KR102401249B1 - 통합 매니폴드가 있는 플로우 셀 - Google Patents

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Abstract

일례에서, 플로우 셀은 복수의 시약들 중 하나로부터 플로우 셀로 시약의 유량을 수용하는 크기의 복수의 유입구 포트를 포함한다. 플로우 셀의 배출구 포트는 플로우 셀 밖으로 시약의 각 흐름을 전달하도록 크기가 조정된다. 플로우 셀의 플로우 채널은 각각의 유입구 포트와 배출구 포트 사이에 그리고 이와 유체 소통되게 위치된다. 플로우 채널은 매니폴드 섹션 및 검출 섹션을 포함한다. 매니폴드 섹션은 공통라인과 유체 소통하는 복수의 매니폴드 브랜치를 가지며, 각각의 브랜치는 각각의 유입구 포트 중 하나에 연결된다. 검출 섹션은 공통라인 및 배출구 포트와 유체 소통된다. 검출 섹션은 상기 검출 섹션에 위치된 복수의 시약과 분석물 사이에서 복수의 상이한 화학반응을 수행하도록 동작될 수 있다.

Description

통합 매니폴드가 있는 플로우 셀
본 출원은 발명의 명칭이 "Flow Cell with Integrated Manifold"인 2018년 5월 4일자로 출원된 미국 가출원 제62/666,897호의 정규출원이고 상기 가출원의 우선권을 주장하며, 그 내용은 본 명세서에 참고로 포함되어 있다.
미세 유체 장치를 사용하는 많은 기구들은 다양한 시약을 담은 복수의 시약 우물을 포함할 수 있으며, 각각의 시약 우물은 로터리 셀렉터 밸브에 연결된다. 로터리 셀렉터 밸브는 시약 중 어느 하나를 선택하기 위해 각 우물 채널과 정렬된다. 그런 후 공통라인이 상기 로터리 밸브에서 플로우 셀의 유입구 포트로 선택된 시약을 보내는 데 사용된다. DNA 세그먼트, 핵산 사슬 등과 같은 분석물이 플로우 채널에 위치될 수 있다. 선택된 시약은 분석물에 대해 다양한 제어된 화학반응을 수행하기 위해 플로우 셀을 통해 흐를 수 있다.
시약의 교차오염을 최소화하고, 일부 경우에 심지어 완전히 제거하기 위해, 화학반응 순서에 이용되는 각각의 시약은 종종 순서대로 다음 시약(또는 플러싱 시약)에 의한 사전설정된 플러시 효율(flush efficiency)로 플로우 셀 외부의 공통라인(즉, 외부 공통라인)과 플로우 셀 모두에서 플러싱된다.
그러나, 이러한 순서의 화학반응에 사용되는 시약은 매우 비쌀 수 있다. 또한, 플로우 셀의 플로우 채널에서 이러한 레벨의 플러시 효율을 달성하는 것은 종종 플로우 채널의 쓸리는 부피의 수 배인 시약량을 플로우 채널을 통해 플러싱하는 것을 필요로 한다. 예를 들어, 플로우 채널에 위치된 시약의 사전결정된 농도의 플러시 효율을 달성하는 것은 플로우 채널의 쓸리는 부피의 5 내지 10배인 시약량을 플로우 채널을 통해 플러싱하는 것을 포함할 수 있다.
시약의 이러한 많은 양과, 따라서 이러한 높은 플러시 팩터가 필연적으로 수반되는 이유 중 하나는 기구 내의 외부 공통라인의 쓸리는 부피가 플로우 채널의 쓸리는 부피에 비해 종종 높기 때문이다. 플로우 셀 외부에 있는 공통라인의 쓸리는 부피는 플로우 셀 자체의 쓸리는 부피의 2배 이상이며, 순차 화학반응에 수반되는 플러시 효율을 달성하기 위해 둘 다 플러싱될 수 있다.
또한, 외부 공통라인을 통한 유동 경로 및 플로우 셀의 플로우 채널을 통한 유동 경로는 종종 동일한 평면에 있지 않다. 예를 들어, 공통라인은 플로우 셀 및/또는 로터리 밸브에 연결하기 위해 유동 경로에서 (예를 들어, 직각 이상으로) 급격한 벤딩을 유발하는 피팅, 매니폴드, 층, 재료 등을 포함할 수 있다. 또한 예로서, 시약 우물은 종종 기구 내의 플로우 셀과 다른 수위에 위치되며, 외부 공통라인은 종종 이러한 차이에 따라 조정될 수 있다.
더 많은 정보는 2006년 1월 26일자로 공개된 미국특허출원 제2006/0019273호에서 확인할 수 있다
이들 수위 변화 및 급격한 벤딩으로 인해 대부분의 유동 경로를 통해 시약이 흐르는 영역보다 이 영역(여기서, 데드 영역)에서 흐름이 현저히 느려지는 원인일 수 있다. 데드 영역은 시약을 가두어 시약을 플러싱하기 어렵게 하는 느리게 움직이는 층류(laminar flow), 와류 또는 소용돌이가 있는 영역일 수 있다. 일부 경우에, 이들 데드 영역은 상기 데드 영역에 잡힌 이전 화학반응 후에 남아있는 이전에 위치된 시약(예를 들어, 잔류 시약)을 플러싱하기 위해 상당량의 플러싱 시약량을 필요로 할 수 있다. 또한, 공통라인과 로터리 밸브 사이, 또는 공통라인과 플로우 셀 사이의 피팅 및 다른 기계적 연결도 또한 추가적인 데드 영역의 원인일 수 있으며, 이로 인해 특정 플러시 효율을 달성하기 위해 관련된 플러싱 시약량이 증가될 수 있다.
본 발명은 종래 기술에 비해 플로우 셀을 플러싱하고 플로우 셀의 플로우 채널에서 기설정된 레벨의 시약 농도(즉, 플러시 효율)를 달성하기 위해 수반되는 시약 유량(즉, 총 플러시량)을 감소시키기 위한 장치 및 방법의 예를 제공한다. 보다 상세하게, 본 발명은 플로우 셀의 예를 제공하는데, 여기서 플로우 채널은 검출 섹션 및 매니폴드 섹션이 통합되어 있다. 검출 섹션은 분석물과 다양한 시약 사이에서 화학반응이 수행되는 플로우 채널의 영역이다. 매니폴드 섹션은 검출 섹션에 들어가기 전에 시약 유동을 위한 내부 공통라인 영역을 제공한다.
본 발명은 특정 플러시 효율을 달성하기 위해 사용된 총 플러시량을 감소시키기 위해 매니폴드 섹션이 검출 섹션에 비해 작은 예를 제공한다. 본 발명은 매니폴드 섹션 및 검출 섹션이 시약 유동의 데드 영역을 감소시키는 것을 돕기 위해 동일 평면 또는 평면에 있는 예를 제공한다. 또한, 본 발명은 시약 유동의 데드 영역을 감소시키는 것을 돕기 위해 예각으로만 형성된 유동 경로 접합부를 갖는 매니폴드 섹션의 예를 제공한다.
본 발명의 하나 이상의 태양에 따른 플로우 셀은 복수의 시약들 중 하나로부터 플로우 셀로 시약의 유량을 수용하는 크기의 복수의 유입구 포트를 포함한다. 플로우 셀의 배출구 포트는 플로우 셀 밖으로 시약의 각 유동을 통과시키는 크기로 조정된다. 플로우 셀의 플로우 채널은 각각의 유입구 포트와 배출구 포트 사이에 그리고 이와 유체 소통하여 위치된다. 플로우 채널은 매니폴드 섹션 및 검출 섹션을 포함한다. 매니폴드 섹션은 공통라인과 유체 소통하는 복수의 매니폴드 브랜치를 가지며, 각각의 브랜치는 각각의 유입구 포트 중 하나에 연결된다. 검출 섹션은 공통라인 및 배출구 포트와 유체 소통된다. 검출 섹션은 상기 검출 섹션에 위치된 복수의 시약과 분석물 사이에서 복수의 상이한 화학반응을 수행하도록 동작 가능하다.
본 개시의 하나 이상의 태양에 따른 기구는 복수의 시약 우물을 포함한다. 각각의 시약 우물은 그 안에 위치된 복수의 시약들 중 한 시약을 담도록 동작 가능하다. 기구의 복수의 밸브는 각각의 시약 우물 중 하나와 유체 소통된다. 각각의 밸브는 밸브가 소통되는 시약 우물로부터 시약의 유량을 제어하도록 동작 가능하다. 플로우 셀은 기구 내에 있다. 플로우 셀은 복수의 유입구 포트, 배출구 포트 및 그 사이에 위치된 플로우 채널을 포함한다. 각각의 유입구 포트는 각각의 밸브 중 하나와 유체 소통하며, 각각의 유입구 포트는 각각의 시약 흐름 중 하나를 수용하도록 크기 정해진다. 배출구 포트는 시약의 각 흐름을 플로우 셀 밖으로 통과 시키도록 크기가 조정된다. 플로우 채널은 각각의 유입구 포트 및 배출구 포트와 유체 소통된다. 플로우 채널은 매니폴드 섹션 및 검출 섹션을 포함한다. 매니폴드 섹션은 공통라인과 유체 소통하는 복수의 매니폴드 브랜치를 가지며, 각각의 브랜치는 유입구 포트에 연결된다. 검출 섹션은 공통라인 및 배출구 포트와 유체 소통된다. 검출 섹션은 상기 검출 섹션에 위치된 복수의 시약과 분석물 사이에서 복수의 상이한 화학반응을 수행하도록 동작 가능하다.
본 개시의 하나 이상의 태양에 따른 방법은 플로우 셀을 기구에 연결하는 단계를 포함한다. 플로우 셀은 복수의 유입구 포트, 배출구 포트 및 그 사이에 유체 소통하는 플로우 채널을 포함한다. 플로우 채널은 매니폴드 섹션 및 검출 섹션을 포함한다. 기구의 복수의 밸브들 중 제 1 밸브는 복수의 시약들 중 제 1 시약을 선택하도록 작동된다. 각 시약은 기구의 해당 시약 우물에 위치된다. 제 1 시약은 복수의 유입구 포트들 중 제 1 유입구 포트를 통해 그리고 플로우 셀의 플로우 채널을 통해 펌핑된다. 플로우 채널의 검출 섹션에 위치한 제 1 시약과 분석물 사이에 제 1 화학반응이 수행된다. 제 1 시약 중 적어도 일부는 제 1 화학반응의 완료 후 잔류 시약으로서 플로우 채널에 유지될 것이다. 복수의 밸브들 중 후속 밸브는 복수의 시약들 중 후속 시약을 선택하도록 작동된다. 후속 시약은 복수의 유입구 포트들 중 후속 유입구 포트를 통해 그리고 플로우 채널을 통해 펌핑되어 잔류 시약을 플로우 채널로부터 플러싱한다. 잔류 시약은 검출 섹션에 위치한 후속 시약의 적어도 약 99.95%의 농도가 플로우 채널의 쓸리는 부피의 약 2.5배 이하인 후속 시약의 총 플러시량에서 달성되도록 플러싱된다.
본 발명의 내용에 포함됨.
본 개시는 첨부도면과 연계하여 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1a는 플로우 채널을 갖는 플로우 셀의 사시도의 예를 도시한 것으로, 플로우 채널은 본원에 개시된 태양에 따른 매니폴드 섹션 및 검출 섹션을 포함한다.
도 1b는 본 명세서에 개시된 태양에 따른 도 1a의 플로우 셀의 정면도의 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 명세서에 개시된 태양에 따라 선 2-2을 따라 취한 도 1b의 플로우 셀의 횡단면도의 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 명세서에 개시된 태양에 따른 도 2의 매니폴드 섹션의 확대도의 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 명세서에 개시된 태양에 따른 플러시 효율 대 플러시 팩터의 다양한 그래프의 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 명세서에 개시된 태양에 따른 도 2의 플로우 셀을 포함하는 기구의 카트리지의 개략도의 예를 도시한 것이다.
도 6은 본 명세서에 개시된 태양에 따른 도 5의 카트리지를 포함하는 기구의 개략적인 블록도의 예를 도시한 것이다.
도 7은 본 명세서에 개시된 태양에 따라 플로우 셀을 이용하여 일련의 실험을 수행하는 방법의 흐름도의 예를 도시한 것이다.
본 명세서에 개시된 방법, 시스템 및 장치의 구조, 기능, 제조 및 사용 원리에 대한 전반적인 이해를 제공하기 위해 특정 예를 설명할 것이다. 하나 이상의 예가 첨부도면에 도시되어 있다. 당업자는 본 명세서에 구체적으로 설명되고 첨부도면에 예시된 방법, 시스템 및 장치가 비제한적인 예이며, 본 개시의 범위는 청구 범위에 의해서만 정의된다는 것을 이해할 것이다. 일 예와 관련하여 예시되거나 설명된 특징들은 다른 예들의 특징과 결합될 수 있다. 이러한 수정 및 변형은 본 개시의 범위 내에 포함되는 것으로 되어 있다.
"실질적으로", "대략", "약", "상대적으로"라는 용어 또는 청구범위를 포함하여 본 개시 전반에 걸쳐 사용될 수 있는 다른 유사한 용어는 예를 들어 기준 또는 파라미터로부터 처리시 변화로 인한 작은 변동을 기술하고 설명하기 위해 사용된다. 이러한 작은 변동에는 또한 기준 또는 파라미터로부터 변동이 없는 것도 포함한다. 예를 들어, 이들은 예컨대 ±10% 이하, 예컨대 ±5% 이하, 예컨대 ±2% 이하, 예컨대 ±1% 이하, ±0.5% 이하, 예컨대 ±0.2% 이하, 예컨대 ±0.1% 이하, 예컨대 ±0.05% 이하를 나타낼 수 있다.
플러시 효율은, 본원에서 사용되는 바와 같이, 플러싱 작업 후에 분석물이 위치해 있는 플로우 채널의 영역에 남아있는 플러싱 시약의 양만큼의 % 농도이다. 종종, 달성될 바람직한 플러시 효율은 수행될 화학반응의 파라미터에 따라 플로우 채널에서 플러싱 시약의 96% 내지 100% 농도의 범위이다.
본원에 사용된 쓸리는 부피는 시약의 유동 경로에 있는 구성요소의 내부 부피이다. 따라서, 플로우 채널의 쓸리는 부피는 플로우 셀의 플로우 채널의 총 내부 부피이다. 또한, 본원에 사용된 바와 같이, 플러시 팩터(flush factor)는 구성요소를 통해 플러시된 시약의 부피로, 그 구성요소의 쓸리는 부피의 단위로 표현된다. 따라서, 총 플러시량은 쓸리는 부피에 플러시 팩터를 곱한 값이다.
따라서, 예를 들어, 플로우 채널이 소정의 플러시 효율을 달성하기 위해 플로우 채널을 통해 플러시되게 하는데 시약의 쓸리는 부피의 10배를 필요로 하는 경우, 상기 플러시 효율을 달성하기 위한 시약의 플러시 팩터는 10(또는 쓸리는 부피 단위로 10)이다. 더욱이, 상기 플로우 채널이 5㎕의 쓸리는 부피를 갖는 경우, 플러시 효율을 달성하기 위한 총 플러시 부피는 50㎕(즉, 5㎕(쓸리는 부피)×10(플러시 팩터))이다.
도 1a 내지 도 4는 본 명세서에 개시된 태양에 따른 플로우 셀의 다양한 예를 도시한 것이다. 도 5 및 도 6은 본 명세서에 개시된 태양에 따른 기구의 다양한 예를 도시한 것이다. 도 7은 본 명세서에 개시된 태양에 따른 방법의 다양한 예를 도시한 것이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 플로우 채널(102)을 갖는 플로우 셀(100)의 사시도(도 1a) 및 정면도(도 1b)가 도시되어 있다. 플로우 채널(102)은 여기에 개시된 태양들에 따라 매니폴드 섹션(104) 및 검출 섹션(106)(도 2에 가장 잘 도시됨)을 포함한다. 매니폴드 섹션(104) 및 검출 섹션(106)은 플로우 셀(100) 내에서 함께 유체 소통하여 일체로 연결된다.
도 1a 및 도 1b는 또한 플로우 채널(102)의 상부면(116)을 정의하는 상부층(108) 및 플로우 채널(102)의 하부면(118)을 정의하는 하부층(110)을 포함한다. 중간층(112)은 상부층(108)과 하부층(110) 사이에 위치된다. 중간층(112)은 플로우 채널(102)의 기하학적 구조를 정의한다.
상부층, 하부층 및 중간층(108, 110, 112)은 유리, 실리콘, 폴리머 또는 임의의 층(108, 110, 112)의 적용 요건을 충족시킬 수 있는 다른 재료로 구성될 수 있다. 3개층(108, 110, 112) 중 어느 하나에 사용될 수 있는 폴리머의 예는 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리이미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 환형 올레핀 공중합체(COC) 및 환형 올레핀 폴리머(COP)이다. COC 및 COP는 상부층 및 하부층(108, 110)에서 종종 사용되는 광학적으로 투명한 폴리머의 예이다. 3개층(108, 110, 112)은 동일한 재료로 구성될 수 있거나 상이한 재료로 구성될 수 있다.
3개층(108, 110, 112)은 감압 접착제 또는 열활성화 접착제와 같은 다양한 접착제와 함께 결합될 수 있다. 추가로, 층들(108, 110, 112)은 열적으로 접합되거나 레이저 용접될 수 있다.
중간층(112)은 단층으로서 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있다. 그러나, 중간층(112)은 플로우 채널(102)의 기하학적 구조를 정의하기 위해 함께 결합된 층들의 스택일 수 있다. 또한, 층들의 스택과 함께, 매니폴드 섹션(104)은 검출 섹션(106)과 다른 높이를 갖도록 만들어질 수 있다. 예를 들어, 중간층(112)은 6개층의 스택으로 구성될 수 있으며, 스택의 하부 3개층은 매니폴드 섹션을 구성하고 6개층의 전체 스택은 검출 섹션을 구성한다.
플로우 셀(100)의 플로우 채널(102)은 갭 높이(114)를 포함한다. 갭 높이(114)는 플로우 채널의 하부면(118)과 플로우 채널의 상부면(116) 사이의 거리에 의해 정의된다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 갭 높이(114)는 플로우 채널(102) 내내 실질적으로 일정하다. 예로써, 일부 플로우 채널(102)에서의 갭 높이(114)는 약 10㎛ 내지 약 100㎛일 수 있다. 예를 들어, 갭 높이(114)는 약 10㎛, 약 20㎛, 약 50㎛, 약 60㎛ 또는 약 100㎛일 수 있다.
도 2를 참조하면, 선 2-2를 따라 취한 도 1b의 플로우 셀(100)의 횡단면도가 본 명세서에 개시된 태양에 따라 도시되어 있다. 플로우 셀(100)은 복수의 유입구 포트(120, 122, 124, 126, 128, 130)(여기서는, 120-130)와 하나 이상의 배출구 포트(132)를 포함하고, 플로우 채널(102)은 이들 사이에 위치된다.
각각의 유입구 포트(120-130)는 플로우 셀(100)로 시약의 유량(또는 유동 경로)을 수용하는 크기이다(유동 경로는 복수의 시약(146, 148, 150, 152, 154, 156)(여기서는 146-156) 중 하나로부터 화살표(134, 136, 138, 140, 142, 144)(여기서는 134-144)로 표시된다)(도 5에서 가장 잘 도시됨). 배출구 포트(132)는 플로우 셀(100)에서 나온 시약의 각각의 유동 경로(134-144)를 통과하도록 크기가 정해진다.
플로우 채널(102)은 각각의 유입구 포트(120-130)와 배출구 포트(132) 사이에 위치되고 유체 소통된다. 플로우 채널(102)은 매니폴드 섹션(104) 및 검출 섹션(106)을 포함하며, 이들은 일체로 연결되고 서로 유체 소통된다.
매니폴드 섹션(104)은 공통라인(172)과 유체 소통하는 복수의 매니폴드 브랜치(160, 162, 164, 166, 168, 170)(여기서는 160-170)를 갖는다. 각각의 브랜치(160-170)는 각 유입구 포트 중 하나(120-130)에 각각에 연결된다. 검출 섹션(106)은 공통라인(172) 및 배출구 포트(132)와 유체 소통된다. 검출 섹션(106)은 복수의 시약(146-156)과 상기 검출 섹션에 위치된 분석물(미도시) 간에 복수의 상이한 화학반응을 수행하도록 동작 가능하다. 분석물은 DNA 세그먼트, 올리고 뉴클레오티드, 기타 핵산 사슬 등일 수 있다.
플로우 채널(102)의 하부면(118)은 실제로 플로우 셀(100)의 하부층(110)의 상부면이다. 분석물을 포획할 수 있도록 나노 웰(미도시)이 하부면(118)에 패턴화되어 있다. 대안으로, 분석물을 포획할 수 있도록 하부면(118)은 표면 처리로 코팅된다. 또한, 나노 웰과 표면 처리의 조합을 사용하여 분석물을 포획할 수 있다.
시약(146-156)은 검출 섹션(106) 내에 배치된 분석물에 대해 매우 많은 다양한 제어된 화학반응을 수행하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 각각의 시약(146-156)의 유동 경로(134-144)는 분석물을 태그하기 위해 사용될 수 있는 (예컨대, 형광 라벨이 붙은 뉴클레오티드 분자 등의) 식별가능한 라벨을 전달할 수 있다. 그 후, 여기광이 상부층(108)을 통해 분석물 상으로 조사(照射)될 수 있어, 분석물에 태그된 형광 라벨이 방출 광자를 형광시키게 한다. 방출 광자는 검출 프로세스 동안 기구(200)의 검출 모듈(266)에 의해 검출될 수 있다(도 6에 가장 잘 도시됨)(이 특정 예에서, 검출 모듈(266)은 이미징 프로세스 동안 사용되는 이미징 모듈임을 주목하라). 기기(200) 내의 디바이스 회로는 검출된 광자로부터 유도된 데이터 신호를 처리하고 전송할 수 있다. 이어서, 데이터 신호는 분석물의 특성을 나타내기 위해 분석될 수 있다.
검출 모듈(266)이 이 예에서 광자를 검출하는데 사용되는 이미징 모듈인 것으로 예시되었지만, 다른 형태의 검출 모듈 및 검출 방식이 분석물과 관련된 다른 형태의 검출 가능한 특성을 검출하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 분석물과 관련된 검출 가능한 특성은 전하, 자기장, 전기 화학적 특성, pH 변화 등을 포함할 수 있다. 또한, 검출 모듈(266)은 플로우 셀(100)에 내장되거나, 플로우 셀(100) 외부 기구에 장착될 수 있는 감지장치 또는 이들의 임의의 조합을 제한없이 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 도 2의 매니폴드 섹션(104)의 확대도가 본 명세서에 개시된 태양에 따라 도시된다. 유리하게는, 매니폴드 섹션(104)은 기존의 기술에 비해 플로우 셀(100)을 플러싱하고 플로우 셀(100)의 플로우 채널(102)에서 사전결정된 레벨의 시약 농도(즉, 플러시 효율)를 달성하기 위해 수반되는 시약 유동량(즉, 총 플러시량)(도 4의 그래프 180, 182 및 184에서 가장 잘 볼 수 있음)을 상당히 감소시키는 체적 및 기하학적 구조를 갖는다.
바람직한 플러시 효율을 달성하기 위해 플러시 팩터를 감소시키는 기하학적 구조의 하나의 예는 매니폴드 브랜치(160-170)가 공통라인(172)에 연결되는 방식에있다. 보다 구체적으로, 매니폴드 섹션(104)의 매니폴드 브랜치(160-170)는 각각의 유동 경로(134-144) 또는 공통라인(172)을 통한 시약을 검출 섹션(106)으로 보내는 복수의 포크형 접합부(174)를 통해 공통라인(172)과 유체 소통된다. 도시된 구현에서, 포크형 접합부(174)는 브랜치(160-170) 사이에 예각(176)을 형성하며, 상기 예각은 시약(146-156)의 복수의 유동 경로(134-144)들 중 유동 경로를 포함한다. 일부 구현들에서, 포크형 접합부(174)는 모두가 오로지 예각(176)일 수 있거나 포크형 접합부(174) 중 일부만이 예각(176)을 형성할 수 있다.
공통라인(172)이 매니폴드 브랜치(160-170)와 검출 섹션(106) 사이에서 유체 소통하는 하나의 공통라인으로 도 3에 도시되어 있다. 그러나, 공통라인(172)은 또한 플로우 채널(102)의 매니폴드 브랜치(160-170)와 검출 섹션(106) 사이에 유체 소통하는 복수의 공통라인일 수도 있다.
접합부(174)를 예각(176)(즉, 90도 미만 각도)으로서 형성함으로써, 각 접합부에서의 데드 영역의 양이 종래 기술에 비해 감소될 수 있다. 즉, 유동 경로가 주위로 유동할 수 있는 덜 급격한 벤딩이 있기 때문에 유동 경로(134-144)가 소용돌이, 와류, 느린 층류 영역 등을 형성하는 경향이 크게 감소된다. 데드 영역을 플러시하기가 어려울 수 있기 때문에, 데드 영역을 줄이면 사전결정된 플러시 효율을 달성하기 위해 관련된 플러시 팩터도 또한 줄어든다.
바람직한 플러시 효율을 달성하기 위해 플러시 팩터를 감소시키는 기하학적 구조의 다른 예는 플로우 채널(102)의 매니폴드 섹션(104) 및 검출 섹션(106)이 실질적으로 동일한 평면 상에 있거나 평면이라는 것이다. 따라서, 소용돌이, 와류 등과 같은 흐름의 데드 영역을 유도할 수 있는 플로우 채널(102)에는 불연속성 또는 레벨 변화가 없다.
매니폴드 섹션(104)의 쓸리는 부피가 검출 섹션(106)의 쓸리는 부피보다 작기 때문에, 상기 매니폴드 섹션(104)의 부피는 또한 플러시 팩터를 감소시키고 플러시 효율을 증가시키는데 도움이 된다. 보다 구체적으로, 일부 구현예에서, 매니폴드 섹션(104)은 검출 섹션(106)의 피체적 부피보다 적어도 약 10배 작은 피체적 부피를 가질 수 있다. 또한, 일부 구현에서, 매니폴드 섹션(104)은 검출 섹션(106)의 피체적 부피보다 적어도 약 20배, 50배, 또는 100배인 피체적 부피를 가질 수 있다. 매니폴드 섹션(104)의 쓸리는 부피가 작기 때문에, 시약의 교차오염을 최소화하기 위해 플러싱될 필요가 시약이 적고, 일부 경우에는 심지어 완전히 제거할 수 있다.
플로우 셀(100)은 복수의 유입구 포트(120-130)를 포함하고, 각각의 유입구 포트(120-130)는 복수의 시약(146-156) 중 하나로부터 플로우 셀(100)로 유동 경로(134-144)를 수용하는 크기로 된다. 일부 구현들에서, 각각의 유입구 포트(120-130)는 하나의 시약(146-156)만을 수용할 수 있기 때문에, 시약 유동 경로(134-144)는 이들이 플로우 셀 외부에 있을 때 분리되어 유지될 수 있고 다른 시약에 오염될 수 있는 외부 공통라인을 갖지 않을 수 있다. 다시 말해, 플로우 셀(100)을 포함하는 기구(200)(도 5 및 6에서 가장 잘 도시됨)에서, 플로우 채널(102)의 매니폴드 섹션(104)은 상이한 시약들(146-156)의 상이한 유동 경로(134-144)가 플로우 채널(102)의 검출 섹션(106)으로 유동하기 전에 함께 보내지는 기구(200)의 유일한 공통영역일 수 있다.
이는 시약(146-156)이 플로우 셀(100) 외부에 별개의 흐름을 갖기 때문에, 플로우 셀(100)의 플로우 채널(102)만이 시약의 교차오염을 줄이고, 몇몇 경우에는 완전히 제거하기 위해, 플러싱되는 것이 필요할 수 있다는 것을 의미한다. 이는 또한 플로우 셀(100)에 대해 사전결정된 플러시 효율을 달성하기 위해 수반되는 플러시 팩터는 플로우 셀(100)을 포함하는 기구(200)에 관련된 플러시 팩터와 동일할 수 있음을 의미한다.
도 4를 참조하면, 플러시 효율 대 플러시 팩터의 다양한 그래프(180, 182, 184)가 본 명세서에 개시된 태양에 따라 도시되어 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 플러시 효율은 플러싱 작업 후 분석물이 위치된 (예를 들어, 검출 섹션과 같은) 플로우 채널의 영역에 남아있는 플러싱 시약량의 % 농도이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 플러시 팩터는 구성요소를 통해 플러시된 시약의 부피로, 상기 구성요소의 쓸리는 부피의 단위로 표현된다.
보다 구체적으로, 도 4는 3개의 그래프(180, 182 및 184)를 도시한 것이다. 그래프(180)는 본 명세서에 개시된 태양에 따른 플로우 셀(100)의 플로우 채널(102)의 플러시 효율 대 플러시 팩터의 도표이며, 갭 높이(114)는 100㎛이고 플러싱 시약의 유량은 분당 1500㎕이다. 그래프(182)는 본 명세서에 개시된 태양에 따른 플로우 셀(100)의 플로우 채널(102)의 플러시 효율 대 플러시 팩터의 도표이며, 갭 높이(114)는 60㎛이고 플러싱 시약의 플러싱 유량은 분당 1500㎕이다. 그래프(184)는 본 명세서에 개시된 태양에 따른 플로우 셀(100)의 플로우 채널(102)의 플러시 효율 대 플러시 팩터의 도표이며, 갭 높이(114)는 60㎛이고 플러싱 시약의 플러싱 유량은 분당 500㎕이다.
그래프(180, 182, 184)로부터, 모든 경우에, 플로우 채널(102)은 검출 섹션(106)에 위치된 시약의 적어도 약 99.95%의 플러시 효율을 달성하기 위해 사용되는 플러시 팩터는 약 3 이하, 예를 들어, 약 2.5 이하, 약 2.3 이하)(쓸리는 부피의 단위)이도록 쓸리는 부피 및 기하학적 구조를 포함할 수 있다. 또한, 2.3의 플러시 팩터는 적어도 약 99.95% 이상, 예를 들어 적어도 약 99.96% 이상, 적어도 약 99.97% 이상, 적어도 약 99.98% 이상, 적어도 약 99.99% 이상, 적어도 약 99.995% 이상의 플러시 효율을 달성할 수 있다. 또한, 2.5의 플러시 팩터는 적어도 약 99.95% 이상, 예를 들어 적어도 약 99.96% 이상, 적어도 약 99.97% 이상, 적어도 약 99.98% 이상, 적어도 약 99.99% 이상, 적어도 약 99.995% 이상의 플러시 효율을 달성할 수 있다. 또한, 3.0의 플러시 팩터는 적어도 약 99.95% 이상, 예를 들어 적어도 약 99.96% 이상, 적어도 약 99.97% 이상, 적어도 약 99.98% 이상, 적어도 약 99.99% 이상, 적어도 약 99.995% 이상의 플러시 효율을 달성할 수 있다. 추가로, 2.0의 플러시 팩터는 적어도 약 99% 이상, 예를 들어, 적어도 약 99.1% 이상, 적어도 약 99.2% 이상, 적어도 약 99.3% 이상, 적어도 약 99.4% 이상, 적어도 약 99.5% 이상의 플러시 팩터를 달성할 수 있다. 비교하여, 많은 경우에, 기존의 플로우 채널은 적어도 약 99.95%의 플러시 효율을 달성하기 위해 기존의 플로우 채널의 쓸리는 부피의 4 내지 5 단위의 플러시 팩터를 포함할 수 있다.
이러한 높은 플러시 효율(예를 들어, 99.95 이상)을 달성하기 위한 낮은 플러시 팩터(예를 들어, 2.5 이하)는 플로우 셀(100)의 여러 특징에 기인할 수 있다. 예를 들어, 매니폴드 섹션(104) 및 검출 섹션(106)은 통합적으로 플로우 셀(100) 내에서 플로우 채널(102)의 일부이고 동일한 평면 상에 있거나 평면에 있다. 또한, 예로써, 플로우 셀(100)의 각각의 유입구 포트(120-130)는 단 하나의 시약(146-156)만 수용할 수 있어, 시약의 유동 경로들(134-144)이 매니폴드 섹션(104)까지 함께 노정되지 않게 된다. 또한, 예로써, 매니폴드 섹션(104)의 매니폴드 브랜치(160-170)는 접합부(174)에서 예각을 형성할 수 있다. 또한, 매니폴드 섹션(104)은 검출 섹션(106)의 쓸리는 부피보다 적어도 약 10배 작은 쓸리는 부피를 갖는다.
더욱이, 각 시약(146-156)마다 하나의 유입구 포트(120-130)가 있기 때문에, 시약은 플로우 셀(100)을 포함하는 기구(200)(도 5 및 도 6에 가장 잘 도시됨)에서 분리되어 유지될 수 있다. 따라서, 플로우 채널(102)의 매니폴드 섹션(104)은 기구(200)의 유일한 공통영역을 포함하고, 상이한 시약(146-156)의 상이한 유동 경로(134-144)는 플로우 채널(102)의 검출 섹션(106)으로 유동하기 전에 함께 노정된다.
이와 같이, 플로우 셀(100)에 대한 그래프(180, 182, 184)는 기구(200)가 시약(146-156)을 플로우 셀(100)에 연결하기 위해 사용하는 유체 연결의 유형에 관계없이 실질적으로 변하지 않고 유지될 수 있다. 예를 들어, 시약 우물과 플로우 셀(100) 사이의 유체 연결부는 실질적으로 직선이고 수평인 금속 튜브와 견고하게 연결될 수 있거나, 상기 연결부는 시약 우물과 플로우 셀(100) 사이의 상이한 레벨을 수용하도록 벤딩된 튜브와 연결될 수 있다.
도 5를 참조하면, 카트리지(202) 및 기구(200)의 개략도의 예가 도시되어 있으며, 카트리지(202)는 본 명세서에 개시된 태양에 따른 플로우 셀(100)을 포함한다. 이 특정 예에서,기구(200)는 카트리지 기반 시퀀싱 기구이며, 시퀀싱 기구(200)의 카트리지(202)는 플로우 셀(100) 및 다양한 시약 취급 구성요소를 포함한다. 추가로, 카트리지(202)는 모듈로서 기구(200)로부터 탈착가능할 수 있고 플로우 셀(100)은 카트리지(202)로부터 탈착가능하거나 탈착불가능할 수 있다.
그러나, 플로우 셀(100) 및 시약 취급 부품은 카트리지(202)를 통해 기기(200)와 인터페이스할 필요는 없다. 오히려, 기기(200)에 별도로 장착된 독립형 구성요소일 수 있다. 또한, 시약 취급 구성요소는 기구로부터 개별적으로 탈착될 수 없는 반면, 플로우 셀(100)은 기구로부터 탈착될 수 있다.
기구(200)의 카트리지(202)는 복수의 시약 우물(204, 206, 208, 210, 212, 214)(여기서는 204-214)을 포함하며, 각각의 시약 우물은 내부에 있는 복수의 시약들(46, 148, 150, 152, 154, 156) 중 한 시약을 담도록 동작 가능하다. 복수의 우물 채널(216, 218, 220, 222, 224, 226)(여기서, 216-226))은 각각의 시약 우물(206-214)로부터 플로우 셀(100)의 각각의 유입구 포트(120-130)까지 뻗어 있으며, 여기서 각각의 유입구 포트는 단 하나의 시약(146-156)과 유체 소통된다.
시약(146-156)은 플로우 셀에서 수행될 화학반응의 유형 및 순서에 따라 시약의 여러 유형 또는 조합 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 시약(146-156)은 다음 유형일 수 있다:
· 시약(146)은 형광 라벨이 붙은 뉴클레오티드를 DNA 가닥에 통합하는 화학물질의 혼합물인 혼입 믹스(incorporation mix)일 수 있다.
· 시약(148)은 검출 공정 동안 DNA 가닥을 안정화시키는 화학물질의 혼합물인 스캔 믹스(scan mix)일 수 있다.
· 시약(150)은 DNA 가닥으로부터 형광 라벨이 붙은 뉴클레오티드를 효소적으로 절단하는 화학물질의 클리브 믹스(cleave mix)일 수 있다.
· 시약(152)은 플로우 셀로부터 활성 시약을 제거하기 위한 세척 시약의 혼합물인 제 1 세척 버퍼일 수 있다.
· 시약(154)은 플로우 셀로부터 활성 시약을 제거하기 위한 세척 시약의 다른 혼합물인 제 2 세척 버퍼일 수 있다.
· 시약(156)은 공기일 수 있다.
카트리지는 또한 우물 채널(216-226)에 위치된 복수의 밸브(228, 230, 232, 234, 236, 238)(여기서는 228-238)를 포함한다. 각각의 밸브(228-238)는 각각의 시약 우물(204-214) 중 하나와 유체 소통된다. 각각의 밸브(228-238)는 밸브(228-238)가 소통되는 시약 우물(204-214)로부터 시약의 유동 경로(134, 136, 138, 140, 142, 144)를 제어하도록 동작 가능하다. 도 5에 도시된 특정 예에서, 밸브는 핀치 밸브이다. 그러나, 다른 유형의 밸브, 예를 들어 솔레노이드 밸브, 볼 밸브 등도 사용될 수 있다. 도 5의 특정 구성에서, 기구(200)는 다양한 시약(146-156)을 선택하고 플로우 셀(100)에 들어가기 전에 시약의 유동 경로(134-144)를 공통라인으로 병합하는 로터리 밸브를 포함하지 않는다.
플로우 셀(100)은 기구(200) 내에 위치되며 카트리지(202)로부터 탈착가능하거나 탈착 불가능할 수 있다. 또한, 카트리지(202)가 전혀 이용되지 않는 경우, 플로우 셀(100)은 기구(200)로부터 탈착가능할 수 있다.
플로우 셀(100)은 복수의 유입구 포트(120, 122, 124, 126, 128, 130) 및 배출구 포트(132)를 포함한다. 각각의 유입구 포트(120-130)는 각각의 우물 채널(216-226)을 통해 대응하는 밸브(228-238)와 유체 소통된다. 각각의 유입구 포트(120-130)는 각각 시약의 각 유동 경로(134-144) 중 하나를 수용하도록 크기가 정해진다. 우물 채널(216-226)은 다양한 구성으로 존재할 수 있다. 예를 들어, 우물 채널(216-226)은 시약 우물(204-214)을 유입구 포트(120-130)에 견고하게 연결하는 금속 튜브일 수 있다. 대안으로, 우물 채널(216-226)은 시약 우물(204-214)을 유입구 포트(120-130)에 연결하는 플라스틱 튜브일 수 있다. 플로우 셀(100)의 배출구 포트(132)는 플로우 셀(100) 밖으로 시약의 각 유동 경로(134-144)를 통과시키도록 크기가 정해진다.
플로우 셀(100)은 각각의 유입구 포트(120-130)와 배출구 포트(132) 사이에 배치되고 유체 소통되는 플로우 채널(102)을 포함한다. 플로우 채널(102)은 매니폴드 섹션(104) 및 검출 섹션(106)을 포함한다.
매니폴드 섹션(104)은 공통라인(172)과 유체 소통하는 복수의 매니폴드 브랜치(160, 162, 164, 166, 168, 170)를 갖는다. 각각의 매니폴드 브랜치(160-170)는 유입구 포트(120-130)에 연결된다.
검출 섹션(106)은 공통라인(172) 및 배출구 포트(132)와 유체 소통된다. 검출 섹션(106)은 복수의 시약(146-156)과 상기 검출 섹션(106)에 위치된 분석물 사이에서 복수의 상이한 화학반응을 수행하도록 동작 가능하다.
시약 유동 경로(134-144)는 이들이 플로우 셀(100)에 들어갈 때까지 서로 분리되어 유지된다. 이와 같이, 플로우 채널(102)의 매니폴드 섹션(106)은 상이한 시약들(146-156)의 상이한 유동 경로(134)가 플로우 채널(102)의 검출 섹션(106) 내로 유동하기 전에 함께 노정되는 기구(200)내 유일한 공통영역을 포함한다. 따라서, 화학반응 간의 시약 교차오염을 최소화하거나 어떤 경우 완전히 제거하기 위해 플로우 채널(102)만이 플러싱될 필요가 있다. 이는 플러시 팩터, 및 따라서 플로우 채널(102)에서 사전결정된 농도의 플러시된 시약(플러시 효율)을 달성하는데 사용되는 플러싱 시약의 총 플러시량을 감소시키는 것을 돕는다.
추가로, 시약 유동 경로(134-144)가 분리되어 유지되는 플로우 셀(100)의 외부에서, 시약 유동 경로는 하나 이상의 수위를 가로질러 흐를 수 있다. 예를 들어, 시약 우물(146-156)은 플로우 셀(100)의 수위보다 높은 수위로 기구(200) 내에 위치될 수 있다. 그러나, 시약 유동 경로(134-144)가 혼합될 수 있는 플로우 셀(100) 내부에는, 플로우 채널(102)의 매니폴드 섹션(104) 및 검출 섹션(106)이 실질적으로 동일한 평면에 또는 평면 상에 있다. 이는 플로우 채널(102) 내의 잠재적인 데드 영역(dead area)을 감소시키는 데 도움이 되고, 따라서, 소정의 플러시 효율을 달성하기 위해 사용되는 플러시 팩터를 감소시키는 데 또한 일조한다.
플로우 셀(100)의 배출구 포트(132)는 제 1 펌프 핀치 밸브(240)와 유체 소통된다. 제 1 펌프 핀치 밸브(240)는 제 2 펌프 핀치 밸브(242)와 유체 소통된다.
카트리지(202)에는 내장 펌프(onboard pump)(244)(예를 들어, 주사기 펌프 등)가 배치된다. 내장 펌프(244)는 다른 유형의 펌프일 수 있지만, 본 명세서에서는 주사기 펌프(244)를 지칭한다. 주사기 펌프(244)는 제 1 펌프 핀치 밸브(240)와 제 2 펌프 핀치 밸브(242) 사이에 티자형으로 연결된다. 제 1 펌프 핀치 밸브(240) 및 제 2 펌프 핀치 밸브(242) 모두는 기구(200)에 의해 개폐되어 플로우 셀(100)로부터 주사기 펌프(244)를 결합시키거나 분리시킨다.
주사기 펌프(244)는 실린더 보어(250)를 갖는 실린더(248)에 배치된 왕복 플런저(246)를 포함한다. 플런저(246)는 실린더 보어(250) 내에 수용되어 플런저-실린더 보어 씰을 형성한다. 플런저(246)는 실린더 보어(250) 내에서 왕복운동하고 시약 우물(204-214)로부터 폐기물 탱크(252)로 시약을 펌핑하도록 기구(200)에 의해 구동된다.
도 6을 참조하면, 도 5의 탈착식 카트리지(202)를 포함하는 기구(200)의 개략적인 블록도의 예가 본 명세서에 개시된 태양에 따라 도시되어 있다. 기구(200)는 카트리지(202)를 수용하기 위한 도킹 스테이션(260)을 포함한다. 기구(200) 내의 다양한 전기 및 기계 어셈블리는 기구(200)에 의해 수행되는 시퀀싱 작업 동안 카트리지(202)를 작동시키기 위해 카트리지(202)와 상호작용한다.
기구(200)는 무엇보다도 시퀀싱 동작을 수행하기 위해 메모리(264)에 저장된 프로그램 명령을 실행할 수 있는 하나 이상의 프로세서(262)를 포함할 수 있다. 프로세서(262)는 무엇보다도 검출 모듈(266), 주사기 펌프 구동 어셈블리(268) 및 핀치 밸브 구동 어셈블리(270)와 전자 통신한다.
사용자 인터페이스(272)는 사용자가 기기(200)의 동작을 제어 및 모니터링하기 위해 제공된다. 통신 인터페이스(274)는 기기(200)와 원격 컴퓨터, 네트워크 등 간에 데이터 및 기타 정보를 전달한다.
주사기 펌프 구동 어셈블리(268)는 연장가능한 샤프트(278)에 연결된 주사기 펌프 모터(276)를 포함한다. 연장가능한 샤프트(278)는 주사기 펌프 모터(276)에 의해 주사기 펌프(244)에 있는 실린더(248)의 실린더 보어(250)내에서 플런저(246)를 왕복운동시키기 위해 신장 위치와 수축 위치 사이에 구동된다.
핀치 밸브 구동 어셈블리(270)는 8개의 공압 구동식 핀치 밸브 구동모터(280)의 세트를 포함한다. 6개의 핀치 밸브 구동모터(280)는 핀치 밸브(228-238)에 기계적으로 결합된다. 핀치 밸브 구동모터 중 2개가 제 1 및 제 2 펌프 핀치 밸브(240, 242)에 기계적으로 결합된다. 핀치 밸브 구동모터(280)는 핀치 밸브(228-238, 240)의 탄성 중심부분를 핀치 오프시키거나 해제하기 위해 공기 압력을 이용해 핀치 밸브를 공압식으로 개폐할 수 있다. 대안으로, 핀치 밸브 구동모터(280)는 전기로 구동될 수 있다.
검출 모듈(266)은 플로우 셀(100) 내의 분석물로부터 방출된 방출 광자를 검출할 수 있도록 모든 카메라 및 광감지 센서를 포함한다. 기기(200) 내의 장치 회로(미도시)는 검출된 광자에서 도출된 데이터 신호를 처리 및 전송할 수 있다. 이어서, 데이터 신호는 분석물의 특성을 나타내기 위해 분석될 수 있다.
도 7을 참조하면, 플로우 셀(100)을 이용하는 일련의 실험을 수행하는 방법의 예가 본 명세서에 개시된 태양에 따라 도시되어 있다. 이 방법은 플로우 셀(100)을 갖는 기구(200)를 이용한다. 기구(200)는 복수의 시약(146-156)을 담은 복수의 시약 우물(206-214)을 포함한다. 각각의 시약 우물(204-214)은 플로우 셀(100)상의 복수의 유입구 포트(120-130)의 단일 유입구 포트와 유체 소통하여 시약의 유동 경로(134-144)가 플로우 셀(100)에 들어갈 때까지 혼합되지 않도록 한다. 플로우 셀(100)은 검출 섹션(106)에 일체로 연결된 매니폴드 섹션(104)을 갖는 플로우 채널(102)을 포함한다. 매니폴드 섹션(106)은 시약(146-156)을 수용하고 이를 공통라인(172)을 통해 검출 섹션(106)으로 노정한다. 검출 섹션(106)에서 분석물이 위치되고 분석물과 시약(146-156) 간에 다중 화학반응이 수행된다. 기구(200) 및 플로우 셀(100)의 기하학적 구조로 인해, 플러시 팩터(쓸리는 부피의 단위), 및 따라서 플로우 셀(100)을 플러시하고 플로우 셀(100)의 플로우 채널(102)에서 시약 농도의 사전결정된 레벨(즉, 플러시 효율)을 달성하는데 사용되는 시약 유량(즉, 총 플러시량)이 종래 플로우 셀에 비해 감소된다.
이 방법은 플로우 셀(100)을 기구(200)에 연결함으로써(단계 300에서) 시작한다. 플로우 셀(100)은 복수의 유입구 포트(120-130), 배출구 포트(132) 및 그들 사이에 유체 소통하는 플로우 채널(102)을 포함한다. 플로우 채널(102)은 매니폴드 섹션(104) 및 검출 섹션(106)을 포함한다. 플러시 팩터를 감소시키고 플러시 효율을 늘리는 플로우 셀(100) 및 기구(200)의 기하학적 구조 및 아키텍처의 몇몇 특징은 다음과 같다:
· 매니폴드 섹션(104)과 검출 섹션이 동일한 평면 상에 있을 수 있다.
· 매니폴드 섹션(104)의 쓸리는 부피는 검출 섹션(106)의 쓸리는 부피보다 적어도 약 10배 작을 수 있다.
· 매니폴드 섹션(104) 내의 매니폴드 브랜치(160-170)는 접합부(174)에서 예각을 형성할 수 있다.
· 각각의 유입구 포트(120-130)는 하나의 시약 유동 경로(134-144)를 통해 흐르는 하나의 시약(146-156)을 수용할 수 있다.
플로우 채널(102)의 매니폴드 섹션(104)은 상이한 시약(146-156)의 상이한 유동 경로(134-144)가 플로우 채널(102)의 검출 섹션(106)으로 유동하기 전에 함께 노정되는 기구(200)내 유일한 공통영역을 포함할 수 있다.
이 방법은 (단계 302에서) 복수의 시약들(146-156) 중 제 1 시약을 선택하기 위해 기구(200)의 복수의 밸브들(228-238) 중 제 1 밸브를 작동시킴으로써 계속된다. 각각의 시약은 기구(200)의 시약 우물(206-214)에 위치된다.
이 방법은 (단계 304에서) 복수의 유입구 포트들(120-130) 중 제 1 유입구 포트를 통해 그리고 플로우 셀(100)의 플로우 채널(102)을 통해 제 1 시약을 펌핑함으로써 계속된다. 펌핑은 다양한 적절한 펌프들로 달성될 수 있다. 도 5에 도시된 예에서, 펌프는 주사기 펌프(244)이다.
이 방법은 (단계 306에서) 플로우 채널(102)의 검출 섹션(106)에 위치된 제 1 시약과 분석물 사이에 제 1 화학반응을 수행함으로써 계속된다. 제 1 화학반응이 완료된 후, 제 1 시약의 일부는 잔류 시약으로서 플로우 채널에 남아 있다. 상기 잔류 시약은 기설정된 화학반응 순서대로 사용된 복수의 시약들(146-156) 중 다른 시약과의 교차오염을 최소화하고, 일부 경우에는 심지어 완전히 제거하기 위해, 플로우 채널(102)의 적어도 검출 섹션(104)으로부터 플러싱되어야 할 수도 있다.
이 방법은 (단계 308에서) 복수의 시약들(146-156)의 후속 시약을 선택하기 위해 복수의 밸브(228-238)의 후속 밸브를 작동시킴으로써계속된다.
이 방법은 (단계 310에서) 검출 섹션(104)에 위치된 후속 시약의 적어도 약 99.95%의 농도(즉, 적어도 약 99.95%의 플러시 효율)가 쓸리는 부피의 약 2.5배(즉, 약 2.5의 플러시 팩터) 이하와 동일한 후속 시약의 총 플러시량으로 달성되도록 플로우 채널(102)로부터 잔류 시약을 플러싱하기 위해 복수의 유입구 포트(120-130)의 후속 유입구 포트를 통해 그리고 플로우 채널(102)을 통해 후속 시약을 펌핑함으로써 계속된다. 적어도 부분적으로 단계 300에서 상술한 특징들로 인해, 2.5의 이 낮은 플러시 팩터와 99.95%의 높은 플러스 효율이 달성될 수 있다. 대안으로, (단계 310에서) 일부 후속 시약에 대해, 이 방법은 후속 시약의 적어도 약 99%의 농도(즉, 적어도 약 99% 플러시 효율)가 달성되도록 플로우 채널(102)로부터 잔류 시약을 플러시하기 위해 약 2.0 이하의 플러시 팩터만을 사용할 수 있다.
그 후, 상기 방법은 (단계 312에서) 검출 섹션(106)에 위치된 후속 시약의 적어도 약 99.95%(또는 대안으로, 일부 후속 시약의 경우, 적어도 약 99%)의 농도가 달성된 후에 검출 섹션(106)에 위치된 상기 후속 시약과 분석물 간에 후속 화학반응을 수행함으로써 계속된다. 후속 화학반응이 완료된 후, 후속 시약의 일부는 잔류 시약으로서 플로우 채널에 남을 것이다. 상기 잔류 시약은 기설정된 화학반응 순서대로 사용된 복수의 시약들(146-156) 중 다른 시약과의 교차오염을 최소화하고, 일부 경우에는 심지어 완전히 제거하기 위해, 플로우 채널(102)의 적어도 검출 섹션(104)으로부터 플러싱되어야 할 수 있다.
이어서, 이 방법은 (단계 314에 도시된 바와 같이) 기설정된 화학반응 순서대로 복수의 시약들(146-156)의 소정의 시약 순서에 대해 후속 밸브의 동작을 반복하도록 복귀시키고(단계 308), 후속 시약을 펌핑하며(단계 310), 후속 화학반응을 수행함으로써(단계 312) 반복된다.
각각의 반복에서, 이 방법은 (단계 314) 선택된 시약의 유형에 따라 다양한 방식으로 계속될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 방법은 분석물과 다양한 시약 사이의 화학반응에 의해 야기된 기능적 효과에 기초하여 계속될 수 있다.
예를 들어, 상기 방법은 형광 라벨이 붙은 뉴클레오티드를 DNA 가닥(즉, DNA 가닥 분석물)을 포함하는 분석물에 통합시킴으로써 계속될 수 있다. 이는 시약(146) 또는 이와 유사한 시약과 같이 혼입 믹스로 달성될 수 있다.
또한 예로서, 상기 방법은 검출 공정 동안 DNA 가닥 분석물을 안정화시킴으로써 계속될 수 있다. 이는 시약(148) 또는 이와 유사한 스캔 믹스로 달성될 수 있다.
또한 예로서, 이 방법은 DNA 가닥 분석물로부터 형광 라벨이 붙은 뉴클레오티드를 효소적으로 절단함으로써 계속될 수 있다. 이는 시약 150 또는 이와 유사한 클리브 믹스로 달성될 수 있다.
모든 플러싱 시약이 그 시약과 플로우 채널(102)에 위치된 분석물 사이에 화학반응을 수행하기 전에 약 99.95% 이상의 플러시 효율(또는 대안으로, 일부 후속 시약의 경우, 약 99% 이상의 플러시 효율)을 요구하는 것은 아니다. 예를 들어, 2개의 세척 버퍼 시약이 순차적으로 사용된 경우, 제 2 세척 완충제는 약 96% 이상의 플러시 효율만을 필요로 할 수 있다. 또한, 예를 들어, 시약이 공기인 경우, 예정된 현장 테스팅을 수행하는 데 사용될 수 있고, 플러시 효율은 단지 약 96%일 수 있다. 그러나, 임의의 주어진 시약 순서에서, 대부분의 후속 시약은 99.95% 이상의 플러시 효율(또는 대안으로 일부 후속 시약의 경우 약 99% 이상의 플러시 효율)을 요구할 수 있다. 이는 후속 시약이 세척 버퍼나 공기가 아닌 경우일 수 있다. 보다 구체적으로, 이는 후속 시약이 혼입 믹스, 클리브 믹스 및 스캔 믹스 중 하나 인 경우일 수 있다.
(특히 비세척 버퍼 시약 또는 비공기 시약의 경우) 약 2.5 이하의 플러시 팩터로 적어도 약 99.95%(또는 대안으로, 일부 후속 시약의 경우, 약 2.0 이하의 플러시 팩터로 적어도 약 99%)의 플러시 효율을 달성할 수 있게 함으로써, 고가의 시약의 소비가 감소되고 일련의 제어된 화학반응을 완료하는 데 소요되는 시간이 종래 기술에 비해 상당히 단축된다. 약 2.5 이하의 플러시 팩터로 (다시, 특히 비세척 버퍼 시약 또는 공기가 아닌 시약으로) 약 99.95% 이상의 세척 효율의 달성을 가능하게 함으로써, 이러한 고가의 시약의 소비가 더욱 감소되고 제어된 반응 순서를 완료하는데 소요되는 시간이 더욱 단축된다.
(이러한 개념이 서로 일치하지 않는 경우) 아래에 더 상세히 논의되는 상술한 개념 및 추가 개념의 모든 조합은 본 명세서에 개시된 본 발명의 주제의 일부인 것으로 고려되어야 함을 이해해야 한다. 특히, 본 개시의 말미에 나타난 청구 주제의 모든 조합은 본 명세서에 개시된 본 발명의 주제의 일부인 것으로 고려된다.
상술한 개시가 특정 예를 참조하여 설명되었지만, 설명된 본 발명의 개념의 기술사상 및 범위 내에서 많은 변경이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 본 개시는 설명된 예에 국한되지 않고, 하기의 청구범위 언어로 정의된 전체 범위를 갖도록 의도되어 있다.

Claims (20)

  1. 각각이 복수의 시약들 중 대응하는 시약으로부터 플로우 셀로 시약의 유량을 수용하는 복수의 유입구 포트들;
    플로우 셀 밖으로 시약의 유량을 통과시키는 배출구; 및
    복수의 유입구 포트들의 각각의 유입구 포트와 배출구 포트 사이에 배치되고 유체 소통되는 플로우 채널을 포함한 플로우 셀로서,
    상기 플로우 채널은:
    공통라인과 유체 소통하는 복수의 매니폴드 브랜치를 갖는 매니폴드 섹션; 및
    공통라인 및 배출구 포트와 유체 소통하는 검출 섹션을 포함하고,
    상기 복수의 매니폴드 브랜치의 각각의 매니폴드 브랜치는 복수의 유입구 포트의 대응하는 유입구 포트에 연결되며,
    상기 검출 섹션은 상기 검출 섹션에 위치된 복수의 시약 및 분석물 사이에서 복수의 상이한 화학반응을 수행하도록 동작가능하고,
    상기 매니폴드 섹션의 복수의 매니폴드 브랜치는 제1 높이를 가지며, 상기 검출 섹션은 제2 높이를 가지고, 상기 제1 높이는 상기 제2 높이보다 작으며,
    상기 매니폴드 섹션은 검출 섹션의 쓸리는 부피보다 적어도 10배 작은 쓸리는 부피를 갖는, 플로우 셀.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플로우 채널의 매니폴드 섹션 및 검출 섹션은 평면인 플로우 셀.
  3. 제 1 항에 있어서,
    복수의 매니폴드 브랜치는 복수의 포크형 접합부를 통해 공통라인과 유체 소통되고, 상기 복수의 포크형 접합부 각각은 공통라인을 통해 검출 섹션으로 대응하는 시약의 유량을 보내며, 적어도 하나의 포크형 접합부는 각각의 매니폴드 브랜치 사이에 예각을 형성하는 플로우 셀.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    플로우 채널의 상부면을 정의하는 상부층;
    플로우 채널의 하부면을 한정하는 하부층; 및
    플로우 채널의 기하학적 구조를 정의하는 중간층을 포함하는 플로우 셀.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 플로우 채널의 하부면과 상기 플로우 채널의 상부면 사이의 거리에 의해 정의되는 갭 높이를 포함하고, 상기 갭 높이는 상기 플로우 채널에 걸쳐 일정하고 60 내지 100㎛ 범위 내에 있는 플로우 셀.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 각각이 내부에 시약을 담도록 동작가능한 복수의 시약 우물들;
    각각이 복수의 시약 우물들 중 대응하는 시약 우물과 유체 소통하고, 각각이 상기 복수의 시약 우물들 중 해당하는 시약 우물로부터 시약의 유량을 제어하도록 동작가능한 복수의 밸브들; 및
    기구에 유체 결합되도록 동작가능한 플로우 셀을 포함한 기구로서,
    상기 플로우 셀은:
    각각이 복수의 밸브들 중 해당하는 밸브와 유체 소통하고, 각각이 복수의 시약 우물들 중 해당하는 시약 우물로부터 시약의 유량을 수용하는 복수의 유입구 포트들;
    플로우 셀 밖으로 시약의 유량을 통과시키는 배출구; 및
    상기 복수의 유입구 포트들의 각각의 유입구 포트와 배출구 포트 사이에 위치되고, 유체 소통되는 플로우 채널을 포함하고,
    상기 플로우 채널은:
    공통라인과 유체 소통하는 복수의 매니폴드 브랜치를 갖는 매니폴드 섹션; 및
    공통라인 및 배출구 포트와 유체 소통하는 검출 섹션을 포함하고,
    각 브랜치는 상기 복수의 유입구 포트들 중 한 유입구 포트에 연결되며,
    검출 섹션은 상기 검출 섹션에 위치된 복수의 시약 및 분석물 사이에서 복수의 상이한 화학반응을 수행하도록 동작가능하고,
    상기 매니폴드 섹션의 복수의 매니폴드 브랜치는 제1 높이를 가지며, 상기 검출 섹션은 제2 높이를 가지고, 상기 제1 높이는 상기 제2 높이보다 작으며,
    상기 매니폴드 섹션은 검출 섹션의 쓸리는 부피보다 적어도 10배 작은 쓸리는 부피를 갖는, 기구.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    플로우 채널의 매니폴드 섹션 및 검출 섹션은 평면인 기구.
  13. 제 10 항에 있어서,
    매니폴드 브랜치는 시약의 각각의 유량을 공통라인을 통해 검출 섹션으로 향하게 하는 복수의 포크형 접합부를 통해 공통라인과 유체 소통하고, 상기 포크형 접합부는 매니폴드 브랜치들 간에 단지 예각만 형성하는 기구.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 12 항에 있어서,
    플로우 채널의 상부면을 정의하는 상부층;
    플로우 채널의 하부면을 정의하는 하부층;
    플로우 채널의 기하학적 구조를 정의하는 중간층; 및
    플로우 채널의 하부면과 플로우 채널의 상부면 사이의 거리에 의해 정의되는 갭 높이를 포함하고,
    상기 갭 높이는 플로우 채널 전체에 걸쳐 일정한, 기구.
  17. 제 10 항에 있어서,
    플로우 셀이 기구 내에 위치되는 기구.
  18. 복수의 유입구 포트, 배출구 포트 및 그 사이에 유체 소통하는 플로우 채널을 포함하고, 상기 플로우 채널은 매니폴드 섹션 및 검출 섹션을 구비하는, 플로우 셀을 기구에 연결하는 단계;
    각각이 카트리지 또는 기구 중 하나의 시약 우물에 위치되는 복수의 시약들 중 제 1 시약을 선택하기 위해 기구의 복수의 밸브들 중 제 1 밸브를 작동시키는 단계;
    복수의 유입구 포트들 중 제 1 유입구 포트를 통해 그리고 플로우 셀의 플로우 채널을 통해 제 1 시약을 펌핑하는 단계;
    플로우 채널의 검출 섹션에 위치된 제 1 시약과 분석물 사이에 제 1 화학반응을 수행하는 단계;
    복수의 밸브들 중 후속 밸브를 작동시켜 복수의 시약들 중 후속 시약을 선택하는 단계; 및
    후속 시약의 총 플러시량이 플로우 채널의 쓸리는 부피보다 2.5 이하이도록 플로우 채널로부터 잔류 시약을 플러시하기 위해 복수의 유입구 포트들 중 후속 유입구 포트를 통해 그리고 플로우 채널을 통해 후속 시약을 펌핑하는 단계를 포함하고,
    매니폴드 섹션은 제1 높이를 가지며, 검출 섹션은 제2 높이를 가지고, 상기 제1 높이는 상기 제2 높이보다 작으며,
    매니폴드 섹션은 검출 섹션의 쓸리는 부피보다 적어도 10배 작은 쓸리는 부피를 가지고,
    제 1 시약의 적어도 일부는 제 1 화학반응의 완료 후 잔류 시약으로서 플로우 채널에 남아 있는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    검출 섹션에 위치된 후속 시약의 적어도 99.95%의 농도가 달성된 후 검출 섹션에 위치된 후속 시약과 분석물 사이에 후속 화학반응을 수행하는 단계를 포함하고,
    후속 시약의 적어도 일부는 후속 화학반응의 완료 후 제 2 잔류 시약으로서 플로우 채널에 남아 있는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    후속 밸브 작동을 반복하고, 후속 시약을 펌핑하며, 후속 화학반응을 수행하는 단계를 포함하는 방법.
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