JP7372223B2 - 試料調製又は試料解析の少なくとも一方を行うため回転バルブを備えるシステム及び方法 - Google Patents

試料調製又は試料解析の少なくとも一方を行うため回転バルブを備えるシステム及び方法 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、概して生化学的解析用の試料（サンプル）を生成する及び／又は
生化学的反応を起こさせるシステム並びに方法に関し、またより具体的には、回転バルブ
を利用するシステム及び方法に関する。
様々な生化学プロトコールは、支持表面上又は指定反応チャンバ内で多数の制御反応を
行わせることが関与する。これら制御反応は、生物試料を解析するため、又はその後の解
析用に生物試料を調製するために起こさせる。解析により、反応に関与する化学物質の特
性を同定又は究明することができる。例えば、配列（アレイ）ベースのサイクリック・シ
ークエンシング分析（例えば、シークエンシング・バイ・シンセシス(SBS)）において、
ＤＮＡ特徴（例えば、鋳型核酸）の濃密配列を酵素的操作の反復サイクルによりシークエ
ンシング（塩基配列結合順序決定）する。各サイクル後に画像を取得し、また他の画像に
より順次に解析して、ＤＮＡ特徴のシークエンス（塩基配列結合順序）を決定する。他の
生化学分析において、識別可能ラベル（例えば、蛍光ラベル）を有する未確認検体をアレ
イ内の所定アドレスを有する既知のプローブのアレイに曝露させることができる。プロー
ブと未確認検体との間に生ずる化学反応を観測することは、その検体の特性を同定又は究
明するのに役立ち得る。
上述したような分析を自動的に行う、すなわち、ユーザーの仕事量が少ない又はユーザ
ーが少ししか関与しないシステムに対する一般的需要がこれまであった。現時点では、多
くのプラットフォームは、ユーザーが個別に生物試料を調製してから、その生物試料を解
析用のシステム内に装填することを必要とする。ユーザーにとっては、１つ又は複数の生
物試料をシステム内に装填し、システムが実行する分析を選択し、また例えば、１日又は
１日未満のような所定期間内で解析結果を得るのが望ましい。現行で使用される幾つかの
システムは、十分な品質レベルを有しかつ僅かなコスト範囲内でデータを供給する全ゲノ
ムシークエンシングのような信頼できるプロトコールを実行することはできない。
本発明の実施形態によれば、試料チャンネル、反応チャンバ、及びリザーバを有する流
体ネットワークを備えるシステムを提供する。前記試料チャンネルは、生物試料を受け入
れるよう構成した試料通口に流体連通するものとする。システムは、さらに、前記流体ネ
ットワークに流体連通するよう構成したポンプアセンブリを備える。システムは、さらに
、フローチャンネルを有し、また第１バルブ位置と第２バルブ位置との間で回転するよう
構成した回転バルブを備える。前記フローチャンネルは、前記回転バルブが前記第１バル
ブ位置にあるとき前記反応チャンバ及び前記試料チャンネルを流体的に接続し、また前記
回転バルブが前記第２バルブ位置にあるとき前記リザーバ及び前記反応チャンバを流体的
に接続する。前記ポンプアセンブリは、前記回転バルブを前記第１バルブ位置にあるとき
前記生物試料が前記反応チャンバに向かわせるフローを誘導し、また前記回転バルブが前
記第２バルブ位置にあるとき反応成分を前記リザーバから前記反応チャンバに向かわせる
フローを誘導する。
本発明の実施形態において、本発明方法は、フローチャンネルを有する回転バルブを第
１バルブ位置に回転するステップを有する。前記フローチャンネルは、回転バルブが前記
第１バルブ位置にあるとき反応チャンバに流体連通する。本発明方法は、さらに、前記第
１バルブ位置にあるとき、生物試料を試料チャンネル又は第１リザーバから前記フローチ
ャンネルを経由して前記反応チャンバ内に流入させるステップを有する。本発明方法は、
さらに、前記回転バルブを第２バルブ位置に回転するステップを有する。前記フローチャ
ンネルは、前記第２バルブ位置にあるとき前記第２リザーバ及び前記反応チャンバに流体
連通させる。本発明方法は、さらに、前記第２リザーバからの反応成分を前記反応チャン
バ内に流入させるステップを有する。前記反応成分は前記反応チャンバ内で生物試料と相
互反応する。
本発明の実施形態において、流体ネットワーク及び前記流体ネットワークに流体連通す
るポンプアセンブリを有するフロー制御システムを備えるシステムを提供する。前記流体
ネットワークは、生物試料を受け入れるよう構成した試料チャンネル、複数個のリザーバ
、及び反応チャンバを含むものとする。本発明システムは、さらに、フローチャンネルを
有する回転バルブを備える。前記回転バルブは、異なるバルブ位置に回転するよう構成し
て、前記反応チャンバを前記試料チャンネルに、または前記リザーバのうち１つに流体的
に接続できるようにする。本発明システムは、さらに、分析プロトコール中に前記反応チ
ャンバから光信号を検出するよう構成した検出デバイスを備える。本発明システムは、さ
らに、前記回転バルブ及び前記ポンプアセンブリを制御し、前記生物試料を前記試料チャ
ンネルから前記反応チャンバに流入させるよう構成したシステムコントローラを備える。
前記システムコントローラは、さらに、複数のプロトコールサイクル中に前記回転バルブ
、前記ポンプアセンブリ及び前記検出デバイスを制御するよう構成し、前記プロトコール
サイクルの各サイクルは、(a) 前記回転バルブを第１リザーバ-バルブ位置に回転して、
前記反応チャンバを前記複数のリザーバのうち第１リザーバに流体連通させるステップと
、(b) 前記ポンプアセンブリを制御して、流体を前記第１リザーバから前記反応チャンバ
内に流入させるフローを誘導するステップと、(c) 前記回転バルブを第２リザーバ-バル
ブ位置に回転して、前記反応チャンバを前記複数のリザーバのうち第２リザーバに流体連
通させるステップと、(d) 前記ポンプアセンブリを制御して、流体を前記第２リザーバか
ら前記反応チャンバ内に流入させるフローを誘導するステップと、及び(e) 前記第２リザ
ーバからの流体を前記反応チャンバに流入させる間に、又は前記第２リザーバからの流体
を前記反応チャンバに通過させた後に前記反応チャンバから光信号を検出するステップと
を含むものとする。
本発明の実施形態において、本発明方法は、マイクロ流体制御構体及び回転バルブを準
備する準備ステップを有する。前記マイクロ流体制御構体は構体側面及び流体ネットワー
クを有し、前記流体ネットワークはサプライ通口及びフィード通口を含む。前記サプライ
通口は前記構体側面に開口する。前記回転バルブは前記構体側面に対して回転可能に取り
付ける。前記回転バルブは、第１チャンネル通口、第２チャンネル通口、及び前記第１チ
ャンネル通口と前記第２チャネル通口との間に延在するフローチャンネルを有するものと
する。本発明方法は、さらに、前記回転バルブを、前記第１チャンネル通口が前記マイク
ロ流体制御構体の前記サプライ通口に流体連通する第１バルブ位置に回転するステップを
有する。本発明方法は、さらに、前記回転バルブが前記第１バルブ位置にあるとき、生物
試料を前記第１チャンネル通口経由で前記フローチャンネルに流入させるステップを有す
る。本発明方法は、さらに、前記生物試料が前記フローチャンネル内に存在する状態で前
記回転バルブを第２バルブ位置に回転して、前記第１チャンネル通口を前記構体側面によ
って封止するステップを有する。本発明方法は、さらに、熱サイクリング操作を行って、
前記フローチャンネル内における生物試料の温度を選択温度に変化させるステップを有す
る。
本発明の実施形態によれば、構体側面及び流体ネットワークを有するマイクロ流体制御
構体であって、前記流体ネットワークはサプライ通口及びフィード通口を有する、該マイ
クロ流体制御構体を備えるシステムを提供する。前記サプライ通口は前記構体側面に開口
するものとする。本発明システムは、前記構体側面に対して回転可能に取り付けた回転バ
ルブを備える。前記回転バルブは、第１チャンネル通口、第２チャンネル通口、及び前記
第１チャンネル通口と前記第２チャネル通口との間に延在するフローチャンネルを有する
。前記回転バルブは、第１バルブ位置と第２バルブ位置との間で回転するよう構成する。
前記第１チャンネル通口は、前記回転バルブが前記第１バルブ位置にあるとき前記マイク
ロ流体制御構体の前記サプライ通口に流体連通する。前記第１チャンネル通口は、前記回
転バルブが前記第２バルブ位置にあるとき前記マイクロ流体制御構体によって封止される
ものとする。本発明システムは、さらに、前記回転バルブが前記第１バルブ位置にあると
き、流体を前記サプライ通口経由で前記フローチャンネル内に流入させるフローを誘導す
る構成としたポンプアセンブリを備える。本発明システムは、さらに、前記回転バルブに
対して位置決めされる熱サイクラーであって、前記回転バルブが前記第２バルブ位置にあ
るとき、前記フローチャンネル内の流体が受ける温度を制御するよう構成した、該熱サイ
クラーを備える。
本発明の実施形態において、流入通口、流出通口、及び試料リザーバを含む流体ネット
ワークを有するマイクロ流体制御構体を備えるシステムを提供する。本発明システムは、
さらに、前記マイクロ流体制御構体に回転可能に連結した回転バルブを備える。回転バル
ブは、第１チャンネルセグメント及び第２チャンネルセグメントを有する。前記第１チャ
ンネルセグメントは、前記回転バルブが第１バルブ位置にあるとき前記流入通口及び試料
リザーバを流体的に接続する。前記第２チャンネルセグメントは、前記回転バルブが第１
バルブ位置にあるとき前記流出通口及び試料リザーバを流体的に接続する。本発明システ
ムは、さらに、前記回転バルブが第１バルブ位置にあるとき、前記流入通口及び第１チャ
ンネルセグメント経由で前記試料リザーバ内に流体を流入させる構成としたポンプアセン
ブリを備える。前記回転バルブは、第２バルブ位置に移動する場合に、前記試料リザーバ
が前記回転バルブによって封止されるよう構成する。本発明システムは、さらに、前記回
転バルブが前記第２バルブ位置にあるとき、熱エネルギーを前記試料リザーバに供給する
よう前記マイクロ流体制御構体に対して位置決めした熱サイクラーを備える。
本発明の実施形態において、試料リザーバ及び別個の分析チャンネルを含む流体ネット
ワークを有するマイクロ流体制御構体を備えるシステムを提供する。前記分析チャンネル
は第１通口と第２通口との間に延在する。前記流体ネットワークは、さらにフィード通口
を有する。本発明システムは、さらに、前記マイクロ流体制御構体の熱制御領域に隣接し
て位置決めされる熱サイクラーを備える。前記分析チャンネルは前記熱制御領域に貫通す
る。前記熱サイクラーは、熱エネルギーを前記熱制御領域に供給するよう構成する。本発
明システムは、さらに、前記マイクロ流体制御構体に回転可能に連結し、また第１バルブ
位置と第２バルブ位置との間で移動するよう構成した回転バルブを備える。前記回転バル
ブは、ブリッジチャンネル及び別個のフローチャンネルを有する。前記回転バルブが第１
バルブ位置にあるとき、前記ブリッジチャンネルは前記試料リザーバ及び前記分析チャン
ネルの第１通口を流体的に接続し、また前記フローチャンネルは前記分析チャンネルの第
２通口及び前記フィード通口を流体的に接続する。前記回転バルブは、前記回転バルブが
第２バルブ位置に移動して前記分析チャンネルの前記第１通口及び第２通口を封止する構
成とする。
本発明実施形態により形成したシステムであって、生化学的解析又は試料調 製の少なくとも一方を行う構成としたシステムの概略図である。 本発明実施形態により形成したシステムであって、図１のシステムに使用し 得るフロー制御システムの平面図である。 図２のフロー制御システムに使用し得るバルブ調節機構の第１位置又は第１ 状態における断面図である。 図３に示すバルブ調節機構の第２位置又は第２状態における断面図である。 図２のフロー制御システムに使用し得る別のバルブ調節機構の第１位置又は 第１状態における断面図である。 図５に示すバルブ調節機構の第２位置又は第２状態における断面図である。 図２のフロー制御システムに使用し得るさらに別のバルブ調節機構の第１位 置又は第１状態における断面図である。 図７に示すバルブ調節機構の第２位置又は第２状態における断面図である。 本発明の実施形態によるマイクロ流体制御構体に取り付けた回転バルブの断 面図である。 図９に示すマイクロ流体制御構体の平面図である。 指定反応を反応チャンバから検出するのに使用し得る検出アセンブリの断 面図である。 本発明の実施形態による方法のフローチャートである。 本発明の実施形態によるマイクロ流体制御構体に回転可能に取り付けた回 転バルブの平面図である。 図１３に示すマイクロ流体制御構体に回転可能に取り付けた回転バルブの 断面図である。 図１５Ａは、分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。図１５Ｂは、分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。図１５Ｃは、分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。図１５Ｄは、分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。図１５Ｅは、分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。図１５Ｆは、分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。図１５Ｇは、分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。図１５Ｈは、分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。図１５Ｉは、分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。図１５Ｊは、分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。図１５Ｋは、分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。図１５Ｌは、分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。 本発明の実施形態により形成した回転バルブの平面図である。 図１６に示す回転バルブの増幅プロトコール中における平面図である。 本発明の実施形態により形成した別の回転バルブの平面図である。 本発明の実施形態による方法のフローチャートである。 回転バルブ及びマイクロ流体制御構体を備える本発明実施形態により形成 したフロー制御システムの斜視図である。 増幅プロトコールのため回転バルブが増幅プロトコールの指定位置にある ときの図２０に示すフロー制御システムの斜視図である。 図２０に示すフロー制御システムの一部切除した断面図である。 本発明実施形態により形成したシステムであって、生化学的解析又は試料 調製の少なくとも一方を行う構成としたシステムの概略図である。 本発明実施形態により形成し、ブリッジチャンネルを利用するフロー制御 システムの平面図である。 図４に示すフロー制御システムの部分的に分解した分解斜視図である。 本発明実施形態による回転バルブの底面から見た斜視図である。 図２６に示す回転バルブの側方から見た斜視図である。 図２６に示す回転バルブの断面図である。 図２６に示す回転バルブの拡大断面図である。
本明細書に記載する実施形態は、試料（サンプル）調製及び／又は生化学的解析のため
の指定反応を遂行するのに使用することができる。本明細書で使用する用語「生化学的解
析」は、生物学的解析又は化学的解析のうち少なくとも一方を含み得る。図１は、生化学
的解析及び／又は試料調製を行うよう構成したシステム１００の概略図である。システム
１００は、ベース機器１０２と、及びこのベース機器１０２に離脱可能に係合するよう構
成した係脱可能カートリッジ１０４とを備える。ベース機器１０２及び係脱可能カートリ
ッジ１０４は、生物試料を含む指定反応を行わせるため互いに相互作用して、生物試料を
システム１００内の異なる場所に輸送し、その後の解析用に生物試料を調整する、また随
意的に、生物試料による１つ又は複数の事象を検出できるよう構成することができる。事
象は生物試料による指定反応の指標となり得る。係脱可能カートリッジ１０４は、２０１
４年５月２７日出願の米国仮出願第６２／００３，２６４号（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）に示されまた記載されたような統合化マイクロ流体カート
リッジに類似のものとすることができる。しかし、本明細書に記載の実施形態は統合化デ
バイスに限定されるものではなく、より大型のシステムにも使用することができる。
以下は図１に示すベース機器１０２及び係脱可能カートリッジ１０４に言及するが、ベ
ース機器１０２及び係脱可能カートリッジ１０４は、システム１００における単に１つの
例示的な実施形態を示すに過ぎず、それ以外の実施形態もあると理解されたい。例えば、
ベース機器１０２及び係脱可能カートリッジ１０４は、共同して生物試料を調製する及び
／又は生物試料を解析する多数の操作を実行する種々のコンポーネント及び形体を有する
。図示の実施形態において、ベース機器１０２及び係脱可能カートリッジ１０４のそれぞ
れは、特定の機能を行うことができる。しかし、ベース機器１０２及び係脱可能カートリ
ッジ１０４は異なる機能を実施する及び／又はこのような機能を共有することができると
理解されたい。例えば、図示の実施形態において、係脱可能カートリッジ１０４は、検出
アセンブリ（例えば、撮像デバイス）の使用により指定反応を検出するよう構成する。代
替的実施形態において、ベース機器１０２は、検出アセンブリを含むことができる。他の
実施例として、図示の実施形態において、ベース機器１０２は、係脱可能カートリッジ１
０４に対して液体を供給、受容又は交換しない「乾式」機器とする。代替的実施形態にお
いて、ベース機器１０２は、例えば、試薬又は他の液体を係脱可能カートリッジ１０４に
供給し、次いで、この係脱可能カートリッジ１０４が試薬又は他の液体を消費する（例え
ば、指定反応に使用する）ことができる。
本明細書で使用するように、生物試料としては、１種類又は複数種類の生物学的又は化
学的な物質、例えば、ヌクレオシド、核酸、ポリヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、タ
ンパク質、酵素、ポリペプチド、抗体、抗原、リガンド、受容体、多糖類、炭水化物、ポ
リリン酸塩、ナノ細孔、オーガネル(細胞小器官)、脂質層、細胞、組織、有機体、上述し
た種の類似物又は模倣物のような生物学的活性化合物が有り得る。幾つかの場合、生物試
料としては、全血、リンパ液、血清、血漿、汗、涙、唾液、痰、脳脊髄液、羊水、精液、
膣排出物、漿液、滑液、心膜液、腹水、胸膜液、浸出液、滲出液、嚢胞液、胆汁、尿、胃
液、腸液、糞試料、単一又は複数の細胞を含む液体、オーガネルを含む液体、流動化組織
、流動化有機体、多細胞生物を含む液体、生物学的スワブ、及び生物学的洗浄液があり得
る。
幾つかの実施形態において、生物試料は、添加材料、例えば、水、脱イオン水、生理食
塩水溶液、酸性溶液、塩基性溶液、清浄液及び／又はｐＨ緩衝液を含有することができる
。添加材料としては、さらに、指定反応分析プロトコール中に使用して生化学的反応を行
わせる試薬もあり得る。例えば、添加液体は、生物試料で複数のポリメラーゼ連鎖反応（
ＰＣＲ）サイクルを行わせる材料を含有することができる。
しかし、解析される生物試料は、システム１００に装填される生物試料とは異なる形式
又は状態の場合もあり得ると理解されたい。例えば、システム１００に装填される生物試
料は全血又は唾液とし、次にこれを処理して（例えば、分離又は増幅手順により）調製し
た核酸を生ずることができる。調製した核酸は、この後システム１００によって解析する
（例えば、ＰＣＲによって定量化する又はＳＢＳによってシークエンシングする）。した
がって、最初の操作、例えばＰＣＲを記述する間に用語「生物試料」を使用し、それに続
いて第２操作、例えばシークエンシングを記述する間に再び使用するとき、第２操作にお
ける生物試料は第１操作前又は第１操作中の生物試料とは変更されている場合があり得る
。例えば、シークエンシングステップ（例えば、ＳＢＳ）は、先行増幅ステップ（例えば
、ＰＣＲ）で増幅された鋳型核酸から産生した単位複製配列核酸で実施することができる
。この場合、単位複製配列は鋳型の複製であり、また単位複製配列は鋳型の量よりも多い
量で存在する。
幾つかの実施形態において、システム１００は、ユーザーが供出した物質（例えば、全
血又は唾液）に基づく生化学的解析用の試料を自動的に調製することができる。しかし、
他の実施形態において、システム１００は、ユーザーが解析用に部分的に又は予め調製し
た生物試料を解析することができる。例えば、ユーザーは、全血から既に単離及び／又は
増幅した核酸を含む溶液を供出することができる。
本明細書で使用する「指定反応」は、関心対象検体の化学的、電気的、物理的、光学的
な特性（又は特質）のうち少なくとも１つにおける変化を含む。特別な実施形態において
、指定反応は、会合性結合事象（例えば、関心対象検体に蛍光ラベル付けした生体分子の
組み込み）とする。指定反応は、解離性結合事象（例えば、関心対象検体から蛍光ラベル
付けした生体分子の釈放）であり得る。指定反応は、化学変換、化学変化、化学的相互作
用とすることができる。さらに、指定反応は、電気的特性の変化とすることができる。例
えば、指定反応は、溶液内のイオン濃度変化とすることができる。例示的な反応としては
、以下のものに限定しないが、還元、酸化、付加、脱離、転位、エステル化、アミド化、
エーテル化、環化、又は置換のような化学反応、第１化学物質が第１化学物質に結合する
結合相互作用、２つ以上の化学物質が互いに分離する解離反応、蛍光発光、発光、生物発
光、化学発光、及び生物反応、例えば核酸複製、核酸増幅、核酸雑種形成、核酸連結反応
、リン酸化反応、素触媒反応、受容体結合、又はリガンド結合がある。指定反応は、例え
ば、周囲溶液又は周囲環境におけるｐＨなどとして検出可能な陽子の付加又は脱離であり
得る。付加的指定反応は、薄膜（例えば、天然又は合成の）二層膜を透過するイオンの流
れを検出でき、例えば、イオンが薄膜を透過するとき電流が中断し、この中断を検出する
ことができる。従来既知の温度感知及び他の解析感知技術として荷電タグの電界センシン
グを用いることもできる。
特別な実施形態において、指定反応としては、検体に対する蛍光ラベル付け分子の取り
込みがある。検体はオリゴヌクレオチドとし、蛍光ラベル付け分子はヌクレオチドとする
ことができる。指定反応は、ラベル付けヌクレオチドを有するオリゴヌクレオチドに向け
て励起光を照射し、また蛍光色素分子が検出可能な蛍光信号を発生するとき検出すること
ができる。代替的実施形態において、検出した蛍光は化学発光又は生物発光の結果である
。指定反応は、さらに、例えば、受容体蛍光色素分子にドナー蛍光色素分子を近づけるこ
とによって蛍光（又はフェルスター）共鳴エネルギー転移（ＦＲＥＴ）を増加することが
でき、ドナー蛍光色素分子及び受容体蛍光色素分子を引き離すことによってＦＲＥＴを減
少し、消光剤を蛍光色素分子から引き離すことにより蛍光を増加し、又は消光剤及び蛍光
色素分子を再配置することによって蛍光を減少することができる。
本明細書に使用する「反応成分（reaction component）」は、指定反応を得るのに使用
できる任意の材料を含む。例えば、反応成分としては、試薬、酵素のような触媒、反応の
ための反応剤、試料、反応生成物、他の生体分子、塩、金属共同因子、キレート剤、及び
緩衝溶液（水素化緩衝液）がある。反応成分は、個別溶液として又は１つ以上の混合物と
して、流体ネットワークの種々の場所に送給することができる。例えば、反応成分は、生
物試料が固定化される反応チャンバに送給することができる。反応成分は、生物試料と直
接的又は間接的に相互作用することができる。幾つかの実施形態において、係脱可能カー
トリッジ１０４に対して、指定分析プロトコールを実施するのに必要な１種類以上の反応
成分を予め装填する。予装填は、カートリッジ１０４をユーザーが係合する（例えば、ユ
ーザー施設で）のに先立って、１つの場所（例えば、製造施設）で行うことができる。
幾つかの実施形態において、ベース機器１０２は、セッション毎に１個の係脱可能カー
トリッジ１０４と相互作用するよう構成することができる。セッション後に係脱可能カー
トリッジ１０４は他の係脱可能カートリッジ１０４と交換することができる。他の実施形
態において、ベース機器１０２は、セッション毎に１つより多い係脱可能カートリッジ１
０４と相互作用するよう構成する。本明細書に使用する用語「セッション」は、試料調製
及び／又は生物試料解析プロトコールのうち少なくとも１つを実施することを含む。試料
調製としては、生物試料における１種類以上の成分を分離、単離、変更及び／又は増幅し
て、調製した生物試料が解析に適合できるようにすることが挙げられる。幾つかの実施形
態において、セッションとしては、多数の制御下での反応を行う連続的行為があり、この
連続行為は、(a) 指定回数の反応が行われるまで、(b) 指定回数の事象が行われるまで、
(c) システムの指定期間が経過するまで、(d) 信号対ノイズ比が指定閾値まで低下するま
で、(e) 標的成分が同定されるまで、(f) システム障害若しくはシステム異常が検出され
るまで、及び／又は(g) 反応を行わせる１つ以上の反応源が枯渇するまで継続する。代案
として、セッションとしては、或る期間（例えば、数分、数時間、数日、数週間）にわた
りシステム行為を停止させ、またその後(a)～(g)のうち少なくとも１つが生ずるまでセッ
ションを完遂する。
分析プロトコールは、指定反応を行わせる、指定反応を検出する、及び／又は指定反応
を解析するという一連の操作シーケンスを含むことができる。総合的に、係脱可能カート
リッジ１０４及びベース機器１０２は、異なる操作を実行するのに必要なコンポーネント
を有する。分析プロトコールの操作としては、流体操作、熱制御操作、検出操作、及び／
又は機械的操作があり得る。流体操作としては、システム１００に流れる流体（例えば、
液体又はガス）のフローを制御することがあり、この制御は、ベース機器１０２及び／又
は係脱可能カートリッジ１０４によって作動させる。例えば、流体操作としては、生物試
料又は反応成分を反応チャンバ内に流入させるフローを誘導するポンプを制御することが
あり得る。熱制御操作としては、システム１００における指定部分の温度を制御すること
があり得る。例えば、熱制御操作としては、生物試料を含む液体を保存するポリメラーゼ
連鎖反応（ＰＣＲ）ゾーンの温度を上昇又は低下させることがあり得る。検出操作として
は、生物試料の所定特性、品質若しくは特徴を検出する検出器の作動を制御する、又はそ
の活動をモニタリングすることがあり得る。一つの実施例において、検出操作としては、
生物試料を含む指定領域の画像を撮像し、指定領域からの蛍光発光を検出することがあり
得る。検出操作としては、生物試料に照射する光源を制御する、又は生物試料を観測する
検出器を制御することがあり得る。機械的操作としては、係脱可能カートリッジ１０４に
おける可動バルブに作用的に係合する、ベース機器１０２のバルブ制御コンポーネントを
移動させるモータを制御することがあり得る。幾つかの事例において、異なる操作の組合
せを同時に行うことができる。例えば、ポンプが反応チャンバに流れる流体フローを制御
するとき、検出器が反応チャンバの画像を撮像する。幾つかの事例において、異なる生物
試料に対する異なる操作を同時に行うことができる。例えば、第１生物試料に増殖（例え
ば、ＰＣＲ）を行わせるとともに、第２生物試料に検出を受けさせることができる。
同様又は同一の流体素子（例えば、チャンネル、通口、リザーバ等）に異なる名前付け
をし、流体素子の見分けが容易にできるようにする。例えば、通口は、リザーバ通口、サ
プライ通口、ネットワーク通口、フィード通口等と称することができる。異なる名前付け
をした２つ以上の流体素子（例えば、リザーバチャンネル、試料チャンネル、フローチャ
ンネル、ブリッジチャンネル）は、流体素子が構造上異なるものである必要はない。さら
に、特許請求の範囲は、請求項において、このような流体素子の区別が容易につくようこ
のような名前を追加して補正することができる。
本明細書に使用する用語「液体」は、比較的圧縮不能である物質であり、またこの物質
を保持する容器又はチャンネルの形状に追従及び適合する能力を有する物質である。液体
は、水をベースとし、また液体を互いに保持する表面張力を示す極性分子を含むものとす
ることができる。さらに、液体は、オイルをベースとする又は水性ではない物質で見られ
るような、無極性分子を含むものとすることができる。本明細書における液体への言及は
、２種類以上の液体の組合せから形成される液体も含むと理解されたい。例えば、個別の
試薬溶液は、指定反応を行わせるため後に組み合わせることができる。
係脱可能カートリッジ１０４は、ベース機器１０２に離脱可能に係合する、又は係脱可
能に結合するよう構成する。本明細書に使用する用語「離脱可能に係合（した）」又は「
係脱可能に結合（した）」（等々）は、係脱可能カートリッジとベース機器との間の関係
性を記述するのに使用するとき、この用語の意図は、係脱可能カートリッジとベース機器
との間の連結（接続）がベース機器を破壊することなく容易に切り離すことを意味するも
のである。したがって、係脱可能カートリッジは、ベース機器に対して電気的に離脱可能
に係合し、ベース機器の電気的接点が破壊されることのないようにすることができる。係
脱可能カートリッジは、ベース機器に対して機械的に離脱可能に係合し、係脱可能カート
リッジを保持するベース機器の形体を破壊することのないようにすることができる。係脱
可能カートリッジは、ベース機器に対して流体的に離脱可能に係合し、ベース機器の通口
がされることのないようにすることができる。ベース機器は、例えば、コンポーネントに
対する簡単な調整（例えば、再整列化）又は簡単な交換（例えば、ノズル交換）を必要と
する場合、「破壊した」と見なされない。コンポーネント（例えば、係脱可能カートリッ
ジ１０４及びベース機器１０２）は、互いに離脱させるとき、コンポーネントが不当な労
力なしに又はコンポーネントを分離するのに費やされる長い時間がかかることなく、容易
に離脱可能とすることができる。幾つかの実施形態において、係脱可能カートリッジ１０
４及びベース機器１０２は、係脱可能カートリッジ１０４又はベース機器１０２のいずれ
かを破壊することなく、容易に離脱させることができる。
幾つかの実施形態において、係脱可能カートリッジ１０４はベース機器１０２とのセッ
ション中に永久的な変更を受ける又は部分的に損傷し得る。例えば、液体を保留する容器
は、液体をシステム１００に流入させることができるよう穿刺するフォイルカバーを有す
る。このような実施形態において、フォイルカバーは損傷し、これにより損傷した容器を
他の容器に交換する必要がある。特定の実施形態において、係脱可能カートリッジ１０４
は交換し、また随意的に１回使用後に廃棄できるよう、使い捨て可能カートリッジとする
。
他の実施形態において、係脱可能カートリッジ１０４は、ベース機器１０２に係合した
まま１回よりも多いセッションに使用する、及び／又はベース機器１０２から取り外し、
試薬を再充填し、またベース機器１０２に再係合させて、追加の指定反応を行わせるよう
にすることができる。したがって、係脱可能カートリッジ１０４は、幾つかの場合におい
て、同一係脱可能カートリッジ１０４を異なる消耗品（例えば、反応成分及び生物試料）
を使用できるよう改造することができる。改造は、カートリッジを顧客施設に配置したベ
ース機器から取り外した後に、製造施設で行うことができる。
図１に示すように、係脱可能カートリッジ１０４は、流体（例えば、液体又はガス）を
保持及び導く流体ネットワーク１０６を有する。流体ネットワーク１０６は、流体を保存
できる及び／又は流体を流すことができるよう相互連結した複数個の流体素子を有する。
流体素子の非限定的な例としては、チャンネル、チャンネルの通口、キャビティ、保存モ
ジュール、保存モジュールのリザーバ、反応チャンバ、廃棄リザーバ、検出チャンバ、反
応及び検出用の多目的チャンバ、等々がある。流体素子は指定の仕方で互いに流体的に接
続し、システム１００が試料を調製する及び／又は解析できるようにする。
本明細書で使用する用語「流体的に接続した」（又は類似用語）は、２つの空間的領域
を互いに接続して、液体又はガスが２つの空間的領域間で導かれるようにすることに言及
する。いくつかの場合では、流体接続は、流体を２つの空間的領域間で行き来するよう導
くのを可能にする。他の場合では、流体接続は一方向のものとし、２つの空間的領域間の
フローが一方向のみとする。例えば、分析リザーバをチャンネルに流体的に接続し、液体
が分析リザーバからチャンネル内に移送できるようにする。しかし、幾つかの実施形態に
おいて、チャンネル内の流体を分析リザーバに逆流できないようにする。特定実施形態に
おいて、流体ネットワーク１０６は、生物試料を受容し、また生物試料を試料調製及び／
又は試料解析に導くよう構成する。流体ネットワーク１０６は、生物試料及び他の反応成
分を廃棄リザーバに導くことができる。
１つ又は複数の実施形態は、生物試料（例えば、鋳型核酸）を解析する指定場所で保持
する。本明細書で使用する用語「保持した」は、生物試料について使用するとき、生物試
料を表面に実質的に付着させる、又は生物試料を指定空間内に閉じ込めることを含む。本
明細書で使用する用語「固定化」は、生物試料について使用するとき、実質的に生物試料
を固形支持体内又は固形支持体上の表面に付着させることを含む。固定化は、分子レベル
の生物試料を表面に付着することを含み得る。例えば、生物試料は、非共有相互作用（例
えば、静電力、ファン・デル・ワールス力、及び疎水性界面の脱水）を含めた吸着技術、
並びに官能基又はリンカーが生物試料を表面に付着させるのを促進する共有結合技術を用
いて、基板表面に対して固定化することができる。生物試料の基板表面に対する固定化は
、基板表面の特性、生物試料を担持する液体状の媒体、及び生物試料自体の特性に基づく
。幾つかの場合において、基板表面は、生物試料の基板表面に対する固定化を促進するよ
う機能化する（例えば、化学的又は物理的に変更する）ことができる。基板表面は、先ず
表面に結合する官能基を有するよう変更することができる。次に、この官能基が生物試料
に結合し、官能基における生物試料を固定化する。幾つかの場合において、生物試料は、
米国特許出願公開第２０１１／００５９８６５号及び同第２０１４／００７９９２３号（
これら各特許文献は、参照によって本明細書に組み入れられるものとする）に記載のよう
なゲルにより表面に対して固定化することができる。
幾つかの実施形態において、核酸を表面に対して固定化し、またブリッジ増幅を用いて
増幅することができる。有用なブリッジ増幅方法は、例えば、米国特許第５，６４１，６
５８号、国際公開第０７／０１０２５１号、米国特許第６，０９０，５９２号、米国特許
出願公開第２００２／００５５１００号、米国特許第７，１１５，４００号、米国特許出
願公開第２００４／００９６８５３号、同第２００４／０００２０９０号、同第２００７
／０１２８６２４号、同第２００８／０００９４２０号に記載されており、これら各特許
文献は、参照によって本明細書に組み入れられるものとする。表面上における核酸を増幅
する他の有用な方法は、例えば、以下に詳細に説明する方法を用いる、ローリング・サー
クル増幅（ＲＣＡ：rolling circle amplification）である。幾つかの実施形態において
、核酸は、表面に付着させ、また１つ以上のプライマー対を用いて増幅することができる
。例えば、一方のプライマーを溶液内に存在させ、また他方のプライマーを表面上で固定
化することができる（例えば、5’-付着）。例えば、核酸分子は、表面上における一方の
プライマーに対する雑種を生じ、これに続いて固定化したプライマーの延伸を生じ、核酸
の第１複製を産生する。この後、溶液内のプライマーは核酸の第１複製に対する雑種を生
じ、核酸の第１複製を鋳型として使用して延伸することができる。随意的に、核酸の第１
複製を産生した後、原核酸分子を表面上に固定化した第２プライマーに対して雑種を生じ
、溶液におけるプライマーが延伸するのと同時又は後に、延伸することができる。いかな
る実施形態においても、固定化したプライマー及び溶液内プライマーを用いる延伸（増幅
）の反復ラウンドにより、核酸の複数の複製を生ずる。幾つかの実施形態において、生物
試料は、生物試料の増幅（例えば、ＰＣＲ）中に使用するよう構成された所定空間内に反
応成分とともに閉じ込めることができる。
本明細書に記載する１つ又は複数の実施形態は、増幅プロトコールである、又は増幅プ
ロトコールを含む分析プロトコールを実行するよう構成することができる。増幅プロトコ
ール中、リザーバ又はチャンネル内の生物試料の温度を変化させて、生物試料（例えば、
生物試料のＤＮＡ）を増幅できるようにする。例えば、生物試料は、(1) 約７５秒間にわ
たる約９５℃の予加熱段階、(2) 約１５秒間にわたる約９５℃の変性段階、(3) 約４５秒
間にわたる約５９℃のアニーリング延伸段階、(4) 約６０秒間にわたる約７２℃の温度保
持段階を受けさせる。実施形態は複数回の増幅サイクルを実行することができる。上述の
サイクルは１つの特定実施形態についてのみ記載したものであり、また代替的実施形態は
増幅プロトコールに対する変更もあり得ることに留意されたい。
本明細書に記載の方法及びシステムは、特徴を有する配列を様々な密度のうち任意の密
度にして使用することができ、これら密度としては、例えば、少なくとも約１０特徴／ｃ
ｍ２、１００特徴／ｃｍ２、５００特徴／ｃｍ２、１，０００特徴／ｃｍ２、５，０００
特徴／ｃｍ２、１０，０００特徴／ｃｍ２、５０，０００特徴／ｃｍ２、１００，０００
特徴／ｃｍ２、１，０００，０００特徴／ｃｍ２、５，０００，０００特徴／ｃｍ２、又
はそれ以上がある。本明細書に記載の方法及びシステムは、これら例示的密度のうち１つ
又は複数での個別特徴を少なくとも十分に解像する解像度を有する検出コンポーネント又
はデバイスを設けることができる。
図示の実施形態において、係脱可能カートリッジ１０４は、複数個のハウジング側面１
１１～１１４があるカートリッジハウジング１１０を有する。ハウジング側面１１１～１
１４には、非合体側面１１１～１１３及び合体側面１１４がある。合体側面１１４はベー
ス機器１０２に係合するよう構成する。図示の実施形態において、カートリッジハウジン
グ１１０はほぼ単一構造体を形成する。代替的実施形態において、カートリッジハウジン
グ１１０は、システム１００のユーザーが組み付ける１つ又は複数のサブコンポーネント
によって構成することができる。サブコンポーネントは、係脱可能カートリッジ１０４を
離脱可能にベース機器１０２に係合させる前に、又は１つのサブコンポーネントを離脱可
能にベース機器１０２に係合させた後に組み付けることができる。例えば、保存モジュー
ル１５０を第１サブハウジング（図示せず）によって保持し、また係脱可能カートリッジ
１０４の残りの部分（例えば、流体ネットワーク及び撮像デバイス）を第２サブハウジン
グ（図示せず）に設けることができる。第１及び第２のサブハウジングを組み合わせてカ
ートリッジハウジング１１０を形成することができる。
流体ネットワーク１０６は、カートリッジハウジング１１０によって保持し、また非合
体側面１１２に開口する複数個の試料通口（ポート）１１６を有する。代替的実施形態に
おいて、試料通口１１６は、非合体側面１１１若しくは１１３に沿って配置する、又は合
体側面１１４に沿って配置することができる。各試料通口１１６は、生物試料を受容する
よう構成する。単なる例として、生物試料は全血又は唾液とすることができる。幾つかの
実施形態において、生物試料は、核酸及びＰＣＲを行うための他の材料（例えば、試薬、
緩衝液等）とすることができる。３個の試料通口１１６を図１に示したが、実施形態によ
っては、１個のみの試料通口、２個の試料通口、又は３個より多い個数の試料通口を設け
ることができる。
流体ネットワーク１０６は、さらに、合体側面１１４に開口し、またカートリッジハウ
ジング１１０の外部に露出する流体接続通口１１８を有する。流体接続通口１１８は、ベ
ース機器１０２のシステムポンプ１１９に流体的に接続するよう構成する。流体接続通口
１１８は、流体ネットワーク１０６の一部であるポンプチャンネル１３３と流体連通する
。システム１００の動作中、システムポンプ１１９は、流体をポンプチャンネル１３３及
び流体ネットワーク１０６の残りの部分を経由させるフローを誘導する負圧を生ずるよう
構成する。例えば、システムポンプ１１９は、生物試料を試料通口１１６から試料調製領
域１３２に流入させるフローを誘導し、この試料調製領域１３２において、生物試料をそ
の後の解析のために調製することができる。システムポンプ１１９は、生物試料を試料調
製領域１３２から反応チャンバ１２６に流入させるフローを誘導し、この反応チャンバ１
２６において検出操作を行って、生物試料のデータ（例えば、撮像データ）を取得する。
システムポンプ１１９は、さらに、流体を保存モジュール１５０のリザーバ１５１，１５
２から反応チャンバ１２６に流入させるフローを誘導することができる。検出操作を行っ
た後、システムポンプ１１９は、流体を廃棄リザーバ１２８に流入させるフローを誘導す
る。
流体ネットワーク１０６の他に、係脱可能カートリッジ１０４は、ベース機器１０２が
制御し得る１つ以上の機械的インタフェース１１７を有することができる。例えば、係脱
可能カートリッジ１０４は、流体ネットワーク１０６に作用的に接続される複数個のフロ
ー制御バルブ１２１～１２３を設けたバルブアセンブリ１２０を有する。各フロー制御バ
ルブ１２１～１２３は、ベース機器１０２が制御し得る機械的インタフェース１１７を代
表することができる。例えば、フロー制御バルブ１２１～１２３は、システムポンプ１１
９の選択的な作動と関連してベース機器１０２によって選択的の動作又は制御し、流体ネ
ットワーク１０６内の流体のフローを制御することができる。
例えば、図示の実施形態において、流体ネットワーク１０６は、試料通口１１６の直ぐ
下流に流体連通する試料チャンネル１３１を有する。図１には単に１個の試料チャンネル
１３１を示したが、代替的実施形態においては複数の試料チャンネルを設けることができ
る。試料チャンネル１３１は、試料調製領域１３２を有することができる。バルブアセン
ブリ１２０は、１対のチャンネルバルブ１２１，１２２を有し、これらチャンネルバルブ
１２１，１２２は、フロー制御バルブと称することもできる。チャンネルバルブ１２１，
１２２は、ベース機器１０２によって選択的に作動し、流体の試料チャンネル１３１を経
由するフローを阻止又はブロックできるようにする。特定実施形態において、チャンネル
バルブ１２１，１２２は、試料チャンネル１３１の試料調製領域１３２内の液体用指定容
積を保持するシールを形成するよう作動する。試料調製領域１３２内の指定容積に生物試
料を含むことができる。
バルブアセンブリ１２０は、さらに可動バルブ１２３を有することができる。可動バル
ブ１２３は、対応する通口間に延在する少なくとも１個のフローチャンネル１４０を設け
ることができる弁本体１３８を有する。弁本体１３８は、通口を流体ネットワーク１０６
の対応する通口に整列させる異なる位置間で移動することができる。例えば、可動バルブ
１２３の位置は、反応チャンバ１２６内に流入する流体タイプを決定することができる。
第１位置において、可動バルブ１２３は、試料チャンネル１３１の対応する通口に整列し
て、生物試料を反応チャンバ１２６に供給することができる。第２位置において、可動バ
ルブ１２３は、保存モジュール１５０のリザーバ１５１，１５２にそれぞれ流体連通する
１個又は複数個の対応するリザーバチャンネル１６１，１６２に整列する。各リザーバ１
５１，１５２は、指定反応を行うのに使用される反応成分を保存するよう構成する。リザ
ーバチャンネル１６１，１６２は、それぞれリザーバ１５１，１５２の下流で流体連通す
るよう配置する。幾つかの実施形態において、可動バルブ１２３は、異なる位置に個別に
移動して、リザーバチャンネルの対応する通行と整列することができる。
図示の実施形態において、可動バルブ１２３は、軸線１４２の周りに回転するよう構成
した回転バルブ（又は回転可能バルブ）とする。可動バルブ１２３は回転バルブ２１６（
図２に示す）に類似のものとすることができる。しかし、代替的実施形態は異なる位置に
回転しない可動バルブを有することができる。このような実施形態において、可動バルブ
は対応する通口に整列するよう１つ又は複数の直線方向に摺動し得るものとする。本明細
書に記載の回転バルブ及び直線移動バルブは、２０１３年３月１５日出願の国際出願第Ｐ
ＣＴ／ＵＳ２０１３／０３２３０９号に記載の装置に類似するものとすることができる。
幾つかの実施形態において、生物試料をベース機器１０２の光源１５８によって照射す
る。代案として、光源１５８は係脱可能カートリッジ１０４に組み込むことができる。例
えば、生物試料は、適合する波長を有する光によって励起するとき発光する１種類又は複
数の蛍光色素分子を含むことができる。図示の実施形態において、係脱可能カートリッジ
１０４は光路１５４を有する。この光路１５４は、ベース機器１０２の光源１５８からの
照射光１５６が反応チャンバ１２６内の生物試料に入射できるよう構成する。したがって
、反応チャンバは１個又は複数個の透明側面又は窓を有することができる。光路１５４は
１個又は複数個の光学的素子、例えばレンズ、リフレクタ、光ファイバライン等を有する
ことができ、照射光１５６を反応チャンバに能動的に指向させる。例示的実施形態におい
て、光源１５８は発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができる。しかし、代替的実施形
態において、光源１５８は別タイプの発光デバイス、例えば、レーザー又はランプとする
ことができる。
幾つかの実施形態において、検出アセンブリ１０８は、撮像検出器１０９及び反応チャ
ンバ１２６を含む。撮像検出器１０９は、反応チャンバ１２６内の指定反応を検出するよ
う構成する。幾つかの実施形態において、この撮像検出器１０９は、反応チャンバ１２６
からの光信号（例えば、吸光度、反射／屈折、又は発光度）を検出するよう反応チャンバ
１２６に対して相対位置決めする。撮像検出器１０９は、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ
又は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）撮像装置のような撮像デバイスを１個又は複数
個有することができる。幾つかの実施形態において、撮像検出器１０９は、化学発光から
発生した光信号を検出することができる。さらに他の実施形態において、検出アセンブリ
１０８は撮像用途に限定しないものとすることができる。例えば、検出アセンブリ１０８
は、液体の電気的特性を検出する１個又は複数個の電極とすることができる。
上述したように、ベース機器１０２は、係脱可能カートリッジ１０４に作用的に係合し
、また係脱可能カートリッジ１０４内の種々の動作を制御して、生物試料の指定反応を行
わせる及び／又は生物試料のデータを取得できるよう構成する。この目的のため、合体側
面１１４は、ベース機器１０２が係脱可能カートリッジ１０４の１つ又は複数のコンポー
ネントにおける動作の制御を可能にするよう構成する。例えば、合体側面１１４には、バ
ルブ１２１～１２３をベース機器１０２が制御できるようにする複数個のアクセス開口１
７１～１７３を設けることができる。合体側面１１４には、さらに、ベース機器１０２の
熱サイクラー（例えば、熱ブロック又は熱伝達ブロック）を収容するよう構成したアクセ
ス開口１７４を設けることができる。図示の実施形態において、熱サイクラー１８６は熱
ブロックとする。アクセス開口１７４は試料チャンネル１３１に沿って延在する。図示の
ように、アクセス開口１７１～１７４は合体側面１１４に開口する。
幾つかの実施形態において、流体ネットワーク１０６及びバルブアセンブリ１２３はフ
ロー制御システム１６４を構成することができる。このフロー制御システム１６４は、シ
ステム１００、より具体的には、係脱可能カートリッジ１０４における１つ又は複数の流
体のフローを制御し、１つ又は複数の指定動作を実行できるようにするコンポーネントを
含むことができる。このフロー制御システム１６４は、他の実施形態において、システム
ポンプ１１９のような追加コンポーネントを含むことができる。フロー制御システム１６
４は、フロー制御システム２００（図２に示す）と類似又は同一のものとすることができ
る。
ベース機器１０２は、係脱可能カートリッジ１０４の合体側面１１４に離脱可能に係合
するよう構成した制御側面１９８を有する。係脱可能カートリッジ１０４の合体側面１１
４及びベース機器１０２の制御側面１９８は、集合的にシステムインタフェース１９５を
画定する。システムインタフェース１９５は、係脱可能カートリッジ１０４とベース機器
１０２との間の共通境界面を代表し、この共通境界面を通じてベース機器１０２及び係脱
可能カートリッジ１０４が動作可能に係合する。より具体的には、ベース機器１０２及び
係脱可能カートリッジ１０４は、システムインタフェース１９５に沿って動作可能に係合
して、ベース機器１０２が係脱可能カートリッジ１０４の種々の特徴形体を合体側面１１
４経由で制御することができる。例えば、ベース機器１０２は、係脱可能カートリッジ１
０４の対応するコンポーネントを制御する１個又は複数個の制御可能コンポーネントを有
することができる。
幾つかの実施形態において、ベース機器１０２及び係脱可能カートリッジ１０４は動作
可能に係合し、システムインタフェース１９５で確立される、電気的接続部、熱的接続部
、光学的接続部、バルブ連結部、又は流体接続部のうち少なくとも１つにより、システム
インタフェース１９５において、ベース機器１０２及び係脱可能カートリッジ１０４が互
いに固定される。図示の実施形態において、ベース機器１０２及び係脱可能カートリッジ
１０４は、電気的接続部、熱的接続部、バルブ連結部、及び光学的接続部を有する構成と
する。より具体的には、ベース機器１０２及び係脱可能カートリッジ１０４は、データ及
び／又は電力を電気的接続部経由で送受することができる。ベース機器１０２及び係脱可
能カートリッジ１０４は、熱的接続部経由で熱エネルギーを相互に送受することができ、
またベース機器１０２及び係脱可能カートリッジ１０４は、光学的接続部経由で光信号（
例えば、照射光）を送受することができる。
図示の実施形態において、システムインタフェース１９５は、片面インタフェース１９
５とする。例えば、制御側面１９８及びハウジング側面１１４はほぼ平面状にし、互いに
逆向きにして対面させる。システムインタフェース１９５は、係脱可能カートリッジ１０
４及びベース機器１０２は合体側面１１４及び制御側面１９８経由のみで互いに動作可能
に接続するよう片面インタフェースとする。代替的実施形態において、システムインタフ
ェースは複数側面インタフェースとすることができる。例えば、係脱可能カートリッジの
少なくとも２，３、４、又は５つの側面はベース機器と連結するよう構成した合体側面と
することができる。これら複数側面は、平面状とし、また互いに直交する又は互いに対向
する（例えば、直方体容積のすべて又は一部を包囲する）よう配列されるものとすること
ができる。
係脱可能カートリッジ１０４の動作を制御するため、ベース機器１０２は、フロー制御
バルブ１２１～１２３に動作可能に係合するよう構成したバルブアクチュエータ１８１～
１８３と、試料調製領域１３２に対して熱エネルギーを供給及び／又は除去するよう構成
した熱サイクラー１８６と、及び電気接点の接点アレイ１８８とを有することができる。
ベース機器１０２は、さらに、制御側面１９８に沿って位置決めした光源１５８を有する
ことができる。ベース機器１０２は、さらに、制御側面１９８に沿って位置決めした制御
通口１９９を有するシステムポンプ１１９を有することができる。
システム１００は、さらに、ロック機構１７６を有することができる。図示の実施形態
において、ロック機構１７６は、係脱可能カートリッジ１０４のラッチ係合素子１７８に
係合するよう構成した回転可能なラッチ１７７を有する。代案として、係脱可能カートリ
ッジ１０４が回転可能なラッチ１７７を有し、またベース機器１０２がラッチ係合素子１
７８を有することができる。係脱可能カートリッジ１０４をベース機器１０２に取り付け
るとき、ラッチ１７７は回転し、またラッチ係合素子１７８に係合することができる。ロ
ック機構１７６が生ずるカム作用が係脱可能カートリッジ１０４をベース機器１０２に向
けて押圧又は駆動して係脱可能カートリッジ１０４をベース機器１０２に固定することが
できる。
ベース機器１０２は、指定分析プロトコールを行うためのユーザー入力を受け取るよう
構成した及び／又は分析に関してユーザーに情報を通信するよう構成したユーザー・イン
タフェース１２５を有することができる。ユーザー・インタフェース１２５は、ベース機
器１０２に組み込むことができる。例えば、ユーザー・インタフェース１２５は、ベース
機器１０２のハウジングに取り付けたタッチパネルであって、またユーザーからのタッチ
及びタッチパネルに表示される情報に対するタッチ場所を識別するよう構成した、該タッ
チパネルを有することができる。代案として、ユーザー・インタフェース１２５は、ベー
ス機器１０２に対して離れた位置に配置することができる。
ベース機器１０２は、さらに、バルブアクチュエータ１８１～１８３、熱サイクラー１
８６、接点アレイ１８８、光源１５８、又はシステムポンプ１１９のうち少なくとも１つ
の動作を制御するよう構成したシステムコントローラを有することができる。システムコ
ントローラ１８０は回路モジュールの集合体として概念的に示すが、専用ハードウェア回
路板、ＤＳＰ、プロセッサ等の任意な組合せを利用して実装することができる。代案とし
て、システムコントローラ１８０は、単一プロセッサ又はプロセッサ間に分散させた機能
操作の多重プロセッサを有する市販ＰＣを利用して実装することができる。他の選択肢と
して、以下に記載の回路モジュールをハイブリッド構成の利用により実装することができ
、このハイブリッド構成の場合、若干のモジュール機能は専用ハードウェアを利用して実
施するとともに、残りのモジュール機能は市販ＰＣ等を利用して実施することができる。
システムコントローラ１８０は、ベース機器１０２及び／又は係脱可能カートリッジ１
０４の特定コンポーネントの動作を制御するよう構成された複数個の回路モジュール１９
０～１９３を有することができる。例えば、回路モジュール１９０は、流体ネットワーク
１０６における流体のフローを制御するよう構成したフロー制御モジュール１９０とする
ことができる。このフロー制御モジュール１９０は、バルブアクチュエータ１８１～１８
３及びシステムポンプ１１９に動作可能に接続することができる。フロー制御モジュール
１９０は、バルブアクチュエータ１８１～１８３及びシステムポンプ１１９を選択的に作
動させ、１つ又は複数の経路における流体のフローを誘導し、及び／又は１つ又は複数の
経路における流体のフローを阻止することができる。
単に例として、バルブアクチュエータ１８３は可動バルブ１２３に回転可能に係合する
ことができる。バルブアクチュエータ１８３は、バルブアクチュエータ１８３を駆動（例
えば、回転）するよう構成した回転モータ１８９を有することができる。フロー制御モジ
ュール１９０はバルブアクチュエータ１８３を作動させて、可動バルブ１２３を第１回転
位置に移動することができる。可動バルブ１２３が第１回転位置にある状態で、フロー制
御モジュール１９０はシステムポンプ１１９を作動させ、これにより生物試料を試料調製
領域１３２から反応チャンバ１２６に引き込むことができる。次に、フロー制御モジュー
ル１９０はバルブアクチュエータ１８３を作動させて、可動バルブ１２３を第２回転位置
に移動する。可動バルブ１２３が第２回転位置にある状態で、フロー制御モジュール１９
０はシステムポンプ１１９を作動させ、これにより１種類又は複数種類の反応成分を対応
するリザーバから反応チャンバ１２６に引き込むことができる。幾つかの実施形態におい
て、システムポンプ１１９は正圧を供給するよう構成し、これにより流体を逆方向に能動
的にポンプ送給できるようにする。このような動作を使用して、複数種類の液体を共通リ
ザーバに追加流入させ、リザーバ内でこれら流体を混合できるようにする。したがって、
流体接続通口１１８は、流体（例えば、ガス）をカートリッジハウジング１１０から排出
させたり、又は流体をカートリッジハウジング１１０内に受容したりすることができる。
システムコントローラ１８０は、さらに、熱制御モジュール１９１を有することができ
る。熱制御モジュール１９１は熱サイクラー１８６を制御して、試料調製領域１３２に対
して熱エネルギーを供給及び／又は除去できるようにする。１つの特別な実施例において
、熱サイクラー１８６は、試料チャンネル１３１内の生物試料がＰＣＲプロトコールにし
たがって受ける温度を上昇及び／又は低下することができる。図示しないが、システム１
００は、試料調製領域１３２に隣接する位置に追加の熱デバイスを設けることができる。
システムコントローラ１８０は、さらに、生物試料に関するデータを取得する検出アセ
ンブリ１０８を制御するよう構成した検出モジュール１９２を有することができる。検出
モジュール１９２は、接点アレイ１８８により検出アセンブリ１０８の動作を制御するこ
とができる。例えば、検出アセンブリ１０８は、合体側面１１４に沿う電気接点１９６の
接点アレイ１９４に通信可能に係合することができる。幾つかの実施形態において、電気
接点１９６は可撓接点（例えば、ポゴ接点又は接点ビーム）とし、合体側面１１４に対し
て出入りする再位置決めができるようにする。電気接点１９６は、カートリッジハウジン
グの外部に露出し、また検出アセンブリ１０８に電気的に接続する。電気接点１９６は、
入／出力（Ｉ／Ｏ）接点と称することができる。ベース機器１０２及び係脱可能カートリ
ッジ１０４が動作可能に係合するとき、検出モジュール１９２は検出アセンブリ１０８を
制御して、所定時点で又は所定期間にわたりデータを取得できるようにする。例えば、検
出モジュール１９２は検出アセンブリ１０８を制御して、生物試料がそれに付着する蛍光
色素分子を有するとき、反応チャンバ１２６の画像を撮像できるようにする。多数の画像
を取得することができる。
随意的に、システムコントローラ１８０は、少なくとも部分的結果をシステム１００の
ユーザーに提供するデータを解析するよう構成した解析モジュール１９３を有する。例え
ば、解析モジュール１９３は、撮像検出器１０９によって得られた画像データを解析する
ことができる。解析は、生物試料の核酸シークエンスを同定することができる。
システムコントローラ１８０及び／又は回路モジュール１９０～１９３は、１個又は複
数個のマイクロコントローラ、プロセッサ、縮小命令セット・コンピューター（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、本明細書に記載した機能を実行できる任意な他の回路を含む、
１つ又は複数の論理ベースのデバイスを設けることができる。例示的実施形態において、
システムコントローラ１８０及び／又は回路モジュール１９０～１９３は内部に記憶した
命令セットを実行して、１つ又は複数の分析プロトコールを実施する。記憶素子は、ベー
ス機器１０２及び／又は係脱可能カートリッジ１０４内の情報源又は物理的メモリ素子の
形態とすることができる。分析システム１００が実施するプロトコールは、例えば、ＤＮ
Ａ若しくはＲＮＡの定量解析、タンパク質解析、ＤＮＡシークエンシング（例えば、シー
クエンシング・バイ・シンセシス(SBS)）、試料調製、及び／又はシークエンシングの断
片ライブラリ準備を実行することができる。
命令セットは、システム１００に命令する様々なコマンドを含み、本明細書に記載の種
々の実施形態の方法及びプロセスのような特別な操作を実施することができる。命令セッ
トはソフトウェアプログラムの形態とすることができる。本明細書で使用する用語「ソフ
トウェア」及び「ファームウェア」は、互換的に使用され、またコンピュータが実行する
ためのメモリ、例えば、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭ
メモリ、及び不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリに記憶させた任意のコンピュータプロ
グラムがある。上述のメモリタイプは、単に例示的なものであり、コンピュータプログラ
ムの記憶用に使用可能なメモリタイプに限定されない。
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・ソフトウェアのよう
な様々な形態とすることができる。さらに、ソフトウェアは、大規模プログラムにおける
個別プログラム若しくはプログラムモジュールの集合体としての形態、又はプログラムモ
ジュールの一部としての形態があり得る。さらに、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でプログラミングするモジュールを含むことができる。検出データを
取得した後、検出データは、システム１００が自動的に処理する、ユーザー入力に応答し
て処理する、又は他の処理装置が発するリクエスト（例えば、通信リンク経由の遠隔リク
エスト）に応答して処理することができる。
システムコントローラ１８０は、通信リンク経由でシステム１００の他のコンポーネン
ト又はサブシステムに接続することができ、この通信リンクは、有線又は無線とすること
ができる。システムコントローラ１８０は、さらに、オフサイトシステム又はサーバーに
通信可能に接続することができる。システムコントローラ１８０は、ユーザー・インタフ
ェース（図示せず）からユーザー入力又はコマンドを受け取ることができる。ユーザー・
インタフェースとしては、キーボード、マウス、タッチ画面パネル、及び／又は音声認識
システム等があり得る。
システムコントローラ１８０は、ソフトウェア命令の記憶、解釈及び／又は実行、並び
にシステム１００の全体動作の制御のような処理能力を提供するのに供することができる
。システムコントローラ１８０は、種々のコンポーネントのデータ及び／又は電力状況を
制御するよう構成する、及びプログラムすることができる。システムコントローラ１８０
は図１に単一構造体として示すが、システムコントローラ１８０は、システム１００にわ
たり異なる場所に分散する複数の個別コンポーネント（例えば、プロセッサ）を有するこ
とができる。幾つかの実施形態において、１個又は複数個のコンポーネントをベース機器
に内蔵することができ、また１個又は複数個のコンポーネントをベース機器に対して遠隔
位置に配置することができる。
図２は、本発明の実施形態により形成したフロー制御システム２００の平面図である。
このフロー制御システム２００は、システム１００（図１に示す）のような、試料調製及
び／又は試料解析を行うシステム（図示せず）の一部とすることができる。幾つかの実施
形態において、フロー制御システム２００は、係脱可能カートリッジ１０４（図１参照）
のような統合装置内に全体的に位置する。しかし、他の実施形態において、フロー制御シ
ステム２００は標準システム（例えば、デスクトップシステム）の一部とすることができ
る。図２において、フロー制御システム２００のコンポーネントは、局所的エリア内に配
置する。他の実施形態において、フロー制御システム２００のコンポーネントは互いに離
間させ、また異なるエリアに分散させることができる。
図示の実施形態において、フロー制御システム２００は、内部に流れる１種類又は複数
種類の流体（ガス又は液体）を有するよう構成した流体ネットワーク２０２を含む。流体
ネットワーク２０２は、相互接続した流体素子の構成体を有する。流体素子は、流体ネッ
トワーク２０２内の指定領域に流体を導くよう構成することができ、この指定領域におい
て、例えば、流体は所定条件に晒される及び／又は指定反応を受けることができる。流体
素子は、１個又は複数個のバルブによって選択的に相互接続され、これにより１個又は複
数個の流体素子を、動作中に１個又は複数個の他の流体素子に対して接続分離できるよう
にする。
図示の実施形態において、流体ネットワーク２０２は、試料通口２０４Ａ～２０４Ｄと
、及び試料通口２０４Ａ～２０４Ｄとそれぞれ流体連通する試料チャンネル２０６Ａ～２
０６Ｄとを有する。試料チャンネル２０６Ａ～２０６Ｄは、対応の試料通口２０４Ａ～２
０４Ｄから共通の合流部又は交接部２０９に延在する。流体ネットワーク２０２は、さら
に、合流部２０９からサプライ通口２１０（図９に示す）まで延在する統合した試料チャ
ンネル２０８を有する。回転バルブ２１６をサプライ通口２１０上に配置する。
流体ネットワーク２０２は、さらに、フィード通口２２６（図９に示す）と、及びこの
フィード通口２２６から延在するフィードチャネル２２４とを有する。フィードチャネル
２２４は、フィード通口２２６と流体ネットワーク２０２におけるフローセル３２０との
間に延在する。フローセル３２０は、流入通口３２２、流出通口３２４、及びこれら通口
３２２，３２４間に延在する反応チャンバ３２６を有する。動作中、流体は、フィードチ
ャネル２２４から流入通口３２２を経由して流れ、また流出通口３２４経由で反応チャン
バ３２６から流出することができる。反応チャンバ３２６から流出した後、流体は、流体
ネットワーク２０２の廃棄リザーバ３３０に流れることができる。廃棄リザーバ３３０は
図２で小さいボックスで代表して示すが、廃棄リザーバ３３０の容積は、例えば、リザー
バ２４０～２４４よりも大きいものにすることができると理解されたい。
流体は反応チャンバ３２６を流れるとともに、流体は反応チャンバ３２６内の既存の物
質（例えば、検体）と反応し合うことができる。指定反応は反応チャンバ３２６内で検出
することができる。例えば、検出アセンブリ（図示せず）は反応チャンバ３２６に隣接し
て位置決めし、また反応チャンバ３２６から光信号を検出することができる。
図示の実施形態において、試料通口２０４Ａ～２０４Ｄは、マイクロ流体制御構体２１
２の外部に露出するよう、マイクロ流体制御構体２１２の構体側面又は表面２１４に開口
する。試料チャンネル２０６Ａ～２０６Ｄ及び統合した試料チャンネル２０８はマイクロ
流体制御構体２１２に貫通する（例えば、マイクロ流体制御構体内部に存在する）。サプ
ライ通口２１０は、構体側面２１４に開口する。代案として、サプライ通口２１０は、マ
イクロ流体制御構体２１２の下側面（図示せず）又は側方側面に開口することができる。
したがって、試料チャンネル２０６Ａ～２０６Ｄは、サプライ通口２１０のような単一通
口に流体連通する。代替的実施形態において、試料チャンネル２０６Ａ～２０６Ｄは、構
体側面２１４に開口する個別のサプライ通口に流体連通することができる。このような代
替的実施形態において、各試料チャンネルは、対応の試料通口と対応のサプライ通口との
間に延在することができる。
図示の実施形態において、流体ネットワーク２０２は、さらに、複数個のリザーバチャ
ンネル２２０を有する。各リザーバチャンネル２２０は、リザーバ通口２２２（図１０に
示す）とリザーバ２４０との間に流体的に介在させる。リザーバ通口２２２は構体側面２
１４に開口する。サプライ通口２１０と同様に、リザーバ通口２２２は、回転バルブ２１
６によってカバーすることができる。随意的に、流体ネットワーク２０２は、共通試料チ
ャンネル２０８とリザーバ２３０との間に流体的に介在させたリザーバチャンネル２２８
を有することができる。
図示の実施形態において、フロー制御システム２００はマイクロ流体制御構体２１２を
有する。マイクロ流体制御構体２１２は、流体ネットワーク２０２の流体素子を画定する
物理的構体とすることができる。例えば、マイクロ流体制御構体２１２は積層したＰＣＢ
層を有し、これらのＰＣＢ層において、１つ又は複数の層は、流体ネットワーク２０２の
１つ又は複数のチャンネル（例えば、試料チャンネル２０６Ａ～２０６Ｄ、共通試料チャ
ンネル２０８、リザーバチャンネル２２０，２２８及びフィードチャネル２２４）、並び
に１個又は複数個の通口（例えば、試料通口２０４Ａ～２０４Ｄ、リザーバ通口２２２、
サプライ通口２１０及びフィード通口２２６）をエッチング又は整形する。フローセル３
２０は、マイクロ流体制御構体２１２に固定することができる。このようなマイクロ流体
制御構体は、米国仮出願第６２／００３，２６４号及び同第６１／９５１，４６２号に図
示及び記載されている。これら各米国仮出願は、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。ＰＣＢ層に代えて又は付加して、他の材料、例えば、ガラス又はプラス
チックを使用することができる。代替的実施形態において、マイクロ流体制御構体２１２
は、集合的に複数の構体コンポーネントから形成することができる。幾つかの場合におい
て、流体ネットワーク２０２は少なくとも部分的に管材によって形成することができる。
回転バルブ２１６は、軸線２９９周りに異なるバルブ位置に回転して、流体ネットワー
ク２０２の異なるチャンネルを流体的に接続するよう構成する。回転バルブ２１６は、構
体側面２１４に摺動可能に連結することができ、また構体側面２１４に開口する多数の通
口、例えば、リザーバ通口２２２、サプライ通口２１０、及びフィード通口２２６をカバ
ーするよう位置決めすることができる。回転バルブ２１６は、離散した個別チャンネルを
流体的に接続するよう構成した少なくとも１個のフローチャンネル２１８（図９に示す）
を有する。例えば、回転バルブ２１６が第１バルブ位置にあるとき、フローチャンネル２
１８は試料チャンネル２０８をフィードチャネル２２４に流体的に接続することができる
。回転バルブ２１６が第２回転位置にあるとき、フローチャンネル２１８は１個のチャン
ネル又はリザーバチャンネル２２０をフィードチャネル２２４の流体的に接続することが
できる。
試料通口２０４Ａ～２０４Ｄそれぞれは、対応の生物試料を受容するよう構成する。例
えば、例えば、検査技師又は研究所職員のようなフロー制御システム２００のユーザーは
、生物試料を１個又は複数個の試料通口２０４Ａ～２０４Ｄ内に装填する（ピペット注入
）することができる。生物試料は、同一個体（例えば、人間）のものとする、又は集団か
らの多数の異なる個体からのものとすることができる。生物試料は、当然のことながら、
動物、植物、細菌、又は真菌のような他の種からのものとすることができる。図示の実施
形態において、試料通口２０４Ａ～２０４Ｄは、フロー制御システム２００の外側からア
クセスできるよう構成する。代替的実施形態において、試料通口２０４Ａ～２０４Ｄは、
より大規模な流体ネットワークの一部とすることができ、これにより生物試料を大規模流
体ネットワーク経由で試料通口２０４Ａ～２０４Ｄ内に送給する。
図２に示すように、試料チャンネル２０６Ａ～２０６Ｄのそれぞれは、試料調製領域２
３２を有することができる。図示の実施形態において、試料チャンネル２０６Ａ～２０６
Ｄは、対応の試料調製領域２３２に沿って対応の波状又は蛇行経路を有する。波状又は蛇
行経路は、より多くの量の生物試料が温度制御エリア２３４内に存在できるようにする。
代替的実施形態において、試料調製領域２３２は対応の試料チャンネルの他の部分とは異
なる寸法を有することができる。例えば、試料調製領域２３２は、広いチャンバ又は増大
した深さを有するウェルを形成することができる。
試料調製領域２３２において、生物試料は、その後の反応及び／又は解析のために試料
調製の処理を受けることができる。例えば、生物試料は、圧力及び／又は温度の変化を受
けることができる。代替的又は付加的に、生物試料は、試料調製領域２３２内で１種類又
は複数種類の反応成分と混合することができる。幾つかの実施形態において、フロー制御
システム２００は、試料チャンネル２０６Ａ～２０６Ｄの試料調製領域２３２に隣接する
温度制御エリア２３４に沿って延在する温度制御ストリップ又はバンド２３６（破線で示
す）を有することができる。幾つかの実施形態において、温度制御ストリップ２３６は、
米国仮出願第６１／９５１，４６２号（参照によって全体が本明細書に組み入れられる）
に記載の可撓性ＰＣＢヒータのような、可撓性ＰＣＢヒータとすることができる。可撓性
ＰＣＢヒータは、温度制御エリア２３４に沿って延在させ、また電流を通電するとき発熱
する導電性配線を有することができる。
熱制御ストリップ２３６は、熱制御エリア２３４に沿う対応の試料チャンネル２０６Ａ
～２０６Ｄ内の生物試料の温度を制御するよう構成する。温度は、増幅プロトコール中に
制御され、生物試料が所定スケジュールに従って温度上昇／低下を受けて生物試料を増幅
できるようにする。このような実施形態において、生物試料を試薬の増幅（例えば、ＰＣ
Ｒ）ミックスとともに試料通口２０４Ａ～２０４Ｄに装填することができる。代案として
、この増幅ミックスは、別個に流体ネットワーク２０２経由で試料調製領域２３２に送給
することができる。例えば、試料調製領域２３２は、増幅ミックスを送給できる他のチャ
ンネル（図示せず）に流体連通することができる。
幾つかの実施形態において、フロー制御システム２００は、保存アセンブリ又はモジュ
ール２３８を有する。図示のように、保存アセンブリ２３８は、複数個のリザーバ２４０
～２４４を有する。各リザーバ２４０～２４４は、所定分析プロトコール（例えば、ＳＢ
Ｓプロトコール）中に使用し得る反応成分を保有するよう構成する。各リザーバ２４０～
２４４はリザーバチャンネル２２０のうち１つに対応する通口に流体連通することができ
る。本明細書に記載のように、回転バルブ２１６は、所定スケジュールに従って異なるバ
ルブ位置に回転するよう構成し、フィードチャネル２２４を流体ネットワーク２０２の別
チャンネルに流体的に接続する。
幾つかの実施形態において、フロー制御システム２００は、さらに、チャンネルバルブ
２４６，２４８を有することができる。図示のように、試料チャンネル２０６Ａ～２０６
Ｄそれぞれは、１対のチャンネルバルブ２４６，２４８に接続する。各試料チャンネル２
０６Ａ～２０６Ｄの対応する試料調製領域２３２は、対応する対におけるチャンネルバル
ブ２４６，２４８間に延在する。チャンネルバルブ２４６，２４８の各対は、生物試料が
異なる条件に晒されるとき試料調製領域２３２内の対応する生物試料を封止するよう構成
する。例えば、チャンネルバルブ２４６，２４８は、生物試料がＰＣＲプロトコールの熱
サイクリングに晒されるとき、対応の生物試料をチャンネルバルブ２４６，２４８間に封
止することができる。
流体ネットワーク２０２全体にわたりフローを誘導するため、フロー制御システム２０
０はポンプアセンブリ３３２を有する。図示の実施形態において、フロー制御システム２
００は、反応チャンバ３２６の下流に配置し、流体ネットワーク２０２に流体を吸引する
単一ポンプのみを有する。代替的実施形態において、１個又は複数個のポンプを使用して
、流体ネットワーク２０２に流体を圧送することができる。例えば、１個又は複数個のポ
ンプをリザーバ２４０～２４３及び／又はリザーバ２４４に対する上流に流体的に配置す
ることができる。試料通口２０４Ａ～２０４Ｄは、さらに、生物試料の試料チャンネル２
０８に向かうフローを誘導する上流ポンプに流体的に接続することができる。
図３～８は、フロー制御システム２００（図２参照）が流体ネットワーク（図２参照）
におけるフローを制御（例えば、調節）できる異なるバルブ調節機構を示す。より具体的
には、図３及び４は、チャンネルバルブ２４６を有するバルブ調節機構２５０の断面を示
す。以下はチャンネルバルブ２４６についての説明であるが、チャンネルバルブ２４８（
図２参照）及び他のバルブも同様又は同一の特徴を有することができる。図示のように、
マイクロ流体制御構体２１２は互いに並置積層させた複数個の層２５２～２５４を有する
。層２５２～２５４はプリント回路板（ＰＣＢ）層とすることができる。１つ又は複数の
層２５２～２５４はエッチングし、このエッチングは、層２５２～２５４を互いに並置積
層させるとき、マイクロ流体制御構体２１２が試料チャンネル２０６を形成するように行
う。試料チャンネル２０６はバルブ又は内部キャビティ２５６を有する。
チャンネルバルブ２４６は、試料チャンネル２０６における流体のフローを調節するよ
う構成する。例えば、チャンネルバルブ２４６は、流体が阻害されることなしに流動でき
る最大クリアランスを可能にする。チャンネルバルブ２４６は通過する流体のフローを阻
害することもできる。本明細書に使用する用語「阻害する」は、流体フローを緩慢にする
こと又は流体フローを完全に遮断することを含む。図示のように、試料チャンネル２０６
は、バルブキャビティ２５６に流体連通する第１通口２５８及び第２通口２６０を有する
。試料チャンネルは、流体を第１通口２５８経由でバルブキャビティ２５６内に流入させ
、また第２通口２６０経由でバルブキャビティ２５６から流出させるよう構成する。図示
の実施形態において、チャンネルバルブ２４６は、第１状態と第２状態との間で撓むこと
ができる可撓性薄膜を構成する。可撓性薄膜は、図３で第１状態にあり、また図４で第２
状態にある。特別な実施形態において、可撓性薄膜は可撓層とする。可撓層は、バルブキ
ャビティ２５６内に押し込んで第１通口２５８をカバーして、第１通口における流体のフ
ローをブロックするよう構成する。代替的実施形態において、チャンネルバルブ２４６は
、異なる状態又は位置間で移動して流体のフローを調節できる他の物理的素子とすること
ができる。
フロー制御システム２００（図２参照）は、さらに、チャンネルバルブ２４６を作動さ
せる構成としたバルブアクチュエータ２６２を有することができる。例えば、バルブアク
チュエータ２６２は可撓性薄膜を第１状態と第２状態との間で撓ませることができる。バ
ルブアクチュエータ２６２は、アクセス孔又は開口２６６に貫通する支柱又はロッドのよ
うな細長本体２６４をする。アクセス孔２６６は、バルブアクチュエータ２６２が、図示
の実施形態では可撓性薄膜であるチャンネルバルブ２４６に直接係合できるようにする。
図６において、バルブアクチュエータ２６２は第２状態又は第２位置にある。この第２位
置において、バルブアクチュエータ２６２はチャンネルバルブ２４６に係合し、第１通口
２５８に向かって或る距離移動している。バルブアクチュエータ２６２はチャンネルバル
ブ２４６を変形し、これによりチャンネルバルブ２４６は第１通口２５８をカバーする。
このようにして、第１通口２５８経由の流体フローはチャンネルバルブ２４６によってブ
ロックされる。
図５及び６は、チャンネルバルブ２７２を有するバルブ調節機構２７０の断面を示す。
幾つかの実施形態において、チャンネルバルブ２４６（図２参照）をチャンネルバルブ２
７２に置き換えることができる。バルブ調節機構２７０はバルブ調節機構２５０と同様の
ものとすることができる。例えば、バルブ調節機構はチャンネルバルブ２７２及びバルブ
アクチュエータ２７４を有する。バルブアクチュエータ２７４はノズルのような細長本体
２７６を有し、この細長本体２７６をアクセス孔又は開口２７８内に突入させる。アクセ
ス孔２７８は閉鎖又は封止したチャンバを構成することができる。例示的実施形態におい
て、可撓性薄膜とすることができるチャンネルバルブ２７２をバルブアクチュエータ２７
４によって空気圧的に作動する。より具体的には、バルブアクチュエータ２７４は、流体
（例えば、空気）を供給して閉鎖チャンバ内の圧力を増加し、これによりチャンネルバル
ブ２７２を変形させる。チャンネルバルブ２７２が変形したとき、チャンネルバルブは試
料チャンネル２７９の通口２７７をカバーし、これにより試料チャンネル２７９における
フローをブロックすることができる。
図７及び８は、チャンネルバルブ２８２を有するバルブ調節機構２８０を示す。バルブ
調節機構２８０は、バルブ調節機構２５０（図３参照）及びバルブ調節機構２７０（図５
参照）と同様の特徴を有することができる。チャンネルバルブ２８２はバルブアクチュエ
ータ２８４に回転可能に係合する。チャンネルバルブ２８２は、第１回転位置（図７に示
す）にあるとき試料チャンネル２８６におけるフローを可能にし、また第２回転位置（図
８に示す）にあるとき試料チャンネル２８６におけるフローをブロックできる形状の平面
状本体とする。より具体的には、チャンネルバルブ２８２は第２回転位置にあるとき通口
２８８をカバーすることができる。
図９は、バルブアクチュエータ２９０に動作可能に係合する回転バルブ２１６の断面を
示す。回転バルブ２１６は、マイクロ流体制御構体２１２の構体側面２１４に摺動可能に
係合する。バルブアクチュエータ２９０は、回転バルブ２１６を軸線９９周りに指定バル
ブ位置（又は回転位置）に回転して、流体ネットワーク２０２（図１参照）の異なるチャ
ンネルを流体的に接続するよう構成する。回転バルブ２１６は、流体制御側面２９４及び
操作側面２９６を有する弁本体２９２を有する。操作側面２９６は、バルブアクチュエー
タ２９０に係合するよう構成した機械的インタフェース（接合部分）２９８を有すること
ができる。図示の実施形態において、機械的インタフェース２９８は、軸線２９９に一致
する平面状本体又はフィンを有する。バルブアクチュエータ２９０は機械的インタフェー
ス２９８を収容する構成とした溝孔３００を有し、これによりバルブアクチュエータ２９
０は回転バルブ２１６に動作可能に係合する。より具体的には、バルブアクチュエータ２
９０が回転バルブ２１６に係合し、バルブアクチュエータ２９０が回転バルブ２１６を軸
線２９９周りに回転させることができる。
構体側面２１４は、サプライ通口２１０及びフィード通口２２６を有する。構体側面２
１４は、さらに、リザーバ通口２２２Ａ～２２２Ｅ（図１０に示す）を有する。フローチ
ャンネル２１８は、第１チャンネル通口３０６と第２チャンネル通口３０８との間に延在
する。第１及び第２のチャンネル通口３０６，３０８は弁本体２９２の流体制御側面２９
４に開口する。例示的実施形態において、回転バルブ２１６は、２個のみのチャンネル通
口３０６，３０８と、１個のみのフローチャンネル２１８を有する。しかし、他の実施形
態において、回転バルブ２１６は２個より多いチャンネル通口及び／又は１個より多いフ
ローチャンネルを有することができる。このような実施形態によれば、回転バルブ２１６
の単一回転位置で２個より多いチャンネルを流体的に接続することができる。
図９に示すように、フィード通口２２６はチャンネル通口３０８に整列して流体的に接
続され、またサプライ通口２１０はチャンネル通口３０６に整列して流体的に接続される
。回転バルブ２１６の回転位置に基づいて、チャンネル通口３０６は、さらに、リザーバ
通口２２２Ａ～２２２Ｅのうち１つに流体的に接続することができる。上述したように、
回転バルブ２１６は軸線２９９周りに回転するよう構成する。幾つかの実施形態において
、フィード通口２２６及びチャンネル通口３０８は軸線２９９に整列するよう位置決めす
る。より具体的には、軸線２９９は、フィード通口２２６及びチャンネル通口３０８のそ
れぞれを貫通する。
バルブアクチュエータ２９０が回転バルブ２１６に動作可能に係合するときには、バル
ブアクチュエータ２９０が構体側面２１４に向かう方向にアクチュエータ力３１０を加え
ることができる。このような実施形態において、アクチュエータ力３１０は、チャンネル
通口３０６，３０８間のフローチャンネル２１８を封止し、またリザーバ通口２２２及び
／又はサプライ通口２１０を封止するのに十分なものとなり得る。
したがって、回転バルブ２１６は、第１回転位置において、フィード通口２２６及びサ
プライ通口２１０を流体的に接続し、また第２回転位置において、フィード通口２２６及
び対応のリザーバ通口２２２を流体的に接続する。回転バルブ２１６が異なる回転位置間
で回転するとき、回転バルブ２１６は、流体ネットワークの流路を効果的に変化する。
流体はフローチャンネル２１８をいずれかの方向に流動することができる。例えば、シ
ステムポンプ１１９（図１参照）のようなシステムポンプ（図示せず）はフィード通口２
２６に流体連通することができる。システムポンプは吸引力を発生し、流体をサプライ通
口２１０経由でフローチャンネル２１８内に引き込み、またフィード通口２２６を通過さ
せる。代案として、システムポンプは流体をフローチャンネル２１８内に変位させる正圧
を供給することができ、これにより、流体をフィード通口２２６経由でフローチャンネル
２１８内に流入させ、またサプライ通口２１０（又は対応のリザーバ通口２２２）を通過
させることができる。
図１０は、構体側面２１４を上から見下ろした図であり、サプライ通口２１０、フィー
ド通口２２６、及びリザーバ通口２２２Ａ～２２２Ｅを示す。図１０において、フローチ
ャンネル２１８は、２つの回転位置を代表して示すが、フローチャンネル２１８は他の回
転位置をとることができることを理解されたい。フローチャンネル２１８の回転位置は、
回転バルブ２１６（図２参照）のバルブ位置に相関する。リザーバ通口２２２Ａ～２２２
Ｅは、対応のリザーバチャンネルにより対応のリザーバに流体的に接続される。例えば、
リザーバ通口２２２Ａはリザーバ２４３に流体的に接続され、リザーバ通口２２２Ａはリ
ザーバ２４３に流体的に接続され、リザーバ通口２２２Ｂはリザーバ２４２に流体的に接
続され、リザーバ通口２２２Ｃはリザーバ２４１に流体的に接続され、リザーバ通口２２
２Ｄはリザーバ２４０に流体的に接続され、またリザーバ通口２２２Ｅはリザーバ２４４
に流体的に接続される。上述したように、回転バルブ２１６（図２参照）の回転位置に基
づいて、フローチャンネル２１８は、フィード通口２２６をサプライ通口２１０に、又は
対応のリザーバ通口２２２Ａ～２２２Ｅのうち１つに流体的に接続することができる。
表１は、シークエンシング・バイ・シンセシス（ＳＢＳ）プロトコールの種々の段階を
示す。例示的実施形態において、リザーバ２４４は水素化緩衝液を含み、リザーバ２４３
はヌクレオチド溶液を含み、リザーバ２４２は洗浄溶液を含み、またリザーバ２４１は開
裂溶液を含む。表１はＳＢＳプロトコールのスケジュールを提示するが、所望分析プロト
コールに基づいて様々なスケジュールを設けることができることを理解されたい。以下の
実施例において、生物試料はＰＣＲプロトコールに従って対応の試料調製領域２３２（図
２参照）内で増幅されている。
段階１において、フローチャンネル２１８は、サプライ通口２１０及びフィード通口２
２６を流体的に接続するバルブ位置を有する。段階１において、試料チャンネル２０６Ａ
に接続したチャンネルバルブ２４６，２４８（図２参照）を不作動状態（例えば、第１状
態）にし、第１生物試料が試料チャンネル２０６Ａ及び試料チャンネル２０８に流れるこ
とを可能にする。しかし、試料チャンネル２０６Ｂ～２０６Ｄに接続したチャンネルバル
ブ２４６，２４８は作動状態にして、第２、第３、及び第４の生物試料を対応する試料調
製領域２３２内に封止する。したがって、段階１において、ポンプアセンブリ３３２（図
２参照）は、第１生物試料のフローをフローチャンネル２１８に誘導することができる。
段階２において、第１生物試料をフローチャンネル２１８内に保存したまま、回転バルブ
２１６を第２バルブ位置に回転し、これによりフローチャンネル２１８はリザーバ通口２
２２Ｅ及びフィード通口２２６を流体的に接続する。この第２バルブ位置において、ポン
プアセンブリ３３２は、フローチャンネル２１８内の流体のフローを誘導し、第１生物試
料をリザーバ通口２２２Ｅ経由で水素化緩衝液内に流入させる。
段階３において回転バルブ２１６を回転して第１バルブ位置に戻し、またチャンネルバ
ルブ２４６，２４８を選択的に作動して、第３及び第４の生物試料を試料調製領域２３２
内に封止したまま第２生物試料をフローチャンネル２１８内に流入できるようにする。第
４段階で、第２生物試料をフローチャンネル２１８内に保存したまま回転バルブ２１６を
回転して第２バルブ位置に戻し、第２生物試料を、第１生物試料を含む水素化緩衝液に添
加する。段階５～８中に第３及び第４の生物試料を対応の試料調製領域から取り出して、
水素化緩衝液に添加する。したがって、第４生物試料は、水素化緩衝液を有する単一リザ
ーバ内に保存することができる。リザーバ２４４内に存在する間に、生物試料及び水素化
緩衝液で、ＳＢＳシークエンシング用に生物試料を調整する反応を生ずる。
段階９において、ポンプアセンブリ３３２は、統合した生物試料／水素化緩衝液を、リ
ザーバ通口２２２Ｅ、フローチャンネル２１８、フィード通口２２６を経由して反応チャ
ンバ３２６（図２参照）内に引き込む。生物試料は、反応チャンバを画定する表面に固定
化することができる。例えば、生物試料を含むクラスターを形成することができる。段階
１０～１３は、シークエンシング・サイクルを表す。段階１０において、回転バルブ２１
６を第３バルブ位置にし、ヌクレオチド溶液をフローチャンネル２１８経由で反応チャン
バ内に引き込むことができる。この時点で、ヌクレオチドが対応の生物試料（例えば、鋳
型核酸にアニーリングされたプライマー）に組み込まれる。段階１１において回転バルブ
２１６を第４バルブ位置にし、洗浄溶液を反応チャンバに通過させ、ヌクレオチド溶液を
伴って反応チャンバから流出させることができる。段階１１において、反応チャンバを撮
像検出器、例えば検出デバイス４０４（図１１参照）によって画像化する。クラスターか
ら発せられた光の色を使用して、クラスターが組み込んだ塩基を同定することができる。
段階１２において、回転バルブ２１６を第４バルブ位置にし、開裂溶液を反応チャンバに
流し、また蛍光色素分子（及び、もし存在するならば、可逆的ターミネーター部分）をク
ラスターから除去することができる。段階１３において、回転バルブ２１６を再び第３バ
ルブ位置にし、洗浄溶液を反応チャンバに流して、開裂溶液を除去することができる。段
階１０～１３は、シークエンシングが完了するまで、及び／又は試薬が枯渇するまで繰り
返すことができる。

図１１は、検出アセンブリ４００の一部の断面を示す。図示の実施形態において、検出
アセンブリ４００は、フローセル３２０に一体的に形成する。より具体的には、検出アセ
ンブリは、フローセル３２０及び反応チャンバ３２６に隣接して位置決めした検出デバイ
ス４０４を有する。フローセル３２０は検出デバイス４０４に取り付けることができる。
図示の実施形態において、フローセル３２０は１つ又は複数の固定メカニズム（例えば、
接着剤、ボンド、固定具等々）により検出デバイス４０４に直接付着する。幾つかの実施
形態において、フローセル３２０は、検出デバイス４０４に取外し可能に連結することが
できる。特定実施形態において、検出デバイス４０４は、反応チャンバ３２６からの光信
号を検出するよう構成する。したがって、検出デバイス４０４は、幾つかの実施形態にお
いて、撮像検出器を称することができる。
図示の実施形態において、検出デバイス４０４はデバイス基部４２５を有する。特定実
施形態において、デバイス基部４２５は、複数の積層レイヤ（例えば、シリコン層、誘電
体層、金属－誘電体層等）を有する。デバイス基部４２５は、光センサ４４０のセンサア
レイ４２４、光ガイド４６２のガイドアレイ４２６、及び対応する反応部位４１４を有す
る反応窪み４０８の反応アレイ４２８を有することができる。若干の実施形態において、
コンポーネントは、各光センサ４４０が単一の光ガイド４６２及び単一の反応部位４１４
に整列するよう配列する。しかし、他の実施形態において、単一の光センサ４４０が、１
個より多い光ガイド４６２からの、及び／又は１つより多い反応部位４１４からの光子を
受け取ることができる。本明細書で使用する単一光センサは、１個のピクセル又は１個よ
り多いピクセルを有することができる。検出デバイス４０４は、相補型金属酸化膜半導体
（ＣＭＯＳ）技術を用いて製造することができる。特定実施形態において、検出デバイス
４０４は、ＣＭＯＳ撮像検出器とする。
用語「アレイ」又は「サブアレイ」は、必ずしも検出デバイスを有する所定タイプの各
アイテム及びすべてのアイテムを含まなくてもよい。例えば、センサアレイ４２４は、検
出デバイス４０４に各光センサ及びすべての光センサを含まないものとすることができる
。その代わり、検出デバイス４０４は、他の光センサ（例えば、光センサの別アレイ）を
含むことができる。他の実施例として、ガイドアレイ４２６は、検出デバイスの各光ガイ
ド及びすべての光ガイドを含まないものとすることができる。その代わり、光ガイド４６
２とは異なる構成の他の光ガイド、又は検出デバイス４０４の他の素子と異なる関係性を
有する他の光ガイドとすることができる。このようにして、他に明示しない限り、用語「
アレイ」は、このような検出デバイスのアイテムをすべて含む又は含まないものとするこ
とができる。
図示の実施形態において、フローセル３２０は、側壁４０６と、並びに側壁４０６及び
他の側壁（図示せず）によって支持されるフローカバー４１０とを有する。側壁は、検出
器表面４１２に連結し、またフローカバー４１０と検出器表面４１２との間に延在する。
幾つかの実施形態において、側壁は、フローカバー４１０を検出デバイス４０４に結合す
る硬化可能接着剤層から形成する。
フローセル３２０は、反応チャンバ３２６がフローカバー４１０と検出デバイス４０４
との間に存在するサイズ及び形状にする。図示のように、反応チャンバ３２６は高さＨ１
を有することができる。単に例として、高さＨ１は、約５０～４００μｍ（ミクロン）の
間、とくに約８０～２００μｍ（ミクロン）の間とすることができる。図示の実施形態に
おいて、高さＨ１は約１００μｍとする。フローカバー４１０は、検出アセンブリ４００
の外部から反応チャンバ３２６内に伝播する励起光を透過する材料を含むことができる。
図７に示すように、励起光４０１は直角でない角度でフローカバー４１０に入射する。し
かし、これは単に説明目的のためだけのものであり、励起光は異なる角度でフローカバー
４１０に入射することができる。反応チャンバ３２６は、検出器表面４１２に沿って流体
を導くことができるサイズ及び形状にする。反応チャンバ３２６の高さＨ１及び他の寸法
は、検出器表面４１２に沿う流体のほぼ均一なフローを維持するよう構成することができ
る。反応チャンバ３２６の寸法は、さらに、バブル形成を抑制するよう構成する。
側壁４０６及びフローカバー４１０は、互いに連結する個別コンポーネントとすること
ができる。他の実施形態において、側壁４０６及びフローカバー４１０は、材料の連続ピ
ースから形成されるよう一体形成することができる。例えば、フローカバー４１０（又は
フローセル３２０）は、ガラス又はプラスチックのような透明材料を有することができる
。フローカバー４１０は、反応チャンバ３２６を画定する平面状外面及び平面状内面を有
する、ほぼ直方体ブロックを構成することができる。このブロックを側壁４０６に取り付
けることができる。代案として、フローセル３２０をエッチングして、フローカバー４１
０及び側壁４０６を画定する。例えば、窪みを透明材料にエッチングすることができる。
エッチングした材料を検出デバイス４０４に取り付けるとき、窪みは反応チャンバ３２６
となり得る。
検出デバイス４０４は、官能化する（例えば、指定反応を行うため適正な方法で化学的
又は物理的に修飾する）ことができる検出器表面４１２を有する。例えば、検出器表面４
１２は、官能化し、また固定化した１種類又は複数種類の生体分子を有する複数の反応部
位４１４を有することができる。検出器表面４１２は、反応窪み又は片面開放反応窪み４
０８のアレイを有する。各反応窪み４０８は、１つ又は複数の反応部位４１４を有する。
反応窪み４０８は、例えば、検出器表面４１２に沿う凹み又は深さ変化によって画定する
ことができる。他の実施形態において、検出器表面４１２はほぼ平面状にすることができ
る。
図１１に示すように反応部位４１４は、検出器表面４１２に沿ってパターン化して分布
させることができる。例えば、反応部位４１４は、マイクロアレイに類似するように検出
器表面４１２に沿う行列として配置することができる。しかし、反応部位の様々なパター
ンを使用できると理解されたい。反応部位は、光信号を発生する生物学的物質又は化学物
質を含むことができる。例えば、反応部位における生物学的物質又は化学物質は、励起光
４０１に応答して発光することができる。特別な実施形態において、反応部位４１４は、
検出器表面４１２に固定化した生体分子（例えば、核酸）のクラスター又はコロニーを有
する。
図１２は方法４７０のフローチャートである。この方法は、生物試料を調製するステッ
プ及び／又は解析用に生物試料の指定反応を検出するステップを有することができる。方
法４７０は、例えば、本明細書に記載の実施形態（例えば、システム及び／又は方法）の
構造又は態様を採用することができる。様々な実施形態において、若干のステップを同時
に実施する、若干のステップを一斉に実施する、若干のステップを複数ステップに分割す
る、若干のステップを異なる順序で実施する、又は若干のステップ若しくは一連のステッ
プを反復して再実施することができる。
方法４７０は、フロー制御システム２００（図２参照）と類似又は同一のフロー制御シ
ステムを用いて実施又は実行することができる。方法４７０は、回転バルブを第１バルブ
位置に回転するステップを有する。回転バルブは少なくとも１個のフローチャンネルを有
する。第１バルブ位置において、このフローチャンネルは、試料チャンネル（又はフロー
制御システムの他のリザーバ）に、また反応チャンバに流体連通し、フローチャンネルは
、試料チャンネル及び反応チャンバを流体的に接続することができる。例えば、回転バル
ブは第１チャンネル通口及び第２チャンネル通口を有することができる。第１チャンネル
通口は、通口（例えば、サプライ通口又はリザーバ通口）に整列し、また第２チャンネル
通口はフィード通口に整列することができる。回転バルブが第１バルブ位置にあるとき、
他の通口は回転バルブによって封止され、流体は他の通口に流れるのをブロックすること
ができる。
方法４７０は、さらに、回転バルブが第１バルブ位置にあるとき生物試料を試料チャン
ネル（又は第１リザーバ）からフローチャンネルに流入させるステップ（４７４）を有す
る。例えば、生物試料はサプライ通口経由で回転バルブのフローチャンネルに流入するこ
とができる。他の実施例として、生物試料は、リザーバ、例えば水素化緩衝液を収容する
リザーバ内に配置することができる。生物試料（水素化緩衝液とともに）リザーバ通口経
由でフローチャンネルに流入することができる。
随意的に、生物試料を反応チャンバ内に流入させ続けることができる（ステップ４７６
）。代案として、方法４７０は、生物試料がフローチャンネル内に配置された状態のまま
回転バルブを第２バルブ位置に回転するステップ（４７８）を有する。第２バルブ位置に
おいて、フローチャンネルは、他のリザーバ、例えば水素化緩衝液を収容するリザーバに
流体的に接続することができる。ステップ４８０において、フローチャンネル内の生物試
料がリザーバ内に流入するフローを誘導することができる（例えば、ポンプアセンブリに
よって）。方法４７０は、所望生物試料のそれぞれが共通リザーバ内に配置されるまで、
ステップ４７２，４７４，４７８、及び４８０を繰り返す。ステップ４８２において、水
素化緩衝液を伴う生物試料を同時にフローチャンネル経由で反応チャンバ内に進入させる
ことができる。
したがって、１つ又は複数の生物試料が反応チャンバ内に回転バルブを利用して反応チ
ャンバに導くことができる。代替的実施形態において、生物試料（又は複数の生物試料）
は反応チャンバへの直接チャネルを有し、回転バルブを流れることがないものとすること
ができる。随意的に、方法４７０は、指定反応を行わせるため、表１につき説明した操作
のような指定操作の繰り返しを開始することができる。例えば、回転バルブは他のバルブ
位置に回転し（ステップ４８４）、反応チャンバを指定リザーバに流体的に接続すること
ができる。ステップ４８６において、反応成分は反応チャンバに流入し、生物試料と相互
作用することができる。随意的に、ステップ４８８において、方法４７０は、反応チャン
バ内における指定反応を検出する。方法４７０は、次にステップ４８４に復帰する。
図１３は、マイクロ流体制御構体５０４の構体側面５０２に回転可能に取り付ける、本
発明の実施形態による回転バルブ５００の平面図である。この回転バルブ５００は、回転
バルブ２１６（図２参照）と類似する特徴を有することができる。マイクロ流体制御構体
５０４は、反応成分及び／又は生物試料を保持するよう構成した複数個のリザーバ５０６
～５１０を有する。より具体的には、リザーバ５０６～５０９は、それぞれ第１、第２、
第３、及び第４の生物試料（又は試料液体）を保持する。リザーバ５１０は水素化緩衝液
を有する。リザーバ５０６～５１０のそれぞれは、図１３に直線で示す対応するリザーバ
チャンネル５１６～５２０により対応する通口に流体的に接続する。図示のように、これ
ら通口は、構体側面５０２に開口し、またリザーバ５０６～５１０に流体連通するサプラ
イ通口５２６～５３０を含む。マイクロ流体制御構体５０４は、さらに、構体側面５０２
に開口するフィード通口５２４（図１３に示す）を有する。
回転バルブ５００は、構体側面５０２に係合する流体制御側面５１３及び反対側の操作
側面５１４を有する弁本体５１２を備える。この弁本体５１２は、第１、第２、第３、及
び第４のフローチャンネル５３６～５３９を有する。各フローチャンネル５３６～５３９
は、増幅又はＰＣＲプロトコール中に生物試料を保持するよう構成する。各フローチャン
ネル５３６～５３９は、中心に位置する共通チャンネル通口（又は流出通口）５４４を有
する。他の実施形態において、フローチャンネル５３６～５３９は同一のチャンネル通口
を共有しないものとする。共通チャンネル通口５４４は、軸線５４２を有し、この軸線５
４２の周りに回転バルブ５００が回転する。フローチャンネル５３６～５３９は、第１チ
ャンネル通口（又は流入通口）５４６～５４９を有する。したがって、各フローチャンネ
ル５３６～５３９は、対応する第１チャンネル通口５４６～５４９から共通チャンネル通
口５４４まで延在する。回転バルブ２１６（図２参照）と同様に、回転バルブ５００は、
異なるバルブ位置に回転してリザーバ及びチャンネルを流体的に接続するよう構成する。
しかし、回転バルブ５００とは異なり、回転バルブ５００は増幅プロトコール中に使用す
る。より具体的には、弁本体５１２は、生物試料をフローチャンネル５３６～５３９内に
保持したまま、熱サイクラー５７０（図１４参照）に係合することができる。
幾つかの実施形態において、フローチャンネル５３６～５３９は、非拡散セグメント５
４５を有することができる。この非拡散セグメント５４５は、フローチャンネル５３６～
５３９内の生物試料がＰＣＲプロトコールを受けるときに生ずる拡散の可能性を減少する
よう構成する。例えば、図１３に示すフローチャンネル５３６～５３９は、非線形経路を
有し、また経路に沿って変化する寸法を有する。より具体的には、フローチャンネル５３
６～５３９は、フローチャンネルが対応の第１チャンネル通口から共通チャンネル通口５
４４に向かって延在するにつれて、行ったり来たりの巻回をする蛇行経路又は波状経路を
有する。第１チャンネル通口５４６～５４９は、半径方向外方の場所をとる。フローチャ
ンネル５３６～５３９の形状の他に、フローチャンネル５３６～５３９は、フローチャン
ネルが対応の第１チャンネル通口から共通チャンネル通口５４４に向かって延在するにつ
れて減少する寸法を有する。他の実施形態において、非拡散セグメント５４５は蛇行経路
を持たないようにすることができる。非拡散セグメント５４５を含まないフローチャンネ
ル５３６～５３９のセグメントは、試料調製領域５４３と称することができ、この試料調
製領域５４３は、対応のフローチャンネルにおける生物試料が温度変化のような異なる条
件に晒される部分を表すものである。しかし、少なくとも幾つかの実施形態において、生
物試料は非拡散セグメント５４５内にも存在し得ることを理解されたい。
図１４は、熱サイクラー５７０を操作側面５１４に取り付けるときの回転バルブ５００
の垂直断面図を示す。幾つかの実施形態において、熱サイクラー５７０は、弁本体５１２
をマイクロ流体制御構体５０５の構体側面５０２に押し付ける取付け力５７２を付与する
ことができる。図１４には示さないが、弁本体５１２は、熱サイクラー５７０が係合する
１個又は複数個の機械的インタフェース（例えば、フィンのような非平面状形体）を有す
ることができる。この熱サイクラー５７０は、フローチャンネル５３６～５３９の温度を
制御するよう構成する。特定の実施形態において、熱サイクラー５７０は、各フローチャ
ンネル５３６～５３９の温度を同時に制御する。他の実施形態において、熱サイクラー５
７０は、一度にすべてのフローチャンネルではなく、フローチャンネルに選択的に係合す
ることができる。
図１４に示すように、共通チャンネル通口５４４はフィード通口５２４に流体的に接続
する。軸線５４２は共通チャンネル通口５４４及びフィード通口５２４に貫通する。フロ
ーチャンネル５３７の第１チャンネル通口５４７は、リザーバ通口５２７に流体的に接続
する。しかし、フローチャンネル５３９の第１チャンネル通口５４９は構体側面５０２に
よって封止される。したがって、図１４に示すバルブ位置において、流体（例えば、生物
試料を含む流体）は、リザーバ５０７（図１３参照）からフローチャンネル５３７内に流
入する。
図１５Ａ～１５Ｌは、回転バルブ５００の平面図であり、また異なる操作を生ずる異な
るバルブ位置を示す。増幅プロトコール用に調製するため、システムコントローラ１８０
（図１参照）のようなシステムコントローラは、ポンプアセンブリ（図示せず）及び回転
バルブ５００を選択的に制御するよう構成する。ポンプアセンブリは、ポンプアセンブリ
３３２に類似のものとし、また１つ又は複数のフローポンプを有することができる。幾つ
かの実施形態において、単一ポンプを回転バルブ５００の下流に設け、また流体を共通チ
ャンネル通口５４４（図15Ａ参照）に引き込むよう構成することができる。
随意的に、フローチャンネル５３６～５３９（図１５Ａ参照）は、生物試料を収容する
前に、流体をプライム注入することができる。例えば、図１５Ａ～１５Ｄは、対応するフ
ローチャンネルの第１チャンネル通口が、リザーバ５１０に流体連通するリザーバ通口５
３０に流体的に接続される状態を示す。したがって、各フローチャンネルの第１チャンネ
ル通口は、個別にリザーバ５１０に接続することができる。フローチャンネルがリザーバ
５１０に流体連通するとき、システムコントローラは、ポンプアセンブリを選択的に作動
させて、リザーバ５１０内の反応成分のフローを誘導し、反応成分を対応のフローチャン
ネルに流入させる。
従って図１５Ｄの状態後、各フローチャンネル５３６～５３９は、反応成分をプライム
注入する。反応成分はリザーバ５１０に関連するが、他の反応成分を使用してフローチャ
ンネル５３６～５３９にプライム注入することができる。例えば、フローチャンネル５３
６～５３９は、例えば、水又は緩衝溶液を収容する別個のリザーバ（図示せず）に流体的
に接続することができる。図示の実施形態において、各フローチャンネル５３６～５３９
は、個別にリザーバ５１０に接続する。代替的実施形態において、フローチャンネル５３
６～５３９のうち１つ又は複数を、リザーバ５１０又は別個のリザーバに同時に接続する
ことができる。
フローチャンネル５３６～５３９がプライム注入された後、リザーバ５０６～５０９（
図１５Ｅ参照）からの生物試料をフローチャンネル５３６～５３９内に装填することがで
きる（図１５Ｅ参照）。例えば、図１５Ｅに示すように、フローチャンネル５３８を、リ
ザーバ５０８に流体連通するリザーバ通口５２８に流体的に接続する。このとき、フロー
チャンネル５３６，５３７及び５３９は構体側面５０２によってカバーされる。ポンプア
センブリはリザーバ５０８内の生物試料のフローを誘導し、これにより生物試料はフロー
チャンネル５３８内に流入する。フローの量は、リザーバ５０８内の流体の量に基づくも
のとすることができる。生物試料がフローチャンネル５３８内に装填された後、回転バル
ブ５００を選択的に回転し、またポンプアセンブリを同様に選択的に作動させ、リザーバ
５０６，５０７、及び５０９における生物試料を、それぞれ図１５Ｆ～１５Ｈに示すよう
に、フローチャンネル５３６，５３７、及び５３９内に導入させることができる。
生物試料を各フローチャンネル５３６～５３９内に装填した状態で、回転バルブ５００
を選択的に回転し、各第１チャンネル通口５４６～５４９をマイクロ流体制御構体５０４
の構体側面５０２によってカバー（又は封止）する。第１チャンネル通口５４６～５４９
が封止されるバルブ位置を図１５Ｉに示す。次に、熱サイクラー５７０（図１４参照）を
制御し、指定増幅プロトコールに従って温度変化のサイクルを開始することができる。フ
ローチャンネル５３６～５３９は、一方の端部のみを封止するが、ポンプアセンブリ及び
非拡散セグメント５４５は、生物試料（例えば、ＰＣＲプラグ）のフィード通口５２４（
図１４参照）への移動及び／又は拡散に抵抗を与えることができる。
増幅プロトコール後、生物試料を共通リザーバ内に装填することができる。例えば、図
１５Ｊ～１５Ｌに示すように、フローチャンネル５３６～５３８内の生物試料をリザーバ
５１０に流体的に接続することができる。ポンプアセンブリを選択的に操作して、生物試
料のリザーバ５１０内へのフローを誘導することができる。図示しないが、フローチャン
ネル５３６も流体的にリザーバ５１０に接続し、これによりフローチャンネル５３６内の
生物試料をリザーバ５１０内に装填することができる。したがって、リザーバ５０６～５
０９からの各生物試料を、増幅プロトコール後に共通リザーバ５１０内に装填することが
できる。次に、ポンプアセンブリを選択的に作動させ、混合した生物試料のフィード通口
へのフローを誘導することができる。生物試料は、反応チャンバ、例えば、反応チャンバ
３２６（図２参照）に流体的に送給することができる。この後、生物試料は、上述したよ
うに指定反応を行うことができる。特別な実施形態において、生物試料はＳＢＳプロトコ
ール中に使用することができる。
図１６は、本発明の実施形態により形成し、マイクロ流体制御構体６１８の構体側面６
１６に取り付ける回転バルブ６００の平面図である。回転バルブ６００は回転バルブ２１
６（図２参照）及び回転バルブ５００（図１３参照）に類似の特徴を有することができる
。回転バルブ６００は、フローチャンネル６０４～６０６を有する弁本体６０２を備える
。各フローチャンネル６０４～６０６は、第１チャンネル通口（又は流入通口）６０８と
第２チャンネル通口（又は流出通口６１０との間に延在する。回転バルブ５００とは異な
り、フローチャンネル６０４～６０６は、共通チャンネル通口に流体連通しない。
図示の実施形態において、各フローチャンネル６０４～６０６は、上流チャンネル６１
２及び下流チャンネル６１４に流体連通する。図１６において、回転バルブ６００は、各
フローチャンネル６０４～６０６が対応の上流チャンネル６１２から生物試料を受容する
バルブ位置にある。例えば、フローチャンネル６０４～６０６は、対応する生物試料を同
時に受容することができる。生物試料のフローチャンネル６０４～６０６へのフローは、
共通ポンプによって誘導することができる。例えば、下流チャンネル６１４は互いに合流
させ、また単一ポンプに流体的に接続することができる。代案として、個別ポンプをフロ
ーチャンネル６０４～６０６に流体的に接続することができる。
図１７は、フローチャンネル６０４～６０６それぞれの第１及び第２のチャンネル通口
６０８，６１０がマイクロ流体制御構体６１８の構体側面６１６によって封止されるバル
ブ位置に回転バルブを回転した後の回転バルブ６００の平面図である。図１７に示すバル
ブ位置において、熱サイクラー（図示せず）を弁本体６０２に係合して、フローチャンネ
ル６０４～６０６内で受ける温度を制御する。このようにして、生物試料は上述のような
増幅プロトコールを受けることができる。図１３～１５に示す実施形態とは異なり、フロ
ーチャンネル６０４～６０６は、ＰＣＲプラグが拡散及び移動する可能性を減少するため
両側の端部を封止する。
図１８は、本発明の実施形態により形成した回転バルブ６２０の平面図である。回転バ
ルブ６２０は、回転バルブ６００（図１６参照）に類似又は同一のものとすることができ
、また複数個のフローチャンネル６２４～６２６を有することができる。図示のように、
回転バルブ６００は、３つの温度制御エリア又はゾーン６３４～６３６に分割する。温度
制御エリア６３４～６３６は、破線で示すパイ状エリアで表す。各温度制御エリア６３４
～６３６は、１個又は複数個の熱サイクラー（図示せず）によって制御する異なる温度レ
ンジを表す。より具体的には、生物試料をフローチャンネル６２４～６２６内に装填した
後、回転バルブ６２０を選択的に異なる位置に回転することができる。温度制御エリア６
３４内のフローチャンネルは、核酸を変性する指定温度に曝すことができる。温度制御エ
リア６３５内のフローチャンネルは、アニーリング延伸段階用の指定温度に曝し、また温
度制御エリア６３６内のフローチャンネルは、予加熱及び／又は温度保持段階用の指定温
度に曝すことができる。システムコントローラは、回転バルブ６２０を３つの異なるバル
ブ位置に選択的に回転して、生物試料に多重ＰＣＲ増幅段階のサイクル動作をさせること
ができる。したがって、回転バルブ６００フローチャンネルとは異なり、フローチャンネ
ル６２４～６２６は異なる温度に曝される。
図１９は方法６５０を示すフローチャートである。幾つかの実施形態において、方法６
５０は、生物試料を調製するステップと、及び随意的に、解析用に生物試料の指定反応を
検出するステップとを有することができる。方法６５０は、例えば、上述したような種々
の実施形態（例えば、システム及び／又は方法）、例えば、図１３～１８につき説明した
実施形態の構造又は態様を採用することができる。様々な実施形態において、若干のステ
ップを省略又は付加する、若干のステップを組み合わせる、若干のステップを同時に実施
する、若干のステップを一斉に実施する、若干のステップを複数ステップに分割する、若
干のステップを異なる順序で実施する、又は若干のステップ又は一連のステップを反復し
て再実施することができる。
方法６５０は、マイクロ流体制御構体及び回転バルブを準備するステップ（６５２）を
有する。マイクロ流体制御構体は、構体側面と、リザーバ通口５２６～５２９のようなサ
プライ通口、及びフィード通口を含む流体ネットワークとを有することができる。サプラ
イ通口は構体側面に開口することができる。回転バルブは、構体側面に回転可能に取り付
けることができ、また第１チャンネル通口、第２チャンネル通口、及び第１チャンネル通
口と第２チャンネル通口との間に延在するフローチャンネルを有することができる。幾つ
かの実施形態において、多重のフローチャンネルを使用することができ、これらフローチ
ャンネルは、図１６～１８の実施形態におけるように個別の第２チャンネル通口を有する
、又は図１３～１５の実施形態におけるように第２チャンネル通口を共有することができ
る。第２チャンネル通口を共有する実施形態においては、第２チャンネル通口を共通チャ
ンネル通口と称することができる。
方法６５０は、第１チャンネル通口がマイクロ流体制御構体のサプライ通口に流体連通
する第１バルブ位置に回転バルブを回転するステップ（６５４）を有する。方法６５０は
、さらに、回転バルブが第１バルブ位置にあるとき、生物試料を第１チャンネル通口経由
でフローチャンネル内に流入させるステップ（６５６）を有する。生物試料は、第１チャ
ンネル通口から第２チャンネル通口に向かう方向に流動することができる。流入ステップ
（６５６）は、流動の流量及び／又は持続時間を選択的に制御するステップを有し、この
制御は、生物試料が第２チャンネル通口又はフィード通口をほぼ通り過ぎることがないよ
うに行う。回転バルブ５００のような複数のフローチャンネルを有する実施形態に対して
は、ステップ６５４及び６５６は、各フローチャンネルが内部に対応の生物試料を有する
ようになるまで繰り返す。しかし、各フローチャンネルの回転ステップ（６５４）は同一
バルブ位置においてではない。より具体的には、生物試料を対応するフローチャンネル内
に流入させるとき、他のフローチャンネルは一方又は双方の端部を封止することができる
。
方法６５０は、さらに、フローチャンネル内の生物試料を伴って回転バルブを第２バル
ブ位置に回転し、第１チャンネル通口を構体側面によって封止するステップ（６５８）と
、フローチャンネル内における生物試料の温度を選択温度に変化させる熱サイクリング操
作を実施するステップ（６６０）とを有する。この実施ステップ（６６０）は、所定スケ
ジュールに従うものとすることができる。例えば、このスケジュールは、ＰＣＲ操作を実
行してその後の解析用に生物試料を増幅できるものとする。
随意的に、この実施ステップ（６６０）後に、生物試料又は複数の生物試料をリザーバ
内に装填する（ステップ６６２）。例えば、リザーバは、その後の解析用に生物試料を調
製する水素化緩衝溶液を有することができる。ステップ６６４において、生物試料（又は
組み合せた生物試料）を、その後の解析用に反応チャンバに送給する（ステップ６６６）
。
図２０は、マイクロ流体制御構体７０２及び回転バルブ７０４を備える、本発明の実施
形態により形成したフロー制御システム７００の斜視図である。回転バルブ５００（図１
３参照）、６００（図１６参照）、及び６２０（図１８参照）とは異なり、増幅は回転バ
ルブ７０４内のみでは生じない。その代わり、増幅はマイクロ流体制御構体７０２内で少
なくとも部分的に生ずる。より具体的には、マイクロ流体制御構体７０２は、第１構体側
面７０６（図２２に示す）及び、これとは反対方向に対面する第２構体側面７０８（図２
２に示す）を有する。マイクロ流体制御構体７０２は流体ネットワーク７０５を備え、こ
の流体ネットワーク７０５は、複数個の試料リザーバ７１１～７１４、対応の流入通口７
３１～７３４を有する複数個のサプライチャンネル７２１～７２４、及び共通の流出通口
７３６を含む。流入通口７３１～７３４及び流出通口７３６は、第１構体側面７０６に開
口する（図２２参照）。
回転バルブ７０４は、第１構体側面７０６に沿ってマイクロ流体制御構体７０２に回転
可能に取り付ける。図示の実施形態において、回転バルブ７０４は、第１チャンネルセグ
メント７２６及び第２チャンネルセグメント７２８を有する。これら第１及び第２のチャ
ンネルセグメント７２６，７２８は、回転バルブ７０４の流体制御側面７０９に開口する
ことができる。代案として、第１及び第２のチャンネルセグメント７２６，７２８は、流
体制御側面７０９に開口する対応するチャンネル通口間に延在することができる。第１及
び第２のチャンネルセグメント７２６，７２８は、互いに離間し、また流体制御側面７０
９の一部分に沿ってのみ延在する。例示的実施形態において、第２チャンネルセグメント
７２８は回転バルブ７０４のいずれの回転位置においても流出通口７３６に流体連通する
。
図２０は、試料リザーバ７１１がポンプアセンブリに流体連通する指定位置にある回転
バルブ７０４を示す。より具体的には、第１チャネルセグメント７２６は、流入通口７３
１と試料リザーバ７１１との間に流体的に介在する。第２チャンネルセグメント７２６は
、試料リザーバ７１１と流出通口７３６との間に介在する。このようにして、サプライチ
ャンネル７２１は、第１チャンネルセグメント７２６、試料リザーバ７１１、及び第２チ
ャンネルセグメント７２８経由でフィードチャンネル７５６に流体連通する。
図示しないが、フロー制御システム７００は、流入通口７３１及び第１チャンネルセグ
メント７２６経由で試料リザーバ７１１内に流入する流体のフローを誘導するよう構成し
たポンプアセンブリを備えることができる。流体は、例えば、サプライチャンネル７２１
に流体連通する遠隔のリザーバ（図示せず）内に位置する生物試料を含むことができる。
流体の流動及び試料リザーバの寸法は、生物試料が第２チャンネルセグメント７２８を経
て試料リザーバ７１１からほぼ流出しないよう構成することができる。生物試料を試料リ
ザーバ７１１内に装填した後、回転バルブ７０４を選択的に回転し、第１チャンネルセグ
メント７２６及び第２チャンネルセグメント７２８が試料リザーバ７１２に流体的に接続
するようにする。試料リザーバ７１２には、サプライチャンネル７２２から流れる生物試
料を装填することができる。同様にして、試料リザーバ７１３及び７１４に対応する生物
試料を装填することができる。
図２１は、試料リザーバ７１１～７１４に対応する生物試料を装填した後のフロー制御
システム７００の斜視図である。幾つかの実施形態において、回転バルブ７０４は、図２
０に示すガスリザーバ７４１～７４４を有する。増幅プロトコール中、ガスリザーバ７４
１～７４４は、試料リザーバ７１１～７１４に整列するよう構成する。例えば、図２２に
示すように、試料リザーバ７１１及びガスリザーバ７４１が組み合わさって試料調製チャ
ンバ７５１を形成うる。ガスリザーバ７４１内のガスは、試料調製チャンバ７５１内でガ
スバラストとして機能することができる。熱サイクリング後、生物試料は、出口通口７３
６に流体連通するフィードチャンネル７５６（図２０参照）に流れる。本明細書に記載し
たように、生物試料は、反応チャンバ３２６（図２参照）のような反応チャンバに導くこ
とができる。
図２３は、本発明の実施形態によって形成したシステム８００の概略図である。システ
ム８００は、システム１００（図１参照）に類似の特徴を有することができる。例えば、
システム８００は、流体ネットワーク８０４を有するフロー制御システム８０２を備える
。流体ネットワーク８０４は、多数の相互接続したチャンネル、通口、リザーバ、流体フ
ローを保持又は流すよう構成した他の空間的領域を有する。例えば、流体ネットワーク８
０４は、回転バルブ８０６，８０８を有する。回転バルブ８０６は試料調製段階中に使用
するよう構成し、回転バルブ８０８は試料解析段階中に使用するよう構成する。回転バル
ブ８０６，８０８は、流体ネットワーク８０４の中間チャンネル８１０によって流体的に
接続する。流体ネットワーク８０４は、さらに、フィードチャンネル８１２、反応チャン
バ８１４、及び廃棄リザーバ８１６を有する。フロー制御システム８０２は、流体ネット
ワーク８０４に流体連通するポンプアセンブリ８１８を有する。図示の実施形態において
、ポンプアセンブリ８１８は単一ポンプを有するが、他の実施形態において複数のポンプ
を有することができる。システム８００は、構体側面８１９を有するマイクロ流体制御構
体（図示せず）を備えることができる。回転バルブ８０６，８０８は構体側面８１９に回
転可能に取り付ける。マイクロ流体制御構体は、さらに、中間チャンネル８１０及びフィ
ードチャンネル８１２を有する又は画定することができる。
流体ネットワーク８０４は、さらに、複数個の分析チャンネル８２１～８２４及び複数
個の試料リザーバ８３１～８３４を有する。各分析チャンネル８２１～８２４は、対応す
る第１通口８２６と第２通口８２８との間に延在し、また対応する試料リザーバを中間チ
ャンネル８１０に流体的に接続する。図示のように、分析チャンネル８２１～８２４は熱
制御エリア８２５を貫通する。図示の実施形態において、分析チャンネル８２１～８２４
は熱制御エリア８２５を通る波状経路を有する。分析チャンネル８２１～８２４の熱制御
エリア８２５を貫通する部分は、試料調製領域８２７を構成することができる。非線形経
路に代わって又は付加的に、分析チャンネル８２１～８２４は、対応する生物試料の指定
量を保持する異なる寸法にすることができる。
回転バルブ８０６は、複数のバルブ位置間で移動するよう構成する。回転バルブ８０６
は、ブリッジチャンネル８４０と、及びフローチャンネル８４２とを有する。ブリッジチ
ャンネル８４０及びフローチャンネル８４２は、試料リザーバ８３１～８３４のうち１つ
を中間チャンネル８１０に流体的に接続するよう構成する。例えば、図２３に示すように
、ブリッジチャンネル８４０は、試料リザーバ８３３のリザーバ通口（又はサプライ通口
）８５３を分析チャンネル８２３の第１通口８２６に流体的に接続する。同時に、フロー
チャンネル８４２が第２通口８２８を中間通口８５６に流体的に接続する。中間通口８５
６は、構体側面８１９に沿って開口し、また中間チャンネル８１０に流体連通する。
したがって、システムコントローラ（図示せず）は回転バルブ８０６を選択的に回転し
、試料リザーバ８３１～８３４をそれぞれ対応の分析チャンネル８２１～８２４に流体的
に接続する。システムコントローラは、ポンプアセンブリ８１８を制御して、試料リザー
バ内における生物試料のフローを誘導し、生物試料を分析チャンネル８２１～８２４の試
料調製領域８２７内に配置する。
生物試料（又は複数の試料）を対応する分析チャンネル内に配置するとき、回転バルブ
８０６をシステムコントローラによって他のバルブ位置に回転し、分析チャンネル８２１
～８２４それぞれの第１及び第２の通口８２６，８２８を構体側面８１９によってカバー
又は封止する。分析チャンネルが封止された状態で、生物試料は増幅プロトコールを受け
ることができる。例えば、熱サイクラー（図示せず）を熱制御エリア８２５に隣接配置し
、増幅プロトコールに従って熱エネルギーを加えることができる。特別な実施形態におい
て、各生物試料を同時に熱制御エリア８２５内に配置することができる。代替的実施形態
において、生物試料は個別の時点で熱制御エリア８２５内に配置することができる。
生物試料を増幅した後、回転バルブ８０６を対応のバルブ位置に戻し、対応の生物試料
をフローチャンネル８４２内に装填することができる。生物試料をフローチャンネル８４
２内に配置した状態で、回転バルブを他の位置に回転し、フローチャンネル８４２をリザ
ーバ８３５に流体連通させる。リザーバ８３５は、例えば、水素化緩衝溶液を収容するこ
とができる。生物試料をこのリザーバ８３５に装填することができる。随意的に、回転バ
ルブ８０６及びポンプアセンブリ８１８を同様にして動作させ、生物試料を他の分析チャ
ンネルからリザーバ８３５内に装填する。生物試料はこの後、他の段階に向かわせること
ができる。例えば、生物試料は、フローチャンネル８４２、中間通口８５６経由で中間チ
ャンネル８１０に流入することができる。代替的実施形態において、生物試料は、最初に
リザーバ８３５内に装填されることなく、回転バルブ８０８に向かわせることができる。
図２３に示すように、回転バルブ８０８は、フローチャンネル８７０と、及び複数個の
試薬リザーバ８７１～８７８とを有する。回転バルブ８０６を用いて、生物試料が調製さ
れた後に、生物試料を反応チャンバ８１４に移送することができる。随意的に、生物試料
を反応チャンバ８１４に送給する前に、回転バルブ８０８を回転して試薬リザーバ８７１
～８７８のうち１つ又は複数を反応チャンバ８１４に流体的に接続することができる。よ
り具体的には、フローチャンネル８７０を指定位置に回転して、試薬リザーバ８７１～８
７８のうち１つを反応チャンバ８１４に流体的に接続する。このように、回転バルブ８０
８を使用して、生物試料を収容する反応チャンバ８１４を準備することができる。例えば
、試薬リザーバ８７１～８７８は、クラスター化試薬、酵素、及び／又はキャプチャプロ
ーブを含むことができる。
生物試料を反応チャンバ８１４に送給した後、回転バルブ８０８を異なるバルブ位置に
選択的に回転することができる。例えば、回転バルブ８０８は、所定サイクルに従って、
ＳＢＳプロトコールを行うための反応成分を反復して送給することができる。サイクルは
、上述の表１に示すサイクルと同様のものとすることができる。したがって、回転バルブ
８０８を利用して、生物試料を収容する反応チャンバを準備する、及び／又は分析プロト
コールを行うことができる。
図２４及び２５は、ブリッジチャンネルを有する回転バルブを利用する他の実施形態を
示す。図２４はフロー制御システム９００の平面図であり、また図２５はフロー制御シス
テム９００の部分的な分解斜視図である。図示のように、フロー制御システム９００は、
互いに反対向きの第１構体側面９０４及び第２構体側面９０６（図２５参照）を有するマ
イクロ流体制御構体９０２を備える。マイクロ流体制御構体９０２は、複数個のフローチ
ャンネル９０８と、及び複数個の試料リザーバ９１０とを備える。各フローチャンネル９
０８は対応の試料リザーバ９１０に流体的に接続するよう構成する。フローチャンネル９
０８は、フローチャンネル５３６～５３９（図１３参照）と同様の形状及びサイズとする
ことができる。
フロー制御システム９００は、さらに、回転バルブ９１２を備える。回転バルブ９１２
は、対応するフローチャンネル９０８及び試料リザーバ９１０を流体的に接続するよう構
成した、複数個のブリッジチャンネル９１３～９１６を有する。特別な実施形態において
、各ブリッジチャンネル９１３～９１６は、回転バルブ９１２の外部に沿って側面が開放
した溝とする。代替的実施形態において、ブリッジチャンネル９１３～９１６は側面が開
放しないチャンネルとし、またその代わりに外部に開口する第１通口と第２通口との間に
延在するチャンネルとする。例えば、図２４に示すブリッジチャンネル９１６は、回転バ
ルブ９１２の回転位置に基づいて、対応する試料リザーバ９１０を対応するフローチャン
ネル９０８に流体的に接続する。生物試料がブリッジチャンネル９１３に流れるとき、他
のブリッジチャンネル９１４～９１６は、対応する試料リザーバ９１０には流体的に接続
されない。より具体的には、他のブリッジチャンネル９１４～９１６は回転バルブ９１２
によって封止される。
他の実施形態で説明したのと同様にして、熱サイクラー（図示せず）はフローチャンネ
ル９０８内の生物試料が晒される温度を変化させることができる。例えば、構体側面９０
４，９０６のうち一方又は双方に熱サイクラーを係合させることができる。増幅プロトコ
ール後に、生物試料は、付加的修飾／調製、及び／又は解析のための他の空間的領域に送
給することができる。
種々の実施形態につき上述したように、回転バルブ及びマイクロ流体制御構体は、互い
に連携して１つ又は複数の流体フローを指定様態で制御する異なる流体素子を有すること
ができる。上述の実施形態は単に例示的なものであり、限定的ではないと理解されたい。
例えば、上述の実施形態（及び／又はその態様）は互いに組み合せて使用することができ
る。さらに、多くの変更を行って、発明の範囲から逸脱することなく種々の実施形態の教
示するものに特別な状況又は材料を適用することができる。
図２６～２９は、本発明の実施形態により形成した回転バルブ９５０の様々な図である
。回転バルブ９５０は、回転バルブ２１６（図２参照）のような、種々の実施形態におけ
る回転バルブとして使用することができる。図２６及び２７のそれぞれは、回転バルブ９
５０を底部側から見た斜視図及び側方から見た斜視図である。この回転バルブ９５０は、
流体制御側面９５２及び操作側面９５４を有する。操作側面９５４は、バルブアクチュエ
ータ（図示せず）に係合するよう構成した機械的インタフェース９５６を有する。
図２８は回転バルブ９５０の断面図を示す。図示のように、回転バルブ９５０は、ハウ
ジングカバー９６０と、互いに固着状態に固定する側面カバー９６４とを有する。ハウジ
ングカバー９６０はバルブキャビティ９６２を画定し、また側面カバー９６４は流体制御
側面９５２に沿ってバルブキャビティ９６２の一方の端部を閉鎖する。回転バルブ９５０
は、さらに、バルブキャビティ９６２内にそれぞれ配置した機械的インタフェース９５６
、バルブばね９６８、マニホルド本体９７０、及び圧縮可能薄膜９７２を含むロータシャ
フト９６６を有する。このロータシャフト９６６は、マニホルド本体９７０及び圧縮可能
薄膜９７２を側面カバー９６４に沿って軸線９７８周りに回転するよう構成する。
マニホルド本体９７０は、一方の側面をロータシャフト９６６に固定し、反対側の側面
を圧縮可能薄膜９７２に固定する。圧縮ばね９６８は、マニホルド本体９７０及び圧縮可
能薄膜９７２を側面カバー９６４の内側表面に対して偏倚又は押圧することができる。特
別な実施形態において、圧縮可能薄膜９７２は、ポリプロピレン又は他の類似材料とする
ことができる。図２６に戻って説明すると、側面カバー９６４は、中心フロー通口９８０
、ドレイン通口、及び外側フロー通口９８２を有する。この側面カバー９６４は、図２６
において部分的に透明化して、中心フロー通口９８０、ドレイン通口、及び外側フロー通
口９８２を示す。合計９個の外側フロー通口９８２を示すが、他の実施形態では異なる個
数の通口を有することができる。
図２９は、回転バルブ９５０の拡大断面図であり、マニホルド本体９７０、圧縮可能薄
膜９７２、及び側面カバー９６４間における相互作用を示す。図示のように、側面カバー
９６４及び圧縮可能薄膜９７２は、両者間に潤滑リザーバ９９０を画定することができる
。潤滑リザーバ９９０は軸線９７８周りに延在することができる。幾つかの実施形態にお
いて、外側潤滑リザーバ９９１を設けることもできる。潤滑リザーバ９９０は図２６にも
示す。ドレイン通口９８１は潤滑リザーバ９９０に流体連通し、潤滑剤をリザーバ９９０
に装填できるようにする。図示のように、マニホルド本体９７０及び圧縮可能薄膜９７２
は、両者間にフローチャンネル９８４を画定する。ロータシャフト９６６がマニホルド本
体９７０を圧縮可能薄膜９７２とともに回転するとき、フローチャンネル９８４がともに
回転する。回転に抗する摩擦力は、圧縮可能薄膜９７２及び潤滑リザーバ９８０に起因し
て減少する。したがって、回転バルブ９５０の耐用寿命は、既知のバルブよりも長くする
ことができる。
本発明の実施形態によれば、試料チャンネル、反応チャンバ及びリザーバを有する流体
ネットワークを備えるシステムを提供する。試料チャンネルは、生物試料を受容するよう
構成した試料通口に流体連通する。システムは、さらに、流体ネットワークに流体連通す
るよう構成したポンプアセンブリを備える。システムは、さらに、フローチャンネルを有
し、また第１バルブ位置と第２バルブ位置との間で回転するよう構成した、回転バルブを
備える。フローチャンネルは、回転バルブが第１バルブ位置にあるとき、反応チャンバ及
び試料チャンネルを流体的に接続し、また回転バルブが第２バルブ位置にあるとき、リザ
ーバ及び試料チャンネルを流体的に接続する。ポンプアセンブリは、回転バルブが第１バ
ルブ位置にあるとき生物試料を反応チャンバに向かわせるフローを誘導し、また回転バル
ブが第２バルブ位置にあるとき反応成分をリザーバから反応チャンバに向かわせるフロー
を誘導する。
一態様において、ポンプアセンブリは、前記反応チャンバに流体連通しかつ前記反応チ
ャンバに対して下流側に位置するシステムポンプを有することができる。
他の実施形態において、前記回転バルブは、前記回転バルブが前記第１バルブ位置から
前記第２バルブ位置に回転するにつれて、前記フローチャンネル内に前記生物試料を保持
する構成とすることができる。前記ポンプアセンブリは、前記回転バルブが前記第２バル
ブ位置にあるとき、前記生物試料を前記リザーバ内に流入させるフローを誘導するよう構
成することができる。
随意的に、前記試料チャンネルは第１試料チャンネルとし、また前記生物試料は第１生
物試料とすることができる。前記流体ネットワークは第２生物試料を有する第２試料チャ
ンネルを含むことができる。前記回転バルブは、前記フローチャンネルが前記第２試料チ
ャンネルに流体連通する第３バルブ位置に回転するよう構成することができる。前記ポン
プアセンブリは、前記第２試料チャンネル内の第２生物試料を前記フローチャンネル内に
流入させるフローを誘導する構成とし、この場合、前記回転バルブが前記第３バルブ位置
から前記第２バルブ位置に回転するにつれて、前記フローチャンネル内に前記第２生物試
料を保持するよう構成することができる。前記ポンプアセンブリは、前記回転バルブが前
記第２バルブ位置にあるとき、前記フローチャンネルにおける前記第２生物試料を前記リ
ザーバに流入させるフローを誘導する構成とすることができる。幾つかの実施形態におい
て、前記ポンプアセンブリは、前記第１生物試料及び前記第２生物試料を前記リザーバか
ら前記反応チャンバに向かわせるフローを誘導する構成とすることができる。
他の態様において、前記リザーバは第１リザーバとすることができる。前記流体ネット
ワークは第２リザーバを有するものとすることができ、この場合、前記回転バルブは、前
記フローチャンネルが前記第２リザーバ及び前記反応チャンバを流体的に接続する第３バ
ルブ位置に移動する構成とする。
他の態様において、前記試料チャンネルは第１試料チャンネルとし、また前記流体ネッ
トワークは第２試料チャンネルを含むものとすることができる。随意的に、前記第１試料
チャンネル及び第２試料チャンネルのそれぞれは、共通サプライ通口を介して前記回転バ
ルブに流体連通することができる。随意的に、システムは、さらに、前記試料チャンネル
に接続するチャネルバルブを備えることができる。前記チャネルバルブは、第１位置と第
２位置との間で移動し、前記第１位置及び第２位置ではそれぞれ、前記試料チャンネルを
通過するフローを阻止及び許可するよう構成する。
他の態様において、前記回転バルブは軸線周りに回転することができる。前記流体ネッ
トワークは、前記軸線に整列しかつ前記フローチャンネル及び前記反応チャンバを流体的
に接続するフィード通口を有することができる。
他の態様において、前記流体ネットワークは、さらに、試薬チャネルを有することがで
きる。前記試料チャンネル及び前記試薬チャンネルは、前記フローチャンネルに対して上
流側に配置した共通のサプライ通口に流体連通することができる。前記サプライ通口は、
前記試料チャンネル及び前記試薬チャンネルを前記フローチャンネルに流体的に接続する
ことができる。
他の態様において、システムは、前記反応チャンバ内の指定反応を検出するよう構成し
た検出アセンブリを備えることができる。随意的に、前記検出アセンブリは、前記反応チ
ャンバからの光信号を検出するよう位置決めできる撮像検出器を含む。随意的に、前記撮
像検出器は、前記流体ネットワークに対する定位置をとることができる。
他の態様において、システムは、前記回転バルブ及び前記ポンプアセンブリを自動的に
制御して、シークエンシング・バイ・シンセシス（ＳＢＳ）プロトコールの反復サイクル
を行うよう構成したシステムコントローラを備える。
実施形態において、フローチャンネルを有する回転バルブを第１バルブ位置に回転する
ステップを有する方法を提供する。前記フローチャンネルは、前記第１バルブ位置にある
とき反応チャンバに流体連通する。本発明方法は、さらに、回転バルブが前記第１バルブ
位置にあるとき、生物試料を試料チャンネル又は第１リザーバから前記フローチャンネル
を経由して前記反応チャンバ内に流入させるステップを有することができる。本発明方法
は、さらに、前記回転バルブを第２バルブ位置に回転するステップを有することができる
。前記フローチャンネルは、前記第２バルブ位置にあるとき第２リザーバ及び前記反応チ
ャンバを流体的に接続することができる。本発明方法は、さらに、前記第２リザーバから
の反応成分を前記反応チャンバ内に流入させるステップを有する。前記反応成分は前記反
応チャンバ内の生物試料と相互反応する。
有する。
一態様において、本発明方法は、前記反応チャンバ内における前記反応成分と前記生物
試料との間の指定反応を検出するステップを有する。随意的に、前記指定反応を検出する
ステップは、前記反応チャンバからの光信号を検出するステップを含むことができる。前
記光信号は前記指定反応の指標となり得る。
他の態様において、本発明方法は、さらに、複数の前記生物試料を個別に前記リザーバ
内に流入させて前記生物試料をリザーバ内で組み合わせるステップを有する。前記生物試
料は、前記回転バルブが前記第１バルブ位置にあるとき、同時に前記フローチャンネル経
由で前記反応チャンバ内に流入することができる。
他の態様において、本発明方法は、さらに、前記回転バルブを第３バルブ位置に回転し
、また第３リザーバからの洗浄溶液を前記反応チャンバ内に流入させるステップを有する
。本発明方法は、さらに、前記回転バルブを前記第２バルブ位置に回転し、また前記第２
リザーバからの前記反応成分を前記反応チャンバ内に導入させるステップを有することが
できる。随意的に、本発明方法は、シークエンシング・バイ・シンセシス(SBS)プロトコ
ールの反復サイクルを実行するステップを有する。
他の態様において、本発明方法は、さらに、前記生物試料を前記フローチャンネル経由
で前記反応チャンバ内に流入させる前に、前記試料チャンネル又は前記リザーバ内の前記
生物試料を増幅させるステップを有する。
実施形態において、流体ネットワーク及び前記流体ネットワークに流体連通するポンプ
アセンブリを有するフロー制御システムを備えるシステムを提供する。前記流体ネットワ
ークは、生物試料を受け入れるよう構成した試料チャンネル、複数個のリザーバ、及び反
応チャンバを含むものとする。システムは、さらに、フローチャンネルを有する回転バル
ブを備える。回転バルブは、異なるバルブ位置に回転し、前記反応チャンバを前記試料チ
ャンネルに、または前記リザーバのうち１つに流体的に接続するよう構成する。本発明シ
ステムは、さらに、分析プロトコール中に前記反応チャンバから光信号を検出するよう構
成した検出デバイスを備える。本発明システムは、さらに、前記回転バルブ及び前記ポン
プアセンブリを制御し、前記生物試料を前記試料チャンネルから前記反応チャンバに流入
させるよう構成したシステムコントローラを備える。システムコントローラは、さらに、
複数のプロトコールサイクル中に前記回転バルブ、前記ポンプアセンブリ及び前記検出デ
バイスを制御するよう構成し、前記プロトコールサイクルの各サイクルは、(a) 前記回転
バルブを第１リザーバ-バルブ位置に回転して、前記反応チャンバを前記複数のリザーバ
のうち第１リザーバに流体連通させるステップと、(b) 前記ポンプアセンブリを制御して
、流体を前記第１リザーバから前記反応チャンバ内に流入させるフローを誘導するステッ
プと、(c) 前記回転バルブを第２リザーバ-バルブ位置に回転して、前記反応チャンバを
前記複数のリザーバのうち第２リザーバに流体連通させるステップと、(d) 前記ポンプア
センブリを制御して、流体を前記第２リザーバから前記反応チャンバ内に流入させるフロ
ーを誘導するステップと、及び(e) 前記第２リザーバからの流体を前記反応チャンバに流
入させる間に、又は前記第２リザーバからの流体を前記反応チャンバに通過させた後に前
記反応チャンバから光信号を検出するステップとを含むものとする。
一態様において、前記試料チャンネルは試料調製領域を含むものとすることができる。
本発明システムは、さらに、前記試料調製領域内における生物試料の温度を制御するよう
構成した熱サイクラーを備えることができる。前記システムコントローラは、前記熱サイ
クラーを制御して、前記生物試料を前記試料チャンネルから前記反応チャンバ内に流入さ
せる前に、前記試料調製領域内の前記生物試料を増幅させることができる。
随意的に、前記プロトコールサイクルの各サイクルは、さらに、前記回転バルブを第３
リザーバ-バルブ位置に回転して、前記反応チャンバを前記複数個のリザーバのうち第３
リザーバに連通させるステップと、及び前記ポンプアセンブリを制御して、流体を前記第
３リザーバから前記反応チャンバ内に流入させるフローを誘導するステップとを有する。
他の態様において、前記検出デバイスはＣＭＯＳ撮像検出器を有する。他の態様におい
て、フローセルを前記検出デバイスに接続する。前記フローセルは前記反応チャンバを画
定することができる。随意的に、前記フローセルは前記検出デバイスに対して定位置に固
定する。
他の態様において、前記フロー制御システムは、構体側面を有するマイクロ流体制御構
体を含む。前記構体側面は、その構体側面に開口する複数個の通口を有し、前記フローチ
ャンネルが前記複数個の通口のうち少なくとも１個に流体的に接続するとき他の前記複数
個の通口を封止するよう構成する。特定実施形態において、本発明システムは、シークエ
ンシング・バイ・シンセシス(SBS)プロトコールを実行するよう構成する。
実施形態によれば、マイクロ流体制御構体及び回転バルブを準備する準備ステップを有
する方法を提供する。前記マイクロ流体制御構体は構体側面及び流体ネットワークを有し
、前記流体ネットワークはサプライ通口及びフィード通口を含む。前記サプライ通口は前
記構体側面に開口する。前記回転バルブは前記構体側面に対して回転可能に取り付ける。
前記回転バルブは、第１チャンネル通口、第２チャンネル通口、及び前記第１チャンネル
通口と前記第２チャネル通口との間に延在するフローチャンネルを有する。本発明方法は
、さらに、前記回転バルブを、前記第１チャンネル通口が前記マイクロ流体制御構体の前
記サプライ通口に流体連通する第１バルブ位置に回転するステップを有する。本発明方法
は、さらに、前記回転バルブが前記第１バルブ位置にあるとき、生物試料を前記第１チャ
ンネル通口経由で前記フローチャンネルに流入させるステップを有する。本発明方法は、
さらに、前記生物試料が前記フローチャンネル内に存在する状態で前記回転バルブを第２
バルブ位置に回転して、前記第１チャンネル通口を前記構体側面によって封止するステッ
プを有する。本発明方法は、さらに、熱サイクリング操作を行って、前記フローチャンネ
ル内における生物試料の温度を選択温度に変化させるステップを有する。
一態様において、前記マイクロ流体制御構体は、前記構体側面に開口してリザーバに流
体連通するリザーバ通口を有することができる。本発明方法は、さらに、前記回転バルブ
を前記第１チャンネル通口及び前記リザーバ通口を整列させるよう回転して、前記フロー
チャンネル内の前記生物試料を前記第１チャンネル通口経由で前記リザーバ内に流入させ
るフローを誘導するステップを有する。随意的に、本発明方法は、さらに、前記リザーバ
から前記フローチャンネル及び前記マイクロ流体制御構体の前記フィード通口を経由する
前記生物試料のフローを誘導するステップを有する。
他の態様において、前記回転バルブが第２バルブ位置にあるとき、前記第２チャンネル
通口は前記フィード通口に整列することができる。
他の態様において、前記回転バルブが第２バルブ位置にあるとき、前記第２チャンネル
通口は前記構体側面によって封止することができる。
他の態様において、前記第１チャンネル通口は第１流入通口とし、前記フローチャンネ
ルは第１フローチャンネルとする。前記回転バルブは第２流入通口及び第２フローチャン
ネルを有することができる。前記第２フローチャンネルは前記第２流入通口と前記第２チ
ャンネル通口との間に延在することができる。
他の態様において、前記第１チャンネル通口は第１流入通口とし、前記第２チャンネル
通口は第１流出通口とする。前記回転バルブは第２流入通口及び第２流出通口を有し、フ
ローチャンネルが前記第２流入通口と前記第２流出通口との間に延在することができる。
他の態様において、前記回転バルブは互いに逆向きに対面する流体制御側面及び操作側
面を有する。前記熱サイクラーは、前記操作側面に係合して前記生物試料の温度を制御す
ることができる。
他の態様において、本発明方法は、前記リザーバからの前記生物試料が前記フローチャ
ンネル及び前記マイクロ流体制御構体の前記フィード通口を経由して反応チャンバ内に流
入するフローを誘導するステップを有することができる。本発明方法は、さらに、前記反
応チャンバからの光信号を検出するステップを有する。随意的に、前記反応チャンバは前
記回転バルブに対して離れた位置をとるものとする。
他の態様において、フローセルが前記反応チャンバを含むものとする。前記反応チャン
バからの光信号を検出するステップは、前記フローセルに接続した撮像検出器を用いて、
前記光信号を検出するステップを含むことができる。随意的に、前記撮像検出器及び前記
フローセルは互いに固定する。
本発明の実施形態において、構体側面及び流体ネットワークを有しするマイクロ流体制
御構体であって、前記流体ネットワークはサプライ通口及びフィード通口を有する、該マ
イクロ流体制御構体を備えるシステムを提供する。前記サプライ通口は前記構体側面に開
口するものとする。本発明システムは、さらに、前記構体側面に対して回転可能に取り付
ける回転バルブを備える。前記回転バルブは、第１チャンネル通口、第２チャンネル通口
、及び前記第１チャンネル通口と前記第２チャネル通口との間に延在するフローチャンネ
ルを有する。前記回転バルブは、第１バルブ位置と第２バルブ位置との間で回転するよう
構成する。前記第１チャンネル通口は、前記回転バルブが前記第１バルブ位置にあるとき
前記マイクロ流体制御構体の前記サプライ通口に流体連通する。前記第１チャンネル通口
は、前記回転バルブが前記第２バルブ位置にあるとき前記マイクロ流体制御構体によって
封止されるものとする。本発明システムは、さらに、前記回転バルブが前記第１バルブ位
置にあるとき、流体を前記サプライ通口経由で前記フローチャンネル内に流入させるフロ
ーを誘導する構成としたポンプアセンブリを備える。本発明システムは、さらに、前記回
転バルブに対して位置決めされる熱サイクラーであって、前記回転バルブが前記第２バル
ブ位置にあるとき、前記フローチャンネル内の流体が受ける温度を制御するよう構成した
、該熱サイクラーを備える。
一態様において、前記マイクロ流体制御構体は、前記構体側面に開口してリザーバに流
体連通するリザーバ通口を有することができる。前記回転バルブは、前記第１チャンネル
通口及び前記リザーバ通口が整列する第３バルブ位置に回転することができる。前記ポン
プアセンブリは、前記フローチャンネル内の前記流体を前記第リザーバ通口経由で前記リ
ザーバ内に流入させるフローを誘導するよう構成することができる。随意的に、前記ポン
プアセンブリは、前記リザーバからの前記流体が前記フローチャンネル及び前記マイクロ
流体制御構体の前記フィード通口を経由するフローを誘導するよう構成する。
他の態様において、前記回転バルブは軸線の周りに回転するよう構成する。前記第２チ
ャンネル通口及び前記フィード通口は前記軸線に整列することができる。
他の態様において、前記フローチャンネルは第１フローチャンネルとすることができる
。前記回転バルブは、対応するチャンネル通口間に延在する第２フローチャンネルを有す
ることができる。
他の態様において、本発明システムは、前記フィード通口に流体連通する反応チャンバ
と、及び前記反応チャンバ内の指定反応を検出するよう位置決めした検出デバイスとを備
える。随意的に、前記反応チャンバは前記回転バルブに対して離れた位置をとる。随意的
に、本発明システムは、前記反応チャンバを有するフローセルを備える。前記検出デバイ
スは、前記フローセルに隣接して位置決めした撮像検出器とすることができる。幾つかの
実施形態において、前記撮像検出器及び前記フローセルは互いに固定することができる。
本発明の実施形態において、流入通口、流出通口、及び試料リザーバを含む流体ネット
ワークを有するマイクロ流体制御構体を備えるシステムを提供する。本発明システムは、
さらに、前記マイクロ流体制御構体に回転可能に連結した回転バルブを備える。前記回転
バルブは、第１チャンネルセグメント及び第２チャンネルセグメントを有する。前記第１
チャンネルセグメントは、前記回転バルブが第１バルブ位置にあるとき前記流入通口及び
試料リザーバを流体的に接続する。前記第２チャンネルセグメントは、前記回転バルブが
第１バルブ位置にあるとき前記流出通口及び試料リザーバを流体的に接続する。本発明シ
ステムは、さらに、前記回転バルブが第１バルブ位置にあるとき、前記流入通口及び第１
チャンネルセグメント経由で前記試料リザーバ内に流体を流入させる構成としたポンプア
センブリを備える。前記回転バルブは、前記試料リザーバが前記回転バルブによって封止
される第２バルブ位置に移動するよう構成する。本発明システムは、さらに、前記回転バ
ルブが前記第２バルブ位置にあるとき、熱エネルギーを前記試料リザーバに供給するよう
前記マイクロ流体制御構体に対して位置決めした熱サイクラーを備える。
一態様において、前記回転バルブは被包化したガスリザーバを有することができる。前
記被包化したガスリザーバは、前記回転バルブが第２バルブ位置にあるとき、前記試料リ
ザーバと整列することができる。前記被包化したガスリザーバ及び前記試料リザーバは反
応チャンバを形成するよう組み合わせることができる。
他の態様において、本発明システムは、さらに、前記流出通口に流体連通するフィード
チャンネルを備える。前記フィードチャンネルは前記流出通口を反応チャンバに流体的に
接続することができる。本発明システムは、前記反応チャンバと、及び前記反応チャンバ
内の指定反応を検出するよう位置決めした検出デバイスとを備える。
他の態様において、前記反応チャンバは前記回転バルブに対して離れた位置をとること
ができる。随意的に、本発明システムは、前記反応チャンバを有するフローセルを備える
。前記検出デバイスは、前記フローセルに隣接して位置決めした撮像検出器とすることが
できる。
本発明の実施形態において、試料リザーバ及び別個の分析チャンネルを含む流体ネット
ワークを有するマイクロ流体制御構体を備えるシステムを提供する。前記分析チャンネル
は第１通口と第２通口との間に延在する。前記流体ネットワークは、さらにフィード通口
を有する。本発明システムは、さらに、前記マイクロ流体制御構体の熱制御エリアに隣接
して位置決めされる熱サイクラーを備える。前記分析チャンネルは前記熱制御エリアに貫
通する。前記熱サイクラーは、熱エネルギーを前記熱制御エリアに供給するよう構成する
。本発明システムは、さらに、前記マイクロ流体制御構体に回転可能に連結し、また第１
バルブ位置と第２バルブ位置との間で移動するよう構成した回転バルブを備える。前記回
転バルブは、ブリッジチャンネル及び別個のフローチャンネルを有する。前記回転バルブ
が第１バルブ位置にあるとき、前記ブリッジチャンネルは、前記ブリッジチャンネルは前
記試料リザーバ及び前記分析チャンネルの第１通口を流体的に接続し、また前記フローチ
ャンネルは前記分析チャンネルの第２通口及び前記フィード通口を流体的に接続する。前
記回転バルブは、前記分析チャンネルの前記第１通口及び第２通口を封止する第２バルブ
位置に移動するよう構成する。
一態様において、前記フローチャンネルは前記分析チャンネルから生物試料を受け取る
よう構成することができる。前記回転バルブは、前記フローチャンネルがリザーバに流体
的に接続される第３バルブ位置に回転するよう構成することができる。前記生物試料は前
記フローチャンネルを経由して前記リザーバ内に流入することができる。
他の態様において、本発明システムは、さらに、前記フィード通口に流体連通する反応
チャンバと、前記反応チャンバ内での指定反応を検出するよう位置決めした検出デバイス
とを備える。随意的に、前記反応チャンバは前記回転バルブに対して離れた位置をとるこ
とができる。随意的に、本発明システムは、さらに、前記反応チャンバを有するフローセ
ルを備える。前記検出デバイスは、前記フローセルに隣接して位置決めした撮像検出器と
することができる。
本明細書に使用するように、単数形で表現され、単語「a」「an」が前置される要素又
はステップは、明示しない限り、複数素子又は複数ステップを排除しないと理解されたい
。さらに、「一実施形態」への言及は、記載される特徴を組み込んだ他の実施形態の存在
を排除することを意図しない。他に明示しない限り、特定特性を有する１つの要素又は複
数要素を「備える（comprising）」又は「有する（having）」実施形態は、その特性を有
する又は有していない他の要素を含むことができる。
当然のことながら、図示した実施形態のコンポーネントの特別な構成（例えば、個数、
タイプ、配置等）は、種々の代替的実施形態においては変更することができる。種々の実
施形態において、所与のモジュール若しくはユニットの異なる個数を採用することができ
、所与のモジュール若しくはユニットの異なるタイプを採用することができ、所与のモジ
ュール若しくはユニットを追加することができ、又は所与のモジュール若しくはユニット
を省略することができる。
上述の記載は説明を意図するもので、限定的なものではないことを理解されたい。例え
ば、上述の実施形態（及び／又は態様）は、互いに組み合わせて使用することができる。
さらに、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の実施形態が教示するところに特別な
状況又は材料を適用するための多くの変更を加えることができる。種々のコンポーネント
の寸法、材料タイプ、向き、並びに本明細書に記載の種々のコンポーネントの個数及び位
置は、若干の実施形態のパラメータを規定することを意図し、何ら限定的なものではなく
、単なる例示的実施形態に過ぎない。本明細書を閲覧する際に、特許請求の精神及び範囲
内における多くの他の実施形態及び変更例は、当業者には明らかであろう。したがって、
特許可能な範囲は、添付の特許請求の範囲の請求項を参照し、並びにこのような請求項に
記載の均等物の全範囲とともに決定されるべきものである。
本明細書で使用するように、「例示的実施形態（exemplary embodiment）」等の語句は
、記載された実施形態は単なる１つの実施例であることを意味する。この語句は、をその
実施形態に限定することを意図しない。新規性要旨の他の実施形態は、記載の特徴又は構
造を含まないことがあり得る。添付の特許請求の範囲において、用語「含む（including
）」「において（in which）」は、対応する用語「備える（comprising）」「における（
wherein）」という平明英語の均等物として使用する。さらに、以下の特許請求の範囲に
おいて、用語「第１（first）」、「第２（second）」、及び「第３（third）」等は、単
なる名前付けとして使用するもので、対象物に対する数値要件を課することを意図しない
。さらに、以下の特許請求の範囲の限定は、このような特許請求の範囲の限定が、他の構
造がない機能表現が後続する語句「ための手段（means for）」を明確に使用しない限り
、また使用するまでは、「means-plus-function」フォーマットで記述されず、米国特許
法１１２条（ｆ）に基づいて解釈することを意図しない。

Claims (6)

  1. 反応チャンバ、複数の試料リザーバ及び試薬リザーバを有する流体ネットワークであって、前記反応チャンバは、少なくとも１つの光学的に透明な面、及び前記少なくとも１つの光学的に透明な面から離間するとともに複数の反応部位を有する検出器表面を有する、該流体ネットワークと、
    前記流体ネットワークに流体連通するポンプアセンブリと、
    前記反応チャンバ内の前記複数の反応部位の少なくとも１つにおける反応により生成される光信号を検出するように構成される少なくとも１つの光センサと、
    第１フローチャンネル（８４２）及びブリッジチャンネルを有し、また複数のバルブ位置の間で回転可能な第１回転バルブ（８０６）であって、前記ブリッジチャンネルは、前記第１回転バルブ（８０６）のバルブ位置に対応する試料リザーバを、前記第１フローチャンネル（８４２）に接続される第１通口に流体的に接続する、第１回転バルブ（８０６）と、
    第２フローチャンネル（８７０）及び前記反応チャンバに流体的に接続されるフィード通口を有し、また第１バルブ位置及び第２バルブ位置の間で回転可能な第２回転バルブ（８０８）であって、前記第２フローチャンネル（８７０）は、前記第２回転バルブ（８０８）が前記第１バルブ位置にあるとき前記第２回転バルブ（８０８）のフィード通口を前記第１フローチャンネル（８４２）に流体的に接続し、また前記第２回転バルブ（８０８）が前記第２バルブ位置にあるとき前記第２フローチャンネル（８７０）が前記フィード通口を前記試薬リザーバに流体的に接続し、前記ポンプアセンブリは、前記第２回転バルブ（８０８）が前記第１バルブ位置にあるとき生物試料を前記反応チャンバに向かわせるフローを誘導するように構成され、また前記第２回転バルブ（８０８）が前記第２バルブ位置にあるとき前記ポンプアセンブリは反応成分を前記試薬リザーバから前記反応チャンバに向かわせるフローを誘導し、また前記第２回転バルブ（８０８）が前記第１バルブ位置にあるとき前記ポンプアセンブリは前記バルブ位置に対応する前記試料リザーバから前記第１通口に向かう前記生物試料のフローを前記フィード通口及び前記第１フローチャンネル（８４２）を介して誘導するように更に構成される、第２回転バルブ（８０８）と、
    を備える、システムであり、
    前記第２回転バルブ（８０８）は軸線の周りを回転し、
    前記フィード通口は、前記軸線に位置合わせされ、前記第２フローチャンネル（８７０）及び前記反応チャンバを流体的に接続する、システム。
  2. 請求項１記載のシステムにおいて、前記ポンプアセンブリは、前記反応チャンバに流体連通しかつ前記反応チャンバに対して下流側に位置する単一のポンプを備える、システム。
  3. 請求項１記載のシステムにおいて、前記第１回転バルブは、前記第１回転バルブが前記試料リザーバに対応するバルブ位置から前記試料リザーバに対応するバルブ位置とは異なるバルブ位置に回転するにつれて、前記第１フローチャンネル内に前記生物試料を保持し、前記ポンプアセンブリは、前記第１回転バルブが前記試料リザーバに対応するバルブ位置とは異なる該バルブ位置にあるとき、前記生物試料を前記第１回転バルブに流体連通する緩衝リザーバ内に流入させるフローを誘導する、システム。
  4. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つの光センサが、前記反応チャンバの前記検出器表面に隣接して位置付けられ、前記反応チャンバの前記反応からの光信号を検出するように構成される撮像検出器を備える、システム。
  5. 請求項１記載のシステムにおいて、さらに、前記回転バルブ及び前記ポンプアセンブリを自動的に制御して、シークエンシング・バイ・シンセシス（ＳＢＳ）プロトコールの反復サイクルを行うシステムコントローラを備える、システム。
  6. 請求項１記載のシステムにおいて、前記反応は、会合性結合事象、解離性結合事象、関心対象検体からの蛍光標識生体分子の放出、化学変換、化学変化、化学的相互作用、蛍光発光、発光、生物発光、化学発光、生物反応、核酸複製、核酸増幅、核酸雑種形成、核酸連結反応、リン酸化反応、酵素触媒反応、受容体結合、リガンド結合、イオン濃度の変化、化学結合相互作用又はプロトンの付加若しくは脱離の１つである、システム。
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