JP7241125B2 - フローセルアセンブリ固定システム及び方法 - Google Patents
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Description
本件出願は、2016年11月23日出願の米国特許出願第15/359,848号及
び2016年11月23日出願の独国特許出願第2017853号からの優先権を主張し
、上述の特許出願は参照により全体が本明細書に組み入れられるものとする。
本発明は、フローセルアセンブリ固定システム及び方法に関する。
検体の処理及び検出での使用が増加している。このような背景において、マイクロアレイ
は基板上に形成され、また関心対象分子のような検体を基板上の部位に形成又は堆積させ
ることができる。マイクロアレイは、デオキシリボ核酸(DNA)又はリボ核酸(RNA
)のストランド(鎖状体)のような生物学的物質を増殖、撮像又は解析するのに使用する
ことができるが、多くの他の検体を装填及び処理することができる。DNA及びRNAに
採用されるとき、このようなマイクロアレイはこれら分子断片の結合、増殖(例えば、交
雑)及び研究するのに使用することができる。分子が被験者又は患者由来であるとき、処
理は断片を形成する核酸の配列(シークエンス)を明らかにすることができ、またこれら
核酸シークエンスをつなぎ合わせて被験者のゲノムの部分全体を決定することができる。
される。フローセルは、マイクロアレイ及びこれらマイクロアレイ上に装填された分子を
保護し、また例えば装填された分子との反応を起こさせるため、マイクロアレイ環境内へ
の他の化学物質導入を可能にする。フローセルは、さらに、分子が結合される部位の撮像
を可能にし、また得られた画像データを使用して所望の解析を行うことがよくある。
適正に位置決めされることができる機器の設計が進化してきた。多くの用途において、こ
れら設計は、フローセルの保護及び堅牢性に関する信頼性のみならず、処理コンポーネン
ト及び撮像コンポーネントに対するフローセル(及びマイクロアレイ)の位置決めを可能
にする高度な精度にとって重要である。とくに、撮像に関して、また動きを伴う場合には
、フローセルの変位に対して、このようなコンポーネントの許容誤差が厳しく要求される
ことがあり得る。封止される流体接続も有用であり、これら封止流体接続は迅速かつ正確
に行うことができる。さらに、処理能力を向上するため、フローセルの固定及び位置決め
、並びに流体接続の遂行を含めて、これら操作の大部分又はすべてを自動化又は半自動化
することができる。
ていく必要性は継続して存在しており、とくに、信頼性の高いかつ効率的なフローセル設
計、及びフローセルを処理機器内に固定するシステムの設計に対する必要性が存在する。
を開示する。本発明の第1態様によれば、マイクロアレイフローセルアセンブリの固定シ
ステムは、操作にあたりフローセルアセンブリを収容する支持体と、前記フローセルアセ
ンブリの平面に直交するZ-方向に前記フローセルアセンブリを前記支持体に向かう係合
状態に引き込むよう作動可能な固定アームと、を備えることができる。このシステムは、
さらに、前記Z-方向に直交するX-方向の第1基準位置に前記フローセルアセンブリを押
圧するよう作動可能な第1駆動素子と、前記Z-方向及び前記X-方向に直交するY-方向の
第2基準位置に前記フローセルアセンブリを押圧するよう作動可能な第2駆動素子と、を
備える。作動システムは、単一の固定操作で、前記固定アームを作動させて前記フローセ
ルアセンブリを前記支持体に向かうZ-方向に引き込ませ、前記第1駆動素子を作動させ
て前記フローセルアセンブリを前記X-方向の前記第1基準位置に押圧し、また前記第2
駆動素子を作動させて前記フローセルアセンブリを前記Y-方向の前記第2基準位置に押
圧することを行う。
システムは、操作にあたりフローセルアセンブリを収容する支持体と、並びに単一操作に
より、前記フローセルアセンブリに係合して、前記フローセルアセンブリの平面に直交す
るZ-方向に前記フローセルアセンブリを前記支持体に向けて押圧し、また前記Z-方向に
直交するX-方向の第1基準位置、並びに前記Z-方向及び前記X-方向に直交するY-方向
の第2基準位置に前記フローセルアセンブリを押圧する、固定及び位置決めアセンブリと
を備えることができる。
フローセルアセンブリを処理装置の支持体に配置するステップと、並びに
単一操作により、前記フローセルアセンブリに係合して、前記フローセルアセンブリの
平面に直交するZ-方向に前記フローセルアセンブリを前記支持体に向けて押圧し、また
前記Z-方向に直交するX-方向の第1基準位置、並びに前記Z-方向及び前記X-方向に直
交するY-方向の第2基準位置に前記フローセルアセンブリを押圧する、固定及び位置決
めアセンブリを作動させるステップと、を備えることができる。
し合わせて読むときよりよく理解されるであろうし、図面全体にわたり同様の参照符号は
同様の部分を表す。
また参照符号10で示す。このシステムは、シーケンシング機器のような他のコンポーネ
ントとは別個であり得るサンプル準備システム12を備えることができる。サンプル準備
システム12は、分子サンプル又は検体を解析のために準備することができる。図解のよ
うにサンプル(試料)16は、通常、人間、動物、微生物、植物、又は他のドナーのよう
な個体又は被験者から採取する。勿論、このシステムは、有機物から採取したサンプル以
外のサンプル、例えば、非有機的な分子、合成分子、等々を含めて、有機物から採取した
サンプル以外のサンプルに使用することができる。サンプルは、ライブラリとして準備す
ることができ、フローセル20におけるアレイ18に導入される。アレイは、解析のため
にサンプルの分子が付着され増幅される既知の又は決定された場所に画定される部位を有
する。流体媒体にサンプルを導入できるよう、並びに、例えば、撮像及び解析における多
数の順次の操作が完了するまで周期的に実施することができる、分子のアレイ部位への付
着、導入した分子のタグ付け、タグ付けされた分子の撮像、タグのブロッキング、フロー
セルの洗浄、及び任意な他の処理技術によって、サンプルを解析するのに使用される化学
物質を導入できるよう、アレイはフローセルに位置決めされる。フローセル自体は、以下
により詳細に説明するよう解析システム内に導入され、かつ所定位置に保持することがで
きるカートリッジ内に維持される。
示したように、シークエンシング機器14内に配置することができる。この機器は、ステ
ージ及び関連したステージ制御回路24を有することができる。ステージは、フローセル
及びアレイを収納するカートリッジを収容及び固定することができ、また処理中に多軸方
向にアレイを変位させるよう作用することができる。例えば、Z軸(垂直方向に指向し得
る)方向において、アレイは、例えば、合焦のため撮像光学系に対して接近及び離間する
移動をすることができる(及び場合によっては、撮像システムの一部がこのZ方向に移動
することができる)。Z軸に直交するXY面と称することができる平面において、ステー
ジはフローセルを移動させて、アレイを2方向に変位させ、アレイにおけるすべての関心
対象エリアを撮像できるようにする(及び、場合によって光学系が代わりに又は付加的に
このXY面に平行に移動することができる)。ステージは、小さいモータ、センサ、並び
に他のアクチュエータ又は位置及び移動を検出でき、また制御回路がアレイの位置及び移
動を所望通りに調節できるようにするフィードバックデバイスを有するものとすることが
できる。
のために、又はより全般的にはアレイ部位における分子を検出するために多くの異なる技
術を使用することができるとともに、ここに想定する実施形態は、蛍光タグを励起させる
波長での共焦点撮像を使用することができる。タグ吸収スペクトルによって励起されるタ
グは、次にタグ放出スペクトルによって蛍光信号を返す。撮像システムは、このような信
号を捕捉し、信号発生部位の解析を可能にする解像度でピクセル化した画像データを処理
し、また結果として得られた画像データ(又はそこから派生したデータ)を処理及び保存
するよう構成される。
は、アレイの部位に付着できる分子を含む特定流体を、周期的な処理及び解析中の適切な
時点でフローセル内に導入させることができる。この目的のために、流体システムは、バ
ルブ、並びにポンプ又は処理中に所望流体にアクセスし、かつ制御した様態でフローセル
内に導入させる流体加圧若しくは移送コンポーネントを有することができる。流体システ
ム又は他の並列システムは、さらに、加熱及び冷却の双方によってフォトセル内の温度を
制御することができる。
ブシステム、すなわち、機器のステージ、撮像システム、流体システム、並びに加熱及び
冷却するための、またシステムと他のコンポーネントとの間で局所的及び遠隔の双方にお
いてインタフェースをとるための任意な他の補助システムにおける全体的又は監督的又は
協調的な制御システムとして見なすことができる。概して、機器制御システム30は、処
理回路32を有することができ、この処理回路32は、1つ若しくはそれ以上の汎用目的
又は特定用途のプロセッサ若しくはコンピュータを有することができる。メモリ回路34
を使用して、プログラム、設定、制御又は処理のパラメータ、並びに処理回路32が実施
する機器の装填、処理、撮像及び他のタスクを実行するのに望ましい任意な他の情報を記
憶する。参照符号36で示すインタフェース回路は、処理回路32が他の制御回路を作動
させるコマンドを生成しかつ発令できるようにするために、並びにカートリッジ及びフロ
ーセルの固定、アレイの移動、アレイの撮像、フローセルにおける流体通過を行う、等々
を含めてセンサからのフィードバックを受け取るために必要な任意なインタフェース回路
を含むことができる。このようなインタフェース回路は、さらに、オペレーターインタフ
ェース38を介してオペレーターがシステムと相互作用することを可能にでき、多くの場
合、このオペレーターインタフェース38は、所定設定、サンプル情報、検査情報、状態
、エラー、等々を表示するためシステムに統合される。このインタフェース38は、さら
に、オペレーターによるコマンド入力を可能にし得る。
遠隔のシステム及びメモリとのインタフェースを取ることができる。このような外部シス
テムは、機器と同一区域内又は遠隔場所に存在し得る。さらに、多くの解析タスクは、サ
ンプルの処理後に、また相当遅い時点で又は異なる場所であっても、実施することができ
る。外部メモリは、さらに、クラウドベースのデータ保存を含むことができる。保存した
データ及びその後の解析によれば、画像データを読み出す、サンプル内における分子の同
定を行うよう画像データを処理する、分子の伸長した長さのシークエンシング及び編集す
るためのデータを保存かつ処理する、ゲノムシークエンシング(ゲノム配列決定)をする
、等々を可能にすることができる。
コンポーネントを示す。上述したように、メモリ回路34は、データ、設定、及びサンプ
ル処理中に機器で実施されるルーティンを含む。メモリ回路は、任意な所望タイプの揮発
性及び不揮発性双方のメモリを含むことができ、例えば、単に例として、プログラマブル
・リード・オンリー・メモリ、フラッシュメモリ、ランダム・アクセス・メモリ、オンボ
ード及びオフボード双方のメモリを含むことができる。メモリ回路は、機器設定及びプロ
グラミングにアクセスするため、メモリ回路に保存したルーティンを実施するため、及び
画像データ及び他の感知した信号を保存するため、1つ又はそれ以上のプロセッサ32が
アクセス可能である。
例えば、メモリ回路は、参照符号42によって示すカートリッジ及びフローセルの装填(
ローディング)及び固定プログラミングを保存する。このようなプログラミングは、カー
トリッジ及びフローセルを機器内に装填し、この装填は、ここに想定する実施形態では手
動で行うが、若干の自動又は半自動装填も考えられる。概して、カートリッジ及びフロー
セルは、上述したようにサンプルをアレイ内に準備した後のものである。プロセッサは、
プログラミングに基づいて、機器のコンポーネントに対してカートリッジ及びフローセル
を装填位置に移動させ、所望のX及びY方向の基準位置に並進移動させ、カートリッジ及
びフローセルを所定位置に固定し、真空装置のような関連のコンポーネントを作動させ、
カートリッジ及びフローセルに整合する流体マニホールドのような流体コンポーネントの
作動を開始させる、等々を行うよう命令することができる。これら処理技術は自動的又は
半自動的に行うことができる。このような装填及び固定の詳細を以下に記載する。これと
ともに、真空チャック及び/又は他のステージ周りのコンポーネントは、カートリッジ及
びフローセルのための支持体と見なすことができる。さらに、フローセルをカートリッジ
内に装填した後には、本明細書においてこれらはともに「フローセルアセンブリ」と称す
ることができる。
若干の実施形態において、タグ、ラベリング(標識付け)、又は任意な他の所望表記をカ
ートリッジ又はフローセルに設けることができ、機器が検出できる任意の有用な情報、例
えば、実施すべき検査又は処理、サンプルの被験者、又は任意な他の関連データを識別で
きるようにする。プログラミング44は、データ検出、データ処理、及び機器が実施する
撮像及び/又は分子特性評価に関連した所望形式でのデータ保存を可能にする。
ド制御素子、等々のような流体素子のシーケンシング(順序付け)を可能にする。概して
、流体制御プログラミングは、カートリッジ及びフローセル固定プログラミングの要素と
統合し、フォトセル及びカートリッジを所定位置に固定し、また封止接続を流体マニホー
ルドに対して行った後、流体制御信号を発生できるようにする。
のいずれかを移動させてアレイ部位を撮像できるようにする。サンプルシークエンシング
用途においては、例えば、適切な分子を部位に導入及び付着させた後に、流体制御プログ
ラミングがフローセルのフラッシュ洗浄を可能にし、これに続いてフローセルを撮像シス
テムによる撮像に望ましい位置に移動させる。特定サイクルで撮像が完了した後、フロー
セルを移動させる、光学系を移動させる、シークエンシングの順次の操作をするための流
体及び成分を導入させる、等々を行わせる更なる命令を、すべての所望シークエンシング
が完了するまで発令することができる。
ムが種々のアクチュエータ及びセンサを制御できるようにする。図2に図式的に示すよう
に、インタフェース回路50は、処理のため制御信号を発生し、またフィードバック信号
を受信できる。制御信号は、例えば、参照符号52で示すように種々のモータ及びバルブ
を制御するために発生することができる。位置センサ、フロー制御センサ、温度センサ、
等々のようなセンサ54からのフィードバック信号もインタフェース回路によって処理回
路にフィードバックする。
サブアセンブリに1つ又はそれ以上のフローセル保持マイクロアレイを解析のために装填
することができる。ステージ56は、全体システム内に組み付け、また上述した制御回路
及び光学的コンポーネントとのインタフェースをとるよう設計される。ステージは、とく
に、シークエンシング操作のための処理及び解析中に利用される流体ベースの化学物質の
流入及び流出を行う流体ライン58を収容する。1つ又はそれ以上のカートリッジ及びフ
ローセルのアセンブリを収容する窪み60をステージに設ける。図3に示す実施形態にお
いて、例えば、ステージは、それぞれに対応するフローセル66及び68を保持する2つ
のカートリッジ62及び64を収容するよう設計する。この構成は、時に「コモン」サイ
ドと称される流入サイド70と、時に引用「ポスト」サイドと称される反対サイド又は流
出サイドとともに、フローセルを通過する流体フローの方向に指向すると考えられる。以
下に詳細に説明するように、各カートリッジは、それぞれに対応するフローセルを保持し
、また固定アセンブリは、カートリッジ及びフローセルをシステムにおける所定位置に保
持し、かつフローセルを処理のための基準位置に移動するようコモンサイド及びポストサ
イドに設ける。図3に示す実施形態において、この目的のために、クランプ切欠き74及
び76を各カートリッジの両側サイドに設ける。さらに、X方向位置決め切欠き78及び
80を各カートリッジの側面に設ける。クランプアーム82及び84は、カートリッジを
ステージに装填した後、クランプ切欠きに貫入するクランプ位置に移動して、以下に説明
するように、カートリッジ及びフローセルを所定位置に保持する。図示の実施形態におい
て、切欠き78及び80は、これら切欠き内に突入するピンが、アセンブリを作動させる
ときカートリッジ及びフローセルを幾分緩く位置決めするとともに、X方向に移動してカ
ートリッジ及びフローセルを所望のX方向基準位置に移動させる寸法にすることに留意さ
れたい。
であることに留意されたい。このデカルト座標系において、X-及びY-方向はフローセル
の長さ及び幅に整列し、かつ互いに直交する(垂直である)。それらはともにフローセル
の平面に対応するX-Y平面、又はフローセルの平面に平行な平面を画定する。Z-方向は
X-及びY-方向に対して直交する(垂直である)。多くの実施形態において、撮像光学系
は、フローセルの異なる部分の撮像を可能にするようX-及びY-方向に移動可能であり(
又はフローセルがX-及びY-方向に沿って移動可能であり得る、又は撮像コンポーネント
及びフローセルの双方がX-及びY-方向に沿って移動可能であり得る)、また撮像光学系
をフローセルの部位に対して合焦できるよう撮像光学系若しくはフローセル、又はその双
方がZ-方向に移動可能であり得る。
ネントを示す。上述したように、カートリッジ62は、それぞれに対応するフローセル6
6を保持する。カートリッジに備え付けた後、カートリッジ及びフローセルは、フローセ
ルを直接取り扱う必要なく操作できるアセンブリとして作用する。図示のカートリッジは
、側辺86及び88、並びに端部90及び92からなるフレーム状構体を有する。クラン
プ切欠き74及び76は、図示のように端部に形成する。X位置決め切欠き78は、この
実施形態において、側辺88に形成し、またフォトセルがX-方向の所望基準位置に移動
する前にフォセルを緩く位置決めするピンを収容する。この図においてフローセルに形成
した流路94が見えており、この流路94は、処理中に流体化学物質のマイクロアレイに
わたる流動を可能にする。タブ又はレッグ96がカートリッジから突出して、システム内
での操作を可能にし、また支持体におけるカートリッジの位置決めを支援する。
よれば、フローセルがシステム内にあるとき、フローセルを真空チャックの表面に緊密に
係合するよう引き込む負圧を供給することができる。この結果として生ずる力は、フロー
セルを所定位置に保持する、また処理及び撮像のためより平坦な又はより平面状の表面を
維持するよう支援する。
るとともに、ポストサイド固定アセンブリ102を反対側端部に設ける。さらに、図4に
は、コモンサイドアセンブリに設けたY-位置決めピン104が見えている。このピン又
は任意な他の適当なY-位置決め形体は、アセンブリにおける他の場所に、又は反対側サ
イド若しくは他の側辺に設けることができる。このピンは、以下に詳述するように、カー
トリッジ及びフローセルをY基準位置に移動させるのを容易にする。さらに、マニホール
ド106及び108をそれぞれ固定アセンブリに設け、カートリッジ及びフローセルに係
合して流体化学物質の封止流体接続を行うようにする。最後に、図4に示すように、1つ
又はそれ以上の電力及び通信接続部110は、これらサブアセンブリ間(及び図示しない
回路)に設け、カートリッジ及びフローセルを固定及び整合させるための所望シーケンス
でアクチュエータに給電する、及びサブアセンブリに関連するセンサからのフィードバッ
クを供給することを可能にし得る。
ローセル66はカートリッジ62が形成するフレーム内に配置する。X-方向位置決め切
欠き78がフローセルに隣接する位置に見てとれる。さらに、クランプ切欠き74及び7
6がフローセルの各端部で見てとれる。フローセルの底面112は、カートリッジ及びフ
ローセルをシステム内に装填するとき、上述したように真空チャックに対面し、またこの
底面に対する力がフローセルを下方に引き込み、フローセルの係合及び平面性を向上させ
る。ガスケット114及び116は、上述したようにマニホールドの上側面を収容するよ
うフローセルに配置し、このマニホールドは、固定アセンブリによってフローセルに係合
するよう移動させられる。図示の実施形態において、ガスケットは、成形できるエラスト
マー材料で形成され、またフローセルの端部に形成した窪み内に挿入される。有利には、
これらガスケットは、多重流体流路用に設けることができ、また互いに同一にし、システ
ムにおける部品点数を減らすようにすることができる。
全体的な関係を示す。カートリッジ22はシステム内に配置され、また光学系118が降
下され、光学系の下面120がフローセルの上面近傍内の所定位置に延在する。幾つかの
実施形態において、光学系は、少なくともZ-方向(図示の実施形態においては垂直軸で
あるが、他の実施形態においては、X-Y-Z座標系は回転又は傾斜することができる)に
は静止状態をとることができ、またカートリッジ及びフローセルは撮像のために必要に応
じて移動する。同様に、光学系及び/又はステージが、撮像のためマイクロアレイを走査
するようX-及びY-方向に移動することができる。図6において固定及びマニホールドシ
ステム全体を参照符号122で示す。全体的に、このシステムは、ステージ、ステージの
ための制御機器、固定アセンブリ、真空チャック、マニホールド及び流体コンポーネント
、等々を包含すると見なすことができる。さらに、このシステムは、フローセルの温度を
制御する、温度を感知するような付加的コンポーネント及びシステム、並びにバルブ、導
管、ポンプ、等々を含むことができる。
におけるコンポーネントの多くは同一構造にし、システム全体における異なる部品点数を
一層減少する。双方の固定アセンブリは、カートリッジ及びフローセルを受け入れる装填
又は開放位置に移動するよう設計し、またカートリッジ及びフローセルをX-及びY-基準
位置に移動させ、また処理位置にフローセルを確実にクランプする動作のプログラム化及
び自動化シーケンスを担うよう作動することができる。さらに、アセンブリが実施する動
作シーケンスは、さらに、処理中に使用される流体のために自動封止接続を可能にする。
ト及び構造を示すが、これらの多くは、以下に詳述するように、ポストサイドでも同一と
することができる。図示の実施形態において、アセンブリは、位置決め及び係合動作を行
う可動コンポーネントを保持する1つ又はそれ以上の構造素子で製作することができるフ
レームワーク、ハウジング、又は本体を備える。この図解において、若干のカバー、ハウ
ジング、等々は説明目的のため取り外してある。図7及び8で分かるように、例えば、ア
センブリはクランプシャフト124を有し、このクランプシャフト124は、横方向に延
在し、またクランプアーム82を支持する。これらクランプアームは、クランプシャフト
におけるハブと一体化し、摺動係合状態でシャフトに沿って側方に移動することができる
。さらに、レバーアーム126をクランプアームに一体化して、以下に詳述するようにク
ランプアームをフローセルに係合するよう押圧させる。ばね128(図8参照)をクラン
プシャフト124の一方の端部に設け、クランプアームを一方の側(図7及び8において
右下側)に摺動するよう押圧する。このばねは、強制的に反対側(図7で見て右側クラン
プアーム)における静止螺旋状カム130と整合螺旋状カムフォロワ132との間を係合
させる。1対の係合面134をクランプアーム相互間に設け、若干の回転自由度を許容す
るとともに、係合中には2つのクランプアームが一緒に回転することができるようにする
。ばね136は、レバーアーム126固定し、また以下に詳述するように、クランプアー
ムを係合状態に引っ張り込む力をレバーアームに加えるよう延在することができる。
クランプシャフト124の周りに回転することができ、またクランプシャフトに沿って図
7に矢印138で示すように摺動することができる。すなわち、レバー126が下方に移
行し、またクランプシャフトが回転してアームを降下させるとき、螺旋状カム130に対
する螺旋状カムフォロワ132の係合により、ばね128の力が2つのアームを下方及び
側方に摺動させることができる。この運動は、ひいてはカートリッジ及びフローセルをX
-方向の基準位置に向けて押圧する。この作動の詳細を以下に追加記載する。
ねはマニホールドをフローセルに係合するよう上方に押圧する。切欠き及び爪係合を内部
に設け、この切欠き及びつめ係合は、カートリッジ及びフローセルを固定アセンブリの開
放位置で離脱させるとき、ばね140の力とは反対方向の下方にマニホールドを引っ張る
ようマニホールドを捕捉する。この爪は、図9及び12で見えており、「P」で表記付け
する。
カムシャフト142を有し、このカムシャフト142には、カムシャフトとともに回転す
る1対のカム144及び146を備え付ける。動作中にカムシャフトが回転するとき、カ
ムの回転によってカムフォロワ148は移動する。単独の電動モータ150は、カムシャ
フト142、並びにカム144及び146を含めてアセンブリのコンポーネントすべての
運動を駆動する回転出力を供給する。モータ出力軸は駆動ギア152を担持し、この駆動
ギア152は、出力ギア154に噛合しかつ出力ギア154を駆動する。この出力ギアは
、次にばねクランク156を回転させ、このばねクランク156は、ばねクランクのシャ
フト158に備え付ける。以下に詳述するように、ばねクランク156は、上述したレバ
ーアーム126の反対側の端部に連結したばね136に結合する。
1つの位置は図7、8、9及び10に示す開放位置である。この位置では、カートリッジ
及びフローセルを装填することができる。上述したように、装填時には、クランプアーム
はカートリッジにおけるそれぞれに対応する切欠きから上方に突出する。クランプ及びX
-方向移動のための機構は、コモンサイド及びポストサイドの双方においてほぼ同一であ
り、したがって、各機構は類似の主モータ、ギア列、及び移動コンポーネントを有する。
カートリッジ及びフローセルを装填した後、両側双方の主モータが付勢され、それぞれに
対応するクランプアームを、カートリッジ及びフローセル上方に留まるが、どちらの上面
には接触しない「ホバー」位置に移動する。次に、フローセルは適切に位置決めされ、ま
た機構は、カートリッジ及びフローセルがクランプアームの一層の下方移動によってクラ
ンプされ、マニホールドの上方押圧偏移の運動を可能にすることによって流体接続が遂行
される第3位置にさらに移動する。
及び他のコンポーネントがホバー位置及びクランプ位置に向けて移動した状態を示す。図
11に示すように、例えば、モータ150は、ギア152を担持する出力シャフト160
を有する。このギアは、出力シャフト158に備え付けた出力ギア154に噛合する。図
11においてマニホールドの上側面にガスケット接触面162が見えており、フローセル
がシステム内に完全に固定されかつ係合されるとき、このガスケット接触面は上述したガ
スケットと接触し、マニホールドとフローセルとの間で封止された流体接続を生ずること
に留意されたい。さらに、マニホールドのための押圧偏移ばね140を備え付ける支柱1
64が見える。これら支柱によれば、マニホールドを担持し、かつアセンブリ内でのマニ
ホールド整列を維持することができる。
のポイントに留意されたい。先ず、マニホールドは係合位置に向けて押圧偏移されるよう
備え付け、また固定アセンブリの機構の運動によって移動される爪Pによって係合位置か
ら下方に引き下げられることに留意されたい。各マニホールドにおける幾分オーバーサイ
ズで細長い開口に挿入される支柱に対して備え付けられていることによって、マニホール
ドは緩く案内され、かつ「浮遊する(float)」。さらに、マニホールドを包囲するハウ
ジング構体は、同様に、マニホールド周りに緊密過ぎる嵌合をしないようオーバーサイズ
にし、フローセルのガスケットに係合するとき自由な移動及び自己整列を行うことができ
るようにする。さらに、マニホールドは、クリーニング又は交換のために構体から容易に
取り外すことができる。この取外しのため、ハウジングとマニホールドの背部との間に薄
いツールを挿入し、爪を押し下げ、爪を対応する切欠きから外れさせ、マニホールドが支
柱から上昇できるようにする(この後、完全に取外し及び/又は交換すべき場合には流体
ラインはマニホールドから容易に取り外すことができる)。
セルを有する構成によって一層整列する。この整列のため、各マニホールドの頂面におけ
る案内開口「g」(図7参照)に係合するピン「p」(図5参照)をカートリッジに設け
る。このことは、マニホールドがガスケットに対して適切に整列する支援を行う。
らすギア列を示す。図示の実施形態において、このギア列は、出力ギア154と同一のシ
ャフト158ではあるが反対側に取り付けるクランク出力ギア166を有する。この場合
、上述したモータによる駆動による出力ギア154の回転がクランク出力ギア166を回
転させる。クランク出力ギア166はアイドル(遊び)ギアIを駆動し、このアイドルギ
アは、「ホームセンサ」又は「フラグ」ギア168に噛合かつ駆動する。このギア168
は、次にカムシャフト142に備え付けかつこれを回転させるカムギア170に噛合かつ
駆動する。最後に、ホームセンサギア168は、さらに、クランプシャフト124に備え
付けかつ一緒に回転するクランプアームギア172に噛合かつ駆動する。
れる。これら移動としては、フローセルをX-方向基準位置に移動させるための、ばね1
28並びに螺旋状カム130及びカムフォロワ132の作用の下でシャフトに沿うクラン
プアームの側方摺動、クランプシャフト124によるクランプアームの「ホバー」位置(
及びその後のフローセル、カートリッジ又はその双方と接触するクランプ位置)への移動
、及び(レバーアーム126に力を加えるばね136の伸張による)ばねクランク156
のシャフト158上での移動がある。同一の動作はカートリッジ及びフローセルの両側サ
イドで行われる点に留意されたい。
にも留意されたい。図示の実施形態において、このセンサとしては「ホームポジション」
センサ174(光センサのような)があり、このセンサは、「ホームセンサ」又は「フラ
グ」ギア168の位置又は向きを検出する(例えば、このギアに形成される端縁を検出す
ることによって)。このフィードバックによれば、制御回路が機構は初期又は「ホーム」
位置にあることを確認でき、この「ホーム」位置から「ホバー」又は「クランプ」位置へ
の移動が行われる。
142とともに回転するフォロワ176(図13参照)を担持する。これらフォロワは、
クランプアームのハブに形成した切欠き内に存在し、アームが開放位置に復帰する移動を
支援する。
って上方の封止係合位置に向けて押圧偏移される。マニホールドの内側に爪が係合する切
欠きが形成され、この爪は、上述した一方のカムフォロワによって上方及び下方に移動さ
せられる。したがって、マニホールドは、係合プロセスにおける適切な時点で上方に移動
することができ、また機構の逆動作によって下方への離脱移動をすることができる。
ブリ100のものと同一であるが、図示の実施形態において、ポストサイドのアセンブリ
には、カートリッジ及びフローセルをY-方向基準位置に押圧する機構も設ける。したが
って、図16、17及び18により詳細に示すアセンブリ102はY-方向プッシャー1
78を有し、このY-方向プッシャー178は、内側のばね180(例えば、図18参照
)によって後退位置に押圧偏移される。このアセンブリにおける第2モータ182は、ば
ねの力に抗してプッシャー178を図17の左方に向けて押圧し、Y-方向位置決めピン
104(図4参照)を移動させてカートリッジに接触させ、またカートリッジをY-方向
の基準位置に移動させる。したがって、このモータは、図18に参照符号184で示すよ
うに、プッシャー及びピンをY-方向に移動させることができる。
ティンは先に概要を説明したカートリッジ及びフローセルを適切に位置決め及び固定する
ための複数移動及び係合のすべてを行うことができる。これらは上述した制御回路によっ
て指令され、また相互に開始される複数プロセスの開始に基づくものであり、これらプロ
セスは部分的又は完全に自動化され、また例えば、上述した「ホームポジション」センサ
からのフィードバックに基づくものであり得る。本明細書に想定した実施形態において、
係合及び位置決め操作は、係合及び固定プロセスが開始された後には完全に自動化される
。
実施する例示的制御論理200を示す。上述したように組み合わせたカートリッジ及びフ
ローセルを先ずシステムに備え付け、このステップを参照符号202で示す。次に、固定
システムを作動させて自動プロセスを開始する(ステップ204)。この後、デバイスの
両側サイドにおける主モータを作動させて、ギア列を動かし、またこれによって、クラン
プアームを「ホバー」位置に移動する(ステップ206)。このことは、さらに、対応す
る押圧偏移ばねの伸張を伴うばねクランクの運動、並びに支持シャフトに沿うクランプア
ームの摺動を生ずる。次に、ステップ208において、カートリッジに係合し、またX-
方向の基準位置に移動する。図示の実施形態において、これら直近で述べた2つの操作は
、クランプアーム及び螺旋状カムの機械的構成によって同時に行われる。この後、ステッ
プ210においてポストサイドの第2モータが作動して、Y-方向ピンをカートリッジに
係合させ、カートリッジ及びフローセルをY-方向基準位置に移動させる。カートリッジ
及びフローセルを適切に位置決めした状態で、ステップ212において真空チャックを作
動させ、上述したようにフローセルの下側面に抑制保持力を発揮させる。この後、双方の
アセンブリにおける主モータをさらに作動させ、クランプアームをクランプ位置に移動さ
せ、このクランプ位置でクランプアームはフローセル、カートリッジ又はその双方に接触
し、クランプ及び抑制保持力を発揮させる。この動きは、さらに、マニホールドを押圧偏
移係合位置へと釈放させ、フローセルに対する所望の封止流体接続状態にする。アセンブ
リは、フローセルの処理全体にわたりこの指向性を維持する。カートリッジ及びフローセ
ルを釈放するためには、このプロセス全体を逆に行うことができ、これにより、カートリ
ッジ及びフローセルはシステムから取り外すことができる。
基準位置への位置決め、及びフローセルの封止流体接続状態への係合は、単一の自動化固
定操作で実施されることに留意されたい。すなわち、係合、位置決め、及び固定操作が開
始された後、操作はそれ以上の介入を必要としない自動操作で行われる。図示の実施形態
において、このことは、3つのモータ、すなわち、「ホバー」位置及びクランプ位置への
移動のための、またマニホールド釈放のためのコモンサイド及びポストサイドにおける2
つの主モータ、並びにフローセルをY-方向基準位置に移動させるための第3モータの係
合又は付勢によって行われる。これら操作の幾つかの順番は変更することができ、若干の
構体も、上述した単一操作手法から逸脱することなく変更することができる。
ばねによって安定した押圧偏移状態にされる。実際、構体は、上述した3つすべての位置
、すなわち、開放、ホバー、及びクランプ位置で安定化した状態となる。このことは、シ
ークエンシング中にモータは付勢又はアクティブ状態にする必要がない限り、モータが誘
発するおそれのある振動に起因する移動又は動揺の機会を減少する上で特に有利である。
械的部品(軸受及びばねのような素子以外)の多くは、その最終形態にまで成形する及び
/又は成形かつ機械加工することができる。しかし、若干の材料は、所定コンポーネント
に形成するのが望ましい。例えば、摩擦を減少するためには、幾つかの部品は、減摩材料
で形成又はコーティングすることができる。図示の実施形態において、例えば、クランプ
シャフト及び螺旋状カムは、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)コーティングのよ
うなポリマーでコーティングすることができる。同一の実施形態において、クランプ自体
はPTFEに含侵させた硬質陽極酸化材料で形成することができ、これによりシャフト(
とくに、クランプ部品におけるボア)に沿う変位を容易にする。硬質陽極酸化材料は、例
えば、金属、セラミック、又はそれらの複合材とすることができる。さらに、ハウジング
部品のうち少なくとも幾つかは、構体を幾分断熱する材料、例えば、ポリエーテル・エー
テル・ケトン(PEEK)のようなポリマーで形成することができる。この実施形態にお
いて、真空チャックは加熱及び冷却してフローセルの温度を制御するため、このような材
料の使用は、フローセル温度調節に対する確実な構体効果を簡略化する。
いと仮定して)は、本明細書記載の発明要旨の一部であると考えられる。とくに、特許請
求の範囲で記載される要旨のすべての組合せは、本明細書記載の発明要旨の一部であると
考えられる。さらに、当然のことながら、参照によって本明細書に組み入れられる任意な
文献にも見られる本明細書に明確に使用される用語は、本明細書記載の特別な概念に最も
一致する意味にふさわしいものであるべきである。
Claims (19)
- フローセルアセンブリを収容する支持体であって、X-方向位置決め素子を有する当該支持体と、
第1駆動素子及び第2駆動素子を有する固定及び位置決めアセンブリであって、単一操作により、前記フローセルアセンブリに係合して、前記フローセルアセンブリの平面に直交するZ-方向に位置する前記支持体に向けて、前記第1駆動素子を使用して前記Z-方向に対して直交するX-方向のX-方向位置決め素子に抗して第1基準位置に、また、前記第2駆動素子を使用してX-方向及びZ-方向に対して直交するY方向のY-方向位置決め素子に抗して第2基準位置に、前記フローセルアセンブリを押圧する、当該固定及び位置決めアセンブリと、
を有し、
前記フローセルアセンブリは、フローセルを包囲するフレーム構体を有し、前記固定及び位置決めアセンブリは、アームを有しており、前記アームは、前記フローセルにのみ接触し、前記フレーム構体には接触しない、システム。 - 請求項1に記載された固定システムにおいて、 前記固定及び位置決めアセンブリは、前記フローセルアセンブリの流入サイドにおける第1アセンブリと、前記フローセルアセンブリの流出サイドにおける第2アセンブリと、を有しており、前記第1駆動素子は、1対の電動モータを有しており、また、前記第2駆動素子は、第3モータを有しており、そして、前記単一操作は、前記フローセルアセンブリを前記第1基準位置に向けて移動させる1対の電動モータの動作と、前記フローセルアセンブリを前記第2基準位置に向けて移動させる第3モータの作動と、を含んでいる、固定システム。
- 請求項1に記載された固定システムにおいて、前記フローセルアセンブリにおける、流入サイド及び流出サイドの表面にエラストマー素子を配置し、これらエラストマー素子は、前記フローセルが前記第1及び第2の基準位置に位置決めされるとき、前記フローセルアセンブリに対する封止流体流路を確立するよう、前記フローセルアセンブリの流体通路に整合する、固定システム。
- フローセルアセンブリを処理装置の支持体に配置するステップであって、前記支持体はX-方向位置決め素子を有している、当該ステップと、
第1駆動素子及び第2駆動素子を有している固定及び位置決めアセンブリを作動させるステップであって、単一操作により、前記フローセルアセンブリに係合して、前記フローセルアセンブリの平面に直交するZ-方向に位置する前記支持体に向けて、前記第1駆動素子を使用してZ-方向に対して直交するX-方向のX-方向位置決め素子に抗して第1基準位置に、前記第2駆動素子を使用してX-方向及びZ-方向に対して直交するY方向のY-方向位置決め素子に抗して第2基準位置に、前記フローセルアセンブリを押圧し、
前記フローセルアセンブリは、フローセルを包囲するフレーム構体を有し、前記固定及び位置決めアセンブリは、アームを有しており、前記アームは、前記フローセルにのみ接触し、前記フレーム構体には接触しない、当該ステップと、
を備える、方法。 - 請求項4に記載の方法において、前記フローセルアセンブリの流入サイド及び流出サイドのエラストマー素子にマニホールドを押し付ける移動によって、前記フローセルアセンブリに対する封止流体流路を確立するステップを備える、方法。
- 請求項4に記載の方法において、前記固定及び位置決めアセンブリを作動させるステップは、前記フローセルアセンブリの流入サイドにおける第1アセンブリを作動させるステップと、前記フローセルアセンブリの流出サイドにおける第2アセンブリを作動させるステップと、を含む、方法。
- 請求項4に記載の方法において、前記第1駆動素子が1対の電動モータを有しており、前記第2駆動素子が第3モータを有しており、前記単一操作は、前記フローセルアセンブリを前記第1基準位置に向けて移動させる1対の電動モータの作動と、前記フローセルを前記第2基準位置に向けて移動させる第3モータの作動とを含む、方法。
- フローセルアセンブリを収容するように構成された支持体であって、X-方向位置決め素子を有している当該支持体と、
アームを有する固定アセンブリであって、前記アームが、前記フローセルアセンブリの平面に対するZ-方向に位置する前記支持体に向かう係合状態に前記フローセルアセンブリを引き込むよう作動可能な当該固定アセンブリと、
前記X方向位置決め素子に抗して、前記Z方向に対して直交するX-方向の第1基準位置に、前記フローセルアセンブリを押圧するように作動可能な第1駆動素子と、
Y方向位置決め素子に抗して、前記Z方向および前記X方向に対して直交するY方向の第2基準位置に、前記フローセルアセンブリを押圧するように作動可能な第2駆動素子と、
前記アーム、前記第1駆動素子および前記第2駆動素子に操作可能に接続された作動システムであって、単一の固定操作で、前記アームを作動させて前記フローセルアセンブリをZ方向の前記支持体に向かってに引き込ませることと、前記第1駆動素子を作動させて前記フローセルアセンブリを前記X方向のX方向位置決め素子に抗して前記第1基準位置に押圧することと、前記第2駆動素子を作動させて前記フローセルアセンブリを前記Y方向のY方向位置決め素子に抗して前記第2基準位置に押圧することとを行う、作動システムと、
を備え、
前記フローセルアセンブリは、フローセルを包囲するフレーム構体を有し、前記アームは、前記フローセルにのみ接触し、前記フレーム構体には接触しない、システム。 - 請求項8に記載のシステムにおいて、前記フローセルアセンブリが前記第1及び第2の基準位置に位置決めされるとき、前記フローセルアセンブリと流体流路を形成するように構成された流体接続部をさらに備える、システム。
- 請求項9に記載のシステムにおいて、前記流体接続部は、前記フローセルアセンブリの第1のサイドとの封止流体接続を完了するために前記作動システムによって移動可能なマニホールドを備える、システム。
- 請求項10に記載のシステムにおいて、前記マニホールドは、前記流体流路を封止するために、前記フローセルアセンブリのエラストマー素子と流体的に結合している、システム。
- 請求項9に記載のシステムにおいて、前記流体接続部は、前記フローセルアセンブリの第1サイドに相対的に位置決めされるマニホールドを備える、システム。
- 請求項12に記載のシステムにおいて、前記マニホールドは、前記アームによって加えられる力に抗して、ばねを介して上方にばね押圧偏移させられる、システム。
- 請求項8に記載のシステムにおいて、前記アームは、前記フローセルアセンブリの第1のサイドにおいて前記フローセルアセンブリの上側に接触するように構成されている、システム。
- 請求項8に記載のシステムにおいて、前記作動システムは、前記フローセルアセンブリを前記第1基準位置に向けて移動させるための第1の電動モータと、前記フローセルを前記第2基準位置に向けて移動させるための第2の電動モータと、を含む、システム。
- 請求項8に記載のシステムにおいて、前記アーム、前記第1駆動素子および前記第2駆動素子はそれぞれ、前記フローセルアセンブリが前記支持体によって収容されるときに前記作動システムによって作動されると、前記フローセルアセンブリのフレーム状構体または前記フローセルアセンブリのフローセルの少なくとも1つに接触するように構成されている、システム。
- 請求項8に記載のシステムにおいて、前記第1駆動素子は、前記フローセルアセンブリを前記第1基準位置に向けて押圧するように構成されている螺旋状表面を備えている、システム。
- 請求項8に記載のシステムにおいて、前記アームは、押圧偏移ばねによってクランプ位置に押圧偏移されている、システム。
- 請求項8に記載のシステムにおいて、前記支持体は、真空チャックを備える、システム。
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