JP7293236B2 - 自動試料処理のための方法およびシステム - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年９月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／５５９，１７３号および２０１８年６月２２日に出願された米国仮特許出願第６２／６８８，８６１号に対する優先権を主張するものであり、これらの各々は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

臨床検査は著しく変化し、改善されてきたが、一部のアッセイでは試料調製のために手作業が必要になる場合がある。試料調製には、試料または試薬を含む容器のキャップの取り外し、試料を処理するために必要な試薬の種類の決定または量の測定、および１つ以上の試薬を一緒にピペッティングすることが含まれ得る。

例えば、被験体から生体試料（例えば、唾液または血液）を得、生体試料に対するアッセイを行う前に処理して、生体試料中の１つ以上の標的を同定してもよい。そのようなアッセイは、生体試料から得られた核酸分子に対してポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うことを含み得る。特定の標的を対象とするプライマーセットを使用して、ＰＣＲを行ってもよい。

そのようなアッセイの結果は、被験体などのユーザを対象とし得る。次いで、ユーザは、疾患（例えば、感染症または癌）の特定など、様々な目的のためにアッセイの結果を使用してもよい。

本明細書では、試料調製のためのいくつかの方法に関連する様々な限界が認識される。試料調製は、多くの人手を要し、多くの工程および操作者の関与を必要とする場合がある。多くの人手を要するいくつかの工程は、アッセイごとに異なり、操作者のミスおよび操作者による試料のコンタミネーションにつながる可能性がある。試料を手動で処理すると、潜在的に危険な生物学的化学物質に操作者が曝露されるリスクを伴う場合がある。

本明細書では、試料調製のための現在の方法の特定の限界を考慮して、分析手順のための試料取り扱いおよび試料調製プロセスを自動化することができるシステムに対する必要性が認識される。

いくつかの態様では、本開示は、試料処理のためのシステムを提供する。いくつかの実施形態では、システムは試料チャンバを備えることができる。いくつかの実施形態では、試料チャンバはフィルタを備えることができる。いくつかの実施形態では、フィルタは、試料チャンバ内の試料から１つ以上の核酸分子を捕捉するように構成され得る。いくつかの実施形態では、システムは、第１の導管によって試料チャンバに流体連結されたウェルを備えることができる。いくつかの実施形態では、ウェルは試薬を含むように構成され得る。いくつかの実施形態では、第１の導管と流体連通する流体流ユニット。いくつかの実施形態では、流体流ユニットは、ウェルから試料チャンバに試薬を流すように構成される。いくつかの実施形態では、システムは１つ以上のアッセイチューブを備えることができる。いくつかの実施形態では、１つ以上のアッセイチューブのうちの所定のアッセイチューブが、第２の導管を介して試料チャンバに流体連結され得る。いくつかの実施形態では、システムは、流体流ユニットに連結されたコントローラを備えることができる。いくつかの実施形態では、コントローラは、試料の処理のために携帯型電子装置から命令を受け取るように構成され得る。いくつかの実施形態では、コントローラは、命令に従って、ウェルから第１の導管に沿って試料チャンバに試薬を流すように流体流ユニットを誘導するように構成され得る。いくつかの実施形態では、コントローラは、命令に従って、試料チャンバ内に試薬および１つ以上の核酸分子を含む溶液を提供するように構成され得る。いくつかの実施形態では、コントローラは、命令に従って、試料チャンバから第２の導管に沿って１つ以上のアッセイチューブに溶液を流すように流体流ユニットを誘導するように構成され得、その結果、所定のアッセイチューブが溶液の少なくとも一部を受け取る。いくつかの実施形態では、システムは、１つ以上のアッセイチューブに流体連結され、１つ以上のアッセイチューブの下流に配置された第２の流体流ユニットをさらに備えることができる。いくつかの実施形態では、第２の流体流ユニットは、第３の導管によって１つ以上のアッセイチューブに流体接続される。いくつかの実施形態では、第２の流体流ユニットは、負圧を供給して、試料チャンバから１つ以上のアッセイチューブのうちの少なくとも１つに流体を引き込むように構成される。いくつかの実施形態では、第２の流体流ユニットは、試料チャンバに正圧（例えば、周囲圧力などの基準圧力よりも高い圧力）を供給して試料中に気泡を生成し、それにより試料を混合するように構成される。いくつかの実施形態では、第２の流体流ユニットは、大気に流体連結される。いくつかの実施形態では、システムは、第４の導管によって試料チャンバに流体連結された廃棄物チャンバをさらに備える。いくつかの実施形態では、システムは、廃棄物チャンバと試料チャンバとの間の第４の導管に沿って配置された第３の流体流ユニットをさらに備える。いくつかの実施形態では、第３の流体流ユニットは、試料チャンバから廃棄物チャンバに試料を引き込むように構成される。いくつかの実施形態では、試料は、フィルタを通して試料チャンバから廃棄物チャンバに引き込まれ、それにより、フィルタ内の試料から１つ以上の核酸を捕捉する。いくつかの実施形態では、システムは、ウェルと試料チャンバとの間において第１の導管に沿って配置された弁をさらに備える。いくつかの実施形態では、弁は、第１の導管に沿って流体流ユニットの上流に配置される。いくつかの実施形態では、システムは、前述のウェルを含む複数のウェルをさらに備える。いくつかの実施形態では、システムは、複数の弁をさらに備え、複数の弁のうちの所定の弁は、複数のウェルと試料チャンバとの間において第１の導管に沿って配置される。いくつかの実施形態では、試薬は、溶解緩衝液、洗浄緩衝液、乾燥剤および溶出緩衝液からなる群から選択される緩衝液である。いくつかの実施形態では、溶解緩衝液は、塩、洗剤、界面活性剤またはそれらの任意の組合せを含有する。いくつかの実施形態では、溶解緩衝液は、塩、洗剤および界面活性剤を含有する。いくつかの実施形態では、溶解緩衝液はエタノールを含有しない。いくつかの実施形態では、溶解緩衝液はエタノールを含有する。いくつかの実施形態では、溶解緩衝液は、第１の部分および第２の部分を有する２つの別個の部分を含み、第１の部分は塩、洗剤および界面活性剤を含有し、第２の部分はエタノールを含有する。いくつかの実施形態では、試料チャンバ、ウェルおよび廃棄物チャンバのうちの少なくとも１つはシールを備える。いくつかの実施形態では、シールは少なくとも１つの層を備える。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの層は、ポリプロピレン、接着剤またはアルミニウムを含む。いくつかの実施形態では、所定のアッセイチューブはキャップを備え、試料チャンバと所定のアッセイチューブとの間の第２の導管の少なくとも一部はキャップに配置される。いくつかの実施形態では、キャップの内面に沿った第２の導管の端部は、先端を備える。いくつかの実施形態では、第２の導管の少なくとも一部は先端に配置される。いくつかの実施形態では、第２の導管の断面積は、先端の軸方向長さに沿って減少する。いくつかの実施形態では、１つ以上のアッセイチューブは複数のアッセイチューブを備え、先端では、第２の導管の一部の断面積は複数のアッセイチューブのうちの少なくとも２つで異なる。いくつかの実施形態では、所定のアッセイチューブはキャップを備え、所定のアッセイチューブと第２の流体流ユニットとの間の第３の導管はキャップに配置される。いくつかの実施形態では、キャップの内面に沿った第３の導管の端部は、分子篩を備える。いくつかの実施形態では、分子篩は多孔質である。いくつかの実施形態では、分子篩はガスに対して透過性である。いくつかの実施形態では、分子篩は疎水性である。いくつかの実施形態では、キャップは、所定のアッセイチューブ内に延びる。いくつかの実施形態では、キャップは、アッセイチューブの最大作業容積を決定する深さまで所定のアッセイチューブ内に延びる。いくつかの実施形態では、キャップの深さは、１つ以上のアッセイチューブのうちの別のアッセイチューブ内に延びる別のキャップの別の深さとは異なる。いくつかの実施形態では、キャップは、所定のアッセイチューブに取り外し可能に連結される。いくつかの実施形態では、所定のアッセイチューブは、標的核酸分子を検出するためのアッセイを行うためのプライマーの１つ以上の対を備える。いくつかの実施形態では、アッセイはポリメラーゼ連鎖反応である。いくつかの実施形態では、システムは、試料チャンバと熱的に連通するヒータをさらに備え、ヒータは、所定のアッセイチューブ内の試料を加熱するように構成される。いくつかの実施形態では、ヒータは、バネ荷重式プレートをさらに備える。いくつかの実施形態では、バネ荷重式プレートは、当該バネ荷重式プレートのないヒータと比較して、試料チャンバとの熱接触を改善する。いくつかの実施形態では、ヒータは、１つ以上の加熱および冷却サイクルの一部として試料を加熱するように構成される。いくつかの実施形態では、流体流ユニットはポンプまたは圧縮機である。いくつかの実施形態では、流体流ユニットは、１つ以上のポンプを備える。いくつかの実施形態では、１つ以上のポンプは第１のポンプおよび第２のポンプを含み、第１のポンプはウェルから試料チャンバに試薬を流すように構成され、第２のポンプは試料チャンバから１つ以上のアッセイチューブに溶液を流すように構成される。いくつかの実施形態では、流体流ユニットは、１つ以上の圧縮機を備える。いくつかの実施形態では、システムは、ドックを備える試料処理ユニットをさらに備え、試料処理ユニットは流体流ユニットを備え、ウェルおよび試料チャンバは試料処理カートリッジに含まれ、ドックは、ウェルおよび試料チャンバを流体流ユニットと流体連通させるようにカートリッジを受け入れるように構成される。いくつかの実施形態では、コントローラは、携帯型電子装置と無線通信するように構成される。いくつかの実施形態では、流体流ユニット（例えば、ポンプ）は、圧力センサを含むか、圧力センサに連結される。

いくつかの態様では、本開示は、システムを作動させることを含む、試料処理のための方法を提供する。いくつかの実施形態では、システムは、試料チャンバ内の試料から１つ以上の核酸分子を捕捉するように構成されたフィルタを備える試料チャンバを備えることができる。いくつかの実施形態では、システムは、第１の導管によって試料チャンバに流体連結されたウェルを備えることができ、ウェルは試薬を含むように構成される。いくつかの実施形態では、システムは、第１の導管と流体連通する流体流ユニットを備えることができ、流体流ユニットは、ウェルから試料チャンバに試薬を流すように構成される。いくつかの実施形態では、システムは１つ以上のアッセイチューブを備えることができ、１つ以上のアッセイチューブのうちの所定のアッセイチューブは、第２の導管を介して試料チャンバに流体連結される。いくつかの実施形態では、システムは、流体流ユニットに連結されたコントローラを備えることができ、コントローラは、試料の処理のために携帯型電子装置から命令を受け取るように構成される。いくつかの実施形態では、方法は、コントローラを使用して、携帯型電子装置から命令を受け取ることを含む。いくつかの実施形態では、方法は、命令に従って、コントローラを使用して、（ｉ）ウェルから第１の導管に沿って試料チャンバに試薬を流すように流体流ユニットを誘導して、試料チャンバ内に試薬および１つ以上の核酸分子を含む溶液を提供することと、（ｉｉ）試料チャンバから第２の導管に沿って１つ以上のアッセイチューブに溶液を流すように流体流ユニットを誘導して、所定のアッセイチューブが溶液の少なくとも一部を受け取るようにすることとを含むことができる。いくつかの実施形態では、システムは、少なくとも１つの加熱ユニットをさらに備え、少なくとも１つの加熱ユニットは、所定のアッセイチューブを含む１つ以上のアッセイチューブと熱的に連通しており、コントローラは、命令に従って、溶液を加熱するように少なくとも１つの加熱ユニットを誘導する。いくつかの実施形態では、コントローラは、１つ以上の加熱および冷却サイクルに溶液を供するように少なくとも１つの加熱ユニットを誘導する。いくつかの実施形態では、システムは、ドックを備える試料処理ユニットを備え、試料処理ユニットは流体流ユニットを備え、ウェルおよび試料チャンバは試料処理カートリッジに含まれ、（ａ）は、ウェルおよび試料チャンバを流体流ユニットと流体連通させるようにカートリッジを受け入れるドックを備える。いくつかの実施形態では、コントローラは、携帯型電子装置と無線通信するように構成される。

いくつかの態様では、本開示は、試料チャンバを備える試料処理カートリッジを提供する。いくつかの実施形態では、試料チャンバは、試料チャンバ内の試料から１つ以上の核酸分子を捕捉するように構成されたフィルタを備えることができる。いくつかの実施形態では、カートリッジは、第１の導管によって試料チャンバに流体連結されたウェルを備えることができ、ウェルは試薬を含むように構成される。いくつかの実施形態では、カートリッジは、１つ以上のアッセイチューブを備えることができ、１つ以上のアッセイチューブのうちの所定のアッセイチューブは、第２の導管を介して試料チャンバに流体連結される。いくつかの実施形態では、カートリッジは、第１の導管に流体接続された第１の開口部を備えることができ、第１の開口部は、第１の導管に流体流ユニットを流体接続するように構成され、流体流ユニットはコントローラに連結され、コントローラは、試料の処理のために携帯型電子装置から命令を受け取り、命令に従って、（ｉ）ウェルから第１の導管に沿って試料チャンバに試薬を流すように流体流ユニットを誘導して、試料チャンバ内に試薬および１つ以上の核酸分子を含む溶液を提供し、（ｉｉ）試料チャンバから第２の導管に沿って１つ以上のアッセイチューブに溶液を流すように流体流ユニットを誘導して、所定のアッセイチューブが溶液の少なくとも一部を受け取るようにするように構成される。いくつかの実施形態では、試料処理カートリッジは、１つ以上のアッセイチューブに流体連結され、１つ以上のアッセイチューブの下流に配置された第２の流体流ユニットをさらに備える。いくつかの実施形態では、第２の流体流ユニットは、第３の導管によって１つ以上のアッセイチューブに流体接続される。いくつかの実施形態では、試料処理カートリッジは、第４の導管によって試料チャンバに流体連結された廃棄物チャンバをさらに備える。いくつかの実施形態では、試料処理カートリッジは、試料チャンバに接続されたシュノーケルをさらに備える。いくつかの実施形態では、廃棄物チャンバは、第３の流体流ユニットにさらに接続される。いくつかの実施形態では、第３の流体流ユニットは、廃棄物チャンバと試料チャンバとの間の第４の導管に沿って配置される。いくつかの実施形態では、第３の流体流ユニットは、廃棄物チャンバの下流に配置される。いくつかの実施形態では、試料処理カートリッジは覆いをさらに備える。いくつかの実施形態では、流体流ユニットはポンプである。いくつかの実施形態では、ポンプは多方向ポンプである。いくつかの実施形態では、流体流ユニットは圧力センサに連結される。

いくつかの態様では、本開示は試料処理システムを提供する。いくつかの実施形態では、試料処理システムは第１の流体流路を備える。いくつかの実施形態では、試料処理システムは、第１の流体流路と流体連通する第１のポンプおよび第２のポンプを備える。いくつかの実施形態では、第１のポンプおよび第２のポンプは多方向ポンプである。いくつかの実施形態では、第１のポンプおよび第２のポンプは、第１の方向、および第１の方向とは異なる第２の方向に沿って第１の流体流路内の流体を流すように構成される。いくつかの実施形態では、試料処理システムは、１つ以上の試薬と流体連通する第２の流体流路を備えるカートリッジと可逆的に係合するように構成されたドックをさらに備える。いくつかの実施形態では、ドックは、カートリッジとの係合後に第１の流体路を第２の流体流路と流体連通させるように構成される。いくつかの実施形態では、第１の流体流路は弁を含まない。いくつかの実施形態では、試料処理システムは、少なくとも２つの多方向ポンプに動作可能に連結されたコントローラをさらに備える。いくつかの実施形態では、コントローラは、第１の方向および第２の方向に沿って第１の流体流路内の流体を流すように少なくとも２つの多方向ポンプのそれぞれを誘導するように構成される。いくつかの実施形態では、試料処理システムは、ドックがカートリッジと可逆的に係合した際にカートリッジと接触するように構成された本体を備える蓋をさらに備える。いくつかの実施形態では、蓋は、第１の流体流路と少なくとも２つの多方向ポンプとを備えるハウジングに連結される。いくつかの実施形態では、蓋は、（ｉ）本体がカートリッジと接触する第１の位置から、（ｉｉ）第１の流体路が第２の流体流路と流体連通する第２の位置まで、ハウジングに向かって移動するように構成される。いくつかの実施形態では、蓋は、ハウジングに対して回転するように構成される。いくつかの実施形態では、少なくとも２つの多方向ポンプのそれぞれは、第１の流体流路に正圧および負圧（例えば、真空）を供給するように構成される。いくつかの実施形態では、少なくとも２つの多方向ポンプのそれぞれは、第１の方向および第２の方向に沿って第１の流体流路内の流体を流すように構成される。いくつかの実施形態では、試料処理システムは、ドックがカートリッジと可逆的に係合した際に第２の流体流路と流体連通するように構成された第３のポンプをさらに備える。

いくつかの態様では、本開示は試料を処理する方法を提供する。いくつかの実施形態では、方法は、第１の流体流路を備えるシステムを作動させることを含む。いくつかの実施形態では、システムは、第１の流体流路と流体連通する第１のポンプおよび第２のポンプを備える。いくつかの実施形態では、第１のポンプおよび第２のポンプは多方向ポンプである。いくつかの実施形態では、第１のポンプおよび第２のポンプは、第１の方向、および第１の方向とは異なる第２の方向に沿って第１の流体流路内の流体を流すように構成される。いくつかの実施形態では、システムはドックをさらに備える。いくつかの実施形態では、方法は、ドックと、１つ以上の試薬と流体連通する第２の流体流路を備えるカートリッジとを係合させることをさらに含む。いくつかの実施形態では、ドックとカートリッジとの係合に続いて、第１の流体路は第２の流体流路と流体連通する。いくつかの実施形態では、方法は、システムおよび１つ以上の試薬を使用して試料を処理することをさらに含む。いくつかの実施形態では、方法は、試料の処理の後にドックからカートリッジを取り外すことをさらに含む。いくつかの実施形態では、試料は生体試料である。

いくつかの態様では、本開示は、試料を処理するためのシステムを提供する。いくつかの実施形態では、システムは、試料を処理するために流体流路と流体連通する少なくとも２つの多方向ポンプを備え、流体流路は弁を含まない。いくつかの実施形態では、流体流路に沿った流体の流れの方向は、少なくとも２つの多方向ポンプによる流体流路内の圧力の調節時に制御される。いくつかの実施形態では、少なくとも２つの多方向ポンプは、３つの多方向ポンプを備える。

いくつかの実施形態では、本開示は、試料を処理する方法を提供する。いくつかの実施形態では、方法は、試料を処理するために流体流路と流体連通する少なくとも２つの多方向ポンプを備えるシステムを作動させることを含み、流体流路は弁を含まない。いくつかの実施形態では、方法は、少なくとも２つの多方向ポンプの第１の多方向ポンプによる第１の圧力降下および少なくとも２つの多方向ポンプの第２の多方向ポンプによる第２の圧力降下の適用時に、第１の方向に沿って流体流路内の流体を流すことをさらに含む。いくつかの実施形態では、方法は、第１の多方向ポンプによる第３の圧力降下および第２の多方向ポンプによる第４の圧力降下の適用時に、第１の方向とは異なる第２の方向に沿って流体流路内の流体を流すことをさらに含む。いくつかの実施形態では、第１の圧力降下は第２の圧力降下とは異なる。いくつかの実施形態では、第３の圧力降下は、第４の圧力降下とは異なる。いくつかの実施形態では、第１の圧力降下は第３の圧力降下とは異なるか、第２の圧力降下は第４の圧力降下とは異なる。いくつかの実施形態では、第１の圧力降下は第３の圧力降下とは異なり、第２の圧力降下は第４の圧力降下とは異なる。

本開示の別の態様は、１つ以上のコンピュータプロセッサによる実行時に、本明細書の上記または他の場所の方法のいずれかを実施する機械実行可能コードを備える非一時的コンピュータ可読媒体を提供する。

本開示の別の態様は、１つ以上のコンピュータプロセッサと、それに連結されたコンピュータメモリとを備えるシステムを提供する。コンピュータメモリは、１つ以上のコンピュータプロセッサによる実行時に、本明細書の上記または他の場所の方法のいずれかを実施する機械実行可能コードを備える。

本開示のさらなる態様および利点は、本開示の例示的な実施形態のみが示され説明される以下の詳細な説明から当業者には容易に明らかになるであろう。理解されるように、本開示は、他の異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、いずれも本開示から逸脱することなく、様々な明白な点で変更可能である。したがって、図面および説明は、本質的に例示的であり、限定的ではないとみなされるべきである。

参照による組み込み
本明細書中で言及されるすべての刊行物、特許および特許出願は、個々の刊行物、特許または特許出願が参照により組み込まれることが具体的かつ個別に示されているのと同程度に参照により本明細書に組み込まれる。参照により組み込まれる刊行物および特許または特許出願が本明細書に含まれる開示と矛盾する限り、本明細書は、そのようないかなる矛盾する資料よりも優先され、および／または上位にあることが意図される。

本発明の新規な特徴は、添付の特許請求の範囲に詳細に記載されている。本発明の特徴および利点の良好な理解は、本発明の原理を利用した例示的な実施形態を説明している以下の詳細な説明、および添付の図面（同じく本明細書中の「図（Ｆｉｇｕｒｅ）」および「図（ＦＩＧ）」）を参照することによって得られるであろう。

自動試料調製システムの例の概略図を示す。 自動試料調製システムの例の概略図を示す。 自動試料調製システムの例の概略図を示す。 自動試料調製システムの例の概略図を示す。 本開示の例示的な試料調製カートリッジの上面図を示す。 本開示の例示的な試料調製カートリッジの側面図を示す。 試料調製カートリッジの試料チャンバの断面図を示す。 試料チャンバから引き込まれた試料によって滴状に充填されているアッセイチューブの断面図を示す。 試料チャンバから引き込まれた試料によって充填されたアッセイチューブの断面図を示す。 様々な長さ（例えば、アッセイチューブの縦軸に沿った）を有するアッセイチューブキャップのストリップを示し、各キャップは、それを通って試料がアッセイチューブに引き込まれ得るチャネルを備える。 様々な長さ（例えば、アッセイチューブの縦軸に沿った）を有するアッセイチューブキャップのストリップを示し、各キャップは、それを通って試料がアッセイチューブに引き込まれるチャネルを備える。 図１Ａ～Ｂのシステムなど、本開示の試料調製装置またはシステムを使用して試料を調製する例示的な方法のフローチャートを示す。 自動試料調製装置にドッキングされた試料調製カートリッジを示す。 アッセイチューブ内の試料に対してアッセイ（例えば、ポリメラーゼ連鎖反応および／または標的核酸の検出）を行うことができる分析装置にドッキングされたアッセイチューブを有する試料調製カートリッジを示す。 本明細書で提供される方法を実施するようにプログラムまたは構成されるコンピュータ制御システムを示す。 試料調製カートリッジの例を示す。 試料調製カートリッジの例を示す。 経時的な緩衝液ポンプ圧力、廃棄物ポンプ圧力および反応ポンプ圧力の例示的なグラフを示す。丸で囲まれた領域は圧力降下を示す。中央パネルは、左パネルの経時的なポンプ圧力のフィルタリングされたデータを示す。右パネルは、本明細書に記載の装置のヒータボードの経時的な温度のプロットを示す。 経時的な緩衝液ポンプ圧力、廃棄物ポンプ圧力および反応ポンプ圧力の例示的なグラフを示す。丸で囲まれた領域は圧力増加を示す。中央パネルは、左パネルの経時的なポンプ圧力のフィルタリングされたデータを示す。右パネルは、本明細書に記載の装置のヒータボードの経時的な温度のプロットを示す。 アッセイチューブおよびキャップの例示的な断面図を示す。 シュノーケルに接続された試料チャンバの例示的な断面図を示す。

本明細書では本発明の様々な実施形態を示し説明してきたが、そのような実施形態は例としてのみ提供されていることが当業者には明らかであろう。当業者であれば、本発明から逸脱することなく、多数の変形例、変更および置換を思い浮かべることができる。本明細書に記載される本発明の実施形態の様々な代替物を使用することができることを理解されたい。

本明細書で使用される用語「流体流ユニット」は、一般に、流体を流すように構成された１つ以上の装置を指す。流体流ユニットは、１または複数のポンプを含んでもよい。代替または追加として、流体流ユニットは、１または複数の圧縮機を含んでもよい。流体流ユニットは、作動時にチャネルに流体を流すように構成される変形可能な膜など、流体を流すように構成される他の要素を含んでもよい。

本明細書で使用される用語「試料」は、一般に、処理用の試料を指す。試料は生体試料であってよい。試料は、１つ以上の核酸分子、例えば、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）、リボ核酸（ＲＮＡ）および／またはタンパク質を含んでもよい。ＲＮＡはメッセンジャーＲＮＡであってよい。ＤＮＡはゲノムＤＮＡであってよい。ＤＮＡは、さらに大きなＤＮＡ試料の断片であってよい。

試料は土壌試料であってよい。試料は、被験体から得られた組織または流体試料、例えば、唾液、精液、血液（例えば、全血）、血清、滑液、涙液、尿または血漿であってよい。試料は、組織試料、例えば、皮膚試料または腫瘍試料であってよい。試料は、被験体の臓器の一部から得られてもよい。試料は細胞試料であってよい。試料は無細胞試料であってよい。

本明細書で使用される用語「被験体」は、一般に、処理のためにそこから試料が得られる個体を指す。被験体は患者であってよい。被験体は患者でなくてもよい。被験体は、治療を必要とする個体であってよい。被験体は、疾患状態を有するか呈する個体、または疾患状態を有する疑いのある個体であってよい。被験体は、疾患状態を有しないか、呈しないか、疾患状態を有する疑いのない個体であってよい。

本明細書で使用される用語「導管」は、一般に、ある点から別の点に流体を導くように構成される流体流路を指す。導管は、１または複数のチャネルであってよい。導管は、１または複数のマイクロ流体チャネルであってよい。導管の断面積は、約０．０１ｍｍ^２、約０．０５ｍｍ^２、約０．１ｍｍ^２、約０．２ｍｍ^２、約０．３ｍｍ^２、約０．４ｍｍ^２、約０．５ｍｍ^２、約０．６ｍｍ^２、約０．７ｍｍ^２、約０．８ｍｍ^２、約０．９ｍｍ^２、約１．０ｍｍ^２、約１．１ｍｍ^２、約１．２ｍｍ^２、約１．３ｍｍ^２、約１．４ｍｍ^２、約１．５ｍｍ^２、約１．６ｍｍ^２、約１．７ｍｍ^２、約１．８ｍｍ^２、約１．９ｍｍ^２、約２．０ｍｍ^２、約３．０ｍｍ^２、約４．０ｍｍ^２、約５．０ｍｍ^２、約１０ｍｍ^２、約１５ｍｍ^２、約２０ｍｍ^２、約２５ｍｍ^２、または約２５ｍｍ^２超であってよい。導管の断面の形状は、三角形（例えば、正三角形、二等辺三角形、不等辺三角形、直角三角形、鋭角三角形または鈍角三角形）、正方形、長方形、ダイヤモンド形、菱形、平行四辺形、凧形、台形、五角形、六角形、七角形、八角形、九角形、十角形、１０辺超を有する形状、円、楕円、卵形または液滴形状であってよい。

用語「少なくとも」、「を超える」または「以上」が一連の２つ以上の数値のうちの最初の数値の前にある場合はいつでも、用語「少なくとも」、「を超える」または「以上」は、その一連の数値のうちの各数値に適用される。例えば、１、２または３以上は、１以上、２以上または３以上に相当する。

用語「以下（ｎｏ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ）」、「未満（ｌｅｓｓ ｔｈａｎ）」または「以下（ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ｏｒ ｅｑｕａｌ ｔｏ）」が一連の２つ以上の数値のうちの最初の数値の前にある場合はいつでも、用語「以下（ｎｏ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ）」、「未満（ｌｅｓｓ ｔｈａｎ）」または「以下（ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ｏｒ ｅｑｕａｌ ｔｏ）」は、その一連の数値のうちの各数値に適用される。例えば、３、２または１以下は、３以下、２以下または１以下に相当する。

生体試料由来の材料の分析は、試料が多数の前分析工程を経て処理されるまで行われないことがある。多くの場合、調製プロセスは時間がかかり、労力を要し、人為的ミスが発生する可能性がある。例えば、血液または組織細胞などの臨床試料に対する免疫および分子生物学的診断アッセイでは、細胞を破壊または溶解して目的のタンパク質および核酸（すなわちＤＮＡおよびＲＮＡ）を含むそのような分子を放出し、続いて、そのようなタンパク質および／または核酸を精製することによる粗試料からの目的の分子の分離が必要とされる場合がある。処理工程を行って初めて、目的の分子の分析を開始することができる。さらに、試料の実際の分析に使用されるプロトコルでは、有用なデータを取得する前にさらに数多くの工程が必要とされる。本開示は、生体試料の自動処理または実質的に自動化された処理のための装置、システム、方法およびキットを提供する。

本開示はまた、試料調製および処理のための装置、システム、方法およびキットを提供する。そのような装置、システム、方法およびキットは、実験室のない環境での生体試料の自動処理を可能にし得る。本開示の装置およびシステムは、携帯型であり得、例えば、ユーザがそのような装置を遠隔地で使用することを可能にする。

図１Ａ～図１Ｄは、試料調製および／または分析のためのシステムの例を概略的に示す。

図１Ａは、試料調製のためのシステムを概略的に示す。システムは、引き込み圧力（または圧力降下）を加えて試薬チャンバから試料チャンバ１０４に流体を移送することができる第１のポンプ１０３に導管１０２によって流体接続された試薬チャンバ１０１を含む。試薬チャンバとポンプとの間の導管に沿って配置された弁１０５を開くことによって、１つ以上のチャンバに引き込み圧力が選択的に加えられてもよい。試料チャンバからの流体は、第２のポンプ１０８または第３のポンプ１０９を使用して、その後の分析のために廃棄物チャンバ１０６または１つ以上のアッセイチューブ１０７に移送されてもよい。

図１Ｂは、試料調製のための別のシステムを概略的に示す。システムは、正圧（例えば、周囲圧力などの基準圧力よりも高い圧力）を加えて試薬チャンバから試料チャンバ１０４に流体を押し出すことができる第１のポンプ１０３に導管１０２によって流体接続された試薬チャンバ１０１を含む。この配置では、図１Ａのシステムと比較して、第１のポンプは試薬チャンバ内の流体と接触しない。試薬チャンバとポンプとの間の導管に沿って配置された弁１０５を開くことによって、１つ以上のチャンバに正圧が選択的に加えられてもよい。試料チャンバからの流体は、第２のポンプ１０８を使用して、その後の分析のために廃棄物チャンバ１０６または１つ以上のアッセイチューブ１０７に移送されてもよい。図１Ａに示すような第１のポンプ（例えば、試薬チャンバから流体を引き込むように構成された）と図１Ｂに示すような第２のポンプ（例えば、試料チャンバから流体を引き込むように構成された）とを備えるさらに別のシステムも考えられる。

図１Ｃは、試料調製のための別のシステムを概略的に示す。システムは、正圧を加えて試薬チャンバから試料チャンバ１０４に流体を押し出すことができる第１のポンプ１０３に導管１０２によって流体接続された試薬チャンバ１０１を含む。この配置では、カートリッジは６つの試薬チャンバを備えている。図１Ａおよび図１Ｂに示すシステムと同様の５つの試薬チャンバに加えて、追加の試薬、例えばエタノール用の追加の試薬チャンバが含まれている。この追加の試薬チャンバは、例えば、溶出緩衝液を含み得る。また、この配置では、第１のポンプ１０３は試薬チャンバ内の流体と接触しない。試薬チャンバとポンプとの間の導管に沿って配置された弁１０５を開くことによって、１つ以上のチャンバに正圧が選択的に加えられてもよい。試料チャンバ１０４は、１つ以上の導管を介して試薬チャンバに接続され得る。ここで図１Ｃに示すように、試料チャンバと試薬チャンバとを接続する主導管は、シュノーケルをさらに備えることができる。試料チャンバ１０４からの流体は、第２のポンプ１０８を使用して廃棄物チャンバ１０６に、または分析のために第３のポンプ１０９を使用して１つ以上のアッセイチューブ１０７に移送されてもよい。代替として、単一のポンプおよび１つ以上の弁を使用して、試料チャンバ１０４から廃棄物チャンバ１０６または１つ以上のアッセイチューブ１０７に流体を引き込んでもよい（例えば、図１Ｂを参照）。シュノーケル１４０２に接続された試料チャンバ１４０１の例を図１４に示す。シュノーケル１４０２は換気機能を有することができ、試料チャンバ１４０１を周囲空気に接続することができる。この図に示す部品１４０３は、フィルタスタックを捕捉するためのポンプである。フィルタスタックの例には、限定するものではないが、親水性多孔質支持体、多孔質ガラスフィルタまたは疎水性多孔質支持体が挙げられる。

図１Ｄは、試料調製のための別のシステムを概略的に示す。システムは、正圧を加えて試薬チャンバから試料チャンバ１０４に流体を押し出すことができる第１のポンプ１０３に導管１０２によって流体接続された試薬チャンバ１０１を含む。図１Ｃに示すシステムと同様に、この配置では、カートリッジは、図１Ａおよび図１Ｂに示すシステムと同様の５つの試薬チャンバと、追加の試薬チャンバとを含む６つの試薬チャンバを備える。この配置では、第１のポンプ１０３は試薬チャンバ内の流体と接触しない。試薬チャンバとポンプとの間の導管に沿って配置された弁１０５を開くことによって、１つ以上のチャンバに正圧が選択的に加えられてもよい。試料チャンバ１０４は、１つ以上の導管を介して試薬チャンバに接続され得る。試料チャンバと試薬チャンバとを接続する主導管は、シュノーケルをさらに備えることができる。試料チャンバ１０４からの流体は、第２のポンプ１０８を使用して廃棄物チャンバ１０６に、または分析のために第３のポンプ１０９を使用して１つ以上のアッセイチューブ１０７に移送されてもよい。代替として、単一のポンプおよび１つ以上の弁を使用して、試料チャンバ１０４から廃棄物チャンバ１０６または１つ以上のアッセイチューブ１０７に流体を引き込んでもよい。

図１Ａ～図１Ｄは、ポンプおよび弁構成の例を示しているが、様々なポンプおよび／または弁構成が使用されてもよく、例えば、「ウェットポンプ」（例えば、流体と接触するように構成されたポンプ）および／または「ドライポンプ」（例えば、流体と接触しないように構成されたポンプ）などが本開示のシステムに使用されてもよい。さらに、１つ以上の圧縮機および／または１つ以上のポンプと一緒の１つ以上の圧縮機など、流体の流れをもたらす他のユニットが使用されてもよい。

ポンプ１０３、１０８および１０９は、負圧（例えば、真空）を供給するように構成されてもよい。代替として、ポンプ１０３、１０８および１０９は、正圧を供給するように構成されてもよい。別の代替として、ポンプ１０３、１０８および１０９は、第１の方向に沿って、続いて第１の方向とは異なる（例えば第１の方向の反対）第２の方向に沿って流体を流すために使用され得る別の動作モードで負圧および正圧の両方を供給するように構成されてもよい。ポンプ１０３、１０８および１０９は、負圧が流体流路に加えられる第１のモードおよび正圧が流体流路に加えられる第２のモードでそれぞれ動作するように構成された多方向（例えば、双方向）ポンプであってよい。このようなポンプは、様々な圧力（または圧力降下）が加えられる他のモードを有してもよい。

本明細書に記載のシステムは、様々な数のポンプを備えてもよい。場合によっては、図１Ａ～図１Ｄに示すように、システムは２つまたは３つのポンプを備えている。他のいくつかの場合には、システムは１つのポンプを備えている。他のいくつかの場合には、システムは４、５、６、７、８、９、１０またはそれ以上のポンプを備えている。場合によっては、システムは、少なくとも１、少なくとも２、少なくとも３、少なくとも４、少なくとも５、少なくとも６、少なくとも７、少なくとも８、少なくとも９、少なくとも１０、少なくとも２０、少なくとも３０、少なくとも４０またはそれ以上のポンプを備えている。

弁１０５は、様々な手法によって作動させることができる。そのような手法には、それぞれ正圧源または負圧源からの正圧または負圧の補助によるものなどの空気圧作動が含まれる。正圧は、１つ以上の圧縮機を使用して供給されてもよい。負圧は、１つ以上のポンプを使用して供給されてもよい。別の手法では、電熱加熱を使用して弁を作動させてもよい。例えば、弁は形状記憶弁であってよい。形状記憶弁とは、その元の形状を「記憶」し、加熱されるとその変形前の形状に戻ることができる材料を含む任意のタイプの弁を指し得る。場合によっては、形状記憶弁は、電熱加熱時の収縮中にシールを作動させるニチノールまたはニッケルチタンワイヤを備えることができる。場合によっては、形状記憶弁は、電熱加熱時の収縮中にシールを作動させる銅－アルミニウム－ニッケルワイヤを備えることができる。さらに別の手法では、電気機械ユニットを使用して弁を作動させてもよい。例えば、弁は電磁弁であってよい。電気機械弁とは、電流によって（例えば、電磁を介して）制御される任意のタイプの弁を指し得る。場合によっては、電磁弁はラッチ式電磁弁であってよい。２ポート弁の場合、流れはオンまたはオフに切り替えられ得る。３ポート弁の場合、流出は１つ以上の出口ポートのいずれかまたは両方の間で切り替えられ得る。図１Ａ～図１Ｄに示す弁の数は、非限定的な例である。システムは、様々な数の弁を備えてもよい。場合によっては、システムは弁を備えない。場合によっては、システムは図１Ａ～図１Ｄに示すシステムよりも多くの弁を備える。例えば、システムは、少なくとも１、少なくとも２、少なくとも３、少なくとも４、少なくとも５、少なくとも６、少なくとも７、少なくとも８、少なくとも９、少なくとも１０、少なくとも２０、少なくとも３０、少なくとも４０またはそれ以上の弁を備え得る。

導管は様々な寸法を有し得る。いくつかの例では、導管１０２は数マイクロメートル程度の寸法を有する。そのような場合、導管１０２はマイクロ流体装置の一部であってよい。

図１Ａ～図１Ｄのシステムは特定の数の試薬チャンバを含むが、本開示のシステムは、試薬チャンバであり得る少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０またはそれ以上のチャンバを含んでもよい。所定のチャンバは、試薬を含み得る。代替として、またはそれに加えて、反応または混合を行うために所定のチャンバが使用されてもよい。

図６は、図１Ａ～Ｄのシステムを使用するための例示的なプロセスフローを示す。第１の動作６０１では、弁１０５が開かれ、溶解緩衝液が試薬チャンバ１０１から試料チャンバ１０４に圧送される。第２の動作６０２では、分析対象の試料が、溶解緩衝液をその時点で含む試料チャンバ１０４に加えられる。試料を加える前に緩衝液（例えば、溶解緩衝液）によって試料チャンバ１０４を充填することにより、試料内の標的核酸の損失（例えば、試料チャンバの壁に沿った付着による）を防ぐことができる。第３の動作６０３では、溶解緩衝液と試料とが試料チャンバ１０４内で混合される。混合は様々な方法で行うことができる。一例では、ポンプ（例えば、第１のポンプ１０３、第２のポンプ１０８または第３のポンプ１０９）から試料チャンバへの正圧によって気泡を生成することができる。装置の任意のポンプを使用して試料チャンバ１０４内に気泡を生成してもよいが、ポンプ１０９を使用して、例えば、第２のポンプ１０８（例えば、廃棄物ポンプ）の流れが逆転して試料チャンバ１０４内の試料が廃棄物チャンバ１０６からの廃棄物によって汚染されるリスクを増大させ得る状況を回避してもよい。チャンバ１０１または装置全体を撹拌するなど、試料チャンバ１０４内で溶解緩衝液と試料とを混合するために、他の技術を使用してもよい。

続く動作６０４では、試料と溶解緩衝液との混合物が第２のポンプ１０８によってフィルタ３０２を通して引き込まれ、それにより、フィルタ３０２内で標的（例えば、核酸）が捕捉され、廃棄物が廃棄物チャンバ１０６に移送される。続く動作６０５では、１つ以上の洗浄緩衝液（例えば、図１Ａ～Ｄ、標識Ｗ_１およびＷ_２）および／または乾燥緩衝液（例えば、図１Ａ～Ｄ、標識Ｄ）が、試料チャンバ１０４に連続的に圧送され、フィルタ３０２内で捕捉された標的と混合される。続いて、動作６０６では、緩衝液と標的との混合物がポンプ１０８によりフィルタ３０２を通して引き込まれ、それにより、フィルタ３０２内で標的（例えば、核酸）が捕捉され、廃棄物が廃棄物チャンバ１０６に移送される。場合によっては、動作６０７では、フィルタ３０２内で捕捉された標的を乾燥緩衝液（例えば、アセトンなどの揮発性化学物質）によって洗浄した後、試料チャンバを加熱して（例えば、試料チャンバの外面に沿って配置された加熱パッドを使用して）、残留乾燥緩衝液を除去してもよい（例えば、蒸発などにより）。これにより、乾燥剤による標的の汚染を低減させることができる。続く動作６０８では、溶出緩衝液が試料チャンバに圧送され、それにより、フィルタから溶出緩衝液に標的（例えば、核酸）が抽出される。別の動作６０９では、ポンプから試料チャンバへの正圧によって気泡を生成して、試料チャンバ全体に溶出緩衝液を分配し、フィルタからの標的の抽出を強化することができる。さらに別の動作６１０では、溶出緩衝液（例えば、図１Ａ～Ｃ、標識Ｅ）と標的との混合物が、その後の処理および／または分析のために、第３のポンプ１０９によって試料チャンバ１０４から１つ以上のアッセイチューブ１０７に圧送される。

試料
様々な試料（例えば、生体試料）を処理することができる。試料は、侵襲的に（例えば、組織生検）または非侵襲的に（例えば、静脈穿刺）得ることができる。いくつかの実施形態では、環境から試料を得てもよい（例えば、河川もしくは小川から得られた水試料、または土壌試料）。いくつかの実施形態では、試料は固体試料または液体試料であり得る。いくつかの実施形態では、試料は生体試料または非生体試料であり得る。いくつかの実施形態では、試料は、インビトロ試料またはエクスビボ試料を含むことができる。試料の非限定的な例には、羊水、胆汁、細菌試料、母乳、バフィーコート、細胞、脳脊髄液、クロマチンＤＮＡ、射精液、核酸、植物由来材料、ＲＮＡ、唾液、精液、血液、血清、土壌、滑液、涙液、組織、尿、水、全血または血漿、および／またはその任意の組合せおよび／または任意の一部が挙げられる。一例では、試料は血漿試料であり得、血漿試料はＤＮＡ、ＲＮＡおよび／またはタンパク質を含み得る。別の例では、試料は細胞試料を含み得、細胞試料はＤＮＡ、ＲＮＡおよび／またはタンパク質を含み得る。試料は、細胞試料または無細胞試料（例えば、血液中のＤＮＡおよびＲＮＡ）であり得る。

いくつかの実施形態では、試料は哺乳動物試料であり得る。いくつかの実施形態では、試料はヒト試料であり得る。いくつかの実施形態では、試料は非ヒト動物試料であり得る。非ヒト試料の非限定的な例には、ネコ試料、イヌ試料、ヤギ試料、モルモット試料、ハムスター試料、マウス試料、ブタ試料、非ヒト霊長類試料（例えば、ゴリラ試料、類人猿試料、オランウータン試料、キツネザル試料またはヒヒ試料）、ラット試料、ヒツジ試料、ウシ試料またはゼブラフィッシュ試料が挙げられる。

本明細書に開示される方法は、一般に、核酸（例えば、循環および／または無細胞ＤＮＡ断片）の分析に有用である。核酸は、真核細胞、原核細胞または非細胞源（例えば、ウイルス粒子）に由来し得る。当業者であれば、核酸とは一般に、その分子が長鎖で連結された多くのヌクレオチドからなる物質を指し得ることを理解するであろう。核酸は、リボ核酸（ＲＮＡ）またはデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）であり得る。核酸は、ヘリックス、ループ、ステムループまたはヘアピンループ、バルジおよびジャンクションなどの１つ以上の二次構造を含み得る。核酸の非限定的な例には、人工核酸類似体（例えば、ペプチド核酸、モルホリノオリゴマー、ロックド核酸、グリコール核酸またはトレオース核酸）、修飾された核酸（例えば、メチル化核酸）、クロマチン、ｃＤＮＡ、ゲノムＤＮＡ、プラスミドＤＮＡ、メッセンジャーＲＮＡ（ｍＲＮＡ）、リボソームＲＮＡ（ｒＲＮＡ）、転移ＲＮＡ（ｔＲＮＡ）、小核ＲＮＡ（ｓｎＲＮＡ）、核小体低分子ＲＮＡ（ｓｎｏＲＮＡ）、ガイドＲＮＡ（ｇＲＮＡ）、マイクロＲＮＡ（ｍｉＲＮＡ）、低分子干渉ＲＮＡ（ｓｉＲＮＡ）、低分子ヘアピン型ＲＮＡ（ｓｈＲＮＡ）およびウイルスＲＮＡが挙げられる。いくつかの実施形態では、核酸は二本鎖または一本鎖であり得る。いくつかの実施形態では、試料は核酸を含み得、核酸は細胞内にあり得る。いくつかの実施形態では、試料は核酸を含み得、核酸は細胞外にあり得る（例えば、無細胞）。いくつかの実施形態では、試料は核酸（例えば、クロマチン）を含み得、核酸は断片化され得る。

試料処理
本開示は、アッセイチューブ内で試料を処理するための方法およびシステムを提供する。核酸試料などの試料をアッセイチューブに入れ、同時にまたは別個に処理することができる。試料は同時に処理することができるが、互いに独立している。例えば、第１のアッセイチューブ内の第１の試料は、第２のアッセイチューブ内の第２の試料とは異なる処理条件に供される。あるいは、第１の試料および第２の試料は、同じまたは実質的に同じ処理条件に供されてもよい。

試料は、様々なアッセイを使用して処理され得る。アッセイには、核酸増幅が含まれ得る。例えば、任意のタイプの核酸増幅反応を使用して、標的核酸を増幅し、増幅産物を生成してもよい。さらに、核酸の増幅は、線形、指数関数的またはそれらの組合せであり得る。増幅はエマルジョンベースでも非エマルジョンベースでもよい。核酸増幅法の非限定的な例には、逆転写、プライマー伸長、ポリメラーゼ連鎖反応、リガーゼ連鎖反応、不斉増幅、ローリングサークル増幅および多置換増幅（ＭＤＡ）が挙げられる。いくつかの実施形態では、増幅産物はＤＮＡであり得る。標的ＲＮＡを増幅する場合、ＲＮＡの逆転写によりＤＮＡを得ることができ、ＤＮＡのその後の増幅を使用して、増幅されたＤＮＡ産物を生成することができる。増幅されたＤＮＡ産物は、生体試料中の標的ＲＮＡの存在を示し得る。ＤＮＡを増幅する場合、様々なＤＮＡ増幅法を使用することができる。ＤＮＡ増幅法の非限定的な例には、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、ＰＣＲの変形例（例えば、リアルタイムＰＣＲ、アレル特異的ＰＣＲ、アセンブリＰＣＲ、非対称ＰＣＲ、デジタルＰＣＲ、エマルジョンＰＣＲ、ダイヤルアウトＰＣＲ（ｄｉａｌ－ｏｕｔ ＰＣＲ）、ヘリカーゼ依存性ＰＣＲ（ｈｅｌｉｃａｓｅ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ＰＣＲ）、ネステッドＰＣＲ、ホットスタートＰＣＲ、逆ＰＣＲ、メチル化特異的ＰＣＲ、ミニプライマーＰＣＲ、マルチプレックスＰＣＲ、ネステッドＰＣＲ、重複伸長ＰＣＲ、熱非対称交差ＰＣＲ、タッチダウンＰＣＲ）およびリガーゼ連鎖反応（ＬＣＲ）が挙げられる。場合によっては、ＤＮＡ増幅は線形である。場合によっては、ＤＮＡ増幅は指数関数的である。場合によっては、ネステッドＰＣＲを用いてＤＮＡ増幅を達成し、これにより、増幅されたＤＮＡ産物の検出感度を改善することができる。場合によっては、核酸増幅は等温である。等温核酸増幅法の非限定的な例には、ヘリカーゼ依存性増幅、ニッキング酵素増幅、リコンビナーゼポリメラーゼ増幅、ループ介在等温増幅および核酸配列ベース増幅が挙げられる。

核酸増幅反応は、並行してアッセイチューブ内で行うことができる。核酸増幅反応は、例えば、各核酸増幅反応に必要な試薬を反応容器に入れて反応混合物を得、反応混合物を各核酸増幅反応に必要な条件にさらすことにより行うことができる。逆転写増幅およびＤＮＡ増幅は、例えば、ＲＮＡに対して逆転写増幅を行って相補的ＤＮＡ（ｃＤＮＡ）を生成し、続いてｃＤＮＡをＤＮＡ増幅（例えば、ＰＣＲ）に供してｃＤＮＡを増幅するなど、連続して行うことができる。

場合によっては、例えば標的配列と配列相補性を有するプライマーなど、所定の標的に向けられた試薬を使用して核酸試料が増幅される。複数の加熱および冷却サイクルの後、例えば、フルオロフォアを使用して、任意の増幅産物を光学的に検出してもよい。フルオロフォア標識プライマーまたはハイブリダイゼーションプローブ、および／またはＤＮＡに結合する蛍光色素を励起し、放出された蛍光を検出してもよい。いくつかの実施形態では、本開示の方法は、色素からの蛍光発光を検出することも含み、フルオロフォア放出と色素放出との比を計算することを含む。いくつかの実施形態では、プライマーはフルオロフォアおよびクエンチャーを含むことができる。場合によっては、非結合プライマーの三次構造とは、フルオロフォアの励起および／またはフルオロフォアからの発光シグナルの検出を防ぐためにクエンチャーがフルオロフォアに十分に近接しているようなものである。

一実施形態では、標的核酸および少なくとも１つの増幅プライマーを含有する混合物に、ＳＹＢＲ Ｇｒｅｅｎ Ｉなどの蛍光ＤＮＡ色素を加えてもよい。いくつかの実施形態では、増幅プライマーは、ＤＮＡポリメラーゼによって伸長可能であり、励起可能なフルオロフォアによって標識された直鎖一本鎖オリゴヌクレオチドであってよい。例えば、標識プライマーのアニーリングおよび伸長を含むＰＣＲ反応などの増幅反応を行うと、フルオロフォアが励起され、増幅中（リアルタイム検出）または増幅の完了後（増幅反応の終了時またはその後の熱分析（融解曲線）中のエンドポイント検出）のいずれかに発光を検出することができる。非組み込みプライマーは蛍光を発しない場合がある。

本開示によるプライマーでは、広範囲のフルオロフォアおよび／または色素を使用することができる。利用可能なフルオロフォアには、クマリン、フルオレセイン、テトラクロロフルオレセイン、ヘキサクロロフルオレセイン、ルシファーイエロー、ローダミン、ＢＯＤＩＰＹ、テトラメチルローダミン、Ｃｙ３、Ｃｙ５、Ｃｙ７、エオシン、テキサスレッド、ＳＹＢＲ Ｇｒｅｅｎ Ｉ、ＳＹＢＲ Ｇｏｌｄ、５－ＦＡＭ（５－カルボキシフルオレセインとも呼ばれる；スピロ（イソベンゾフラン－１（３Ｈ），９’－（９Ｈ）キサンテン）－５－カルボン酸、３’，６’－ジヒドロキシ－３－オキソ－６－カルボキシフルオレセインとも呼ばれる）；５－ヘキサクロロ－フルオレセイン（［４，７，２’，４’，５’，７’－ヘキサクロロ－（３’，６’－ジピバロイル－フルオレセイニル）－６－カルボン酸］）；６－ヘキサクロロ－フルオレセイン（［４，７，２’，４’，５’，７’－ヘキサクロロ－（３’，６’－ジピバロイルフルオレセイニル）－５－カルボン酸］）；５－テトラクロロ－フルオレセイン（［４，７，２’，７’－テトラ－クロロ－（３’，６’－ジピバロイルフルオレセイニル）－５－カルボン酸］）；６－テトラクロロ－フルオレセイン（［４，７，２’，７’－テトラクロロ－（３’，６’－ジピバロイルフルオレセイニル）－６－カルボン酸］）；５－ＴＡＭＲＡ（５－カルボキシテトラメチルローダミン；キサンチリウム、９－（２，４－ジカルボキシフェニル）－３，６－ビス（ジメチル－アミノ）；６－ＴＡＭＲＡ（６－カルボキシテトラメチルローダミン；キサンチリウム、９－（２，５－ジカルボキシフェニル）－３，６－ビス（ジメチルアミノ）；ＥＤＡＮＳ（５－（（２－アミノエチル）アミノ）ナフタレン－１－スルホン酸）；１，５－ＩＡＥＤＡＮＳ（５－（（（（２－ヨードアセチル）アミノ）エチル）アミノ）ナフタレン－１－スルホン酸）；ＤＡＢＣＹＬ（４－（（４－（ジメチルアミノ）フェニル）アゾ）安息香酸）Ｃｙ５（インドジカルボシアニン－５）Ｃｙ３（インド－ジカルボシアニン－３）；およびＢＯＤＩＰＹ ＦＬ（２，６－ジブロモ－４，４－ジフルオロ－５，７－ジメチル－４－ボラ－３ａ，４ａ－ジアザ－ｓ－インダセン－３－プロピオン酸）、Ｑｕａｓａｒ－６７０（Ｂｉｏｒｅｓｅａｃｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）、ＣａｌＯｒａｎｇｅ（Ｂｉｏｒｅｓｅａｒｃｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）、Ｒｏｘ、ならびにその好適な誘導体が挙げられる。フルオレセイン－ローダミン二量体などのフルオロフォアの組合せも適している。フルオロフォアは、可視スペクトルまたは可視スペクトル外、例えば、紫外または赤外領域などで吸収および発光するように選択され得る。好適なクエンチャーには、ＤＡＢＣＹＬおよびその変異体、例えば、ＤＡＢＳＹＬ、ＤＡＢＭＩおよびメチルレッドも含まれ得る。フルオロフォアはまた、特定の他のフルオロフォアに触れると蛍光を消光する傾向があるため、クエンチャーとしても使用することができる。好ましいクエンチャーは、ＤＡＢＣＹＬもしくはマラカイトグリーンなどの発色団、またはプローブが開いた立体構造にある場合に検出範囲内の蛍光を発し得ないフルオロフォアのいずれかである。

本発明に従って有用な対立遺伝子識別プローブにはまた、標的配列と比較して、標的様配列にそれほど効果的に結合しないプローブが含まれる。標的様配列の存在下または非存在下での蛍光レベルの変化と比較して、標的配列の存在下または非存在下での蛍光レベルの変化は、標的または標的様配列に対するプローブの結合の有効性の尺度を提供することができる。

ＲＮＡの逆転写から生成されたＤＮＡを増幅して、増幅されたＤＮＡ産物を生成してもよい。任意の好適な数の核酸増幅反応を行ってもよい。場合によっては、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０またはそれ以上の核酸増幅反応が行われる。

例えば、核酸増幅の加熱段階中に、生体試料から標的核酸（例えば、標的ＲＮＡ、標的ＤＮＡ）が抽出または放出され得る。例えば、標的ＲＮＡの場合、標的ＲＮＡを含む生体試料を加熱し、生体試料から標的ＲＮＡを放出させることができる。放出された標的ＲＮＡは逆転写を開始して（逆転写増幅を介して）、相補的ＤＮＡを生成することができる。次いで、相補的ＤＮＡを増幅することができる。

様々な態様のいずれでも、標的核酸に向けられたプライマーセットを利用して、核酸増幅反応を行うことができる。プライマーセットは一般に１つ以上のプライマーを含む。例えば、プライマーセットは、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０またはそれ以上のプライマーを含んでもよい。場合によっては、プライマーセットは、異なる増幅産物または異なる核酸増幅反応に向けられたプライマーを含んでもよい。例えば、プライマーセットは、標的核酸の少なくとも一部に相補的な核酸産物の第１の鎖を生成するのに必要な第１のプライマーと、核酸産物の第１の鎖の少なくとも一部に相補的な核酸産物の第２の鎖を生成するのに必要な核酸鎖産物に相補的な第２のプライマーとを含んでもよい。

複数のアッセイチューブが使用される場合、複数のアッセイチューブは、同じプライマーもしくはプライマーセット、または異なるプライマーもしくはプライマーセットを含むことができる。各アッセイチューブを異なる標的に向けることができるか、アッセイチューブの少なくともサブセットを同じ標的に向けることができる。

例えば、プライマーセットは標的ＲＮＡに向けられてもよい。プライマーセットは、標的ＲＮＡの少なくとも一部に相補的な核酸産物の第１の鎖を生成するために使用することができる第１のプライマーを含んでもよい。逆転写反応の場合、核酸産物の第１の鎖はＤＮＡであってよい。プライマーセットはまた、核酸産物の第１の鎖の少なくとも一部に相補的な核酸産物の第２の鎖を生成するために使用することができる第２のプライマーを含んでもよい。ＤＮＡ増幅を用いて行われる逆転写反応の場合、核酸産物の第２の鎖は、ＲＮＡ鋳型から生成されたＤＮＡの鎖に相補的な核酸（例えば、ＤＮＡ）産物の鎖であり得る。

所望により、任意の好適な数のプライマーセットを使用してもよい。例えば、少なくとも約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０またはそれ以上のプライマーセットを使用してもよい。複数のプライマーセットを使用する場合、１つ以上のプライマーセットがそれぞれ特定の核酸増幅反応または増幅産物に対応してもよい。

場合によっては、ＤＮＡポリメラーゼが使用される。市販のＤＮＡポリメラーゼを含め、任意の好適なＤＮＡポリメラーゼが使用され得る。ＤＮＡポリメラーゼとは、一般に、ヌクレオチドをＤＮＡの鎖に鋳型結合様式で組み込むことができる酵素を指す。ＤＮＡポリメラーゼの非限定的な例には、Ｔａｑポリメラーゼ、Ｔｔｈポリメラーゼ、Ｔｌｉポリメラーゼ、Ｐｆｕポリメラーゼ、ＶＥＮＴポリメラーゼ、ＤＥＥＰＶＥＮＴポリメラーゼ、ＥＸ－Ｔａｑポリメラーゼ、ＬＡ－Ｔａｑポリメラーゼ、Ｅｘｐａｎｄポリメラーゼ、Ｓｓｏポリメラーゼ、Ｐｏｃポリメラーゼ、Ｐａｂポリメラーゼ、Ｍｔｈポリメラーゼ、Ｐｈｏポリメラーゼ、ＥＳ４ポリメラーゼ、Ｔｒｕポリメラーゼ、Ｔａｃポリメラーゼ、Ｔｎｅポリメラーゼ、Ｔｍａポリメラーゼ、Ｔｉｈポリメラーゼ、Ｔｆｉポリメラーゼ、Ｐｌａｔｉｎｕｍ Ｔａｑポリメラーゼ、Ｈｉ－Ｆｉポリメラーゼ、Ｔｂｒポリメラーゼ、Ｔｆｌポリメラーゼ、Ｐｆｕｔｕｂｏポリメラーゼ、Ｐｙｒｏｂｅｓｔポリメラーゼ、Ｐｗｏポリメラーゼ、ＫＯＤポリメラーゼ、Ｂｓｔポリメラーゼ、Ｓａｃポリメラーゼ、クレノウ断片、ならびにその変異体、修飾産物および誘導体が挙げられる。特定のホットスタートポリメラーゼでは、９４℃～９５℃で２分～１０分間の変性工程が必要になる場合があり、これにより、様々なポリメラーゼに基づいて熱プロファイルが変化する場合がある。

場合によっては、溶解剤が使用される。溶解剤は、例えば、細胞またはウイルス粒子などの生物学的粒子から、ＤＮＡおよび／またはＲＮＡなどの核酸分子を放出するために使用され得る。市販の溶解剤を含め、任意の好適な溶解剤が使用され得る。溶解剤の非限定的な例には、Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ、ＥＤＴＡ、洗剤（例えば、Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ－１００、ＳＤＳ）、リゾチーム、グルコラーゼ、プロテイナーゼＥ、ウイルスエンドリシン、エキソリシンザイモロース（ｅｘｏｌｙｓｉｎｓ ｚｙｍｏｌｏｓｅ）、リチカーゼ、プロテイナーゼＫ、バクテリオファージ由来のエンドリシンおよびエキソリシン（ｅｘｏｌｙｓｉｎｓ）、バクテリオファージＰＭ２由来のエンドリシン、Ｂ．ズブチリス（Ｂ．ｓｕｂｔｉｌｉｓ）バクテリオファージＰＢＳＸ由来のエンドリシン、ラクトバチルス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ）プロファージＬｊ９２８、Ｌｊ９６５、バクテリオファージ１５ Ｐｈｉａｄｈ由来のエンドリシン、ストレプトコッカス・ニューモニエ（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ ｐｎｅｕｍｏｎｉａｅ）バクテリオファージＣｐ－Ｉ由来のエンドリシン、ストレプトコッカス・アガラクチア（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ ａｇａｌａｃｔｉａｅ）バクテリオファージＢ３０の二官能性ペプチドグリカンリシン、プロファージ細菌由来のエンドリシンおよびエキソリシン、リステリア（Ｌｉｓｔｅｒｉａ）バクテリオファージ由来のエンドリシン、ホリン－エンドリシン、細胞２０溶解遺伝子、ならびにそれらの組合せが挙げられる。場合によっては、緩衝液は溶解剤（例えば、溶解緩衝液）を含んでもよい。溶解緩衝液の例は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）である。

試料調製カートリッジ
本開示は、試料調製カートリッジを提供する。一般に、試料調製カートリッジは、（ｉ）各ウェルが試料の処理に必要な試薬を含む１つ以上のウェルと、（ｉｉ）緩衝液を試料と反応させるための試料チャンバと、（ｉｉｉ）試料チャンバからの廃棄物を堆積させるためのチャンバと、（ｉｖ）処理済み試料を収集し、アッセイを行うための１つ以上のアッセイチューブとを備えることができる。一般に、チャンバとアッセイチューブとは導管によって接続することができる（例えば、あるチャンバから別のチャンバに流体を移送することができる接続）。これらの導管はいずれも、導管に沿った液体（例えば、緩衝液または試料）の流れを調節するためにポンプまたは弁と接続するための開口部を備えることができる。例示的な試料調製カートリッジの上面斜視図（図２Ａ）および側面斜視図を図２に示す。

図１０は、試料調製カートリッジ１０００の一例を示す。試料調製カートリッジ１０００は、第１のマニホールド１００１および第２のマニホールド１００２を備える。第２のマニホールド１００２は、試薬チャンバ１００３および廃棄物チャンバ１００６を備える。カートリッジ１０００は、アッセイチューブ１００７および試料チャンバ１００４をさらに備える。第１のマニホールド１００１は、覆い（例えば、カバー）であり得る。カートリッジ１０００はまた、キャップ１００５を備える。カートリッジ１０００は、本開示の方法およびシステムとともに使用され得る。

図１１は、試料調製カートリッジ１１００の別の例を示す。試料調製カートリッジ１１００は、第１のマニホールド１１０１および第２のマニホールド１１０２を備える。第２のマニホールド１１０２は、試薬チャンバ１１０３および廃棄物チャンバ１１０６を備える。カートリッジ１１００は、アッセイチューブ１１０７および試料チャンバ１１０４をさらに備える。第１のマニホールド１１０１は覆いであり得る。カートリッジ１１００はまた、試料チャンバ１１０４用の追加のカバー片１１０５を備える。追加のカバー片１１０５は、折り畳み式ゴムキャップ１１０９をさらに備える。折り畳み式ゴムキャップ１１０９は、流体およびエアロゾルの流出を防ぐことができるが、空気が折り畳み式ゴムキャップを通過することを可能にする多孔質ディスク１１０８をさらに備える。

材料
試料調製カートリッジは、様々な材料から形成され得る。場合によっては、試料調製カートリッジは単一の材料（例えば、ポリプロピレン）から形成され得る。場合によっては、試料調製カートリッジは２つ以上の材料から形成され得る。場合によっては、試料調製カートリッジの製造に有用な材料には、３次元（３Ｄ）印刷、射出成形、または区画間の流体移送のための３次元区画および／または埋め込み導管を有する装置を形成することができる他の方法に適した材料が含まれる。試料調製カートリッジの製造に使用され得る材料の非限定的な例には、ポリシロキサン、ポリホスファゼン、低密度ポリエチレン（ｌｄｐｅ）、高密度ポリエチレン（ｈｄｐｅ）、ポリプロピレン（ｐｐ）、ポリ塩化ビニル（ｐｖｃ）、ポリスチレン（ｐｓ）、ナイロン、ナイロン６、ナイロン６，６、テフロン(登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン）、熱可塑性ポリウレタン（ｔｐｕ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ｐｃｔｆｅ）、ベークライト、ケブラー、トワロン、マイラ、ネオプレン、ナイロン、ノメックス、オーロン、リルサン、テクノーラ、テフロン(登録商標）、ウルテム、ベクトラン、バイトン、ザイロン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリ塩化ビニリデン（ｐｖｄｃ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ａｂｓ）、ポリエポキシド、ポリメチルメタクリレート、マレイミド、ポリエーテルイミド、ポリ乳酸、フラン、シリコーンまたはポリスルホンが挙げられる。場合によっては、試料調製カートリッジは、熱可塑性プラスチック、熱硬化性ポリマー、非晶質プラスチック、結晶性プラスチック、導電性ポリマー、生分解性プラスチックまたはバイオプラスチックを含む材料から形成することができる。一例では、試料調製カートリッジは、ポリプロピレンを含む材料から形成されてもよい。別の例では、試料調製カートリッジは、ポリプロピレンを含む第１の材料およびポリカーボネートを含む第２の材料から形成されてもよい。

チャンバ
いくつかの態様では、試料調製カートリッジは１つ以上のチャンバを備えることができる。チャンバは、（ｉ）試料処理用の緩衝液／試薬を保管する、（ｉｉ）試料を緩衝液または試薬と連続的に混合して試料を処理する、および（ｉｉｉ）廃棄物を保管するのに有用であり得る。

いくつかの実施形態では、試料調製カートリッジは１つのチャンバを備えることができる。いくつかの実施形態では、試料調製カートリッジは複数のチャンバを備えることができる。いくつかの実施形態では、試料調製カートリッジは、２つのチャンバ、３つのチャンバ、４つのチャンバ、５つのチャンバ、６つのチャンバ、７つのチャンバ、８つのチャンバ、９つのチャンバ、１０のチャンバ、１５のチャンバ、２０のチャンバ、２５のチャンバ、３０のチャンバ、３５のチャンバ、４０のチャンバ、４５のチャンバ、５０のチャンバ、１００のチャンバまたは１００超のチャンバを備えることができる。一例では、試料調製カートリッジは５つのチャンバを備えることができる。

チャンバ（例えば、試料チャンバ、緩衝液チャンバまたは廃棄物チャンバ）のサイズは様々であり得る。いくつかの実施形態では、チャンバは、少なくとも約０．１ミリリットル（ｍＬ）の流体を保持することができる。いくつかの実施形態では、チャンバは少なくとも約０．２ｍＬの流体を保持することができる。いくつかの実施形態では、チャンバは少なくとも約０．３ｍＬの流体を保持することができる。いくつかの実施形態では、チャンバは少なくとも約０．４ｍＬの流体を保持することができる。いくつかの実施形態では、チャンバは少なくとも約０．５ｍＬの流体を保持することができる。いくつかの実施形態では、チャンバは少なくとも約０．６ｍＬの流体を保持することができる。いくつかの実施形態では、チャンバは少なくとも約０．７ｍＬの流体を保持することができる。いくつかの実施形態では、チャンバは少なくとも約０．８ｍＬの流体を保持することができる。いくつかの実施形態では、チャンバは少なくとも約０．９ｍＬの流体を保持することができる。いくつかの実施形態では、チャンバは少なくとも約１ｍＬの流体を保持することができる。いくつかの実施形態では、チャンバは、少なくとも約１ｍＬ、約２ｍＬ、約３ｍＬ、約４ｍＬ、約５ｍＬ、約６ｍＬ、約７ｍＬ、約８ｍＬ、約９ｍＬ、約１０ｍＬまたはそれ以上の流体、例えば、液体を保持することができる。

いくつかの実施形態では、チャンバのうちの１つ以上が密閉されてもよい。いくつかの実施形態では、シール２０１は、取り外し可能または破壊可能であってよい（例えば、ユーザは、チャンバ上のシールを破壊して、チャンバに試料を加えてもよい）。シールは、単一の材料（例えば、アルミニウム）、または２つ以上の材料の組成物から形成されてもよい。一例では、試料調製カートリッジは、ポリプロピレンを含む材料から形成されてもよく、シールは、アルミニウム、接着剤層およびポリプロピレン層の三層を含む材料から形成されてもよい。場合によっては、シール材は、プラスチック製シリンジがシールを貫通するのを可能にしてもよい。シール材は、箔積層体であってよい。場合によっては、シールは、少なくとも１０°Ｃ以上５４°Ｃ以下の温度で試料調製カートリッジに接着し、少なくとも約１カ月、少なくとも約６カ月、少なくとも約１２カ月、少なくとも約２４カ月、少なくとも約３６カ月、少なくとも約４８カ月または少なくとも約６０カ月にわたりシールを維持してもよい。場合によっては、チャンバは恒久的に密閉されてもよい。例えば、試料調製カートリッジは廃棄物チャンバを備えることができ、廃棄物チャンバは恒久的に密閉されてもよい。

いくつかの実施形態では、チャンバのうちの１つ以上が覆いによって覆われ得る。例えば、図１０および図１１に示すように、１つ以上のチャンバを有するマニホールドは覆いによって覆われている。

いくつかの実施形態では、チャンバは、アッセイを行うための試薬（例えば、溶解緩衝液、洗浄緩衝液、乾燥剤または溶出緩衝液）を備えることができる。緩衝液の非限定的な例は、ＮＰ－４０溶解緩衝液、放射性免疫沈降アッセイ（ＲＩＰＡ）溶解緩衝液、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）溶解緩衝液、塩化アンモニウム－カリウム（ＡＣＫ）溶解緩衝液、揮発性化学物質（例えば、アセトンおよびエタノール）、ＥＤＴＡ、Ｔｒｉｓ－ＨＣｌおよび水を含むことができる。

いくつかの実施形態では、チャンバは、ブーム法に従って試料を分析するのに有用な１つ以上の緩衝液を備えることができる。ブーム法によれば、タンパク質分解酵素の存在下で生体試料を洗剤と混合することにより、生体試料が溶解および／または均質化される。カオトロピック剤およびシリカまたはシリカ被覆ビーズが、溶解した生体試料と混合される。カオトロピック剤は、例えば、水素結合、ファンデルワールス力および疎水性相互作用などの非共有結合力によって媒介される高分子相互作用を妨げることにより、核酸の構造を破壊および変性させる。カオトロピック剤の存在下で、核酸のリン酸基から水が除去され、リン酸基が露出され、シリカまたはシリカ被覆ビーズなどのシリカへの疎水性結合が可能になる。生体試料中のタンパク質、細胞片および他の物質はシリカに結合せず、溶液中に保持される。シリカビーズを数回洗浄して、タンパク質、脂質、細胞分子などの細胞成分、および生体試料に見出される他の物質などの非核酸物質を除去する。シリカ被覆磁気ビーズを使用して、磁場または磁石を介して、溶液からシリカ被覆に結合した核酸を分離するのを補助してもよい。次いで、カオトロピック剤の濃度を低下させることにより、シリカまたはシリカ被覆ビーズから緩衝液に核酸を溶出する。溶出緩衝液は、例えば、純水またはＴｒｉｓ－ＥＤＴＡ（「ＴＥ」）緩衝液であり得る。

いくつかの態様では、試料調製カートリッジは試料チャンバを備えることができる。一般に、試料チャンバに試料を加え、その後、試料チャンバに緩衝液を連続的に加えて試料を処理する。導管に沿って配置されたポンプが試料チャンバに緩衝液を自動的に移送することができるように、（例えば、導管を介して）緩衝液チャンバに試料チャンバが流体接続されてもよい。試料を所定の緩衝液と混合した後、混合物は試料チャンバ内に配置されたフィルタを通して引っ張られ、フィルタは試料内の標的（例えば、核酸）を捕捉するように構成される。試料チャンバに溶出緩衝液を加えて、フィルタから標的を放出させてもよい。試料チャンバおよびフィルタは、流体が試料チャンバ（例えば、フィルタの周囲）に迅速に圧送され、フィルタを通って試料チャンバから圧送され得る（例えば、試料中の標的を捕捉するために）ように構成することができる。場合によっては、フィルタは、流体が試料チャンバに迅速に入ることを可能にするように移動可能（例えば、第１の位置と第２の位置との間の移動）であってよい。場合によっては、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第９，９２６，５５３号に記載されているように、フィルタは屈曲または移動可能であってよい。例示的な試料チャンバを図３に示す。ポンプ３０１から生じた圧力を使用して、試料チャンバ１０４内に試薬（例えば、溶解緩衝液、洗浄緩衝液）が圧送され得る。充填段階（例えば、試薬が試料チャンバに加えられている時）では、試薬がフィルタ３０２の周りを流れることにより試料チャンバに入り得る。これにより、ポンプが受ける抵抗を低下させ、試料チャンバに試薬をさらに迅速に充填することが可能になり得る。試薬を試料と混合した後、追加のポンプ３０３を使用して、試料中の標的（例えば、核酸）３０４を捕捉するように構成されたフィルタを通して廃棄物チャンバに混合物を移送してもよい。標的を処理し、フィルタに結合させた後、溶出緩衝液を試料チャンバに圧送して、フィルタから標的を捕捉してもよい。第３のポンプ３０５を使用して、その後の分析のためにアッセイチューブに試料を移送してもよい。いくつかの実施形態では、試料チャンバはキャップによって覆われている。いくつかの実施形態では、試料チャンバは折り畳み式ゴムキャップによって覆われている。いくつかの実施形態では、折り畳み式ゴムキャップは多孔質ディスクを備える。多孔質ディスクは、流体およびエアロゾルの流出を防ぐことができるが、空気がキャップを通過することを可能にする。

いくつかの実施形態では、試料を加熱することが有益であり得る。したがって、試料および／または試料チャンバに熱を提供するために、試料チャンバに隣接して（例えば、試料チャンバの下に）ヒータが設けられてもよい。例えば、フィルタから標的を抽出する前に、揮発性溶媒（例えば、エタノールまたはアセトン）を用いて試料チャンバおよび／またはフィルタを洗浄してもよい。続いて、ヒータを使用して、試料および／または試料チャンバに熱を加えて、残っている揮発性溶媒を蒸発させてもよい。高温（例えば、プライマーのアニーリング温度よりも高い温度）で試料または反応混合物を調製することにより、生成物の収量およびＰＣＲの特異性をともに改善することも可能である。増幅前加熱は、標的核酸へのプライマーのアニーリング、その後の伸長を促進するとともに、プライマー二量体、またはプライマーの自己アニーリングの形成を最小限に抑え得る。２つ以上のアッセイチューブに試料を分割することができ、試料の増幅前加熱が各アッセイチューブの生成物の収量を増加させ得るため、増幅前加熱工程は、核酸含有量が低い試料を処理するのに特に有用であり得る。したがって、本開示の実施形態のいずれでも、増幅前加熱工程を実施することができる。例えば、試料チャンバから１つ以上のアッセイチューブに試料を移送する前に、ヒータを使用して試料を加熱してもよい。別の例では、試料チャンバに溶解緩衝液を圧送し、その後加熱してもよい。熱は、試料を変性させるのに役立つか、試料からの沈殿物の形成を減少させるか、沈殿した固形物を試料溶液に戻すのに役立ち得る。熱を使用して溶液を均質化する（例えば、試料からの固形物の沈殿を減少させる）と、試料が導管を通して移送される際の導管内の蓄積および詰まりを減少させることができる。加熱工程は、任意の所定の温度で任意の期間にわたり行われてもよい。いくつかの実施形態では、試料を７０℃に加熱してもよい。いくつかの実施形態では、試料を１０分間７０℃で加熱してもよい。いくつかの実施形態では、試料は、その後の処理のために１つ以上のアッセイチューブに移送されるまで、７０℃で無期限に加熱され得る。いくつかの実施形態では、試料は単一の温度で加熱され得る。いくつかの実施形態では、試料は、ある温度範囲（例えば、ある温度上昇範囲またはある温度低下範囲）にわたって加熱され得る。ヒータは、バネ荷重式プレートをさらに備えてもよい。バネ荷重式プレートは、そのようなバネ荷重式プレートのないヒータと比較して、試料チャンバとの熱接触を改善することができる。

一般に、フィルタは、試料から標的（例えば、核酸）を捕捉することができる任意の材料を含むことができる。フィルタは、例えば、有機または無機であってよく、金属（例えば、銅または銀）または非金属であってよく、ポリマーであってもポリマーでなくてもよく、導電性、半導電性または非導電性（絶縁性）であってよく、反射しても反射しなくてもよく、多孔質または非多孔質であってよい。上記のフィルタは、金属、金属酸化物、半導体、ポリマー（特に、織布、不織布、成形、押出成形、キャストなどを含む任意の好適な形態の有機ポリマー）、ケイ素、酸化ケイ素およびその複合体を含む任意の好適な材料から形成することができる。本発明では、フィルタとして使用するのに適した多くの材料（例えば、ポリマー）を使用することができる。フィルタとして使用するのに適した材料には、限定するものではないが、ポリカーボネート、金、ケイ素、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、インジウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、チタン、酸化チタン、白金、イリジウム、酸化インジウムスズ、ダイヤモンドまたはダイヤモンド状フィルム、アクリル、スチレン－メタクリル酸メチル共重合体、エチレン／アクリル酸、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン（ＡＢＳ）、ＡＢＳ／ポリカーボネート、ＡＢＳ／ポリスルホン、ＡＢＳ／ポリ塩化ビニル、エチレンプロピレン、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、ニトロセルロース、ナイロン（ナイロン６、ナイロン６／６、ナイロン６／６－６、ナイロン６／９、ナイロン６／１０、ナイロン６／１２、ナイロン１１およびナイロン１２を含む）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリ（エチレン）（ＰＥ）（低密度、線状低密度、高密度、架橋および超高分子量グレードを含む）、ポリ（プロピレン）（ＰＰ）、ポリブタジエン（ＰＢ）のシスおよびトランス異性体、ポリイソプレンのシスおよびトランス異性体、ポリエチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）、ポリプロピレン単独重合体、ポリプロピレン共重合体、ポリスチレン（ＰＳ）（汎用グレードおよび高衝撃グレードを含む）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ（ε－カプロラクトン）（ＰＥＣＬまたはＰＣＬ）、ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）およびその同族体、ポリ（アクリル酸メチル）およびその同族体、ポリ（乳酸）（ＰＬＡ）、ポリ（グリコール酸）、ポリオルトエステル、ポリ（無水物）、ナイロン、ポリイミド、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリブタジエン（ＰＢ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリルアミドおよびその同族体、例えば、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）、フッ素化ポリアクリレート（ＰＦＯＡ）、ポリ（エチレン－ブチレン）（ＰＥＢ）、ポリ（スチレン－アクリロニトリル）（ＳＡＮ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）およびその誘導体、ポリオレフィンプラストマー、フッ素化エチレン－プロピレン（ＦＥＰ）、エチレン－テトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシエチレン（ＰＦＡ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリエチレン－クロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）、スチレン無水マレイン酸（ＳＭＡ）、金属酸化物、ガラス、グラスウール、酸化ケイ素または他の無機材料もしくは半導体材料（例えば、窒化ケイ素）、化合物半導体（例えば、ヒ化ガリウムおよびヒ化インジウムガリウム）、ならびにそれらの組合せが含まれる。

フィルタの例には、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレン、デキストラン、ナイロン、アミラーゼ、ガラス、天然および修飾セルロース（例えば、ニトロセルロース）、ポリアクリルアミド、アガロースおよびマグネタイトが挙げられる。いくつかの例では、フィルタは、溶媒に対するその優れた化学的耐性、その機械的安定性、その低い固有の蛍光特性、および容易に官能化されるその柔軟性のために、シリカまたはガラスであり得る。一例では、フィルタは酸化ケイ素（例えば、ガラス）から形成される。

フィルタ材料は、望ましい方法で表面の特性を修飾するのに役立つ化合物またはコーティングの１つ以上の異なる層によって修飾されてもよい。例えば、フィルタは、フィルタの表面の全体または一部の上にコーティング材料をさらに含んでもよい。例えば、コーティング材料は、ニトロセルロース、シラン、チオール、ジスルフィドまたはポリマーであり得る。材料がチオールである場合、フィルタは金被覆表面を含んでもよく、および／またはチオールは疎水性および親水性部分を含んでもよい。コーティング材料がシランである場合、フィルタはガラスを含み、シランは、例えば、ヒドロキシル基、カルボキシル基、リン酸基、グリシドキシ基、スルホン酸基、イソシアナト基、チオール基またはアミノ基を含む末端部分を提示してもよい。別の実施形態では、コーティング材料は、共有結合したリンカー部分を有する誘導体化された単層または多層であってよい。例えば、単層コーティングは、フィルタへの化学的または物理化学的結合を生成するチオール基（例えば、チオアルキル酸（例えば、１６－メルカプトヘキサデカン酸）、チオアルキルアルコール、チオアルキルアミンおよびハロゲン含有チオアルキル化合物からなる群から選択されるチオアルキル）、ジスルフィド基またはシラン基を有してもよい。フィルタへの単層の付着は、非共有相互作用または共有反応によっても達成され得る。

フィルタへの付着後、コーティングは少なくとも１つの官能基を含んでもよい。単層コーティング上の官能基の例には、限定するものではないが、カルボキシル基、イソシアネート基、ハロゲン基、アミン基またはヒドロキシル基が挙げられる。一実施形態では、コーティング上のこれらの反応性官能基は、単層コーティング上の対応する活性化官能基に対する標準的な化学技術（例えば、無水物または酸ハロゲン化物へのカルボキシル基の変換など）により活性化され得る。末端アミノ基への共有結合のためのフィルタ上のコーティングの活性化官能基の例には、無水物、Ｎ－ヒドロキシスクシンイミドエステルまたは他の一般的な活性化エステルまたは酸ハロゲン化物が挙げられ、フィルタ上のコーティングの活性化官能基の例には、末端ヒドロキシル基と結合するための無水物誘導体；リンカー化合物の酸化糖残基に結合するためのヒドラジン誘導体；またはリンカー化合物のチオール基への共有結合のためのマレイミド誘導体が挙げられる。誘導体化されたコーティングを生成するために、コーティング上の少なくとも１つの末端カルボキシル基を無水物基に活性化し、次いで、例えばリンカー化合物と反応させることができる。あるいは、コーティング上の反応性アミノ基への共有結合のために、コーティング上の官能基を活性化官能基（例えば、Ｎ－ヒドロキシスクシンイミドエステル、酸ハロゲン化物、無水物およびイソシアネート）を有するリンカーと反応させてもよい。

いくつかの実施形態では、試料調製カートリッジはまた、廃棄物チャンバを備えることができる。場合によっては、試料が試料チャンバにフィルタを通して引き込まれ、廃棄物チャンバに廃棄物が移送され得るように、廃棄物チャンバが試料チャンバに（例えば、導管を介して）流体接続されてもよい。

導管
試料調製カートリッジの任意の区画（例えば、チャンバまたはアッセイチューブ）は、１つ以上の導管によって試料調製カートリッジの１つ以上の他の区画に流体接続されてもよい。試料調製カートリッジは、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６またはそれ以上の導管を備えてもよい。一般に、２つの区画間を試料または試薬が通過することができるように、導管を使用して２つの区画を接続してもよい。例えば、試料チャンバが廃棄物チャンバに流体接続されて、流体が試料チャンバから廃棄物チャンバに圧送されるのを可能にしてもよい。

本明細書に記載の試料調製カートリッジの構造は、適切に嵌合または接合されると本明細書に記載の導管を形成する２つ以上の別個の層の集合体を備えることができる。例えば、最上層の底面および最下層の上面はそれぞれ、嵌合されると導管を形成するトレンチ（例えば、チャネルまたは溝）を備えることができる。典型的には、本明細書に記載の試料調製カートリッジは、上部、底部および内部を備え、内部はカートリッジの導管を実質的に画定する。例えば、本体構造は、カートリッジの導管ネットワーク、例えば内部を画定するために嵌合される少なくとも２つの基材層から製造される。場合によっては、カートリッジの上部は、チャンバ（例えば、試料チャンバ、緩衝液チャンバおよび廃棄物チャンバ）を備えることができる。場合によっては、カートリッジの底部は、アッセイチューブが連結され得る１つ以上のアダプタまたはキャップを備える。

上記のように、様々な材料を使用して、試料調製カートリッジの最上層および／または最下層を製造してもよい。場合によっては、フォトリソグラフィ、湿式化学エッチング、レーザーアブレーション、エアアブレーション技術、ＬＩＧＡ、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、射出成形、エンボス加工および他の技術などの様々な製造技術との適合性に基づいて材料を選択することができる。材料はまた、一般に、極端なｐＨ、温度、塩濃度、および電界の印加など、試料調製カートリッジがさらされ得るあらゆる条件との適合性に合わせて選択することもできる。したがって、いくつかの態様では、材料は、例えば、ガラス、石英、ケイ素またはポリシリコンなどのシリカベースの基材を含んでもよい。半導体材料の場合、特にカートリッジまたはその内容物に電界が印加される用途では、材料の上に酸化ケイ素などの絶縁コーティングまたは層を設けることが望ましいことが多い。

いくつかの態様では、材料は、高分子材料、例えば、プラスチック、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン（ＴＥＦＬＯＮ（登録商標））、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリスルホンなどを含む。そのような高分子基材は、製造技術を使用して、射出成形、エンボス加工もしくは押印などの成形技術を使用して、または金型内で高分子前駆体材料を重合することによって、容易に製造することができる。そのような高分子材料は、製造が容易であり、低コストであり、かつ使い捨て可能であるとともに、最も極端な反応条件に対して一般に不活性である。繰り返しになるが、これらの高分子材料は、試料調製カートリッジでのそれらの有用性を高めるために、例えば、流体の方向性を高めるために、処理表面、例えば、誘導体化またはコーティングされた表面を含んでもよい。

試料調製カートリッジは、例えば、創薬、免疫アッセイ、診断、核酸分析、例えば、遺伝子分析などでのハイスループットスクリーニングアッセイの実行など、様々な用途に使用することができる。したがって、本明細書に記載のカートリッジは、多くの場合、１つ以上の導管開口部を含む。導管開口部とは、一般に、それを通して、導管、および導管が接続される対応するチャンバにアクセスし得る任意の開口部を指すことができる。導管開口部は、様々な理由のために有用であり得る。まず、導管開口部は、導管に沿ったポンプまたは弁の挿入を可能にすることができる。これは、以下で説明するように、使い捨ての試料調製カートリッジの作製に特に有用である。試料調製カートリッジの導管開口部により、カートリッジを再使用可能な試料調製装置（例えば、ポンプ、弁および／または電子部品を備える再使用可能な装置）とドッキングすることができる。試料調製カートリッジの導管開口部により、比較的高価な部品を用いることなくカートリッジを製造することができる。

次に、導管開口部により、行われるアッセイに応じて、それぞれの導管を介して、試料調製カートリッジの異なるチャンバを流体接続することが可能になり得る。いくつかの実施形態では、試料調製カートリッジは、複数セットの試薬を備えることができ、各セットの試薬は、行われる特定のアッセイのために試料を処理するためのものである。例えば、試料調製装置に試料調製カートリッジをドッキングすると、チャンバ１～５内の試薬が試料チャンバに連続的に移送されるように、試料調製装置が構成されてもよい。別の例では、試料調製装置に試料調製カートリッジをドッキングすると、チャンバ６～１０内の試薬が試料チャンバに連続的に移送されるように、試料調製装置が構成されてもよい。さらに別の例では、試料調製装置に試料調製カートリッジをドッキングすると、チャンバ１内の試薬がチャンバ２内の試薬と混合され、その後、２つの試薬の混合物が試料チャンバに連続的に移送されるように、試料調製装置が構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、試料調製カートリッジは、カートリッジ上の各チャンバに流体接続された別個の導管を備えることができる。いくつかの実施形態では、試料調製カートリッジは、別個の二次導管を介して共通または一次導管に接続される２つ以上のチャンバを備えることができる。例えば、第１のチャンバに流体接続された第１の導管および第２のチャンバに流体接続された第２の導管は、ともに一次導管に流体接続し得る。それぞれがチャンバまたはアッセイチューブに流体接続されてもよい任意の数の二次導管が、一次導管に流体接続されてもよい。場合によっては、複数の二次導管が単一の一次導管に流体接続される場合、弁を使用して、１つ以上の特定の二次導管への流れを制限してもよい。

複数の試料の並行または連続導入および分析には、複数の試料導入ポートまたは試料チャンバが考えられる。あるいは、分析のために複数の試料をカートリッジに連続的に導入する試料導入ポート、例えばピペットにカートリッジが連結されてもよい。

アッセイチューブおよびキャップ
いくつかの実施形態では、本開示の試料調製カートリッジは、試料チャンバに流体接続されたアッセイチューブキャップをそれぞれ有する１つ以上のアッセイチューブを備えることができる（例えば、図４を参照）。本開示の任意の実施形態では、アッセイチューブはチャンバと交換され得ることを理解されたい。一般に、試料の処理に続いて、試料チャンバに溶出緩衝液を加えて、フィルタから標的（例えば、核酸）を抽出し、アッセイチューブに標的を移送してもよい。参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許公開第２０１７／０１８３７１３号に記載されているように、アッセイチューブは、アッセイチューブ内の試料から、分析装置８０１（例えば、図８を参照）によって検出することができる光信号を伝送することができるように透明であってよい。様々なＰＣＲチューブを使用してもよい。例えば、アッセイチューブは、０．１ｍｌもしくは０．２ｍｌのＰＣＲチューブ、または他の薄壁の市販のＰＣＲチューブであってよい。好適なＰＣＲチューブは、例えば、Ｐｈｅｎｉｘ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｃａｎｄｌｅｒ，Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ，ＢＩＯｐｌａｓｔｉｃｓから入手することができる。いくつかの実施形態では、アッセイチューブキャップは試料調製カートリッジに取り外し可能に連結され得る（例えば、分離可能）。アッセイチューブはキャップに直接連結されてもよい。例えば、試料調製カートリッジは、アッセイチューブが圧入またはスナップ嵌めされ得るアッセイチューブキャップのストリップに（例えば、穿孔により）取り外し可能に取り付けられてもよい。試料調製カートリッジに１つ以上のアッセイチューブキャップを取り外し可能に取り付けることは、アッセイチューブ（試料を含む）およびキャップを試料調製カートリッジから迅速に分離し、分析装置（サーマルサイクラーなど）に装填することができるため、有利であり得る。

いくつかの実施形態では、アッセイチューブキャップ４０１は１つ以上の導管４０２を備えることができ、１つ以上の導管４０２を通して（ｉ）アッセイチューブに試料４０３を移送してもよく、および／または（ｉｉ）（例えば、アッセイチューブに流体を引き込むために）圧力４０４を加えてもよい。一般に、導管はアッセイチューブキャップを通過することができ、それにより、アッセイチューブと導管（例えば、試料チャンバから延びる導管）との間に流体接続を提供する。アッセイチューブ（１３０１）およびキャップ（１３０２）の例示的な断面図を図１３に示す。

アッセイチューブキャップは、アッセイチューブに試薬または試料を供給するために、キャップを通過する１つ以上の第１の導管を有することができる。いくつかの実施形態では、導管の端部は、導管からの試薬または試料の流れを制御するために、先端またはノズル４０５を有することができる。当業者であれば、流れの様々な異なる側面が制御され得ることを理解するであろう。非限定的な例には、流量、流れの種類（例えば、層流または乱流）、および形成される液滴の大きさが挙げられる。ノズルを介した液体送達の２つの懸念事項には、（ｉ）液滴がノズルの端部に垂れたままにならないように液滴をきれいに射出する方法、および（ｉｉ）液体の流れがアッセイチューブに送達される際にアッセイチューブの内容物が飛散しないようにする方法が含まれる。さらに、ノズルからの液体の射出速度は、反応チャンバ内の第１および第２の送達液体間の混合を引き起こすのに十分でなければならない。非常に小さい液滴は、高い射出速度できれいに射出することができるが、混合を引き起こすために、ウェル内に既に存在する液体の表面張力に打ち勝つのに十分な運動エネルギーを有しない。対照的に、比較的大きな液滴も高い射出速度できれいに射出するが、隣接するウェルに内容物を飛散させる傾向がある。比較的低い射出速度では、液体はノズル先端から垂れる最後の液滴を残す傾向があり、これは先端の断面積の関数でもある。さらに、導管を通る液体の流量は、送達圧力に正比例し、導管の長さに反比例し、直径に反比例する。ノズル先端から垂れる残留液滴を残すことなく液体がきれいに排出され得るように、送達圧力および先端形状、ならびに構成材料を開発する際に、これらの変数をいずれも考慮しなければならない。場合によっては、ノズルまたは先端を使用して、導管の断面積を増加させてもよい。場合によっては、導管の断面積は、ノズルまたは先端の長さに沿って徐々に増加してもよい。場合によっては、ノズルまたは先端を使用して、導管の断面積を減少させてもよい。場合によっては、導管の断面積は、ノズルまたは先端の長さに沿って徐々に減少してもよい。ノズルは任意の形状であり得る。いくつかの実施形態では、ノズルの形状は円錐形であってよい。場合によっては、ノズルの形状は円筒形であってよい。場合によっては、ノズルの形状は半球であってよい。ノズルの形状は、液体に応じて選択してもよく、連続した流れ、一連の拍動、または液滴形態で液体を分配する方が有益な場合がある。

場合によっては、アッセイチューブキャップは、キャップを通過する１つ以上の第２の導管４０６を有することができる。これらの１つ以上の第２の導管は、ポンプに連結され、アッセイチューブを通して引き込み圧力を発生させて、チャンバ（例えば、試料チャンバ）からアッセイチューブに試料または試薬を引き込むために使用することができる。疎水性および／または多孔質材料４０７を使用して、試料がアッセイチューブを満たす際に液体が第２の導管に入るのを防ぎ得ることが考えられる。例えば、第２の導管の端部に分子篩（例えば、気体に対して透過性であるが液体に対しては透過性でない材料）を配置し得、その結果、篩を通して引き込み圧力を加えて、アッセイチューブに試料を引き込むことができる。分子篩は、空気などの１つ以上の気体に対して透過性であってよい。しかし、試料がアッセイチューブを満たすと（例えば、図４Ｂを参照）、分子篩は試料が第２の導管に流入するのを防いでもよい。本開示の任意の実施形態で使用される分子篩は、微多孔性分子篩、メソ多孔性分子篩またはマクロ多孔性分子篩であり得る。分子篩の非限定的な例には、ゼオライト、アルミノシリケート材料、多孔質ガラス、活性炭、粘土、モンモリロナイト、ハロイサイト、二酸化ケイ素およびシリカが挙げられる。場合によっては、分子篩はフィルタ、例えばピペットチップフィルタである。フィルタは、液体に接触すると自己シールすることができる。フィルタ材料は、疎水性、例えば、ポリテトラフルオロエチレンおよびポリエチレンであり得る。場合によっては、フィルタは、小さな細孔径、例えば、１０～１２μｍ、１２～１５μｍ、１５～２０μｍまたは２０～２５μｍを有する。

いくつかの実施形態では、２つ以上のキャップは、アッセイチューブ内にキャップを延ばし、それによりアッセイチューブの最大作業容積に影響を与える様々な厚さを有することができる。例示的なアッセイチューブキャップおよびアッセイチューブを図５Ａ～Ｂに示す。図５Ａは、図５Ｂに示す比較的厚い厚さを有するアッセイチューブキャップ５０２よりも薄い厚さを有するアッセイチューブキャップ５０１を示す。一般に、キャップの厚さが厚いほど（例えば、アッセイチューブ内にキャップをさらに延ばす）、アッセイチューブの最大作業容積は小さくなる。これは、少量の試料に有益であり得る。場合によっては、アッセイチューブキャップの厚さは、少なくとも約０．１ｍｍ、約０．２ｍｍ、約０．３ｍｍ、約０．４ｍｍ、約０．５ｍｍ、約０．６ｍｍ、約０．７ｍｍ、約０．８ｍｍ、約０．９ｍｍ、約１ｍｍ、約１．１ｍｍ、約１．２ｍｍ、約１．３ｍｍ、約１．４ｍｍ、約１．５ｍｍ、約１．６ｍｍ、約１．７ｍｍ、約１．８ｍｍ、約１．９ｍｍ、約２．０ｍｍ、約２．５ｍｍ、約３ｍｍ、約４ｍｍ、約５ｍｍ、約６ｍｍ、約７ｍｍ、約８ｍｍ、約９ｍｍ、約１０ｍｍまたは約１０ｍｍ超であってよい。場合によっては、アッセイチューブの作業容積が減少しないことがある。場合によっては、アッセイチューブの作業容積は、少なくとも約１％約２％、約３％約４％、約５％、約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約５０％、約７５％または約７５％超減少し得る。キャップの厚さを厚くすると、アッセイチューブの底部と、それを通って試料がアッセイチューブに堆積する導管の端部との間の距離が短くなる。これは、上記のように、液滴がアッセイチューブ内に既に存在する液体に落ちると、試料の混合に影響を与える可能性がある。

試料調製装置
試料調製カートリッジは、あるチャンバから別のチャンバまたはアッセイチューブに流体を移送するための試料調製装置と、装置を制御し、および／または装置から得られたデータを解釈するためのコンピュータベースのインターフェースとを備え得る比較的大きなシステムの１つの構成要素であり得る。試料調製装置は、様々な機械的要素（例えば、ポンプおよび／または弁）と、他のコンピュータ制御されるシステムとを含むことができる。例示的なシステムを図７に示す。試料調製カートリッジは、様々なチャンバを備えるハウジングを含む。試料調製カートリッジ７０１は、図２Ａに示すように、ポンプ１０３、１０８および１０９および／または弁（図示せず）を有する試料調製装置７０２にドッキングされて、試薬チャンバ１０１、試料チャンバ１０４および廃棄物チャンバ１０６を含む２つ以上のチャンバ間の流体の移送を（例えば、試薬チャンバから試料チャンバまで）制御する。１つ以上の試料チャンバから続く導管は、ドッキングされると、１つ以上のポンプおよび／または弁に（例えば、配管またはチャネルを介して）流体接続され（７０４）、それによりポンプおよび／または弁が、あるチャンバから別のチャンバへの流体の流れを制御することが可能になる。ポンプおよび／または弁は、ワイヤレスで、または図９に示すように、１つ以上のコンピュータ制御システムによる電気接続７０５を使用して制御され得る。

試料調製カートリッジは、電波識別（ＲＦＩＤ）ユニットまたはメモリに記憶された情報を含んでもよい。情報は、処理中の試料、試料を処理するためのルーチン、またはカートリッジのユーザに関する情報を一意に識別し得るバーコードを含んでもよい。あるいは、試料調製カートリッジは、ＲＦＩＤユニットまたはメモリを含まなくてもよい。いくつかの実施形態では、試料調製は、処理中の試料、試料を処理するためのルーチン、またはカートリッジのユーザに関する情報を一意に識別し得る印刷バーコードまたは英数字コードを含んでもよい。

試料調製装置は、１つ以上の流体流ユニットを備えてもよい。流体流ユニットは、導管と流体連通することができ、あるチャンバ（またはウェル）から別のチャンバ（またはウェル）に試薬を流すように構成することができる。試料調製装置は、少なくとも１、少なくとも２、少なくとも３、少なくとも４、少なくとも５、少なくとも６、少なくとも７、少なくとも８、少なくとも９、少なくとも１０、少なくとも２０、少なくとも３０、少なくとも４０またはそれ以上の流体流ユニットを備えてもよい。流体流ユニットは、ポンプまたは圧縮機を備えることができる。場合によっては、流体流ユニットはポンプまたは圧縮機である。場合によっては、流体流ユニットは、少なくとも１、少なくとも２、少なくとも３、少なくとも４、少なくとも５、少なくとも６、少なくとも７、少なくとも８、少なくとも９、少なくとも１０、少なくとも２０、少なくとも３０、少なくとも４０またはそれ以上のポンプまたは圧縮機を備えることができる。

ポンプを使用して導管内に圧力を発生させて、あるチャンバから別のチャンバに流体を引き込むか、チャンバ内に気泡を生成してチャンバ内の液体の混合を誘発してもよい。ポンプは、導管に沿って、またはある導管開口部を別の導管開口部に接続する配管に沿って配置することができる。ポンプによって加えられる圧力は、断続的（例えば、蠕動ポンプ）または連続的（例えば、動的ポンプまたは速度ポンプ）であり得る。様々な装置を使用してもよい。使用され得るポンプの非限定的な例には、容積型ポンプ、ギアポンプ、スクリュポンプ、回転ベーンポンプ、往復ポンプ、プランジャポンプ、ダイアフラムポンプ、ピストンポンプ、回転ローブポンプ、プログレッシブキャビティポンプ、回転ギアポンプ、ピストンポンプ、油圧ポンプ、蠕動ポンプ、ロープポンプ、可撓性インペラポンプ、インパルスポンプ、速度ポンプ、ラジアルフローポンプ、斜流ポンプ、エデュケータージェットポンプ（ｅｄｕｃａｔｏｒ－ｊｅｔ ｐｕｍｐ）、重力ポンプ、蒸気ポンプおよび無弁ポンプが挙げられる。

場合によっては、ポンプは多方向ポンプである。多方向ポンプを使用して、２つ以上の方向またはもう２つの動作モード（例えば、各モードが異なる圧力または圧力降下を提供する）で流体の流れを制御することができる。例えば、ポンプは双方向ポンプであってよい。双方向ポンプは、正圧または負圧（または圧力降下）を供給し得る。双方向ポンプは、２つの反対方向の流体の流れを制御することができる。ポンプ圧力は、システムの動作中または本明細書に記載の方法の実行中に、経時的に制御または変更することができる。別の例として、ポンプは、第１の圧力降下が適用される第１のモードおよび第２の圧力降下が適用される第２のモードなどの複数の動作モードで動作することができる。第１の圧力降下および／または第２の圧力降下は、それぞれ正圧を生じさせ得る。代替として、第１の圧力降下および／または第２の圧力降下は、それぞれ負圧を生じさせ得る。別の代替として、第１の圧力降下は正圧を生じさせ得、第２の圧力降下は負圧を生じさせ得る。

多方向ポンプは、基準（例えば、周囲圧力）に対して増加または減少した圧力を供給することができる。図１２Ａ～図１２Ｂは、経時的なポンプ圧力変化の例示的なグラフを示す。本明細書で提供されるシステムは、ポンプに含まれるか、ポンプに接続された圧力センサをさらに備えることができる。圧力センサは、ポンプに連結された導管を流れる気体または液体の圧力を測定することができる。このような測定を使用してポンプを調節することができる。例えば、圧力が変化すると、圧送を終了させてもよい。場合によっては、ポンプ圧力センサは、廃棄物ポンプ（例えば、図１ＤのＰ２）の圧力を監視する。場合によっては、ポンプ圧力センサは、緩衝液ポンプ（または試薬ポンプ、例えば図１ＤのＰ１）の圧力を監視する。場合によっては、ポンプ圧力センサは、反応ポンプ（または試料ポンプ、例えば図１ＤのＰ３）の圧力を監視する。

本開示のポンプは、様々な圧力または圧力降下を供給するように構成されてもよい。圧力は正圧でも負圧でもよい。いくつかの例では、ポンプ（例えば、多方向ポンプ）は、－５０ｋＰａ～５０ｋＰａ、－４０ｋＰａ～４０ｋＰａ、－２０ｋＰａ～２０ｋＰａ、－１０ｋＰａ～１０ｋｐａ、－５ｋＰａ～５ｋＰａまたは－２ｋＰａ～２ｋＰａの範囲の圧力降下を供給してもよい。圧力は、約０．０１ｋＰａ以上、０．１ｋＰａ、１ｋＰａ、２ｋＰａ、５ｋＰａ、１０ｋＰａ、２０ｋＰａ、３０ｋＰａ、４０ｋＰａ、５０ｋＰａ、１００ｋＰａ以上であってよい。圧力は、約１００ｋＰａ以下、５０ｋＰａ、４０ｋＰａ、３０ｋＰａ、２０ｋＰａ、１０ｋＰａ、５ｋＰａ、２ｋＰａ、１ｋＰａ、０．１ｋＰａ、０．０１ｋＰａ以下であってよい。

場合によっては、単一のポンプが単一の導管に流体連結されてもよい（または単一の導管内に圧力を発生させることができてもよい）。例えば、試料チャンバと廃棄物チャンバとの間の導管に沿ってポンプを配置して、試料チャンバから廃棄物チャンバに試料を圧送することができる。別の例では、アッセイチューブの下流の導管に沿ってポンプを配置して、試料チャンバからアッセイチューブに試料を引き込むことができる（例えば、追加の導管を介して試料チャンバにアッセイチューブを流体接続することができる。場合によっては、単一のポンプが複数の導管に同時に流体連結されてもよい（または複数の導管内に圧力を発生させることができてもよい）。例えば、一次導管に沿ってポンプを配置することができ、一次導管の一端は複数の二次導管に分岐し、それらのそれぞれがチャンバに流体接続される。

別の態様では、本開示は、第１の流体流路と流体連通する第１のポンプおよび第２のポンプを備えるシステムを提供する。第１のポンプおよび第２のポンプは、多方向ポンプ（例えば、双方向ポンプ）であり得る。第１のポンプおよび第２のポンプは、第１の方向および第２の方向に沿って第１の流体流路内の流体を流すように構成することができる。第２の方向は、第１の方向とは異なっていてもよい。

例えば、第１のポンプは、正圧を供給して、第１の方向に沿って流体を流すことができる。そのような場合、第２のポンプは負圧を供給して、第１の方向に沿って流体を駆動することができる。次に、第１のポンプは負圧を供給することができ、第２のポンプは正圧を供給して、第１の方向とは反対であり得る第２の方向に沿って流体を流すことができる。

そのようなシステムは、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０またはそれ以上の多方向ポンプを含むことができる。場合によっては、流体流路は、弁、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０またはそれ以上の弁を含んでもよい。代替として、流体流路は、流体流路内に弁を含まなくてもよい。

流体流路は、チャネルまたは導管であり得る。例えば、流体流路は、高分子、金属または複合基材のチャネルであり得る。

特に、単一のポンプを使用して複数のチャンバに引き込み圧力を加える場合、１つ以上の弁が使用されてもよい。上記の例では、一次導管に沿ってポンプを配置することができ、一次導管の一端は複数の二次導管に分岐し、それらのそれぞれがチャンバに流体接続される。１つ以上の二次分岐に沿って弁を配置することができ、それにより、ポンプによってチャンバに加えられる圧力を調節する。当業者であれば、様々な弁が使用され得ることを理解するであろう。使用され得る弁の非限定的な例には、ボール弁、バタフライ弁、セラミックディスク、クラッパ弁、チェック弁、チョーク弁、ダイアフラム弁、ゲート弁、グローブ弁、ナイフ弁、ニードル弁、ピンチ弁、ピストン弁、プラグ弁、ポペット弁、スプール弁、温度膨張弁、減圧弁、サンプリング弁および安全弁が挙げられる。いくつかの実施形態では、弁は一方向弁であり得る。いくつかの実施形態では、弁は二方向弁であり得る。いくつかの実施形態では、弁は三方弁であり得る。いくつかの実施形態では、弁は四方弁であり得る。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のシステムは弁を備えていなくてもよい。

また、試料調製カートリッジおよびシステムの性能を監視するためにセンサが実装されてもよい。例えば、圧力センサを使用して、試料調製カートリッジの１つ以上の導管を通る流体の動きを検出してもよい。別の例では、圧力センサーは、漏れまたはコンタミネーションを検出するために使用され得る。さらに別の例では、光学センサまたは電気的センサを使用して、チャンバまたは導管内の流体のレベルまたは量を検出してもよい。使用され得るセンサの非限定的な例には、圧力センサ、水分センサ、磁気センサ、歪みゲージ、力センサ、誘導性センサ、抵抗センサ、容量式センサ、光学センサおよびそれらの任意の組合せが挙げられる。

キット
本明細書では、試料を処理するためのキットが提供される。キットは、１つ以上の試料処理カートリッジおよび／または１つ以上の試薬を含んでもよい。キットは、試料を処理するための説明書を含んでもよい。カートリッジは、本開示のシステムとインターフェースするように構成されてもよい。

１つ以上の試薬は、溶解緩衝液、洗浄緩衝液、乾燥剤および溶出緩衝液を含んでもよい。例えば、１つ以上の試薬は、ＮＰ－４０溶解緩衝液、放射性免疫沈降アッセイ（ＲＩＰＡ）溶解緩衝液、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）溶解緩衝液、塩化アンモニウム－カリウム（ＡＣＫ）溶解緩衝液、揮発性化学物質（例えば、アセトンおよびエタノール）、ＥＤＴＡ、Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ、リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、トリクロロトリフルオロエタン（Ｆｒｅｏｎ １１３）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ）、ＰＥＬＤＲＩ ＩＩおよび水を含むことができる。１つ以上の試薬は、室温で保存した際に安定であり得る。１つ以上の試薬は、室温で保存した際に、少なくとも１年、少なくとも２年、少なくとも３年、少なくとも４年、少なくとも５年またはそれ以上にわたり安定であり得る。

１つ以上の試薬は乾燥剤を含んでもよい。乾燥剤は、室温で保存した際に安定であり得る。乾燥剤は、室温で保存した際に、少なくとも１年、少なくとも２年、少なくとも３年、少なくとも４年、少なくとも５年またはそれ以上にわたり安定であり得る。

説明書は、物理的な形態（例えば、印刷された形態）または電子的な形態であってよい。説明書は印刷媒体に含まれていてもよい。代替として、インターネット上のユーザが、ユニフォームリソースロケータなどを介して説明書にアクセス可能であってよい。

コンピュータ制御システム
本開示は、本開示の方法を実施するようにプログラムされたコンピュータ制御システムを提供する。図９は、試料を処理するようにプログラムまたは構成されたコンピュータシステム９０１を示す。コンピュータシステム９０１は、例えば、あるチャンバから別のチャンバに試薬または試料を移送するための弁またはポンプの作動など、本開示の試料調製装置の様々な態様を調節することができる。いくつかの態様では、コンピュータシステムは、どの試薬もしくは試料が一緒に混合されるか、または試料もしくは試薬があるチャンバから別のチャンバに移送される速度を調節することができる。コンピュータシステム９０１は、ユーザの電子装置、または電子装置に対して遠隔に位置するコンピュータシステムを含むことができる。電子装置は、携帯型電子装置であり得る。

コンピュータシステム９０１は、中央処理装置（ＣＰＵ、本明細書では「プロセッサ」および「コンピュータプロセッサ」）９０５を含み、中央処理装置はシングルコアもしくはマルチコアプロセッサ、または並列処理のための複数のプロセッサであり得る。コンピュータシステム９０１はまた、メモリまたはメモリ位置９１０（例えば、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、フラッシュメモリ）、電子記憶ユニット９１５（例えば、ハードディスク）、１つ以上の他のシステムとの通信のための通信インターフェース９２０（例えば、ネットワークアダプタ）、および周辺装置９２５、例えば、キャッシュ、他のメモリ、データ記憶および／または電子ディスプレイアダプタを含む。メモリ９１０、記憶ユニット９１５、インターフェース９２０および周辺装置９２５は、マザーボードなどの通信バス（実線）を介してＣＰＵ９０５と通信する。記憶ユニット９１５は、データを記憶するためのデータ記憶ユニット（またはデータリポジトリ）であり得る。コンピュータシステム９０１は、通信インターフェース９２０の助けを借りて、コンピュータネットワーク（「ネットワーク」）９３０に動作可能に連結され得る。ネットワーク９３０は、インターネット、インターネットおよび／またはエクストラネット、またはインターネットと通信するイントラネットおよび／またはエクストラネットであり得る。場合によっては、ネットワーク９３０は電気通信および／またはデータネットワークである。ネットワーク９３０は、クラウドコンピューティングなどの分散コンピューティングを可能にすることができる１つ以上のコンピュータサーバを含むことができる。場合によっては、ネットワーク９３０は、コンピュータシステム９０１の助けを借りて、ピアツーピアネットワークを実装することができ、これにより、コンピュータシステム９０１に連結された装置がクライアントまたはサーバとして動作できるようになり得る。

ＣＰＵ９０５は、一連の機械可読命令を実行することができ、機械可読命令はプログラムまたはソフトウェアで具体化することができる。命令は、メモリ９１０などのメモリ位置に記憶されてもよい。命令は、ＣＰＵ９０５に向けられ得、命令は、その後、本開示の方法を実施するようにＣＰＵ９０５をプログラムまたは構成し得る。ＣＰＵ９０５によって実行される動作の例には、フェッチ、デコード、実行およびライトバックが挙げられ得る。

ＣＰＵ９０５は、集積回路などの回路の一部であり得る。システム９０１の１つ以上の他の構成要素が回路に含まれ得る。場合によっては、回路は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）である。

記憶ユニット９１５は、ドライバ、ライブラリおよび保存されたプログラムなどのファイルを記憶することができる。記憶ユニット９１５は、ユーザデータ、例えば、ユーザ嗜好およびユーザプログラムを記憶することができる。場合によっては、コンピュータシステム９０１は、イントラネットまたはインターネットを介してコンピュータシステム９０１と通信するリモートサーバ上に位置するなど、コンピュータシステム９０１の外部にある１つ以上の追加のデータ記憶ユニットを含むことができる。

コンピュータシステム９０１は、ネットワーク９３０を介して１つ以上のリモートコンピュータシステムと通信することができる。例えば、コンピュータシステム９０１は、ユーザのリモートコンピュータシステムと通信することができる。リモートコンピュータシステムの例には、パーソナルコンピュータ（例えば、ポータブルＰＣ）、スレートもしくはタブレットＰＣ（例えば、Ａｐｐｌｅ（登録商標）ｉＰａｄ（登録商標）、Ｓａｍｓｕｎｇ（登録商標）Ｇａｌａｘｙ Ｔａｂ）、電話、スマートフォン（例えば、Ａｐｐｌｅ（登録商標）ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）、Ａｎｄｒｏｉｄ対応装置、Ｂｌａｃｋｂｅｒｒｙ（登録商標））または携帯情報端末が挙げられる。ユーザは、ネットワーク９３０を介してコンピュータシステム９０１にアクセスすることができる。

本明細書に記載の方法は、例えば、メモリ９１０または電子記憶ユニット９１５など、コンピュータシステム９０１の電子記憶位置に記憶された機械（例えば、コンピュータプロセッサ）実行可能コードによって実施することができる。機械実行可能コードまたは機械可読コードは、ソフトウェアの形態で提供され得る。使用中、プロセッサ９０５によってコードを実行することができる。場合によっては、コードは、プロセッサ９０５による容易なアクセスのために、記憶ユニット９１５から検索され、メモリ９１０に記憶され得る。いくつかの状況では、電子記憶ユニット９１５を除外することができ、機械実行可能命令がメモリ９１０に記憶される。

コードは、コードを実行するように構成されたプロセッサを有する機械を用いて使用するために事前コンパイルおよび構成することができるか、実行時にコンパイルすることができる。コードは、事前コンパイルまたはアズコンパイル（ａｓ－ｃｏｍｐｉｌｅｄ）の様式でコードを実行可能にするように選択され得るプログラミング言語で供給されてもよい。

コンピュータシステム９０１など、本明細書で提供されるシステムおよび方法の態様は、プログラミングで具体化することができる。この技術の様々な態様は、典型的には、機械（またはプロセッサ）実行可能コードおよび／またはあるタイプの機械可読媒体に搭載または具体化される関連データの形態で、「製品」または「製造品」と考えられ得る。機械実行可能コードは、メモリ（例えば、読み出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、フラッシュメモリ）またはハードディスクなどの電子記憶ユニットに記憶することができる。「記憶」タイプの媒体には、コンピュータ、プロセッサなど、またはその関連モジュールの有形メモリのいずれかまたは全部、例えば、ソフトウェアプログラミングに対して任意の時点で非一時的記憶を提供し得る様々な半導体メモリ、テープドライブ、ディスクドライブなどが含まれ得る。ソフトウェアの全部または一部は、時に、インターネットまたは他の様々な電気通信ネットワークを介して通信されてもよい。そのような通信は、例えば、あるコンピュータまたはプロセッサから別のコンピュータまたはプロセッサ、例えば管理サーバまたはホストコンピュータからアプリケーションサーバのコンピュータプラットフォームへのソフトウェアのローディングを可能にし得る。したがって、ソフトウェア要素を搭載し得る別のタイプの媒体には、ローカル装置間の物理的インターフェース、有線および光固定電話ネットワークならびに様々なエアリンクを介して使用されるような光波、電波および電磁波も含まれる。例えば、有線リンクまたは無線リンク、光学式リンクなど、そのような波を運ぶ物理的要素もまた、ソフトウェアを搭載した媒体と考えられ得る。本明細書で使用される場合、非一時的な有形の「記憶」媒体に限定されない限り、コンピュータまたは機械「可読媒体」などの用語は、実行のためにプロセッサに命令を提供することに関与する任意の媒体を指す。

したがって、コンピュータ実行可能コードなどの機械可読媒体は、限定するものではないが、有形の記憶媒体、搬送波媒体または物理的伝送媒体を含む多くの形態を取り得る。不揮発性記憶媒体には、例えば、図面に示されるデータベースなどを実装するために使用され得るような、任意の（１または複数の）コンピュータなどの記憶装置のいずれかなどの光学または磁気ディスクが含まれる。揮発性記憶媒体には、そのようなコンピュータプラットフォームのメインメモリなどの動的メモリが含まれる。有形伝送媒体には、同軸ケーブル、すなわち、コンピュータシステム内のバスを構成する配線を含む銅線および光ファイバが含まれる。搬送波伝送媒体は、無線周波数（ＲＦ）および赤外（ＩＲ）データ通信中に生成されるものなど、電気信号もしくは電磁信号、または音波もしくは光波の形態を取り得る。したがって、一般的な形態のコンピュータ可読媒体には、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、他の任意の磁気媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤもしくはＤＶＤ－ＲＯＭ、他の任意の光学媒体、パンチカード紙テープ、穴のパターンを有する他の任意の物理記憶媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭおよびＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ－ＥＰＲＯＭ、他の任意のメモリチップもしくはカートリッジ、データもしくは命令を運ぶ搬送波、そのような搬送波を運ぶケーブルもしくはリンク、またはコンピュータがそこからプログラミングコードおよび／またはデータを読み取り得る他の任意の媒体が含まれる。これらの形態のコンピュータ可読媒体の多くは、実行のためにプロセッサに１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを運ぶことに関与し得る。

コンピュータシステム９０１は、例えば、試料の処理の現在の段階（例えば、行われている溶解工程などの特定の工程）を提供するためのユーザインターフェース（ＵＩ）９４０を備える電子ディスプレイ９３５を含むか、それと通信することができる。ＵＩの例には、限定するものではないが、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）、およびＷｅｂベースのユーザインターフェースが挙げられる。

本開示の方法およびシステムは、１つ以上のアルゴリズムによって実施することができる。アルゴリズムは、中央処理装置９０５による実行時にソフトウェアによって実施することができる。

例示のために、例示的なアプリケーションを参照していくつかの態様を説明する。特に明記しない限り、任意の実施形態は、他の任意の実施形態と組み合わせることができる。本明細書に記載される特徴の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細、関係および方法が記載されていることを理解されたい。しかし、当業者であれば、本明細書に記載される特徴が、特定の詳細のうちの１つ以上を伴うことなく、または他の方法を用いて実施することができることを容易に認識するであろう。いくつかの行為は異なる順序で、および／または他の行為または事象と同時に行うことができるため、本明細書に記載される特徴は、行為または事象の例示された順序に限定されない。さらに、例示された行為または事象のすべてが、本明細書に記載される特徴に従って方法を実施するために必要とされるわけではない。

本明細書のいくつかの発明の実施形態は、数値範囲を企図している。範囲が存在する場合、範囲は、この範囲の端点を含む。さらに、この範囲内のすべての下位範囲および値が、あたかも明確に書き出されているように存在する。用語「約」または「およそ」は、当業者によって決定される特定の値の許容誤差範囲内であることを意味し得、値が測定または決定される方法、例えば、測定システムの限界に部分的に依存する。例えば、「約」は、当技術分野の慣例に従って、１以内または１を超える標準偏差を意味し得る。あるいは、「約」は、所定の値の最大２０％、最大１０％、最大５％または最大１％の範囲を意味し得る。あるいは、特に、生物学的な系またはプロセスに関して、この用語は、値の１桁以内、５倍以内または２倍以内を意味し得る。本出願および特許請求の範囲に特定の値が記載されている場合、他に断りがなければ、その特定の値の許容誤差範囲内を意味する用語「約」を想定することができる。

［実施例］
実施例１．ＰＣＲを使用して水系病原体を検出するための水試料の処理
水試料中の水系細菌を検出するために、試料調製システムを開始し、それにより、ポンプが試薬チャンバから試料チャンバに、ＲＮａｓｅ Ａを含有する０．５ｍＬのＴｒｉｓ－ＥＤＴＡ緩衝液を移送する。試料チャンバがトリス緩衝液によって満たされると、１ｍＬシリンジを使用して水試料を得、これを試料チャンバ内に堆積させてトリス緩衝液と混合する。トリス緩衝液に曝露される細菌細胞の数を最大にするために、水試料から得られた細菌を混合物中に完全に懸濁させる。周囲空気に接続された第２のポンプを使用して試料チャンバに正圧を供給し、それにより、試料およびトリス緩衝液を混合するために混合物中に気泡を生成する。ＮａＯＨ／ＳＤＳ（溶解緩衝液）を含む第２の試薬チャンバに流体接続された弁が開き、ポンプが試料チャンバに０．５ｍＬのＮａＯＨ／ＳＤＳを移送する。ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）は、細胞膜のリン脂質およびタンパク質成分を可溶化し、細胞内容物の溶解および放出をもたらす。ＮａＯＨは、染色体ＤＮＡおよびプラスミドＤＮＡならびにタンパク質を変性させる。ＲＮａｓｅ Ａの存在により、遊離した細胞ＲＮＡが溶解中に確実に消化される。溶解緩衝液は、試料およびトリス緩衝液混合物と５分以内に混合される。酢酸カリウム（中和剤）を含む第３の試薬チャンバに流体接続された弁が開き、ポンプを使用して試料チャンバに０．５ｍＬの酢酸カリウムを移送する。高塩濃度により、ドデシル硫酸カリウム（ＫＤＳ）が沈殿し、変性したタンパク質、染色体ＤＮＡ、および細胞片が不溶性の塩－洗剤複合体に共沈殿する。プラスミドＤＮＡは環状で共有結合的に閉じており、正しく再生し、溶液中に残る。廃棄物ポンプを使用して、試料チャンバの底部近くに配置されたフィルタを通して溶液を引き込み、それにより、フィルタ内のプラスミドＤＮＡを捕捉し、廃棄物チャンバに溶液の残部を移送する。捕捉されたＤＮＡから残留中和剤および／または溶解緩衝液を除去するために、試料チャンバに１ｍＬのアセトンを圧送し、フィルタを通して廃棄物チャンバに引き出す。アセトン洗浄により、試料チャンバ内の不純物を希釈し除去する。残留アセトンを残らず除去するために、試料チャンバの下に配置された加熱パッドを作動させて試料チャンバを加熱し、それにより残留アセトンを蒸発させる。水（溶出緩衝液）を含むチャンバに流体接続された弁が開き、ポンプが試料チャンバに０．３ｍＬの水を移送する。ＤＮＡを水に溶出し、ポンプを使用して、３本のアッセイチューブのそれぞれに０．１ｍＬの試料（例えば、ＤＮＡを含有する水）を引き込み、各アッセイチューブは、細菌またはウイルス病原体（例えば、ｅ．コリ（ｅ．Ｃｏｌｉ）、シゲラ（ｓｈｉｇｅｌｌａ）、Ｓ．チフィ（Ｓ．Ｔｙｐｈｉ）、Ａ型肝炎ウイルス、Ｅ型肝炎ウイルス）のＤＮＡを検出するための一対のＰＣＲプライマーを含む。

本発明の好ましい実施形態を本明細書に示し、説明してきたが、そのような実施形態が例としてのみ提供されていることは当業者には明らかであろう。本発明が本明細書内で提供される特定の例によって限定されることは意図されない。上記明細書を参照して本発明を説明してきたが、本明細書での実施形態の説明および例示は、限定の意味で解釈されることを意図していない。ここで、本発明から逸脱することなく、多数の変形例、変更および置換が当業者に思い浮かぶであろう。さらに、本発明のすべての態様は、様々な条件および変数に依存する本明細書に記載の特定の図、構成または相対比率に限定されないことを理解されたい。本明細書に記載される本発明の実施形態に対する様々な代替物が、本発明を実施する際に使用され得ることを理解されたい。したがって、本発明が、任意のそのような代替物、修正、変形例または均等物も包含することが企図される。以下の特許請求の範囲が本発明の範囲を規定し、これらの特許請求の範囲内の方法および構造ならびにそれらの均等物が特許請求の範囲によって包含されることが意図される。

Claims (28)

1. 試料処理のための方法であって、
   （ａ）ｉ．内部の試料から１つ以上の核酸分子を捕捉するように構成されたフィルタを備える試料チャンバと、
   ｉｉ．第１の導管によって前記試料チャンバに流体連結され、試薬を含むように構成されたウェルと、
   ｉｉｉ．前記第１の導管と流体連通し、前記ウェルから前記試料チャンバに前記試薬を流すように構成された流体流ユニットと、
   ｉｖ．アッセイチューブと、
   ｖ．前記アッセイチューブに取り外し可能に結合されたキャップであって、
   前記キャップの少なくとも一部が、前記アッセイチューブ内に延びて、前記アッセイチューブ内に最大作業容積を提供し、
   前記アッセイチューブは、前記キャップを通過して延びる第２の導管を介して前記試料チャンバと流体連結し、
   前記キャップは、当該キャップを通過して延びる追加の導管の端部に向かって配置された自己シール可能なフィルタを備え、
   前記自己シール可能なフィルタは、当該自己シール可能なフィルタが前記アッセイチューブ内の液体に接触するときに、前記追加の導管への真空の適用下で、前記アッセイチューブからの液体が前記第２の導管及び前記追加の導管に流入するのを防ぐように構成された、キャップと、
   ｖｉ．前記流体流ユニットに連結され、前記試料の処理のために携帯型電子装置から命令を受け取るように構成されたコントローラと、
   を備えるシステムを作動させることと、
   （ｂ）前記コントローラを使用して、前記携帯型電子装置から前記命令を受け取ることと、
   （ｃ）前記命令に従って、前記コントローラを使用して、（ｉ）前記ウェルから前記第１の導管に沿って前記試料チャンバに前記試薬を流すように前記流体流ユニットを誘導して、前記試料チャンバ内に前記試薬および前記１つ以上の核酸分子を含む溶液を提供し、（ｉｉ）前記試料チャンバから前記第２の導管に沿って前記アッセイチューブに前記溶液を流すように前記流体流ユニットを誘導して、前記アッセイチューブが前記溶液の少なくとも一部を受け取るようにすること、を含む方法。
2. 前記システムが、少なくとも１つの加熱ユニットをさらに備え、前記少なくとも１つの加熱ユニットが、前記アッセイチューブを含む前記アッセイチューブと熱的に連通しており、前記コントローラが、前記命令に従って、前記溶液を加熱するように前記少なくとも１つの加熱ユニットを誘導する、請求項１に記載の方法。
3. 前記コントローラが、１つ以上の加熱および冷却サイクルに前記溶液を供するように前記少なくとも１つの加熱ユニットを誘導する、請求項２に記載の方法。
4. 前記システムが、ドックを備える試料処理ユニットを備え、前記試料処理ユニットが前記流体流ユニットを備え、前記ウェルおよび前記試料チャンバが試料処理カートリッジに含まれ、（ａ）が、前記ウェルおよび前記試料チャンバを前記流体流ユニットと流体連通させるように前記試料処理カートリッジを受け入れる前記ドックを備える、請求項１に記載の方法。
5. （ｂ）では、前記コントローラが、前記携帯型電子装置と無線通信するように構成される、請求項１に記載の方法。
6. 前記システムが、前記アッセイチューブに流体連結され、前記アッセイチューブの下流に配置された第２の流体流ユニットをさらに備える、請求項１に記載の方法。
7. 前記システムが、別の導管によって前記試料チャンバに流体連結された廃棄物チャンバをさらに備える、請求項１に記載の方法。
8. 前記システムが、前記廃棄物チャンバと前記試料チャンバとの間に、前記別の導管に沿って配置された第３の流体流ユニットをさらに備える、請求項７に記載の方法。
9. 前記システムが、前記ウェルと前記試料チャンバとの間に、前記第１の導管に沿って配置された弁をさらに備える、請求項１に記載の方法。
10. 前記アッセイチューブが、標的核酸分子を検出するためのアッセイを行うためのプライマーの１つ以上の対を備える、請求項１に記載の方法。
11. 前記流体流ユニットが、ポンプまたは圧縮機である、請求項１に記載の方法。
12. 前記ポンプが多方向ポンプである、請求項１１に記載の方法。
13. 前記ポンプが、第１のポンプおよび第２のポンプを含み、前記第１のポンプが、前記ウェルから前記試料チャンバに前記試薬を流すように構成され、前記第２のポンプが、前記試料チャンバから前記アッセイチューブに前記溶液を流すように構成される、請求項１１に記載の方法。
14. 前記流体流ユニットが、圧力センサを含むか、圧力センサに連結される、請求項１に記載の方法。
15. 試料処理のためのシステムであって、
    内部の試料から１つ以上の核酸分子を捕捉するように構成されたフィルタを備える試料チャンバと、
    第１の導管によって前記試料チャンバに流体連結され、試薬を含むように構成されたウェルと、
    前記第１の導管と流体連通し、前記ウェルから前記試料チャンバに前記試薬を流すように構成された流体流ユニットと、
    アッセイチューブと、
    前記アッセイチューブに取り外し可能に結合されたキャップであって、
    前記キャップの少なくとも一部が、前記アッセイチューブ内に延びて、前記アッセイチューブ内に最大作業容積を提供し、
    前記アッセイチューブは、前記キャップを通過して延びる第２の導管を介して前記試料チャンバと流体連結し、
    前記キャップは、当該キャップを通過して延びる追加の導管の端部に向かって配置された自己シール可能なフィルタを備え、
    前記自己シール可能なフィルタは、当該自己シール可能なフィルタが前記アッセイチューブ内の液体に接触するときに、前記追加の導管への真空の適用下で、前記アッセイチューブからの液体が前記第２の導管及び前記追加の導管に流入するのを防ぐように構成された、キャップと、
    前記流体流ユニットに連結されたコントローラと、を備え、前記コントローラが、前記試料の処理のために携帯型電子装置から命令を受け取り、前記命令に従って、（ｉ）前記ウェルから前記第１の導管に沿って前記試料チャンバに前記試薬を流すように前記流体流ユニットを誘導して、前記試料チャンバ内に前記試薬および前記１つ以上の核酸分子を含む溶液を提供し、（ｉｉ）前記試料チャンバから前記第２の導管に沿って前記アッセイチューブに前記溶液を流すように前記流体流ユニットを誘導して、前記アッセイチューブが前記溶液の少なくとも一部を受け取るようにするように構成されるシステム。
16. 前記アッセイチューブに流体連結され、前記アッセイチューブの下流に配置された第２の流体流ユニットをさらに備える、請求項１５に記載のシステム。
17. 第４の導管によって前記試料チャンバに流体連結された廃棄物チャンバをさらに備える、請求項１５に記載のシステム。
18. 前記廃棄物チャンバと前記試料チャンバとの間に、前記第４の導管に沿って配置された第３の流体流ユニットをさらに備える、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記ウェルと前記試料チャンバとの間に、前記第１の導管に沿って配置された弁をさらに備える、請求項１５に記載のシステム。
20. 前記アッセイチューブが、標的核酸分子を検出するためのアッセイを行うためのプライマーの１つ以上の対を備える、請求項１５に記載のシステム。
21. 前記試料チャンバと熱的に連通するヒータをさらに備え、前記ヒータが、前記アッセイチューブ内の試料を加熱するように構成される、請求項１５に記載のシステム。
22. 前記ヒータが、１つ以上の加熱および冷却サイクルの一部として前記試料を加熱するように構成される、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記流体流ユニットが、ポンプまたは圧縮機である、請求項１５に記載のシステム。
24. 前記流体流ユニットが、１つ以上のポンプを備える、請求項１５に記載のシステム。
25. 前記１つ以上のポンプが、第１のポンプおよび第２のポンプを含み、前記第１のポンプが、前記ウェルから前記試料チャンバに前記試薬を流すように構成され、前記第２のポンプが、前記試料チャンバから前記アッセイチューブに前記溶液を流すように構成される、請求項２４に記載のシステム。
26. ドックを備える試料処理ユニットをさらに備え、前記試料処理ユニットが前記流体流ユニットを備え、前記ウェルおよび前記試料チャンバが試料処理カートリッジに含まれ、前記ドックが、前記ウェルおよび前記試料チャンバを前記流体流ユニットと流体連通させるように、前記試料処理カートリッジを受け入れるように構成される、請求項１５に記載のシステム。
27. 前記コントローラが、前記携帯型電子装置と無線通信するように構成される、請求項１５に記載のシステム。
28. 前記流体流ユニットが、圧力センサを含むか、圧力センサに連結される、請求項１５に記載のシステム。

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