネルバルブ５３０と直接係合できる。図示した実施形態では
、チャンネルバルブ５３０は軟性薄膜である。図５において、バルブアクチュエータ５４
０は第１の状態又は位置にある。図６において、バルブアクチュエータ５４０は第２の状
態又は位置にある。第２の位置において、バルブアクチュエータ５４０は、チャンネルバ
ルブ５３０に向かってある距離移動しており、チャンネルバルブ５３０に係合する。バル
ブアクチュエータ５４０は、チャンネルバルブ５３０が第１ポート５３２を覆うように、
チャンネルバルブ５３０を変形させることができる。このようにしてチャンネルバルブ５
３０は、第１ポート５３２を通る流体の流れを塞ぐ。
いくつかの実施形態では、システム５００は、図５及び６に示すチャンネルバルブ５３
０と類似する又は同一である、第１チャンネルバルブ及び第２チャンネルバルブを有する
ことができる。第１チャンネルバルブは流体ネットワークの試料調製領域（図示せず）の
上流に配置され、第２チャンネルバルブは流試料調製領域の下流に配置される。このよう
にして、第１チャンネルバルブ及び第２チャンネルバルブは、流体を試料調製領域内に効
果的に密封することができる。この流体は、生物試料を含むことができる。それから、生
物試料を有する液体を加熱して、流体に対して増幅プロトコール（PCRプロトコール等）
を行うことができる。
図７及び８は、システムインタフェース５５６に沿って動作可能に係合する、基礎器具
５５２と取外可能カートリッジ５５４とを有するシステム５５０の一部の断面図である。
基礎器具５５２及び取外可能カートリッジ５５４をそれぞれ、図５と６とに示す基礎器具
５０２及び取外可能カートリッジ５０４と類似させることができる。基礎器具５５２は、
基礎器具５５２の制御面５９４を通過し、取外可能カートリッジ５５４の結合面５９８の
アクセス開口部５９６内に挿入される、長尺本体５９２（ノズル等）を有するバルブアク
チュエータ５９０を備える。バルブアクチュエータ５９０は、システムインタフェース５
５６を通って延在する。任意に、基礎器具５５２は、長尺本体５９２を囲んでアクセス開
口部５９６を密封して、密封空間をもたらす密封部材５９５（Ｏリング等）を備えること
ができる。例示的実施形態では、取外可能カートリッジ５５４は、チャンネルバルブ５８
０を含む。チャンネルバルブ５８０を、軟性薄膜とすることができ、バルブアクチュエー
タ５９０によって空気の作用で作動させることができる。すなわち、流体（空気等）を供
給して、密封空間内の圧力を上昇させることによって、チャンネルバルブ５８０を変形さ
せるように、バルブアクチュエータ５９０を構成する。チャンネルバルブ５８０が変形し
ているときに、チャンネルバルブは試料チャンネル５７６の第１ポート５８２を覆うこと
によって、試料チャンネル５７６を通る流れを塞ぐことができる。
図９－１０は、システム５００及び５５０に類似するシステム６００を示す。すなわち
、図９及び１０は、システムインタフェース６０６に沿って動作可能に係合する、基礎器
具６０２と取外可能カートリッジ６０４とを有するシステム６００を示す。取外可能カー
トリッジ６０４は、基礎器具６０２のバルブアクチュエータ６４０によって回動可能に係
合された可動バルブ６３０を含む。可動バルブ６３０は、第１回動位置（図９に示す）に
存在するときに、流体を試料チャンネル６２６で流すことができるとともに、第２回動位
置（図１０に示す）に存在するときに、試料チャンネル６２６を通る流れを塞ぐことがで
きる形状の平面物体である。すなわち、可動バルブ６３０は、第２回動位置に存在すると
きに、ポート６３２を覆うことができる。
図１１は、微少流体本体７０２と回動可能バルブ７０４とを有する取外可能カートリッ
ジ７００の露出部分の斜視図である。取外可能カートリッジ７００を、取外可能カートリ
ッジ１０４（図１）や、本明細書で説明する他の取外可能カートリッジに類似させること
ができる。回動可能バルブ７０４を、回動可能バルブ１２３（図１）に類似させることが
できる。回動可能バルブ７０４は、微少流体本体７０２の本体面又は表面７０６に回動可
能に装着されるように構成される。回動可能バルブ７０４は、回動可能バルブ７０４を軸
線７１０まわりに回動したときに、本体面７０６に摺動可能に係合するように構成される
流体面７０８を有する。微少流体本体７０２は、複数の試料チャンネル７６３、７６４と
、複数の容器チャンネル７６５と、供給チャンネル７６６とを有する、流体ネットワーク
７６０を含むことができる。チャンネル７６３－７６６を分離したチャンネルとする。例
えば、回動可能バルブ７０４の回転位置に基づいて、チャンネル７６３－７６６を分離す
ることができる。
チャンネル７６３－７６６は、本体面７０６に対して開口する対応ポートを有する。図
示した実施形態では、４つの試料チャンネル７６３が、単一の試料チャンネル７６４と流
体連通する。かくして、試料チャンネル７６３をチャンネル部分と呼ぶことができ、試料
チャンネル７６４を共通試料チャンネルと呼ぶことができる。試料チャンネル７６３のそ
れぞれを、１組のチャンネルバルブ７６１、７６２に動作可能に連結する。チャンネルバ
ルブ７６１、７６２を、本明細書で説明するチャンネルバルブ（例えばチャンネルバルブ
５３０）に類似させることができる。チャンネルバルブ７６１、７６２は、対応する閉鎖
位置に存在するときに、対応する生物試料を含む液体を密封することができる。いくつか
の実施形態では、試料チャンネル７６３は、熱制御領域７７０に隣接して延びる。生物試
料が対応する試料チャンネル７６３内に密封されているときに、加熱要素（図示せず）及
びサーマルブロック（図示せず）は、熱制御領域７７０に隣接して配置される。加熱要素
及びサーマルブロックは協調して、試料チャンネル７６３内で生物試料に与える温度を上
昇及び／又は減少させることができる。かかる実施形態では、試料チャンネル７６３は試
料調製領域を構成することができる。
供給チャンネル７６６は反応室７１６と流体連通し、容器チャンネル７６５は貯蔵モジ
ュール（図示せず）の対応する容器（図示せず）と流体連通することができる。試料チャ
ンネル７６４はネットワークポート７２１を有し、供給チャンネル７６６は供給ポート７
２２を有し、容器チャンネル７６５は対応する容器ポート７２３を有する。ネットワーク
ポート７２１、供給ポート７２２及び容器ポート７２３は、本体面７０６に対して開口す
る。容器ポート７２３は、対応する容器チャンネル７６５を通じて、対応するモジュール
ポート７２４と流体連通する。図示したように、モジュールポート７２４を、供給ポート
７２２又は軸線７１０から、本体面７０６沿いの様々な位置に、配置することができる。
モジュールポート７２４を、容器（図示せず）に流体的に連結するように構成する。モジ
ュールポート７２４の位置を、容器の寸法に基づいて定めることができる。
図示の実施形態では、微少流体本体７０２は、回動可能バルブ７０４に直接相互接続す
る総計１５のチャンネルを有する。すなわち、唯一の試料チャンネル７６４と、唯一の供
給チャンネル７６６と、対照的に１３の容器チャンネル７６５とは、回動可能バルブ７０
４に（流体的に）直接相互接続する。他の実施形態では、微少流体本体７０２は、回動可
能バルブ７０４と直接相互接続する、複数の試料チャンネル７６４及び／又は複数の供給
チャンネル７６６を含むことができる。試料チャンネル７６３のそれぞれは、ユーザから
の生物試料を受け入れるように構成される、対応試料ポート（図示せず）に流体的に連結
することができる。
流体面７０８は、バルブ受入領域７２８で、本体面７０６に摺動可能に係合するように
構成される。回動可能バルブ７０４は、流体面７０８がバルブ受入領域７２８と本体面７
０６沿いのポート７２１－７２３の１つ以上とを覆うような寸法及び形状である。回動可
能バルブ７０４は、供給ポート７２２をポート７２１、７２３の１つ以上に流体的に相互
接続するように構成される、流れチャンネル７４４（図１２に示す）を含む。回動可能バ
ルブ７０４は、回動可能バルブ７０４の位置及び配置に基づいて、１つ以上のポートを通
る流れを塞ぐとともに、１つ以上の他のポートを通して流体を流すことができる。
図１２は、バルブアクチュエータ７３０と動作可能に係合する回動可能バルブ７０４の
断面図である。すなわち、回動可能バルブ７０４は、流体面７０８と動作面７３４とを有
するバルブ本体７３２を含む。動作面７３４は、バルブアクチュエータ７３０に係合する
ように構成される機械的インタフェース７３６を含むことができる。図示した実施形態で
は、機械的インタフェース７３６は、軸線７１０と一致する平面本体又はフィンを含む。
バルブアクチュエータ７３０は、機械的インタフェース７３６を受け止めるように構成さ
れるスロット７３８を含み、バルブアクチュエータ７３０は回動可能バルブ７０４に動作
可能に係合する。すなわち、バルブアクチュエータ７３０は、バルブアクチュエータ７０
４が軸線７１０のまわりを回動できるように、回動可能バルブ７０４に係合することがで
きる。
流体面７０８は、複数のバルブポート７４０、７４２と、バルブポート７４０及び７４
２の間を延びる流れチャンネル７４４とを含む。流体面７０８は、バルブ受入領域７２８
で、本体表面７０６に摺動可能に係合する。図示した実施形態では、回動可能バルブ７０
４は、２つのみのバルブポート７４０、７４２と、１つのみの流れチャンネル７４４とを
含む。他の実施形態では、回動可能バルブ７０４は、３つ以上のバルブポート及び／又は
２つ以上の流れチャンネルを含むことができる。
図１２に示すように、供給ポート７２２は、バルブポート７４０と流体的に位置合わせ
され、バルブポート７４０に流体的に連結される。またバルブポート７４２は、ネットワ
ークポート７２１と流体的に位置合わせされ、ネットワークポート７２１に流体的に連結
される。回動可能バルブ７０４の回動位置に基づいて、バルブポート７４２を要素ポート
７２３の１つに流体的に連結することもできる。上述したように、回動可能バルブ７０４
は、軸線７１０のまわりを回動するように構成される。いくつかの実施形態では、供給ポ
ート７２２及びバルブポート７４０が軸線７１０と位置合わせされるように、供給ポート
７２２及びバルブポート７４０が配置される。すなわち、軸線７１０は、供給ポート７２
２及びバルブポート７４０のそれぞれを通って延びる。
バルブアクチュエータ７３０が回動可能バルブ７０４に動作可能に係合しているときに
、バルブアクチュエータ７３０は、本体面７０６に向かう方向に、アクチュエータ力７４
８を加えることができる。かかる実施形態では、アクチュエータ力７４８を、流れチャン
ネル７４４をバルブポート７４０と７４２との間で密封するのに十分なものとすることが
でき、容器ポート７２３及び／又はネットワークポート７２１を密封するのに十分なもの
とすることができる。
したがって、回動可能バルブ７０４は、第１回動位置において、供給ポート７２２及び
ネットワークポート７２１を流体的に連結することができ、第２回動位置において、供給
ポート７２２及び対応容器ポート７２３を流体的に連結することができる。回動可能バル
ブ７０４が様々な回動位置の間で回動するときに、回動可能バルブ７０４は流体ネットワ
ークの流路を効果的に変更する。
流体は、流れチャンネル７４４を通っていずれかの方向に流れることができる。例えば
、システムポンプ（図１のシステムポンプ１１９等、図１２には示さず）は、供給ポート
７２２と流体連通することができる。システムポンプは、ネットワークポート７２１（又
は対応容器ポート７２３）を通して流体を吸引し、その後流体を流れチャンネル７４４に
流し、そして流体を供給ポート７２２に通す吸引力を生成することができる。あるいは、
流体が、供給ポート７２２を通り、流体チャンネル７４４を流れ、ネットワークポート７
２１（又は対応容器ポート７２３）を通るように、システムポンプは流体を流れチャンネ
ル７４４内に動かす正圧をもたらすことができる。
図１３は、ネットワークポート７２１、供給ポート７２２及び容器ポート７２３を示す
本体面７０６の上面図である。２つの異なる回動位置における流れチャンネル７４４を示
す。容器ポート７２３は、容器ポート７２３Ａ－７２３Ｄを含むことができる。容器ポー
ト７２３Ａ－７２３Ｄのそれぞれを、対応する容器チャンネル７６５（図１０）を通じて
、対応する容器に流体的に連結する。すなわち、容器チャンネル７２３Ａを水素添加バッ
ファに流体的に連結し、容器ポート７２３Ｂをヌクレオチド溶液に流体的に連結し、容器
ポート７２３Ｃを洗浄液に流体的に連結し、容器ポート７２３Ｄを切断溶液（a cleaving
solution）に流体的に連結する。上述したように、回動可能バルブ７０４（図１１）の
回動位置に基づいて、流れチャンネル７４４は、供給ポート７２２を、試料チャンネル７
６３、７６４又は対応容器に流体的に連結することができる。
表１は、Sequencing by Synthesis（SBS）プロトコールの様々なステージを示すが、他
のアッセイプロトコールを実施することもできることが理解される。ステージ１では、流
れチャンネル７４４の回動位置は、ネットワークポート７２１及び供給ポート７２２を流
体的に連結するものである。ステージ１では、チャンネルバルブ（図示せず）を選択的に
起動して、第２、第３及び第４生物試料を対応試料調整領域内で密封することができるが
、第１生物試料はネットワークポート７２１を通って流れることができる。したがって、
ステージ１において、システムポンプは第１生物試料を流れチャンネル７４４内へ吸引す
る吸引力を加えることができる。ステージ２において、第１の生物試料が流れチャンネル
７４４内に貯蔵されている間に、流れチャンネル７４４が容器ポート７２３Ａ及び供給ポ
ート７２２を流体的に連結するように、回動可能バルブ７０４は、第２回動位置に回動す
る。第２回動位置において、システムポンプは、容器ポート７２３Ａを通して水素添加バ
ッファ容器内へ第１生物試料を押し込む、正の変位力をもたらすことができる。
ステージ３において、回動可能バルブ７０４を回動させて第１回動位置に戻し、第２生
物試料を流れチャンネル７４４内へ引き出せるように、チャンネルバルブを選択的に起動
する。ステージ４において、第１生物試料が流れチャンネル７４４内に貯蔵されている間
に、回動可能バルブ７０４を回動させて第２回動位置に戻し、第１生物試料を含む水素添
加バッファに第２生物試料を加える。ステージ５－８の間、第３及び第４生物試料を対応
試料調製領域から取り出し、水素添加バッファに加える。したがって、水素添加バッファ
を有する単一の容器内に４つの生物試料を貯蔵することができる。生物試料と、ＳＢＳシ
ークエンシングのために生物試料を調製する水素添加バッファとによって、反応を起こす
ことができる。
ステージ９において、容器ポート７２３Ａ、流れチャンネル７４４、供給ポート７２２
を通じて反応室（図示せず）内へ、混合生物試料／水素添加バッファを引き出す。生物試
料を、反応室を画定する表面に固定化することができる。例えば、生物試料を含むクラス
タを形成することができる。ステージ１０－１３は、シークエンシングのサイクルを表す
。ステージ１０において、流れチャンネル７４４を通り反応室内へヌクレオチド溶液を引
き出すことができるように、回動可能バルブ７０４を第３回動位置に回動することができ
る。この時に、塩基を対応生物試料（例えばテンプレート核酸）に組入れることができる
。ステージ１１において、洗浄液が反応室を通って流れて、洗浄液がヌクレオチド溶液を
反応室から洗い去ることができるように、回動可能バルブ７０４を第４回動位置に配置す
ることができる。ステージ１１の後に、撮像検出器は反応室を撮像することができる。ク
ラスタが発光する光の色を用いて、クラスタにより組込まれた塩基を特定することができ
る。ステージ１２において、切断溶液が反応室を通って流れ、蛍光体（及び存在する場合
にはリバーシブルターミネータ部分）をクラスタから取り除くことができるように、回動
可能バルブ７０４を第４回動位置に配置することができる。ステージ１３において、回動
可能バルブ７０４を回動して第３回動位置に戻すことができ、洗浄液は反応室を通って流
れて切断液を取り除くことができる。シーケンシングが完了するまで及び／又は試薬を使
い果たすまで、ステージ１０－１３を繰り返すことができる。
Figure 0007077383000001
上述した実施形態を、米国特許仮出願第61/951,462号（法定代理人事件整理番号IP-121
0-PRV_296PRV2、以下“’462Application”と呼ぶ）の主題と合わせて使用することがで
きる。当該出願の全内容を参照により本明細書に援用するものとする。以下’462Applica
tionの少なくとも一部を提示する。
本明細書で説明する方法を、様々な核酸シークエンシング技術と合わせて使用すること
ができる。特に効果がある技術は、核酸をアレイの固定位置に付着させて、核酸の相対位
置が変化せずに、アレイが繰り返し検出又は撮像される技術である。画像を様々なカラー
チャンネルで取得する実施形態であり、例えばあるヌクレオチドの塩基の種類を、別のヌ
クレオチドの塩基の種類と区別するために使用される様々なラベルを符合させる実施形態
は、特に効果がある。いくつかの実施形態では、標的核酸のヌクレオチドシーケンスを決
定する処理を、自動化された処理とすることができる。好ましい実施形態には、Sequenci
ng by Synthesis（“SBS”）技術が含まれる。
「Sequencing by Synthesis（“SBS”）技術」は一般に、鋳型鎖に対するヌクレオチド
の反復付加による新生核酸鎖の酵素的伸長を含む。従来のＳＢＳ法において、それぞれ輸
送されるポリメラーゼが存在するときに、単一のヌクレオチドモノマーを標的核酸に供給
することができる。しかしながら、本明細書で説明する方法では、それぞれ輸送されるポ
リメラーゼが存在するときに、２つ以上の種類のヌクレオチドモノマーを標的核酸に供給
することができる。
ＳＢＳは、ターミネータ部分を有する又はターミネータ部分が無い、ヌクレオチドモノ
マーを利用することができる。ターミネータが無いヌクレオチドモノマーを利用する方法
には、例えば以下更に詳細を説明するような、ガンマフォスフェート標識ヌクレオチドを
用いたパイロシークエンス又はシークエンシングが含まれる。ターミネータが無いヌクレ
オチドモノマーを使用する方法では、各サイクルで付加されるヌクレオチドの数は一般に
可変であり、鋳型配列及びヌクレオチド輸送のモードに左右される。ターミネータ部分を
有するヌクレオチドモノマーを利用するＳＢＳ技術に関して、ターミネータを、ジデオキ
シヌクレオチドを利用する従来のサンガーシークエンシングの場合等で使用されるシーク
エンシング状態下で、実質的に不可逆的とすることができ、また、ターミネータを、Sole
xa（現在はIllumina（登録商標） Inc.）が開発したシークエンシング法の場合のように
、可逆的とすることができる。
ＳＢＳ技術は、標識部分を持つ又は標識部分が無い、ヌクレオチドモノマーを利用する
ことができる。したがって、例えば、標識の特性（標識の蛍光性等）、ヌクレオチドモノ
マーの特性（分子量又は電荷等）、ヌクレオチドの組み込みの副産物（陽子又はピロリン
酸の放出等）に基づいて、組み込みイベントを検出することができる。実施形態において
、シークエンシング試薬内に２つ以上の異なるヌクレオチドが存在する場合に、２つ以上
の異なるヌクレオチドを互いに区別可能とすることができ、あるいは、使用される検出技
術下で２つ以上の異なる標識を識別不可とすることができる。例えば、シークエンシング
試薬内に存在する複数の異なるヌクレオチドは、異なる標識を有することができ、適切な
光学素子を用いて、例えばSolexa（現在はIllumina Inc.）が開発したシークエンシング
法によって、異なる標識を識別することができる。
ＳＢＳ種類の他の例では、例えば国際公開第04/018497号パンフレット及び米国特許第7
,057,026号明細書で説明される、切断可能な又は光退色可能な色素標識を含む、可逆的タ
ーミネータヌクレオチドの段階的付加によってサイクルシークエンシング法を達成する。
これらの文献を参照により本明細書に援用する。この方法はIllumina Inc. によって営利
化されており、また国際公開第91/06678号パンフレット及び国際公開第07/123,744号パン
フレットで説明されている。これらの文献のそれぞれを参照により本明細書に援用する。
終結を可逆的とすることができまた蛍光標識を切断できる蛍光標識ターミネータにより、
循環可逆的終結（CRT）シークエンシングを効率的に行うことができる。ポリメラーゼを
相互に処理（be co-engineered）して、これら修飾されたヌクレオチドを効率的に組込み
伸長させることもできる。
可逆的ターミネータを基にしたシークエンシングの実施形態において、好ましくは、標
識が、ＳＢＳ反応条件の下で、伸長を実質的に抑制しない。しかしながら、検出標識を、
例えば切断又は分解することで、除去することができる。標識を核酸アレイの構成に組込
んだ後に、画像を撮像することができる。特定の実施形態では、各サイクルには、それぞ
れ異なるスペクトルの標識を有する、４つの異なる種類のヌクレオチドをアレイに同時に
輸送することが含まれる。その後、４つの異なる標識のそれぞれ１つに対して選択された
検出チャンネルを用いて、４つの画像を取得することができる。あるいは、異なる種類の
ヌクレオチドを順次付加して、それぞれの付加ステップの間に画像のアレイを取得するこ
とができる。かかる実施形態では、各画像は、組込まれた特定の種類のヌクレオチドを有
する核酸構成を表す。様々な画像中に様々な構成が存在するかどうかによって、各構成の
様々な配列の中身がわかる。しかしながら、画像中の構成の相対位置は変わらない。この
ような可逆的ターミネータＳＢＳ法から得られた画像を、本明細書で説明するように記憶
し、処理し及び／又は解析することができる。画像撮像ステップに続いて、次のクレオチ
ド付加検出サイクルのために、標識を除去することができ、可逆的ターミネータ部分を除
去することができる。特定のサイクルで検出された後、かつ次のサイクルの前に、標識を
除去することで、バックグラウンド信号及びサイクル間の混信を低減する効果を得ること
ができる。有益な標識及び除去方法の例を、以下説明する。
特定の実施形態では、ヌクレオチドモノマーの一部又は全部は、可逆的ターミネータを
含むことができる。かかる実施形態では、可逆的ターミネータ／切断可能な蛍光は、3'エ
ステル結合によってリボース部分に結合される蛍光を含むことができる（Metzker, Genom
e Research, 15: 1767-1776 (2005)、当該文献を本明細書に参照により援用する）。他の
方法は、ターミネータ法を蛍光標識の切断から分離するものである（Ruparel et al., Pr
oc Natl Acad Sci USA 102: 5932-7 (2005)、当該文献の全体を本明細書に参照により援
用する）。Ruparelらは、小さい3'アリル基を使用して伸長を妨げる可逆的ターミネータ
を開発したと説明しているが、可逆的ターミネータはパラジウム触媒を用いた短い処理に
よって容易に非ブロック化されることがあった。長波長の紫外光を３０秒当てることで容
易に切断可能である、光切断可能なリンカーによって蛍光体を塩基に付着させていた。し
たがって、ジスルフィド還元又は光切断を、切断可能なリンカーとして使用することがで
きる。可逆的ターミネータに対する他の方法は、dNTP上にバルキー染料を配置した後に自
然消滅（natural termination）を使用するものである。dNTP上に存在する荷電バルキー
染料は、立体的及び／又は静電的な障害のために、効果的なターミネータとしてふるまう
ことができる。ある組み込みイベントによって、染料が除去されない限り、更なる組み込
みが妨げられる。染料の切断により、蛍光を除去し、終結を効果的に逆にする（reverse
）。修飾されたヌクレオチドの例はまた、米国特許第7,427,673号明細書及び米国特許第7
,057,026号明細書に記載されており、これら文献の全体を参照により本明細書に援用する
。
本明細書で説明する方法及びシステムと共に利用できる、更なる例示的なＳＢＳシステ
ム及びＳＢＳ法が、米国特許出願公開第2007/0166705号明細書、米国特許出願公開第2006
/0188901号明細書、米国特許第7,057,026号明細書、米国特許出願公開第2006/0240439号
明細書、米国特許出願公開第2006/0281109号明細書、国際公開第05/065814号パンフレッ
ト、米国特許出願公開第2005/0100900号明細書、国際公開第06/064199号パンフレット、
国際公開第07/010251号パンフレット、米国特許出願公開第2012/0270305号明細書及び米
国特許出願公開第2013/0260372号明細書に記載されている。これら文献の全体を参照によ
り本明細書に援用する。
いくつかの実施形態では、４つ未満の標識を用いて、４つの異なるヌクレオチドを検出
することができる。例えば、本明細書に援用される米国特許出願公開第2013/0079232号明
細書に記載された方法及びシステムを利用してＳＢＳを行うことができる。第１の例とし
て、１組のヌクレオチドの種類を同じ波長で検出することができるが、当該組のある要素
と他の要素との強度の違いに基づいて、又は、信号の明滅を引き起こす当該組の一方の要
素の変化（例えば化学的修飾、光化学的修飾又は物理的修飾）に基づいて、信号を当該組
の他方の要素で検出された信号と比較して、一方の要素を他方の要素と区別することがで
きる。第２の例として、特定の条件下で、４種類の異なるヌクレオチドのうちの３種類を
検出することができる。標識を持たない「暗状態」の４番目のヌクレオチドの種類を、当
該条件下で検出することができ、又は当該条件下で最小限検出することができる（例えば
バックグラウンド蛍光体によって最小限検出する）。最初の３つのヌクレオチドの種類が
核酸に組込まれたことを、それぞれの信号に基づいて判定することができ、４番目のヌク
レオチドの種類が核酸に組込まれたことを、信号が検出されないこと又は最小限の信号の
みが検出されたことに基づいて判定することができる。第３の例として、あるヌクレオチ
ドの種類が２つの異なるチャンネルで検出される標識を含むことができるのに対し、他の
ヌクレオチドの種類は１つのみのチャンネルで検出される。上述した３つの例示的な構成
は互いに排他的なものではなく、様々な組み合わせで使用することができる。３つの例す
べてを組み合わせた例示的な実施形態は、第１のチャンネルで検出される第１のヌクレオ
チドの種類（例えば第１励起波長で励起されたときに第１のチャンネルで検出される標識
を有するdATP）と、第２のチャンネルで検出される第２のヌクレオチドの種類（例えば第
２励起波長で励起されたときに第２のチャンネルで検出される標識を有するdCTP）と、第
１及び第２両方のチャンネルで検出される第３のヌクレオチドの種類（例えば第１及び／
又は第２励起波長で励起されたときに両方のチャンネルで検出される少なくとも１つの標
識を有するdTTP）と、標識を持たず、いずれのチャンネルでも検出されない又は最小限の
み検出される第４のヌクレオチドの種類（例えば標識を持たないdGTP）とを使用する、蛍
光に基づくＳＢＳ法である。
さらに、本明細書に援用される米国特許出願公開第2013/0079232号明細書に記載される
ように、単一のチャンネルを用いてシークエンシングデータを取得することができる。こ
のようないわゆる１染料シークエンシング法において、第１のヌクレオチドの種類を標識
するが、第１画像を生成した後標識を除去し、第１画像を生成した後のみで第２のヌクレ
オチドの種類を標識する。第３のヌクレオチドの種類は第１画像及び第２画像の両方で標
識を保持し、第４のヌクレオチドの種類は両方の画像で標識されない。
いくつかの実施形態は、ライゲーション技術によるシークエンシングを利用することが
できる。かかる技術はDNAリガーゼを利用してオリゴヌクレオチドを組み込み、このオリ
ゴヌクレオチドの組み込みを確認する。オリゴヌクレオチドは一般に、オリゴヌクレオチ
ドがハイブリダイズする配列の特定のヌクレオチドの特定に関する様々な標識を有する。
他のＳＢＳ法と同様に、標識されたシークエンシング試薬を有する核酸構成のアレイの処
理の次に、画像を取得することができる。各画像は、特定の種類の組込まれた標識を有す
る核酸構成を示す。各構成の配列の中身が異なることにより、様々な画像には、様々な構
成の有無が現われるが、画像中の構成の相対位置は変わらない。ライゲーションに基づく
シークエンシング法から得られた画像を、本明細書で説明するように記憶し、処理し及び
解析することができる。本明細書で説明する方法及びシステムと共に利用できる、例示的
なシークエンシングシステム及び方法が、米国特許第6,969,488号明細書、米国特許第6,1
72,218号明細書及び米国特許第6,306,597号明細書に記載されている。これら文献の全体
を参照により本明細書に援用する。
いくつかの実施形態では、ナノポアシークエンシング（Deamer, D. W. & Akeson, M.
“Nanopores and nucleic acids: prospects for ultrarapid sequencing.” Trends Bio
technol. 18, 147-151 (2000)、Deamer, D. and D. Branton, “Characterization of nu
cleic acids by nanopore analysis”. Acc. Chem. Res. 35:817-825 (2002)及びLi, J.,
M. Gershow, D. Stein, E. Brandin, and J. A. Golovchenko, “DNA molecules and co
nfigurations in a solid-state nanopore microscope” Nat. Mater. 2:611-615 (2003)
、これら文献の全体を参照により本明細書に援用する）を利用することができる。かかる
実施形態では、標的核酸はナノポアを通過する。ナノポアを、合成ポア又は生物的薄膜タ
ンパク質（例えばアルファ溶血素）とすることができる。標的核酸がナノポアを通過する
とき、ポアの電気コンダクタンスの変動を測定することで、各塩基対を特定することがで
きる（米国特許第7,001,792号明細書、Soni, G. V. & Meller, “A. Progress toward ul
trafast DNA sequencing using solid-state nanopores.” Clin. Chem. 53, 1996-2001
(2007)、Healy, K. “Nanopore-based single-molecule DNA analysis.” Nanomed. 2, 4
59-481 (2007)及びCockroft, S. L., Chu, J., Amorin, M. & Ghadiri, M. R. “A singl
e-molecule nanopore device detects DNA polymerase activity with single-nucleotid
e resolution.” J. Am. Chem. Soc. 130, 818-820 (2008)、これら文献の全体を参照に
より本明細書に援用する）。他の実施形態では、エンドヌクレアーゼをナノポアと連結さ
せて、エンドヌクレアーゼによって核酸の端部から連続的に放出されるヌクレオチドを、
ヌクレオチドがナノポアを通過するときに検出する。塩基部の相違に基づいて、又は付加
部分に基づいて、各ヌクレオチドを区別することができる。ナノポアシークエンシングか
ら得られたデータを、本明細書で説明するように記憶し、処理し及び解析することができ
る。特に、本明細書で説明する光学画像及び他の画像の例示的処理に従って、データを画
像として処理することができる。
いくつかの実施形態では、ＤＮＡポリメラーゼの活動をリアルタイムで監視するステッ
プを含む方法を利用することができる。例えば米国特許第7,329,492号明細書及び米国特
許第7,211,414号明細書（これら文献を参照により本明細書に援用する）に記載されるよ
うに、蛍光体を有するポリメラーゼと、ガンマフォスフェート標識ヌクレオチドとの間の
蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）相互作用によって、ヌクレオチドの組み込みを検出
することができる。または、例えば米国特許第7,315,019号明細書（この文献を参照によ
り本明細書に援用する）に記載されるように、Zero-mode waveguides(ゼロモード導波路
）法によってヌクレオチドの組み込みを検出することができる。また、例えば米国特許第
7,405,281号明細書及び米国特許出願公開第2008/0108082号明細書（これらの文献を参照
により本明細書に援用する）に記載されるように、蛍光ヌクレオチド類似物及び処理され
たポリメラーゼを使用することができる。照射を、表面が連結されたポリメラーゼ（a su
rface-tethered polymerase）周囲のzeptoliterスケール体積に限定して、蛍光標識され
たヌクレオチドの組み込みを低バックグラウンドで観察することができる（Levene, M. J
. et al. “Zero-mode waveguides for single-molecule analysis at high concentrati
ons.” Science 299, 682-686 (2003)、Lundquist, P. M. et al. “Parallel confocal
detection of single molecules in real time.” Opt. Lett. 33, 1026-1028 (2008)及
びKorlach, J. et al. “Selective aluminum passivation for targeted immobilizatio
n of single DNA polymerase molecules in zero-mode waveguide nano structures.” P
roc. Natl. Acad. Sci. USA 105, 1176-1181 (2008)、これらの文献の全体を参照により
本明細書に援用する）。このような方法から得られた画像を、本明細書で説明するように
記憶し、処理し及び解析することができる。
いくつかのＳＢＳの実施形態は、ヌクレオチドを伸長生産物に組込む際に放出される陽
子を検出するステップを含む。例えば、放出された陽子の検出に基づくシークエンシング
は、Ion Torrent社（コネチカット州Guilford、Life Technologies社の子会社）から市販
されている電気的検出器及び関連技術、又は米国特許出願公開第2009/0026082号明細書、
米国特許出願公開第2009/0127589号明細書、米国特許出願公開第2010/0137143号明細書若
しくは米国特許出願公開第2010/0282617号明細書（これら文献のそれぞれを参照により本
明細書に援用する）に記載されるシークエンシング方法及びシステムを使用することがで
きる。
上述したＳＢＳ法を、多様なフォーマットで有利に実施して、複数の異なる標的核酸を
同時に処理することができる。特定の実施形態において、様々な標的核酸を、共通の反応
槽又は特定の基板の表面で処理することができる。このことで、シークエンシング試薬の
輸送、未到達試薬の除去及び組み込みイベントの検出を多様な方法で便利に行うことがで
きる。表面結合標的核酸を用いる実施形態では、目標核酸をアレイフォーマットとするこ
とができる。アレイフォーマットでは一般に、目標核酸を、空間的に区別可能な方法で、
表面に結合することができる。直接共有結合によって、ビード若しくは他の粒子に付着す
ることによって、又は表面に付着するポリメラーゼ若しくは他の分子に結合することによ
って、目標核酸を結合することができる。アレイは、各位置（構成ともいう）での標的核
酸の単一の複製を備えることができ、又は、同じ配列を有する複数の複製が各位置若しく
は構成において存在できる。以下更に詳細に説明するように、複数の複製を増幅法（ブリ
ッジ増幅又はエマルジョンＰＣＲ等）によって生成することができる。
本明細書で説明する方法は、例えば少なくとも10 features/cm2、100 features/cm2、5
00 features/cm2、1,000 features/cm2、5,000 features/cm2、10,000 features/cm2、50
,000 features/cm2、100,000 features/cm2、1,000,000 features/cm2又は5,000,000 fea
tures/cm2以上を含む、任意の様々な密度で構成（features）を有するアレイを使用する
ことができる。本明細書で使用する方法及び装置は、これらの例示した密度の少なくとも
１つ以上で個々の構成を解像するのに少なくとも十分な分解能の、検出要素又はデバイス
を含むことができる。
本明細書で説明する方法の効果は、複数の目標核酸を並行に、高速かつ効率的に検出で
きることである。したがって、本明細書は、上述したような当業者が既知の技術を用いて
、核酸を調製及び検出できる統合システムを提供するものである。したがって、本明細書
の統合システムは、増幅試薬及び／又はシークエンシング試薬を１つ以上の固定化された
ＤＮＡ断片に輸送することが可能な流体要素を含むことができる。当該システムは、ポン
プ、バルブ、容器及び流体管等の構成要素を備える。標的核酸を検出する統合システムに
おいて、フローセルを構成及び／又は使用することができる。フローセルは、例えば米国
特許出願公開第2010/0111768号明細書及び米国特許出願第13/273666号明細書に記載され
ている。これら文献を参照により本明細書に援用する。フローセルについて例示すると、
統合システムの１つ以上の流体要素を増幅法及び検出方法に使用することができる。核酸
シークエンシングの実施形態を例示すると、統合システムの１つ以上の流体要素を本明細
書で説明する増幅法に使用することができ、シークエンシング法（例えば上述した方法）
のシークエンシング試薬の輸送に使用することができる。あるいは、統合システムは、増
幅法を実行するとともに検出方法を実行するための別個の複数の流体システムを含むこと
ができる。本発明を限定するものではないが、増幅された核酸を生成でき、また核酸の配
列を判定することができる統合シークエンシングシステムの例には、MiSeq（商標）プラ
ットフォーム若しくはNextSeq（登録商標）プラットフォーム（Illumina（登録商標） In
c.、カリフォルニア州サンディエゴ）、又は米国特許出願公開第2012/0270305号明細書又
は米国特許出願公開第2013/0260372号明細書（これら文献のそれぞれを参照により本明細
書に援用する）に記載された装置が含まれる。
「活動検出器」とは、特定の反応又は処理を示す活動を検出することができる、任意の
装置又は構成要素を意味する。活動検出器は、既定の体積又は領域内の既定のイベント、
特性、量又は特性を検出することができる。例えば、活動検出器は、既定の体積又は領域
の画像を撮像することができる。活動検出器は、溶液の既定の体積内の又は既定の領域に
沿ったイオン濃度を検出することができる。例示的な活動検出器には、電荷結合素子（CC
D's、例えばＣＣＤカメラ）、光電子増倍管（PMT's）、（例えばナノポアで使用される）
分子特性評価装置又は検出器、マイクロサーキット配置（例えば米国特許第7,595,883号
明細書に記載され、この文献の全体を参照により本明細書に援用する）、電界効果トラン
ジスタ（FET's）を有しＣＭＯＳで製造されたセンサが含まれる。電界効果トランジスタ
には、化学的感応電界効果トランジスタ（chemFET）、イオン感応性電界効果トランジス
タ（ISFET）及び／又は金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）が含まれる。
活動検出器は、例えば国際公開第2012/058095号パンフレットに記載されている。
用語「バイオセンサ」は、複数の反応位置を有する任意の構造を含む。バイオセンサに
は、ソリッドステートの撮像装置（例えばＣＣＤ又はＣＭＯＳ撮像素子）及び任意に当該
撮像装置に取り付けられたフローセルを含むことができる。フローセルは、反応位置と流
体連通する少なくとも１つの流れチャンネルを含むことができる。具体例として、バイオ
センサは、バイオアッセイ系に流体的及び電気的に連結するように構成される。バイオア
ッセイ系は、既定のプロトコール（例えばSequencing By Synthesis）に従って反応物を
反応位置に輸送することができ、複数の撮像イベントを行うことができる。例えば、バイ
オアッセイ系は、溶液を反応位置に沿って流すことができる。溶液の少なくとも１つに、
同じ又は異なる蛍光標識を有する４種類のヌクレオチドを含むことができる。ヌクレオチ
ドは、反応位置に存在する対応オリゴヌクレオチドに結合することができる。バイオアッ
セイ系はその後、励起光源（例えば発光ダイオードすなわちＬＥＤ等のソリッドステート
光源）を用いて反応位置を照射することができる。励起光源は、既定の１つ以上の波長を
持つことができ、この波長にはある範囲の波長も含む。励起された蛍光標識は、光検出器
が検出できるエミッション信号を供給する。
ある態様では、ソリッドステート撮像素子は、エミッション信号を検出するように構成
される光検出器のアレイを備えるＣＭＯＳ撮像センサを含む。いくつかの実施形態では、
光検出器のそれぞれは、単一の画素のみを有し、フィルター壁が定める検出路に対する画
素の比率を、実質的に１対１とすることができる。バイオセンサは、例えば米国特許出願
第13/833,619号明細書に記載されている。
「検出表面」は、光学検出器を含む任意の表面を意味する。検出器は、任意の適切な技
術、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）又は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）に基づくこ
とができる。例えば特定の実施形態では、単一光子アバランシェ・ダイオードを有するＣ
ＭＯＳ（CMOS-SPAD）撮像素子を使用して、蛍光寿命画像顕微法（FLIM）によって蛍光体
を区別することができる。ＦＬＩＭに使用することができるＣＭＯＳに基づくシステムは
、例えば米国特許出願公開第2008/0037008号明細書、Giraud et al., Biomedical Optics
Express 1: 1302-1308 (2010)又はStoppa et al., IEEE European Solid-State Device
Conference (ESSCIRC), Athens, Greece, IEEE, pp. 204-207 (2009) に記載されている
。当該各文献の全体を参照により本明細書に援用する。他の有用かつ使用可能な検出装置
には、例えば米国特許第7,329,860号明細書及び米国特許出願公開第2010/0111768号明細
書に記載される検出装置を含むことができる。当該各文献の全体を参照により本明細書に
援用する。
また、当業者が既知の他の信号検出装置を用いて、本明細書で説明する方法で生成され
る信号を検出することができることを理解できる。例えば、蛍光体又は光子を検出するた
めに使用される検出器が特に有用である。検出器、例えばコネチカット州Branford の454
Life Sciences社（ロシュ社）が市販する検出器又は米国特許出願公開第2005/0244870号
明細書に記載された検出器を用いて、蛍光体の放出を検出することができる。当該文献の
全体を参照により本明細書に援用する。光子の放出に基づくプライマー伸長を検出するシ
ステムは例えば、コネチカット州Guilford のIon Torrent社（ThermoFisherの子会社）が
市販するシステム、又は米国特許出願公開第2009/0026082号明細書、米国特許出願公開第
2009/0127589号明細書、米国特許出願公開第2010/0137143号明細書、米国特許出願公開第
2010/0282617号明細書に記載されたシステムを含む。当該各文献の全体を参照により本明
細書に援用する。検出表面及び検出器は、例えば米国特許出願公開第2013/0116128号明細
書に記載されている。当該文献を参照により本明細書に援用する。
「シークエンシングモジュール」は、シークエンシングでの使用に適合したＣＭＯＳチ
ップを意味する。当該モジュールは、疎水性部分に囲まれた、核酸を付着させ増幅させる
親水性部分の基板を備える表面を含むことができる。例えば上述したような、疎水性パッ
チを有する動的パッドを使用することができる。あるいは又はこれに加えて、取り囲むパ
ッドが疎水性状態である間は、親水性状態である部分を含む動的パッドの集合により、疎
水性領域に囲まれた親水性領域を形成することができる。核酸が付着した表面は任意に、
複数の分離された領域を含み、それぞれの分離された領域は、好ましくはシークエンシン
グに関する１つの核酸分子に由来する、複数の核酸分子を含む。例えば、親水性領域はゲ
ルを含むことができる。親水性領域を例えば、平滑とし、粗くし、多孔性とし又は非多孔
性とすることができる。疎水性領域を好ましくは複数の親水性領域の間に配置する。試薬
は、任意の数の力によって、表面の至る所に移動する。
本明細書で説明する主題には、１つ以上の実施形態における、使い捨ての統合微少流体
カートリッジ並びに当該カートリッジを製造及び使用する方法を含む。使い捨ての統合微
少流体カートリッジを製造する方法は任意に、ＣＭＯＳ技術及びデジタルフルイディクス
によるモノリシック集積化のために、軟性プリント基板（PCB）及びロール・ツー・ロー
ル（R2R）印刷された電子機器を利用する。すなわち、使い捨ての統合微少流体カートリ
ッジは、ＣＭＯＳセンサが統合される、流体制御層の積み重ねを含む。全ての流体制御層
は、ハウジング内に設置される。したがって、従来の射出成形流体工学を、軟性ＰＣＢ技
術と統合することができる。電子機器のR2R印刷プロセスで使用するのに適切な材料を用
いて、流体制御層を形成する。さらに、流体制御層は、ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）領
域及び試薬混合分配領域を含む。流体制御層は、PCR領域を完全に密封することができる
薄膜バルブのセットも含む。
使い捨ての統合微少流体カートリッジを使用する方法には、シークエンシングに関して
必要な、マルチプレックスPCR及び下流混合を実施するステップが含まれる。
本明細書で説明する実施形態には、ＣＭＯＳフローセルが含まれる。ここでバイオセン
サアクティブ領域の大部分又は約１００％は、試薬輸送及び照射のためにアクセス可能で
ある。
図１４は、ＣＭＯＳ技術及びデジタルフルイディクスによるモノリシック集積化のため
に、軟性プリント基板（PCB）及びロール・ツー・ロール（R2R）印刷された電子機器を使
用する方法１００の例の流れ図を示す。すなわち、方法１００を使用して、多層積層流体
工学を、軟性PCB技術と統合することができる（図１５参照）。さらに、方法１００を用
いて形成される構造を使用して、従来の射出成形流体工学を、軟性PCB技術と統合するこ
とができる（図２６－４５参照）。方法１００は以下のステップを含むことができるが、
これらのステップに限定されるものではない。
ステップ１１０において、流体制御層を形成し、その後流体制御層を積層して接着する
。例えば、図１５は、このステップで積層され接着され得る流体制御層２００のセットの
分解図を示す。この例では、流体制御層２００は、順番に、出入口ポート層２１０と、流
体制御チャンネル層２２０と、軟性PCB層２６０と、シークエンシング室底部層２８０と
、シーケンシング室層２５０と、シークエンシング室上部層２９０と同一平面上の薄膜層
２４０とを含む。出入口ポート層２１０、流体制御チャンネル層２２０、軟性PCB層２６
０、シークエンシング室底部層２８０、シーケンシング室層２５０、薄膜層２４０及びシ
ークエンシング室上部層２９０は、電子機器のR2R印刷プロセスを用いた成形に適してい
る。
出入口ポート層２１０を例えば、ポリカーボネート、ポリ（メタクリル酸メチル）（PM
MA）、環状オレフィン系共重合体（COC）及び／又はポリイミドから形成することができ
る。出入口ポート層２１０の厚さを、ある例では約２５μｍから約１０００μｍの厚さと
することができ、又はある例では約２５０μｍの厚さとする。出入口ポート層２１０に開
口部（又は穴）を設ける。開口部（又は穴）によって、例えば様々な液体供給容器（図示
せず）に対する、入口ポート及び／又は出力ポートとすることができる流路をもたらすこ
とができる。図５５Ａ及び５５Ｂを参照して、出入口ポート層２１０を以下より詳細に示
し説明する。
流体制御チャンネル層２２０を例えば、ポリカーボネート、PMMA、COC及び／又はポリ
イミドから形成することができる。流体制御チャンネル層２２０の厚さを、ある例では約
２５μｍから約１０００μｍの厚さとすることができ、又はある例では約２５０μｍの厚
さとする。流体制御チャンネル層２２０には、流体制御チャンネルが設けられる。流体制
御チャンネルによって、流体制御層２００沿いに、ある目的地から他の目的地までの流路
がもたらされる。流体制御チャンネル層２２０は出入口ポート層２１０と軟性ＰＣＢ層２
６０との間に挟まれているため、下方の出入口ポート層２１０と上方の軟性ＰＣＢ層２６
０とによって、流体を流体制御チャンネル内に閉じ込めることができる。ある例では、流
体制御チャンネル層２２０を用いて、シーケンシングに関して必要なPCR及び下流混合を
行う。図５６Ａ及び５６Ｂを参照して、流体制御チャンネル層２２０を以下より詳細に示
し説明する。
軟性ＰＣＢ層２６０を例えば、ポリカーボネート、PMMA、COC及び／又はポリイミドか
ら形成することができる。軟性ＰＣＢ層２６０の厚さを、ある例では約３０μｍから約３
００μｍの厚さとすることができ、又はある例では約２００μｍの厚さとする。軟性ＰＣ
Ｂ層２６０に開口部（又は穴）を設ける。開口部（又は穴）によって、流体制御チャンネ
ル層２２０の流体制御チャンネル内の液体の流量を制御するために使用される、薄膜バル
ブの入口及び／又は出力とすることができる流路をもたらす。図５７Ａ及び５７Ｂを参照
して、軟性ＰＣＢ層２６０を以下より詳細に示し説明する。
シークエンシング室底部層２８０を例えば、ポリカーボネート、PMMA、COC及び／又は
ポリイミドから形成することができる。シークエンシング室底部層２８０の厚さを、ある
例では約２５μｍから約１０００μｍの厚さとすることができ、又はある例では約２５０
μｍの厚さとする。流体制御層２００の積層内に薄膜バルブを形成するために、開口部を
シークエンシング室底部層２８０に設ける。シークエンシング室底部層２８０は、ＣＭＯ
Ｓデバイス、例えばシークエンシング室層２５０のシークエンシング室の近くに配置され
たＣＭＯＳ撮像センサ２６２も含む。シークエンシング室底部層２８０は、ＣＭＯＳデバ
イスと同一平面上に存在し、シークエンシング室層２５０のシ―クエンシング室の入口／
出口に流体接続する層として機能する。図５８Ａ及び５８Ｂを参照して、シークエンシン
グ室底部層２８０を以下より詳細に示し説明する。
シークエンシング室層２５０を例えば、ポリカーボネート、PMMA、COC及び／又はポリ
イミドから形成することができる。シークエンシング室層２５０の厚さを、ある例では約
５０μｍから約３００μｍの厚さとすることができ、又はある例では約１００μｍの厚さ
とする。流体制御層２００の積層内に薄膜バルブを形成するために、開口部をシークエン
シング室層２５０に設ける。シークエンシング室層２５０は、シークエンシング室も含む
。図５９Ａ及び５９Ｂを参照して、シークエンシング室層２５０を以下より詳細に示し説
明する。
薄膜層２４０を例えば、シリコーンエラストマから形成することができる。薄膜層２４
０の厚さを、ある例では約２５μｍから約１０００μｍの厚さとすることができ、又はあ
る例では約２５０μｍの厚さとする。薄膜層２４０は、流体制御層２００の積層内で薄膜
バルブを開閉する弾性薄膜として働く。ここで軟性ＰＣＢ層２６０と、シークエンシング
室底部層２８０と、シーケンシング室層２５０と、薄膜層２４０とを順番に組み合わさる
ことによって薄膜バルブが生み出される。図２２Ａ、２２Ｂ、２３Ａ及び２３Ｂを参照し
て、薄膜バルブを以下より詳細に示し説明する。図６０Ａ及び６０Ｂを参照して、薄膜層
２４０を以下より詳細に示し説明する。
シークエンシング室上部層２９０を、良好な光学的性質を持つ低自家蛍光材料（COC等
）から形成する。シークエンシング室上部層２９０の厚さを、ある例では約２５μｍから
約１０００μｍの厚さとすることができ、又はある例では約２５０μｍの厚さとする。シ
ークエンシング室上部層２９０を使用して、シークエンシング室層２５０のシークエンシ
ング室を覆う。図６０Ａ及び６０Ｂを参照して、シークエンシング室上部層２９０を以下
より詳細に示し説明する。
次に図１４を再度参照して、ステップ１１５において、ＣＭＯＳデバイスを軟性プリン
ト基板に取り付ける。例えば、ＣＭＯＳ撮像センサ２６２（図１５参照）を、流体制御層
２００のシークエンシング室底部層２８０に取り付ける。図１６は、ＣＭＯＳ撮像センサ
２６２の例の斜視図を示す。ある例では、ＣＭＯＳ撮像センサ２６２の長さは約９２００
μｍであり、幅は約８０００μｍであり、厚さは約８００－１０００μｍであり、５０個
の入出力パッドを有することができる。ＣＭＯＳ撮像センサ２６２は、画素アレイを備え
ることができる。ある例では、画素アレイは4384 x 3292画素であり、全体寸法は7272 μ
m x 5761 μm である。ＣＭＯＳダイは広い範囲の寸法をとることができ、ＣＭＯＳダイ
の入出力パッドの総数も広い範囲からとることができることを理解できる。例えば、長方
形（例えば細長く見える非正方形の寸法）のダイをデジタルフルイディクスとともに使用
して、所与の任意の解析プロトコールにおいてダイの一部のみを利用することができる。
ステップ１１５をさらに説明すると、図１７Ａ、１７Ｂ、１８、１９及び２０は、ＣＭ
ＯＳデバイスを軟性プリント基板に取り付けるプロセスの例を表す、構造４００の側面図
を示す。構造４００は多層構造である。次に図１７Ａを参照して、構造４００の初期形態
は軟性プリント基板から始まる。例えば、軟性基板は、ポリイミド層４１０と、ＰＣＢヒ
ータ層４１２と、ポリイミド層４１４と、ＰＣＢ配線層４１６と、ポリイミド層４１８と
を順番に含む。すなわち、図１７は、ＰＣＢヒータ層とＰＣＢ配線層とを有する軟性プリ
ント基板（ＰＣＢ）、別名クーポンホイルを示す。
次に図１７Ｂを参照して、低温等方導電性接着剤（low-temp ICA）４２０をポリイミド
層４１８の上に分注する。
次に図１８を参照して、ＣＭＯＳデバイス（ＣＭＯＳ撮像センサ２６２等）をクーポン
ホイルの上、すなわち低温等方導電性接着剤４２０上に配置する。ある例では、ＣＭＯＳ
撮像センサ２６２を、ピック及び周知の配置プロセスを用いて、低温等方導電性接着剤４
２０上に配置する。図１８は、等方導電性接着剤４２０と接触し、それによってＰＣＢ配
線層４１６に電気的に接続される、ＣＭＯＳ撮像センサ２６２の入出力パッド４２２を示
す。他の取り付けオプションも存在し、当該オプションは以下に限定されるものではない
が、制御されたコラップス／フリップチップボンディング及びワイヤビンディング等を含
む。図１８は、ポリイミド層４１８から離れて面するバイオ層４２４を含むＣＭＯＳ撮像
センサ２６２も示す。使用する準備ができるまで、保護フィルム４２６をバイオ層４２４
上に配置することができる。
次に図１９を参照して、軟性プリント基板のポリイミド層４１８上に、流体制御層４２
８のセットを設ける。すなわち、積層ポリカーボネートフィルムをＣＭＯＳ表面と同一表
面上に設ける。流体制御層４２８の例は、図１５に示される流体制御層２００である。
これから図２０を参照して、ＣＭＯＳ撮像センサ２６２周囲の隙間にアンダーフィルエ
ポキシ接着剤４３０を分注することによって、ＣＭＯＳ撮像センサ２６２のクーポンホイ
ル上へのフリップチップボンディングが完了する。
次に図１４を再度参照して、ステップ１２０において、一緒に統合された流体制御層及
びＣＭＯＳデバイスを含む、微少流体カートリッジの最終組立てを行う。例えば、図２１
は微少流体カートリッジ８００の例の側面図を示す。微少流体カートリッジ８００は、図
２０に示す構造４００に基づく、流体制御部８１０とＣＭＯＳ部８１２とを含む。最終組
立ステップは例えば、アンダーフィルエポキシ接着剤４３０を分注（印刷）するステップ
と、保護フィルム４２６を除去するステップと、ＣＭＯＳ部８１２で低温非伝導性接着剤
８１４（例えば紫外線又は熱非伝導性接着剤）を積層するステップと、低自家蛍光環状オ
レフィン系共重合体（COC）層８１６を微少流体カートリッジ８００のＣＭＯＳ部８１２
に積層するステップと、軟性ＰＣＢヒータ８１８を流体制御部８１０の両側で積層するス
テップとを含むことができる。微少流体カートリッジ８００を形成するプロセスにおいて
、ＣＭＯＳデバイス表面及び流体制御層表面が互いに同一平面上に配置されるように自己
整合プロセスフローを使用することが重要となる。
微少流体カートリッジ８００を通る流路が形成される。すなわち、流体制御部８１０の
インプットにおいて試料入口８２０を設け、ＣＭＯＳ部８１２の下流にアウトプット８２
２を設ける。試料入口８２０は、ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）室８２４に供給する。Ｐ
ＣＲ室８２４は試薬分配領域８２６に供給する。その後試薬分配領域８２６はシークエン
シング室８２８に供給する。ＣＭＯＳ撮像センサ２６２のバイオ層４２４はシークエンシ
ング室８２８を向いている。その後シークエンシング室８２８は出口８２２に供給する。
さらに、微少流体カートリッジ８００は、ＰＣＲ室８２４に出入りする液体の流量を制御
する特定の薄膜バルブ８３０を含む。
図２２Ａ及び２２Ｂは、例えば流体制御層２００内に統合できる、薄膜バルブ８３０の
例の斜視図を示す。薄膜バルブ８３０の斜視図である図２２Ａを参照する。この例では、
薄膜バルブ８３０は、ベース層９１０と、流体制御チャンネル層９１２と、容器層９１４
とを順番に含む。ベース層９１０と、流体制御チャンネル層９１２と、容器層９１４とを
、例えばポリカーボネート、PMMA、COC及び／又はポリイミドから形成することができる
。容器層９１４には、容器層９１４内に小さな容器９１６を生み出す凹部が形成される。
薄膜層９１８は、容器９１６にわたって張り渡される。容器９１６は、入口９２０と出口
９２２とを持ち、入口９２０及び出口９２２は各流体制御チャンネル９２４への流路をも
たらす。容器９１６、入口９２０及び出口９２２の構成をより詳細に示すため、図２２Ｂ
は、容器９１６を覆う薄膜層９１８を除いた薄膜バルブ８３０を示す。薄膜層９１８を、
柔軟で伸縮性があるエラストマ膜材料（例えばシリコーンエラストマ）から形成する。
図２３Ａ及び２３Ｂはそれぞれ、図２２Ａの線Ａ－Ａに沿う、薄膜バルブ８３０の断面
図を示す。アクチュエータ（例えばアクチュエータ１０１０）を用いて、薄膜バルブ８３
０を開閉することができる。例えば、図２３Ａは、アクチュエータ１０１０が薄膜層８３
０と係合していない開放状態の、薄膜バルブ８３０を示す。対照的に、図２３Ｂは、アク
チュエータ１０１０が薄膜層９１８と係合している、閉鎖状態の薄膜バルブ８３０を示す
。すなわち、アクチュエータ１０１０の先端部を用いて、薄膜層９１８の中央部を出口９
２２に押し付け、それにより出口９２２を通る流体の流れを塞ぐ。機械的又は空気的動作
等を用いて、例えばソレノイド又は空気ポンプによって、薄膜バルブ８３０（すなわち薄
膜バルブ２４２、２４４及び２４６）を駆動することができる。
図２４は、ＣＭＯＳ技術及びデジタルフルイディクスが共に統合された、微少流体カー
トリッジ１１００の例の概略図を示す。すなわち、微少流体カートリッジ１１００は、４
つの試料供給部１１１０（例えば試料供給部１１１０ａ、１１１０ｂ、１１１０ｃ、１１
１０ｄ）と、１３個の試薬供給部１１１２（例えば試薬供給部１１１２ａ－１１１２ｍ）
と、出口ポンプ１１１４とに流体的かつ動作可能に接続される流体制御層２００を含む。
流体制御層２００は、ＰＣＲ領域２７０及び試薬混合分配領域２７５を含む。ＰＣＲ領域
２７０は例えば、４つのＰＣＲチャンネル２２２（例えばＰＣＲチャンネル２２２ａ、２
２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄ）を含む。試料供給部１１１０ａ、１１１０ｂ、１１１０ｃ
、１１１０ｄはそれぞれ、ＰＣＲチャンネル２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄの
入口に供給する。微少流体カートリッジ１１００が、４つの試料供給部１１１０が供給す
る４つのＰＣＲチャンネル２２２を含むため、微少流体カートリッジ１１００は４重に試
料を多重化するように構成される。
４つの薄膜バルブ２４２を用いて、４つのＰＣＲチャンネル２２２のインプットを制御
する。すなわち、薄膜バルブ２４２ａ、２４２ｂ、２４２ｃ、２４２ｄをそれぞれ用いて
、ＰＣＲチャンネル２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄのインプットを制御する。
同様に、４つの薄膜バルブ２４４を用いて、４つのＰＣＲチャンネル２２２のアウトプッ
トを制御する。すなわち、薄膜バルブ２４４ａ、２４４ｂ、２４４ｃ、２４４ｄをそれぞ
れ用いて、ＰＣＲチャンネル２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄのアウトプットを
制御する。４つのＰＣＲチャンネル２２２のアウトプットは共通のＰＣＲアウトプットチ
ャンネル２２４に供給し、共通のＰＣＲアウトプットチャンネル２２４は試薬混合分配領
域２７５に供給する。流体制御層２００内に薄膜バルブ２４２及び薄膜バルブ２４４が存
在することによって、ＰＣＲ領域２７０を完全に密封することができる。
試薬混合分配領域２７５に、１３の試薬チャンネル２２６（例えば試薬チャンネル２２
６ａ－２２６ｍ）が配置されている。さらに、１３の試薬供給部１１１２ａ－１１１２ｍ
はそれぞれ、１３の試薬チャンネル２２６ａ－２２６ｍに供給する。回動可能なバルブア
センブリ（図示せず）を用いて、特定のＰＣＲチャンネルを特定の試料供給部１１１２に
流体的に接続する。これにより、特定のＰＣＲ混合物（a certain PCR Mix）を生み出す
ことができる。また回動可能なバルブアセンブリ（図示せず）を用いて、特定のＰＣＲ混
合物をシークエンシング供給チャンネル２２８に流体的に接続する。シークエンシング供
給チャンネル２２８は、シークエンシング室２５８の入口に供給する。さらに、シークエ
ンシング室２５８にＣＭＯＳ撮像センサ２６２を配置する。
シークエンシング室２５８の出口に、シークエンシング出口チャンネル２３０を設ける
。出口ポンプ１１１４をシークエンシング出口チャンネル２３０に流体的かつ動作可能に
接続する。出口ポンプ１１１４を使用して、液体を流体制御層２００の流路に沿って任意
の方向に移動させるために、正圧又は負圧をもたらす。さらに、連続した３つの薄膜バル
ブ２４６を、シークエンシング出口チャンネル２３０の長さに沿って設ける。図２２Ａ、
２２Ｂ、２３Ａ及び２３Ｃに示し説明した薄膜バルブ８３０によって、薄膜バルブ２４２
、２４４及び２４６を実装することができる。
シークエンシング出口チャンネル２３０の３つの薄膜バルブ２４６を、出口ポンプ１１
１４の代わりのポンプとして、又は出口ポンプ１１１４と共同するポンプとして使用する
ことができる。したがって、ある実施形態では、微少流体カートリッジ１１００は、出口
ポンプ１１１４のみを含み、３つの薄膜バルブ２４６が省略される。他の実施形態では、
微少流体カートリッジ１１００は、３つの薄膜バルブ２４６のみを含み、出口ポンプ１１
１４が省略される。さらに別の実施形態では、微少流体カートリッジ１１００は、出口ポ
ンプ１１１４及び３つの薄膜バルブ２４６の両方を含む。さらに別の実施形態では、微少
流体カートリッジ１１００は、出口ポンプ１１１４及び／又は３つの薄膜バルブ２４６の
代わりに、任意の他の種類のポンピング機構を含む。図２５から６０Ｂを参照して、微少
流体カートリッジ１１００の実装例を以下より詳細に示し説明する。
図２５及び２６は、図２４に示す統合微少流体カートリッジ１１００の物理的具体化の
一例である、微少流体カートリッジアセンブリ１２００の斜視図を示す。微少流体カート
リッジアセンブリ１２００は、軟性プリント基板技術と統合された従来の射出成形流体工
学の一例である。この例では、微少流体カートリッジアセンブリ１２００は、ベースプレ
ート１２１２上に固定されたハウジング１２１０を含む多区画微少流体カートリッジであ
る。ハウジング１２１０及びベースプレート１２１２を例えば、成形されたプラスチック
から形成することができ、ねじによって一緒に固定することができる（図３２参照）。微
少流体カートリッジアセンブリ１２００の全体の高さを、例えば約１２ｍｍ～約１００ｍ
ｍとすることができる。微少流体カートリッジアセンブリ１２００の全体の長さを、例え
ば約１００ｍｍ～約２００ｍｍとすることができる。微少流体カートリッジアセンブリ１
２００の全体の幅を、例えば約１００ｍｍ～約２００ｍｍとすることができる。
ハウジング１２１０の内側に、図２７Ａ及び２７Ｂに示す流体制御アセンブリ１４００
が存在する。すなわち、図２７Ａ及び２７Ｂは、図２５及び２８に示す微少流体カートリ
ッジアセンブリ１２００に装着される流体制御アセンブリ１４００の例の斜視図である。
流体制御アセンブリ１４００は、図２４に示す統合微少流体カートリッジ１１００に基づ
く。つまり、流体制御アセンブリ１４００は、図１５及び２４に示され説明される流体制
御層２００を含む。流体制御アセンブリ１４００は、流体制御層２００の試薬混合分配領
域２７５内の１３の試薬チャンネル２２６－２２６ｍに関連して配置される、回動可能バ
ルブアセンブリ１４１０も含む。流体制御層２００の長さを、例えば約１００ｍｍから約
２００ｍｍとすることができる。流体制御層２００の幅を、例えば約１００ｍｍから約２
００ｍｍとすることができる。
さらに、流体制御アセンブリ１４００は、流体制御層２００のＰＲＣ領域２７０の両側
のまわりを覆う、軟性プリント基板（ＰＣＢ）ヒータ１４１２を含む。２つの個々に制御
されたヒータトレースが軟性ＰＣＢ基板ヒータ１４１２に設けられ、１つのヒータトレー
スはＰＣＲ領域２７０の一方側に存在し、もう１つのヒータトレースはＰＣＲ領域２７０
の他方側に存在する。軟性ＰＣＢヒータ１４１２は、図２１に示す微少流体カートリッジ
８００の軟性ＰＣＢヒータ８１８の例である。図２８Ａ及び２８Ｂを参照して、ヒータト
レースの例を以下より詳細に示し説明する。図５４Ａ、５４Ｂ及び５４Ｃを参照して、軟
性ＰＣＢヒータ１４１２の例を以下より詳細に示し説明する。
次に図２５及び２６を再度参照して、微少流体カートリッジアセンブリ１２００のハウ
ジング１２１０は、流体制御層２００の４つのＰＣＲチャンネル２２２（例えばＰＣＲチ
ャンネル２２２ａ、ＰＣＲチャンネル２２２ｂ、ＰＣＲチャンネル２２２ｃ、ＰＣＲチャ
ンネル２２２ｄ）のインプットと実質的に位置合わせされている、４つの試料投入ポート
１２１４（例えば試料投入ポート１２１４ａ、１２１４ｂ、１２１４ｃ、１２１４ｄ）も
含む。微少流体カートリッジアセンブリ１２００のハウジング１２１０は、流体制御層２
００の１３の試薬チャンネル２２６（例えば試薬チャンネル２２６ａ－２２６ｍ）に供給
する、１３の試薬容器１２１６も含む。１３の試薬容器１２１６を同じ寸法とすることも
、異なる寸法とすることもできる。例えば、試薬容器１２１６は、約０．００１ｍｌから
約０．１５０ｍｌの範囲の体積の液体を保持することができる。
微少流体カートリッジアセンブリ１２００のハウジング１２１０は、シークエンシング
出口チャンネル２３０が供給する、廃棄物容器１２１８も含む。廃棄物容器１２１８は、
例えば約２５ｍｌから約１００ｍｌの範囲の体積の液体を保持することができる。図２６
は、試薬容器１２１６及び廃棄物容器１２１８を、例えば箔シール１２２０で覆い密封す
ることができることを示す。
図２８Ａ及び２８Ｂはそれぞれ、図２７Ａと２７Ｂとに示す流体制御アセンブリ１４０
０に装着することができる、ヒータトレース１５００の例の平面図及び断面図を示す。す
なわち、図２８Ａは、蛇行する型のレイアウトを有する、ヒータトレース１５００の例の
平面図を示す。図２８Ｂは、ヒータトレース１５００を含む、流体制御アセンブリ１４０
０の軟性ＰＢＣヒータ１４１２の一方側の断面図を示す。軟性ＰＢＣヒータ１４１２は、
例えば軟性片面銅層１５１０と、接着層１５１２と、誘電層１５１４と、ヒータトレース
１５００が模様付けられた銅ヒータ層１５１６と、カプトン（登録商標）層１５１８とを
順番に含む、多層構造である。図２８Ｂの銅ヒータ層１５１６は、図２８Ａの線Ａ－Ａに
沿う、ヒータトレース１５００の断面を表す。
図２９、３０、３１、３２、３３Ａ及び３３Ｂは、図２５の微少流体カートリッジアセ
ンブリ１２００の他の様々な図であり、これらの図は微少流体カートリッジアセンブリ１
２００をより詳細に示す。すなわち、図２９は微少流体カートリッジアセンブリ１２００
のハウジング１２１０側の斜視図であり、図３０は微少流体カートリッジアセンブリ１２
００のハウジング１２１０側の平面図である。これらの図は１３の試薬容器１２１６及び
廃棄物容器１２１８の構成の詳細を示す。図３１は、箔シール１２２０が取り付けられた
、微少流体カートリッジアセンブリ１２００のハウジング１２１０側の平面図を示す。箔
シール１２２０は、４つの試料投入ポート１２１４が依然として露出しアクセス可能であ
るような、開口部を有する。
図３２は、微少流体カートリッジアセンブリ１２００のベースプレート１２１２側の斜
視図を示す。図３３Ａは、微少流体カートリッジアセンブリ１２００のベースプレート１
２１２側の平面図を示す。図３３Ｂは、微少流体カートリッジアセンブリ１２００の側面
図を示す。図３２、３３Ａ及び３３Ｂは、ベースプレート１２１２をより詳細に示す。す
なわち、ベースプレート１２１２は、流体制御アセンブリ１４００の流体制御層２００の
ＰＣＲ領域２７０の一部を露出させる、開口部１２２２及び開口部１２２４を含む。開口
部１２２４を通じて、流体制御アセンブリ１４００の軟性ＰＣＢヒータ１４１２に接触す
る入出力パッド１２２６のセットが見える。
流体制御アセンブリ１４００の流体制御層２００の４つの薄膜バルブ２４２にアクセス
し作動させるための４つの開口部１２２８が、開口部１２２２の１つの縁に沿って存在す
る。すなわち、開口部１２２８ａは薄膜バルブ２４２ａと実質的に位置合わせされている
。開口部１２２８ｂは薄膜バルブ２４２ｂと実質的に位置合わせされている。開口部１２
２８ｃは薄膜バルブ２４２ｃと実質的に位置合わせされている。開口部１２２８ｄは薄膜
バルブ２４２ｄと実質的に位置合わせされている。
流体制御アセンブリ１４００の流体制御層２００の４つの薄膜バルブ２４４にアクセス
し作動させるための４つの開口部１２３０が、開口部１２２２の反対側の縁に沿って存在
する。すなわち、開口部１２３０ａは薄膜バルブ２４４ａと実質的に位置合わせされてい
る。開口部１２３０ｂは薄膜バルブ２４４ｂと実質的に位置合わせされている。開口部１
２３０ｃは薄膜バルブ２４４ｃと実質的に位置合わせされている。開口部１２３０ｄは薄
膜バルブ２４４ｄと実質的に位置合わせされている。
また、ベースプレート１２１２は、流体制御アセンブリ１４００の流体制御層２００の
薄膜バルブ２４６にアクセスし作動させるための開口部１２３２も含む。ベースプレート
１２１２は、シークエンシング室２５８において開口部１２３４も含む。ベースプレート
１２１２の１つの角には面取り部１２３６が形成されている。面取り部１２３６を使用し
て、微少流体カートリッジアセンブリ１２００の向きを、例えば流体制御システム（図示
せず）の機器デッキに合わせる。図３２及び３３Ａは、ベースプレート１２１２をハウジ
ング１２１０に固定するために使用される、４つのねじ１２３８も示す。さらに、流体制
御アセンブリ１４００の流体制御層２００の試薬混合分配領域２７５に関連する、回動可
能バルブアセンブリ１４１０を示す。回動可能バルブアセンブリ１４１０は、グリップ部
１２４０を有するノブを含み、グリップ部１２４０によって、ユーザ又は機器は流量コン
トローラ部１２４２を回すことができる（図３５参照）。
図３４から４２は、ベースプレート１２１２側を上方に向けた微少流体カートリッジア
センブリ１２００で始まり、当該アセンブリ１２００の内部構成要素の配置及び導入を明
らかにするために、当該アセンブリ１２００を段階的に解体した様子を基本的に示す。ま
ず図３４は、流体制御アセンブリ１４００を明らかにするために、ベースプレート１２１
２を除いた微少流体カートリッジアセンブリ１２００を示す。ベースプレート１２１２を
除くことで、流体制御層２００の軟性プリント基板（ＰＣＢ）層２６０側が見える。さら
に、軟性ＰＣＢヒータ１４１２の一方側が見える。流体制御層２００とベースプレート１
２１２との間にスペーサ１２４４も示されている。図３４には、薄膜バルブ２４２、２４
４及び２４６も見える。
次に図３５では、流量コントローラ部１２４２が見えるように、回動可能バルブアセン
ブリ１４１０のグリップ部１２４０を除いている。グリップ部１２４０の下側（図示せず
）は流量コントローラ部１２４２と係合するように設計され、その結果流量コントローラ
部１２４２を回動させて１３の試薬チャンネル２２６の１つを通る液体の流れを導くこと
ができる。
次に図３６では、流体制御層２００のＰＣＲアウトプットチャンネル２２４、試薬チャ
ンネル２２６及びシークエンシング供給チャンネル２２８に関連する流路が見えるように
、回動可能バルブアセンブリ１４１０の流れコントローラ部１２４２を除いている。
次に図３７では、微少流体カートリッジアセンブリ１２００内の流路が見えるように、
流体制御層２００を透明に示す。
次に図３８では、流体制御層２００を除き、ハウジング１２１０内の軟性ＰＣＢヒータ
１４１２のみを示す。そして図３９では、軟性ＰＣＢヒータ１４１２を除き、ハウジング
１２１０内の流体制御層２００のみを示す。
次に図４０では、ハウジング１２１０から、流体制御層２００及び軟性ＰＣＢヒータ１
４１２の両方を除いている。この図では、試料投入ポート１２１４、１３個の試薬容器１
２１６及び廃棄物容器１２１８と関連するハウジング１２１０の流路が見える。例えば、
ハウジング１２１０は、試料投入ポート１２１４に達する開口部１２４６と、１３個の試
薬容器１２１６に達する開口部１２４８と、廃棄物容器１２１８に達する開口部１２５０
とを含む。図４０は、ねじ１２３８を受け入れる４つのねじ穴１２５２も示す。さらに、
図４０はＣＭＯＳ撮像センサ２６２と、ＣＭＯＳ撮像センサ２６２を覆う保護キャップ１
２５４の一部とを示す。次に図４１では、保護キャップ１２５４が完全に見えるように、
ＣＭＯＳ撮像センサ２６２を除いている。そして図４２では、保護キャップ１２５４を除
き、ＣＭＯＳ撮像センサ２６２と関連するハウジング１２１０内のクリアランス領域１２
５６を示す。
図４３は、試料投入ポート１２１４と試薬容器１２１６と廃棄物容器１２１８と関連す
る開口部の位置を示すため、微少流体カートリッジアセンブリ１２００のハウジング１２
１０の透明斜視図を示す。すなわちこの図には、試料投入ポート１２１４に関連する開口
部１２４６の位置と、試薬容器１２１６に関連する開口部１２４８の位置と、廃棄物容器
１２１８に関連する開口部１２５０の位置とを見ることができる。
図４４は、様々な流体制御チャンネルを重ねた、微少流体カートリッジアセンブリ１２
００のハウジング１２１０の透明斜視図を示す。すなわちこの図には、試料投入ポート１
２１４と試薬容器１２１６と廃棄物容器１２１８とに関連する様々な流体制御チャンネル
の位置を見ることができる。図４５は、図２５の微少流体カートリッジアセンブリ１２０
０の断面図であり、当該アセンブリ１２００をより詳細に示す。
図４６Ａ、４６Ｂ、４７Ａ、４７Ｂ及び４８は、図２５の微少流体カートリッジアセン
ブリ１２００のハウジング１２１０の様々な図であり、これらの図はハウジング１２１０
をより詳細に示す。すなわち、図４６Ａ及び４６Ｂはそれぞれハウジング１２１０の平面
図及び側面図を示す。ある例では、ハウジング１２１０の高さは約１２ｍｍから約１００
ｍｍであり、長さは約１００ｍｍから約２００ｍｍであり、幅は約１００ｍｍから約２０
０ｍｍである。図４７Ａは、取り付けられる箔シール１２２０を除いた、ハウジング１２
１０の斜視図を示す。図４７Ｂは、取り付けられる箔シール１２２０を含む、ハウジング
１２１０の斜視図を示す。図４６Ａ、４６Ｂ、４７Ａ及び４７Ｂがハウジング１２１０の
外側を示すのに対し、図４８はハウジング１２１０の内側を示す平面図である。
図４９、５０、５１Ａ、５１Ｂ及び５２は、図２５の微少流体カートリッジアセンブリ
１２００のベースプレート１２１２の様々な図であり、これらの図はベースプレート１２
１２をより詳細に示す。すなわち、図４９及び５０はそれぞれ、ベースプレート１２１２
の外側及び内側の斜視図を示す。図４１Ａはベースプレート１２１２の外側の平面図を示
す一方、図４１Ｂはベースプレート１２１２の側面図を示す。図４９、５０、５１Ａ、３
８Ｂ及び３９には、ベースプレート１２１２が、ねじ１２３８を受け止める４つの穴１２
５８と、回動可能バルブアセンブリ１４１０のグリップ部１２４０及び流量コントローラ
部１２４２を受け止める開口部１２６２を中央に含む凹部１２６０とを更に含むことが示
される。
図５３Ａ及び５３Ｂは、微少流体カートリッジアセンブリ１２００の流体制御アセンブ
リ１４００の他の斜視図であり、これらの図は流体制御アセンブリ１４００をより詳細に
示す。すなわち、図５３Ａ及び５３Ｂはそれぞれ流体制御アセンブリ１４００の斜視図を
示す。図５３Ａは軟性ＰＣＢヒータ１４１２を除いた流体制御アセンブリ１４００を示す
のに対し、図５３Ｂは軟性ＰＣＢヒータ１４１２が装着された流体制御アセンブリ１４０
０を示す。さらに、流体制御層２００の１つの縁でありＰＣＲ領域２７０に、切欠き１４
１４が存在する。切欠き１４１４は、軟性ＰＣＢヒータ１４１２を受け止めるように設計
される。
図５４Ａ、５４Ｂ及び５４Ｃは、微少流体カートリッジアセンブリ１２００の流体制御
アセンブリ１４００の軟性ＰＣＢヒータ１４１２をより詳細に示す様々な図である。すな
わち、図５４Ａ及び５４Ｂは軟性ＰＣＢヒータ１４１２の各側面の斜視図を示す一方、図
５４Ｃは軟性ＰＣＢヒータ１４１２の側面図を示す。軟性ＰＣＢヒータ１４１２は、Ｕ字
型ラップアラウンドパネル１４１６と側方に延びるパネル１４１８とを含む。これらパネ
ルはいずれもＰＣＢ技術を用いて形成される。Ｕ字型ラップアラウンドパネル１４１６は
、パネル１４２０及びパネル１４２２を含み、パネル１４２０及びパネル１４２２はそれ
ぞれのパネルに模様付けされたヒータトレース１５００（例えばヒータトレース１５００
ａ及び１５００ｂ）を有する。ヒータトレース１５００の例を、図２８Ａ及び２８Ｂに示
す。図５３Ｂに示すように、パネル１４２０とパネル１４２２との間にスペースを設けて
、軟性ＰＣＢヒータ１４１２を流体制御層２００のＰＣＲ領域２７０に圧入するとともに
切欠き部１４１４に圧入することができる。図５４Ｂ及び４１Ｃは、２つのヒータトレー
ス１５００及びＣＭＯＳ撮像センサ２６２への電気的接続をもたらす、入出力パッド１２
２６も示す。
側方に延びるパネル１４１８は、パネル１４２０の、Ｕ字型ラップアラウンドパネル１
４１６の屈曲部付近から延在する。側方に延びるパネル１４１８は、ＣＭＯＳ撮像センサ
２６２に向かって延びるように設計される。図５３Ｂに示すように、側方に延びるパネル
１４１８の、Ｕ字型ラップアラウンドパネル１４１６から最も遠い端部は、ＣＭＯＳ撮像
センサ２６２に対して適合するように成形される。側方に延びるパネル１４１８の目的は
、硬性又は軟性ＰＢＣ上に組立てられる、ＣＭＯＳ撮像センサ２６２に対して電気的接続
をもたらすことである。
図５５Ａ及び５５Ｂはそれぞれ、図１５と図２７とに示す流体制御層２００の出入口ポ
ート層２１０の斜視図及び平面図を示す。再度説明すると、出入口ポート層２１０を例え
ば、ポリカーボネート又はR2Rプロセスで使用するのに適切な他の任意の材料から形成す
ることができる。出入口ポート層２１０は、微少流体カートリッジアセンブリ１２００の
流体制御層２００とハウジング１２１０との間のインタフェースを提供する。すなわち、
出入口ポート層２１０は、ハウジング１２１０の試料投入ポート１２１４、１３個の試薬
容器１２１６及び破棄物容器１２１８から、流体制御層２００の流体制御チャンネル層２
２０までの流路を提供する。例えば、出入口ポート層２１０は、ハウジング１２１０の試
料投入ポート１２１４の開口部１２４６と実質的に位置合わせされている開口部２１２の
セットを含む。出入口ポート層２１０は、ハウジング１２１０の試薬容器１２１６の開口
部１２４８と実質的に位置合わせされている開口部２１４のセットを含む。出入口ポート
層２１０は、ハウジング１２１０の廃棄物容器１２１８の開口部１２５０と実質的に位置
合わせされている開口部２１６も含む。
図５６Ａ及び５６Ｂはそれぞれ、図１５と図２７とに示す流体制御層２００の流体制御
チャンネル層２２０の斜視図及び平面図を示す。再度説明すると、流体制御チャンネル層
２２０を例えば、ポリカーボネート又はR2Rプロセスで使用するのに適切な他の任意の材
料から形成することができる。流体制御チャンネル層２２０は、すべての液体の流れを促
進する、流体制御層２００の層である。すなわち、全てのＰＣＲ及びシークエンシング作
業は、流体制御チャンネル層２２０で行われる。ＰＣＲ作業は、ＰＣＲ領域２７０のＰＣ
Ｒチャンネル２２２で行われる。ＰＣＲアウトプットチャンネル２２４は、試薬混合分配
領域２７５に供給する。試薬の分配は、試薬混合分配領域２７５で試薬チャンネル２２６
を用いて行われる。１３個の試薬チャンネル２２６は、回動可能バルブアセンブリ１４１
０に供給するように模様付けられる。シークエンシング供給チャンネル２２８は、図５８
Ａ及び５８Ｂに示すシークエンシング室層２５０のシークエンシング室２５８の入口に供
給する。それから出口チャンネル２３０は、シークエンシング室２５８の出口に流体的に
接続される。
図５７Ａ及び５７Ｂはそれぞれ、図１５と図２７とに示す流体制御層２００の軟性ＰＣ
Ｂ層２６０の斜視図及び平面図を示す。再度説明すると、軟性ＰＣＢ層２６０を例えば、
ポリイミド又はR2Rプロセスで使用するのに適切な他の任意の材料から形成することがで
きる。軟性ＰＣＢ層２６０は、薄膜バルブ２４２の出入口に関連する開口部（又は穴）２
６４のセットを含む。軟性ＰＣＢ層２６０は、薄膜バルブ２４４の出入口に関連する開口
部（又は穴）２６６のセットも含む。薄膜バルブ２４６が存在する場合には、軟性ＰＣＢ
層２６０は、薄膜バルブ２４６の出入口に関連する開口部（又は穴）２６７のセットを含
む。さらに、軟性ＰＣＢ層２６０は、回動可能バルブアセンブリ１４１０と実質的に位置
合わせされるとともに回動可能バルブアセンブリ１４１０への流路をもたらす、開口部２
６８のセットを含む。
図５８Ａ及び５８Ｂはそれぞれ、図１５と図２７とに示す流体制御層２００のシークエ
ンシング室底部層２８０の斜視図及び平面図を示す。再度説明すると、シークエンシング
室底部層２８０を例えば、ポリカーボネート又はR2Rプロセスで使用するのに適切な他の
任意の材料から形成することができる。流体制御層２００の積層内に薄膜バルブ２４２を
形成するために、シークエンシング室底部層２８０は開口部２８２のセットを含む。流体
制御層２００の積層内に薄膜バルブ２４４を形成するために、シークエンシング室底部層
２８０は開口部２８４のセットも含む。薄膜バルブ２４６が存在する場合には、流体制御
層２００の積層内に薄膜バルブ２４６を形成するために、シークエンシング室底部層２８
０は開口部２８６のセットを含む。さらに、シークエンシング室底部層２８０は、回動可
能バルブアセンブリ１４１０と実質的に位置合わせされるとともに回動可能バルブアセン
ブリ１４１０への流路をもたらす、開口部２８８のセットを含む。また、シークエンシン
グ室底部層２８０は、シークエンシング室層２５０のシークエンシング室２５８に流体的
に連結する、開口部２８９の組を含む。
シークエンシング室底部層２８０は、ＣＭＯＳ技術が統合された、流体制御層２００の
層である。すなわち、ＣＭＯＳ撮像センサ２６２がシークエンシング室底部層２８０に装
着される。ＣＭＯＳ撮像センサ２６２の位置は実質的に、シークエンシング室層２５０の
シークエンシング室２５８の位置に対応する。
図５９Ａ及び５９Ｂはそれぞれ、図１５と図２７とに示す流体制御層２００のシークエ
ンシング室層２５０の斜視図及び平面図を示す。再度説明すると、シークエンシング室層
２５０を例えば、ポリカーボネート又はR2Rプロセスで使用するのに適切な他の任意の材
料から形成することができる。シークエンシング室層２５０は、シークエンシング作業が
行われる、すなわちシーケンシング室２５８を使用する、流体制御層２００の層である。
流体制御層２００の積層内に薄膜バルブ２４２を形成するために、シークエンシング室
層２５０は開口部２５２のセットを含む。流体制御層２００の積層内に薄膜バルブ２４４
を形成するために、シークエンシング室層２５０は開口部２５４のセットも含む。薄膜バ
ルブ２４６が存在する場合には、流体制御層２００の積層内に薄膜バルブ２４６を形成す
るために、シークエンシング室層２５０は開口部２５５のセットを含む。さらに、シーク
エンシング室層２５０は、回動可能バルブアセンブリ１４１０と実質的に位置合わせされ
るとともに回動可能バルブアセンブリ１４１０への流路をもたらす、開口部２５６のセッ
トを含む。
図６０Ａ及び６０Ｂはそれぞれ、図１５と図２７とに示す流体制御層２００の薄膜層２
４０及びシークエンシング室上部層２９０の斜視図及び平面図を示す。薄膜層２４０を例
えばシリコーンエラストマから形成することができる一方、シークエンシング室上部層２
９０を例えば環状オレフィン系共重合体から形成することができる。薄膜層２４０は、流
体制御層２００の積層内で薄膜バルブ２４２、２４４及び２４６を開閉する弾性薄膜とし
て働く。ここで軟性PCB層２６０と、シークエンシング室底部層２８０と、シーケンシン
グ室層２５０と、薄膜層２４０とを順番に組み合わることによって薄膜バルブ２４２、２
４４及び２４６が生み出される。図６０Ａ及び６０Ｂは、シークエンシング室層２５０の
シークエンシング室２５８を覆うために使用される、シークエンシング室上部層２９０も
示す。
図６１Ａ及び６１Ｂは、微少流体カートリッジアセンブリ１２００を使用して、シーク
エンシングに関して必要な、マルチプレックスＰＣＲ及び下流混合を実施する方法４８０
０の例の流れ図を示す。微少流体カートリッジアセンブリ１２００は、図２４に示す微少
流体カートリッジ１１００に基づくため、微少流体カートリッジアセンブリ１２００は、
４重の試料多重化のために構成される。さらに、方法４８００では、１３個の試薬容器１
２１６を、１２１６ａ、１２１６ｂ、１２１６ｃ、１２１６ｄ、１２１６ｅ、１２１６ｆ
、１２１６ｇ、１２１６ｈ、１２１６ｉ、１２１６ｊ、１２１６、１２１６ｌ及び１２１
６ｍと呼ぶ。さらに方法４８００は、微少流体カートリッジアセンブリ１２００に流体的
に連結された、出口ポンプ１１１４を利用する。出口ポンプ１１１４は、シークエンシン
グ室２５８の下流に配置される。出口ポンプ１１１４は、正圧及び負圧（すなわち真空圧
）の両方をもたらすことができる。方法４８００は以下のステップを含むが、本発明は以
下のステップに限定されるものではない。
ステップ４８１０では、使用する準備ができている微少流体カートリッジアセンブリ１
２００を設ける。すなわち、微少流体カートリッジアセンブリ１２００に、所望の液体が
入った１つ以上の容器を提供する。例えば、試薬容器１２１６に同じ又は異なる液状試薬
を充填することができる。ある例では、試薬容器１２１６ａ－ｍのすべてに水素添加バッ
ファ（HT1）を充填する。方法４８００はステップ４８１５に進む。
ステップ４８１５では、全ての薄膜バルブを閉鎖し、試料／ＰＣＲ混合物（samples/PC
R MIX）を投入する。「ＰＣＲ混合物」とは、定期的なＰＣＲで使用してＤＮＡテンプレ
ートを増幅するために最適化されたＰＣＲマスター混合物（PCR Master Mix）を意味する
。このステップでは、薄膜バルブ２４２ａ及び２４４ａを閉鎖し、薄膜バルブ２４２ｂ及
び２４４ｂを閉鎖し、薄膜バルブ２４２ｃ及び２４４ｃを閉鎖し、並びに薄膜バルブ２４
２ｄ及び２４４ｄを閉鎖する。このようにして、ＰＣＲチャンネル２２２ａ、２２２ｂ、
２２２ｃ及び２２２ｄの全てを完全に密封する。それから、第１液体試料をＰＣＲ混合物
と混合し（以下sample/PCR_MIX1と呼ぶ）、試料投入ポート１２１４ａに投入する。第２
液体試料をＰＣＲ混合物と混合し（以下sample/PCR_MIX2と呼ぶ）、試料投入ポート１２
１４ｂに投入する。第３液体試料をＰＣＲ混合物と混合し（以下sample/PCR_MIX3と呼ぶ
）、試料投入ポート１２１４ｃに投入する。第４液体試料をＰＣＲ混合物と混合し（以下
sample/PCR_MIX4と呼ぶ）、試料投入ポート１２１４ｄに投入する。このステップの完了
時に、ある体積の試料を試料／ＰＣＲ混合物は、試料投入ポート１２１４のそれぞれに位
置し、処理の準備ができている。方法４８００は、ステップ４８２０に進む。
ステップ４８２０では、第１試料に対する薄膜バルブを開放する。その後、第１試料を
出してＰＣＲ領域に入れる。そして、第１試料に対する薄膜バルブを閉鎖する。例えば、
ＰＣＲチャンネル２２２ａに対する薄膜バルブ２４２ａ及び２４４ａを開放する。その後
、出口ポンプ１１１４を使用して、sample/PCR_MIX1を出してＰＣＲチャンネル２２２ａ
に入れる。そして、ＰＣＲチャンネル２２２ａに対する薄膜バルブ２４２ａ及び２４４ａ
を閉鎖し、ある体積のsample/PCR_MIX1をＰＣＲチャンネル２２２ａの内部に目下密封す
る。方法４８００は、ステップ４８２５に進む。
判定ステップ４８２５では、ＰＣＲ領域に（すなわちＰＣＲ領域２７０に）投入する他
の試料が用意されているか判定する。他の試料が用意されている場合には、方法４８００
はステップ４８３０に進む。他の試料が用意されていない場合には、方法４８００はステ
ップ４８３５に進む。
ステップ４８３０では、次の試料に対する薄膜バルブを開放する。その後、次の試料を
出してＰＣＲ領域に入れる。そして、次の試料に対する薄膜バルブを閉鎖する。ある例で
は、ＰＣＲチャンネル２２２ｂに対する薄膜バルブ２４２ｂ及び２４４ｂを開放する。そ
の後、出口ポンプ１１１４を使用して、sample/PCR_MIX2を出してＰＣＲチャンネル２２
２ｂに入れる。そして、ＰＣＲチャンネル２２２ｂに対する薄膜バルブ２４２ｂ及び２４
４ｂを閉鎖し、ある体積のsample/PCR_MIX2をＰＣＲチャンネル２２２ｂの内部に目下密
封する。
他の例では、ＰＣＲチャンネル２２２ｃに対する薄膜バルブ２４２ｃ及び２４４ｃを開
放する。その後、出口ポンプ１１１４を使用して、sample/PCR_MIX3を出してＰＣＲチャ
ンネル２２２ｃに入れる。そして、ＰＣＲチャンネル２２２ｃに対する薄膜バルブ２４２
ｃ及び２４４ｃを閉鎖し、ある体積のsample/PCR_MIX3をＰＣＲチャンネル２２２ｃの内
部に目下密封する。
更に他の例では、ＰＣＲチャンネル２２２ｄに対する薄膜バルブ２４２ｄ及び２４４ｄ
を開放する。その後、出口ポンプ１１１４を使用して、sample/PCR_MIX4を出してＰＣＲ
チャンネル２２２ｄに入れる。そして、ＰＣＲチャンネル２２２ｄに対する薄膜バルブ２
４２ｄ及び２４４ｄを閉鎖し、ある体積のsample/PCR_MIX4をＰＣＲチャンネル２２２ｄ
の内部に目下密封する。
方法４８００は、ステップ４８２５に戻る。
ステップ４８３５では、ＰＣＲチャンネル２２２ａ内のsample/PCR_MIX1、ＰＣＲチャ
ンネル２２２ｂ内のsample/PCR_MIX2、ＰＣＲチャンネル２２２ｃ内のsample/PCR_MIX3及
びＰＣＲチャンネル２２２ｄ内のsample/PCR_MIX4によって、ＰＣＲ作業を実施する。Ｐ
ＣＲ作業の完了時における、sample/PCR_MIX1を以下PCR_MIX1と呼び、sample/PCR_MIX2を
以下PCR_MIX2と呼び、sample/PCR_MIX3を以下PCR_MIX3と呼び、及びsample/PCR_MIX4を以
下PCR_MIX4と呼ぶ。方法４８００はステップ４８４０に進む。
ステップ４８４０において、回動可能バルブを第１ＰＣＲ混合物位置に回動する。例え
ば、回動可能バルブアセンブリ１４１０のグリップ部１２４０を回動することによって、
回動可能バルブアセンブリ１４１０の位置を、PCR_MIX1を保持する、ＰＣＲチャンネル２
２２ａに設定する。方法４８００はステップ４８４５に進む。
ステップ４８４５では、第１ＰＣＲ混合物に対する薄膜バルブを開放する。その後、第
１ＰＣＲ混合物を、回動可能バルブを通じてＣＭＯＳデバイスに向けて引出す。そして、
第１ＰＣＲ混合物に対する薄膜バルブを閉鎖する。例えば、第１チャンネル２２２ａに対
する薄膜バルブ２４２ａ及び２４４ａを開放する。その後、出口ポンプ１１１４を使用し
て、PCR_MIX1を、ＰＣＲチャンネル２２２ａから回動可能バルブアセンブリ１４１０を通
じてＰＣＲアウトプットチャンネル２２４に引出す。そして、薄膜バルブ２４２ａ及び２
４４ａを閉鎖する。方法４８００は、ステップ４８５０に進む。
ステップ４８５０では、回動可能バルブを水素添加バッファ（ＨＴ１）位置に、すなわ
ちＨＴ１を保持する試薬容器１２１６に回動する。方法４８００では、少なくとも１つの
試薬容器１２１６がＨＴ１を保持する。例として、試薬容器１２１６ｋは、ある体積のＨ
Ｔ１を保持する。したがって、回動可能バルブアセンブリ１４１０のグリップ部１２４０
を回動することによって、回動可能バルブアセンブリ１４１０の位置は、ＨＴ１を保持し
ている、試薬容器１２１６ｋに目下設定される。方法４８００はステップ４８５５に進む
。
ステップ４８５５では、第１ＰＣＲ混合物をＨＴ１容器へ押込む。例えば、出口ポンプ
１１１４を使用して、PCR_MIX1を回動可能バルブアセンブリ１４１０を通じて試薬容器１
２１６ｋに押込み、試薬容器１２１６ｋでPCR_MIX1をＨＴ１と混合する。方法４８００は
、ステップ４８６０に進む。
判定ステップ４８６０では、ＨＴ１と混合する他のＰＣＲ混合物が用意されているか判
定する。他のＰＣＲ混合物が用意されている場合には、方法４８００はステップ４８６５
に進む。他のＰＣＲ混合物が用意されていない場合には、方法４８００はステップ４８８
５に進む。
ステップ４８６５において、回動可能バルブを次のＰＣＲ混合物位置に回動する。ある
例では、回動可能バルブアセンブリ１４１０のグリップ部１２４０を回動することによっ
て、回動可能バルブアセンブリ１４１０の位置を、PCR_MIX2を保持する、ＰＣＲチャンネ
ル２２２ｂに設定する。他の例では、回動可能バルブアセンブリ１４１０のグリップ部１
２４０を回動することによって、回動可能バルブアセンブリ１４１０の位置を、PCR_MIX3
を保持する、ＰＣＲチャンネル２２２ｃに設定する。更に他の例では、回動可能バルブア
センブリ１４１０のグリップ部１２４０を回動することによって、回動可能バルブアセン
ブリ１４１０の位置を、PCR_MIX4を保持する、ＰＣＲチャンネル２２２ｄに設定する。方
法４８００はステップ４８７０に進む。
ステップ４８７０では、次のＰＣＲ混合物に対する薄膜バルブを開放する。その後、次
のＰＣＲ混合物を、回動可能バルブを通じてＣＭＯＳデバイスに向けて引出す。そして、
次のＰＣＲ混合物に対する薄膜バルブを閉鎖する。ある例では、ＰＣＲチャンネル２２２
ｂに関する薄膜バルブ２４２ｂ及び２４４ｂを開放する。その後、出口ポンプ１１１４を
使用して、PCR_MIX2を、ＰＣＲチャンネル２２２ｂから回動可能バルブアセンブリ１４１
０を通じてＰＣＲアウトプットチャンネル２２４に引出す。そして、薄膜バルブ２４２ｂ
及び２４４ｂを閉鎖する。他の例では、ＰＣＲチャンネル２２２ｃに対する薄膜バルブ２
４２ｃ及び２４４ｃを開放する。その後、出口ポンプ１１１４を使用して、PCR_MIX3を、
ＰＣＲチャンネル２２２ｃから回動可能バルブアセンブリ１４１０を通じてＰＣＲアウト
プットチャンネル２２４に引出す。そして、薄膜バルブ２４２ｃ及び２４４ｃを閉鎖する
。更に他の例では、ＰＣＲチャンネル２２２ｄに対する薄膜バルブ２４２ｄ及び２４４ｄ
を開放する。その後、出口ポンプ１１１４を使用して、PCR_MIX4を、ＰＣＲチャンネル２
２２ｄから回動可能バルブアセンブリ１４１０を通じてＰＣＲアウトプットチャンネル２
２４に引出す。そして、薄膜バルブ２４２ｄ及び２４４ｄを閉鎖する。方法４８００は、
ステップ４８７５に進む。
ステップ４８７５において、回動可能バルブをＨＴ１位置に回動する。例えば、回動可
能バルブアセンブリ１４１０のグリップ部１２４０を回動することによって、回動可能バ
ルブアセンブリ１４１０の位置を、ＨＴ１を保持する、試薬容器１２１６ｋに戻す。方法
４８００はステップ４８８０に進む。
ステップ４８８０では、次のＰＣＲ混合物をＨＴ１容器に押込む。ある例では、出口ポ
ンプ１１１４を使用して、PCR_MIX2を回動可能バルブアセンブリ１４１０を通じて試薬容
器１２１６ｋに押込み、試薬容器１２１６ｋでPCR_MIX2をＨＴ１と混合する。他の例では
、出口ポンプ１１１４を使用して、PCR_MIX3を回動可能バルブアセンブリ１４１０を通じ
て試薬容器１２１６ｋに押込み、試薬容器１２１６ｋでPCR_MIX3をＨＴ１と混合する。更
に他の例では、出口ポンプ１１１４を使用して、PCR_MIX4を回動可能バルブアセンブリ１
４１０を通じて試薬容器１２１６ｋに押込み、試薬容器１２１６ｋでPCR_MIX4をＨＴ１と
混合する。方法４８００は、ステップ４８６０に戻る。
ステップ４８８５において、ＨＴ１容器からの混合物をシークエンシング室へ引出し、
クラスタリング／シークエンシング法を実行する。例えば、試薬容器１２１６ｋはＨＴ１
、PCR_MIX1、PCR_MIX2、PCR_MIX3及びPCR_MIX4の混合物を目下保持しており、この混合物
を試薬容器１２１６ｋから引出して、シークエンシング供給チャンネル２２８に沿ってシ
ークエンシング室２５８に引き出す。その後、ＣＭＯＳ撮像センサ２６２を使用して、ク
ラスタリング／シークエンシング法を実行する。以上をもって方法４８００が終了する。
１つ以上の実施形態には、アクセス可能なバイオセンサアクティブ領域を有するＣＭＯ
Ｓフローセルを含むことができる。例えば、ＣＭＯＳフローセルを、使い捨ての消耗品と
して設計することができる。このことは、ＣＭＯＳフローセルを小型で安価なデバイスと
するのに有利となり得る。小型ＣＭＯＳフローセルにおいて、できるだけ多くのバイオセ
ンサアクティブ領域を使用することが重要である。しかしながら、原行のＣＭＯＳフロー
セルの設計では、バイオセンサアクティブ領域を１００％利用することができない。した
がって、ＣＭＯＳフローセルにおけるバイオセンサアクティブ領域をより一層利用できる
新たな方法が求められている。本明細書で説明する実施形態には、図６２から７５を参照
して以下示し説明するように、バイオセンサアクティブ領域の大部分又は最大約１００％
が試薬輸送及び照射のためにアクセス可能である、ＣＭＯＳフローセルを含むことができ
る。
図６２は、バイオセンサアクティブ領域の大部分又は最大約１００％が試薬輸送及び照
射のためにアクセス可能である、ＣＭＯＳフローセル４９００の例の側面図を示す。ＣＭ
ＯＳフローセル４９００は、例えば軟性ＰＣＢ基板である、ＰＣＢ基板４９１０を含む。
ＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０がＰＣＢ基板４９１０上に存在する。ＣＭＯＳバ
イオセンサデバイス４９２０はＣＭＯＳ撮像センサであり、ＣＭＯＳ撮像センサ上にバイ
オ層を含む。またラミネートフィルム４９３０が、ＰＣＢ基板４９１０上に、ＣＭＯＳバ
イオセンサデバイス４９２０を囲んで存在する。ラミネートフィルム４９３０を例えば、
エポキシ、ポリイミド又は他のプラスチックフィルム、シリコン、カプトン（登録商標）
及びビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）基板等から形成することができる。ＰＣＢ基板４
９１０及びラミネートフィルム４９３０を、軟性ＰＣＢ技術を使用して形成することがで
きる。ＰＣＢ平面に空洞を機械加工することによって、平坦化された表面を生み出すこと
もできる。
ラミネートフィルム４９３０の目的は、ＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０の周り
に、ＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０の上面と実質的に同一平面である、拡張され
た平面を提供することである。ある例では、ＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０のダ
イの厚さは約１００μｍである場合に、ラミネートフィルム４９３０の厚さは約１００μ
ｍ±約５μｍである。
ＰＣＢ基板４９１０とラミネートフィルム４９３０との間の細い隙間の、ＣＭＯＳバイ
オセンサデバイス４９２０の周りには、トレンチ又はチャンネル４９５０が形成される。
トレンチ又はチャンネル４９５０の幅を例えば、約１００μｍから約１０００μｍとする
ことができる。トレンチ又はチャンネル４９５０には、ＣＭＯＳバイオセンサデバイス４
９２０及びラミネートフィルム４９３０の両方にわたって実質的に連続した平面を形成す
るために、充填材４９５２が充填される。充填材４９５２は、ＣＭＯＳバイオセンサデバ
イス４９２０上で起きる反応を妨げない材料である。充填剤４９５２を例えば、紫外線（
ＵＶ）硬化性エポキシ又は熱硬化性エポキシ等とすることができる。
ＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０及びラミネートフィルム４９３０の上に、流れ
チャンネル４９４２が統合されるフローセル蓋４９４０が存在する。さらに、フローセル
蓋４９４０は、流れチャンネル４９４２に対する出入口ポートを提供する第１ポート４９
４４及び第２ポート４９４６を含む。フローセル蓋４９４０を、光透過性であり、解析検
出で使用されるスペクトル部分で自己蛍光が僅か又は自己蛍光しない材料から形成する。
当該材料を例えば環状オレフィン系共重合体（ＣＯＣ）とすることができるが、これに限
定されるものではない。フローセル蓋４９４０の全体の厚さを、例えば約３００ｍｍから
約１０００ｍｍとすることができる。フローセル蓋４９４０をラミネートフィルム４９３
０に接着する接着領域が、流れチャンネル４９４２の外側に存在する。低自家蛍光接着剤
によって接着することができる。
ＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０及びラミネートフィルム４９３０の両方にわた
って実質的に連続する平面が存在するため、フローセル蓋４９４０内の流れチャンネル４
９４２の領域を、ＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０の全体にわたって広がる寸法と
することができる。すなわち、フローセル蓋４９４０内の流れチャンネル４９４２の領域
は、バイオセンサアクティブ領域の約１００％に広がることができる。ある例では、ＣＭ
ＯＳバイオセンサデバイス４９２０のダイの寸法が約 8 mm x 9 mmである場合、アクティ
ブ領域は約 7 mm x 8 mmである。しかしながら、ＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０
のダイの寸法を例えば、最大約 25 mm x 25 mm とし、アクティブ領域を比例してより大
きくすることができる。
図６２は例えば、流れチャンネル４９４２を満たす試薬液４９５４を示す。ＣＭＯＳバ
イオセンサデバイス４９２０上の、流れチャンネル４９４２の試薬液４９５４で化学反応
が起こる。ＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０がフローセル蓋４９４０を通過して照
射されるときに、ＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０を用いて流れチャンネル４９４
２内で起きる化学反応を感知する。ＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０からの信号を
取得するために、ＰＣＢ基板４９１０を通る電気的接続（図示せず）を設ける。ＣＭＯＳ
フローセル４９００では、試薬輸送及び照射のために、ＣＭＯＳバイオセンサデバイス４
９２０のバイオセンサアクティブ領域の約１００％にアクセスすることができる。
図６３は、図６２に示すＣＭＯＳフローセル４９００の一具体化例の分解図を示す。図
６３は、ＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０がアクティブ領域４９２２を含むことを
示す。ＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０のアクティブ領域４９２２の外側の任意の
領域は非アクティブ領域４９２４である。例えばフリップチップ技術を使用して、ＣＭＯ
Ｓバイオセンサデバイス４９２０をＰＣＢ基板４９１０に取り付けることができる。さら
に、ラミネートフィルム４９３０は、ラミネートフィルム４９３０がＰＣＧ基板４９１０
に対して積層されたときに、ＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０を受け入れる寸法の
開口部又は窓４９３２を含む。ラミネートフィルム４９３０をＰＣＢ基板４９１０に積層
するのに先立って、ラミネートフィルム４９３０に開口部又は窓４９３２を設ける。フロ
ーセル蓋４９４０をラミネートフィルム４９３０に接着するときに、流れチャンネル４９
４２をＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０と実質的に位置合わせし、流れチャンネル
４９４２の領域がＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０の領域を越えて延在する。図６
３では、フローセル蓋４９４０を透明に示す。図６４及び６５はそれぞれ、図６３に示す
ＣＭＯＳフローセル４９００が完全に組立てられた際の斜視図及び側面図を示す。
図６６は、図６３、６４及び６５に示すＣＭＯＳフローセル４９００のフローセル蓋４
９４０の例の斜視図を示す。すなわち、図６６は、図６３、６４及び６５に示すＣＭＯＳ
フローセル４９００のフローセル蓋４９４０の上面斜視図及び底面斜視図を示す。この例
では、第１ポート４９４４及び第２ポート４９４６の直径を約７５０μｍとすることがで
きる。さらに、流れチャンネル４９４２の深さ又は高さを約１００μｍとすることができ
る。
図６７、６８、６９及び７０は、ＣＭＯＳフローセルにおいて拡張された平面をもたら
すプロセスの例を示す。当該平面上にフローセル蓋を取り付けることができる。
これから図６７を参照して、第１ステップでは、ラミネートフィルム４９３０及びＣＭ
ＯＳバイオセンサデバイス４９２０をＰＣＢ基板４９１０上に設ける。トレンチ又はチャ
ンネル４９５０がＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０の周りに存在する。ラミネート
フィルム４９３０の開口部又は窓４９３２が、ＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０よ
りもわずかに大きいために、トレンチ又はチャンネル４９５０が存在する。
図６８を参照して、次のステップでは、トレンチ又はチャンネル４９５０の上側を、例
えばトレンチ又はチャンネル４９５０に対して密着する構成の光透過性エラストマ４９６
０で密封する。エラストマ４９６０は光透過的であり、紫外光はエラストマ４９６０を通
過できる。エラストマ４９６０の目的は、充填に備えてトレンチ又はチャンネル４９５０
の上部を塞ぐことである。
図６９を参照して、次のステップでは、トレンチ又はチャンネル４９５０を、例えばＰ
ＣＢ基板４９１０の貫通孔４９１６の組を使用して、充填材４９５２で充填する。充填材
４９５２は例えば紫外線硬化性エポキシであり、この構成がエラストマ４９６０を光透過
的とする理由である。
図７０を参照して、次のステップでは、充填材４９５２を硬化させた後に、エラストマ
４９６０を取り除いて、フローセル蓋（例えばフローセル蓋４９４０）を受け止めるフロ
ーセルにおいて実質的に連続する平面が目下現われる。
図７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ及び７１Ｄは、その上にフローセル蓋を取り付けることがで
きる、ＣＭＯＳフローセルにおいて拡張された平面をもたらすプロセスの他の例を示す。
これから図７１Ａを参照して、第１ステップでは、ＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９
２０をＰＣＢ基板４９１０上に設ける。
図７１Ｂを参照して、次のステップでは、ＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０及び
ＰＣＢ基板４９１０の周りに、鋳型５５１０（例えばクラムシェル型鋳型）を設置する。
鋳型５５１０は、ＰＣＢ基板４９１０上のＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０周りに
、スペース又は隙間５５１２をもたらす。
図７１Ｃを参照して、次のステップでは、例えば低圧射出成形プロセス又は反応射出成
形プロセスを使用して、鋳型５５１０のスペース又は隙間５５１２を充填材４９５２（例
えば紫外線硬化性又は熱硬化性エポキシ）で充填する。
図７１Ｄを参照して、次のステップでは、充填材４９５２を硬化させ、鋳型５５１０を
外すと、フローセル蓋（例えばフローセル蓋４９４０）を受け止めるフローセルにおいて
実質的に連続する平面が目下現われる。
図７２、７３、７４及び７５は、その上にフローセル蓋を取り付けることができる、Ｃ
ＭＯＳフローセルにおいて拡張された平面をもたらすプロセスの更に他の例を示す。
これから図７２を参照して、第１ステップでは、ＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２
０をＰＣＢ基板４９１０上に設ける。また、機械的材片５９１０をＰＣＢ基板４９１０上
のＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０の一端部に設ける。同様に、機械的材片５９１
２をＰＣＢ基板４９１０上のＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０の他端部に設ける。
機械的材片５９１０及び５９１２を例えばブランクシリコン（blank silicon）、ガラス
又はプラスチックとすることができる。トレンチ又はチャンネル５９１４が、機械的材片
５９１０とＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０との間に存在する。他のトレンチ又は
チャンネル５９１４が、機械的材片５９１２とＣＭＯＳバイオセンサデバイス４９２０と
の間に存在する。
図７３を参照して、次のステップでは、バリア５９１６のセットをトレンチ又はチャン
ネル５９１４の端部に設ける。例えば、充填に備えて、バリア５９１６ａ及び５９１６ｂ
はトレンチ又はチャンネル５９１４の両端部を塞ぎ、バリア５９１６ｃ及び５９１６ｄは
他のトレンチ又はチャンネル５９１４の両端部を塞ぐ。
図７４を参照して、次のステップでは、トレンチ又はチャンネル５９１４を充填材４９
５２（紫外線硬化性エポキシ又は熱硬化性エポキシ等）で満たす。充填剤４９５２は、バ
リア５９１６ａとバリア５９１６ｂとの間、及びバリア５９１６ｃとバリア５９１６ｄと
の間に留まる。
図７５を参照して、次のステップでは、充填材４９５２を硬化させると、フローセル蓋
（例えばフローセル蓋４９４０）を受け止めるフローセルにおいて実質的に連続する平面
が目下現われる。
本開示の様々な態様を、方法、システム、コンピュータ可読媒体及び／又はコンピュー
タプログラム製品として具体化できることを理解できる。本開示の態様は、ハードウェア
の実施形態、（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む）ソフトウ
ェアの実施形態、又は、本明細書で一般に「回路」、「モジュール」又は「システム」と
呼ばれる、ソフトウェア及びハードウェアの態様を組み合わせた実施形態の形態をとるこ
とができる。さらに、本開示の方法は、コンピュータ使用可能記憶媒体で具体化されたコ
ンピュータ使用可能プログラムコードを有する、コンピュータ使用可能記憶媒体のコンピ
ュータプログラム製品の形態をとることができる。
任意の適切なコンピュータ使用可能媒体を、本開示のソフトウェアの態様に対して使用
することができる。コンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ読取可能媒体を、例えば
電子的、磁気的、光学的、電磁気的、赤外的又は半導体の、システム、機器、デバイス又
は伝達媒体とすることができるが、これらに限定されるものではない。コンピュータ読取
可能媒体は、一時的及び／又は非一時的な実施形態を含むことができる。コンピュータ読
取可能媒体のより具体的な例（非包括的なリスト）には、一本以上のワイヤを含む電気的
接続、ポータブルコンピュータのディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモ
リ（ＲＡＭ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルROM（ＥＰＲＯＭ又
はフラッシュメモリ）、光ファイバ、ポータブル読取専用コンパクト記憶ディスク（ＣＤ
ＲＯＭ）、光記憶装置、例えばインターネット若しくはイントラネットを維持する伝送媒
体又は磁気記憶装置の一部又は全部を含むことができるが、これらに限定されるものでは
ない。なお、コンピュータ使用可能又はコンピュータ読取可能媒体を、プログラムが印刷
された、紙又は他の適切な媒体とすることさえもできる。これは、例えば紙又は他の媒体
を光学読み取りすることで、当該プログラムを電気的に取り込み、コンパイルし、解釈し
又は適切な方法で処理し、その後必要に応じてコンピュータのメモリ内に格納することが
できるからである。本明細書の文脈において、コンピュータ使用可能媒体又はコンピュー
タ読取可能媒体を、命令実行システム、機器若しくはデバイスが使用する又はこれらに関
連する、プログラムを含む、格納する、伝達する若しくは伝送することができる任意の媒
体とすることができる。
本明細書で説明する方法及び機器の作業を実行するプログラムコードを、オブジェクト
指向プログラミング言語（Jave、Smalltalk又はC++等）で記述することができる。しかし
ながら、本明細書で説明する方法及び機器の作業を実行するプログラムコードを、従来の
手続き型プログラミング言語（例えば“Ｃ”プログラミング言語又は類似のプログラミン
グ言語）で記述することもできる。プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又は
プログラムコードを実行する他の構成要素によって、プログラムコードを実行することが
できる。プログラムコードを単に、メモリ（例えば上述したコンピュータ読取可能媒体）
に格納されるソフトウェアアプリケーションと呼ぶことができる。プログラムコードは、
プロセッサ（又は任意のプロセッサ制御デバイス）にグラフィカルユーザーインターフェ
ース（「ＧＵＩ」）を生成させることができる。グラフィカルユーザーインターフェース
をディスプレイ装置に視覚的に生成することができ、またグラフィカルユーザーインター
フェースは可聴式となる構成を備えることもできる。しかしながら、プログラムコードは
、任意のプロセッサ制御デバイス（例えばコンピュータ、サーバ、携帯情報端末、電話、
テレビジョン、又はプロセッサ及び／若しくはデジタル信号プロセッサを利用する任意の
プロセッサ制御デバイス）で動作することができる。
プログラムコードをローカルで及び／又はリモートで実行することができる。プログラ
ムコードを例えば、プロセッサ制御デバイスのローカルメモリに完全に又は部分的に格納
することができる。しかしながら、プログラムコードを少なくとも部分的に遠隔に格納し
アクセスし、プロセッサ制御デバイスにダウンロードすることができる。ユーザのコンピ
ュータは例えば、プログラムコードを完全に実行することができ、又はプログラムコード
を部分的にのみ実行することができる。プログラムコードを、ユーザのコンピュータに少
なくとも部分的に存在する、及び／若しくは、リモートコンピュータで部分的に実行する
、又はリモートコンピュータ若しくはサーバで完全に実行する、スタンドアローンのソフ
トウェアパッケージとすることができる。後者のシナリオでは、通信ネットワークを通じ
て遠隔のコンピュータをユーザのコンピュータに接続することができる。
本明細書で説明する方法及び装置を、ネットワーキング環境の有無に関わらず適用する
ことができる。通信ネットワークを、無線周波数ドメイン及び／又はインターネットプロ
トコル（ＩＰ）ドメインで動作するケーブルネットワークとすることができる。しかしな
がら、通信ネットワークは、インターネット（あるいはワールドワイドウェブとして知ら
れているもの）、イントラネット、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）及び／又は広
域ネットワーク（ＷＡＮ）等の分散コンピューティングネットワークを含むこともできる
。通信ネットワークは、同軸ケーブル、銅線、光ファイバーライン及び／又はハイブリッ
ド同軸ラインを含むことができる。通信ネットワークは、電磁スペクトルの任意の部分、
及び任意の信号標準方式（例えばIEEE 802標準ファミリ、GSM/CDMA/TDMA又は任意の無線
規格及び／又はＩＳＭバンド）を利用する無線部分を含むことさえできる。通信ネットワ
ークは、信号が電気配線によって伝達される、パワーライン部を含むことさえできる。本
明細書で説明する方法及び装置を、物理的な構成部分、物理的な構成又は通信規格に関わ
らず、任意の無線／有線通信ネットワークに適用することができる。
本開示の特定の態様を、様々な方法及び方法のステップに関して説明する。それぞれの
方法のステップをプログラムコード及び／又は機械語命令によって実装できることを理解
するであろう。プログラムコード及び／又は機械語命令は、当該方法で特定される機能／
行為を実装する手段を与えることができる。
プロセッサ、コンピュータ又は他のプログラム可能なデータ処理機器に、コンピュータ
読取可能メモリに格納されたプログラムコードが当該方法のステップの様々な態様を実装
する命令手段を含む製品を製造又は変形するような特定の方法で動作するよう指示するこ
とができる、プログラムコードを、コンピュータ読取可能メモリに格納することもできる
。
プログラムコードをコンピュータ又は他のプログラム可能なデータ処理機器にロードし
て、一連の動作ステップを実施して、プログラムコードが本開示の方法で特定された様々
な機能／行為を実装するステップをもたらすように、プロセッサ／コンピュータに実装さ
れた処理を生じさせることもできる。
一実施形態では、カートリッジハウジングを有する取外可能カートリッジを備えるシス
テムが提供される。取外可能カートリッジは、カートリッジハウジング内に配置される流
体ネットワークも含む。流体ネットワークは、生物試料を受け入れ流体的に送り、試料解
析又は試料調製の少なくとも一方を行うように構成される。取外可能カートリッジは、流
体ネットワークに動作可能に接続され、流体ネットワークに対して相対移動可能であり、
流体ネットワークを通る生物試料の流量を制御する流量制御バルブも含む。カートリッジ
ハウジングは、取外可能カートリッジの外面を画定するとともに流量制御バルブの動作に
対するアクセスを可能とするハウジング面を含む。システムは、取外可能カートリッジの
ハウジング面に分離可能に係合するように構成される制御面を有する基礎器具も含む。ハ
ウジング面及び制御面は合わせてシステムインタフェースを定める。基礎器具はシステム
インタフェースを通じて流量制御バルブに係合するバルブアクチュエータを含む。取外可
能カートリッジは、取外可能カートリッジ又は基礎器具の少なくとも一方によって保持さ
れる検出アセンブリも含む。検出アセンブリは、撮像検出器、及び流体ネットワークと流
体連通する反応室を含む。撮像検出器は反応室内の指定の反応を検出するように構成され
る。
一態様では、本明細書で説明する基礎器具の制御面及び本明細書で説明する取外可能カ
ートリッジのハウジング面は、全体的に平坦であるとともに互いに向かい合う。システム
インタフェースを、基礎器具及び取外可能カートリッジがハウジング面及び制御面のみを
通じて動作可能に互いに結合する単面インタフェースとすることができる。任意に、基礎
器具及び取外可能カートリッジがシステムインタフェースにおいてシステムインタフェー
スを通じてもたらされる、流体的結合、電気的結合又は熱的結合の少なくとも１つによっ
て互いに固定されるように、基礎器具及び取外可能カートリッジは動作可能に結合するこ
とができる。
他の態様では、重力に関して、本明細書で説明する基礎器具の制御面は基礎器具の上面
を表すことができ、取外可能カートリッジが、基礎器具に据わり、基礎器具によって支持
される。
他の態様では、本明細書で説明する基礎器具のバルブアクチュエータは、ハウジング面
を通ってカートリッジ内へ延在する、細長いアクチュエータ本体を含むことができる。
他の態様では、本明細書で説明する取外可能カートリッジの流量制御バルブは、制御面
を通って基礎器具内へ延在する、細長いアクチュエータ本体を含むことができる。
他の態様では、本明細書で説明する基礎器具は、制御面に対して反対方向を向く器具面
を有することができる。基礎器具及び取外可能カートリッジの結合部の寸法を、基礎器具
における、制御面と器具面との間に延在する器具の寸法よりも大きくすることができる。
他の態様では、取外可能カートリッジ及び基礎器具のそれぞれは、電気的接点の接点ア
レイを含むことができる。接点アレイを、システムインタフェースにおいて互いに電気的
に結合することができる。
他の態様では、本明細書で説明する取外可能カートリッジのハウジング面を第１ハウジ
ング面とすることができ、カートリッジハウジングは第２ハウジング面を含むこともでき
る。第１ハウジング面及び第２ハウジング面は異なる方向を向く。システムインタフェー
スは、基礎器具及び取外可能カートリッジが第１ハウジング面及び第２ハウジング面のそ
れぞれに沿って動作可能に互いに結合する複面インタフェースである。
任意に、本明細書で説明する取外可能カートリッジの第１ハウジング面及び第２ハウジ
ング面が互いに全体的に直角をなすことができる。基礎器具は、直交する方向を向くとと
もに基礎器具のオープンサイドの凹部を形成する、第１制御面及び第２制御面を含む器具
ハウジングを有することができる。取外可能カートリッジの少なくとも一部はオープンサ
イドの凹部内に配置され、第１ハウジング面及び第２ハウジング面が第１制御面及び第２
制御面に係合することができる。
ある態様では、本明細書で説明する基礎器具のバルブアクチュエータは、システムイン
タフェースを通って第１ハウジング面と第２制御面との間で延在する細長い本体を含むこ
とができる。第２ハウジング面及び第２制御面はそれぞれ電気的接点の接点アレイを含む
ことができる。それぞれの接点アレイをシステムインタフェースに沿って互いに電気的に
結合することができる。
他の態様では、本明細書で説明する取外可能カートリッジの第１ハウジング面及び第２
ハウジング面は全体的に反対方向を向く。基礎器具は器具面と器具面に対して開口するカ
ートリッジ受け入れスロットとを有することができる。取外可能カートリッジをカートリ
ッジ受け入れスロット内に配置することができる。
他の態様では、取外可能カートリッジ及び基礎器具は、第１ハウジング面に沿って流体
的に結合され、第２ハウジング面に沿って電気的に結合される。任意に、基礎器具は、第
１ハウジング面又は第２ハウジング面の少なくとも一方に係合して、取外可能カートリッ
ジを基礎器具内に保持するロッキング機構を含む。
他の態様では、取外可能カートリッジ及び基礎器具のそれぞれは流れポートを含むこと
ができる。それぞれの流れポートはシステムインタフェースにおいて互いに流体的に結合
する。
他の態様では、本明細書で説明するシステムは、取外可能カートリッジ又は基礎器具の
少なくとも一方に取付けられるロッキング機構を更に含むことができる。ロッキング機構
はカートリッジハウジングを基礎器具に取外可能に固定するように構成される。
他の態様では、基礎器具は本明細書で説明するシステムの撮像検出器を保持することが
でき、取外可能カートリッジは反応室を保持することができる。
他の態様では、本明細書で説明する取外可能カートリッジの流量制御バルブは流体ネッ
トワークを通る生物試料の流量を制御するように構成される軟性薄膜を含むことができる
。バルブアクチュエータは軟性薄膜を第１の状態と第２の状態との間で曲げることができ
る。
他の態様では、本明細書で説明する取外可能カートリッジのカートリッジハウジングの
ハウジング面は、ハウジング面を通るとともにバルブアクチュエータを受け入れるアクセ
ス開口部を含むことができる。
他の態様では、本明細書で説明する基礎器具の流量制御バルブは流体ネットワークを通
る流体の流量を制御するように構成される回動可能バルブを含むことができる。バルブア
クチュエータは回動可能バルブを回動することができる。
他の態様では、本明細書で説明する基礎器具はサーマルブロックを含むことができ、カ
ートリッジハウジングの流体ネットワークは、生物試料により指定の反応が起こる試料チ
ャンネルを含むことができる。ハウジング面は、試料チャンネルに沿って延びるとともに
試料チャンネルの温度を変えるためのサーマルブロックを受け入れるように構成されるア
クセス開口部を含むことができる。
他の態様では、本明細書で説明する取外可能カートリッジの流体ネットワークは複数の
チャンネルと貯蔵モジュールとを含むことができる。貯蔵モジュールは、試料調製又は試
料解析の少なくとも一方のために使用される試薬を貯蔵する複数の容器を含むことができ
る。
他の態様では、本明細書で説明する基礎器具は、バルブアクチュエータの動作を制御し
て、流体ネットワークを通る生物試料の流量を制御するように構成される、バルブ制御モ
ジュールを有するシステムコントローラを含む。
一実施形態では、核酸の配列を決定する方法が提供される。核酸の配列を決定する方法
は、カートリッジハウジング、カートリッジハウジング内に配置される流体ネットワーク
、及び流体ネットワークに動作可能に結合されるとともに流体ネットワークに対して相対
移動可能である流量制御バルブを有する、取外可能カートリッジを設ける設置ステップを
含む。カートリッジハウジングは、取外可能カートリッジの外面を画定するハウジング面
を含む。核酸の配列を決定する方法は、取外可能カートリッジを基礎器具に接触させる接
触ステップも含む。取外可能カートリッジのハウジング面が基礎器具の制御面に分離可能
に係合して、共同してシステムインタフェースを定める。基礎器具は、システムインタフ
ェースを通じて流量制御バルブに係合するバルブアクチュエータを備える。核酸の配列を
決定する方法は、生物試料を取外可能カートリッジの流体ネットワークを通じて流体的に
流し、試料解析又は試料調製の少なくとも一方を取外可能カートリッジで行う流動ステッ
プも含む。生物試料を反応室内へ流し、生物試料の流れを流量制御バルブに係合するバル
ブアクチュエータの動作によって制御する。核酸の配列を決定する方法は、反応室に向け
た撮像検出器を用いて、生物試料を検出する検出ステップも含み、検出アセンブリは取外
可能カートリッジ又は基礎器具の少なくとも一方によって保持される。
ある態様では、本明細書で説明する方法は、取外可能カートリッジを基礎器具から取り
外す取外ステップを含むこともできる。第２の取外可能カートリッジを基礎器具と機能的
に結合させることによって、取外可能カートリッジを交換することができる。いくつかの
取外可能カートリッジを、基礎器具と順次結合することができる。取外可能カートリッジ
が基礎器具と結合している間に、取外可能カートリッジを用いて試料を調製及び／又は解
析し、その後基礎器具から取外す。
それゆえに、核酸の配列を決定する方法は、第２の取外可能カートリッジを基礎器具と
接触させるステップを更に含むことができ、第２の取外可能カートリッジのハウジング面
が、基礎器具の制御面に分離可能に係合して、共同してシステムインタフェースを定める
。
他の態様では、本明細書で説明する方法は、取外可能カートリッジを基礎器具から取外
すステップを含む。任意に、核酸の配列を決定する方法は、第２の取外可能カートリッジ
を基礎器具と接触させるステップを含み、第２の取外可能カートリッジのハウジング面は
、基礎器具の制御面に分離可能に係合して、共同してシステムインタフェースを定める。
本明細書で説明する方法の他の態様では、単一の取外可能カートリッジにおいて、流動
ステップと撮像ステップとを順番通り複数回繰り返す。
他の態様では、本明細書で説明する方法は、生物試料を流体ネットワークの試料調製領
域に密封する密封ステップと、密封ステップの間に生物試料を増幅する増幅ステップと、
を含む。
他の態様では、本明細書で説明する方法で使用される流量制御バルブは、複数バルブポ
ートの間で延びる少なくとも１つの流れチャンネルを有する可動バルブを含み、バルブア
クチュエータは、可動バルブを異なる位置の間で移動させるように構成される。
他の態様では、生物試料が流れチャンネルを通って反応室へ流れるときに、本明細書で
説明する方法で使用される可動バルブが試料位置に存在しており、当該方法は、可動バル
ブを成分位置に移動させ、試薬を流れチャンネルを通って反応室へ流すステップを更に含
み、反応室内で試薬は生物試料と反応する。
本明細書で説明する方法の他の態様では、成分位置は、複数の成分位置を含み、当該方
法は、既定のシーケンスに従って可動バルブを複数の成分位置の間で移動させて、異なる
試薬を反応室内へ流すステップを更に含む。
他の態様では、本明細書で説明する方法で使用される生物試料は核酸を含み、既定のシ
ーケンスはSequencing By Synthesis（ＳＢＳ）プロトコールに従う。
他の態様では、本明細書で説明する方法で使用されるフローセルは反応室を含む。生物
試料はフローセルの１つ以上の表面に固定化される。
一実施形態では、カートリッジハウジングであり、カートリッジハウジングの外面に開
口するとともに生物試料を受け入れるように構成される試料ポートを有するカートリッジ
ハウジングを備える取外可能カートリッジが提供される。カートリッジハウジングは、電
気的接点のアレイ及び外面に露出する機械的インタフェースを有する。カートリッジハウ
ジングは、基礎器具に取外可能に結合するように構成される。取外可能カートリッジは、
複数のチャンネル、反応室及び貯蔵モジュールを有する流体ネットワークを含むこともで
きる。貯蔵モジュールは試薬を貯蔵する複数の容器を含む。流体ネットワークは試薬を容
器から反応室に送るように構成され、機械的インタフェースは流体ネットワークに対して
相対移動して流体ネットワークを通る流体の流量を制御することができる。システムは、
カートリッジハウジング内に配置されるとともに反応室内の指定の反応を検出するように
位置付けられる撮像デバイスも含む。撮像デバイスは、基礎器具と通信するために電気的
接点のアレイに電気的に結合する。機械的インタフェースを、取外可能カートリッジが基
礎器具に結合しているときに、基礎器具によって移動されるように構成することができる
。
ある態様では、本明細書で説明する取外可能カートリッジの機械的インタフェースは、
流体ネットワークのチャンネルの１つを通る流体の流量を制御するように構成されるチャ
ンネルバルブを含むことができる。
他の態様では、本明細書で説明する取外可能カートリッジのカートリッジハウジングは
、機械的インタフェースに対するアクセスを可能にするアクセス開口部を含むことができ
る。任意に、機械的インタフェースは回動可能バルブを含む。
他の態様では、本明細書で説明する取外可能カートリッジのカートリッジハウジングは
外面に露出するアクセス開口部を含むことができ、チャンネルは試料ポートと流体連通す
る試料チャンネルを含む。アクセス開口部は試料チャンネルに沿って延びることができる
とともに試料チャンネルの温度を制御するサーマルブロックを受け入れるように構成され
得る。
他の態様では、本明細書で説明する取外可能カートリッジのカートリッジハウジングは
外面に露出する流体的結合ポートを含むことができ、流体的結合ポートは流体ネットワー
クと流体連通する。流体的結合ポートは器具ポートに係合して器具ポートを通る流体を受
け入れるように構成される。
他の態様では、本明細書で説明する取外可能カートリッジのカートリッジハウジングは
、反対方向を向く第１ハウジング面及び第２ハウジング面を含むことができる。第１ハウ
ジング面は電気的接点のアレイを含むことができる。第２ハウジング面は機械的インタフ
ェースを含むことができる。
他の態様では、取外可能カートリッジは、カートリッジハウジングに取付けることがで
きるロッキング機構も備える。ロッキング機構はカートリッジハウジングを基礎器具に取
外可能に固定するように構成され得る。
一実施形態では、カートリッジハウジングであり、カートリッジハウジングの外面に開
口するとともに生物試料を受け入れるように構成される試料ポートを有するカートリッジ
ハウジングを含む取外可能カートリッジが提供される。取外可能カートリッジは、カート
リッジハウジング内に配置される回動可能バルブを含むこともできる。回動可能バルブは
、流体面及び流体面で開口する複数のバルブポートを有する。回動可能バルブは、複数の
バルブポートの間で延びる少なくとも１つの流れチャンネルを有し、回動可能バルブは異
なる回動位置の間で回動可能である。取外可能カートリッジは、回動可能バルブの流体面
に摺動可能に結合する本体面を有する微少流体本体を含むこともできる。微少流体本体は
、少なくとも部分的に流体ネットワークを画定することもできる。流体ネットワークは、
試料ポートと流体連通する試料チャンネルを含む。試料チャンネルは、微少流体本体の本
体面に開口するネットワークポートを有する。流体ネットワークは、試薬を保持するよう
に構成される容器を含むこともできる。容器は、微少流体本体の流体面に開口する容器ポ
ートと流体連通する。流体ネットワークは、流体ネットワークの反応室と流体連通する供
給チャンネルも含む。供給チャンネルは、微少流体本体の本体面に開口する供給ポートを
有する。回動可能バルブは、第１回動位置と第２回動位置との間で回動するように構成さ
れる。回動可能バルブが第１回動位置に存在するときに、ネットワークポートは供給ポー
トに回動可能バルブを通じて流体的に結合される。回動可能バルブが第２回動位置に存在
するときに、容器ポートは供給ポートに回動可能バルブを通じて流体的に結合される。
ある態様では、本明細書で説明する取外可能カートリッジのカートリッジハウジングは
、基礎器具と係合するように構成される外側面を有することができる。回動可能バルブは
、外側面でアクセス可能であるとともに基礎器具に係合するように構成される機械的イン
タフェースを含むことができる。
他の態様では、本明細書で説明する取外可能カートリッジにおいて、吸引力が液体試料
を供給ポートに向かって引き寄せるときに、回動可能バルブは第１回動位置において液体
試料を受け入れるように構成され得る。変位力が液体試料を供給ポートから容器内へ押込
むときに、回動可能バルブは第２回動位置において液体試料を容器内へ変位させるように
構成され得る。
他の態様では、本明細書で説明する取外可能カートリッジの回動可能バルブが軸線周り
に回動する。供給ポートを軸線と位置合わせすることができる。
一実施形態では、カートリッジハウジングであり、カートリッジハウジングの外面に開
口するとともに生物試料を受け入れるように構成される試料ポートを有するカートリッジ
ハウジングを含む取外可能カートリッジが提供される。カートリッジハウジングは、基礎
器具を向くとともに基礎器具に取外可能に結合するように構成される結合面を含むことが
できる。取外可能カートリッジは、カートリッジハウジング内に配置される流体ネットワ
ークも含む。流体ネットワークは、試料ポートと流体連通する試料チャンネルを含む。取
外可能カートリッジは、第１位置と第２位置との間で移動するように構成される軟性部材
を有するチャンネルバルブも含む。軟性部材は、第１位置において試料チャンネルを通る
流れを塞ぎ、第２位置において試料チャンネルを通る流れを許容する。カートリッジハウ
ジングの結合面は、チャンネルバルブをカートリッジハウジングの外面に露出させるアク
セス開口部を含む。アクセス開口部は、軟性部材を第１位置と第２位置との間で移動させ
る基礎器具のアクチュエータを受け入れるように構成される。
他の態様では、本明細書で説明する取外可能カートリッジの軟性部材は、流体ネットワ
ークの内側空洞を覆う軟性層を含むことができる。軟性層は、内側空洞内に押込まれて内
側空洞を通る流れを塞ぐように構成され得る。
他の態様では、取外可能カートリッジはカートリッジハウジング内に配置される回動可
能バルブも備える。回動可能バルブは異なる位置の間で回動して流体ネットワークの流路
を変えるように構成される。回動可能バルブは結合面に沿ってアクセスできる機械的イン
タフェースを含むことができる。
他の態様では、本明細書で説明する取外可能カートリッジの流体ネットワークは、試料
チャンネルと流体連通するネットワークポートと、反応室と流体連通する供給ポートと、
試薬を貯蔵するように構成される容器と流体連通する容器ポートとを含むことができる。
取外可能カートリッジはカートリッジハウジング内に配置される回動可能バルブを備える
こともできる。回動可能バルブは、第１回動位置に存在するときに供給ポート及びネット
ワークポートを流体的に結合し、第２回動位置に存在するときに供給ポート及び容器ポー
トを流体的に結合することができる。
他の態様では、本明細書で説明する取外可能カートリッジの結合面を第１結合面とする
ことができ、取外可能カートリッジは第２結合面を含むことができる。第１結合面及び第
２結合面は反対方向を向く。第２結合面は基礎器具に機械的、流体的又は熱的に係合する
ように構成される。
一実施形態では、取外可能カートリッジに係合するように構成される制御面を有するシ
ステムハウジングを備える基礎器具が提供される。基礎器具は、取外可能カートリッジの
回動可能バルブに係合するように構成される回動モータも備える。基礎器具は更に、取外
可能カートリッジのチャンネルバルブに係合するように構成されるアクチュエータと、取
外可能カートリッジに電気的に連結するように構成される電気的接点のアレイとを備える
。基礎器具は、回動モータ及びアクチュエータを制御して、取外可能カートリッジ内でア
ッセイプロトコールを行うように構成されるシステムコントローラも備える。システムコ
ントローラは、取外可能カートリッジから電気的接点のアレイを通じて撮像データを受取
るように構成される。任意に、基礎器具は、取外可能カートリッジの一部を加熱するサー
マルブロックを備える。
一実施形態では、カートリッジハウジングであり、カートリッジハウジングの外面に開
口するとともに生物試料を受け入れるように構成される試料ポートを有するカートリッジ
ハウジングを備える取外可能カートリッジが提供される。カートリッジハウジングは、基
礎器具を向くとともに基礎器具に取外可能に結合するように構成される結合面を含む。取
外可能カートリッジは、カートリッジハウジング内に配置される微少流体本体も含む。微
少流体本体は、本体面を有し、流体ネットワークを含む。流体ネットワークは、複数の分
離したチャンネル、及び本体面のバルブ受入領域で開口する対応ポートを有する。取外可
能カートリッジは、カートリッジハウジング内に配置される回動可能バルブも備える。回
動可能バルブは、流体面、及び複数のバルブポートの間で延びる少なくとも１つの流れチ
ャンネルを有する。バルブポートは流体面に開口する。流体面を、微少流体本体の本体面
のバルブ受入領域に回動可能に結合し、回動可能バルブは異なる回動位置の間を移動して
、分離したチャンネルに流体的に結合することができる。回動可能バルブは結合面に沿っ
てアクセス可能であるとともに基礎器具に係合するように構成される機械的インタフェー
スを有し、基礎器具は回動可能バルブを制御する。
一実施形態では、カートリッジハウジングであり、カートリッジハウジングの外面に開
口するとともに生物試料を受け入れるように構成される試料ポートを有するカートリッジ
ハウジングを備える取外可能カートリッジが提供される。カートリッジハウジングは、基
礎器具に取外可能に結合するように構成される結合面を有する。取外可能カートリッジは
、カートリッジハウジング内に配置されるとともに、複数の積層プリント基板（ＰＣＢ）
層を含む微少流体構造体も備える。プリント基板層が積層されているときにプリント基板
層はチャンネル及び反応室を画定する流体制御層を含む。プリント基板層は配線層も含む
。取外可能カートリッジは、微少流体構造体に装着されるように構成され、配線層に電気
的に結合されるＣＭＯＳ撮像素子も備える。ＣＭＯＳ撮像素子は、反応室内の指定の反応
を検出する方向を向く。
ある態様では、取外可能カートリッジは、カートリッジハウジングの外面に露出する入
出力（Ｉ／Ｏ）接点を含む。入出力接点は、ＣＭＯＳ撮像素子に電気的に結合することが
できる。
ある態様では、本明細書で説明する取外可能カートリッジの微少流体構造体はチャンネ
ルバルブを含み、チャンネルバルブの少なくとも一部はプリント基板によって画定される
。チャンネルバルブは、作動してチャンネルの１つを通る流れを塞いだり通したりするよ
うに構成される。
本明細書で用いる場合、単語 “a” 又は “an” に続いて単数形で記載される構成要
素又はステップは、当該構成要素又はステップが複数存在することを除外すると明記され
ていない限り、当該構成要素又はステップが複数存在することを除外すると理解すべきで
はない。なお、「一実施形態」との記載は、記載された構成も組込まれる付加的な実施形
態の存在を除外するように解釈されることを意図するものではない。さらに、特定の特性
を持つ１つ以上の構成要素を「備える」又は「有する」実施形態は、当該特性の有無に関
わらず、付加的な構成要素を含まないと明記されていない限り、付加的な構成要素を含む
ことができる。
なお、図示された実施形態の構成要素の特定の配置（例えば数、種類又は位置等）を、
様々な代替的実施形態において変更することができる。様々な実施形態において、様々な
数の所与のモジュール若しくはユニットを用いることができ、様々な種類の所与のモジュ
ール若しくはユニットを用いることができ、所与のモジュール若しくはユニットを追加す
ることができ、又は所与のモジュール若しくはユニットを省くことができる。
上述した説明は、例示的なものであり、限定的なものと解すべきではない。例えば、上
述した複数の実施形態（及び／又は当該実施形態の態様）を、互いに組み合わせて用いる
ことができる。さらに、様々な実施形態における教示に対して、当該教示の範囲から逸脱
せずに、多数の変形を行って特定の状況又は材料に適合させることができる。寸法、材料
の種類、様々な構成要素の向き、並びに本明細書で説明する様々な構成要素の数及び位置
は、特定の実施形態における限定要素を定めることを意図するものであり、決して限定す
ることを意図するものではなく、実施形態における単なる例示である。上述した説明を参
照して、特許請求の範囲の精神及び範囲内に存在する、多数の他の実施形態及び変形が当
業者にとって明らかである。したがって、特許権の権利範囲は、添付の特許請求の範囲に
関連して決定され、特許請求の範囲の均等物の十分な範囲にも及ぶ。
本明細書で用いる場合、「例示的な実施形態において」等の表現は、説明した実施形態
が単なる一例であることを意味する。当該表現は、実施形態に対する発明の主題を限定す
ることを意図するものではない。発明の主題の他の実施形態は、記載した構成又は構造を
含まないことがある。添付の特許請求の範囲において、用語「備える」、「であり（wher
ein）」の平易な英語の同等物として、用語「含む」及び「おいて(in which)」を使用す
る。さらに特許請求の範囲において、用語「第１」、「第２」及び「第３」等は単にラベ
ルとして使用され、当該用語の対象に数の要件を課すことを意図するものではない。さら
に、特許請求の限定は、表現 ”means for” を明確に使用して当該表現に続く更なる機
能における構造の記載が欠けている場合を除いて、ミーンズ・プラス・ファンクションの
フォーマットで記載されたものではなく、米国特許法１１２条（ｆ）項に基づいて解釈さ
れることを意図するものではない。

Claims (13)

  1. カートリッジハウジング（１１０）であり、前記カートリッジハウジングの外面に開口するとともに生物試料を受け入れるように構成される試料ポートを有し、前記外面に露出する電気的接点の接点アレイ及び機械的インタフェースを有し、基礎器具に取外可能に結合するように構成されるカートリッジハウジングと、
    複数のチャンネル、反応室及び貯蔵モジュールを含む流体ネットワーク（１０６）であり、前記複数のチャンネルは前記試料ポートと流体連通する試料チャンネル（５２６）を含み、前記貯蔵モジュールは試薬を貯蔵する複数の容器を含み、前記流体ネットワークは試薬を前記容器から前記反応室に送るように構成され、前記機械的インタフェースは前記流体ネットワークに対して相対移動して前記流体ネットワークを通る流体の流量を制御することができる、流体ネットワークと、
    前記カートリッジハウジング内に配置されるとともに前記反応室内の指定の反応を検出するように位置付けられ、前記基礎器具と通信するために電気的接点の前記接点アレイに電気的に結合する撮像デバイスと、
    第１層間部分及び第２層間部分を形成しつつ積み重ねられた第１層（５２１）及び第２層（５２３）と、
    を備える取外可能カートリッジであり、
    前記機械的インタフェースは、前記流体ネットワークの前記チャンネルの１つを通る前記流体の前記流量を制御するように構成されるチャンネルバルブを含み、
    前記チャンネルバルブは、第１位置と第２位置との間で移動するように構成される軟性部材を含み、
    前記試料チャンネルは、前記第１層間部分と、前記第１層間部分に連通する第１ポート（５３２）と、前記第１ポートに連通するバルブ空洞（５２８）と、前記バルブ空洞に連通する第２ポート（５３４）と、前記第２ポートに連通する前記第２層間部分と、を含み、
    前記軟性部材は、前記第１位置に存在するときに前記第１ポートを塞いで前記バルブ空洞を通る流れを制御し、前記第２位置に存在するときに前記第１ポートを開いて前記バルブ空洞を通る流れを許容し、
    前記軟性部材は、前記試料チャンネルの前記第１層間部分及び前記第２層間部分と反対側から前記バルブ空洞に対して移動可能であり、
    前記取外可能カートリッジが前記基礎器具に結合しているときに、前記機械的インタフェースは基礎器具によって移動されるように構成される、取外可能カートリッジ（５０４）。
  2. 前記カートリッジハウジングは、前記機械的インタフェースに対するアクセスを可能にするアクセス開口部を含む、請求項１に記載の取外可能カートリッジ。
  3. 前記機械的インタフェースは回動可能バルブを含む、請求項１に記載の取外可能カートリッジ。
  4. 前記カートリッジハウジングは前記外面に露出するアクセス開口部を含み、前記チャンネルは前記試料ポートと流体連通する試料チャンネルを含み、前記アクセス開口部は前記試料チャンネルに沿って延びるとともに前記試料チャンネルの温度を制御するサーマルブロックを受け入れるように構成される、請求項１に記載の取外可能カートリッジ。
  5. 前記カートリッジハウジングは前記外面に露出する流体的結合ポートを含み、前記流体的結合ポートは前記流体ネットワークと流体連通し、前記流体的結合ポートは器具ポートに係合して前記器具ポートを通る流体を受け入れるように構成される、請求項１に記載の取外可能カートリッジ。
  6. 前記カートリッジハウジングは、反対方向を向く第１ハウジング面及び第２ハウジング面を含み、前記第１ハウジング面は電気的接点の前記接点アレイを含み、前記第２ハウジング面は前記機械的インタフェースを含む、請求項１に記載の取外可能カートリッジ。
  7. 前記カートリッジハウジングに取付けられるロッキング機構を更に備え、前記ロッキング機構は前記カートリッジハウジングを前記基礎器具に取外可能に固定するように構成される、請求項１に記載の取外可能カートリッジ。
  8. 前記貯蔵モジュールは、Sequencing By Synthesis（ＳＢＳ）プロトコールを行うための試薬を含む、請求項１に記載の取外可能カートリッジ。
  9. カートリッジハウジングであり、前記カートリッジハウジングの外面に開口するとともに生物試料を受け入れるように構成される試料ポートを有し、基礎器具を向くとともに前記基礎器具に取外可能に結合するように構成される結合面を含む、カートリッジハウジングと、
    前記カートリッジハウジング内に配置されるとともに前記試料ポートと流体連通する試料チャンネルを含む流体ネットワークと、
    第１位置と第２位置との間で移動するように構成される軟性部材を含むチャンネルバルブと、
    第１層間部分及び第２層間部分を形成しつつ積み重ねられた第１層及び第２層と、を備える取外可能カートリッジであり、
    前記試料チャンネルは、前記第１層間部分と、前記第１層間部分に連通する第１ポートと、前記第１ポートに連通するバルブ空洞と、前記バルブ空洞に連通する第２ポートと、前記第２ポートに連通する前記第２層間部分と、を含み、
    前記軟性部材は、前記第１位置に存在するときに前記第１ポートを塞いで前記バルブ空洞を通る流れを制御し、前記第２位置に存在するときに前記第１ポートを開いて前記バルブ空洞を通る流れを許容し、
    前記軟性部材は、前記試料チャンネルの前記第１層間部分及び前記第２層間部分と反対側から前記バルブ空洞に対して移動可能であり、
    前記カートリッジハウジングの前記結合面は、前記チャンネルバルブを前記カートリッジハウジングの前記外面に露出させるアクセス開口部を含み、
    前記アクセス開口部は、前記軟性部材を前記第１位置と前記第２位置との間で移動させる前記基礎器具のバルブアクチュエータを受け入れるように構成される、取外可能カートリッジ。
  10. 前記軟性部材は、前記流体ネットワークの内側空洞を覆う軟性層を含み、前記軟性層は、前記内側空洞内に押込まれて前記内側空洞を通る流れを塞ぐように構成される、請求項９に記載の取外可能カートリッジ。
  11. 前記カートリッジハウジング内に配置される回動可能バルブを更に備え、前記回動可能バルブは異なる位置に回動して前記流体ネットワークの流路を変えるように構成され、前記回動可能バルブは前記結合面に沿って動作可能に利用できる機械的インタフェースを含む、請求項９に記載の取外可能カートリッジ。
  12. 前記流体ネットワークは、前記試料チャンネルと流体連通するネットワークポートと、反応室と流体連通する供給ポートと、試薬を貯蔵するように構成される容器と流体連通する容器ポートとを含み、
    前記取外可能カートリッジは前記カートリッジハウジング内に配置される回動可能バルブを更に備え、
    前記回動可能バルブは、第１回動位置に存在するときに前記供給ポート及び前記ネットワークポートを流体的に結合し、第２回動位置に存在するときに前記供給ポート及び前記容器ポートを流体的に結合する、請求項９に記載の取外可能カートリッジ。
  13. 前記結合面を第１結合面とし、前記取外可能カートリッジは第２結合面を含み、
    前記第１結合面及び前記第２結合面は反対方向を向き、前記第２結合面は前記基礎器具に機械的、流体的又は熱的に係合するように構成される、請求項９に記載の取外可能カートリッジ。
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