JP7218182B2 - カートリッジアセンブリ - Google Patents

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Description

関連出願
本願は、２０１６年１２月１４日に出願された米国仮特許出願第６２／４０８，６３１号及び２０１６年１２月８日に出願されたオランダ国特許出願第２０１７９５９号の優先権を主張するものであり、この仮出願は参照により全体が本明細書に組み入れられる。
生物学的又は化学的研究に使用される様々なプロトコルは多数の制御反応の実行を含む。それらの反応は、例えば適切な流体機器、光学機器及び電子機器を有する自動システムによって所定のプロトコルに従って実行することができる。これらのシステムは、例えばその後の使用のための生物学的又は化学的製品を生成するために又は試料を解析して試料のいくつかの性質／特性を検出するために使用することができる。いくつかの場合において試料を解析するとき、識別可能な標識（例えば、蛍光標識）を含む化学モイエティを試料が置かれているチャンバに送り、試料の別の化学モイエティに選択的に結合させることができる。これらの化学反応は、標識を放射線で励起し、標識からの光放射を検出することによって観察又は確認することができる。このような光放射は化学発光などの他の手段によって得ることもできる。
いくつかの既知のシステムはフローセルなどの流体装置を使用する。フローセルはフローセルの１つ以上の内面で規定されたフローチャネル（例えば、内部チャンバ）を含む。反応は内面に沿って行われ得る。フローセルは典型的には、フローチャネル内の試料を画像化する装置を含む光学アセンブリに隣接して配置される。光学アセンブリは対物レンズ及び／又は個体撮像装置（例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ）を含んでよい。いくつかの実施形態では、対物レンズは使用されず、個体撮像装置がフローチャネルを撮像するためにフローセルに直接隣接して配置される。
フローチャネルの撮像前に、試料と多くの反応を行う必要があり得る。例えば、合成によるシークエンシング（ＳＢＳ）技術では、フローチャネルの１つ以上の表面は架橋ＰＣＲにより形成される核酸集団（例えば、クローナルアンプリコン）のアレイを有する。核酸集団の生成後に、核酸は単鎖ＤＮＡ（ｓｓｔＤＮＡ）を得るために「線状化」される。シークエンシングのサイクルを完了するために、多数の反応成分が所定のスケジュールに従ってフローチャネルに流入する。例えば、各シークエンシングサイクルはｓｓｔＤＮＡを単一塩基で延長するために１つ以上のヌクレオチド（例えば、Ａ，Ｔ，Ｇ，Ｃ）をフローチャネルに流入することを含む。ヌクレオチドに付着した可逆ターミネータは、１つのヌクレオチドのみが１サイクルごとにｓｓｔＤＮＡにより組み込まれることを保証する。各ヌクレオチドは励起されたとき色（例えば、赤、緑、青等）を発する一意の蛍光標識を有する。新たに組み込まれたヌクレオチドによって、ヌクレオチド集団の画像が４つのチャネル（各蛍光標識につき１つ）において得られる。撮像後に、別の反応成分がフローチャネルに流入し、ｓｓｔＤＮＡから蛍光標識と可逆ターミネータを化学的に開裂する。このときｓｓｔＤＮＡは別のサイクルに対して準備ができた状態である。従って、多数の異なる反応成分が各サイクルに対してフローチャネルに供給される。単一のシークエンシングセッションは例えば１００、３００又はそれ以上の多数のサイクルを含み得る。
反応成分を含む流体は典型的には貯蔵装置（例えば、トレイまたはカートリッジ）に保持され、異なる流体が異なる貯蔵部に保持される。多数の反応成分及び多数のサイクルのために１つのセッション中に使用される流体の総量は極めて大量になり得る。実際には、いくつかの用途に対して、反応成分の全量を単一のカートリッジに供給することは実行不可能である。このような用途に対しては、大きなシステム又は多数のシステムを使用する、又は単一のシステムで多数のセッションを実行する必要がある。これらの解決方法は一部の環境において費用がかかり、不便であり、また不合理であり得る。
定義
本願で引用する全ての文献及び同様の資料、例えば限定されないが、特許、特許出願、論文、書籍、専門書、及びウェブページ等、はそれらの形式にかかわらず、参照によりそれらの全体が明示的に本明細書に組み入れられる。組み込まれる文献及び同様の資料の１つ以上が本願と相違又は矛盾するという場合には、
本明細書に使用される以下の用語は以下の示す意味を有する。
本明細書に記載する実施形態は、生物学的又は化学的解析における試料の所望の反応の検出に使用される様々なシステム、方法、アセンブリ、及び装置を含む。いくつかの実施形態では、所望の反応は光学アセンブリにより検出される光学信号を提供する。光学システムは標識からの光放出又は試料により反射又は屈折された伝達光であってよい。例えば、いくつかの実施形態は、ｓｓｔＤＮＡをフローセル内でシークエンシングするシークエンシングプロトコルを実行する又はその実行を促進するために使用し得る。特定の実施形態では、本明細書に記載する実施形態はシークエンシング用の関心試料を生成するために増幅プロトコルを実行することもできる。
本明細書に記載の実施形態は、化学的、電気的、物理的及び光学的特性の少なくとも１つに又は刺激に応答する物質の特性に変化を生じる所望の反応を起こすことができる。例えば、所望の反応は化学転換、化学変化、又は化学的相互作用であってよい。特定の実施形態では、所望の反応はイメージングシステムにより検出される。イメージングシステムは光学信号をセンサ（ＣＣＤ又はＣＭＯＳ）に導く光学アセンブリを含んでよい。しかしながら、他の実施形態では、イメージングシステムは光学信号を直接検出してもよい。例えば、フローセルはＣＭＯＳセンサに装着してよい。しかしながら、所望の反応は電気的特性の変化であってもよい。例えば、所望の反応は溶液内のイオン濃度の変化であってもよい。
代表的な反応は、限定されないが、化学反応、例えば、還元、酸化、添加、除去、転移、アミド化、エーテル化、又は置換；第１の化学物質が第２の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；発光；化学発光；など及び生物学的反応、例えば、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、酵素的触媒、受容体結合又はリガンド結合等、を含む。所望の反応は、例えば周囲溶液又は環境のｐＨの変化として検出可能なプロトンの添加又は除去であってもよい。
様々な実施形態は試料に反応成分を与えることを含む。本明細書で使用される「反応成分」又は「反応物質」は所望の反応を得るために使用し得る任意の物質を含む。例えば、反応成分は、試薬、酵素、試料、他の生体分子、及び緩衝溶液を含む。反応成分は典型的には反応サイト（例えば溶液内の又反応サイト内に固定化された、試料が位置するエリア）に送られる。反応成分は関心物質と直接又は間接的に相互作用してよい。
特定の実施形態では、所望の反応は光学アセンブリにより光学的に検出される。光学アセンブリは、互いに連携して光学信号をイメージング装置（例えば、ＣＣＤ，ＣＭＯＳ又は光電子増倍管）へと導く光学要素の光学列を含んでよい。しかし、代替実施形態では、試料領域を活性検出器に直接隣接して位置させ、該検出器が光学列を使用せずに所望の反応を検出するようにしてもよい。活性検出器は所定の容積又は面積内の所定の事象、特性、性質又は特徴を検出可能にしてよい。例えば、活性検出器は所定の容積又は面積の画像を取得可能にしてよい。活性検出器は所定の容積の溶液内のイオン濃度又は所定の面積に沿うイオン濃度を検出可能にしてよい。代表的な活性検出器は、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）（例えば、ＣＣＤカメラ）；光電子増倍管（ＰＭＴ）分子特性デバイス又は検出器、例えばナノポアを用いたもの；マイクロ回路構成、例えば参照により全体が本明細書に組み入れられる米国特許第７，５９５，８８３号明細書に開示されているもの；及び化学的にセンシティブな電界効果トランジスタ（ｃｈｅｍＦＥＴ）、イオンセンシティブ電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）、及び／又はメタルオキサイドセミコンダクタ電界効果トランジスタ（ＭＯＦＥＴ）などの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を有するＣＭＯＳ製センサ、を含む。
本明細書で使用される「照明素子」及び「光学コンポーネント」は光学信号の伝播に影響を与える様々な要素を含む。例えば、光学コンポーネントは光学信号の方向変換、フィルタ処理、成形、拡大又は集中のうちの少なくとも１つを行うモジュールのとし得る。影響される光学信号は試料の上流の光学信号及び試料の下流の光学信号を含む。蛍光検出システムでは、上流のコンポーネントは励起放射を試料に向けるコンポーネントを含み、下流のコンポーネントは試料からの放出放射を導くコンポーネントを含む。光学コンポーネントは、例えば、リフレクタ、ダイクロイック、ビームスプリッタ、コリメータ、レンズ、フィルタ、プリズム、ミラー、検出器、等であってよい。光学コンポーネントは、バンドパスフィルタ、光学くさび、及び本明細書に記載するコンポーネントに類似の光学装置も含む。
本明細書で使用される「光学信号」又は「光信号」は検出し得る電磁エネルギーを含む。この語は標識化された生物学的又は化学的物質からの光放射を含むとともに、光学物質により屈折又は反射された透過光も含む。試料に入射する励起放射及び試料により提供される光放射を含む光学又は光信号は１つ以上のスペクトルパターンを有し得る。例えば、画像化セッションにおいて１つ以上のタイプの標識を励起することができる。このような場合には、異なるタイプの標識を共通の励起光源で又は異なる励起光源で異なる時点に又は同時に励起することができる。各タイプの標識は他の標識のスペクトルパターンと異なるスペクトルパターンを有する光学信号を放出し得る。例えば、これらのスペクトルパターンは異なる放射スペクトルを有し得る。光学信号を他の発光スペクトルから個別に検出するために光放射をフィルタ処理してよい。
照明素子及び／又は光学コンポーネントは光学アセンブリ内の定位置にしてもよく、また選択的に移動可能にしてもよい。本明細書において、「移動」と関連して「選択的に」という語が使用されるとき、そのフレーズは光学コンポーネントの位置は望ましい方法で変化させてもよいことを意味する。光学コンポーネントの位置及び向きの少なくとも１つは変更可能である。例えば、特定の実施形態では、光学撮像システムのフォーカシングを容易にするために回転ミラーが選択的に移動される。
解析操作（画像化セッションとも称される）は、試料の少なくとも一部分を画像化する期間を含む。１つの試料は複数の画像化セッションを受け得る又はさらされ得る。例えば、１つの試料は２つの異なる画像化セッションを受けることができ、各画像化セッションは１つ以上の異なる標識からの光学信号を検出しようと試みる。特定の実施形態として、核酸試料の少なくとも一部分に沿う第１のスキャンが核酸Ａ及びＣと関連する標識を検出し、該試料の少なくとも１部分に沿う第２のスキャンが核酸Ｇ及びＴを検出することができる。シークエンシングの実施形態では、別々のセッションがシークエンシングプロトコルの別々のサイクルで起こる。各サイクルは１つ以上の画像化セッションを含んでよい。他の実施形態では、異なる画像化セッションにおける光学信号の検出は異なる試料のスキャンを含んでよい。異なる試料は同じタイプ（例えば２つのマイクロアレイチップ）又は異なるタイプ（例えば、フローセル及びマイクロアレイチップ）としてよい。
解析操作中に、試料により供給される光学信号が観察される。様々なタイプの画像化を本明細書に記載の実施形態とともに使用することができる。例えば、本明細書に記載の実施形態は試料エリアの複数の領域を個別に画像化する「ステップ・アンド・シュート」プロシージャを使用してよい。これらの実施形態は落射蛍光画像化及び全内部反射蛍光（ＴＩＲＦ）画像化の少なくとも１つを実行するように構成してもよい。他の実施形態では、試料イメージャはスキャン時間遅延積分（ＴＤＩ）システムである。更に、画像化セッションは光の線状集点領域が試料を横切ってスキャンするように１つ以上の試料のラインスキャンを含んでよい。ラインスキャンのいくつかの方法は、例えば、米国特許第１７，３２９，８６０号明細書及び米国特許公開第２００９／０２７２９１４号に記載されており、これらの各文献は参照により全体が本明細書に組み入れられる。画像化セッションは光の点状収束領域を試料を横切ってラスタパターンに移動させることを含んでもよい。代替実施形態では、画像化セッションは、照明なしに、完全に試料内の標識の発光特性（例えば、試料内の放射性又は化学発光成分）に基づいて発生される光放射を検出することを含んでもよい。代替実施形態では、フローセルは所望の反応を検出するイメージャ（例えばＣＣＤ又はＣＭＯＳ）上に装着されるようにしてよい。
本明細書で使用される用語「試料」又は「関心のある試料」は、それらからの光学信号を観測する画像化セッションを受ける様々な材料又は物質を含む。特定の実施形態において、試料は関心のある生物学的又は化学的物質を含んでよく、必要に応じ、生物学的又は化学的物質を指示する光学的基板又は支持構造を含んでよい。従って、試料は光学的基板又は支持構造を含んでも含まなくてもよい。本明細書で使用される用語「生物学的又は化学的物質」は、本明細書に記載の光学系で画像化又は検査されるのに適した様々な生物学的又は化学的物質を含んでよい。例えば、生物学的又は化学的物質としては、ヌクレオチド、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、受容体、多糖類、炭水化物、ポリリン酸塩、ナノポア、オルガネラ、脂質層、細胞、組織、有機体、及び上述の種における類似体又は模倣体のような生物学的に活性の化合物がある。他の化学物質としては、同定に使用することができる標識、例えば、蛍光標識及び以下に詳細に説明する他の標識がある。
異なるタイプの試料は入射光に異なる影響を与える異なる光学的基板又は支持構造を含んでよい。特定の実施形態では、検出すべき試料は基板又は支持構造の１つ以上の表面に付着し得る。例えば、フローセルは１つ以上のフローチャネルを含み得る。フローセル内において、フローチャネルはフローセルの最上層と最下層とにより周囲環境から分離し得る。従って、検出すべき光学信号は支持構造内から投影され、異なる屈折率を有する材料の複数の層を透過し得る。例えば、フローチャネルの内部底面からの光学信号を検出するとき及びフローチャネルの上方からの光学信号を検出するとき、検出したい光学信号は屈折率を有する流体、異なる屈折率を有するフローセルの１つ以上の及び異なる屈折率を有する周囲環境中を伝播し得る。
本明細書に記載のシステム及び方法はマイクロアレイと接触した試料中の特定の標的分子の存在を検出するために使用することができる。これは、例えば標識化した標的検体をマイクロアレイの特定のプローブに結合してプローブ位置に標識を取り込み、除去し、又は改質することに基づいて決定することができる。例えば米国特許出願公開第１２００３／０１０８８６７号、同第２００３／０１０８９００、同２００３／０１７０６８４号、同２００３／０２０７２９５号、又は同２００５／０１８１３９４号に記載されているように、マイクロアレイを用いていくつかのアッセイの何れか１つで標的を同定又は特性化することができ、これらの各文献は参照により本明細書に組み入れられる。
更に、本明細書に記載の光学系は、２００７年３月３０日に出願された「System and Devices for Sequence by Synthesis」と題するＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ／０７９９１に記載されている様々なコンポーネント及びアセンブリ及び／又は２００年９月２６日に出願された「Fluorescence Excitation and Detection System and Method」と題する国際公開国際公開第２００９／０４２８６２号に記載されている様々なコンポーネント及びアセンブリを含むように構成してよく、これらの両文献は参照によりそれらの全要旨が本明細書に組み入れられる。特定の実施形態では、光学系は２００９年、１２月１５日に出願された米国特許第７，３２９，８６０号明細書及び国際公開第２００９／１３７４３５号に記載されている様々なコンポーネント及びアセンブリを含んでもよく、この文献は参照によりその全要旨が本明細書に組み入れられる。光学系は米国特許出願第１２／６３８，７７０号に記載されている様々なコンポーネント及びアセンブリを含んでもよく、この文献は参照によりその全要旨が本明細書に組み入れられる。
特定の実施形態では、本明細書に記載の方法及び光学系は核酸シークエンシングに使用することができる。例えば、シークエンシング・バイ・シンセシス（ＳＢＳ）プロトコルが適用可能である。ＳＢＳでは、複数の蛍光標識された修飾ヌクレオチドが光学的基板の表面（例えば、フローセル内のチャネルを少なくとも部分的に規定する表面）に存在する増幅されたＤＮＡの複数のクラスタ（場合により数百万のクラスタ）をシークエンシングするために使用される。フローセルはシークエンシング用核酸試料を含み、フローセルは適切なフローセルホルダ内に置かれる。シークエンシング用試料は個別に分解するように互いに分離された単一核酸分子、クラスタの形の核酸分子の増幅集団、又は核酸の１つ以上の分子に付着したビーズの形にしてよい。従って、シークエンシングは本明細書に上述したようなアレイ上で実行することができる。核酸は未知の標的シークエンスに隣接するオリゴヌクレオチドプライマーを含むように調製してよい。第１のＳＢＳシークエンシングサイクルを開始するには、１つ以上の異なって標識化されたヌクレオチド及びＤＮＡポリメラーゼ等を流体フローサブシステム（図示せず）によりフローセルに流入／貫流させてよい。単一タイプのヌクレオチドを一度に付加するか、あるいはシークエンシングプロシージャで使用されるヌクレオチドを可逆的終端特性を処理するように特別に設計することによって、シークエンシング反応の各サイクルを数タイプの標識化したヌクレオチド（例えば、Ａ、Ｃ、Ｔ、Ｇ）の存在下で同時に生じさせることができる。ヌクレオチドは、フルオロフォア（蛍光色素分子）のような検出可能な標識部分を含むことができる。４つのヌクレオチドを互いに混合する場合、ポリメラーゼは適正塩基を選択して取り込むことができ、各シークエンス（配列）は単一塩基によって伸長される。取り込まれなかったヌクレオチドは、フローセルに洗い流し溶液を流すことによって、洗い流すことができる。１つ又はそれ以上のレーザーは、核酸を励起し、蛍光を誘発することができる。核酸から発生される蛍光は取り込まれた塩基のフルオロフォアに基づき、異なるフルオロフォアは異なる波長の発光を発生することができる。非ブロック化試薬をフローセルに付加して、伸長され検出されたＤＮＡストランドから可逆的ターミネータ群を除去することができる。その後、非ブロック化試薬は、フローセルに洗い流し溶液を流すことによって、洗い流すことができる。このとき、フローセルは、上述したように標識化されたヌクレオチドの導入とともに開始するシークエンシングのその後のサイクルの準備が整う。この流体ステップ及び検出ステップは数回繰り返し、シークエンシングランを完遂することができる。例示的なシークエンシング方法は、例えば、Ｂｅｎｔｌｅｙ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ４５６：５３－５９（２００８）；国際公開第０４／０１８４９７号；米国特許第７，０５７，０２６号明細書；国際公開第９１／０６６７８号；同第０７／１２３，７４４号；米国特許第７，３２９，４９２号明細書；同第７，２１１，４１４号明細書；同第７，３１５，０１９号明細書；同第７，４０５，２８１号明細書；及び米国特許出願公開第２００８／０１０８０８２号に記載されており、これらの各文献は参照により本明細書に組み入れられる。
いくつかの実施形態では、核酸はシーケンシング前又は中に表面に付着させ、増幅することができる。例えば、増幅は表面上に核酸集団を形成する架橋増幅方法を用いて実行することができる。有用な架橋増幅方法は、例えば、米国特許第５，６４１，６５８号明細書；米国特許公開第２００２／００５５１００号；米国特許第７、１１５，４００号明細書；米国特許公開第２００４／００９６８５３号；米国特許公開第２００８／０００９４２０号に記載されている。表面上で核酸を増幅する別の有用な方法はローリングサークル増幅（ＲＣＡ）であり、例えばＬｉｚａｒｄｉ他、Ｎａｔ．Ｇｅｎｅｔ．１９：２２５－２３２（１９９８）及びＵＳ２００７／００９９２０８Ａ１に記載されており、これらの各文献は参照により本明細書に組み入れられる。ビーズ上のエマルジョンＰＣＲを使用できることも、例えばＤｒｅｓｓｍａｎ他、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ１００：８８１７－８８２２（２００３）、国際公開第０５／０１０１４５、又は米国特許公開第２００５／０１３０１７３号又は同第２００５／００６４４６０号に記載されており、これらの各文献は参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。
本明細書に記載する方法及びシステムに適用可能な他のシークエンシング技法はパイロシークエンシング、ナノポアシークエンシング及びライゲーションによるシークエンシングである。特に有用な代表的なパイロシークエンシング技術及び試料は、米国特許第６２１０８９１号明細書；同第６２５８５６８号明細書、および同第６２７４３２０号明細書、及びRonghi，Genome Rsearch 11: 3-11 (2001)に記載されており、これらの各文献は参照により本明細書に組み入れられる。同様に有用な代表的なナノポア技術及び試料は、Dreamer et al., Acc. Cem. Res. 35: 817-825 (2002); Li et al., Nat. Mater. 2: 611-615: (2003); Soni et al., Clin Chem. 53: 1996-2001 (2007); Healy et al., Nanomed. 2: 459-481 (2007) 及びCockroft et al., J. am. Chem. Soc. 130: 818-820 及び米国特許第７，００１，７９２号明細書に記載されており、これらの各文献は参照により本明細書に組み入れられる。特に、これらの方法は試薬配送の繰り返しステップを利用する。本明細書に記載する機器又は方法は、例えば上記の引用文献に記載されるような所望のプロトコルに従って試薬を導入し光を検出するために、貯蔵部、バルブ、流体ライン及び他の流体コンポーネントをこれらのコンポーネントのための制御システムと一緒に用いて構成することができる。種々の試料の何れかは、エマルジョンＰＣＲにより生成されるビーズを有する基板、ゼロ次波長を有する基板、集積ＣＭＯＳ検出器を有する基板、脂質二重層の生物学的ナノポアを有する基板、合成ナノポアを有するソリッドステート基板、及び当技術分野で既知の他の基板といったシステムで、用いることが可能である。このような試料は、上記参考文献の種々のシークエンシング技法についての文脈で、さらには米国特許出願公開第２００５／００４２６４８号、同第２００５／００７９５１０号、同第２００５／０１３０１７３号、および国際公開第０５／０１０１４５号において記載されており、これらの各文献は参照により本明細書に組み入れられる。
様々な実施形態により、例えば、支持構体上又は支持構体内に存在するときに検出することができる代表的な標識としては、限定しないが、発色団、発光団、フルオロフォア（蛍光色素分子）、光学的にコード化されたナノ粒子、回折格子でコード化された粒子、Ru(bpy).sup.32+のような電気化学発光標識、又は光学的特性に基づいて検出することができるモイエティがある。有用であり得るフルオロフォアとしては、例えば、ユーロピウム及びテルビウムの錯体を含む蛍光ランタニド錯体、フルオレセイン、ローダミン、テトラメチルローダミン、エオシン、エリトロシン、クマリン、メチル-クマリン、ピレン、マラカイトグリーン、Ｃｙ３、Ｃｙ５、スチルベン、ルシファーイエロー、カスケードブルー（登録商標）、テキサスレッド（登録商標）、アレクサ染料、フィコエリトリン、ボディパイ、及びHaugland, Molecular Probes Handbook, (Eugene, Oreg.) 6th Edition; The Synthegen catalog (Houston, Tex.), Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, 2nd Ed., Plenum Press New York (1999)）又は国際公開第９８／５９０６６号に記載されている従来既知のフルオロフォアがあり、これらの各文献は参照により本明細書に組み入れられる。幾つかの実施形態において、１つの標識対は、第１励起波長によって励起可能とすることができ、他の標識対は第２励起波長によって励起可能とすることができる。
実施形態は、光学的基板によって支持される生物学的又は化学的な物質を含む試料の検出に関して例示するが、当然のことながら、他の試料を本明細書に記載の実施形態により画像化することができる。他の例示的な試料としては、限定されないが、細胞又は組織のような生物学的試料、コンピュータプロセッサに使用されるような電子チップ、等々がある。幾つかの用途例としては、顕微鏡検査、衛星スキャナ、高解像度複写、蛍光画像収集、核酸の解析及びシークエンシング、ＤＮＡシークエンシング、シークエンシング・バイ・シンセシス、マイクロアレイの画像化、ホログラフ的にコード化した微粒子の画像化等がある。
本明細書に記載の実施形態によれば、流体解析機器とともに使用するためのカートリッジアセンブリが提供される。本カートリッジアセンブリは、フローセルを受け入れるフローセルチャンバと、所望量の液体を受け入れる液体ウェルを有するウェルプレートとを含むハウジングを備える。ウェルプレートは、バルブステーション、ポンプステーション、及び流体解析ステーションを含む。ポンプアセンブリがポンプステーションにおいてウェルプレートの上に設けられる。ポンプアセンブリはポンプステーションと流体解析ステーションとの間のチャネルを通る流体の流量を制御する。回転バルブアセンブリがバルブステーションにおいてウェルプレートの上に設けられる。回転バルブアセンブリは回転軸を中心に回転してウェルをポンプステーションに選択的に結合するように配置されたロータシャフトと回転バルブを含む。ロータシャフトはハウジングを貫通して露出する遠位端を有する。ロータシャフトはその遠位端に二重スプライン構造を含む。二重スプライン構造は第１及び第２組のスプラインを有する。第１組のスプラインは駆動インタフェースを形成し、第２組のスプラインは位置コード化インタフェースを形成する。位置コード化インタフェースはロータシャフトの位置を追跡するためにバルブ駆動アセンブリで使用される。
任意選択として、第１組のスプラインは遠位端の外面の周囲に延在し、それらの隣接するスプラインの側面は第１の所定のスプライン間隔で隔てられる。このスプライン間隔はバルブ駆動アセンブリの駆動シャフト上のスプラインパターンに対応する。第２組のスプラインは遠位端に設けられた空洞の内面の周囲に形成された内部スプラインに相当する。内部スプラインは、それらの隣接する側面が互いに所定の非平衡の角度を成すように傾斜される。これらの隣接側面は底部で融合して駆動アセンブリの駆動軸の対応スプラインを受け入れるくぼみを形成してよい。
任意選択として、ロータバルブは結合フランジによってロータシャフトの近位端に取り付けてよい。結合フランジはロータバルブとロータシャフトとの間の所定量の傾動を許容し得る。ロータバルブはロータシャフトの近位端の周囲に置かれた１つ以上のリブを有するロータベースを含んでよい。結合フランジは前記リブとロータシャフトの近位端との間に保持し得る。ロータバルブは中心ポートと径方向ポートを有するウェルプレート接触面を含んでよい。ロータバルブは中心ポートから径方向ポートまで径方向に外向きに延在するチャネルを含んでよい。
任意選択として、中心ポートはロータシャフトの回転軸と一致するとともにウェルプレートの中心フィードポートと一致するように整列してよい。ロータバルブは回転軸を中心に回転して径方向ポートを対応するウェルポートと整列させることができる。回転バルブは界面リングで形成されたウェルプレート接触面を含んでよい。界面リングはウェルプレート接触面の周囲に延在してよい。カートリッジアセンブリは更に回転バルブを回転可能に収容する内部空洞を含むバルブキャップを備えてよい。バルブキャップはバルブキャップをウェルプレートに対して下向きにウェルに固定する１つ以上のラッチアームを含んでよい。バイアス素子を前記内部空洞に含め、バイアス力を回転バルブに与えて回転バルブのポートとウェルプレートのポートの間で密封された界面を維持してよい。
任意選択として、ポンプアセンブリは両端に駆動端とバイアス面を有するプランジャ含んでよい。駆動端とバイアス面は、プランジャの往復運動と関連して対応する単方向駆動力とバイアス力をそれらに加えることができるようにハウジングの上面及び底面で露出させてよい。プランジャはブリッジセグメントでＵ字形に互いに結合された駆動アームとプランジャアームを有してよく、モノリシック構造に一体に形成してよい。駆動アームとプランジャアームはウェルプレート上に位置する支持ポスト内に収容してよい。プランジャは異なる材料で一体にモールド成形されたプランジャアームとプランジャ素子を備えてよい。プランジャ素子は対応する支持ポスト中を移動してポンプステーションに高圧及び低圧を生成するようにしてよい。
任意選択として、ポンプステーションは機能的に準備区分と排出区分とポンプ作業区分とに分割されたチャネル区分を含んでよく、これらの区分は互いに連続して両方向の流体フローを支持するように形成される。ポンプステーションは作業区分の上流と下流に置かれた１対のピンチバルブの間に挟まれた作業エリアを含んでよい。ポンプアセンブリは作業エリアと整列するプランジャを備えてよい。プランジャは作業エリアに対して往復運動して高圧及び低圧状態を導入し得る。ポンプアセンブリはピンチバルブと整列するプッシュピンを備えてよい。プッシュピンは交互に移動してピンチピンを開閉する。穿孔機ユニットをハウジング内に設け、ウェルに近接配置してよい。穿孔機ユニットは穿孔素子を含んでよい。穿孔機ユニットは穿孔位置へ移動することができ、そこで穿孔素子が対応するウェルのカバーに孔をあけることができる。
任意選択として、ハウジングは、穿孔機ユニットの上端への機器アクセスを提供する穿孔機アクセス開口を含んでよい。穿孔機ユニットは、下部プラットフォームと中間部分と上部フランジを有する円錐管状に形成された本体を含んでよく、下部プラットフォーム又は上部フランジの少なくとも１つが所定の態様に分布された穿孔素子を含んでよい。穿孔機ユニットはロータシャフトの上に嵌合するプラットフォームを有してよい。このプラットフォームは、穿孔素子を対応するウェルと整列させるために、回転バルブアセンブリの係合機構部と係合して穿孔機ユニットを所定の回転配向に位置させるインデックス機構部を含んでよい。
任意選択として、ウェルプレートは回転バルブアセンブリに対応する所定のパターンに配置されたウェルトランジションポートを含んでよい。ウェルプレートは対応するウェルと整列するウェル排出ポートを含んでよい。ウェルプレートは対応するウェル排出ポートとウェルトランジションポートとの間に延在するウェル排出チャネルを含んでよい。ウェルプレートは上面及び底面を有するベースを含んでよく、その少なくとも一つの面にチャネルを含んでよい。チャネルは側面開口チャネルを含んでよい。ベースはバック層に接合して側面開口チャネルを閉鎖してよい。ウェルプレートは光学解析ステーション内に設けられた光学インタフェース窓を含んでよい。ウェルプレートの上面は機器の照明素子と係合する挿入制限素子を含んでよい。挿入制限素子は光学インタフェース窓の周囲に設けられた１つ以上のリブに相当してよい。これらのリブは出力名素子と光学インタフェース窓との間のＺ公差を決定し得る。
本明細書に記載する実施形態によれば、カートリッジアセンブリを備える流体システムが提供され、該カートリッジアセンブリは照明チャンバとウェルプレートを含むハウジングを有する。ウェルプレートはハウジング内に維持され、所望量の液体を受け入れる液体ウェルを有する。ウェルプレートは照明チャンバと整列する流体解析ステーションを含む。ウェルプレートは流体解析ステーションに位置するインタフェース窓とインタフェースポートを含む。フローセルカートリッジは解析回路を中に含むフレームを有する。フレームは解析回路と整列するフローセル窓を含む。フレームは解析回路内の活性領域に流体結合するフローセルポートを含む。ハウジングはフローセルカートリッジを収容するフローセルチャンバを含む。フローセルチャンバはフローセルカートリッジを流体解析ステーションに位置させ、対応するインタフェース窓及びポートと整列するフローセル窓及びポートを有する。
任意選択として、フローセルチャンバは側面レール及びエンドストップを含んでよく、それらの少なくとも１つは、フローセルカートリッジを完全装填位置においてフローセル窓及びポートが対応するインタフェース窓及びポートとそれぞれ整列されるように所定の基準点に位置決めするエンドリミットを有してよい。フローセルチャンバは側面レールの少なくとも１つに沿って延長するように向けられたバイアスアームを含んでよい。バイアスアームはフローセルチャンバの内側に突出して延在し、前記フローセルカートリッジに横方向のバイアス力を与えて前記フローセルカートリッジを所定の基準点に維持してよい。バイアスアームはフローセルカートリッジ側面に設けられたノッチと嵌合するように設置されたラッチ素子を含んでよい。ラッチ素子は前記フローセルカートリッジを（本明細書で説明されるように）ＸＹＺ座標系に関してＸ基準点に維持することができる。
任意選択として、フローセルカートリッジは上部及び底部フレームを含んでよい。上部フレームはフローセル窓及びポートを含んでよい。上部フレームは上部フレームから上向きに所定の高さだけ突出してＺ基準点を規定するリブを含んでよい。フローセルカートリッジはエラストマ材料でモノリシック構造に形成されたガスケットを含んでよい。ウェルプレートは、バルブステーション、ポンプステーション及びインタフェースチャネルを含んでよく、インタフェースチャネルはバルブステーションとインタフェースポートの１つとの間の第１の流体通路及び前記ポンプステーションと前記インタフェースポートの１つとの間の第２の流体通路を提供してよい。照明チャンバは、インタフェース窓、フローセル窓及び解析回路内の活性領域を貫通して延びる照明軸に沿って延在するように向けてよい。
本明細書に記載する一実施形態に従って形成されたカートリッジアセンブリの前上面斜視図を示す。 本明細書に記載する一実施形態による図１Ａのカートリッジアセンブリの底面斜視図を示す。 本明細書に記載する一実施形態によるカートリッジアセンブリ内の内部コンポーネントの前面斜視図を示す。 本明細書に記載する実施形態によるカートリッジアセンブリの、ウェルプレートの下に取り付けられてハウジングの一部分を形成する廃液トレーの上面斜視図を示す。 本明細書に記載する一実施形態によるカートリッジアセンブリの一部分と、フローセルチャンバと整列するフローセルカートリッジの前面斜視図を示す。 本明細書に記載する一実施形態によるフローセルチャンバと、該フローセルチャンバ内に挿入されたフローセルカートリッジの底面図を示す。 本明細書に記載する一実施形態に従って形成された回転バルブアセンブリの斜視図を示す。 本明細書に記載する実施形態によるロータシャフトの遠位端の拡大斜視図を示す。 本明細書に記載する実施形態による、バルブシャフトを含むロータバルブアセンブリの断面図を示す。 本明細書に記載する実施形態に従って形成されたロータバルブの上面斜視図を示す。 本明細書に記載する一実施形態に従って形成されたロータバルブの底面図を示す。 本明細書に記載する一実施形態による、ロータキャップが取り外された状態のロータシャフト及びロータバルブの側面斜視図を示す。 本明細書に記載する一実施形態に従って形成された穿孔機ユニットの底面斜視図を示す。 本明細書に記載する一実施形態による、回転バルブアセンブリの上に搭載されたときの穿孔機ユニットの一部分の上面図を示す。 本明細書に記載する一実施形態による、バルブシャフトをより良く示すために穿孔機ユニットが取り外された状態の回転バルブアセンブリを示す。 本明細書に記載する実施形態による、照明チャンバをより詳しく示すためのカートリッジアセンブリの一部分の底面図を示す。 本明細書に記載する一実施形態に従ってフローセルカートリッジが挿入され且つ照明素子が照明チャンバ内に挿入されたとき、流体解析ステーションで提供される様々な構造のモデル側断面図を示す。 本明細書に記載する一実施形態に従って形成されたウェルプレートの上面斜視図を示す。 本明細書に記載する一実施形態によるウェルプレートのベースの背面に設けられたフローチャネルを示す。 本明細書に記載する実施形態によるウェルプレートのベースの背面に設けられた流体解析ステーションのより詳細な図を提供する、ベースの一部分の底面図を示す。 本明細書に記載する実施形態によるウェルプレートの上面上の流体解析ステーションのより詳細な図を提供する、図５Ｃに対応するベースの正面／上面部分の上面図を示す。 本明細書に記載する実施形態によるバルブステーションに隣接するベースの底面の部分拡大図を示す。 本明細書に記載する一実施形態によるウェルプレート上のポンプステーションの上面図を示す。 本明細書に記載する一実施形態によるポンプ内に設けられたプランジャの側面図を示す。 本明細書に記載する一実施形態によるプランジャアームに装着されたプランジャ素子の拡大側面図を示す。 本明細書に記載する一実施形態によるポンプ動作をより良く示すポンプステーションの側面図を示す。 本明細書に記載する一実施形態による支持ポスト内に挿入されたプランジャの一部分の拡大側面斜視図を示す。 本明細書に記載する一実施形態によるプランジャアームを収容する支持シャフトの斜視図を示す。 本明細書に記載する一実施形態に従って使用される流体機器の一部分のブロック図を示す。 本明細書に記載する一実施形態による生物学的又は化学的解析のために構成されたシステムの概略図である。 本明細書に記載する一実施形態に従って形成されたフローセルカートリッジの上面斜視図を示す。 本明細書に記載する一実施形態に従って形成されたフローセルカートリッジの上面斜視図を示す。 本明細書に記載する一実施形態に従って形成されたフローセルカートリッジの光学流体（Ｏ－Ｆ）インタフェースをより良く示す、上部フレームの一部分の拡大図を示す。 本明細書に記載する一実施形態に従って形成されたフローセルカートリッジの内に設けられたプリント回路基板の一部分の上面図を示す。 本明細書に記載する一実施形態に従って形成された図９Ｄのプリント回路基板の底面図を示す。
カートリッジアセンブリの概説
図１Ａは、本明細書に記載の一実施形態に従って形成されたカートリッジアセンブリ１００の前上面斜視図を示す。一例として、カートリッジアセンブリ１００はＳＢＳカートリッジアセンブリを表す。カートリッジアセンブリ１００はマイクロ流体機器に挿入されるハウジングを備える。本明細書では実施形態はマイクロ流体システム、機器及びカートリッジと関連して記載されるが、必要に応じ実施形態は「マイクロ」流体システム、機器、カートリッジ等とみなせない流体システムで実装してもよい。ハウジングはベース１０１とカバー１０２を備える。カバー１０２は機器接触面１０４を有し、機器接触面１０４は以下で詳述する多数の機器コンポーネントと係合される内部コンポーネントを露出させる開口を有する。操作中、カートリッジアセンブリ１００は、流体操作の実行と関連してカートリッジアセンブリ１００に物理的に、光学的に且つ電気的に結合する機器に近接して置かれる。カートリッジアセンブリ１００は流体操作の実行と関連してフローセルを受け入れるフローセルチャンバ１０８を含む前面１０６を備える。
本明細書中の実施形態によれば、カートリッジアセンブリ１００は様々なサブアセンブリ、例えば回転バルブアセンブリ２００（図２Ａ－２Ｄと関連して以下で詳述する）、穿孔機ユニット３００（図３Ａ－３Ｄと関連して以下で詳述する）、照明チャンバ４００（図４と関連して以下で詳述する）及びシリンジポンプアセンブリ５００（図６Ａ－６Ｃと関連して以下で詳述する）等を含む。
カバー１０２は回転バルブアセンブリ２００内のバルブシャフトを露出するシャフトウェル１１６を含む。カバー１０２は穿孔機アクセス開口１２２も含み、これらの開口は本明細書に記載する操作と関連する穿孔機ユニット３００の上端への機器のアクセスを提供する。操作中、機器の駆動シャフトは回転バルブアセンブリ２００の動きを管理するために回転バルブアセンブリ２００のバルブシャフトに物理的に結合される。カバー１０２は穿孔機アクセス開口１２２を含み、これらの開口はウェルフォイルの穿孔操作と関連する穿孔機ユニット３００の上端への機器の１つ以上の穿孔機シャフトのアクセスを提供する。一例として、複数の穿孔機アクセス開口１２２は、起動時に穿孔機ユニット３００の平面運動を維持するために、穿孔機ユニット３００の上端に沿って分散して設けることができる。試料ウェル１２４が前面１０６に近接して設けられる。試料ウェル１２４は機器で解析すべき関心試料量を受け取る。流入する試料の温度を要望どおりに調整（予熱）するために、加熱素子１２５を試料ウェル１２４に近接して設けることができる。ポンプアクセス開口１２３がカバー１０２の上面１０４に設けられる。ポンプアクセス開口１２３は機器内のバイアス素子が係合表面５４２をポンプアセンブリ５００のプランジャに係合させることを許す。例えば、バイアス素子は金属波型ばね、弾性ばね、又は均等力を提供する別の構造体としてよい。
図１Ｂは図１Ａのカートリッジアセンブリ１００の底面斜視図を示す。図１Ｂにおいて、フローセルカートリッジ９００がフローセルチャンバ１０８内に挿入されている。カートリッジアセンブリ１００はフローセルカートリッジアクセスエリア１１２を有する底面１１０を含み、アクセスエリア１１２はフローセルカートリッジ９００の関心部分、例えば電気接点パッドのアレイ９５０及び加熱素子を受け入れるための開口９４４を露出する。底面１１０は１対のプッシュピン孔１１４及びポンプ駆動開口１１６も含む。プッシュピン開口１１４はポンプ５００内のプッシュピンを露出する。本明細書で説明するように、プッシュピンは機器内のバルブ駆動シャフトと係合し、流体フローの制御と関連して対応するピンチバルブを開閉する。ポンプ駆動開口１１６はポンプ５００内のバルブシャフト５４６の近位端５４８を露出する。本明細書で説明するように、バルブシャフト５４６は機器内のポンプ駆動シャフトと係合して流体フローの制御と関連するポンプ作用を導入する。底面１１０は穿孔可能な廃液排出口１２０を露出する開口１１８も含み、廃液排出口１２０はカートリッジアセンブリ１００内の廃液容器から使用済み流体を排出するために使用される。
図１Ｃは本明細書に記載の一実施形態によるカートリッジアセンブリ１００内の内部コンポーネントの正面斜視図を示す。図１Ｃに示すように、カートリッジアセンブリ１００はバルブ操作ステーションにおいてウェルプレート１５０に回転可能に装着された回転バルブアセンブリ２００を含む。シリンジポンプアセンブリ５００がポンプステーションにおいてウェルプレート１５０に装着される。ウェルプレート１５０はベース１５２（例えば、略平面の板）を含み、ベース１５２と一体に形成されベース１５２から上向きに伸びる複数の試薬ウェル１５４，１５６を有する。試薬ウェル１５４，１５６は回転バルブアセンブリ２００を少なくとも部分的に囲む様々な位置に設けられる。試薬ウェルには所望量の液体が入る。必要に応じ、回転バルブアセンブリ２００は試料ウェル１５４，１５６（一般に液体ウェルと称される）を流体解析ステーション１７０に選択的に結合させる。
試薬ウェル１５４，１５６は、所望量の対応する試薬を受け入れるために、異なる断面積及びベース１５２の上方に異なる高さを有し、異なるウェル容積を有するように形成してよい。必要に応じ、１つ以上のウェル１５４，１５６は本明細書に記載の実施形態に応じて溶液ウェルとして利用してもよい。ウェル１５４，１５６は充填操作中に所望量の液体を受け入れるために開いた充填端１５８，１６０を含む。所望量の液体がウェル１５４，１５６に充填されると、充填端１５８，１６０がフォイル又は他のシールカバーで覆われて各ウェル１５４，１５６内に気密の容積部を形成する。図１Ｃでは見えないが、ウェル１５４，１５６はその底部に設けられた１つ以上の排出口を含む。操作中、回転バルブ２００及びポンプアセンブリ５００の制御の下で、カバーが穿孔されて空気が１つ以上のウェル容積部に入ると、それによって液体が排出口を経て流体解析ステーション１７０に（例えば、重力又は加圧により）自由に流出することができる。
図１Ｄは、ウェルプレート１５０の下に装着され、カートリッジアセンブリ１００のハウジングの一部分を形成する廃液トレー１３０の上面斜視図を示す。廃液トレーはウェルプレート１５０の比較的大きな部分の下部領域に広がる廃液収集容積部１３１を含む。一例として、、廃液トレー１３０は回転バルブアセンブリ２００とウェル５４，１５６の少なくとも一部分の下に設置される。廃液トレー１３０は、その周縁に沿って延在し、（例えば、ウェルプレート１５０の底面上の）嵌合面に封止されるリッジ１３２を含む。リッジ１３２はその隅部に、ウェルプレート１５０の貫通開口と連通する通気孔１３３を含んでよい。通気孔１３３は廃液が容積部１３１に入るにつれて容積部１３１から空気を放出することができる。通気孔１３３は操作中にわずかに傾けても通気孔１３３の少なくとも１つが空気吸入口として常に使用し得るように分布される。通気孔１３３は、廃液が通気孔１３３の表面に跳ね上がっても漏れないので、廃液トレー１３０のサイズを制限することができる。通気孔１３３は発泡ポリプロピレン、ポリエチレン又はポリテトラフルオロエチレン等の多孔性材料で形成してよい。
廃液トレー１３０は漏斗部１３４と排出管１３５も含む。漏斗部１３４は管１３５の開口と連通するレッジ部１３６で終端する。管１３５の底端は最初にカバーで覆われる。廃液トレー１３０を空にするためには、カバー１３６を穿孔し、カートリッジアセンブリ１００（廃液トレー１３０を含む）を傾けて漏斗部１３４が最も低い位置にすることができる。廃液は漏斗部１３４を通りレッジ部１３６を超えて管１３５から流出する。
フローセルチャンバ
図１Ｅは、カートリッジアセンブリ１００の一部分と、フローセルチャンバ１０８と整列したフローセルカートリッジ９００の正面斜視図を示す。フローセルチャンバ１０８はキー機構部１０９を含み、キー機構部１０９は溝として形成し、フローセルチャンバ１０８の底面に設けてよい。キー機構部１０９は、フローセルカートリッジ９００が正しい方向及び向きに装填されるように、フローセルカートリッジ９００の底面の対応するキー機構部（例えば、図９Ｃのスタンドオフ９１４）を受け入れる形状及び寸法を有する。フローセルチャンバ１０８は側面レール４１３と上壁４５１及び低壁４５１及び４５３を含む。カートリッジ９００は装填方向９００Ａに挿入される。
図１Ｆは、本明細書に記載の一実施形態によるフローセルチャンバ１０８とその中に挿入されたフローセルカートリッジ９００の底面図を示す。フローセルチャンバ９００は図１Ｆにおいてフローセルチャンバ１０８内に完全装填位置まで挿入されている。本明細書において、図９Ａ－９Ｅと関連してより詳細に説明されるように、フローセルカートリッジ９００は装填端部９０８と側縁部９１２を含む。装填端部９０８は基準ポスト９２３を含み、側縁部９１２の少なくとも１つは１つ以上の基準ポスト９２５を含む。１つの対向側縁部９１２はノッチ９２７を含む。フローセルカートリッジ９００の底面は熱拡散器９５７と接点パッド９５０を露出する開口を有する。
フローセルチャンバ１８０は上面及び底面と、チャンバ１０８の対向側面に沿って互いに平行に延在する側面レール４１３を含む。エンドストップ４１７がチャンバ１０８の最深部に設けられる。上面及び底面、側面レール４１３、及びエンドストップ４１７は、フローセルカートリッジ９００を座標系（例えば、ＸＹＺ座標系）に対して所定の基準点（例えば、Ｘ基準点、Ｙ基準点及びＺ基準点と称される基準点）に正しく位置させるように設置される。エンドストップ４１７はエンドストップ４１７に沿って所望の位置に設けられたエンドリミッタ４１４を含む。エンドリミッタ４１４は装填端部９０８に設けられた基準ポスト９２３と整列する。側面レール４１３の１つはフローセルチャンバ１０８の内部に向かって延在する横方向リミッタ４２０を含む。横方向リミッタ４２０は横方向基準ポスト９２３と整列する。反対側の側面レール４１３は、側面レール４１３に沿って延在するように方向づけられ、横方向バイアス力を矢１Ｅの方向に与えるバイアスアーム４２２を含む。バイアスアーム４２２はその遠位端にラッチ素子４２４を含む。ラッチ素子４２４は側縁９１２のノッチ９２７に嵌合する形状を有する。
装填操作中、装填端部９０８はフローセルチャンバ１０８内に、基準ポスト９２３が装填方向９Ａの移動の限界を規定するフローセルチャンバ１０８内の限界機構部としっかり当接するまで挿入される。フローセルカートリッジ９００が挿入されるにつれて、バイアスアーム４２２がノッチ９２7を含む側縁９１２に沿って、ラッチ素子４２４がノッチ９２７に嵌合するまで摺動する。バイアスアーム４２２は矢ＩＥの方向に横方向の力を加えてフローセルカートリッジ９００を横方向（Ｙ軸に対応）に、横方向基準ポスト９２３が横方向リミタ４２０に係合するまでシフトさせる。フローセルチャンバ１０８の横境界は横（Ｙ）方向の移動限界を規定する。バイアスアームはフローセルカートリッジ９００を所望のＹ位置（Ｙ基準点に対応）に維持する。ノッチ９２７内のラッチ素子４２４は所定の位置でフローセルカートリッジ９００を所望のＸ位置（Ｘ基準点）に維持する。
フローセルチャンバ１０８はフローセルカートリッジ９００のスナップイン配置を可能にする。フローセルカートリッジ９００のカートリッジアセンブリ１００内への及びからの挿入及び取り出しを可能にすることによって、本明細書に記載の実施形態はフローセルカートリッジを試薬及び試料と別個に管理及び配送することが可能になる。更に、フローセルカートリッジ９００を試薬と分離することによって、本明細書に記載の実施形態は分離製造するワークフローを可能にする。更に、本明細書に記載の実施形態はフローセルカートリッジを様々な組み合わせの試薬、試薬量及びフローセルカートリッジサイズと混合及び適合させることができる。例えば、１つのプロトコルは大量の所定の試薬を使用し得るが、別のプロトコルは多数の少量の異なる試薬を使用する。試薬の数及び量に対する様々な基準は異なるカートリッジアセンブリで満足させることができるが、上述したカートリッジアセンブリのいずれも同じフローセルカートリッジを使用することができる。他の実施形態としては、解析回路に異なる要件を有する異なるプロトコルに対して同じタイプのカートリッジアセンブリを使用することができる。例えば、１つのプロトコルは大きな光学フットプリントを有する解析回路を使用するかもしれないが、別のプロトコルは小さな光学フットプリントを有する解析回路を使用するかもしれない。更に、いくつかのプロトコルは他の解析回路と比較してもっと複雑な電子回路及び相互接続を有する解析回路を使用するかもしれないが、上述した解析回路のいずれも同じカートリッジアセンブリに収まる共通の全体エンベロープを有するフローセルカートリッジ内に具体化することができる。
本明細書に記載の実施形態は解析回路と機器の照明素子内の光源との間で小さい高さ（例えば、最小化高さ）を有するインタフェースを提供する。
穿孔機ユニット
穿孔機ユニット３００はハウジング内に設けられ、ウェル１５４，１５６に近接して設置される。穿孔機ユニット３００は穿孔位置に移動され、そこで穿孔素子が対応するウェル１５４，１５６のフォイル又はカバーを穿孔する。図３Ａの実施形態では、穿孔機ユニット３００は回転バルブアセンブリ２００に装着され、操作中機器によってウェル１５４，１５６の１つ以上を穿孔するように制御される。
図３Ａは本明細書に記載の一実施形態により形成された穿孔機ユニット３００の底面斜視図を示す。穿孔機ユニット３００は全体構造をより良く提示するために一部を切除して示されている。穿孔機ユニット３００は、下部プラットフォーム３０２と中間部分３０８と上部フランジ３１０とを有する円錐管状に成形された本体３０６を含む。プラットフォーム３０２と部分３０８とフランジ３１０は一体に形成される。下部プラットフォーム３０２はプラットフォーム３０２の周囲に所定の方法で分布された穿孔素子３１２を含む。図３Ａの実施形態では、穿孔素子３１２は円形パターンに配列されている。上部フランジ３１０もその下面に設けられた、穿孔素子３１２と共通の方向に突出する穿孔素子３１４を含む。穿孔素子３１４は上部フランジ３１０の周囲に所定の方法で、例えば円形パターンに分布される。
操作中、穿孔機ユニット３００は機器の穿孔機アクチュエータアセンブリにより駆動される。例えば、図１Ａを参照すると、機器は１つ以上の穿孔機シャフトをカバー１０２の穿孔機アクセスポート１２２を通して伸ばすことができる。穿孔機シャフトは穿孔方向３１８に押し下げられ、穿孔機ユニット３００を押し下げて、穿孔素子３１２，３１４を対応するウェル１５４，１５６のフォイル／カバーを貫通するよう駆動する。穿孔機シャフトは穿孔機ユニット３００に穿孔力を均等に与えるように分布される。
少なくとも１つの実施形態によれば、穿孔素子３１２，３１４は、フォイル／カバーの穿孔を容易にし、フォイル／カバーを貫通する通気を提供すために、Ｘ状の断面に形成される。Ｘ状断面は、穿孔素子３１２，３１４がフォイル／カバーを貫通している間も対応するウェルへの空気の流入を可能にする。
図３Ａの実施形態では、穿孔素子３１２，３１４の大部分はほぼ共通の長さを有する。しかしながら、必要に応じ、穿孔素子３１２，３１４の各々は、例えば穿孔素子３１４Ａで示すように、もっと長く又はもっと短くしてよい。図１Ｃと図３Ａを併せて参照すると、穿孔素子３１２，３１４は対応するウェル１５４，１５６と整列するように置かれる。図１Ｃ及び図３Ａの実施形態では、穿孔素子３００が駆動されたとき、対応するウェル５１４，５１６の各々を同時に穿孔するために、穿孔素子３１２，３１４は略共通の長さを有している。必要に応じ、穿孔機ユニット３００は（穿孔機アクチュエータアセンブリによって）多段穿孔システムとして操作し、穿孔素子３１２，３１４の一部分のみが第１の穿孔操作中に対応するウェル１５４，１５６を穿孔し、穿孔素子３１２，３１４の異なる部分のみが第２の穿孔操作中に対応するウェル１５４，１５６を穿孔するようにしてもよい。例えば、穿孔素子３１２は穿孔素子３１４より長くして、穿孔素子４１２が第１の穿孔操作中に対応するフォイルを穿孔し、穿孔素子３１４が第２の穿孔操作中に対応するファイルを穿孔するようにしてもよい。
下部プラットフォーム３０２は開口３０４の周囲に形成された内部リム３２６を含む。リム３２６は開口３０４の周囲に設けられた多数のインデックス機構部を含む。インデックス機構部３２２は、穿孔機ユニット３００をロータシャフト２０２に対して所定の回転配向に位置させて穿孔素子３１２，３１４をウェル１５４，１５６と整列させるために、回転バルブアセンブリ２００の係合機構部と係合する。インデックス機構部３２２は内部リム３２６の周囲に設けられた１つ以上のノッチ３２４を含む。リム３２６は本体３０６の内部に上部フランジ３１０に向かって僅かに上方に突出する。ノッチ３２４が開口３０４の周囲に所定のパターンに分布される。ノッチ３２４は（以下で詳細に説明されるように）回転バルブアセンブリ２００に設けられたリブ又は歯と整列する。図３Ａの実施形態では、ノッチ３２４は開口３０４の周囲に相対的に均等に配置される。加えて又は代わりに、もっと多数の又は少数のノッチ３２４を使用し、代替位置に均等に又は不均等に配置してもよい。必要に応じ、ノッチ３２４以外のインデックス機構部を使用してもよい。
リム３２６は、開口内３０４内を穿孔素子３１２と共通の方向に下向きに延びる１つ以上の可撓性のスタンドオフ３２８を含む。スタンドオフ３２８はベース延長部２１６の周囲の周りを延在するレッジ２１６Ａと係合する。ノッチ３２４が回転バルブアセンブリ２００の対応する歯と整列すると、穿孔機ユニット３００はスタンドオフ３２８がレッジ２１６Ａの上面に載るまで装填される。スタンドオフ３２８はレッジ２１６Ａの上にとどまって、垂直方向に非穿孔／準備位置に位置する穿孔機ユニット３００を維持する。操作中、穿孔機ユニット３００は穿孔機シャフトにより下向き（矢３１８の方向）に押され、これに応答してスタンドオフ３１８は外側に曲がってレッジ２１６Ａの上に載り、穿孔機ユニット３００を穿孔方向３１８に下向きにロータキャップ２１０の上まで摺動させることができる。
図３Ｂは回転バルブアセンブリ２００に取り付けられたときの穿孔機ユニット３００の一部分の上面図を示す。本明細書に説明されるように、回転バルブアセンブリ２００はロータシャフト２０２を含み、バルブキャップ２１０がロータシャフト２０２の上方に装着される。バブルキャップ２１０はバブルキャップ２１０の中心リムの周囲に分布された複数の歯２１２を含む。歯２１２は穿孔機ユニット３００のノッチ３２４と整列し嵌合して穿孔機ユニット３００を回転バルブアセンブリ２００に対して所定の回転角度に回転位置決めする。図示されていないが、穿孔機ユニット３００を回転バルブアセンブリ２００のロータシャフト２０２の中心軸に沿って延びる回転軸に沿って取付け位置に維持するために、ラッチ３２８（図３Ａ）がバルブキャップ２１０のラッチ機構部としっかり結合される。
図３Ｃは、ロータシャフト２０２がよく見えるように穿孔機ユニット３００が取り外された、回転バルブアセンブリ２００を示す。ロータシャフト２０２は細長く、回転軸２２０を中心に回転する。ロータシャフト２０２は近位端（図３Ｃでは見えない）と遠位端２０４を含む。バルブキャップ２１０は図３Ｃに示すようにロータシャフト２０２の遠位端２０４の周囲に装着位置に装填される。バルブキャップ２１０はキャップベース部２１４を含み、キャップベース部２１４は互いに隣接してほぼ円形に配列されたウェル１５６の一群内に収まるように寸法決めされた拡大直径を有する。キャップベース部２１４は、ロータシャフト２０２の長さに沿ってキャップベース部２１４から上向きに延びるキャップ延長部２１６と結合する。キャップ延長部２１６は図３Ｃに示す実施形態ではキャップベース部２１４の直径より小さい直径を有する。しかし、キャップ延長部２１６及びキャップベース部２１４に対して他の寸法を用いてもよいことは認識されよう。キャップ延長部２１６は、キャップ延長部２１６の周囲に形成された、（回転軸２２０に対して）径方向に外向きに突出する歯２１２を含む。
キャップベース部２１４はキャップベース部２１４から径方向に外向きに延びる１つ以上のラッチアーム２２６を含む。ラッチアーム２２６はＬ型に形成され且つラッチアーム２２６のレッグが隣接するウェル１５６の間に嵌合する寸法にされ、ラッチアーム２２６の外側部分又はフット部がウェル１５６の１つの外面の周囲に沿って曲がりその上にしっかり休止する。対応するウェル１５６はその外壁に設けられた戻り止め１５８を含む。Ｌ型ラッチアーム２２６は、バルブキャップ２１０がロータシャフト２０２の上に挿入されるとき、スナップフィットし、戻り止め１５８の下にしっかり保持される。
回転バルブアセンブリ
次に、回転バルブアセンブリ２００の操作を図２Ａ－２Ｆと関連して説明する。
図２Ａは、本明細書に記載の一実施形態に従って形成された回転バルブアセンブリ２００の斜視図を示す。図２Ａはロータシャフト２０２を覆って設けられたバルブキャップ２１０をよりよく示す。ロータシャフト２０２はバルブキャップ２１０内で回転し、バルブキャップ２１０はロータシャフト２０２をウェルプレート１５０に対して所定の位置に維持する。バルブキャップ２１０はキャップベース部２１４の周囲に均等に分布された多数のラッチアーム２２６を含む。ロータシャフト２０２の遠位端２０４はキャップ延長部２１６を超えて突出する。遠位端２１４はロータシャフト２０２の周囲に分布された複数の外部スプライン２３０を含む。遠位端２０４は空洞２２８も含み、その空洞２２８の周囲に分布された内部スプラインを含む。ロータシャフト２０２は内部及び外部スプライン２３２，２３０（第１組及び第２組のスプラインとも称される）を有するデュアルスプライン構造を含み、このスプライン構造は流体操作中にカートリッジアセンブリと係合する機器内のバルブ駆動アセンブリの駆動シャフトの対応スプライン構造と係合する。内部及び外部スプライン２３２，２３０のデュアルスプライン構造は、機器の駆動シャフトとロータシャフト２０２との間の駆動インタフェース及び回転関係の正確な追跡のための位置コード化インタフェースを提供する。
バルブキャップ２１０は、バルブキャップ２１０の下部にロータシャフト２０２の近位端の周囲に装着されたロータバルブ２３４を示すために部分的に透けて見えるように示されている。ロータバルブ２３４はロータシャフト２０２に固定され、ロータシャフト２０２と一緒に回転する。ロータバルブ２３４はキャップベース部２１４内で（それと相対的に）回転するが、キャップベース部２１４はウェルプレート１５０上の対応するウェルの周囲に固定されたラッチアーム２２６によって静止したままである。キャップ延長部２１６の内径はロータシャフト２０２の外形に対応し、それらの間に精密許容差を与える。キャップ延長部２１６が十分な構造的及び回転的支持をもたらすならば、キャップ延長部２１６は変化し得る長さ２１７を有し、それによってロータシャフト２０２の回転軸はウェルプレート１５０に対して所定の固定位置に維持される。一例として、ロータシャフト２０２の回転軸は、ウェルプレートに設けられた、流体が移動する中心ポートと対応する。本明細書で説明されるように、ウェル１５４，１５６の所望の１つをロータシャフト２０２の下方の中心ポートと流体結合させるために、機器のバルブ駆動アセンブリがロータシャフト２３０を回転し、このロータシャフトがロータバルブ２３４を回転する。
図２Ｂはロータシャフト２０２の遠位端２０４の拡大斜視図を示す。内部及び外部スプライン２３２，２３０は異なるスプライン形状を有する。外部スプライン２３０は駆動インタフェースを構成する第１組のスプラインに相当し、よって第１／外部スプラインはバルブ駆動アセンブリの駆動シャフトの対応スプラインと係合される。内部スプライン２３２は位置コード化インタフェースを構成する第２組のスプラインに相当し、バルブ駆動アセンブリによりバルブ駆動アセンブリの駆動シャフトとロータシャフト２０２との間の十分に嵌合した（及び密接に追跡される）相互結合を維持するために利用される。外部スプライン２３０は互いにほぼ平行に延在するスプライン側面２３３を有する。外部スプライン２３０は第１の所定のスプライン間隔２３１で隔てられた隣接するスプラインの側面２３３が互いに平行に延在するように方向付けられる。スプライン間隔２３１はバルブ駆動アセンブリの駆動シャフトのスプラインパターンに対応する。スプライン提示間隔２３１は係合を容易にするために駆動シャフトアセンブリからの対応スプラインより僅かに大きく決定される。入来するスプラインより大きいスプライン間隔２３１を与えることによって、僅かな緩みが導入され、これはロータシャフトと駆動シャフトとの間に限定量の相対回転シフトを許容し得る。従って、駆動シャフトのスプラインはロータシャフト２３０の回転位置を正確に示し得ない。代わりに、内部スプライン２３２が位置コード化インタフェースを構成し、該インタフェースは、本明細書で説明されるように、駆動アセンブリの別個の位置コード化／追跡素子と結合されたとき、位置コード化情報を提供するために利用される。位置コード化インタフェースは、外部スプライン２３０と結合する駆動スプラインと無関係にロータシャフトの位置を密接に正確に追跡するためにバルブ駆動アセンブリにより利用される。内部スプライン２３２は、隣接する側面が互いに対して所定の非平行角２３７（例えば、３０度）を形成するようにＶ字形に広がる側面２３５を有する。側面２３５は内部スプライン２３２の底面で融合して、バルブ駆動アセンブリの駆動シャフトの対応スプラインを受け入れるＶ字形のくぼみを形成する。スプライン２３２は駆動シャフトの対応スプラインと十分に係合し、緩みなしに協働する。スプライン２３２は駆動シャフトがロータシャフト２０２に対して幾分「傾いた」姿勢で動作することも可能にする。スプライン２３０，２３２及び遠位端の遠位端縁はベベルエッジで構成して、駆動シャフトのアライメントを容易にするとともに、スプラインの位置合わせなしに駆動シャフトがただロータシャフト２０２にぶつかることがないようにすることができる。
図２Ｂのデュアルスプライン構造は、バルブ駆動アセンブリのスプラインに比較的「緩く」係合され、駆動される外部スプライン２３０を使用するとともに、ロータシャフト２０２の回転位置を監視する位置エンコーダに比較的「密接に」結合された内部スプライン２３２を使用する。
図２Ｃは、ロータシャフト２０２、バルブキャップ２１０及びロータバルブ２３４を含む回転バルブアセンブリ２００の側断面図を示す。図２Ｂはロータシャフト２０２の近位端２０３及び遠位端２０４を示す。ロータシャフト２０２は細長く、回転軸２２０を中心に回転するようにバルブキャップ２１０で所定の位置に保持される。図２Ｂは、バルブキャップ２１０の断面エンベロープを示し、キャップベース部２１４はキャップ延長部２１６より大きな直径を有する。キャップ延長部２１６はロータシャフト２０２の外経にほぼ一致する内径を有する内部通路２１９を含む。キャップ延長部２１６の内部通路２１９はロータシャフト２０２を所定の向きに保持し、回転軸２２０はウェルプレート上の所望の点（例えば、中心フィードポート）にセンタリングされる。
図２Ｄは、本明細書に記載の一実施形態に従って形成されたロータバルブ２３４の上面斜視図を示す。ロータバルブ２３４は、上面とウェルプレート接触面２３８を有するロータベース部２４０を含む。ロータベース部２４０はポリプロピレン又は所望の特性を有する別の材料で射出成形してよい。流体チャネル２４６がロータベース部２４０内に設けられる。流体チャネル２４６は中心ポート２４８に対応するロータベース部２４０の中心点から径方向に外向きに向けられる。流体チャネル２４６はロータベース部２４０の周囲の点まで延び、径方向ポート２５０で終端する。中心ポート２４８及び径方向ポート２５０はロータベース部２４０を貫通してウェル接触面２３８に通じている。中心ポート２４８はロータシャフト２０２の回転軸２２０と対応するように整列させるとともに、ウェルプレート１５０の中心フィードポートと整列させることができる。ロータバルブ２３４は、径方向ポート２５０をウェルからの関心試薬又は試料の吸い上げと関連して対応するウェルトランジションポート１６２と整列させるために回転軸２２０を中心に径方向２５２に回転される。
ロータベース部２４０の上面は流体チャネル２４６を囲む陥凹部２６１を含む。陥凹部２６１は流体チャネル２４６の開口面を覆うチャネルカバー２５８を受け取るように形成される。チャネルカバー２５８は流体チャネル２４６の全長に延在して流体チャネル２４６を完全に封鎖する。本実施形態では、オープンフェースの流体チャネル２４６及びチャネルカバー２５８は容易且つ高信頼の製造プロセスを提供するために使用される。必要に応じ、チャネルカバー２５８を除去しながら流体チャネルを提供する別の構造を用いることができ、例えばロータベース部２４０のモノリシック構造内に流体チャネルを形成することができ、それによりチャネルカバー２５８を設ける必要がなくなる。
ロータベース部２４０の上面は回転バルブ部２４０から上向きに延在する外周リブ２４２及び内部リブ２５６を有する。ウェルプレート接触面２３８は外周及び内部リブ２４２，２５６と反対側に面する。バイアス素子２５３（例えば、波形ばね又は他の構造対）が内部空洞２１３内に設けられ、ロータバルブ２３４にバイアス力を与える。バイアス素子２５３は内部リブ２５６の周囲のロータベース部２４０の上に置かれる。バイアス素子２５３はロータベース部２４０とバルブキャップ２１０に膨張力を与えてロータバルブ２３４のポート２４８，２５０とウェルプレート１５０のポートとの間の密閉界面を維持する。
図２Ｅはロータベース部２４０の底面図を示す。ウェルプレート接触面２３８は界面リング２６０と界面パッド２６２とにより形成される。界面リング２６０はロータベース部２４０の周囲に延在する。図２Ｃを参照すると、界面リング２６０内の界面パッド２６２はロータベース部２４０をウェルプレート１５０から離して維持する微小のスタンドオフを形成する。一実施形態では、界面リング２６０は滑らかな平坦下面で形成してよい。別の実施形態では、界面リング２６０は界面リング２６０とウェルプレート１５０との接触面積を低減するために界面リング２６０の外面上に形成された所定のパターンで形成してよい。例えば、そのパターンは界面リング２６０上に（例えば、チェーンパターンに）形成された一群の相互接続された円形又はＯリング状部分を備えてよい。例えば、詳細図２Ｅは界面リング２６０の表面の代替構成を示す。詳細図２Ｅにおいて、界面リング２６０Ａは凹部２６２Ａを囲む一連の円形隆起リング／部分２６１Ａを備えている。例えば、詳細図２Ｅのパターンは隣接する８リングのチェーン又は列に類似してよいが、別のパターンを使用してもよい。使用中でないとき、界面リング２６０Ａは凹部２６２Ａがウェルプレートのポートと整列する位置に回転してポート構造内でのクリープを避けることができる。
ロータベース部２４０、界面リング２６０及び界面パッド２６２はマルチショット（例えば２ショット）成形プロセスによって形成することができ、ロータベース部は１つの種類の材料で形成し、界面リング２６０及び界面パッド２６２は別の種類の材料で形成することができる。例えば、界面リング２６０及び界面パッド２６２は熱可塑性エラストマ（ＴＰＥ）又は他の同様の材料で形成することができる。径方向ポート２５０は界面リング２６０を貫通する。界面パッド２６２は中心ポート２４８の周囲に形成される。中心ポート２４８はウェルプレート１５０の中心フィードポート１６１と整列するように位置付けされるが、径方向ポート２５０は異なるウェルトランジションポート１６２と整列するように回転される。中心界面パッド２６２及び界面リング２６０は共通の射出成形作業中に熱可塑性エラストマを１つまたは２つのゲートで射出することによって形成される。径方向ポート２５０は界面リング２６０の周囲の円弧（中心ポート２４８に対して）に沿って延在する細長寸法の楕円として形成してもよい。楕円形の径方向ポート２５０は対応するウェルポートと整列する際に所定量の公差を提供する。
図２Ｆはロータシャフト２０２及びロータバルブ２３４の側面斜視図（ロータ２１０は除去されている）を示す。図２Ｆは回転軸２２０に沿って延びるロータシャフト２０２を示す。ロータシャフト２０２の近位端２０３は負荷結合界面部２３９を通してロータバルブ２３４にしっかり装着される。負荷結合界面部２３９は結合フランジ２４１をその中に保持する内部リブ２５６で形成される。結合フランジ２４１はロータシャフト２０２の所望の区分に沿って延在する側壁２４３を含む。側壁２４３はロータシャフト２０２の周囲を少なくとも部分的に沿って延在するベース区分２４５及び上部区分２４７を含む。結合フランジ２４１はロータシャフト２０２をロータバルブ２３４から減結合する（例えば、別々にモールド成形する）ことを可能にする。加えて、結合フランジ２４１はロータシャフト２０２に加わる側面加重をロータバルブ２３４から減結合することができる。例えば、側面荷重は矢印２Ｆで示すように様々な径方向に認められ、対応する径方向へのロータシャフト２０２の僅かな偏倚を生じ得る。結合フランジ２４１はロータシャフト２０２と回転バルブとの間の、例えば矢印２Ｆの方向の所定量の傾動を許容するとともに、ロータバルブ２３４をウェルプレートの表面に対して比較的一定の向きに維持する。他の実施形態として、ロータバルブ２３４を座標ＸＹで示す所定の平面内に維持することができる。
図２Ａ，２Ｂ及び３Ｃに戻り説明すると、回転バルブアセンブリ２００は様々な機構部によってウェルプレート上の所定の位置に維持される。ラッチアーム２２６がバルブキャップ２１０をウェル１５６に対してウェルプレート１５０上の所定のＸＹ位置に固定する(図３Ｃ)。ウェル１５６の壁上のへこみ(図３Ｃ)がラッチアーム２２６及びバブルキャップ２１０を下向きに保持する。キャップ延長部２１６がロータシャフト２０２を所定のＸＹ位置に維持し、配向し、回転軸２２０を中心とする回転を可能にする。内部リブ２５６内に設けられたバイアス素子２５３がキャップベース部２１４(図２Ｂ)内の内部空洞２１３内に設けられた内部棚２２１に当接する。内部棚２２１はバイアス素子２５３への下向きの力を維持し、それによって回転運動を許可しながらロータベース部２４０、界面リング２６０及び中心界面パッド２６０をウェルプレート２５０の表面にしっかり押しつけ保持する。
照明チャンバ
図４Ａは、照明チャンバ４００をより詳しく説明するために、カートリッジアセンブリ１００の一部分の底面図を示す。照明チャンバ４００は機器の照明素子を受け入れるためのものである。例えば、照明素子は予め決められたＸＹＺ座標に従って照明チャンバ４００内に設置される。後に説明されるように、ＬＥＤ照明素子が照明チャンバ４００内（例えば、その中のドック内）に、明確に定義されたＸＹＺ位置に挿入され、ＬＥＤ照明素子の位置は照明チャンバ４００内の位置制限機構部により規定される。
図１Ａ，図５Ｃ及び図５Ｄを合同参照すると、照明チャンバ４００は片側に円形周壁４０６が形成され、反対側に位置リミタ４０８（図５Ｄ）が形成される。位置リミタ４０８は流体解析ステーション１７０の周囲の選択点に設けられる。位置リミタ４０８は照明素子の周囲外壁上の係合機構部と係合して照明素子を、例えばウェルプレート１５０に設けられた光学インタフェース窓４１０に対してＸＹ方向に既知の所望の位置に位置させる。本実施形態では、ＸＹ方向は光学インタフェース窓４１０の表面にほぼ平行な平面内を延在する。加えて、１つ以上のリブ４１２がウェルプレート１５０上に設けられ、光学インタフェース窓４１０の周囲に配置される。照明素子はＺ方向に挿入されたときリブ４１２に当接（ドッキング）する（照明素子に対して基準点を提供する）。リブ４１２は照明素子の前面に当接して照明素子のＺ方向（光学インタフェース窓４１０に向かう又は離れる方向）の移動を制御する。必要に応じ、照明素子の位置の制御と関連して追加の又はより少ないリミタ４０８及びリブ４１２を使用してもよい。必要に応じ、ＸＹＺ方向は異なる形に向けてもよい。
本明細書に詳細に説明されるように、チャネルカバーが光学インタフェース窓４１０と連通する流体チャネルを覆うように形成される。一例として、、流体チャネルはウェルプレート１５０の上面に開口を有するものとして形成し、その流体チャネルの上にチャネルカバーをレーザボンド（又は他の方法）で接合してもよい。
図４Ｂは、本明細書に記載の一実施形態に従ってフローセルカートリッジ９００が挿入され且つ照明素子が照明チャンバ内に挿入されたとき、流体解析ステーション１７０で提供され得る様々な構造のモデル側断面図を示す。図４Ｂにおいて、照明素子４５０がウェルプレート１５０の上方の動作位置で点灯されるとともに、フローセルカートリッジ９００がフローセルチャンバ１０８内に挿入される。図４Ｂで見えるウェルプレート１５０の構造は、窓４１０、リブ４１２、ポート１８０，１８２及びチャネルカバー４１６及び４１８を含む。図４Ｂで見えるフローセルカートリッジ９００の構造は、上部フレーム９０４、フローセル窓９２８、ポート９３４、及び解析回路９５８を含む。解析回路９５８は活性領域９６２及び活性領域ポート９６４を含む。照明チャンバ４００は、インタフェース窓４１０、フローセル窓９２８、透明層４２９及び解析回路内の活性領域９６２を貫通する照明軸４Ｂに沿って延長するように配向される。
照明素子４５０はウェルプレート１５０のリブ４１２に当接するまで照明チャンバ４００内に挿入される。リブ４１２は照明素子４５０に対するＺデータム点（Ｚ基準点）を窓４１０より所定の距離（最小距離）上に規定する。照明素子４５０から放射する光は窓４１０、フローセル窓９２８及び透明層９２９を通過して解析回路９５８の上面に至る。ウェルプレート１５０内のポート１８０，１８２はカバー４１６，４１８の下のチャネルを通る流体の注入及び排出を管理する。ポート１８０，１８２はフローセルカートリッジ９００の上部フレーム９０４内のポート９３４と整列するとともに、ポート９３４は解析回路９５８へのポート９６８と整列する。１つのフロー方向として、流体はチャネルカバー４１８に対応するチャネルに入って移動し、ポート１８０、１９４及び９６４を下向きに通過することができる。流体はポート９６４，９３４及び１８２からチャネルカバー４１６に対応するチャネルに排出されるまで活性領域９６２を横切って移動する。必要に応じ、フローの方向は逆にしてもよい。
必要に応じ、電極をポート１８０，１８２、９３４又は９６４の１つ以上に近接して配置することができる。更に、解析回路は活性領域内で流体により電位を生じさせるために反対電位として機能させることもできる。
ウェルプレート
次に、ウェルプレート１５０及びウェルプレート１５０中の流体チャネルのネットワークを図５Ａ－５Ｅと関連してより詳しく説明する。ウェルプレート１５０は薄型チャネル構造を提供する。一例として、ウェルプレート１５０は片面又は両面に形成された側面開口流体チャネルのネットワークを有するベース層で形成することができる。流体チャネルの側面開口を閉じるために、ベース層の上面及び／又は底面は対応するバック層（例えば、プラスチックフィルム）にシール接合される。例えば、ベース層の底面のみが側面開口チャネルを含む場合には、バック層は底面上にのみ設ければよい。同様に、ベース層の上面のみが側面開口チャネルを含む場合には、バック層は上面上にのみ設ければよい。ベース層の上面及び底面が側面開口を含む場合には、正面及び底面バック層を対応するベース層の上面及び底面に設ければよい。
必要に応じ、ベース層及びバック層の一方又は両方はポリプロピレンフィルム、熱可塑性エラストマ、加硫熱可塑性エラストマ等で形成してよい。ベース層及び／又はバック層は様々な方法、例えばレーザボンディングによって互いに接合してよい。ベース層は、ベース層の上面と底面に設けられたチャネルを相互接続する手段を提供するためにベース層を貫通するポートのネットワークを含む。
ベース層の全部又は一部分は炭素添加黒色プラスチック又は類似の材料で形成してよい。炭素添加は接合構造部とのレーザボンディングを容易にするとともに、接合部分を少なくとも部分的に不透明にする。黒色プラスチック又は他の不透明材料を使用することによって、ウェルプレート１５０は露光に対する所望量の耐性を提供し、蛍光の望ましくない伝達又は反射を防止することによってフローセルカートリッジの自己蛍光発光を低減する。ウェルプレート１５０は望ましくない光の伝達又は反射を防止することによってシステム内の光学ノイズも低減する。
図５Ａは、本明細書に記載の一実施形態に従って形成されたウェルプレート１５０の正面斜視図を示す。図５Ｂは、本明細書に記載の側面開口チャネルのネットワークの一実施形態をよりよく示すためにウェルプレート１５０のベース１５２の底面を示す。上述したように、側面開口チャネルを閉鎖するためにバック層をベース１５２の底面の上に設けることができる。ウェルプレート１５０はバルブステーション１６４、ポンプステーション１６８及び流体解析ステーション１７０を含む。試料入口チャネル１７２Ｄは試料入口１２４から試料トランジションポート１６２Ｄまで延在する。ベース１５２の前面はバルブステーション１６４の周囲に置かれた複数のウェル１５４，１５６を含む。ウェル１５６の一部はバルブステーション１６４の周囲に円形パターンに配列される。バルブステーション１６４内にはベース１５２上に円形フランジ１６６が形成され（それは上向き延在する）。フランジ１６６はロータベース部２４０の形状に合致する内部円形を有する。フランジ１６６及びフランジ１６６内のウェルプレートの部分は回転バルブアセンブリ２００の出発部として作用する。フランジ１６６の内面はロータベース部２４０の外周とほぼ一致する内径を有する。必要に応じ、フランジ１６６は回転バルブ部２４０とウェルプレート１５０との間の密閉関係の維持を容易にすることもできる。
ウェルトランジションポート１６２のアレイがフランジ１６６の内側領域内のベース１５２に設けられる。ウェルトランジションポート１６２は回転バルブアセンブリ２００の移動パターン及び可動域に対応する所定のパターンに形成され、例えば所定の半径を有する円弧に沿って形成される。例えばウェルトランジションポート１６２は流体チャネル２４６（図２Ｃ）の長さに等しい半径を有する円に沿って形成してよい。中心フィードポート１６０はフランジ１６６の中心及びウェルトランジションポート１６２により規定される円の中心に設けられる。中心フィードポート１６１はロータシャフト２０２の回転軸２２０と一致するように位置され、回転軸２２０はロータバルブ２３４を貫通して形成された中心ポート２４８にも一致する。
ポンプステーション１６８はベース１５２から上向きに延在する第１及び第２の支持ポスト５０２，５０４を含む。支持ポスト５０２，５０４はポンプアセンブリ５００の駆動シャフト及びシリンジアームを受け入れる。支持ポスト５０２，５０４は駆動シャフト及びシリンジアームの運動を所定の往復直線通路に沿って案内して流体をカートリッジアセンブリを通して移動させる。流体解析スターション１７０はフローセルへ流体を送り、フローセルから流体を除去する。
図５Ｂはウェルプレート１５０のベース１５２の底面に設けられた側面開口フローチャネル１７２のネットワークを示す。フローチャネル１７２はポンプステーション１６８、バルブステーション１６４及び流体解析ステーション１７０を通って延在する。加えて又は代わりに、フローチャネル１７２は追加のステーションを通ってもよい。フローチャネル１７２は様々なパターンに形成し、様々な長さ及び直径を有するものとしてもよい。
図５Ｅはバルブステーション１６４の近くのベース１５２の底面１５３の部分拡大図を示す。バルブステーション１６４は、回転バルブアセンブリ２００が移動する通路に対応する所定のパターン（例えば、円形パターン）に配列されたウェルトランジションポート１６２を含む。ウェルプレート１５０は更にウェル排出ポート１６３を含み、ウェル排出ポート１６３はベース１５２を貫通し、対応するウェル（図５Ａでは見えない）内でベース１５２の上面に開口する。各ウェル排出ポート１６３はウェル排出チャネル１６５を経て対応するウェルトランジションポート１６２に接続される。ウェルプレート１５０はウェル１５４，１５６の数及び位置に依存して複数のウェル排出チャネル１６５を含む。ウェル排出チャネルは様々な形状、例えば直線ライン、蛇行パス、Ｕ字形パス等に形成してよい。図５Ｅの実施形態では、短い直線ウェル排出チャネル１６５Ａの群が、対応するウェルトランジションポート１６２Ａと小さい近接ウェル１５６（図５Ａ）と整列するウェル排出ポート１６３Ａとの間に延在する。長い直線ウェル排出チャネル１６５Ｂの群が、対応するウェルトランジションポート１６２Ｂと、半径方向に外側にウェル１５６を超えて位置する大きいウェル１５４と整列するウェル排出ポート１６５Ｂとの間に延在する。更に、キャッシュ貯蔵部１６７が設けられ、該貯蔵部は貯蔵ポート１６２Ｃでロード及びアンロードされる貯蔵チャネル１６５Ｃを含む。操作中の様々な時点において、流体の一部分を無駄に捨てることなく一時的に貯蔵するのが望ましいことがある。従って、流体は利用可能貯蔵チャネル１６５Ｃに移動される。必要に応じ、貯蔵チャネル１６５Ｃに空気（又は不活性流体）を注入し残存させることができるように貯蔵チャネル１６５Ｃの反対端にポート１６３Ｃを含んでもよい。必要に応じ、ポート１６３Ｃはウェルプレート１５０上の対応する貯蔵ウェルに結合してもよい。
図５Ｃは、ウェルプレート１５０の背面上の流体解析ステーション１７０のより詳細な図を提供するためのベース１５２の一部分の底面図を示す。操作中、フローセルはステーション１７０に挿入され整列される。流体解析ステーション１７０は光学インタフェース窓４１０を含み、該窓は対向隅部でインタフェースポート１８０及び１８２により対角的に縁取られている。インタフェースポート１８０及び１８２は、フローセルが挿入されたとき、フローセルのポートと結合される。リミットポスト１９０及び１９２が流体解析ステーション１７０の１つ以上の側面に沿って位置する。リミットポスト１９０，１９２は、フローセルが挿入されたとき、フローセルと係合し、フローセルを光学インタフェース窓４１０及びインタフェースポート１８０，１８２に対してＸＹ方向に正しく整列させる。
ウェルプレート１５０の背面はウェルプレートの底面から外向き（下向きに）延在するリブ４７２を含む。例えば、リブ４７２はリブ４１２（図５Ｄ）と反対方向の延長線と一致してよい。ウェルプレート１５０の底面はＺ位置パッド４７３も含む。Ｚ位置パッド４７７３及びリブ４７２の最外面は共通の所定の平面に整列してＺデータム点を規定し、このＺデータム点でフローセルカートリッジ９００が挿入時に位置決めされる。本明細書に説明されるように、フローセルカートリッジ９００は、フローセル窓及びポートを流体解析ステーション１７０においてウェルプレートの底面に対して所定のＺ位置に維持するためにＺ位置パッド４７３及びリブ４７２に当接する上面を有する上部フレームを含む。
図５Ｄは、ウェルプレート１５０の上面上の流体解析ステーション１７０のより詳細な図を提供する、図５Ｃに対応するベース１５２の正面／上面部分の上面図を示す。流体解析ステーション１７２内のベース１５２の前側／上側部分は照明チャンバ（図４）に対応するので、図４に関して使用した参照番号を図５Ｄに関しても使用する。図５Ｄ示すように、位置リミッタ４０８が照明ステーション１７２の１つ以上の側面に沿って設けられ、照明素子の外周壁の係合機構部と係合する。ほんの一例として、機器により挿入されたときの照明素子のフットプリントを示すために破線の円が示されている。位置リミッタ４０８は照明素子を所定のＸＹ座標位置に位置させる（ここで、ＸＹ座標系はウェルプレート１５０及び光学インタフェース窓４１０の表面にほぼ平行な平面内にある）。
ウェルプレート１５０は、その上面上に、機器の照明素子を光学インタフェース窓４１０から所定の距離に保つために１つ以上の挿入制限素子４１１を含む。挿入制限素子４１１はマイクロ流体解析操作中に機器の照明素子と係合する。一例として、挿入制限素子４１１は光学インタフェース窓４１０の１つ以上の側面に沿って設けられた１つ以上のリブ４１２を含み、これらのリブ４１２は光学インタフェース窓４１０から上向きに、照明素子（例えば、レンズ）の遠位面と光学インタフェース窓４１０との間に所望のオフセットを維持するように決定された所定の距離リブだけ突出する。ウェルプレート１５０の上面上のリブ４１２はウェルプレート１５０の底面上のリブ４７２と整列する。リブ４１２は照明素子を所定のＺ公差位置又はＺ座標位置に位置させる（ここで、基準座標系のＺ軸はウェルプレート１５０の表面及び光学インタフェース窓４１０の表面にほぼ直角の面内にある）。一例として、リブ４１２は照明素子内のＬＥＤ光源を所定の表面（例えば、光学インタフェース窓４１０）に対して、機器のＬＥＤ光源と光学インタフェース窓４１０の下のフローセルとの間のＺ公差を最小にしつつ保つことができる。
バルブステーション１６４内において、選択ウェルトランジションポート１６２が（ロータバルブ２３４を介して）中心フィードポート１６０に結合される。中心フィードポート１６０はチャネル１７４を介してトランジションポート１７６に結合され、該ポート１７６は流れの方向をベース１５２の反対側へ転流する。図５Ａを参照するに、トランジションポート１７６は流体解析ステーション１７０内に示されている。照明チャネル１７８はトランジションポート１７６から光学インタフェース窓４１０に隣接して位置するインタフェースポート１８０へと連続する。流体はフローセル上のフローセルチャネルを通過し、フローセルポート１８２においてフローセルから排出される。流体はその後インタフェースポート１８２からフローセルチャネル１８４に沿って移送される。
図５Ｄも一実施形態に従って形成された照明チャネル１７８及び１８４をより詳しく示し、照明チャネル１７８、１８４は光学インタフェース窓４１０に近接して対応するインタフェースポート１８０，１８２で終端する。照明チャネル１７８，１８４はウェルプレート１５０の前面上に側面開口チャネルとして形成してよく、その場合には開口側面はチャネルカバー４１６，４１８（図４）で覆われる。照明チャネル１７８はトランジションポート１７６で始まり、インタフェースポート１８０で終わる。照明チャネル１８４はインタフェースポート１８２で始まり、ポンプステーションポート（図５Ｄでは見えない）で終わる。
本明細書に記載の実施形態は一方向の流体フローについて概説した。しかしながら、流体解析操作は反対方向に流れる流体フローと関連して実行してもよい。加えて又は代わりに、流体は流体解析の異なる段階において様々なチャネル内で異なる方向に制御することができる。それゆえ、どのポート、チャネル又は他の構造にも流れの方向を記述する名前が割り当てられているが、そのような記述は単なる例示であって、ポート、チャネル又は他の構造は流体を反対方向に運搬するために使用してもよいと認識されたい。
シリンジポンプアセンブリ
つぎに、図６Ａ－６Ｅを参照してシリンジポンプアセンブリ５００を本明細書に記載の一実施形態と関連して説明する。本明細書に説明されるように、シリンジポンプアセンブリ５００は不都合なバックラッシュュ効果を回避する双方向ポンプアクションを提供する。シリンジポンプアセンブリ５００は、駆動力を一方向に加えるとともにバイアス力によるプランジャアームの逆方向移動を許すことによって往復運動され、それによってポンプアセンブリ５００に引張力を加える必要がなくなる。
図６Ａは本明細書に記載の一実施形態に従って設けられたウェルプレート１５０上のポンプステーション１６８の上平面図を示す。ポンプステーション１６８は、一端がステーション入口ポート５０８に結合され、反対端がステーション排出端５１０に結合されたポンプチャネル区分５０６を含む。ポンプチャネル区分５０６は、準備区分５１２と排出区分５１４とポンプ作業区分５１６とに機能的に分割することができ、それらの区分のすべては互いに連続して両方向の流体フローを支持するよう形成される。作業区分５１６は作業エリア５１３を含み、該エリアではプランジャ５４０が低圧（例えば真空）と高圧を交互に導入するように往復運動する。作業エリア５１３は作業エリア５１３の上流と下流に位置する１対のピンチバルブ５１８の間に挟まれている。ピンチバルブ５１８は作業エリア５１３からの流れの方向、例えば排出方向又はフローセル方向、を決定する。一例として、ピンチバルブ５１８は作業区分５１６内のチャネルに沿って形成された円形のへこみに関心材料（例えば、熱可塑性エラストマ）を押し込むことによって形成することができる。本明細書で説明されるように、ピンチバルブ５１８は、ポンプステーション１６８を通して流体を引きこむ又は押し出すために、作業エリア５１３における低圧及び高圧の導入と関連して状況に合わせて交互に開閉される。準備区分５１２は、作業区分５１６とステーション入口ポート５０８との間にあって、作業区分５１６の上流に位置する。本実施形態では、準備区分５１２は、流体が作業エリア５１６を通過する前に所定量の流体を保持するための貯蔵部をポンプチャネル区分５０６内に形成するために、蛇行形状に配置されたチャネルを含む。必要に応じ、準備区分５１２は長くしても、又は短くしても、又は例えばステーション入口ポート５０８を作業区分５１６の端に近接して設けることによって完全に除去してもよい。排出区分５１４は、作業区分５１６とステーション排出ポート５１０との間にあって作業区分５１６の下流に位置する。本実施形態では、排出区分５１４は比較的短い直線チャネルとして設けられているが、代替実施形態では長さ及びパターンが異なる排出区分５１４を設けても、完全に除去してもよい。
図６Ｂはポンプ５００内に設けられたプランジャ５４０の側面図を示す。プランジャ５４０は一般にブリッジセグメント５５２により互いに結合された駆動アーム５４６及びプランジャアーム５５４を含み、それらのすべてはモノリシック構造（例えば、一体成形）に一体に形成される。駆動アーム５４６は駆動端５４８及び遠位端５４９を有する。プランジャアーム５５４は作業端部５５６及び遠位端５５８を有する。プランジャ素子５５７はプランジャアームの作業端部５５６に装着される。駆動アーム５４６及びプランジャアーム５５４の遠位端５４９及び５５８はブリッジセグメント５５２に結合される。プランジャアーム５５４及び駆動アーム５４６はブリッジセグメント５５２からプランジャアーム５５４と共通の方向に下向きに延在する。プランジャアーム５５４は駆動アーム５４６の長さにほぼ平行な方向に延在するように向けられるため、駆動アーム５４６及びプランジャアーム５５４は駆動力５４３及びバイアス力５４４に応答して共通の方向に且つ整列して一緒に移動する。駆動力５４３及びバイアス力５４４は対応する逆方向引張力のない単方向力を表す。ブリッジセグメント５５２はカバー１０２に形成されたポンプアクセス開口１２３（図１Ａ）に位置し、その開口を通して露出されるバイアス面５４２を含む。機器のバイアス素子（例えばばね）がバイアス面５４２に係合し、バイアス力をバイアス面５４２に加える。駆動アーム５４６の駆動端５４８はカートリッジアセンブリ１００の底面１１０の駆動開口１１６（図１Ｂ）に位置し、機器のポンプ駆動アセンブリに係合される。ポンプ駆動アセンブリは駆動力５４３を間欠的に駆動アーム５４６へ供給及びから除去する。駆動端５４８及びバイアス面５４２はプランジャ５４０の両端に位置する。駆動端５４８及びバイアス面５４２はカートリッジアセンブリ１００のハウジングの上面及び底面で露出されるため、プランジャ５４０の往復運動と関連して対応する単方向の駆動力５４３及びバイアス力５４４を駆動端５４８及びバイアス面５４２に供給することができ、バックラッシュの導入を回避することができるとともに、直接的な機器コード化計測を提供することができる。駆動力及びバイアス力５４３，５４４は双方向プッシュシステムをもたらし、プッシュ／プルポンプドライバを不要にする。
図６Ｃはプランジャアーム５５４に装着されたプランジャ素子５５７の拡大側面図を示す。プランジャ素子５５７は内部構造を示すために部分的に透明にして示されている。プランジャアーム５５４は１つ以上のステム５５９が一体にモノリシック構造に形成された先端部５５３を含む。ステム５５９はそれらの間に延在するヒンジピン５６５を含む。支持ビーム５５１にはその近位端に目孔５４５が設けられる。目孔５４５は細長く、ヒンジピン５６５を受け入れて支持ビーム５５１がプランジャアーム５５４及びプランジャ素子５５７の長さにほぼ平行に伸びる矢印５６７の方向に所定の範囲に亘って移動可能にする。必要に応じ、ステム及び支持ビーム５５９，５５１は共通のモノリシック構造として形成してよい。
プランジャ素子５５７は本体５６１を含み、本体５６１は本体５６１の外周に関して所定の輪郭を有するほぼ管の形状に形成される。本体５６１は、プランジャアーム５５４の前縁部５５３と（例えば、常温成形処理により）１列に形成された後縁部５５５を含む。本体５６１は１つ以上の外周プランジャリブ５６３を含み、該リブはプランジャアーム５５４が往復運動する支持ポスト５０４の内部通路内の気密シールを維持するために成形され設置される。
プランジャ素子５５７はプランジャアーム５５４よりかなり可撓性で圧縮可能な加硫熱可塑性エラストマ（ＴＰＶ）又は他の材料で形成してよい。駆動アーム５４６、ブリッジセグメント５５２、及びプランジャアーム５５４は比較的硬質のプラスチック材料（例えば、ポリカーボネイトプラスチック）で形成される。プランジャ素子５５７はプランジャアーム５５４に非スナップ留め式に形成される。一例として、プランジャアーム５５４はステム５５９及び支持ビーム５５１の上にモールド成形してよい。例えば、２ショットモールディングを使用し、プランジャアーム５５４を最初の成形処理中に成形し、プランジャ素子５５７を第２の成形処理中に付加してよい。成形プロセスを使用することによって、プランジャ素子５５７はプランジャアームに、それらの間（前縁５５３と後縁５５５の間）にあるかなしかの公差又は間隙で固着され、プランジャ素子５５７とプランジャアーム５５４が（前縁５５３と後縁５５５で）互いに物理的に及び化学的に連結される。
プランジャ素子５５７とプランジャアーム５５４との間の精密公差を提供することによって、プランジャ５４０は、プランジャ素子を単にプランジャアームにスナップ留めする又は別の方法で緩く装着する場合に起こるかもしれない「ヒステリシス」がほぼ解消又は回避される。
プランジャ素子５５７とプランジャアーム５５４との間の非スナップ留めインタフェースは、運動方向が変化する度にプランジャ素子がプランジャアームに対して上向き及び下向きに動く可能性を導入するスナップ留め型のプランジャ素子対して改善をもたらす。スナップ留めプランジャとプランジャアームとの間で運動が経験されるとき、このような構成はヒステリシスとも称されるバックラッシュを生じる可能性がある。
本明細書に記載の実施形態によれば、プランジャ５４０は操作中に多数回（例えば、１ラン当たり数千～数万サイクル）両方向に移動する。プランジャ５４０は０．３ｍｍ／ｓｅｃ～１０ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動し得る。従って、スナップ留め型プランジャ素子は１ラン（マイクロ流体解析操作）中にバックラッシュ又はヒステリシスを多数回生じる可能性がある。本明細書に記載の実施形態は、プランジャ素子５５７をプランジャアーム５５４の一部分に（非スナップ留め式に）形成することでそられの間に固定関係を維持することによってヒステリシス又はバックラッシュのリスクを回避している。
図６Ｂに戻り説明すると、操作中、機器のポンプ駆動アセンブリが駆動アーム５４６の駆動端５４８に駆動力５４３を間欠的に加えてプランジャ５４０を駆動力５４３の方向に上向きに移動する。駆動力５４３が除去されると、バイアス力５４４がプランジャ５４０をバイアス力５４４の方向に下向きに移動する。本明細書に記載の実施形態は、バイアス力５４４を印加することによって、ポンプ駆動アセンブリを駆動アーム５４６に取り付ける必要性及び引張力を駆動アームに加える必要性を回避している。駆動力５４３は間欠的に印加及び除去され、それによってプランジャ５４０を操作中上向き及び下向きに繰り返し移動させている。プランジャ５４０が上向き及び下向きに移動すると、作業端部５５６が作業エリア５１３(図６Ａ)内に低圧及び高圧状態を導入する。高圧及び低圧状態が作業エリア５１３に導入されると、流体がチャネルセグメント５０６に沿って引き込まれ及び押し出される。ポンプチャネルセグメント５０６を通る流体の移動方向はピンチバルブの開閉で制御される。
図６Ｄは、ポンプ操作をよりよく示すためのポンプステーション１６８の側面図を示す。ポンプステーション１６８内には、プッシュピン支持部５６０がウェルプレート１５０のベース１５２の底面に装着される。支持部５６０は通路５６４を有する支持ポスト５６２を含む。通路５６４は対応するプッシュピン５２０，５２１を受け入れる。プッシュピン５２０，５２１はシャフト５２３を含み、シャフト５２３は作業端部５６６及び反対側の接触バッド５２４を含む。作業端部５６６はピンチバルブ５１８に位置するが、接触パッド５２４は支持ポスト５６２の外縁を超えて半径方向に広がっている。シャフト５２３はその周りに１つ以上の外部リブ５２５を含む。通路５６４も１つ以上の内部リブ５２７を含む。外部及び内部リブ５２５，５２７は協働してプッシュピン５２０，５２１を対応する通路５６４内に保持するが、プッシュピン５２０，５２１はバルブ開方向５１９及びバルブ開方向５１７に支持ポスト５６２に沿って上下に移動することができる。接触パッド５２４は底面１１０のプッシュピン開口１１４（図１Ｂ）に位置する。
操作中、機器のバルブ駆動素子は接触パッド５２４と係合するように設置される。バルブ駆動素子はバルブ閉鎖力を（バルブ閉方向５１９に）プッシュピン５２０，５２１の１つに加えるが、他のプッシュピン５２０，５２１には閉鎖力を加えない。バルブ閉鎖力がプッシュピン５２０，５２１に加えられないとき、プッシュピン５２０，５２１はバルブ開方向５１７に移動してバルブ開状態になるため、対応するピンチバルブ５１８は開く。バルブ閉力が加えられ、対応するプッシュピン５２０，５２１がバルブ閉方向５１９に移動するとき、対応するピンチバルブ５１８が閉じる。プッシュピン５２０，５２１及び対応するピンチバルブ５１８は交互に開及び閉状態になる。
図６Ｄは支持ポスト５０４内に装填されたときのプランジャアーム５５４も示す。プランジャアーム５５４はプル方向５６６及びプッシュ方向５６８に往復運動して作業エリア５１３内に対応する低圧及び高圧状態を生成する。プランジャアーム５５４がプル方向５６６に移動するにつれて、流体が作業エリア５１３に引き込まれ、作業エリア５１３内に引き込まれた流体の量はプランジャアームの可動域により決まる。シリンジアームがプッシュ方向５６８に移動すると、作業エリア５１３内の流体が作業エリア５１３からフローチャネルへと押し出される。流体が流体チャネルから作業エリア５１３内に引き込まれる方向は、プッシュピン５２０，５２１のどちらが対応するピンチバルブ５１８を閉じたかによって決まる。例えば、プル力を矢印Ａの方向に導入するには、シリンジアームがプル方向５６６に移動される間プッシュピン５２１が対応するピンチバルブ５１８を閉じるために閉状態に移動される。プランジャアーム５５４が作業エリア５１３から引き込まれるにつれて、流体は流体チャネルに沿って矢印Ａの方向に進む。プランジャアーム５５４が可動域の終端に到達すると、プッシュピン５２１が解放され、開方向５１７に移動することが許され、対応するピンチバルブ５１８を開くことが許される。同時に、プッシュピン５２０が閉方向５１９に移動して対応するピンチバルブ５１８を閉じる。その後、プランジャアーム５５４はプッシュ方向５６８に移動して流体を作業エリア５１３から流体チャネル内へ矢印Ｂの方向に押し出す。流体を反対方向へ移動させたい場合には、プッシュピン５２０，５２１の操作をプランジャアーム５５４の移動に対して逆にすればよい。
図６Ｅは支持ポスト５０２，５０４内に挿入されたプランジャ５４０の一部分の拡大側斜視図を示す。プランジャアーム５５４は支持ポスト５０４内に摺動可能に収容され、駆動アーム５４６は支持シャフト５０２内に摺動可能に収容される。支持シャフト５０２及び駆動アーム５４６はプランジャ５４０を所定の往復通路に沿って比較的小さい公差で案内するためにＸ型の断面で形成される。
図６Ｆは、本明細書に記載の実施形態によるプランジャアームを収容する支持シャフト５０４の斜視図を示す。支持シャフト５０４は近位端５７０及び遠位端５７１を含む。近位端５７０はウェルプレート１５０に取り付けられるが、遠位端５７１はポンプステーション１６８から上向きに延在する。支持シャフト５０４は細長く、近位端５７０と遠位端５７１との間に延在する通路５７２を含む。通路５７２は、遠位端５７１から近位端５７０の近くの部分に向かって延びる通路５７２の区分において第１の内径５７１を有する。通路５７２は、パーキングステーション５７４を形成するために近位端５７０で第２の大径５７６を有する。パーキングステーション５７４は保存位置に置く際にプランジャ素子５５７の少なくともプランジャリブを含む部分を受け入れる。プランジャ素子５５７は、保存中、輸送中、又は一般に非使用時中パーキングステーション５７４に置いてよい。拡大直径を有するパーキングステーションにプランジャ素子５５７のプランジャリブを保持可能にすることによって、本明細書に記載の実施形態はプランジャ素子５５７のクリープを回避するため、プランジャ素子５５７及びプランジャリブは過度に圧縮されることなく長期間に亘ってもとの形状を維持する。さもなければ、プランジャ素子５５７及びプランジャリブは、第１の狭い直径５７５を有する通路５７２の部分内に長期間格納された場合、クリープ（又は形状の変化）を生じ得る。
流体機器
図７は本明細書に記載の実施形態に従って実装される流体機器７００のブロック図を示す。機器７００はカートリッジアセンブリ１００を収容するドッキングステーション７０３を含む。機器７００内の様々な電気的、光学的及び機械的サブアセンブリがマイクロ流体解析操作中にカートリッジアセンブリ１００と相互作用する。
機器７００は、特に、１つ以上のプロセッサ７０２を含み、該プロセッサはマイクロ流体解析操作を実行するためにメモリ７０４に格納されたプログラム命令を実行する。プロセッサ７０２はバルブ駆動アセンブリ７１０、ポンプ駆動アーム７２０、穿孔機アクチュエータアセンブリ７４０、照明素子７５０、電気接点アレイ７５２、及び加熱素子７５３に通信可能に結合される。
ユーザインタフェース（Ｕ／Ｉ）７０６が機器７００の操作を制御及び管理するユーザのために設けられる。１つ以上の通信インタフェース７０８が機器７００とリモートコンピュータ、ネットワーク等との間のデータ及び他の情報を伝達する。例えば、通信インタフェース７０８は特定の流体解析操作に関連するプロトコル、患者記録及び他の情報を受信する。通信インタフェース７０８は得られた生データ並びに１つ以上の試料の解析から導出されたデータも伝達する。
バルブ駆動アセンブリ７１０は回転バルブアセンブリ２００と係合する駆動シャフト７１２を含む。バルブ駆動アセンブリ７１０は回転モータ７１４及び並進モータ７１６も含む。並進モータ７１６は駆動シャフト７１２を回転バルブアセンブリ２００のロータシャフトとの係合状態と離合状態との間で併進方向に移動させる。駆動シャフト７１２が回転バルブアセンブリ２００と物理的にしっかり係合されると、回転モータ７１４が駆動シャフト７１２の回転方向７１９の回転を制御して回転バルブアセンブリ２００を様々な試薬のウェルをウェルプレートのチャネルに接続又は切離すように指示する。
バルブ駆動アセンブリ７１０は駆動シャフト７１２のロータシャフト２０２（図２Ｂ）に対する位置を監視する位置エンコーダ７１３を含む。エンコーダ７１３は、駆動シャフト７１２のスプラインとロータシャフト２０２の内部スプラインとの完全な係合を確実にするために位置データをプロセッサ７０２に供給し、それにより位置エンコーダ７１３がロータシャフト２０２の回転位置を密接に追跡するのを確実にする。一例として、エンコーダ７１３は回転バルブアセンブリ２００と関連して上述した内部スプライン２３２（図２Ｂ）に合致するように形成及び寸法決定された雄エンコーダスプライン構造を有するシャフトを含んでよい。エンコーダスプラインはそれらの間に一定の関係を維持するように内部スプライン２３２内に底に達するまで形成される。エンコーダスプラインは駆動力を供給しないで、単にロータシャフト２０２に従動して精密且つ正確な角度位置データをプロセッサ７０２に提供する。駆動シャフト７１２はロータシャフト２０２の遠位端上に嵌合する別の一組の駆動スプラインを含む。駆動スプラインは互いに嵌合し、駆動力をロータシャフト２０２上の外部スプラインに供給する。
ロータシャフト２０２と駆動シャフト７１２を一定の回転関係に維持することによって、プロセッサ７０２はモータ７１４から得られる回転データを用いてロータバルブ２３４の特定の回転位置を決定することができる。
バルブ駆動アセンブリ７１０はフローチャネルを１つ以上のポートに選択的に接続するためにロータシャフト２０２を移動（回転）させるものである。多くの操作において、ロータシャフト２０２は連続的に使用される試薬ウェルのためのウェルポートの位置に基づいて様々な角度に回転される。例えば、隣接するウェルが順に使用されるとき、バルブ駆動アセンブリ７１０はロータシャフト２０２を数度だけ回転する。しかし、ウェルプレートの対辺にある第１及び第２のウェルが使用されるとき、バルブ駆動アセンブリ７１０はロータシャフト２０２を１８０°又はほぼ１８０°回転する。ロータシャフト２０２の回転後、回転バルブアセンブリ２００は一時的に停止し、それを通して流体を流すこと又は試料を検出することを可能にする。
穿孔機アクチュエータアセンブリ７４０は、１つ以上の穿孔機シャフト７４２と、穿孔機シャフト７４２を後退位置と延長位置との間で駆動する並進モータ７４４とを含む。穿孔機シャフト７４２が延長位置に移動されると、穿孔機シャフト７４２は穿孔機ユニット３００の上面と係合し、穿孔機ユニット３００を下向きに押して穿孔機ユニット３００の穿孔素子で対応する試薬ウェルを覆うフォイルに孔を開けることができる。穿孔シャフト７４２は流体解析操作中延長したままにしてもよいし、後退させてもよい。
ポンプ駆動アセンブリ７２０はモータ７２４に結合されたポンプシャフト７２２を含み、ポンプシャフト７２２はポンプ方向７２３に沿って伸長位置及び後退位置の間を移動する。一例として、ポンプシャフト７２２は矢印７２１の方向に回転されるスクリュー軸として形成してよい。ポンプシャフト７２２をねじる方向を変えることによって、ポンプシャフト７２２は内側（後退方向）又は外側（伸長方向）にポンプ方向７２３に沿って移動する。ポンプシャフト７２２を後退位置と伸長位置との間で繰り返し移動させることによって、ポンプシャフト７２２は駆動力５４３を駆動アーム５４６に与えてポンプアセンブリ５００を、ポンピングステーションに流体を吸引／吸入するように、シリンジアーム５５４が作業エリアに低圧状態を生じさせる方向に移動させる。駆動シャフト７２２は後退位置に繰り返し移動され、バイアス素子７３４がポンプアセンブリ５００のバイアス面５４２にバイアス力を与えてポンプアセンブリ５００をバイアス力５４４の方向に下向きに移動させ、それによりシリンジアーム５４４が作業エリアに高圧状態を生じさせてポンピングステーションから流体が吐出される。
位置エンコーダ７３５がバイアス素子７３４にも設けられる。位置エンコーダ７３５は、バイアス素子がプランジャ５４０とともに上下動するにつれてバイアス素子７３４の位置を追跡する。位置エンコーダ７３５は位置データをプロセッサ７０２に供給してプランジャ５４０の位置を動作中追跡する。
ポンプ駆動アセンブリ７２０は押しピン５２０，５２１と整列するように配置されたバルブ駆動シャフト７２６及び７２８も含む。バルブ駆動シャフト７２６，７２８はモータ７３０により伸長位置と後退位置の間で矢印７２５に沿って移動する。バルブ駆動シャフト７２６，７２８は反対方向に移動され、バルブ駆動シャフト７２６が伸長されるとき、バルブ駆動シャフト７２８は後退され、逆も同様である。バルブ駆動シャフト７２６，７２８は、流体をポンプステーション１６８を通し、よってフローセルを通して流すために、ポンプシャフト７２２の移動と同期して交互に反対方向に移動される。
照明素子７５６は照明チャンバ４００に侵入及び退出される。照明素子７５０は１つ以上の種類の照明光を照明チャンバ４００内に提供する光学系を含む。一例として、照明素子７５６は、所望の量及び種類の光を発生するためにＬＥＤライトチューブ等を含んでよい。電気接点アレイ７５２及び加熱素子７５３がカートリッジアセンブリ１００の底面１１０内のフローセルカートリッジアクセスエリア１１２内に挿入される。接点アレイ７５２はフローセルカートリッジ９００の対応する電気接点パッドアレイと係合する。加熱素子７５３はフローセルカートリッジ９００内の熱拡散器と係合する。
少なくとも１つの実施形態によれば、プロセッサ７０２はモータ、光学系、接点アレイなどの動作を管理する。必要に応じ、機器７００と関連して記載したモータ、アセンブリ、光学系、接点アレイ、アセンブリ及びコンポーネントの各々の動作を管理するために（例えば、プロセッサ７０２の制御の下で）協働する複数のプロセッサを設けてもよい。
例えば、モータは直流駆動モータとしてよい。しかしながら、様々な代替機構、例えば直流（ＤＣ）モータ、ソレノイドドライバ、リニアアクチュエータ、圧電気モータなどを使用してよい。
流体制御システム
図８は、一実施形態に従って図７の機器７００で実装されるコンピュータシステム８１０の概略図を示す。例えば、コンピュータシステム８１０は１つ以上のプロセッサ７０２によってユーザインタフェース７０８の制御及びメモリ７０４に格納されたプログラム命令の下で実施することができる。図８はコンピュータシステム８１０の様々なコンポーネントの代表的な説明図又はブロックを示すが、図８は単なる概略図又は例示であって、コンピュータシステム８１０は様々な形態及び構成としてよいことを理解されたい。
コンピュータシステム８１０は機器の様々なコンポーネント、アセンブリ及びシステム（又はサブシステム）と通信可能である。コンピュータシステム８１０は、流体セレクタモジュール８５１、流体制御モジュール８５２、検出器モジュール８５３、プロトコルモジュール８５４、解析モジュール８５５、ポンプ駆動モジュール８５７、バルブ駆動モジュール８５９、及び照明管理モジュール８６１を含んでよい。モジュール８５１－８６１は別個のブロックで示されているが、モジュールの各々はハードウェア、ソフトウェア又は両者の組み合わせとしてもよいこと及びモジュールの各々は同じコンポーネント、例えばプロセッサ、の一部としてもよいことを理解されたい。代わりに、モジュール８５１－８６１の少なくとも１つは別のプロセッサの一部としてもよい。更に、モジュール８５１－８６１の各々は互いに通信可能にしてもよく、また特定の機能を実行するコマンド／命令を統合してもよい。
コンピュータシステム８１０及び／又はモジュール８５１－８６１は、プロセッサベース又はマイクロプロセッサベースシステム、例えばマイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、論理回路、及び本明細書に記載の機能を実行し得る任意の論理ベースデバイスを用いるシステム、を含んでよい。上記の実施形態は一例にすぎず、必ずしもモジュール又はコンピュータシステムという語の定義及び意味を限定することを意図するものではない。代表的な実施形態では、コンピュータシステム８１０及び／又はモジュール８５１－８６１は、試料を生成し、検出データを取得し及び／又は検出データを解析するために、１つ以上の記憶素子、メモリ又はモジュールに格納された命令のセットを実行する。
命令のセットは、機器８０２に命令して本明細書に記載の様々な実施形態の方法及びプロセスなどの特定の動作を実行させる様々なコマンドを含んでよい。命令のセットはソフトウェアプログラムの形態にしてよい。本明細書で使用する語「ソフトウェア」及び「ファームウェア」は相互に交換可能であり、コンピュータによる実行のために、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ及び不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリなどのメモリに格納される任意のコンピュータプログラムを含む。上記のメモリのタイプは単なる例示であって、コンピュータプログラムの格納に有用なメモリのタイプを限定するものではない。
ソフトウェアは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などの様々な形態にしてよい。更に、ソフトウェアは別個のプログラムの集合、又は大きなプログラム内のプログラムモジュール又はプログラムモジュールの一部分の形態にしてもよい。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んでもよい。
コンピュータシステム８１０はモジュールの集合として概念的に示されているが、専用のハードウェアボード、ＤＳＰ、プロセッサなどの任意の組み合わせを用いて実装することができる。代わりに、コンピュータシステム８１０は単一のプロセッサを有するオフザシェルフＰＣを用いて又は複数のプロセッサ有し複数のプロセッサに機能操作が分配されるオフザシェルフＰＣを用いて実装してもよい。更なるオプションとして、本明細書に記載のモジュール機能は、特定のモジュール機能は専用のハードウェアを用いて実行されるが、残りのモジュール機能はオフザシェルフＰＣなどを用いて実行される、ハイブリッド構成を用いて実装してもよい。モジュールは処理ユニット内のソフトウェアモジュールとして実装してもよい。計算モジュールの１つ以上は、例えばネットワーク内に又はクラウドコンピューティング環境内に置いてもよい。
本明細書で説明されるように、バルブ駆動アセンブリ及びポンプ駆動アセンブリは対応するコンポーネント（例えば、回転バルブ及びプランジャ）の回転位置及び並進位置を示す信号をコンピュータシステム８１０に送信するエンコーダを含む。
いくつかの実施形態では、検出器モジュール８５３がイメージングアセンブリ（照明素子７５０及びフローセルカートリッジ内の解析回路を含む）にイメージング窓（インタフェース窓４１０、フローセル窓９２８及び解析回路９５８の透明層）の一部分を撮像するよう命令することができ、この命令は励起源（照明素子）に入射光線をインタフェース窓に照射して解析回路９５８の活性領域内の試料中の標識を励起させる命令を含む。検出器モジュール８５３は接点アレイ７５２及び接点パッド９５０を介して解析回路９５８と通信して画像データを得る。ＳＢＳシークエンシングの場合には、各画像はＤＮＡクラスタからの多数の点光源を含む。図にも示されるように、流体セレクタモジュール８５１がバルブ駆動アセンブリに回転バルブアセンブリを動かすように命令することができる。流体制御モジュール８５２が様々なポンプ及びバルブに流体の流れを制御するように命令することができる。プロトコルモジュール８５４は、指定のプロトコルが実行されるようにシステム８００の動作を調整する命令を含み得る。プロトコルモジュール８５４は任意の熱制御素子に流体の温度を制御するよう命令することもできる。ほんの一例として、プロトコルモジュール８５４はシークエンシング・バイ・シンセシス（ＳＢＳ）モジュールとし、シークエンシング・バイ・シンセシスプロセスを実行するための様々なコマンドを発行してもよい。いくつかの実施形態では、プロトコルモジュール８５４は検出データを処理することもできる。架橋ＰＣＲによるアンプリコンの生成後に、プロトコルモジュール８５４は、アンプリコンを線状化又は変性してｓｓｔＤＮＡを生成する命令及びシークエンシングプライマーを加えてシークエンシングプライマーが関心領域の側面に位置するユニバーサルシーケンスにハイブリダイズされ得るようにする命令を与える。各シークエンシングサイクルはｓｓｔＤＮＡを単一塩基だけ伸長し、これはプロトコルモジュール８５４によって命令され得る修飾ＤＮＡポリメラーゼ及び４タイプのヌクレオチドの混合物の送給によって達成される。異なるタイプのヌクレオチドは、一意的蛍光標識を有し、また各ヌクレオチドは単一塩基取り込みだけを各サイクルで生ずることができる可逆的ターミネータを有する。単一塩基がｓｓｔＤＮＡに付加された後、プロトコルモジュール８５４は、フローセルに洗浄溶液を流して取り込まれなかったヌクレオチドを除去する洗浄ステップを行うよう命令する。プロトコルモジュール８５４は、さらに、励起源アセンブリ及び検出器アセンブリに対して、４つのチャンネルそれぞれにおける蛍光（各蛍光標識毎に１つ）を検出する撮像セッションを行うよう命令する。撮像後に、プロトコルモジュール８５４は、非ブロック化試薬の送給を命令し、蛍光標識及びターミネータをｓｓｔＤＮＡから化学的に開裂させることができる。プロトコルモジュール８５４は、非ブロック化試薬及び非ブロック化反応の生成物を除去する洗浄ステップを行うよう命令することができる。他の同様なシークエンシングサイクルを続けることができる。
プロトコルモジュール８５４により調整し得る代表的なプロトコルステップは、可逆ターミネータベースのＳＢＳ法で使用される流体及び検出ステップを含み、これらのステップは、例えば本明細書に記載され、また米国特許出願公開第２００７／０１６６７０５号、米国特許出願公開第２００６／０１８８９０１号、米国特許第７，０５７，０２６号、米国特許出願公開第２００６／０２４０４３９号、米国特許出願公開第２００６／２８１１０９号、ＰＣＴ国際公開第０５／０６５８１４、米国特許出願公開第２００５／１００９００号、ＰＣＴ国際公開第０７／０１０２５１に記載されており、これらの各文献は参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。可逆ターミネータベースのＳＢＳ法のための代表的な試薬は、米国特許第７，５４１，４４４号明細書、米国特許第７，５０７，０２６号明細書、米国特許第７，４１４，１１６号明細書、米国特許第７，４２７，６７３号明細書、米国特許第７，５６６，５３７号明細書、米国特許第７，５９２，４３５号明細書、及び国際公開第０７／１３５３６８号に記載されており、これらの各文献は参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。市販のシークエンシングプラットフォーム、例えばイラミーナ社（カリフォルニア州サンディエゴ）から市販されているＧＡ、ＨｉＳｅｑ(登録商標)及びＭｉＳｅｑ(登録商標)プラットフォーム、で使用されているプロトコルステップ及び試薬を使用することもできる。
いくつかの実施形態では、プロトコルモジュール８５４はパイロシークエンシングプロトコルのステップを実行する様々なコマンドを発行することができる。代表的なステップは以下に記載され、また以下の参考文献に記載されるステップを含む。パイロシークエンシングは、特定のヌクレオチドが新生核酸鎖に取り込まれるとき、無機ピロリン酸（ＰＰｉ）の放出を検出する（Ronaghi,et al. ”Real-time DNA sequencing using detection of pyrophosphate release” (1996), Analytical Biochemistry 242(1), 84-9；Ronaghi,M. (2001), ”Pyrosequencing sheds light on DN sequencing”, Genome Res.11(1), 3-11；Ronaghi et al.(1998) “A sequencing method based on real-time pyrophosphate” Science 281(5375), 363；米国特許第６２１０８９１号明細書；同第６２５８５６８号明細書、および同第６２７４３２０号明細書、これらの文献はそれぞれ参照により本明細書に組み入れられる）。パイロシークエンシングでは、放出されたＰＰｉを、ＡＴＰスルフリラーゼによりアデノシン三リン酸（ＡＴＰ）に即時に変換することにより検出することが可能であり、生成されたＡＴＰ量はルシフェラーゼ生成光子を介して検出することが可能である。この場合には、反応バルブ８１６は何百万のウェルを含むことが可能であり、各ウェルはその上にクローン的に増幅されたｓｓｔＤＮＡを有する単一捕獲ビーズを含む。各ウェルは他のより小さいビーズを含むことも可能であり、該ビーズは、例えば固定化酵素（例えば、ＡＴＰスルフリラーゼ及びルシフェラーゼ）を運ぶ又はウェル内の捕獲ビーズの保持を促進することができる。プロトコルモジュール８５４は単一タイプのヌクレオチドを運ぶ流体の連続サイクル（例えば、第１サイクル：Ａ；第２サイクル：Ｇ；第３サイクル：Ｃ；第４サイクル：Ｔ；第５サイクル：Ａ）を実行する命令を発行することができる。ヌクレオチドがＤＮＡに取り込まれるとき、パイロピロリン酸が放出され、それにより連鎖反応が引き起こされ、光のバーストが生じる。光のバーストは検出器アセンブリにより検出することができる。検出データは処理のために解析モジュール８５５に通知することができる。
いくつかの実施形態では、ユーザはユーザインタフェースを介してユーザ入力を供給してシステムにより実行するアッセイプロトコルを選択することができる。他の実施形態では、システムは機器８０２に挿入されたフローセルカートリッジのタイプを自動的に検出し、ユーザと実行するアッセイプロトコルを確認することができる。代わりに、システムは決定されたフローセルカートリッジのタイプに対して実行し得る限られた数のアッセイプロトコルを提供してもよい。ユーザは所望のアッセイプロトコルを選択することができ、その後システムは選択されたアッセイプロトコルを予めプログラムされた命令に基づいて実行することができる。
解析モジュール８５５はフローセルカートリッジ内の解析回路により得られた検出データを解析する。図示されていないが、機器はユーザとインタラクトするユーザインタフェースを含んでもよい。例えば、ユーザインタフェースはユーザからの情報を表示又は要求するディスプレイ及びユーザ入力を受信するユーザ入力装置を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイ及びユーザ入力装置は同一デバイス（例えば、タッチセンシティブディスプレイ）である。
いくつかの実施形態では、核酸は表面に付着させることができ、シーケンシング前又は中に増幅することができる。プロトコルモジュール８５４は増幅プロセスに含まれる流体ステップに対する命令も含んでよい。例えば、表面上に核酸集団を形成するために使用される架橋増幅技術のための命令を供給することもできる。有用な架橋増幅方法は、例えば、米国特許第５，６４１，６５８号明細書；米国特許公開第２００２／００５５１００号；米国特許第７、１１５，４００号明細書；米国特許公開第２００４／００９６８５３号；米国特許公開第２００８／０００９４２０号に記載されている。表面上で核酸を増幅する別の有用な方法はローリングサークル増幅（ＲＣＡ）であり、例えばＬｉｚａｒｄｉ他、Ｎａｔ．Ｇｅｎｅｔ．１９：２２５－２３２（１９９８）及びＵＳ２００７／００９９２０８Ａ１に記載されており、それらはそれぞれ参照により本明細書に組み入れられる。ビーズ上のエマルジョンＰＣＲを使用することも、例えばＤｒｅｓｓｍａｎ他、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ１００：８８１７－８８２２（２００３）、国際公開第０５／０１０１４５、又は米国特許公開第２００５／０１３０１７３号又は同第２００５／００６４４６０号に記載されているように、可能であり、これらの各文献は参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。
いくつかの実施形態では、本システムは最小限のユーザ介入で操作される。例えば、生成および解析操作はアッセイシステムにより自動的に行うことができる。いくつかの実施形態では、ユーザはカートリッジアセンブリを装填し、プロトコルを実行する機器を起動するだけでよい。
フローセルカートリッジ
次に、フローセルカートリッジ９００は本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態に従って使用される。
図９Ａは本明細書に記載の一実施形態に従って形成されたフローセルカートリッジ９００の上面斜視図を示す。フローセルカートリッジ９００は、一般的に、互いに結合されて装填方向９Ａに長い略矩形の構造体を形成する上部および底部フレーム９０４および９０６を含む。装填方向９Ａは、フローセルカートリッジ９００がカートリッジアセンブリ１００のフローセルチャンバ１０８内に装填される方向に対応する。フローセルカートリッジ９００は装填端縁９０８、後端縁９１０及び側端縁９１２を含む。フローセルチャンバ１０８内におけるＸＹＺ方向の適正なアライメントを保証するために、装填端縁９０８及び側端縁９１２はカートリッジアセンブリ１００のフローセルチャンバ１０８内の対応する機構部と係合する１つ以上の位置決め機構部を含む。
必要に応じ、上部及び底部フレーム９０４及び９０６は、例えば静電放電（ＥＳＤ）保護を与えるために導電性プラスチックで形成してよい。
必要に応じ、上部フレーム９０４は、上部フレーム９０４から上向きに突出する一連のリブのようなグリップ機構部９２０を含んでよい。グリップ機構部９２０はユーザによるフレームカートリッジ９００の把持を容易にする。必要に応じ、グリップ機構部９２０内の溝は、フローセルカートリッジ９００を挿入すべき方向に関する情報をユーザに与えるように、例えばリブを矢印の形に形成することによって方向指示の形にしてもよい。
図９Ｂは、フローセルカートリッジの光学流体（Ｏ－Ｆ）インタフェースをより良く示す上部フローセル９０４の一部分の拡大図を示す。図９Ａ及び図９Ｂを併せて参照すると、上部フローセル９０４はカートリッジアセンブリ１００の光学コンポーネント及び流体コンポーネントとコミュニケートするＯ－Ｆインタフェース９４０を含む。Ｏ－Ｆインタフェース９４０はフローセルカートリッジ９００内に収容された解析回路（図９Ｄ及び９Ｅと関連して以下で詳細に説明される）と整列するフローセル窓９２８を含む。フローセル窓９２８は機器の照明素子からの光を解析回路に向けることができる。フローセル窓９２８はガラス又は同様の透明材料で形成してよく、ガラス窓は上部フローセル９０４の上面と略共面に配置される。ガラスをフローセル窓９２８内に上部フレーム９０４の上面と平面配向に維持することによって、フローセル窓９２８のＺ位置は上面９０４の上面の位置をモニタすることによってより正確にモニタすることができる。
フローセルポート９３４はフローセル窓９２８に近接して位置し、フローセルポート９３４はカートリッジアセンブリ１００からの流体を解析回路内の活性領域を通して搬送する。ポート９３４は細長く形成されたガスケットシール９３０内に設けられる。図９Ａの実施形態では、ガスケットシール９３０は互いに略平行に延在し、装填方向９Ａに対して鋭角に配置される。ガスケットシール９３０内のフローセルポート９３４はカートリッジアセンブリ１００のフローセルチャンバ１０８内の対応するポートと結合するように位置する。
シール９３０はフローセル窓９２８の対向辺に設けられる。一例として、シール９３０は互いにフローセル窓９２８を対角方向に横切って対向配置してよい。シール９３０は熱可塑性エラストマ又は他の同様の材料で形成してよい。シール９３０は注入ゲート９３２と流体連通する上部フレーム９０４に形成された空洞内に嵌合する。製造プロセス中に、ＴＰＥが注入ゲート９３２を通して注入され、ＴＰＥはシール９３０として形成されるまで上部フレーム内の内部チャネルを貫流することができる。射出成形プロセスはシール９３０を上部フレーム９０４に物理的に且つ化学的に結合してシール９３０を上部フレーム９０４上の所定の位置に（選択公差内に）維持する。ガスケットシール９３０は低断面で小型のシール構造を提供し、所望公差の組立て（例えば、組立て公差の最小化）をもたらす。
図９Ａに戻り説明すると、上部フレーム９０４は装填方向９Ａと共通の（例えば平行の）方向に延在するように向けられた細長いリブ９２２を含む。リブ９２２は、フローセルカートリッジ９００がフローセルチャンバ内に装填されるとき、ガスケットシール９３０及びフローセルポート９３４がフローセルチャンバ１０８を囲むハウジング機構部と接触又は係合しないようにする装填保護機構部を提供する。加えて、リブ９２２はスタンドオフ機構部も提供し、フローセルカートリッジ９００がテーブル又は他の構造の上に上下逆さまに置かれた場合に、リブ９２２は上部フレーム９０４上の他の機構部がフローセルカートリッジ９００が置かれた表面上のほこりやその他の物質と接触するのを防ぐことができる。
上部フレーム９０４は、機器の照明素子内のＬＥＤライトチューブをフローセルカートリッジ９００のフローセル窓９２８に対して位置合わせするために使用される１つ以上のＺ位置機構部（Ｚ基準点に相当する）を含む。例えば、上部フレーム９０４の上面はウェルプレート１５０の底面上のリブ４７２及びパッド４７３と当接してフローセルカートリッジ９００に対するＺ基準点を規定する。Ｚ位置制限機構部は機器内の照明素子の光源とフローセルカートリッジとの間の所望の公差を提供する。
図９Ｃは図９Ａのフローセルカートリッジの底面斜視図を示す。底部フレーム９０６には、装填端縁９０８及び後端縁９１０の近くに位置する１つ以上のスタンドオフ９１４が形成されている。必要に応じ、スタンドオフ９１４は底部フレーム９０６上の他の位置に置いてもよい。加えて又は代わりに、もっと多数の又は少数のスタンドオフ９１４を使用してもよい。スタンドオフ９１４は底部フレーム９０６内の機構部とフローセルカートリッジ９００がセットされる任意の表面との間を所定の間隔に維持する。例えば、カートリッジ９００を机、実験台、保管所又は別の場所に保管するとき、スタンドオフ９１４は底部フレーム９０６の機構部が机、実験台などの上の塵埃や他の粒状物質と接触するのを防ぐ。加えて、スタンドオフ９１４は、フローセルカートリッジ９００がカートリッジアセンブリ１００内に誤って（例えば後ろ向きに）挿入されるのを防ぐために位置合わせキー機構部として成形し寸法決定してよい。例えば、スタンドオフ９１４は異なるサイズ、例えば異なる長さ、厚さ、スタンドオフ高さなど、に形成してよい。図９Ｃの実施形態では、スタンドオフ９１４は装填端縁９０８に隣接するスタンドオフ９１４の長さは後端縁９１０に隣接するスタンドオフ９１４の長さと比較して短い。
底部フレーム９０６は上部フレーム９０４上の光学－流体インタフェース９４０（及びＰＣＢ９５２上の熱拡散器９５５）と整列する開口９４４を含む。開口９４４は解析回路の一部分の裏面を露出する。底部フレーム９０６は、解析回路が設けられた接点パッド９５０のアレイと整列し該アレイを露出する接点パッド開口９４６も含む。接点パッド開口９４６はクロスバー９４８により分離され、該クロスバーは接点パッド開口９４６の幅を、さもなければ接点パッド９５０を損傷するかもしれない不所望の物体（例えばユーザの指、試験装置等）の偶発的な挿入が起こらないように十分に小さく維持する。本実施形態では、接点パッド開口９４６は矩形であり、それぞれ２列以上の接点パッド９５０を露出する。
図９Ｄは、本明細書に記載の一実施形態に従って形成されたフローセルカートリッジ９００内に設けられたプリント回路基板９５２の一部分の上面図を示す。プリント回路基板９５２は解析回路９５８を含む上面９５６を含む。一例として、解析回路９５８はＣＭＯＳ回路を表している。解析回路９５８は機器内の照明源からの入来光を受信する活性領域９６２を横切る流体の流れをサポートし、流体解析処理と関連して流体から放出される蛍光のディジタル画像を検出し取得する。解析回路９５８は解析回路９５８内の活性領域９６２と連通するポート９６４を含む。流体は活性領域ポート９６４の１つを経て活性領域９６２に流入し、その流体は活性領域から活性領域ポート９６４の他の１つを経て流出する。解析回路９５８はフローセル窓９２８を通して（及び図４の窓４１０を通して）放出される光を受信するために透明の上面を含む。入来光は活性領域９６２内の流体を照明し、それに応答して、流体内の試薬が試料の特性に応じて異なる蛍光スペクトル内の蛍光を放出する。解析回路９５８は放出された蛍光スペクトルを検出し、その画像を取得し、その画像はその後接点パッド９５０を通して機器に送られる。
図９Ｅは、本明細書に記載の一実施形態に従って形成された図９Ｄのプリント回路基板９５２の底面図を示す。ＰＣＢ９５２は接点パッド開口を通して見える接点パッドのアレイ９５０を含む。本実施形態では、接点パッドのアレイ９５０は複数の列に形成される。必要に応じ、他の接点アレイ構造を使用してもよい。接点パッド９５０はソケットコネクタ９５３内の対応するピンに接続される。ソケットコネクタ９５３は上面９５６（図９Ｄ）に面する複数の接点ピンを含む。ソケットコネクタ９５３は解析回路９５８をしっかり受け入れ、解析回路９５８と接点パッド９５０との間の電力、データ及び通信接続を提供する。
底面９５４は解析回路９５８の底面に当接する回路接触面（図９Ｄでは見えない）を含む熱拡散器９５５も含む。熱拡散器９５５は底部フレーム９０６の開口９４４内において下に向いた加熱素子接触面９５７を含む（図９Ｃ）。動作中、機器の加熱素子は開口９４４に挿入され、熱拡散器９５５の加熱素子接触面９５７に接触し、所望量の熱を解析回路９５８に供給する。
プリント回路基板９５２はその周縁に設けられた凹み９５７も含む。凹み９５７は上部及び底部フレーム９０４，９０６内の対応する機構部と嵌合してプリント回路基板９５２を上部及び底部フレーム９０４及び９０６内の特定の位置に位置させる。
上部及び底部フレーム９０４及び９０６は、フローセルチャンバ１０内のフローセルカートリッジ９００の位置合わせに使用する１つ以上のＸＹ位置決め機構部（ＸＹ基準点に対応する）も含む。ＸＹ位置決め機構部は装填端部９０８に設けられたフロント基準ポスト９２３と、片側縁又は両側端縁９１２に沿って設けられた１つ以上の横方向基準ポスト９２５を含む。横方向基準ポスト９２５の反対側の側縁９１２にノッチ９２７が設けられる。
装填操作中、装填端部９０８はフローセルチャンバ１０８内に、基準ポスト９２３が装填方向９Ａ（Ｘ方向ともいう）の移動を制限するフローセルチャンバ１０８内の制限機構部にしっかり当接するまで挿入される。フローセルカートリッジ９００が挿入されるにつれて、バイアスアームがノッチ９２７を含む側縁９１２の上を、ラッチ素子がノッチ９２７に入るまで摺動する。ラッチ素子はノッチ９２７の形状に一致するように形成される。バイアスアームは矢印９Ｃの方向に横方向力（横方向位置決め力も表す）を加え、フローセルカートリッジ９００を横方向基準ポスト９２５がフローセルチャンバ１０８内の係合機構部と係合するまで横方向（Ｙ軸に対応する）にシフトさせる。横方向基準ポスト９２５が嵌合機構部に嵌合すると、フローセルチャンバ１０８が横方向９Ｃの移動限界を規定する。バイアスアームはフローセルカートリッジ９００を所望のＹ位置（Ｙ基準点に対応する）に維持する。バイアスアームのラッチ素子が所定の位置でノッチ９２７に嵌合してフローセルカートリッジ９００を所望のＸ位置（Ｘ基準点に対応する）に維持する。
フローセルカートリッジ９００がＸＹＺ基準点に挿入された時点で、通信コネクタが（Ｚ方向に）接点パッド開口部９４６内に、通信コネクタの係合接点アレイが接点パッド９５０と係合するまで挿入される。通信コネクタは電力を供給し、データを収集し、フローセルカートリッジ９００内の解析回路の動作を制御する。更に、加熱素子が熱拡散器９５５と係合するまで（Ｚ方向に）開口部９４４内に挿入される。
追加の実施形態：
実施形態１：カートリッジアセンブリにおいて、フローセルを受け入れるフローセルチャンバを含むハウジングと；所望量の液体を受け入れる液体ウェルを有するウェルプレートであり、前記ウェルプレートはバルブステーション、ポンプステーション、及び流体解析ステーションを含み、前記ウェルプレートは前記ウェル、前記バルブステーション、前記ポンプステーション、及び前記流体解析ステーションと関連するチャネルを含む、ウェルプレートと；前記ポンプステーションにおいて前記ウェルプレートの上に設けられたポンプアセンブリであり、前記ポンプアセンブリは前記ポンプステーションと前記流体解析ステーションとの間のチャネルを通る流体フローを制御する、ポンプアセンブリと；前記バルブステーションにおいて前記ウェルプレートの上に設けられた回転バルブアセンブリであり、前記回転バルブアセンブリは回転軸を中心に回転して前記ウェルを前記ポンプステーションに選択的に結合するように設置されたロータシャフトとロータバルブを含む、回転バルブアセンブリと、を備え、前記ロータシャフトは前記ハウジングを貫通して露出する遠位端を有し、
前記ロータシャフトは前記遠位端に二重スプライン構造を含み、前記二重スプライン構造は第１及び第２組のスプラインを有し、前記第１組のスプラインは駆動インタフェースを形成し、前記第２組のスプラインは位置コード化インタフェースを形成する。
実施形態２：実施形態１のカートリッジアセンブリにおいて、前記ロータシャフトの前記遠位端は前記ハウジングに設けられたシャフトウェル内に延伸し、それによって前記二重スプライン構造が流体解析機器のバルブ駆動アセンブリに露出される。
実施形態３：実施形態１のカートリッジアセンブリにおいて、前記第１組のスプラインは前記遠位端の外面の周囲に延在する外部スプラインに相当し、それらの隣接するスプラインの側面は第１の所定のスプライン間隔で隔てられ、該スプライン間隔はバルブ駆動アセンブリの駆動シャフト上のスプラインパターンに対応する。
実施形態４：実施形態１のカートリッジアセンブリにおいて、前記第２組のスプラインは前記ロータシャフトの前記遠位端に設けられた空洞の内面周囲に形成された内部スプラインに相当し、前記内部スプラインは、それらの隣接する側面が互いに所定の非平衡の角度を成すように傾斜された側面を有し、前記隣接側面は底部で融合して前記バルブ駆動アセンブリの駆動シャフトの対応スプラインを受け入れるくぼみを形成する。
実施形態５：実施形態１のカートリッジアセンブリにおいて、前記ロータバルブは結合フランジによって前記ロータシャフトの近位端に取り付けられ、前記結合フランジが前記ロータバルブと前記ロータシャフトとの間で所定量の傾動を許容する。
実施形態６：実施形態４のカートリッジアセンブリにおいて、前記ロータバルブは前記ロータシャフトの近位端の周囲に置かれた１つ以上のリブを有するロータベースを含み、前記結合フランジが前記リブと前記ロータシャフトの近位端との間に保持される。
実施形態７：実施形態１のカートリッジアセンブリにおいて、前記ロータバルブは中心ポートと径方向ポートを有するウェルプレート接触面を含み、前記ロータバルブは前記中心ポートから前記径方向ポートまで径方向に外向きに延在するチャネルを含む。
実施形態８：実施形態６のカートリッジアセンブリにおいて、前記中心ポートは前記ロータシャフトの回転軸と一致するとともに前記ウェルプレートの中心フィードポートと一致するように整列され、前記ロータバルブは前記回転軸を中心に回転して前記径方向ポートを対応するウェルポートと整列させる。
実施形態９：実施形態１のカートリッジアセンブリにおいて、前記回転バルブは界面リングで形成されたウェルプレート接触面を含み、前記界面リングは前記ウェルプレート接触面の周囲に延在する。
実施形態１０：実施形態１のカートリッジアセンブリにおいて、前記回転バルブを回転可能に収容する内部空洞を含むバルブキャップを更に備え、前記バルブキャップは前記バルブキャップを前記ウェルプレートに対して下向きに前記ウェルに固定する１つ以上のラッチアームを含み、且つ前記内部空洞内に設けられたバイアス素子を更に備え、前記バイアス素子は前記回転バルブにバイアス力を加えて前記回転バルブのポートと前記ウェルプレートのポートとの間で密封された界面を維持する。
実施形態１１：実施形態１のカートリッジアセンブリにおいて、前記ポンプアセンブリはプランジャの両端に駆動端とバイアス面を有するプランジャを含み、前記駆動端と前記バイアス面は前記ハウジングの上面及び底面で露出され、前記プランジャの往復運動と関連して対応する単方向駆動力とバイアス力が前記駆動端と前記バイアス面に加えられる。
実施形態１２:実施形態１１のカートリッジアセンブリにおいて、前記プランジャはブリッジセグメントによりＵ字形に相互結合され且つモノリシック構造に一体に形成された駆動アームとプランジャアームを有し、前記駆動アームと前記プランジャアームは前記ウェルプレート上に位置する支持ポスト内に収容される。
実施形態１３：実施形態１１のカートリッジアセンブリにおいて、前記プランジャは異なる材料で一体にモールド成形されたプランジャアームとプランジャ素子を備える。
実施形態１４：実施形態１３のカートリッジアセンブリにおいて、前記プランジャ素子は前記プランジャアームの先端に形成され、前記プランジャ素子は前記ポンプステーションに高圧及び低圧を生成するために対応する支持ポスト中を移動する。
実施形態１５：実施形態１のカートリッジアセンブリにおいて、前記ポンプステーションは機能的に準備区分と排出区分とポンプ作業区分とに分割されたチャネル区分を含み、これらのすべての区分は互いに連続して両方向の流体フローを支持するように形成される。
実施形態１６：実施形態１のカートリッジアセンブリにおいて、前記ポンプステーションは作業エリアの上流と下流に置かれた１対のピンチバルブの間に挟まれた作業エリアを含み、前記ポンプアセンブリは前記作業エリアと整列するプランジャを備え、前記プランジャは作業エリアに対して往復運動して高圧及び低圧状態を導入し、前記ポンプアセンブリは前記ピンチバルブと整列するプッシュピンを更に備え、前記プッシュピンは交互に移動して前記ピンチバルブを開閉する。
実施形態１７：実施形態１のカートリッジアセンブリにおいて、前記ハウジング内に設けられ且つ前記ウェルに近接して位置する穿孔機ユニットを更に備え、前記穿孔機ユニットは穿孔素子を含み、前記穿孔機ユニットが穿孔位置へ移動されると、前記穿孔素子が対応するウェルのカバーに孔をあける。
実施形態１８：実施形態１７のカートリッジアセンブリにおいて、前記ハウジングは、前記穿孔機ユニットの上端への機器アクセスを提供する穿孔機アクセス開口を有するカバーを含む。
実施形態１９：実施形態１７の実施形態において、前記穿孔機ユニットは、下部プラットフォームと中間部分と上部フランジを有する円錐管状に形成された本体を含み、前記下部プラットフォーム又は前記上部フランジの少なくとも１つが所定の態様に分布された穿孔素子を含み、前記穿孔素子は前記ウェルプレートの前記ウェルと整列するように配置される。
実施形態２０：実施形態１のカートリッジアセンブリにおいて、前記ロータシャフトの周りに嵌合するプラットフォームを更に備え、前記プラットフォームは、前記穿孔素子を対応するウェルと整列させるために、前記回転バルブアセンブリの係合機構部と係合して前記穿孔機ユニットを前記ロータシャフトに対して所定の回転配向に位置させるインデックス機構部を含む。
実施形態２１：実施形態１のカートリッジアセンブリにおいて、前記ウェルプレートは前記回転バルブアセンブリに対応する所定の態様に配置されたウェルトランジションポートを含み、前記ウェルプレートは対応するウェルと整列するウェル排出ポートを含み、前記ウェルプレートは対応するウェル排出ポートとウェルトランジションポートとの間に延在するウェル排出チャネルを含む。
実施形態２２：実施形態１のカートリッジアセンブリにおいて、前記ウェルプレートは上面及び底面を有し、それらの少なくとも一つの面がチャネルを含み、それらのチャネルは側面開口チャネルを含み、前記ベースは前記側面開口チャネルを閉鎖するためにバック層に接合される。
実施形態２３：実施形態１のカートリッジアセンブリにおいて、前記ウェルプレートは光学解析ステーション内に設けられた光学インタフェース窓を含み、前記ウェルプレートの上面は機器の照明素子と係合する挿入制限素子を含む。
実施形態２４：実施形態２３のカートリッジアセンブリにおいて、前記挿入制限素子は前記光学インタフェース窓の周囲に設けられた１つ以上のリブに相当し、これらのリブは照明素子と前記光学インタフェース窓との間のＺ公差を規定する。
実施形態２５：流体システムにおいて、照明チャンバとウェルプレートを含むハウジングを有するカートリッジアセンブリであり、前記ウェルプレートは前記ハウジング内に保持され、所望量の液体を受け入れる液体ウェルを有し、前記ウェルプレートは前記照明チャンバと整列する流体解析ステーションを含み、前記ウェルプレートは前記流体解析ステーションに置かれたインタフェース窓とインタフェースポートを含む、カートリッジアセンブリと；内部に解析回路を含むフレームを有するフローセルカートリッジであり、前記フレームは前記解析回路と整列するフローセル窓を含み、前記フレームは前記解析回路内の活性領域に流体結合するフローセルポートを含む、フローセルカートリッジと；を備え、前記ハウジングは前記フローセルカートリッジを収容するフローセルチャンバを含み、前記フローセルチャンバは前記フローセルカートリッジを前記流体解析ステーションに位置決めし、前記フローセル窓及びポートが対応するインタフェース窓及びポートと整列される。
実施形態２６：実施形態２５の流体システムにおいて、前記フローセルチャンバは側面レール及びエンドストップを含み、それらの少なくとも１つは、前記フローセルカートリッジを完全装填位置にあるとき前記フローセル窓及びポートが対応するインタフェース窓及びポートとそれぞれ整列されるように所定の基準点に位置決めするエンドリミットを有する。
実施形態２７：実施形態２６の流体システムにおいて、前記フローセルチャンバは前記側面レールの少なくとも１つに沿って延在するように向けられたバイアスアームを含み、前記バイアスアームは前記フローセルチャンバに内向きに突出し、前記バイアスアームは前記フローセルカートリッジに横方向のバイアス力を与えて前記フローセルカートリッジを所定の基準点に維持する。
実施形態２８：実施形態２７の流体システムにおいて、前記バイアスアームは前記フローセルカートリッジ側面に設けられたノッチと嵌合するように設置されたラッチ素子を含み、前記ラッチ素子は前記フローセルカートリッジをＸ基準点に維持する。
実施形態２９：実施形態２５の流体システムにおいて、前記フローセルカートリッジは上部及び底部フレームを含み、前記上部フレームは前記フローセル窓及びポートを含み、前記上部フレームは前記上部フレームから上向きに所定の高さだけ突出してＺ基準点を規定するリブを含む。
実施形態３０：実施形態２５の流体システムにおいて、前記フローセルカートリッジはエラストマ材料によりモノリシック構造に形成されたガスケットを含む。
実施形態３１：実施形態２５の流体システムにおいて、前記ウェルプレートは、バルブステーション、ポンプステーション及びインタフェースチャネルを含み、前記インタフェースチャネルは前記バルブステーションと前記インタフェースポートの１つとの間の第１の流体通路及び前記ポンプステーションと前記インタフェースポートの１つとの間の第２の流体通路を提供する。
実施形態３２：実施形態２５の流体システムにおいて、前記照明チャンバは、前記インタフェース窓、前記フローセル窓及び前記解析回路内の活性領域を貫通して延びる照明軸に沿って延在するように向けられている。
最終陳述
以上のコンセプト（これらのコンセプトが相互に一貫性がないならば）のあらゆる組み合わせが本明細書に開示した発明の要旨の一部分として考えられることを理解すべきである。特に、上述した実施形態及び本開示の末尾の請求の範囲に記載の要旨のあらゆる組み合わせが本明細書に開示した発明の要旨の一部とみなされる。
本明細書で援用したすべての刊行物、特許及び特許出願は参照することにより本明細書にそっくりそのまま組み入れられる。
本開示の様々な態様は方法、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として具体化することができることは理解されよう。本開示の態様はハードウェアの実施形態、ソフトウェアの実施形態（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）、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として具体化した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。
本開示のソフトウェアの態様に対して任意の適切なコンピュータ使用可能媒体を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（ＣＤＲＯＭ）、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。
本明細書に記載の方法及び機器の作業を実行するプログラムコードは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、本明細書に記載の方法及び機器の作業を実行するプログラムコードは、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。プログラムコードはプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又は他のプログラムコード実行構成要素によって実行することができる。プログラムコードは単にメモリ（例えば上述したコンピュータ可読媒体）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は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機能を有してもよい。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／又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）内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。プログラムコードは例えば、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、プログラムコードは少なくとも部分的にリモート格納し、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もできる。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もでき、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。プログラムコードは、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／又は、リモートコンピュータで部分的に実行される、又はリモートコンピュータ又はサーバで完全に実行される、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。
本明細書に記載の方法及び装置は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。通信ネットワークは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（ワールドワイドウェブとしても知られている）、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分を含むことさえできる。本明細書に記載の方法及び装置は、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連して説明した。それぞれの方法のステップは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は理解されよう。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／作動を実装する手段を与えることができる。
プログラムコードはコンピュータ可読媒体に格納することもでき、このメモリはプロセッサ、コンピュータ、または他のプログラマブルデータ処理装置に特定の態様で機能するように命令し、その結果コンピュータ可読メモリに格納されたプログラムコードが、方法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生成又は変換するようにすることができる。
プログラムコードは、プログラムコードが本開示の方法に規定される様々な機能及び動作を実行するステップを提供するように、コンピュータ又は他のプログラマブルデータ処理装置にロードして一連の動作ステップを実行させてプロセッサ／コンピュータ実行プロセスを生成させてることもできる。

Claims (24)

  1. フローセルを受け入れるフローセルチャンバを含むハウジングと、
    所望量の液体を受け入れる、複数の液体ウェルを有するウェルプレートであり、前記ウェルプレートはバルブステーション、ポンプステーション、及び流体解析ステーションを含み、前記ウェルプレートは前記液体ウェル、前記バルブステーション、前記ポンプステーション、及び前記流体解析ステーションと関連するチャネルを含む、ウェルプレートと、
    前記ポンプステーションにおいて前記ウェルプレートの上に設けられたポンプアセンブリであり、前記ポンプアセンブリは前記ポンプステーションと前記流体解析ステーションとの間のチャネルを通る流体フローを制御する、ポンプアセンブリと、
    前記バルブステーションにおいて前記ウェルプレートの上に設けられた回転バルブアセンブリであり、前記回転バルブアセンブリは回転軸を中心に回転して前記複数の液体ウェルを前記ポンプステーションに選択的に連通させるように設置されたロータシャフト及びロータバルブを含む、回転バルブアセンブリと、
    を備え、
    前記ロータシャフトは前記ハウジングを貫通して露出する遠位端を有し、
    前記ロータシャフトは前記遠位端に二重スプライン構造を含み、前記二重スプライン構造は第１及び第２組のスプラインを有し、前記第１組のスプラインは駆動インタフェースを形成し、前記第２組のスプラインは位置コード化インタフェースを形成する、
    カートリッジアセンブリ。
  2. 前記ロータシャフトの前記遠位端は前記ハウジングに設けられたシャフトウェル内に延伸し、それにより、前記シャフトウェルを通して、前記二重スプライン構造が前記カートリッジアセンブリに係合する流体解析機器内のバルブ駆動アセンブリに露出されている、請求項１に記載のカートリッジアセンブリ。
  3. 前記第１組のスプラインは前記遠位端の外面周囲に延在する外部スプラインに相当し、それらの隣接するスプラインの側面は第１の所定のスプライン間隔で隔てられ、該スプライン間隔は、前記カートリッジアセンブリに係合する流体解析機器内のバルブ駆動アセンブリの駆動シャフト上のスプラインパターンに対応する、請求項１に記載のカートリッジアセンブリ。
  4. 前記第２組のスプラインは前記ロータシャフトの前記遠位端に設けられた空洞の内面周囲に形成された内部スプラインに相当し、前記内部スプラインは、それらの隣接する側面が互いに所定の非平行の角度を成すように傾斜された側面を有し、前記隣接側面は底部で融合して前記カートリッジアセンブリに係合する流体解析機器内のバルブ駆動アセンブリの駆動シャフトの対応スプラインを受け入れるくぼみを形成し、前記位置コード化インタフェースは前記ロータシャフトの位置を追跡するためにバルブ駆動アセンブリで使用される、請求項１に記載のカートリッジアセンブリ。
  5. 前記ロータバルブは、結合フランジを介して前記ハウジング内に位置する前記ロータシャフトの近位端に取り付けられ、前記結合フランジが前記ロータバルブと前記ロータシャフトとの間の所定量の傾動を許容する、請求項１に記載のカートリッジアセンブリ。
  6. 前記ロータバルブは、結合フランジを介して前記ハウジング内に位置する前記ロータシャフトの近位端の周囲に置かれた１つ以上のリブを有するロータベースを含み、前記結合フランジが前記リブと前記ロータシャフトの近位端との間に保持される、請求項１に記載のカートリッジアセンブリ。
  7. 前記ロータバルブは中心ポートと径方向ポートを有するウェルプレート接触面を含み、前記ロータバルブは前記中心ポートから前記径方向ポートまで径方向に外向きに延在するチャネルを含む、請求項１に記載のカートリッジアセンブリ。
  8. 前記ロータバルブは中心ポートと径方向ポートを有するウェルプレート接触面を含み、前記中心ポートは前記ロータシャフトの回転軸と一致するとともに前記ウェルプレートの中心フィードポートと一致するように整列され、前記ロータバルブは前記回転軸を中心に回転して前記径方向ポートを対応するウェルポートと整列させる、請求項１に記載のカートリッジアセンブリ。
  9. 前記ロータバルブは界面リングを含んだウェルプレート接触面を含み、前記界面リングは前記ウェルプレート接触面の周方向に沿って延在する、請求項１に記載のカートリッジアセンブリ。
  10. 前記ロータバルブを回転可能に収容する内部空洞を含むバルブキャップを更に備え、前記バルブキャップは前記バルブキャップを前記ウェルプレートに対して下向きに前記ウェルに固定する１つ以上のラッチアームを含み、且つ
    前記内部空洞に設けられたバイアス素子を更に備え、前記バイアス素子は前記ロータバルブにバイアス力を加えて前記ロータバルブのポートと前記ウェルプレートのポートとの間で密封された界面を維持する、
    請求項１に記載のカートリッジアセンブリ。
  11. 前記ポンプアセンブリはプランジャの両端に駆動端とバイアス面を有するプランジャを含み、前記駆動端と前記バイアス面は前記ハウジングの上面及び底面で露出され、前記プランジャの往復運動と関連して、対応する単方向の駆動力が前記駆動端に加えられ、また、対応する単方向のバイアス力が前記バイアス面に加えられる、請求項１に記載のカートリッジアセンブリ。
  12. 前記プランジャはブリッジセグメントによりＵ字形に相互結合され且つモノリシック構造に一体に形成された駆動アームとプランジャアームを有し、前記駆動アームと前記プランジャアームは前記ウェルプレート上に位置する支持ポスト内に収容される、請求項１１に記載のカートリッジアセンブリ。
  13. 前記プランジャは異なる材料で一体にモールド成形されたプランジャアームとプランジャ素子を備える、請求項１１に記載のカートリッジアセンブリ。
  14. 前記プランジャ素子は前記プランジャアームの先端に形成され、前記プランジャ素子は前記ポンプステーションに高圧及び低圧を生成するために対応する支持ポスト中を移動する、請求項１３に記載のカートリッジアセンブリ。
  15. 前記ポンプステーションは機能的に準備区分と排出区分とポンプ作業区分とに分割されたチャネル区分を含み、前記準備区分、前記ポンプ作業区分および前記排出区分は、両方向の流体フローを補助するように、上流から下流に向かって、順次かつ連続的に形成される、請求項１に記載のカートリッジアセンブリ。
  16. 前記ポンプステーションは作業エリアの上流と下流に置かれた１対のピンチバルブの間に挟まれた作業エリアを含み、前記ポンプアセンブリは前記作業エリアと整列するプランジャを備え、前記プランジャは前記作業エリアに対して往復運動して高圧及び低圧状態を導入し、前記ポンプアセンブリは前記ピンチバルブと整列する２つのプッシュピンを更に備え、前記２つのプッシュピンは交互に移動して前記ピンチバルブを開閉する、請求項１に記載のカートリッジアセンブリ。
  17. 前記ハウジング内に設けられ且つ前記ウェルに近接して位置する穿孔機ユニットを更に備え、前記穿孔機ユニットは穿孔素子を含み、前記穿孔機ユニットが穿孔位置へ移動されると、前記穿孔素子が対応するウェルのカバーに孔をあける、請求項１に記載のカートリッジアセンブリ。
  18. 前記ハウジングは、前記穿孔機ユニットの上端への機器アクセスを提供する穿孔機アクセス開口を有するカバーを含む、請求項１７に記載のカートリッジアセンブリ。
  19. 前記穿孔機ユニットは、下部プラットフォームと中間部分と上部フランジを有する円錐管状に形成された本体を含み、前記下部プラットフォーム又は前記上部フランジの少なくとも１つが所定の態様に分布された穿孔素子を含み、前記穿孔素子は前記ウェルプレートの前記ウェルと整列するように配置される、請求項１７に記載のカートリッジアセンブリ。
  20. 前記ロータシャフトの周りに嵌合するプラットフォームを有するとともに穿孔素子を含む穿孔機ユニットを更に備え、前記プラットフォームは、前記穿孔素子を対応するウェルと整列させるために、前記回転バルブアセンブリの係合機構部と係合して前記穿孔機ユニットを前記ロータシャフトに対して所定の回転配向に位置させるインデックス機構部を含む、請求項１に記載のカートリッジアセンブリ。
  21. 前記ウェルプレートは前記回転バルブアセンブリに対応する所定の態様に配置されたウェルトランジションポートを含み、前記ウェルプレートは対応するウェルと整列するウェル排出ポートを含み、前記ウェルプレートは対応するウェル排出ポートとウェルトランジションポートとの間に延在するウェル排出チャネルを含む、請求項１に記載のカートリッジアセンブリ。
  22. 前記ウェルプレートは上面及び底面を有するベースを含み、それらの少なくとも一つの面がチャネルを含み、それらのチャネルは前記ベースの前記上面及び前記底面のうちの片側又は両側に形成されているとともに当該片側又は両側に開口された側面開口チャネルを含み、前記ベースは前記側面開口チャネルの側面開口を閉鎖するために対応するバック層に接合されている、請求項１に記載のカートリッジアセンブリ。
  23. 前記ウェルプレートは流体解析ステーション内に設けられた光学インタフェース窓を含み、前記ウェルプレートの上面は前記カートリッジアセンブリに係合する流体解析機器の照明素子と係合する挿入制限素子を含む、請求項１に記載のカートリッジアセンブリ。
  24. 前記挿入制限素子は前記光学インタフェース窓の周囲に設けられた１つ以上のリブに相当し、これらのリブは、照明素子と前記光学インタフェース窓との間の、前記ウェルプレートの表面および前記光学インタフェース窓の表面にほぼ直角の面内に延在するＺ軸の公差を規定する、請求項２３に記載のカートリッジアセンブリ。

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