KR102503411B1 - 카트리지 조립체 - Google Patents

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KR102503411B1
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valve
well plate
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cartridge
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리차드 엘 르모앙
제임스 오스무스
슈-친 스티븐 린
벵 케옹 앙
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일루미나, 인코포레이티드
일루미나, 싱가포르 피티이 엘티디
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    • G01N2035/00326—Analysers with modular structure

Abstract

플로우 셀을 수용하는 플로우 셀 챔버를 포함하는 하우징, 및 원하는 양의 액체를 수용하는 액체 웰들을 갖는 웰 플레이트를 포함하는 카트리지 조립체가 제공된다. 웰 플레이트는 밸브 스테이션, 펌프 스테이션 및 유체 분석 스테이션과, 이들 사이에 연관되는 채널들을 포함한다. 펌프 조립체는 펌프 스테이션과 유체 분석 스테이션 사이의 채널을 통한 유체 흐름을 관리한다. 회전 밸브 조립체는 회전자 샤프트와 회전 축 주위로 회전하고 웰들을 펌프 스테이션에 선택적으로 커플링시키도록 위치된 회전자 밸브를 포함한다. 회전자 샤프트는 그 원위 단부에서 듀얼 스플라인 구성을 포함한다. 듀얼 스플라인 구성은 제1 및 제2 세트의 스플라인을 갖는다. 제1 세트의 스플라인은 구동 인터페이스를 형성하고 제2 세트의 스플라인은 위치 인코딩 인터페이스를 형성한다.

Description

카트리지 조립체
관련 출원
본 출원은 2016년 10월 14일자로 출원된 미국 가출원 제62/408,631호 및 2016년 12월 8일자로 출원된 네덜란드 출원 제2017959호의 우선권을 주장하며; 전술한 각각의 출원은 그 전체가 본 명세서에 참고로 통합된다.
배경기술
생물학적 또는 화학적 연구에 사용되는 다양한 프로토콜은 다수의 제어된 반응의 실행을 포함한다. 반응은 예를 들어 적합한 유체학, 광학 및 전자 공학적 장치를 갖는 자동화 시스템에 의해 미리 정해진 프로토콜에 따라 수행될 수 있다. 이 시스템은 예를 들어, 후속 사용을 위한 생물학적 또는 화학적 생성물을 생성하거나 샘플의 특정 특성/특성을 검출하기 위해 샘플을 분석하는 데 사용될 수 있다. 몇몇 경우에서 샘플을 분석할 때, 식별 가능한 라벨(예를 들어, 형광 라벨)을 포함하는 화학적 모이어티가 샘플이 위치된 챔버로 전달될 수 있고 샘플의 다른 화학적 모이어티에 선택적으로 결합할 수 있다. 이러한 화학 반응은 방사선으로 라벨을 여기시키고 라벨로부터 광 방출을 검출함으로써 관찰되거나 확인될 수 있다. 이러한 광 방출은 또한 화학 발광과 같은 다른 수단을 통해 제공될 수 있다.
일부 공지된 시스템은 플로우 셀(flowcell)의 하나 이상의 내부 표면에 의해 한정된 플로우 채널(예를 들어, 내부 챔버)을 포함하는, 플로우 셀과 같은 유체 디바이스를 사용한다. 반응은 내부 표면을 따라 수행될 수 있다. 플로우 셀은 통상적으로 플로우 채널 내의 샘플을 이미징하기 위한 디바이스를 포함하는 광학 어셈블리에 근접하게 위치된다. 광학 어셈블리는 대물 렌즈 및/또는 솔리드 스테이트 이미징 디바이스(예를 들어, CCD 또는 CMOS)를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 대물 렌즈는 사용되지 않고 솔리드 스테이트 이미징 디바이스는 플로우 채널을 이미징하기 위해 플로우 셀에 바로 인접하게 위치된다.
플로우 채널을 이미징하기 전에, 샘플과의 다수의 반응을 수행하는 것이 필요할 수 있다. 예를 들어, 하나의 합성에 의한 시퀀싱(sequencing-by-synthesis) 기술에서, 플로우 채널의 하나 이상의 표면은 브릿지 PCR을 통해 형성된 핵산 클러스터(예를 들어, 클론 증폭산물(clonal ampicon))의 어레이를 갖는다. 클러스터를 생성한 후, 핵산을 "선형화"되어, 외가닥 DNA(sstDNA)를 제공한다. 시퀀싱 사이클을 완료하기 위해, 다수의 반응 성분이 미리 정해진 스케줄에 따라 플로우 채널로 흐른다. 예를 들어, 각각의 시퀀싱 사이클은 단일 염기에 의해 sstDNA를 연장시키기 위해 하나 이상의 뉴클레오타이드(예를 들어, A, T, G, C)를 플로우 채널로 흘려 보내는 것을 포함한다. 뉴클레오타이드에 부착된 가역성 터미네이터는, 단지 단일 뉴클레오타이드가 사이클 당 sstDNA에 의해 통합되는 것을 보장할 수 있다. 각각의 뉴클레오타이드는 대응하는 뉴클레오타이드를 검출하는 데 사용되는, 여기시 컬러(예를 들어, 적색, 녹색, 청색 등)를 방출하는 고유한 형광 라벨을 갖는다. 새롭게 통합된 뉴클레오타이드로, 다수의 클러스터의 이미지가 4개의 채널(즉, 각각의 형광 라벨에 대해 하나씩)에서 취해진다. 이미징 후, 다른 반응 성분이 플로우 채널로 흘러 들어가 sstDNA로부터 형광 라벨 및 가역성 터미네이터를 화학적으로 절단한다. 그 후, sstDNA는 다른 사이클을 위해 준비된다. 따라서, 다수의 상이한 반응 성분이 각 사이클에 대해 플로우 채널에 제공된다. 단일 시퀀싱 세션은 100, 300 또는 그보다 많은 다수의 사이클을 포함할 수 있다.
반응 성분을 포함하는 유체는 통상적으로, 상이한 유체가 상이한 저장소에 저장되는 저장 디바이스(예를 들어, 트레이 또는 카트리지)에 유지된다. 반응 성분의 수와 다수의 사이클로 인해, 한 세션 동안 사용되는 유체의 총량은 상당히 클 수 있다. 사실, 일부 어플리케이션의 경우, 단일 카트리지에서 반응 성분의 총량을 공급하는 것은 비현실적이다. 이러한 어플리케이션의 경우, 더 큰 시스템, 복수의 시스템을 사용하거나, 단일 시스템으로 다수의 세션을 실행할 필요가 있을 수 있다. 이러한 해결책은 일부 환경에서 비용이 많이 들고 불편하거나 불합리할 수 있다.
정의
특허, 특허 출원, 논문, 서적, 논문 및 웹 페이지를 포함하되 이들로 한정되지 않는, 본 출원에 인용된 모든 문헌 및 유사한 자료는 이러한 문헌 및 이와 유사한 자료의 형식에 관계없이, 그 전체 내용이 참조로 명확히 통합된다. 통합된 문헌 및 유사한 자료 중 하나 이상이 정의된 용어, 용어 사용법, 설명된 기술 등을 포함하되 이에 한정되지 않는 본 출원과 상이하거나 모순되는 경우, 본 출원이 제어한다.
본 명세서에서 사용되는 하기 용어는 표시된 의미를 갖는다.
본 명세서에 설명된 예는 생물학적 또는 화학적 분석을 위해 샘플에서 원하는 반응을 검출하는 데 사용되는 다양한 시스템, 방법, 어셈블리 및 장치를 포함한다. 일부 예에서, 원하는 반응은 광학 어셈블리에 의해 검출되는 광학 신호를 제공한다. 광 신호는 라벨로부터의 광 방출일 수 있거나, 샘플에 의해 반사되거나 굴절된 투과광일 수 있다. 예를 들어, sstDNA가 플로우 셀에서 시퀀싱되는 시퀀싱 프로토콜을 수행하거나 수행하는 것을 용이하게 하기 위해 예가 사용될 수 있다. 특정 예에서, 본 명세서에 설명되는 예는 또한 시퀀싱을 위한 관심 샘플을 생성하기 위해 증폭 프로토콜을 수행할 수 있다.
본 명세서의 예는, 원하는 반응이 발생할 수 있게 하며, 원하는 반응은 자극에 반응하는 물질의 화학적, 전기적, 물리적 및 광학적 특성 또는 품질 중 적어도 하나의 변화를 포함한다. 예를 들어, 원하는 반응은 화학적 변형, 화학적 변화 또는 화학적 상호 작용일 수 있다. 특정 예에서, 원하는 반응은 이미징 시스템에 의해 검출된다. 이미징 시스템은 광 신호를 센서(예를 들어, CCD 또는 CMOS)로 향하게 하는 광학 어셈블리를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 예에서, 이미징 시스템은 광 신호를 직접 검출할 수 있다. 예를 들어, 플로우 셀은 CMOS 센서 상에 장착될 수 있다. 그러나, 원하는 반응은 또한 전기적 특성의 변화일 수 있다. 예를 들어, 원하는 반응은 용액 내 이온 농도의 변화일 수 있다.
예시적인 반응은 환원, 산화, 첨가, 제거, 재배열, 에스터화, 아마이드화, 에테르화, 고리화 또는 치환과 같은 화학 반응; 제1 화학물이 제2 화학 물질에 결합하는 결합 상호 작용; 2개 이상의 화학물이 서로 분리되는 해리 반응; 형광; 루미네선스(luminescence); 화학 루미네선스; 및 핵산 복제, 핵산 증폭, 핵산 하이브리드화, 핵산 결찰(ligation), 인산화, 효소 촉매 작용, 수용체 결합 또는 리간드 결합과 같은 생물학적 반응을 포함하되 이에 한정되지 않는다. 원하는 반응은 또한 예를 들어, 주위의 용액 또는 환경의 pH 변화로서 검출 가능한 양성자의 첨가 또는 제거일 수 있다.
다양한 예는 샘플에 반응 성분을 제공하는 것을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 "반응 성분" 또는 "반응물"은 원하는 반응을 얻는 데 사용될 수 있는 임의의 물질을 포함한다. 예를 들어, 반응 성분은 시약, 효소, 샘플, 다른 생체 분자 및 완충 용액을 포함한다. 반응 성분은 통상적으로 용액 중의 반응 사이트(예를 들어, 샘플이 위치된 영역)에 전달되거나 반응 사이트 내에 고정화된다. 반응 성분은 관심 물질과 직접적으로 또는 간접적으로 상호 작용할 수 있다.
특정 예에서, 원하는 반응은 광학 어셈블리를 통해 광학적으로 검출된다. 광학 어셈블리는 광학 신호를 이미징 디바이스(예를 들어, CCD, CMOS 또는 광전자 증배관)로 향하게 하기 위해 서로 협업하는 광학 구성 요소들의 광학 트레인을 포함할 수 있다. 그러나, 대안적인 예에서, 샘플 영역은 광학 트레인을 사용하지 않고 원하는 반응을 검출하는 활성 검출기에 바로 인접하여 위치될 수 있다. 활성 검출기는 미리 정해진 체적 또는 영역 내의 미리 정해진 이벤트, 특성, 품질 또는 특징을 검출할 수 있다. 예를 들어, 활성 검출기는 미리 정해진 체적 또는 영역의 이미지를 캡처할 수 있다. 활성 검출기는 용액의 미리 정해진 체적 내 또는 미리 정해진 영역을 따라 이온 농도를 검출할 수 있다. 예시적인 활성 검출기는 전하 커플링된 디바이스(CCD)(예를 들어, CCD 카메라); 광전 증배관(PMT); 나노 구멍과 함께 사용되는 것과 같은 분자 특성화 디바이스 또는 검출기; 그 전체 내용이 참조로 본 명세서에 통합되는 미국 특허 제7,595,883호에 설명된 것과 같은 마이크로 회로 장치; 및 화학적 감지 전계 효과 트랜지스터(chemFET), 이온 감지 전계 효과 트랜지스터(ISFET) 및/또는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 포함하는 전계 효과 트랜지스터(FET)를 갖는 CMOS-제조된 센서를 포함한다.
본 명세서에 사용되는 "조명 요소" 및 "광학 구성 요소"라는 용어는 광 신호의 전파에 영향을 미치는 다양한 요소를 포함한다. 예를 들어, 광학 구성 요소는 광 신호를 리다이렉트, 필터링, 형상화, 확대 또는 집중시키는 것 중 적어도 하나일 수 있다. 영향을 받을 수 있는 광 신호는 샘플로부터의 상류인 광 신호 및 샘플로부터하류인 광 신호를 포함한다. 형광-검출 시스템에서 상류 구성 요소는 여기 방사선을 샘플 쪽으로 지향시키는 것을 포함하고, 하류 구성 요소는 방출 방사선을 샘플로부터 멀어지게 지향시키는 것을 포함한다. 광학 구성 요소는 예를 들어, 반사기, 다이크로익(dichroic), 빔 스플리터, 콜리메이터, 렌즈, 필터, 웨지(wedge), 프리즘, 거울, 검출기 등일 수 있다. 광학 구성 요소는 또한 대역 통과 필터, 광학 웨지 및 본 명세서에 설명되는 것과 유사한 광학 디바이스를 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "광 신호" 또는 "광 신호들"이라는 용어는 검출될 수 있는 전자기 에너지를 포함한다. 이 용어는 표지된 생물학적 또는 화학적 물질로부터의 광의 방출을 포함하며, 또한 광학 기질에 의해 굴절 또는 반사되는 투과광을 포함한다. 샘플에 입사하는 여기 방사선 및 샘플에 의해 제공되는 광 방출을 포함하는 광학 또는 광 신호는 하나 이상의 스펙트럼 패턴을 가질 수 있다. 예를 들어, 하나 초과의 유형의 라벨이 이미징 세션에서 여기될 수 있다. 이러한 경우에, 상이한 유형의 라벨이 공통의 여기 광원에 의해 여기될 수 있거나, 상이한 시간들 또는 상이한 시간에 상이한 여기 광원에 의해 여기될 수 있다. 각각의 유형의 라벨은 다른 라벨의 스펙트럼 패턴과 상이한 스펙트럼 패턴을 갖는 광 신호를 방출할 수 있다. 예를 들어, 스펙트럼 패턴은 상이한 방출 스펙트럼을 가질 수 있다. 광 방출은 필터링되어 다른 방출 스펙트럼으로부터 광 신호를 개별적으로 검출할 수 있다.
조명 요소 및/또는 광학 구성 요소는 광학 어셈블리 내의 고정 위치를 가질 수 있거나 선택적으로 이동 가능할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "선택적으로"라는 용어가 "이동하는" 및 유사한 용어와 관련하여 사용되는 경우, 이 문구는, 광학 구성 요소의 위치가 원하는 방식으로 변경될 수 있음을 의미한다. 광학 구성 요소의 위치 및 방향 중 적어도 하나가 변경될 수 있다. 예를 들어, 특정 예에서, 광학 이미징 시스템의 포커싱을 용이하게 하기 위해 회전 가능한 거울이 선택적으로 이동된다.
분석 동작(또한 이미징 세션으로 지칭됨)은, 샘플의 적어도 일부가 이미징되는 시간 주기를 포함한다. 하나의 샘플이 복수의 이미징 세션을 거치거나 대상이 될 수 있다. 예를 들어, 하나의 샘플은, 각각의 이미징 세션이 하나 이상의 상이한 라벨로부터 광 신호를 검출하려고 시도하는 2개의 상이한 이미징 세션의 대상의 대상이 될 수 있다. 특정 예로서, 핵산 샘플의 적어도 일부를 따르는 제1 스캔은 뉴클레오타이드 A 및 C와 연관된 라벨을 검출할 수 있고, 샘플의 적어도 일부를 따르는 제2 스캔은 뉴클레오타이드 G 및 T와 연관된 라벨을 검출할 수 있다. 시퀀싱 예에서, 별도의 세션이 시퀀싱 프로토콜의 개별 사이클에서 발생할 수 있다. 각 사이클은 하나 이상의 이미징 세션을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 상이한 이미징 세션에서 광 신호를 검출하는 것은 상이한 샘플을 스캐닝하는 것을 포함할 수 있다. 상이한 샘플은 동일한 유형(예를 들어, 2개의 마이크로 어레이 칩) 또는 상이한 유형(예를 들어, 플로우 셀 및 마이크로 어레이 칩)일 수 있다.
분석 동작 동안, 샘플에 의해 제공된 광 신호가 관찰된다. 다양한 유형의 이미징이 본 명세서에 설명되는 예와 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명되는 예는, 샘플 영역의 구역들이 개별적으로 이미징되는 "스텝 앤드 슈트(step and shoot)" 절차를 이용할 수 있다. 예는 또한 에피-형광(epi-fluorescent) 이미징 및 내부-전반사-형광(total-internal-reflectance-fluorescence: TIRF) 이미징 중 적어도 하나를 수행하도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, 샘플 이미저(imager)는 스캐닝 시간-지연 적분(time-delay integration: TDI) 시스템이다. 또한, 이미징 세션은, 광의 선형 초점 영역이 샘플(들)에 걸쳐 스캐닝되도록 하나 이상의 샘플을 "라인 스캐닝(line scanning)"하는 것을 포함할 수 있다. 라인 스캐닝의 몇몇 방법은, 예를 들어, 미국 특허 제7,329,860호 및 미국 특허 공개 제2009/0272914호에 설명되어 있으며, 이들 각각에서 완전한 청구물은 그 전체가 본 명세서에 참고로 통합된다. 이미징 세션은 또한 샘플(들)에 걸쳐 래스터(raster) 패턴으로 광의 점 초점 영역을 이동시키는 것을 포함할 수 있다. 대안적인 예에서, 이미징 세션은 조명 없이 샘플 내의 라벨의 방출 특성(예를 들어, 샘플의 방사성 또는 화학 루미네선트 성분)에 전적으로 기초하여 발생되는 광 방출을 검출하는 것을 포함할 수 있다. 대안적인 예에서, 플로우 셀은 원하는 반응을 검출하는 이미저(예를 들어, CCD 또는 CMOS) 상에 장착될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "샘플" 또는 "관심 샘플"이라는 용어는 재료 또는 물질로부터의 광 신호가 관찰되는 이미징 세션을 거치는 다양한 재료 또는 물질을 포함한다. 특정 예에서, 샘플은 생물학적 또는 화학적 관심 물질 및 선택적으로 생물학적 또는 화학적 물질을 지지하는 광학 기질 또는 지지 구조를 포함할 수 있다. 이와 같이, 샘플은 광학 기질 또는 지지 구조를 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다. 본 명세서에 사용되는 "생물학적 또는 화학적 물질"이라는 용어는 본 명세서에 설명되는 광학 시스템으로 이미징되거나 검사되기에 적절한 다양한 생물학적 또는 화학적 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 생물학적 또는 화학적 물질은 뉴클레오시드, 핵산, 폴리뉴클레오타이드, 올리고 뉴클레오타이드, 단백질, 효소, 폴리펩타이드, 항체, 항원, 리간드, 수용체, 다당류, 탄수화물, 폴리포스페이트, 나노 구멍, 세포 기관, 지질층, 세포, 조직, 유기체와 같은 생체 분자 및 전술한 종의 유사체 또는 모방체와 같은 생물학적으로 활성인 화학적 합성물(들)을 포함한다. 다른 화학 물질은 식별을 위해 사용될 수 있는 라벨을 포함하며, 그 예는 형광 라벨 및 이하에서 더 상세히 개진되는 다른 것을 포함한다.
상이한 유형의 샘플은 상이한 방식으로 입사광에 영향을 주는 상이한 광학 기질 또는 지지 구조체를 포함할 수 있다. 특정 예에서, 검출될 샘플은 기질 또는 지지 구조체의 하나 이상의 표면에 부착될 수 있다. 예를 들어, 플로우 셀은 하나 이상의 플로우 채널을 포함할 수 있다. 플로우 셀에서, 플로우 채널은 플로우 셀의 최상부층 및 바닥층에 의해 주위 환경으로부터 분리될 수 있다. 따라서, 검출될 광 신호는 지지 구조체 내부로부터 투사되고 상이한 굴절률을 갖는 복수의 재료층을 통해 투과할 수 있다. 예를 들어, 플로우 채널의 내부 바닥면으로부터 광 신호를 검출할 때, 그리고 플로우 채널 위로부터 광 신호를 검출할 때, 검출되기를 원하는 광 신호는 굴절률을 갖는 유체를 통해, 상이한 굴절률을 갖는 플로우 셀의 하나 이상의 층을 통해, 그리고 상이한 굴절률을 갖는 주위 환경을 통해 전파될 수 있다.
본 명세서에 개진되는 시스템 및 방법은 마이크로 어레이와 접촉되는 샘플에서 특정 표적 분자의 존재를 검출하는 데 사용될 수 있다. 이것은 예를 들어, 마이크로 어레이의 특정 프로브에 대한 표지된 표적 분석물의 결합에 기초하여, 또는 프로브 위치에서 라벨을 통합, 제거 또는 변경하기 위해 특정 프로브의 표적-의존 변형으로 인해 결정될 수 있다. 예를 들어, 그 각각이 참조로 본 명세서에 통합되는 미국 특허 출원 공개 제2003/0108867호; 제2003/0108900호; 제2003/0170684호; 제2003/0207295호; 또는 제2005/0181394호에 설명된 바와 같이, 몇몇 분석 중 임의의 하나가 마이크로 어레이를 사용하여 표적을 식별하거나 특징화하는 데 사용될 수 있다.
또한, 본 명세서에 설명되는 광학 시스템은 2007년 3월 30일자로 출원되고 "System and Devices for Sequence by Synthesis Analysis"라는 명칭의 PCT 출원 PCT/US07/07991호에 설명된 다양한 구성 요소 및 어셈블리를 포함하고/하거나, 2008년 9월 26일자로 출원되고 "Fluorescence Excitation and Detection System and Method"이라는 명칭의 국제 공개 번호 WO2009/042862호에 설명된 다양한 구성 요소 및 어셈블리를 포함하도록 구성될 수 있으며, 이들 모두에서 그 완전한 청구물은 그 전체가 참고로 본 명세서에 통합된다. 특정 예에서, 광학 시스템은 미국 특허 제7,329,860호 및 WO2009/137435호에 설명된 바와 같이 다양한 구성 요소 및 어셈블리를 포함할 수 있으며, 그 완전한 청구물은 그 전체가 참고로 본 명세서에 통합된다. 또한, 광학 시스템은 2009년 12월 15일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/638,770호에 설명된 바와 같이 다양한 구성 요소 및 어셈블리를 포함할 수 있으며, 그 완전한 청구물은 그 전체가 참고로 본 명세서에 통합된다.
특정 예에서, 본 명세서에 설명되는 방법 및 광학 시스템은 핵산을 시퀀싱하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 합성에 의한 시퀀싱(sequencing-by-synthesis: SBS) 프로토콜이 특히 적용 가능하다. SBS에서, 복수의 형광 표지된 변형된 뉴클레오타이드가 광학 기질의 표면(예를 들어, 적어도 부분적으로 플로우 셀의 채널을 한정하는 표면) 상에 존재하는 증폭된 DNA의 복수의 클러스터(아마도 수백만 개의 클러스터)를 시퀀싱하는 데 사용된다. 플로우 셀은, 플로우 셀이 적절한 플로우 셀 홀더 내에 배치되는 시퀀싱을 위한 핵산 샘플을 포함할 수 있다. 시퀀싱을 위한 샘플은 개별적으로 분해될 수 있도록 서로 분리되는 단일 핵산 분자, 클러스터 또는 다른 피처 형태의 핵산 분자의 증폭된 집단, 또는 핵산의 하나 이상의 분자에 부착된 비드(bead)의 형태를 취할 수 있다. 따라서, 시퀀싱은 본 명세서에서 전술한 것과 같은 어레이 상에서 수행될 수 있다. 핵산은 알려지지 않은 표적 시퀀스에 인접한 올리고 뉴클레오타이드 프라이머(primer)를 포함하도록 준비될 수 있다. 제1 SBS 시퀀싱 사이클을 개시하기 위해, 하나 이상의 상이하게 표지된 뉴클레오타이드 및 DNA 폴리머라아제 등이 유체 흐름 서브시스템(미도시)에 의해 플로우 셀로/셀을 통해 흐를 수 있다. 한 번에 하나의 유형의 뉴클레오타이드가 첨가될 수 있거나, 시퀀싱 절차에서 사용된 뉴클레오타이드는 가역적 종단 특성을 갖도록 특별히 설계될 수 있으므로, 시퀀싱 반응의 각 사이클이 여러 유형의 표지된 뉴클레오타이드(예를 들어, A, C, T, G)의 존재시에 동시에 발생할 수 있게 한다. 뉴클레오타이드는 형광체와 같은 검출 가능한 라벨 모이어티를 포함할 수 있다. 4개의 뉴클레오타이드가 함께 혼합되는 경우, 폴리머라아제는 통합할 정확한 염기를 선택할 수 있고, 각각의 시퀀스는 단일 염기에 의해 연장된다. 통합되지 않은 뉴클레오타이드는 세정액을 플로우 셀을 통해 흘려 세정될 수 있다. 하나 이상의 레이저가 핵산을 여기시키고 형광을 유도할 수 있다. 핵산으로부터 방출된 형광은 통합된 염기의 형광체를 기초로 하며, 상이한 형광체는 상이한 파장의 방출 광을 방출할 수 있다. 디블로킹(deblocking) 시약이 플로우 셀에 첨가되어, 연장되고 검출되는 DNA 가닥으로부터 가역성 터미네이터 그룹을 제거할 수 있다. 그 후, 디블로킹 시약은 세정액을 플로우 셀을 통해 흘려 세정될 수 있다. 그 후, 전술한 바와 같이 표지된 뉴클레오타이드의 도입으로 시작하여 시퀀싱의 추가 사이클을 위해 플로우 셀이 준비된다. 유체 및 검출 단계는 시퀀싱 실행을 완료하기 위해 여러 번 반복될 수 있다. 예시적인 시퀀싱 방법은 예를 들어, Bentley 등의 Nature 456:53-59(2008), WO04/018497호; 미국 7,057,026호; WO91/06678호; WO07/123744호; 미국 7,329,492호; 미국 7,211,414호; 미국 7,315,019호; 미국 7,405,281호 및 미국 2008/0108082호에 설명되어 있으며, 이들 각각은 본 명세서에 참고로 통합된다.
일부의 예에서, 핵산은 표면에 부착되어 시퀀싱 전에 또는 시퀀싱 중에 증폭될 수 있다. 예를 들어, 브릿지 증폭을 사용하여 증폭이 수행되어 표면 상에 핵산 클러스터를 형성할 수 있다. 유용한 브릿지 증폭 방법은 예를 들어, 미국 특허 제5,641,658호; 미국 특허 공개 제2002/0055100호; 미국 특허 7,115,400호; 미국 특허 공개 제2004/0096853호; 미국 특허 공개 제2004/0002090호; 미국 특허 공개 제2007/0128624호; 및 미국 특허 공개 제2008/0009420호에 설명되어 있다. 표면 상의 핵산 증폭을 위한 다른 유용한 방법은, 예를 들어, 그 각각이 참고로 본 명세서에 통합되는, [Lizardi et al., Nat. Genet. 19:225-232 (1998)] 및 미국 제2007/0099208 A1호에 설명된 회전환 증폭(rolling circle amplification: RCA)이다. 비드에 대한 에멀션 PCR은 또한 예를 들어, 그 각각이 그 전체로 본 명세서에 참고로 통합되는, 문헌[Dressman et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100:8817-8822 (2003)], WO 05/010145호, 또는 미국 특허 공개 제2005/0130173호 또는 제2005/0064460호에 설명된 바와 같이 사용될 수 있다.
본 명세서에 개진되는 방법 및 시스템의 사용에 적용 가능한 다른 시퀀싱 기술은 파이로시퀀싱(pyrosequencing), 나노 구멍 시퀀싱 및 결찰에 의한 시퀀싱이다. 특히 유용한 예시적인 파이로시퀀싱 기술 및 샘플은, 그 각각이 참고로 본 명세서에 통합되는, 미국 특허 제6,210,891호; 미국 특허 제6,258,568호; 미국 특허 제6,274,320호 및 문헌[Ronaghi, Genome Research 11:3-11(2001)에 설명되어 있다. 또한 유용한 예시적인 나노 구멍 기술 및 샘플은, 그 각각이 참고로 본 명세서에 통합되는, 문헌[Deamer et al., Acc. Chem. Res. 35:817-825 (2002); Li et al., Nat. Mater. 2:611-615 (2003); Soni et al., Clin Chem. 53:1996-2001 (2007) Healy et al., Nanomed. 2:459-481 (2007) 및 Cockroft et al., J. am. Chem. Soc. 130:818-820]; 및 미국 7,001,792호에 설명되어 있다. 특히, 이들 방법은 시약 전달의 반복 단계를 이용한다. 본 명세서에서 제시된 기구 또는 방법은 전술한 참고 문헌에 개진되는 것과 같은 원하는 프로토콜에 따라 시약을 도입하고 광 신호를 검출하기 위해 이들 구성 요소에 대한 제어 시스템과 함께 저장소, 밸브, 유체 라인 및 다른 유체 구성 요소로 구성될 수 있다. 다양한 샘플 중 임의의 것이 에멀션 PCR에 의해 생성된 비드를 갖는 기판, 제로-모드 도파관을 갖는 기판, 집적 CMOS 검출기를 갖는 기판, 지질 이중층에 생물학적 나노 구멍을 갖는 기판, 합성 나노 구멍을 갖는 솔리드-스테이트 기판, 및 본 기술 분야에 공지된 다른 것과 같은 이러한 시스템에서 사용될 수 있다. 이러한 샘플은, 그 각각이 참고로 본 명세서에 통합되는, 전술한 참고 문헌 및 추가로 미국 특허 공개 제2005/0042648호; 미국 특허 공게 제2005/0079510호; 미국 특허 공개 제2005/0130173호; 및 WO 05/010145호의 다양한 시퀀싱 기술의 관점에서 설명된다.
예를 들어, 지지 구조체 상에 또는 내에 존재할 때 다양한 예에 따라 검출될 수 있는 예시적인 라벨은 발색체(chromophore); 발광체; 형광체; 광학적으로 인코딩된 나노 입자; 회절-격자로 인코딩된 입자; Ru(bpy)32+와 같은 전기 화학 루미네선트 라벨; 또는 광 특성에 기초하여 검출될 수 있는 모이어티를 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 유용할 수 있는 형광체는 예를 들어 유로퓸 및 테르븀, 플루오레세인, 로다민, 테트라메틸로다민, 에오신, 에리트로신, 쿠마린, 메틸-쿠마린, 피렌, 말라카이트 그린, Cy3, Cy5, 스틸벤, 루시퍼 옐로, 캐스케이드 블루TM(Cascade BlueTM), 텍사스 레드(Texas Red), 알렉사 염료(alexa dyes), 피코에틴(phycoerythin), 보디피(bodipy) 및, 그 각각이 참고로 본 명세서에 통합되는 문헌[Haugland, Molecular Probes Handbook, (Eugene, OR) 6th Edition; The Synthegen catalog (Houston, TX.), Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, 2nd Ed., Plenum Press New York (1999)] 또는 WO98/59066호에 설명된 것과 같은 본 기술 분야에 알려진 다른 것을 포함하는 형광 란탄 복합체를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 한 쌍의 라벨이 제1 여기 파장에 의해 여기될 수 있고, 다른 한 쌍의 라벨은 제2 여기 파장에 의해 여기될 수 있다.
광학 기질에 의해 지지되는 생물학적 또는 화학적 물질을 포함하는 샘플의 검출과 관련하여 예들이 예시되어 있지만, 본 명세서에 설명되는 예에 의해 다른 샘플이 이미징될 수 있음을 이해할 것이다. 다른 예시적인 샘플은 세포 또는 조직과 같은 생물학적 표본, 컴퓨터 프로세서에 사용되는 것과 같은 전자 칩 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 일부 어플리케이션의 예는 현미경, 위성 스캐너, 고해상도 리프로그래픽스(reprographics), 형광 영상 획득, 핵산의 분석 및 시퀀싱, DNA 시퀀싱, 합성에 의한 시퀀싱, 마이크로 어레이의 이미징, 홀로그래프로 인코딩된 마이크로 입자의 이미징 등을 포함한다.
본 명세서의 예에 따르면, 유체 분석 기구와 함께 사용하기 위한 카트리지 조립체가 제공된다. 카트리지 조립체는 플로우 셀을 수용하는 플로우 셀 챔버를 포함하는 하우징, 및 원하는 양의 액체를 수용하는 액체 웰들을 갖는 웰 플레이트를 포함한다. 웰 플레이트는 밸브 스테이션, 펌프 스테이션 및 유체 분석 스테이션을 포함한다. 웰 플레이트는 웰들과 연관된 채널들, 밸브 스테이션, 펌프 스테이션 및 유체 분석 스테이션을 포함한다. 펌프 조립체는 펌프 스테이션에서 웰 플레이트 상에 제공된다. 펌프 조립체는 펌프 스테이션과 유체 분석 스테이션 사이의 채널들을 통한 유체 흐름을 관리한다. 회전 밸브 조립체는 밸브 스테이션에서 웰 플레이트 상에 위치된다. 회전 밸브 조립체는 회전자 샤프트 및 회전 축 주위로 회전하고 펌프 스테이션에 웰들을 선택적으로 커플링시키도록 위치되는 회전자 밸브를 포함한다. 회전자 샤프트는 하우징을 통해 노출되는 원위 단부를 갖는다. 회전자 샤프트는 그 원위 단부에 듀얼 스플라인 구성(dual spline configuration)을 포함한다. 듀얼 스플라인 구성은 제1 세트의 스플라인들 및 제2 세트의 스플라인들을 갖는다. 제1 세트의 스플라인들은 구동 인터페이스를 형성하고, 제2 세트의 스플라인들은 위치 인코딩 인터페이스를 형성한다. 위치 인코딩 인터페이스는 회전자 샤프트의 위치를 추적하기 위해 밸브 구동 조립체에 의해 이용된다.
선택적으로, 제1 세트의 스플라인들은 원위 단부의 외부 주위에 연장되는 외부 스플라인들을 나타내고, 인접 스플라인들의 측면은 제1 미리 정해진 스플라인에 의해 스플라인 간격으로 분리된다. 스플라인 간격에 대한 스플라인은 밸브 구동 조립체의 구동 샤프트 상의 스플라인 패턴에 대응한다. 제2 세트의 스플라인들은 회전자 샤프트의 원위 단부에 제공된 캐비티의 내부 주위에 형성된 내부 스플라인들을 나타낸다. 내부 스플라인들은, 인접한 측면들이 서로에 대해 미리 정해진 평행하지 않은 각도를 형성하도록 각을 이룬 측면들을 가질 수 있다. 인접한 측면들은 밸브 구동 조립체의 구동 샤프트 상에 메이팅 스플라인들을 수용하기 위해 포켓들을 형성하도록 바닥에서 병합될 수 있다.
선택적으로, 회전자 밸브는 커플링 플랜지를 통해 회전자 샤프트의 근위 단부에 장착될 수 있다. 커플링 플랜지는 회전자 밸브와 회전자 샤프트 사이에 미리 정해진 양의 틸팅 이동을 허용한다. 회전자 밸브는 회전자 샤프트의 근위 단부 주위에 위치되는 하나 이상의 리브를 갖는 회전자 베이스를 포함할 수 있다. 커플링 플랜지는 리브들과 회전자 샤프트의 근위 단부 사이에 유지될 수 있다. 회전자 밸브는 중심 포트 및 반경 방향 포트를 갖는 웰 플레이트 결합면을 포함할 수 있다. 회전자 밸브는 중심 포트로부터 반경 방향 포트로 반경 방향으로 외측으로 연장되도록 배향된 채널을 포함할 수 있다.
선택적으로, 중심 포트는 회전자 샤프트의 회전 축과 대응하고 웰 플레이트의 중심 공급 포트와 정렬되도록 정렬될 수 있다. 회전자 밸브는 반경 방향 포트를 대응하는 웰 포트와 정렬하도록 회전 축 주위로 회전할 수 있다. 회전자 밸브는, 인터페이스 링이 그 위에 형성된 웰 플레이트 결합면을 포함할 수 있다. 인터페이스 링은 웰 플레이트 결합면의 주위 둘레에 연장될 수 있다. 카트리지 조립체는 회전자 밸브를 회전 가능하게 수용하는 내부 캐비티를 포함하는 밸브 캡을 더 포함할 수 있다. 밸브 캡은 밸브 캡을 웰들에 고정시키고 웰 플레이트에 대해 하강시키는 하나 이상의 래치 아암(latch arm)을 포함할 수 있다. 바이어싱 요소는 내부 캐비티 내에 제공될 수 있고, 회전자 밸브의 포트들과 웰 플레이트의 포트들 사이의 시일링된 인터페이스를 유지하기 위해 회전자 밸브에 대해 바이어싱력을 가할 수 있다.
선택적으로, 펌프 조립체는 구동 단부 및 플런저의 대향 단부들에 위치된 바이어싱 표면을 갖는 플런저를 포함할 수 있다. 구동 단부 및 바이어스 표면은 하우징의 상부 표면 및 하부 표면에서 노출되어, 대응하는 단방향 구동력 및 바이어싱력이 플런저를 왕복 운동으로 이동시키는 것과 관련하여 가해진다. 플런저는 U 형상의 브릿지 세그먼트를 통해 서로 결합된 구동 아암 및 플런저 아암을 가질 수 있고, 모놀리식 구조로 함께 형성될 수 있다. 구동 아암 및 플런저 아암은 웰 플레이트 상에 위치된 지지 포스트들 내에 수용될 수 있다. 플런저는 상이한 재료들로 함께 성형되는 플런저 아암 및 플런저 요소를 포함할 수 있다. 플런저 요소는 플런저 아암의 선단부(leading end) 상에 형성될 수 있다. 플런저 요소는 대응하는 지지 포스트 내에서 이동하여 펌핑 스테이션에서 고압 상태 및 저압 상태를 형성할 수 있다.
선택적으로, 펌프 스테이션은 준비 세그먼트, 배출 세그먼트 및 펌프 작업 세그먼트로 기능적으로 분할되는 채널 세그먼트를 포함할 수 있으며, 이들 모두는 서로 연속적으로 형성되어 어느 한 방향으로의 유체 흐름을 지원한다. 펌프 스테이션은 작업 영역의 상류 및 하류에 위치된 한 쌍의 핀치 밸브 사이에 개재된 작업 영역을 포함할 수 있다. 펌프 조립체는 작업 영역과 정렬된 플런저를 포함할 수 있다. 플런저는 작업 영역을 향해 및 작업 영역으로부터 멀리 왕복 이동하여 고압 상태 및 저압 상태를 도입할 수 있다. 펌프 조립체는 핀치 밸브들과 정렬되는 푸시 핀들을 더 포함할 수 있다. 푸시 핀들은 핀치 밸브들을 개방 및 폐쇄하도록 교대로 이동될 수 있다. 피어서 유닛(piercer unit)은 하우징에 제공되고 웰들에 근접하게 위치될 수 있다. 피어서 유닛은 피어서 요소(piercer element)를 포함할 수 있다. 피어서 유닛은 피어서 요소가 대응하는 웰에 대한 커버를 천공하는 피어싱 위치로 이동될 수 있다.
선택적으로, 하우징은 피어서 유닛의 상단부에 대한 기구 접근을 제공하는 피어서 접근 개구를 갖는 커버를 포함할 수 있다. 피어서 유닛은 하부 플랫폼, 중간 세그먼트 및 상부 플랜지와 함께 원추형 튜브 형태로 형상화된 몸체를 포함할 수 있고, 하부 플랫폼 또는 상부 플랜지 중 적어도 하나는 미리 정해진 방식으로 분포된 피어싱 요소(piercing element)들을 포함한다. 피어싱 요소들은 웰 플레이트 상의 웰들과 정렬되도록 배열될 수 있다. 피어서 유닛은 회전자 샤프트 위에 끼워지는 플랫폼을 가질 수 있다. 플랫폼은 회전 밸브 조립체 상의 메이팅 피처들과 결합하는 인덱싱 피처들을 포함하여 피어서 요소들을 대응하는 웰들과 정렬하기 위하여 피어서 유닛을 회전자 샤프트에 대해 미리 정해진 회전 배향으로 위치시킬 수 있다.
선택적으로, 웰 플레이트는 회전 밸브 조립체에 대응하는 미리 정해진 패턴으로 배열된 웰 천이 포트들을 포함할 수 있다. 웰 플레이트는 대응하는 웰들과 정렬된 웰 배출 포트들을 포함할 수 있다. 웰 플레이트는 대응하는 웰 배출 포트들과 웰 천이 포트들 사이에 연장되는 웰 배출 채널들을 포함할 수 있다. 웰 플레이트는 최상부면(top surface) 및 바닥면을 갖는 베이스를 포함할 수 있고, 최상부면 및 바닥면 중 적어도 하나는 채널들을 포함한다. 채널들은 개방측 채널들을 포함할 수 있다. 베이스는 백킹층(backing layer)에 결합되어 개방측 채널들을 폐쇄할 수 있다. 웰 플레이트는 광학 분석 스테이션 내에 제공되는 광학 인터페이스 윈도우를 포함할 수 있다. 웰 플레이트의 최상부측은 조명 요소를 기구 상에 결합시키는 삽입 제한 요소를 포함할 수 있다. 삽입 제한 요소는 광학 인터페이스 윈도우 주위에 제공되는 하나 이상의 리브를 나타낼 수 있다. 리브들은 조명 요소와 광학 인터페이스 윈도우 사이에 Z-허용 오차를 한정할 수 있다.
본 명세서의 예에 따르면, 조명 챔버 및 웰 플레이트를 포함하는 하우징을 갖는 카트리지 조립체를 포함하는 유체 시스템이 제공된다. 웰 플레이트는 하우징 내에 유지되고 원하는 양의 액체를 수용하는 액체 웰들을 갖는다. 웰 플레이트는 조명 챔버와 정렬된 유체 분석 스테이션을 포함한다. 웰 플레이트는 인터페이스 윈도우 및 유체 분석 스테이션에 위치된 인터페이스 포트들을 포함한다. 플로우 셀 카트리지는 내부에 분석 회로를 포함하는 프레임을 갖는다. 프레임은 분석 회로와 정렬된 플로우 셀 윈도우를 포함한다. 프레임은 분석 회로의 활성 영역에 유동적으로 커플링되는 플로우 셀 포트들을 포함한다. 하우징은 플로우 셀 카트리지를 수용하는 플로우 셀 챔버를 포함한다. 플로우 셀 챔버는 유체 분석 스테이션에 플로우 셀 카트리지를 위치시키고, 플로우 셀 윈도우 및 포트들은 대응하는 인터페이스 윈도우 및 포트들과 각각 정렬된다.
선택적으로, 플로우 셀 챔버는 측면 레일 및 단부 정지부를 포함할 수 있고, 측면 레일 및 단부 정지부 중 적어도 하나는 플로우 셀 카트리지를 완전히 로딩된(lodaded) 위치에 있을 때 미리 정해진 데이터 포인트에 위치시키는 단부 제한을 가져, 플로우 셀 윈도우 및 포트들은 대응하는 인터페이스 윈도우 및 포트들과 각각 정렬된다. 플로우 셀 챔버는 측면 레일들 중 적어도 하나를 따라 연장되도록 배향될 수 있는 바이어싱 아암을 포함할 수 있다. 바이어싱 아암은 플로우 셀 챔버를 향해 내향 연장될 수 있어, 플로우 셀 카트리지를 미리 정해진 데이터 포인트에 유지하도록 플로우 셀 카트리지 상에 측방향 바이어싱력을 가한다. 바이어싱 아암은 플로우 셀 카트리지의 측면에 제공된 노치에 끼워지도록 위치된 래치 요소(latch element)를 포함할 수 있다. 래치 요소는 플로우 셀 카트리지를 (본 명세서에 설명되는 바와 같이) XYZ 좌표계에 대해 X 데이터 포인트에 유지시킬 수 있다.
선택적으로, 플로우 셀 카트리지는 최상부 프레임 및 바닥 프레임을 포함할 수 있다. 최상부 프레임은 플로우 셀 윈도우 및 포트들을 포함할 수 있다. 최상부 프레임은 XYZ 좌표계에 대해 Z 데이터 포인트를 한정하도록 최상부 프레임으로부터 미리 정해진 높이만큼 상향 연장되는 리브를 포함할 수 있다. 플로우 셀 카트리지는 엘라스토머 재료로 모놀리식 방식으로 형성된 개스킷(gasket)들을 포함할 수 있다. 웰 플레이트는 밸브 스테이션, 펌프 스테이션 및 인터페이스 채널들을 포함할 수 있다. 인터페이스 채널들은 밸브 스테이션과 인터페이스 포트들 중 하나 사이의 제1 유체 경로와, 펌프 스테이션과 인터페이스 포트들 중 하나 사이의 제2 유체 경로를 제공할 수 있다. 조명 챔버는 인터페이스 윈도우, 플로우 셀 윈도우 및 분석 회로 내의 활성 영역을 통해 연장될 수 있는 조명 축을 따라 연장되도록 배향될 수 있다.
도 1a는 본 명세서의 예에 따라 형성된 카트리지 조립체의 전방 평면 사시도를 나타낸다.
도 1b는 본 명세서의 예에 따른 도 1a의 카트리지 조립체의 바닥 사시도를 나타낸다.
도 1c는 본 명세서의 예에 따른 카트리지 조립체 내의 내부 구성 요소의 정면 사시도를 나타낸다.
도 1d는 본 명세서의 예에 따라 웰 플레이트(well plate) 아래에 장착되어 카트리지 조립체의 하우징의 일부를 형성하는 폐기물 트레이의 평면 사시도를 나타낸다.
도 1e는 본 명세서의 예에 따른 플로우 셀 챔버와 정렬되는 카트리지 조립체 및 플로우 셀 카트리지의 일부의 정면 사시도를 나타낸다.
도 1f는 본 명세서의 예에 따라 내부에 삽입된 플로우 셀 카트리지를 갖는 플로우 셀 챔버의 저면도를 나타낸다.
도 2a는 본 명세서의 예에 따라 형성된 회전 밸브 조립체의 사시도를 나타낸다.
도 2b는 본 명세서의 예에 따른 회전자 샤프트의 원위 단부의 확대 사시도를 나타낸다.
도 2c는 본 명세서의 예에 따른 밸브 샤프트를 포함하는 회전 밸브 조립체의 측단면도를 나타낸다.
도 2d는 본 명세서의 예에 따라 형성된 회전자 밸브의 평면 사시도를 나타낸다.
도 2e는 본 명세서의 예에 따라 형성된 회전자 밸브의 저면도를 나타낸다.
도 2f는 본 명세서의 예에 따라 회전자 캡이 제거된 회전자 샤프트 및 회전자 밸브의 측면 사시도를 나타낸다.
도 3a는 본 명세서의 예에 따라 형성된 피어서 유닛의 저면 사시도를 나타낸다.
도 3b는 본 명세서의 예에 따른 회전 밸브 조립체 상에 설치될 때 피어싱 유닛의 일부의 평면도를 나타낸다.
도 3c는 본 명세서의 예에 따라 밸브 샤프트를 보다 잘 나타내기 위해 피어싱 유닛이 제거된 회전 밸브 조립체를 나타낸다.
도 4a는 본 명세서의 예에 따라 조명 챔버를 보다 상세히 나타내기 위해 카트리지 조립체의 일부의 저면도를 나타낸다.
도 4b는 본 명세서의 예에 따라 플로우 셀 카트리지가 삽입되고 조명 요소가 조명 챔버 내로 삽입되었을 때 유체 역학 분석 스테이션에 제공되는 다양한 구조체를 통한 모델측 단면도를 나타낸다.
도 5a는 본 명세서의 예에 따라 형성된 웰 플레이트의 정면 사시도를 나타낸다.
도 5b는 본 명세서의 예에 따른 웰 플레이트의 베이스의 후면 상에 제공되는 플로우 채널을 나타낸다.
도 5c는 본 명세서의 예에 따른 웰 플레이트의 후면 상의 유체 분석 스테이션의 보다 상세한 도면을 제공하기 위한 베이스의 일부의 저면도를 나타낸다.
도 5d는 본 명세서의 예에 따른 웰 플레이트의 전면(front surface) 상의 유체 분석 스테이션의 보다 상세한 도면을 제공하기 위해 도 5c에 대응하는 베이스의 전방부/상부의 평면도를 나타낸다.
도 5e는 본 명세서의 예에 따른 밸브 스테이션에 근접한 베이스의 바닥면의 확대부를 나타낸다.
도 6a는 본 명세서의 예에 따른 웰 플레이트 상의 펌프 스테이션의 평면도를 나타낸다.
도 6b는 본 명세서의 예에 따른 펌프 내에 제공되는 플런저(plunger)의 측면도를 나타낸다.
도 6c는 본 명세서의 예에 따른 플런저 아암에 장착된 플런저 요소의 확대 측면도를 나타낸다.
도 6d는 본 명세서의 예에 따른 펌핑 동작을 보다 잘 나타내기 위한 펌프 스테이션의 측단면도를 나타낸다.
도 6e는 본 명세서의 예에 따라 지지 포스트(post)로 삽입되는 플런저의 일부의 확대 측면 사시도를 나타낸다.
도 6f는 본 명세서의 예에 따라 플런저 아암을 수용하는 지지 샤프트의 사시도를 나타낸다.
도 7은 본 명세서의 예에 따라 이용되는 유체 기구의 일부의 블록도를 나타낸다.
도 8은 일례에 따라 형성된 생물학적 또는 화학적 분석을 위해 구성되는 시스템의 개략도이다.
도 9a는 본 명세서의 예에 따라 형성된 플로우 셀 카트리지의 평면 사시도를 나타낸다.
도 9b는 본 명세서의 예에 따른 플로우 셀 카트리지에 대한 광학 유체(O-F) 인터페이스를 더욱 잘 나타내기 위한 최상부 프레임의 일부의 확대도를 나타낸다.
도 9c는 본 명세서의 예에 따른 도 9a의 플로우 셀 카트리지의 저면 사시도를 나타낸다.
도 9d는 본 명세서의 예에 따라 형성된 플로우 셀 카트리지 내에 제공되는 인쇄 회로 보드의 일부의 평면도를 나타낸다.
도 9e는 본 명세서의 예에 따라 형성된 도 9d의 인쇄 회로 보드의 저면도를 나타낸다.
카트리지 조립체 개요
도 1a는 본 명세서의 예에 따라 형성된 카트리지 조립체(100)의 전방 평면 사시도를 나타낸다. 예를 들어, 카트리지 조립체(100)는 SBS 카트리지 조립체를 나타낼 수 있다. 카트리지 조립체(100)는 마이크로-유체 기구에 삽입될 하우징을 포함한다. 본 명세서의 예는 마이크로-유체 시스템, 기구 및 카트리지와 관련하여 설명되지만, 선택적으로 예들은 이와 다르게 "마이크로" 유체 시스템, 기구, 카트리지 등으로 간주되지 않을 수 있는 유체 시스템으로 구현될 수 있다. 하우징은 베이스(101) 및 커버(102)를 포함한다. 커버(102)는 아래에서 보다 상세히 설명되는 복수의 기구 구성 요소에 의해 결합되는 내부 구성 요소를 노출시키는 개구를 포함하는 기구 결합면(104)을 포함한다. 동작 중에, 카트리지 조립체(100)는 유체 동작을 수행하는 것과 관련하여 카트리지 조립체(100)에 물리적으로, 광학적으로 및 전기적으로 커플링하는 기구에 근접하여 위치된다. 카트리지 조립체(100)는 유체 동작을 수행하는 것과 관련하여 플로우 셀을 수용하는 플로우 셀 챔버(108)를 포함하는 전방면(106)을 포함한다.
본 명세서의 예에 따르면, 카트리지 조립체(100)는 (도 2a 내지 도 2d와 관련하여 이하에서 보다 상세하게 설명되는) 회전 밸브 조립체(200), (도 3a 내지 도 3d와 관련하여 이하에서 보다 상세하게 설명되는) 피어서 유닛(300), (도 4와 관련하여 이하에서 보다 상세하게 설명되는) 조명 챔버(400) 및 (도 6a 내지 도 6c와 관련하여 이하에서 보다 상세하게 설명되는) 주사기 펌프 조립체(500)를 포함하는 다양한 서브조립체를 포함한다.
커버(102)는 회전 밸브 조립체(200) 내의 밸브 샤프트를 노출시키는 샤프트 웰(well)(116)을 포함한다. 커버(102)는 또한 본 명세서에 설명되는 동작과 관련하여 피어서 유닛(300)의 상단에 기구 접근을 제공하는 피어서 접근 개구(122)를 포함한다. 동작 중에, 기구 상의 구동 샤프트는 회전 밸브 조립체(200)의 이동을 관리하기 위해 회전 밸브 조립체(200)의 밸브 샤프트에 물리적으로 커플링된다. 커버(102)는 웰 호일 피어싱 동작과 관련하여 피어서 유닛(300)의 상단에 대한 기구 접근에 대해 하나 이상의 피어서 샤프트를 제공하는 피어서 접근 개구(122)를 포함한다. 예를 들어, 활성화될 때 피어서 유닛(300)의 평면 운동을 유지하기 위해 피어서 유닛(300)의 상단에 걸쳐 분산된 방식으로 복수의 피어서 접근 개구(122)가 제공될 수 있다. 샘플 웰(124)은 전방면(106)에 근접하게 제공된다. 샘플 웰(124)은 기구에 의해 분석될 관심 샘플 양을 수신할 수 있다. 가열 요소(125)는 샘플 웰(124)에 근접하게 제공되어 원하는대로 유입되는 샘플의 온도를 조정할 수 있다(예를 들어, 예열). 펌프 접근 개구(123)는 커버(102)의 상부면(104)에 제공된다. 펌프 접근 개구(123)는, 기구 내의 바이어싱 요소가 펌프 조립체(500)의 플런저 상의 스프링 결합면(542)과 결합할 수 있게 한다. 예를 들어, 바이어싱 요소는 금속 웨이브 스프링, 엘라스토머 스프링, 또는 균일한 힘을 제공하는 다른 구조체일 수 있다.
도 1b는 도 1a의 카트리지 조립체(100)의 저면 사시도를 나타낸다. 도 1b에서, 플로우 셀 카트리지(900)는 플로우 셀 챔버(108) 내에 제공된다. 카트리지 조립체(100)는 가열기 요소를 수용하는 전기 접촉 패드(950) 및 개구(944)의 어레이와 같은, 플로우 셀 카트리지(900) 상의 관심부를 노출시키는 플로우 셀 카트리지 접근 영역(112)을 갖는 바닥면(110)을 포함한다. 바닥면(110)은 또한 한 쌍의 푸시핀(pushpin) 개구(114) 및 펌프 구동 개구(116)를 포함한다. 푸시핀 개구(114)는 펌프(500) 내의 푸시핀을 노출시킨다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 푸시핀은 기구 내의 밸브 구동 샤프트에 의해 결합되어 유체 흐름 관리와 관련된 대응 핀치(pinch) 밸브를 개방 및 폐쇄한다. 펌프 구동 개구(116)는 펌프(500) 내의 밸브 샤프트(546)의 근위 단부(548)를 노출시킨다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 밸브 샤프트(546)는 유체 흐름 관리와 관련하여 펌핑 작용을 도입하기 위해 기구 내의 펌프 구동 샤프트에 의해 결합된다. 바닥면(110)은 또한 카트리지 조립체(100) 내의 폐기물 용기로부터 사용된 유체를 배출하는 데 이용되는 피어싱 가능한 폐기물 배출 포트(120)를 노출시키는 개구(118)를 포함한다.
도 1c는 본 명세서의 예에 따른 카트리지 조립체(100) 내의 내부 구성 요소의 정면 사시도를 나타낸다. 도 1c에 나타낸 바와 같이, 카트리지 조립체(100)는 밸브 동작 스테이션의 웰 플레이트(150) 상에 회전 가능하게 장착된 회전 밸브 조립체(200)를 포함한다. 주사기 펌프 조립체(500)는 펌핑 스테이션의 웰 플레이트(150) 상에 장착된다. 웰 플레이트(150)는 베이스(152)와 함께 형성되고 해당 베이스로부터 상향 연장되는 복수의 시약 웰(154, 156)을 갖는 베이스(152)(예를 들어, 일반적으로 평면인 후방)를 포함한다. 시약 웰(154, 156)은 회전 밸브 조립체(200)를 적어도 일부 둘러싸는 다양한 위치에 제공된다. 시약 웰은 원하는 양의 액체를 수용해야 한다. 선택적으로, 웰(154, 156)은 샘플 및 다른 액체를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 회전 밸브 조립체(200)는 시약 웰(154, 156)(일반적으로 액체 웰로 지칭됨)을 유체 분석 스테이션(170)에 선택적으로 커플링시킨다.
시약 웰(154, 156)은 상이한 단면적으로 형성될 수 있고 대응하는 시약에 대해 원하는 양의 액체를 수용하기 위해 상이한 웰 체적을 한정하기 위해 베이스(152) 위로 연장되는 상이한 높이를 가질 수 있다. 선택적으로, 하나 이상의 웰(154, 156)이 본 명세서의 예에 따라 용액 웰로서 이용될 수 있다. 웰(154, 156)은 충진 동작 중에 원하는 양의 액체를 수용하도록 개방되는 충진 단부(158, 160)를 포함한다. 일단 원하는 양의 액체가 웰(154, 156)에 첨가되면, 충진 단부(158, 160)는 호일 또는 다른 시일링 커버로 덮여 각각의 웰(154, 156) 내의 기밀 체적을 형성한다. 도 1c에는 보이지 않지만, 웰(154, 156)은 그 바닥에 제공된 하나 이상의 토출 포트를 포함한다. 동작 중에, 공기가 하나 이상의 웰 체적에 들어갈 수 있도록 커버가 피어싱되어, 액체가 회전 밸브(200) 및 펌프 조립체(500)의 제어 하에 배출 포트를 통해 유체 분석 스테이션(170)으로 (예를 들어, 중력을 통해 또는 압력 하에서) 자유롭게 흐르는 것을 허용한다.
도 1d는 웰 플레이트(150) 아래에 장착되고 카트리지 조립체(100)의 하우징의 일부를 형성하는 폐기물 트레이(130)의 평면 사시도를 나타낸다. 폐기물 트레이는 웰 플레이트(150)의 비교적 큰 부분 아래의 영역으로 이어지는 폐기물 수집 체적부(131)를 포함한다. 예를 들어, 폐기물 트레이(130)는 회전 밸브 조립체(200) 및 웰(154, 156)의 적어도 일부 아래에 위치된다. 폐기물 트레이(130)는 (예를 들어, 웰 플레이트(150)의 바닥면 상에서) 주위 둘레로 연장되고 메이팅면(mating surface)에 시일링되는 리지(ridge)(132)를 포함한다. 리지(132)는 웰 플레이트(150)를 통해 개구와 연통하는 그 모서리에 통기구(133)를 포함할 수 있다. 통기구(133)는 폐액이 체적부(131)로 들어가면서 공기가 체적부(131)로부터 배출될 수 있게 한다. 통기구(133)는, 액체가 누출을 방지하기 위해 보유되는 영역 위에 위치된다. 통기구(133)는, 적어도 하나의 통기구(133)가 항상 공기 입구로서 사용 가능하도록 동작 중에 카트리지 조립체(100)가 약간 틸팅(tilting)될 수 있게 하도록 분포된다. 통기구(133)는 폐액이 누출 없이 통기구(133)의 표면까지 슬로싱(sloshing)되게 허용되도록 폐기물 트레이(130)의 크기를 제한될 수 있게 한다. 통기구(133)는 팽창된 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 폴리테트라플루오르에틸렌과 같은 다공성 재료로 형성될 수 있다.
또한, 폐기물 트레이(130)는 깔때기 영역(134) 및 배출 튜브(135)를 포함한다. 깔때기 영역(134)은 튜브(135)에 대한 개구와 연통하는 렛지 영역(136)에서 종단한다. 튜브(135)의 바닥 단부는 최초에 커버로 폐쇄된다. 폐기물 트레이(130)를 비우기 위해, 커버(136)는 피어싱될 수 있고 카트리지 조립체(100)(폐기물 트레이(130)를 포함)는 내부의 최저점에서 깔때기 영역(134)과 함께 틸팅된다. 폐액은 깔때기 영역(134)을 통해 렛지 영역(136) 위를 지나 튜브(135) 밖으로 흐른다.
플로우 셀 챔버
도 1e는 카트리지 조립체(100)의 일부의 전방 사시도를 나타내고, 플로우 셀 카트리지(900)는 플로우 셀 챔버(108)와 정렬된다. 플로우 셀 챔버(108)는 채널로서 형상될 수 있고 플로우 셀 챔버(108)의 바닥면에 제공되는 키 피처(109)를 포함한다. 키 피처(109)는 플로우 셀 카트리지(900)의 바닥 상에 대응하는 키잉 피처(예를 들어, 도 9c의 스탠드오프(914))를 수용하도록 형상화 및 치수화되어, 플로우 셀 카트리지(900)가 정확한 방향과 배향으로 로딩되는 것을 보장한다. 플로우 셀 챔버(108)는 측면 레일(413)과 상부 및 하부 벽(451, 453)을 포함한다. 카트리지(900)는 로딩 방향(9A)으로 삽입된다.
도 1f는 본 명세서의 예에 따라 플로우 셀 카트리지(900)가 내부에 삽입된 플로우 셀 챔버(108)의 저면도를 나타낸다. 플로우 셀 카트리지(900)는 도 1f에서 완전히 로딩된 위치까지 플로우 셀 챔버(108) 내로 삽입된다. 도 9a 내지 도 9e와 관련하여 보다 상세히 본 명세서에 설명되는 바와 같이, 플로우 셀 카트리지(900)는 로딩 단부(908) 및 측면 에지(912)를 포함한다. 로딩 단부(908)는 기준 포스트(923)를 포함하며, 적어도 하나의 측면 에지(912)는 하나 이상의 측방향 기준 포스트(925)를 포함한다. 대향 측면 에지(912)는 노치(notch)(927)를 포함한다. 플로우 셀 카트리지(900)의 바닥측은 열 확산기(957) 및 접촉 패드(950)를 노출시키는 개구를 포함한다.
플로우 셀 챔버(108)는 최상부면 및 바닥면과, 챔버(108)의 대향 측면을 따라 서로에 대해 평행하게 연장되는 측방향 측면 레일(413)을 포함한다. 챔버(108)의 최내측 깊이에 단부 정지부(417)가 제공된다. 최상부면 및 바닥면, 측방향 측면 레일(413) 및 단부 정지부(417)는 플로우 셀 카트리지(900)를 좌표계(예를 들어, XYZ 좌표계)에 대해 미리 정해진 데이터 포인트(예를 들어, X 데이터 포인트, Y 데이터 포인트 및 Z 데이터 포인트로서 지칭되는 기준점)에 배향시키도록 위치된다. 단부 정지부(417)는 단부 정지부(417)를 따라 원하는 위치에 제공된 단부 제한기(414)를 포함한다. 단부 제한기(414)는 로딩 단부(908) 상에 제공된 기준 포스트(923)와 정렬된다. 측면 레일(413) 중 하나는 플로우 셀 챔버(108)를 향해 내측으로 연장되는 측방향 한계(420)를 포함한다. 측방향 한계(420)는 측방향 기준 포스트(923)와 정렬된다. 대향 측면 레일(413)은 측면 레일(413)을 따라 연장되고 화살표 1E 방향으로 측방향 바이어싱력을 가하도록 배향되는 바이어싱 아암(422)을 포함한다. 바이어싱 아암(422)은 그 원위 단부에 래치 요소(424)를 포함한다. 래치 요소(424)는 측면 에지(912)에서 노치(927)에 끼워지도록 형상화된다.
로딩 동작 중에, 로딩 단부(908)는, 기준 포스트(923)가 로딩 방향 9A로 이동 한계를 한정하기 위해 플로우 셀 챔버(108)의 한계 피처부에 대해 단단히 접촉할 때까지 플로우 셀 챔버(108) 내로 삽입된다. 플로우 셀 카트리지(900)가 삽입됨에 따라, 바이어싱 아암(422)은, 래치 요소(424)가 노치(927) 내에 끼워질 때까지 노치(927)를 포함하는 측면 에지(912)를 따라 올라간다. 바이어싱 아암(422)은, 측방향 기준 포스트(923)가 측방향 한계(420)와 결합할 때까지, 측방향(Y축에 대응)으로 플로우 셀 카트리지(900)를 시프트시키기 위해 화살표 1E 방향으로 측방향 힘을 가한다(또한, 측방향 위치 결정력을 나타냄). 플로우 셀 챔버(108)의 측방향 한계는 측방향 Y 방향으로의 이동의 한계를 규정한다. 바이어싱 아암은 원하는 Y 위치(Y 데이터포인트에 대응)에서 플로우 셀 카트리지(900)를 유지한다. 미리 정해진 위치에서 노치(927) 내의 래치 요소(424)는 원하는 X 위치(X 데이터 포인트에 대응)에서 플로우 셀 카트리지(900)를 유지시킨다.
플로우 셀 챔버(108)는 플로우 셀 카트리지(900)에 대한 스냅-인(snap-in) 배열을 가능하게 한다. 플로우 셀 카트리지(900)가 카트리지 조립체(100) 내로 삽입되고 해당 카트리지 조립체로부터 제거될 수 있게 함으로써, 본 명세서의 예는 플로우 셀 카트리지가 시약 및 샘플과 별도로 관리 및 출하될 수 있게 한다. 또한, 시약으로부터 플로우 셀 카트리지(900)를 분리함으로써, 본 명세서의 예는 별도의 제조 워크 플로우를 허용한다. 또한, 본 명세서의 예는 플로우 셀 카트리지가 혼합되어 시약, 시약 체적 및 플로우 셀 카트리지 크기의 다양한 조합과 매칭될 수 있게 한다. 예를 들어, 하나의 프로토콜은 더 많은 양의 특정 시약을 이용할 수 있지만, 다른 프로토콜은 더 많은 수의 상이 시약을 이용하지만 더 작은 체적을 이용한다. 시약의 수 및 체적에 대한 다양한 기준은 상이한 카트리지 조립체에 의해 충족될 수 있지만, 전술한 카트리지 조립체 중 임의의 것이 동일한 플로우 셀 카트리지를 이용할 수 있다. 추가적인 예로서, 동일한 유형의 카트리지 조립체가 분석 회로 내에서 상이한 요건을 갖는 상이한 프로토콜로 이용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 프로토콜은 큰 광학 풋프린트(footprint)를 갖는 분석 회로를 이용할 수 있지만, 다른 프로토콜은 더 작은 광학 풋프린트를 갖는 분석 회로를 이용할 수 있다. 또한, 일부 프로토콜은 다른 분석 회로와 비교하여 보다 복잡한 전자 회로 및 상호 접속을 갖는 분석 회로를 이용할 수 있지만, 전술한 분석 회로 중 임의의 것은 동일한 카트리지 조립체에 맞는 공통의 전체 엔벨로프(envelope)를 갖는 플로우 셀 카트리지 내에 구현될 수 있다.
본 명세서에 설명된 예는 분석 회로와 기구의 조명 요소 내의 광원 사이의 작은 높이(예를 들어, 최소화된 높이)를 갖는 인터페이스를 제공한다.
피어서 유닛
피어서 유닛(300)은 하우징에 제공되고 웰(154, 156)에 근접하게 위치된다. 피어서 유닛(300)은, 피어서 요소가 대응하는 웰(들)(154, 156)에 대한 호일 또는 커버를 피어싱하는 피어싱 위치로 이동된다. 도 3a의 예에서, 피어서 유닛(300)은 회전 밸브 조립체(200) 상에 장착되고, 하나 이상의 웰(154, 156)을 피어싱하도록 기구에 의해 동작 중에 관리된다.
도 3a는 본 명세서의 예에 따라 형성된 피어서 유닛(300)의 저면 사시도를 나타낸다. 피어서 유닛(300)은 내부의 전체 구조를 보다 잘 나타내도록 부분적으로 절개된 상태로 나타내어진다. 피어서 유닛(300)은 하부 플랫폼(302), 중간 세그먼트(308) 및 상부 플랜지(310)를 갖는 원뿔형 관형으로 형상화된 몸체(306)를 포함한다. 플랫폼(302), 세그먼트(308) 및 플랜지(310)는 모놀리식(monolithic) 방식으로 형성된다. 하부 플랫폼(302)은 플랫폼(302)에 대해 미리 정해진 방식으로 분포된 복수의 피어싱 요소(312)를 포함한다. 도 3a의 예에서, 피어싱 요소(312)는 원형 패턴으로 배열된다. 상부 플랜지(310)는 또한 그 하부면 상에 제공되고 피어싱 요소(312)로서 공통 방향으로 돌출하는 피어싱 요소(314)를 포함한다. 피어싱 요소(314)는 상부 플랜지(310) 주위에 원형 패턴과 같은 미리 정해진 방식으로 분포된다.
동작 중에, 피어싱 유닛(300)은 기구 상의 피어서 액츄에이터 조립체에 의해 작동된다. 예를 들어, 도 1a를 참조하면, 기구는 커버(102)의 피어서 접근 포트(122)를 통해 하나 이상의 피어서 샤프트를 연장시킬 수 있다. 피어서 샤프트는 피어싱 유닛(300)에 하향으로 힘을 가하기 위해 피어싱 방향(318)으로 하향으로 푸시하며, 이에 의해 대응 웰(154, 156) 상의 호일/커버를 통해 피어싱 요소(312, 314)를 구동한다. 피어서 샤프트는 피어서 유닛(300)에 피어싱력을 균등하게 가하도록 분포된다.
적어도 하나의 예에 따르면, 피어싱 요소(312, 314)는 호일/커버를 피어싱하는 것을 용이하게 하고 호일/커버를 통해 통기를 제공하기 위해 X형 단면으로 형성된다. X형 단면은 피어싱 요소(312, 314)가 호일/커버를 통해 연장되면서도 공기가 대응하는 웰 체적으로 들어갈 수 있게 한다.
도 3a의 예에서, 다수의 피어싱 요소(312, 314)는 일반적으로 공통 길이를 갖는다. 그러나, 선택적으로 피어싱 요소(312, 314)의 다양한 것들은 피어싱 요소(314A)에 의해 나타낸 바와 같이 더 길거나 더 짧을 수 있다. 도 1c 및 도 3a를 연계하여 참조하면, 피어싱 요소(312, 314)는 대응 웰(154, 156)과 정렬되도록 위치된다. 도 1c 및 도 3a의 예에서, 피어싱 요소(312, 314)는 일반적으로 피어싱 요소(300)가 작동될 때와 동시에 대응하는 웰(154, 156)의 각각을 피어싱하기 위해 공통 길이를 갖는다. 선택적으로, 피어싱 유닛(300)은, 피어싱 요소(312, 314)의 일부만이 제1 피어싱 동작 중에 대응 웰(154, 156)을 피어싱하고, 피어싱 요소(312, 314)의 상이한 부분이 제2 피어싱 동작 중에 대응 웰(154, 156)을 피어싱하도록 멀티스테이지 피어싱 시스템으로서 (피어서 액츄에이터 조립체에 의해) 동작될 수 있다. 예를 들어, 피어싱 요소(312)는, 피어싱 요소(314)가 제1 피어싱 동작 중에 대응 호일을 피어싱하고 피어싱 요소(314)가 제2 피어싱 동작 중에 대응 호일을 피어싱하도록 피어싱 요소(314)보다 길게 형성될 수 있다.
하부 플랫폼(302)은 개구(304) 주위에 형성된 내부 테두리(326)를 포함한다. 테두리(326)는 개구(304) 주위에 제공된 복수의 인덱싱 피처(322)를 포함한다. 인덱싱 피처(322)는 피어서 요소(312, 314)를 대응 웰(154, 156)과 정렬시키기 위하여 회전자 샤프트(202)에 대해 미리 정해진 회전 방향으로 피어서 유닛(300)을 위치시키도록 회전 밸브 조립체(200) 상의 메이팅(mating) 피처와 결합한다. 인덱싱 피처(322)는 내부 테두리(326) 주위에 제공되는 하나 이상의 노치(324)를 포함한다. 테두리(326)는 상부 플랜지(310)를 향해 몸체(306)의 내부 부분으로 약간 상향으로 돌출된다. 노치(324)는 개구(304) 주위에 미리 정해진 패턴으로 분포된다. 노치(324)는 회전 밸브 조립체(200)(보다 상세히 후술됨) 상에 제공되는 리브(rib) 또는 치형(teeth)과 정렬된다. 도 3a의 예에서, 노치(324)는 개구(304) 주위 둘레에 비교적 균등하게 위치된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 보다 많거나 적은 노치(324)가 이용될 수 있고, 균등하거나 불균등한 분포로 대안적인 위치에 위치될 수 있다. 선택적으로, 노치(324) 이외의 다른 인덱싱 피처가 이용될 수 있다.
테두리(326)는 또한 피어싱 요소(312)와 공통인 방향으로 개구(304)로 하향 연장되는 하나 이상의 가요성 스탠드오프(328)를 포함한다. 스탠드오프(328)는 베이스 연장부(216)의 주위 둘레로 연장되는 렛지(216A)와 결합한다. 노치(324)가 회전 밸브 조립체(200) 상의 대응하는 치형과 정렬되면, 스탠드오프(328)가 렛지(216A)의 최상부면 상에 놓일 때까지 피어서 유닛(300)이 로딩된다. 스탠드오프(328)는 렛지(216A) 상에 유지되어 논(non)-피어싱/준비 위치에 수직으로 위치된 피어싱 유닛(300)을 유지한다. 동작 중에, 피어서 유닛(300)은 피어서 샤프트에 의해 하향으로(화살표 318의 방향으로) 힘을 받고, 이에 따라 스탠드오프(328)가 바깥쪽으로 휘어서 렛지(216A) 위로 내려 앉아, 피어서 유닛(300)이 피어싱 방향(318)으로 회전자 캡(210) 상으로 더욱 가도록 하향으로 슬라이딩할 수 있게 한다.
도 3b는 회전 밸브 조립체(200) 상에 설치될 때 피어싱 유닛(300)의 일부의 평면도를 나타낸다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 회전 밸브 조립체(200)는 회전자 샤프트(202) 위에 장착된 밸브 캡(210)을 갖는 회전자 샤프트(202)를 포함한다. 밸브 캡(210)은 밸브 캡(210)의 중심 테두리 둘레 주위로 분포된 복수의 치형(212)을 포함한다. 치형(212)은 회전 밸브 조립체(200)에 대해 미리 정해진 회전각으로 피어싱 유닛(300)을 회전식으로 위치시키기 위해 피어싱 유닛(30) 상의 노치(324)와 정렬되며 이에 수용된다. 나타내지는 않았지만, 래치(328)(도 3a)는 밸브 캡(210) 상의 래칭 피처와 견고하게 결합되어, 회전 밸브 조립체(200)의 회전자 샤프트(202)의 중심 축을 따라 연장되는 회전 축을 따라 장착된 위치에 피어싱 유닛(300)을 유지한다.
도 3c는 회전자 샤프트(202)를 보다 잘 나타내기 위해 피어싱 유닛(300)이 제거된 회전 밸브 조립체(200)를 나타낸다. 회전자 샤프트(202)는 길고 회전 축(220)을 중심으로 회전한다. 회전자 샤프트(202)는 근위 단부(도 3c에 미도시) 및 원위 단부(204)를 포함한다. 밸브 캡(210)은 도 3c에 나타낸 설치 위치로 회전자 샤프트(202)의 원위 단부(204) 위에 로딩된다. 밸브 캡(210)은 일반적으로 원형으로 서로 인접하게 배열된 웰(156)의 집합 내에 맞도록 치수가 정해진 확장된 직경을 갖는 캡 베이스(214)를 포함한다. 캡 베이스(214)는 회전자 샤프트(202)의 길이를 따라 캡 베이스(214)로부터 상향 연장되는 캡 연장부(216)와 결합된다. 캡 연장부(216)는 도 3c의 예에서 캡 베이스(214)의 직경보다 작은 직경을 갖는다. 그러나, 캡 연장부(216) 및 캡 베이스(214)에 대해 대안적인 치수가 이용될 수 있다는 것이 이해된다. 캡 연장부(216)는 캡 연장부(216)의 주위 상에 형성된 치형(212)을 포함하고 이로부터 (회전 축(220)에 대해) 외부로 방사형으로 돌출한다.
캡 베이스(214)는 캡 베이스(214)로부터 반경 방향 외측으로 연장되는 하나 이상의 래치 아암(226)을 포함한다. 래치 아암(226)은 L 형상으로 형성되고, 래치 아암(226)의 레그(leg)가 인접 웰(156)들 사이에 끼워지도록 치수화되며, 래치 아암(226)의 외부 부분 또는 풋(foot)은 하나의 웰(156)의 외부면 주위에서 휘고 이에 대해 견고하게 놓인다. 대응 웰(156)은 웰(156)의 외벽 상에 제공된 디텐트(detent)(158)를 포함한다. 밸브 캡(210)이 회전자 샤프트(202) 위에 삽입될 때, L 형의 래치 아암(226)은 스내핑 오버(snapping over)하여 디텐트(158) 아래에 견고하게 유지된다.
회전 밸브 조립체
다음으로, 도 2a 내지 2f와 관련하여 회전 밸브 조립체(200)의 동작을 설명할 것이다.
도 2a는 본 명세서의 예에 따라 형성된 회전 밸브 조립체(200)의 사시도를 나타낸다. 도 2a는 회전자 샤프트(202) 위에 제공되는 밸브 캡(210)을 더욱 잘 나타낸다. 회전자 샤프트(202)는, 밸브 캡(210)이 웰 플레이트(150)에 대해 미리 정해진 위치에 회전자 샤프트(202)를 유지하면서 밸브 캡(210) 내에서 회전한다. 밸브 캡(210)은 캡 베이스(214)의 주위 둘레에 균등하게 분포된 복수의 래치 아암(226)을 포함한다. 회전자 샤프트(202)의 원위 단부(204)는 캡 연장부(216)를 넘어 돌출한다. 원위 단부(204)는 회전자 샤프트(202) 둘레에 분포된 복수의 외부 스플라인(spline)(230)을 포함한다. 원위 단부(204)는 또한 캐비티(228) 둘레에 분포된 내부 스플라인(232)을 포함하는 캐비티(228)를 포함한다. 회전자 샤프트(202)는 유체 동작 중에 카트리지 조립체와 결합하는 기구 내에서 밸브 구동 조립체의 구동 샤프트에 대한 매칭 스플라인 구성과 메이팅되는 내부 및 외부 스플라인(232, 230)(또한, 제1 및 제2 세트의 스플라인으로 지칭됨)을 갖는 듀얼 스플라인 구성을 포함한다. 내부 및 외부 스플라인(232, 230)의 듀얼 스플라인 구성은 기구의 구동 샤프트와 회전자 샤프트(202) 사이의 회전 관계를 정밀하게 추적하기 위한 구동 인터페이스 및 위치 인코딩 인터페이스를 제공한다.
밸브 캡(210)은 밸브 캡(210) 아래에 있고 회전자 샤프트(202)의 근위 단부 주위에 장착되는 회전자 밸브(234)를 나타내는 부분적으로 투명한 방식으로 나타내어진다. 회전자 밸브(234)는 회전자 샤프트(202)에 고정되고 회전자 샤프트(202)와 회전한다. 회전자 밸브(234)는 캡 베이스(214) 내에(또는 이에 대해) 회전하며, 캡 베이스(214)는 웰 플레이트(150) 상의 대응 웰 주위에 고정된 래치 아암(226)으로 정지 상태로 유지된다. 캡 연장부(216)의 내부 직경은 회전자 샤프트(202)의 외부 직경에 대응하여 그 사이에 밀접한 허용 오차를 제공한다. 캡 연장부(216)는 캡 연장부(216)가 회전자 샤프트(202)에 충분한 구조적 및 회전적 지지를 제공한다면 다양할 수 있는 길이(217)를 갖고, 이에 의해 회전자 샤프트(202)의 회전 축이 웰 플레이트(150)에 대해 미리 정해진 고정점에서 유지된다. 예를 들어, 회전자 샤프트(202)의 회전 축은 유체가 통과하는 웰 플레이트에 제공된 중심 포트와 대응할 수 있다. 본 명세서에 설명되는 바와 같이, 기구의 밸브 구동 조립체는 회전자 샤프트(202)를 회전시키고, 이는 차례로 웰(154, 156) 중 원하는 하나를 회전자 샤프트(202) 아래의 중심 포트와 유체적으로 커플링시키기 위하여 회전자 밸브(234)를 회전시킨다.
도 2b는 회전자 샤프트(202)의 원위 단부(204)의 확대 사시도를 나타낸다. 내부 및 외부 스플라인(232, 230)은 상이한 스플라인 형상을 갖는다. 외부 스플라인(230)은 디바이스 인터페이스를 형성하는 제1 세트의 스플라인을 나타내어, 제1/외부 스플라인이 밸브 구동 조립체의 구동 샤프트의 메이팅 스플라인에 의해 결합된다. 내부 스플라인(232)은 밸브 구동 조립체의 구동 샤프트와 회전자 샤프트(202) 사이의 완전히 메이팅된 (및 밀접하게 추적된) 상호 접속을 유지하기 위해 밸브 구동 조립체에 의해 이용되는 위치 인코딩 인터페이스를 형성하는 제2 세트의 스플라인을 나타낸다. 외부 스플라인(230)은 서로 실질적으로 평행하게 연장되는 스플라인 측면(233)을 갖는다. 외부 스플라인(230)은 스플라인 간격(231)에 대해 제1 미리 정해진 스플라인에 의해 분리된 인접 스플라인의 측면(233)과 서로 실질적으로 평행하게 연장되도록 배향된다. 스플라인 대 스플라인 간격(231)은 밸브 구동 조립체의 구동 샤프트 상의 스플라인 패턴에 대응한다. 스플라인 표시 간격(231)은 결합을 용이하게 하기 위해 샤프트 구동 조립체로부터의 메이팅 스플라인보다 약간 더 크게 정의된다. 진입 스플라인보다 큰 스플라인 간격(231)을 스플라인에 제공함으로써, 회전자 샤프트와 구동 샤프트 사이의 제한된 양의 상대적 회전 시프트를 이와 다르게 허용할 수 있는 소량의 느슨함이 도입된다. 따라서, 구동 샤프트의 스플라인은 회전자 샤프트(230)의 회전 위치의 정확한 표시자(indicator)가 아닐 수 있다. 대신, 내부 스플라인(232)은 본 명세서에 설명되는 바와 같이 구동 조립체의 별도의 위치 인코딩/추적 요소와 결합될 때, 위치 인코딩 정보를 제공하는 데 이용되는 위치 인코딩 인터페이스를 형성한다. 위치 인코딩 인터페이스는 밸브 구동 조립체에 의해 이용되어 외부 스플라인(230)과 결합하는 구동 스플라인과는 독립적으로 회전자 샤프트의 위치를 밀접하고 정밀하게 추적한다. 내부 스플라인(232)은 V 형으로 연장되는 측면(235)을 가져, 인접한 측면들이 서로에 대해 미리 정해진 비평행 각도(237)(예를 들어, 30도 각도)를 형성한다. 측면(235)은 내부 스플라인(232)의 바닥에서 병합되어 밸브 구동 조립체의 구동 샤프트 상에 메이팅 스플라인을 수용하는 V 형 포켓을 형성한다. 스플라인(232)은 구동 샤프트 상의 메이팅 스플라인과 완전히 결합되어 반발을 피하기 위해 협업한다. 스플라인(232)은 또한 구동 샤프트가 회전자 샤프트(202)에 대해 다소 "비뚤어진" 배향 또는 각도로 동작할 수 있게 한다. 스플라인(230, 232) 및 원위 단부의 원위 에지는 경사진 에지로 구성되어 구동 샤프트의 정렬을 용이하게 하고 스플라인 정렬 없이 구동 샤프트가 회전자 샤프트(202)의 원위 단부에 대해 단지 부딪히는 것을 회피할 수 있다.
도 2b의 듀얼 스플라인 구성은 내부 스플라인(230)을 밸브 구동 조립체의 스플라인에 의해 비교적 "느슨하게" 결합 및 구동되도록 이용하며, 외부 스플라인(232)을 회전자 샤프트(202)의 회전 위치를 모니터하는 위치 인코더에 의해 비교적 "밀접하게" 결합되도록 이용한다.
도 2c는 회전자 샤프트(202), 밸브 캡(210) 및 회전자 밸브(234)를 포함하는 회전 밸브 조립체(200)의 측단면도를 나타낸다. 도 2b는 회전자 샤프트(202)의 근위 및 원위 단부(203,204)를 나타낸다. 회전자 샤프트(202)는 길고 회전 축(220) 주위로 회전하는 밸브 캡(210)에 의해 제 위치에 유지된다. 도 2b는 캡 베이스(214)가 캡 연장부(216)보다 큰 직경을 갖는 것을 나타내는 밸브 캡(210)의 단면 엔벨로프를 나타낸다 캡 연장부(216)는 회전자 샤프트(202)의 외부 직경에 실질적으로 대응하는 내부 직경을 갖는 내부 통로(219)를 포함한다. 캡 연장부(216)의 내부 통로(219)는 웰 플레이트 상의 원하는 점에 중심을 두는 (예를 들어, 중심 공급 포트에 대응) 회전 축(220)과 미리 정해진 배향으로 회전자 샤프트(202)를 유지한다.
도 2d는 본 명세서의 예에 따라 형성된 회전자 밸브(234)의 평면 사시도를 나타낸다. 회전자 밸브(234)는 상부 표면 및 웰 플레이트 결합면(238)을 갖는 회전자 베이스(240)를 포함한다. 회전자 베이스(240)는 원하는 특성을 갖는 폴리프로필렌 또는 다른 재료로 사출 성형될 수 있다. 유체 채널(246)은 회전자 베이스(240) 내에 제공된다. 유체 채널(246)은 중심 포트(248)에 대응하는, 회전자 베이스(240)의 중심점으로부터 반경 방향으로 외부로 연장되도록 배향된다. 유체 채널(246)은 회전자 베이스(240) 상의 주위점으로 연장되고, 반경 방향 포트(250)에서 종단된다. 중심 및 반경 방향 포트(248, 250)는 회전자 베이스(240)를 통하여 연장되어, 웰 플레이트 결합면(238) 상에 개방된다. 중심 포트(248)는 회전자 샤프트(202)의 회전 축(220)과 대응하도록 정렬될 수 있으며, 웰 플레이트(150)의 중심 공급 포트와 정렬될 수 있다. 회전자 밸브(234)는 회전 축(220) 주위로 어느 반경 방향(252)으로 회전되어, 웰로부터 관심 시약 또는 샘플을 당기는 것과 관련하여 대응하는 웰 천이 포트(162)와 반경 방향 포트(250)를 정렬한다.
회전자 베이스(240)의 상부 표면은 유체 채널(246)을 둘러싸는 오목한 캐비티(261)를 포함한다. 오목한 캐비티(261)는 유체 채널(246)의 개방면을 덮기 위해 채널 커버(258)를 수용하도록 형상화된다. 채널 커버(258)는 유체 채널(246)을 전체적으로 둘러싸도록 유체 채널(246)의 전체 길이로 연장한다. 채널 커버(258)는 레이저 본딩되거나 이와 다르게 회전자 베이스(240)에 결합될 수 있다. 본 예에서, 개방면의 유체 채널(246) 및 채널 커버(258)는 용이하고 신뢰성 있는 제조 프로세스를 제공하기 위해 이용된다. 선택적으로, 회전자 베이스(240)의 모놀리식 구조체 내에 유체 채널을 형성하는 것과 같이, 채널 커버(258)를 제거하면서 유체 채널을 제공하기 위해 대안적인 구조체가 이용될 수 있으며, 이에 의해 채널 커버(258)를 제공할 필요성을 회피한다.
회전자 베이스(240)의 상부 표면은 회전자 베이스(240)로부터 상향으로 연장되는 주변 리브(242) 및 내부 리브(256)를 갖는다. 웰 플레이트 메이팅면(238)은 주변 및 내부 리브(242, 256)에 대향하는 방향을 향한다. 바이어싱 요소(253)(예를 들어, 웨이브 스프링 또는 다른 구조체)가 내부 캐비티(213) 내에 제공되고 회전자 밸브(234)에 대해 바이어싱력을 가한다. 바이어싱 요소(253)는 내부 리브(256) 주위에서 회전자 베이스(240) 상에 위치된다. 바이어싱 요소(253)는 회전자 베이스(240) 및 밸브 캡(210)에 대해 팽창력을 가하여, 회전자 밸브(234) 상의 포트(248, 250)와 웰 플레이트(150) 상의 포트 사이의 시일링된 인터페이스를 유지한다.
도 2e는 회전자 베이스(240)의 저면도를 나타낸다. 웰 플레이트 결합면(238)은 인터페이스 링(ring)(260) 및 인터페이스 패드(262)에 의해 형성된다. 인터페이스 링(260)은 회전자 베이스(240)의 주위 둘레에 연장된다. 도 2c를 참조하면, 인터페이스 링(260)의 인터페이스 패드(262)는 웰 플레이트(150)로부터 회전자 베이스(240)를 이격시켜 유지하기 위해 약간의 스탠드오프를 형성한다. 일례에서, 인터페이스 링(260)은 매끄럽고 평탄한 하부면으로 형성될 수 있다. 다른 예에서, 인터페이스 링(260)은 인터페이스 패드(260)와 웰 플레이트(150) 사이의 접촉 면적을 감소시키기 위해 인터페이스 링(260)의 외면 상에 형성된 미리 정해진 패턴으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 패턴은 인터페이스 링(260) 상에 형성된 상호 접속된 원형 또는 O-링 형상의 피처의 집합(예를 들어, 체인 패턴)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상세 2E는 인터페이스 링(260)의 표면을 위한 대안적인 구성으로 나타내어진다. 상세 2E에서, 인터페이스 링(260A)에는 리세스(262A)를 둘러싸는 일련의 원형의 상승된 링/부분(261A)이 제공된다. 예를 들어, 대안적인 패턴이 사용될 수 있지만, 상세 2E의 패턴은 체인 또는 일련의 인접한 8과 유사할 수 있다. 사용하지 않을 때, 인터페이스 링(260A)은 포트 구조의 크리프(creep)를 피하기 위해 리세스(262A)가 웰 플레이트의 포트와 정렬되는 위치로 회전될 수 있다.
회전자 베이스(240), 인터페이스 링(260) 및 인터페이스 패드(262)는 하나의 유형의 재료로 형성된 회전자 베이스를 갖는 다중-샷(예를 들어, 2 샷) 성형 프로세스로 형성될 수 있는 반면, 인터페이스 링(260) 및 인터페이스 패드(262)는 다른 유형의 재료로 형성된다. 예를 들어, 인터페이스 패드(262) 및 인터페이스 링(260)은 열가소성 엘라스토머(TPE) 또는 다른 유사한 재료로 형성될 수 있다. 반경 방향 포트(250)는 인터페이스 링(260)을 통해 연장된다. 인터페이스 패드(262)는 중심 포트(248) 주위에 형성된다. 중심 포트(248)는 웰 플레이트(150) 상의 중심 공급 포트(161)와 정렬하도록 위치되며, 반경 방향 포트(250)는 상이한 웰 천이 포트(162)와 정렬하도록 회전된다. 중심 인터페이스 패드(262) 및 인터페이스 링(260)은 열가소성 엘라스토머를 하나 이상의 게이트에 주입함으로써 공통 사출 성형 동작 중에 형성된다. 반경 방향 포트(250)는 인터페이스 링(260) 주위로 (중심 포트(248)에 대해) 아크(arc)를 따라 연장되는 긴 치수를 갖는 타원형으로 형성될 수 있다. 반경 방향 포트(250)의 타원형 형상은 메이팅 웰 포트와 정렬할 때 미리 정해진 양의 허용 오차를 제공한다.
도 2f는 (회전자(210)가 제거된) 회전자 샤프트(202) 및 회전자 밸브(234)의 측면 사시도를 나타낸다. 도 2f는 회전 축(220)을 따라 연장되는 회전자 샤프트(202)를 나타낸다. 회전자 샤프트(202)의 근위 단부(203)는 로드 커플링 인터페이스(load coupling interface)(239)를 통해 회전자 밸브(234)에 견고하게 장착된다. 로드 커플링 인터페이스(239)는 내부에 커플링 플랜지(241)를 유지하는 내부 리브(256)로 형성된다. 커플링 플랜지(241)는 회전자 샤프트(202)의 원하는 세그먼트를 따라 연장되는 측벽(243)을 포함한다. 측벽(243)은 회전자 샤프트(202) 주위로 적어도 부분적으로 연장되는 베이스 세그먼트(245) 및 상부 세그먼트(247)를 포함한다. 커플링 플랜지(241)는 회전자 샤프트(202)가 회전자 밸브(234)로부터 커플링 해제될 수 있게 하며(예를 들어, 개별적으로 성형됨), 이에 의해 성형의 이점을 제공한다. 또한, 커플링 플랜지(241)는 회전자 샤프트(202)에서 경험된 측면 로드를 회전자 밸브(234)로부터 커플링 해제시킨다. 예를 들어, 화살표 2F로 표시된 바와 같이 다양한 반경 방향으로 측면 로드가 경험될 수 있으며, 이는 대응하는 반경 방향으로 회전자 샤프트(202)의 약간의 편향을 야기할 수 있다. 커플링 플랜지(241)는, 회전자 밸브(234)가 웰 플레이트의 표면에 대해 상대적으로 고정된 배향을 유지하는 동안, 화살표 2F의 방향과 같이 회전자 샤프트(202)와 회전자 밸브(234) 사이의 미리 정해진 양의 틸팅 운동을 허용한다. 추가적인 예로서, 회전자 밸브(234)는 좌표 XY로 표시되는 미리 정해진 평면에 유지될 수 있다.
도 2a, 2b 및 3c를 다시 참조하면, 회전 밸브 조립체(200)는 다양한 피처를 통해 웰 플레이트 상의 미리 정해진 고정 위치에 유지된다. 래치 아암(226)은 웰(156)에 대해 웰 플레이트(150) 상의 미리 정해진 XY 위치에 밸브 캡(210)을 고정되게 위치시킨다(도 3c). 웰(156)의 벽 상의 디텐트(158)(도 3c)는 래치 아암(226)과 밸브 캡(210)을 하향으로 유지한다. 캡 연장부(216)는 미리 정해진 XY 위치에 회전자 샤프트(202)를 유지하고, 회전 축(220) 주위로의 회전을 허용한다. 내부 리브(256) 주위에 제공되는 바이어싱 요소(253)는 캡 베이스(214) 내의 내부 캐비티(213) 내에 제공되는 내부 선반(221)에 대해 접촉한다(도 2b). 내부 선반(221)은 바이어싱 요소(253) 상에 하향력을 유지함으로써 회전 운동을 허용하면서, 회전자 베이스(240), 인터페이스 링(260) 및 중심 인터페이스 패드(262)를 웰 플레이트(250)의 표면에 대해 견고하게 유지한다.
조명 챔버
도 4a는 조명 챔버(400)를 보다 상세하게 나타내기 위한 카트리지 조립체(100)의 일부의 저면도를 나타낸다. 조명 챔버(400)는 기구 상의 조명 요소를 수용할 수 있다. 예를 들어, 조명 요소는 하나 이상의 LED를 나타낼 수 있다. 조명 요소는 미리 정해진 XYZ 좌표에 따라 조명 챔버(400) 내에 위치된다. 이하에서 설명하는 바와 같이, LED 조명 요소는 잘 정의된 XYZ 위치에서 조명 챔버(400)로 (예를 들어, 그 내부에 도킹됨) 삽입되며, LED 조명 요소의 위치는 조명 챔버(400) 내의 위치 제한 피처에 의해 한정된다.
도 1a, 도 5c 및 도 5d를 함께 참조하면, 조명 챔버(400)는 일 측면 상에 원형 주위벽(406) 및 대향 측면 상에 위치 제한기(408)(도 5d)로 형성된다. 위치 제한기(408)는 유체 분석 스테이션(170) 주위의 선택점들에 제공된다. 위치 제한기(408)는 조명 요소의 주위 외벽 상의 메이팅 피처와 결합하여 조명 요소를 웰 플레이트(150) 상에 제공되는 광학 인터페이스 윈도우(410)에 대한 XY 방향에서와 같이 알려진 원하는 위치에 위치시킨다. 본 예에서, XY 방향은 광학 인터페이스 윈도우(410)의 표면에 실질적으로 평행한 평면에서 연장된다. 또한, 하나 이상의 리브(412)가 웰 플레이트(150) 상에 제공되어 광학 인터페이스 윈도우(410) 주위에 위치된다. 조명 요소는 Z 방향으로 삽입될 때(조명 요소에 대한 Z 데이터 포인트를 제공함) 리브(412)에 대하여 접한다(도킹된다). 리브(412)는 조명 요소의 전방면에 접하여 Z 방향으로(즉, 광학 인터페이스 윈도우(410)로 향하여, 그리고 이로부터 멀어지게) 조명 요소의 이동을 관리한다. 선택적으로, 추가 또는 보다 적은 제한기(408) 및 리브(412)가 조명 요소의 위치를 관리하는 것과 관련하여 이용될 수 있다. 선택적으로, XYZ 방향은 상이한 방식으로 배향될 수 있다.
본 명세서에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 광학 인터페이스 윈도우(410)와 연통하는 유체 채널 위에 채널 커버가 형성된다. 예를 들어, 유체 채널은 개방측을 갖는 웰 플레이트(150)의 상부면에 형성될 수 있어, 채널 커버가 유체 채널을 통해 레이저 본딩된다(또는 다르게 결합된다).
도 4b는, 본 명세서의 예에 따라 플로우 셀 카트리지(900)가 삽입되고 조명 요소가 조명 챔버 내로 삽입된 상태의 유체 분석 스테이션(170)에 제공된 다양한 구조체를 통한 모델측 단면도를 나타낸다. 도 4b에서, 조명 요소(450)는 웰 플레이트(150) 위의 동작 위치에 있는 것으로 나타내어지고, 플로우 셀 카트리지(900)는 플로우 셀 챔버(108)로 삽입된다. 도 4b에 보이는 웰 플레이트(150)의 구조는 윈도우(410), 리브(412), 포트(180, 182) 및 채널 커버(416, 418)를 포함한다. 도 4b에 보이는 플로우 셀 카트리지(900)의 구조는 최상부 프레임(904), 플로우 셀 윈도우(928), 포트(934) 및 분석 회로(958)를 포함한다. 분석 회로(958)는 활성 영역(962) 및 활성 영역 포트(964)를 포함한다. 조명 챔버(400)는 인터페이스 윈도우(410), 플로우 셀 윈도우(928), 투명층(429) 및 분석 회로(958) 내의 활성 영역(962)을 통해 연장되는 조명 축(4B)을 따라 연장되도록 배향된다.
조명 요소(450)는 웰 플레이트(150) 상의 리브(412)에 대하여 놓여질 때까지 조명 챔버(400) 내로 삽입된다. 리브(412)는 조명 요소(450)에 대해 Z 데이터 포인트(Z 기준점)를 윈도우(410) 위의 미리 정해진 (예를 들어, 최소의) 거리에서 정의했다. 조명 요소(450)로부터 방사되는 광은 분석 회로(958)의 최상부면 상의 윈도우(410), 플로우 셀 윈도우(928) 및 투명층(929)을 통과한다. 웰 플레이트(150)의 포트(180, 182)는 채널 커버(416, 418) 아래의 채널을 통한 유체의 유입 및 방출을 관리한다. 포트(934)가 분석 회로(958) 내로 포트(968)와 정렬되는 동안, 포트(180, 182)는 플로우 셀 카트리지(900)의 최상부 프레임(904)의 포트(934)와 정렬된다. 흐름의 일 방향으로서, 유체는 채널 커버(418)에 대응하는 채널을 통해 이동할 수 있고, 포트(180, 194 및 964)를 통해 하향 통과할 수 있다. 유체는 포트(964, 934 및 182)로부터 채널 커버(416)에 대응하는 채널로 방출될 때까지 활성 영역(962)에 걸쳐 이동한다. 선택적으로, 흐름의 방향은 역전될 수 있다.
선택적으로, 하나 이상의 전극이, 원하는 전압으로 유지되는 전극으로 하나 이상의 포트(180, 182, 934 또는 964)에 근접하게 위치될 수 있다. 또한, 분석 회로는 활성 영역 내의 유체를 통해 전압 전위를 생성하기 위해 반대 전압 전위로서 기능할 수 있다.
웰 플레이트
다음으로, 웰 플레이트(150) 및 웰 플레이트(150)를 통과하는 유체 채널의 네트워크가 도 5a 내지 도 5e와 관련하여 보다 상세히 설명된다. 웰 플레이트(150)는 낮은 프로파일 채널 구조를 제공한다. 예를 들어, 웰 플레이트(150)는 그 일측면 또는 양측면 상에 형성된 개방측 유체 채널의 네트워크를 갖는 베이스 층으로 형성될 수 있다. 베이스 층의 최상측 및/또는 바닥측은 시일링되는 방식으로 대응하는 백킹(backing) 층(예를 들어, 플라스틱 필름)에 결합되어, 유체 채널의 개방측을 폐쇄한다. 예를 들어, 베이스 층의 바닥측만이 개방측 채널을 포함하는 경우, 백킹 층은 바닥측 위에만 제공될 수 있다. 유사하게, 베이스 층의 최상부측이 개방측 채널을 포함하는 유일한 측인 경우, 백킹 층은 최상부측 위에만 제공될 수 있다. 베이스 층의 최상측 및 바닥측이 개방측 채널을 포함하는 경우, 최상부 및 바닥 백킹 층이 베이스 층의 대응하는 최상측 및 바닥측 위에 제공될 수 있다.
선택적으로, 베이스 및 백킹 층 중 하나 또는 모두는 폴리프로필렌 막, 열가소성 엘라스토머, 가황된 열가소성 엘라스토머 등으로 형성될 수 있다. 베이스 층 및 백킹 층은 레이저 본딩과 같은 다양한 방식으로 서로 결합될 수 있다. 베이스 층은 베이스 층의 최상측 또는 바닥측 상에 제공된 채널을 상호 접속하는 방식을 제공하기 위해 베이스 층을 통해 연장되는 포트의 네트워크를 포함한다.
베이스의 전부 또는 일부는 탄소 충진된 블랙 플라스틱 또는 유사한 재료로 형성될 수 있다. 탄소 충진은 메이팅 구조체와의 레이저 본딩을 용이하게 하고 대응하는 영역을 적어도 부분적으로 불투명하게 만든다. 웰 플레이트(150)는, 블랙 플라스틱 또는 다른 불투명한 재료를 이용함으로써, 광의 노출에 대해 원하는 양의 면역성을 제공하고, 형광의 원하지 않는 투과 또는 반사를 방지함으로써 플로우 셀 카트리지의 자동 형광을 감소시킨다. 웰 플레이트(150)는 또한 원하지 않는 광의 투과 또는 반사를 방지함으로써 시스템 내의 광 잡음을 감소시킨다.
도 5a는 본 명세서의 예에 따라 형성된 웰 플레이트(150)의 정면 사시도를 나타낸다. 도 5b는 웰 플레이트(150)의 베이스(152)의 바닥면을 나타내며, 내부의 개방측 채널의 네트워크의 예를 보다 잘 나타낸다. 전술한 바와 같이, 백킹 층은 개방측 채널을 폐쇄하기 위해 베이스(152)의 바닥면 위에 제공될 수 있다. 웰 플레이트(150)는 밸브 스테이션(164), 펌프 스테이션(168) 및 유체 분석 스테이션(170)을 포함한다. 샘플 입구 채널(172D)은 샘플 입구(124)로부터 샘플 천이 포트(162D)까지 연장된다. 베이스(152)의 전방면은 밸브 스테이션(164) 주위에 위치된 복수의 웰(154, 156)을 포함한다. 웰(156)의 일부는 밸브 스테이션(164) 주위에 원형 패턴으로 배열된다. 밸브 스테이션(164) 내에서, 원형 플랜지(166)는 베이스(152) 상에 형성된다(그리고 이로부터 상향 연장된다). 플랜지(166)는 회전자 베이스(240)의 형상과 매칭되는 내부 원형 형상을 갖는다. 플랜지(166) 및 플랜지(166) 내의 웰 플레이트의 영역은 회전 밸브 조립체(200)에 대한 스타터(starter)로서 기능한다. 플랜지(166)의 내부 표면은 회전자 베이스(240)의 외부 직경에 실질적으로 대응하는 내부 직경을 가지고, 이에 의해 회전자 베이스(240)가 회전하는 가이드를 형성한다. 선택적으로, 플랜지(166)는 또한 회전자-베이스(240)와 웰 플레이트(150) 사이의 시일링된 관계를 유지하는 것을 용이하게 할 수 있다.
웰 천이 포트(162)의 어레이는 플랜지(166)의 내부 영역 내의 베이스(152)에 제공된다. 웰 천이 포트(162)는 미리 규정된 반경을 갖는 원형 아크를 따르는 것과 같이, 회전 밸브 조립체(200)의 패턴 및 운동 범위에 대응하는 미리 정해진 패턴으로 형성된다. 예를 들어, 웰 천이 포트(162)는 유체 채널(246)의 길이와 동등한 반경을 갖는 원을 따라 형성될 수 있다(도 2c). 중심 공급 포트(160)는 플랜지(166)의 중심과 웰 천이 포트(162)에 의해 한정되는 원의 중심에 제공된다. 중심 공급 포트(161)는 회전자 샤프트(202)의 회전 축(220)과 정렬되도록 위치되고, 이는 또한 회전자 밸브(234)를 통해 형성된 중심 포트(248)에 대응한다.
펌프 스테이션(168)은 베이스(152)로부터 상향 연장되는 제1 및 제2 지지 포스트(502, 504)를 포함한다. 지지 포스트(502, 504)는 펌프 조립체(500)의 구동 샤프트 및 주사기 아암을 수용한다. 지지 포스트(502, 504)는 카트리지 조립체(100)를 통해 유체를 이동시키는 미리 정해진 왕복 선형 통로를 따라 구동 샤프트 및 주사기 아암의 이동을 가이드한다. 유체 분석 스테이션(170)은 플로우 셀에 유체를 전달하고 유체를 플로우 셀로부터 제거한다.
도 5b는 웰 플레이트(150)의 베이스(152)의 바닥면 상에 제공되는 개방측 플로우 채널(172)의 네트워크를 나타낸다. 플로우 채널(172)은 펌프 스테이션(168), 밸브 스테이션(164) 및 유체 분석 스테이션(170)을 통해 연장된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 플로우 채널(172)은 추가 스테이션을 통과할 수 있다. 플로우 채널(172)은 다양한 패턴으로 형성될 수 있고 다양한 길이 및 직경을 가질 수 있다.
도 5e는 밸브 스테이션(164)에 근접한 베이스(152)의 바닥면(153)의 확대된 부분을 나타낸다. 밸브 스테이션(164)은 회전 밸브 조립체(200)에 선행하는 통로에 대응하는 미리 정해진 패턴(예를 들어, 원형 패턴)으로 배열되는 웰 천이 포트(162)를 포함한다. 웰 플레이트(150)는 베이스(152)를 통해 연장되고 대응하는 웰(도 5a에는 보이지 않음) 내에서 베이스(152)의 최상부측 상으로 개방되는 웰 배출 포트(163)를 더 포함한다. 각 웰 배출 포트(163)는 웰 배출 채널(165)을 통해 대응하는 웰 천이 포트(162)에 결합된다. 웰 플레이트(150)는 웰(154, 156)의 수 및 위치에 따라 복수의 웰 배출 채널(165)을 포함한다. 웰 배출 채널은 직선, 구불구불한 통로, U 형 통로 등의 다양한 방식으로 형상화될 수 있다. 도 5e의 예에서, 짧은 직선형 웰 배출 채널(165A)의 집합은 대응하는 웰 천이 포트(162A)와 더 작은 근접 웰(156)(도 5a)과 정렬하는 웰 배출 포트(163A) 사이로 연장된다. 보다 긴 직선형 배출 채널(165B)의 집합은 웰(156)을 넘어 반경 방향 외측에 위치된 더 큰 웰(154)과 정렬되는 대응하는 웰 배출 포트(163B)와 대응하는 웰 천이 포트(162B) 사이에서 연장된다. 또한, 저장 포트(162C)에 로드 및 언로딩되는 저장 채널(165C)을 포함하는 캐시 저장 영역(167)이 제공된다. 동작 중 다양한 지점에서, 폐기물로 투기하지 않고 유체의 일부를 일시적으로 저장하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 유체는 이용 가능한 저장 채널(165C)로 이동된다. 선택적으로, 저장 채널(165C)의 대향 단부는 공기(또는 불활성 유체)가 저장 채널(165C)로 들어가고 나갈 수 있게 하는 포트(163C)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 포트(163C)는 웰 플레이트(150) 상의 대응하는 저장 웰에 결합될 수 있다.
도 5c는 웰 플레이트(150)의 후면 상의 유체 분석 스테이션(170)의 보다 상세한 도면을 제공하기 위해 베이스(152)의 일부의 저면도를 나타낸다. 플로우 셀은 동작 중에 스테이션(170)과 정렬하기 위해 삽입된다. 유체 분석 스테이션(170)은 인터페이스 포트(180 및 182)에 의해 대향 모서리 상에 대각선으로 경계 지어지는 광학 인터페이스 윈도우(410)를 포함한다. 인터페이스 포트(180 및 182)는, 플로우 셀이 삽입될 때 플로우 셀 상의 포트에 커플링된다. 제한 포스트(190 및 192)는 유체 분석 스테이션(170)의 하나 이상의 측면을 따라 위치된다. 제한 포스트(190, 192)는, 광학 인터페이스 윈도우(410) 및 인터페이스 포트(180, 182)에 대해 플로우 셀을 XY 방향으로 적절하게 정렬하기 위해 삽입될 때 플로우 셀에 의해 결합된다.
또한, 웰 플레이트(150)의 후면은 웰 플레이트(150)의 바닥면으로부터 외측(하향)으로 연장되는 리브(472)를 포함한다. 예를 들어, 리브(472)는 리브(412)로부터 반대 방향으로 연장부와 정렬할 수 있다(도 5d). 또한, 웰 플레이트(150)의 바닥면은 Z 위치 패드(473)를 포함한다. Z 위치 패드(473)의 최외측면 및 리브(472)는 Z 데이터 포인트를 한정하기 위해 공통의 미리 정해진 평면에서 정렬되며, 여기에서 플로우 셀 카트리지(900)는 로드될 때 위치가 결정될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 플로우 셀 카트리지(900)는 Z 위치 패드(473) 및 리브(472)에 대해 접하는 상부면을 갖는 최상부 프레임을 포함하여, 유체 분석 스테이션(170)에서 웰 플레이트의 바닥면에 대한 미리 정해진 Z 위치에서 플로우 셀 윈도우 및 포트를 유지한다.
도 5d는 웰 플레이트(150)의 전방면 상의 유체 분석 스테이션(172)의 보다 상세한 도면을 제공하기 위해 도 5c에 대응하는 베이스(152)의 전방/최상부 부분의 평면도를 나타낸다. 유체 분석 스테이션(172) 내의 베이스(152)의 전방/최상부 부분은 조명 챔버(400)(도 4)에 대응하고, 따라서 도 4와 관련하여 사용된 참조 번호는 도 5d와 관련하여 이용된다. 도 5d에 나타낸 바와 같이, 위치 제한기(408)는 조명 스테이션(172)의 하나 이상의 측면을 따라 제공되고, 조명 요소의 주위 외벽 상의 메이팅 피처와 결합한다. 단지 예로서, 파선 원형 라인(414)이 일단 기구에 의해 삽입된 조명 요소의 풋프린트를 나타내기 위해 제공된다. 위치 제한기(408)는 미리 정해진 XY 좌표 위치(XY 좌표계는 웰 플레이트(150) 및 광학 인터페이스 윈도우(410)의 표면에 실질적으로 평행한 평면에서 연장됨)에 조명 요소를 위치시킨다.
웰 플레이트(150)는 광학 인터페이스 윈도우(410)로부터 미리 정해진 거리에서 기구의 조명 요소를 등록하기 위한 하나 이상의 삽입 제한 요소(411)를 그 최상부측 상에 포함한다. 삽입 제한 요소(411)는 마이크로 유체 분석 동작 중에 기구 상의 조명 요소와 결합한다. 예를 들어, 삽입 제한 요소(411)는 광학 인터페이스 윈도우(410)의 하나 이상의 측면을 따라 제공되고, 조명 요소(예를 들어, 렌즈)의 원위 표면과 광학 인터페이스 윈도우(410) 사이의 원하는 오프셋을 유지하도록 한정되는 미리 정해진 거리만큼 광학 인터페이스 윈도우(410)로부터 상향 돌출되는 하나 이상의 리브(412)를 포함할 수 있다. 웰 플레이트(150)의 최상부측 상의 리브(412)는 웰 플레이트(150)의 바닥측 상의 리브(472)와 정렬된다. 리브(412)는 사전 정의된 Z 허용 오차 또는 Z 좌표 위치에 조명 요소를 위치시킨다(여기서, 기준 좌표계의 Z 축은 웰 플레이트(150)의 표면 및 광학 인터페이스 윈도우(410)의 표면에 실질적으로 수직인 평면에서 연장됨). 예를 들어, 리브(412)는 조명 요소 내의 LED 광을 미리 정해진 표면(예를 들어, 광학 인터페이스 윈도우(410))에 등록하는 한편, 기구 상의 LED 광원과 광학 인터페이스 윈도우(410) 아래의 플로우 셀 사이의 Z 허용 오차를 최소화할 수 있다.
밸브 스테이션(164) 내에서, 선택 웰 천이 포트(162)가 중심 공급 포트(160)에 (회전자 밸브(234)를 통해) 커플링된다. 중심 공급 포트(160)는 채널(174)을 통해 천이 포트(176)에 커플링되며, 이 천이 포트는 베이스(152)의 대향측으로 흐름의 방향을 전환한다. 도 5a를 참조하면, 천이 포트(176)가 유체 분석 스테이션(170)에서 나타내어진다. 조명 채널(178)은 천이 포트(176)로부터 광학 인터페이스 윈도우(410)에 근접하게 위치된 인터페이스 포트(180)까지 계속된다. 유체가 플로우 셀 포트(182)에서 플로우 셀로부터 배출될 때까지 유체는 플로우 셀 상의 플로우 셀 채널을 통과한다. 유체는 플로우 셀 채널(184)을 따라 인터페이스 포트(182)로부터 전달된다.
또한, 도 5d는 대응하는 인터페이스 포트(180, 182)에서 광학 인터페이스 윈도우(410)에 근접하게 종단되는 조명 채널(178, 184)을 갖는 일례에 따라 형성된 조명 채널(178, 184)을 더욱 상세히 나타낸다. 조명 채널(178, 184)은 웰 플레이트(150)의 전방면 상의 개방측 채널로서 형성될 수 있으며, 여기서 개방측은 채널 커버(416, 418)로 덮인다(도 4). 조명 채널(178)은 각각 천이 포트(176) 및 인터페이스 포트(180)에서 개시 및 종료된다. 조명 채널(184)은 각각 인터페이스 포트(182) 및 펌프 스테이션 포트(도 5d에서는 보이지 않음)에서 개시 및 종료된다.
본 명세서에 설명되는 예는 일반적으로 한 방향의 유체 흐름을 설명하였다. 그러나, 유체 분석 동작은 반대 방향으로 진행하는 유체 흐름과 관련하여 수행될 수 있음을 알 것이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 유체는 유체 분석의 상이한 스테이지에서 다양한 채널 내에서 상이한 방향으로 흐르도록 관리될 수 있다. 따라서, 임의의 포트, 채널 또는 다른 구조체에 흐름 방향을 설명하는 이름이 할당되는 한, 그러한 설명자(descriptor)는 단지 예일 뿐이며, 포트, 채널 또는 다른 구조체는 유체를 반대 방향으로 전달하도록 이용될 수 있다는 것을 알 것이다.
주사기 펌프 조립체
다음으로, 주사기 펌프 조립체(500)가 도 6a 내지 도 6e를 참조하여 본 명세서의 예와 관련하여 설명될 것이다. 본 명세서에 설명되는 바와 같이, 주사기 펌프 조립체(500)는 역행의 반발 효과를 피하는 양방향 펌핑 동작을 제공한다. 주사기 펌프 조립체(500)는 일 방향으로 구동력을 가하고 플런저 아암을 반대 방향으로 이동시키는 바이어스력을 허용함으로써 왕복 운동하고, 이에 의해 펌프 조립체(500)에 견인력을 가할 필요가 없다.
도 6a는 본 명세서의 예에 따라 제공되는 웰 플레이트(150) 상의 펌프 스테이션(168)의 평면도를 나타낸다. 펌프 스테이션(168)은 일 단부에서 스테이션 입구 포트(508)에 결합되고 대향 단부에서 스테이션 배출 포트(510)에 결합되는 펌프 채널 세그먼트(506)를 포함한다. 펌프 채널 세그먼트(506)는 기능적으로 준비 세그먼트(512), 배출 세그먼트(514) 및 펌프 작업 세그먼트(516)로 분할될 수 있으며, 이들 모두는 서로 연속되어 어느 방향으로든 유체 흐름을 지원한다. 작업 세그먼트(516)는, 플런저(540)가 왕복 운동하여 저압(예를 들어, 진공) 및 고압을 교대로 도입하는 작업 영역(513)을 포함한다. 작업 영역(513)은 작업 영역(513)의 상류 및 하류에 위치된 한 쌍의 핀치(pinch) 밸브(518) 사이에 개재되어 있다. 핀치 밸브(518)는 폐기물 쪽으로 또는 플로우 셀 쪽으로와 같이, 작업 영역(513)으로부터의 흐름의 방향을 결정한다. 예를 들어, 핀치 밸브(518)는 관심 재료(예를 들어, 열가소성 엘라스토머)를 작업 세그먼트(516) 내의 채널을 따라 형성된 원형 만입부로 가압함으로써 형성될 수 있다. 본 명세서에 설명되는 바와 같이, 핀치 밸브(518)는 작업 영역(513) 내의 저압 및 고압 상태의 도입과 관련하여 조정되는 방식으로 교대로 개방 및 폐쇄되어 펌프 스테이션(168)을 통해 유체를 당기거나 푸시한다. 준비 세그먼트(512)는 작업 세그먼트(516)와 스테이션 입구 포트(508) 사이의 작업 세그먼트(516)의 상류에 위치되어 있다. 본 예에서, 준비 세그먼트(512)는, 유체가 작업 세그먼트(516)를 통과하기 전에, 미리 정해진 양의 유체를 유지하기 위해 펌프 채널 세그먼트(506) 내의 저장 영역을 형성하도록 구불구불한 형상으로 배열된 채널을 포함한다. 선택적으로, 준비 세그먼트(512)는 작업 세그먼트(516)의 단부에 근접한 스테이션 입구 포트(508)를 제공하는 것과 같이, 연장되거나 단축되거나 완전히 제거될 수 있다. 배출 세그먼트(514)는 작업 세그먼트(516)와 스테이션 배출 포트(510) 사이의 작업 세그먼트(516)의 하류에 위치된다. 본 예에서, 배출 세그먼트(514)는 비교적 짧은 직선 채널로서 제공되며, 모든 완전한 대안적인 구성이 길이 및 패턴이 변하거나 전체적으로 제거된 배출 세그먼트(514)와 함께 제공될 수 있다.
도 6b는 펌프(500) 내에 제공되는 플런저(540)의 측면도를 나타낸다. 플런저(540)는 일반적으로 브릿지 세그먼트(552)를 통해 서로 결합되는 구동 아암(546) 및 플런저 아암(554)을 포함하며, 이들 모두는 모놀리식 구조로(예를 들어, 함께 성형됨) 함께 형성된다. 구동 아암(546)은 구동 단부(548) 및 원위 단부(549)를 갖는다. 플런저 아암(554)은 작업 단부(556) 및 원위 단부(558)를 포함한다. 플런저 요소(557)가 플런저 아암(554)의 작업 단부(556) 상에 장착된다. 구동 아암(546) 및 플런저 아암(554)의 원위 단부(549 및 558)는 브릿지 세그먼트(552)에 결합된다. 플런저 아암(554) 및 구동 아암(546)은 브릿지 세그먼트(552)로부터 플런저 아암(554)과 공통 방향으로 하향 연장된다. 플런저 아암(554)은, 구동 아암(546) 및 플런저 아암(554)이 구동력(543) 및 바이어스력(544)에 응답하여 공통 방향 및 정렬로 함께 이동하도록, 구동 아암(546)의 길이에 실질적으로 평행한 방향으로 연장되도록 배향된다. 구동력(543) 및 바이어스력(544)은 대응하는 역방향 견인력이 없는 단방향 푸싱력을 나타낸다. 브릿지 세그먼트(552)는 커버(102)에 형성된 펌프 접근 개구(123)(도 1a)에 위치되고 이를 통해 노출되는 바이어싱 표면(542)을 포함한다. 기구의 바이어싱 요소(예를 들어, 스프링)는 바이어싱 표면(542)과 결합할 수 있고 이에 대해 바이어싱력을 가할 수 있다. 구동 아암(546)의 구동 단부(548)는 카트리지 조립체(100)(도 1b)의 바닥면(110)에서 구동 개구(116)에 위치되어, 기구의 펌프 구동 조립체에 의해 결합된다. 펌프 구동 조립체는 구동 아암(546)으로 및 이로부터 구동력(543)을 간헐적으로 가하고 제거한다. 구동 단부(548) 및 바이어싱 표면(542)은 플런저(540)의 대향 단부에 위치된다. 구동 단부(548) 및 바이어싱 표면(542)은 카트리지 조립체(100)의 하우징의 상부 및 하부 표면에서 노출되어, 대응하는 단방향 구동 및 바이어싱력(543, 544)이 반발을 도입하지 않고 왕복 운동으로 플런저(540)를 이동시키는 것과 관련하여 이에 가해지며, 직접적인 기구 인코더 측정을 제공한다. 구동 및 바이어싱력(543, 544)은 푸시/풀(pull) 펌프 구동기에 대한 필요성을 피하는 양방향 푸시 시스템을 적용한다.
도 6c는 플런저 아암(554)에 장착된 플런저 요소(557)의 확대된 측면도를 나타낸다. 플런저 요소(557)는 내부 구조를 나타내기 위해 부분적으로 투명한 방식으로 나타내어진다. 플런저 아암(554)은, 하나 이상의 스템(stem)(559)이 일체로 그리고 이와 함께 모놀리식 구조로 형성되는 리딩 에지(leading edge)(553)를 포함한다. 스템(559)은 그 사이에서 연장되는 힌지(hinge) 핀(565)을 포함한다. 지지 빔(beam)(551)에는 그 근위 단부에 눈(eye)(545)이 제공된다. 지지 빔(551)이 플런저 아암(554) 및 플런저 요소(557)의 길이에 전반적으로 평행하게 연장되는 화살표(567)의 방향으로 약간의 미리 정해진 범위에 걸쳐 이동 가능하도록, 아이(545)는 길고, 힌지 핀(565)을 수용한다. 선택적으로, 스템 및 지지 빔(559, 551)은 공통 모놀리식 구조로 형성될 수 있다.
플런저 요소(557)는 몸체(561)의 주위 둘레에 미리 정해진 윤곽을 갖는 전반적으로 튜브 형상으로 형성된 몸체(561)를 포함한다. 몸체(561)는 (예를 들어, 저온(cold) 성형 동작을 통해) 플런저 아암(554)의 리딩 에지(553)와 함께 행(row)으로 형성되는 트레일링(trailing) 에지(555)를 포함한다. 몸체(561)는 플런저 아암(554)이 왕복하는 지지 포스트(504)의 내부 통로 내에 기밀 시일을 유지하도록 형상화 및 위치된 그 주위로 연장되는 하나 이상의 주위 플런저 리브(563)를 포함한다.
플런저 요소(557)는 가황된 열가소성 엘라스토머(TPV) 또는 플런저 아암(554)보다 비교적 더욱 가요성이 있고 압축 가능한 다른 재료로 형성될 수 있다. 구동 아암(546), 브릿지 세그먼트(552) 및 플런저 아암(554)은 비교적 단단한 플라스틱 재료(예를 들어, 폴리카보네이트 플라스틱)로 형성된다. 플런저 요소(557)는 논-스냅 온(non-snap on) 방식으로 플런저 아암(554)에 형성된다. 일례로서, 플런저 아암(554)은 스템(559) 및 지지 빔(551) 위에 성형될 수 있다. 예를 들어, 2샷 성형 프로세스가 사용될 수 있으며, 여기서 플런저 아암(554)이 초기 성형 동작 중에 성형되며, 플런저 요소(557)가 제2 성형 동작 중에 첨가된다. 성형 프로세스를 이용함으로써, 플런저 요소(557)는 (리딩 에지 및 트레일링 에지(553, 555)에서) 이들 사이에서 비교적 작거나 없는 허용 오차 또는 클리어런스(clearance)로 플런저 아암(554)에 고정되며, 플런저 요소(557) 및 플런저 아암(554)은 (리딩 에지 및 트레일링 에지(553, 555)에서) 서로 물리적 및 화학적으로 상호 락킹(interlocking)된다.
플런저 요소(557)와 플런저 아암(554) 사이에 밀접한 허용 오차를 제공함으로써, 플런저(540)는, 플런저 엘리먼트(557)가 단순히 스냅 온(snap on)되거나 이와 다르게 플런저 아암(554)에 더욱 느슨하게 부착되는 경우에 발생할 수 있는 "히스테리시스"를 실질적으로 제거하거나 회피한다. 또한, 지지 빔(551) 및 스템(559) 위에 플런저 요소(557)를 성형함으로써, 히스테리시스의 회피를 용이하게 하는 최종 구조체가 제공된다.
플런저 요소(557)와 플런저 아암(554) 사이의 논-스냅 온 인터페이스는, 운동의 방향이 변경될 때마다 플런저 요소가 플런저 아암에 대해 상향 및 하향으로 이동할 가능성을 도입하는 플런저 요소의 스냅 온 유형에 대한 향상을 제공한다. 스냅 온 플런저와 플런저 아암 사이에서 운동이 경험될 때, 이러한 구성은 히스테리시스로 또한 칭해지는 반발에 대한 가능성을 생성한다.
본 명세서의 예에 따르면, 플런저(540)는 동작 중에 양방향으로 많은 회수 이동한다(예를 들어, 실시 당 수백 또는 수천 펌프 사이클). 플런저(540)는 0.3mm/초와 10mm/초 사이의 속도로 이동할 수 있다. 따라서, 스냅 온 유형 플런저 요소는 실시(예를 들어, 마이크로-유체 분석 동작) 전체에서 많은 회수의 반발 또는 히스테리시스에 대한 가능성을 생성할 것이다. 플런저 요소(557)를 (논-스냅 온 방식으로) 플런저 아암(554)의 일부 상에 형성함으로써, 본 명세서의 예는 이들 사이의 고정된 관계를 유지함으로써 히스테리시스 또는 반발의 위험을 회피한다.
도 6b를 다시 참조하면, 동작 중에, 기구의 펌프 구동 조립체는 구동력(543)을 간헐적으로 구동 아암(546)의 구동 단부(548)에 인가하여 플런저(540)를 구동력(543)의 방향으로 상향 이동시킨다. 구동력(543)이 제거되었을 때, 바이어싱력(544)은 바이어싱력(544)의 방향으로 플런저(540)를 하향 이동시킨다. 바이어싱력(544)을 가함으로써, 본 명세서의 예는 펌프 구동 조립체가 구동 아암(546)에 부착될 필요성을 피하고, 구동 아암(546)에 견인력을 가할 필요성을 피한다. 구동력(543)이 간헐적으로 가해지고 제거됨으로써, 동작 전체에서 플런저(542)가 반복적으로 상향 및 하향 이동하게 한다. 플런저(540)가 상향 및 하향 이동함에 따라, 작업 단부(556)는 작업 영역(513)(도 6a) 내에 저압 및 고압 상태를 도입한다. 고압 및 저압 상태가 작업 영역(513)으로 도입됨에 따라, 유체는 채널 세그먼트(506)를 따라 당겨지고 푸시된다. 펌프 채널 세그먼트(506)를 통한 유체의 이동 방향은 핀치 밸브(518)를 개방 및 폐쇄함으로써 제어된다.
도 6d는 펌핑 동작을 보다 잘 나타내기 위한 펌프 스테이션(168)의 측단면도를 나타낸다. 펌프 스테이션(168) 내에서, 푸시핀 브레이스(brace)(560)가 웰 플레이트(150)의 베이스(152)의 하부면에 장착된다. 브레이스(560)는 내부에 통로(564)를 갖는 지지 포스트(562)를 포함한다. 통로(564)는 대응하는 푸시핀(520, 521)을 수용한다. 푸시핀(520, 521)은 작업 단부(566) 및 대향 접촉 패드(524)를 포함하는 샤프트(523)를 포함한다. 작업 단부(566)는 핀치 밸브(518)에 위치되며, 접촉 패드(524)는 지지 포스트(562)의 외부 단부를 넘어 반경 방향 외측으로 솟게 된다. 샤프트(523)는 그 주위로 연장되는 하나 이상의 외부 리브(525)를 포함한다. 또한, 통로(564)는 하나 이상의 내부 리브(527)를 포함한다. 외부 및 내부 리브(525, 527)는 대응하는 통로(564) 내의 푸시 핀(520, 521)을 보유하도록 협업하며, 푸시핀(520, 521)이 밸브 개방 방향(519) 및 밸브 개방 방향(517)으로 지지 포스트(562)를 따라 전후로 이동할 수 있게 한다. 접촉 패드(524)는 바닥면(110)의 푸시핀 개구(114)(도 1b)에 위치된다.
동작 중에, 기구의 밸브 구동 요소는 접촉 패드(524)와 결합하도록 위치된다. 밸브 구동 요소는 푸시핀(520, 521) 중 하나에 (밸브 폐쇄 방향(519)으로) 밸브 폐쇄력을 가하며, 다른 푸시핀(520, 521)에는 폐쇄력을 가하지 않는다. 밸브 폐쇄력이 푸시핀(520, 521)에 가해지지 않을 때, 푸시핀(520, 521)은 밸브 개방 방향(517)으로 이동하여 밸브 개방 상태로 되어, 대응하는 핀치 밸브(518)가 개방된다. 밸브 폐쇄력이 가해지고 대응 푸시핀(520, 521)이 밸브 폐쇄 방향(519)으로 이동할 때, 대응 핀치 밸브(518)는 폐쇄된다. 푸시 핀(520, 521) 및 대응 핀치 밸브(518)는 개방 및 폐쇄 상태 사이에서 교대로 이동한다.
도 6d는 또한 지지 포스트(504) 내에 로드될 때의 플런저 아암(554)을 나타낸다. 플런저 아암(554)은 당김 방향(566) 및 푸싱 방향(568)으로 왕복 이동하여 각각 작업 영역(513)에서 대응하는 저압 및 고압 상태를 생성한다 플런저 아암(554)이 당김 방향(566)으로 이동함에 따라, 유체는 작업 영역(513) 내로 유입되고, 여기서 작업 영역(513)으로 유입되는 유체의 양은 플런저 아암(554)의 운동 범위에 따른다. 주사기 아암이 푸싱 방향(568)으로 이동될 때, 작업 영역(513) 내의 유체는 작업 영역(513)으로부터 플로우 채널로 다시 푸싱된다. 유체 채널로부터 유체가 작업 영역(513) 내로 유입되는 방향은 푸시 핀들(520, 521) 중 어느 것이 대응하는 핀치 밸브(518)를 폐쇄했는지에 의존한다. 예를 들어, 화살표 A 방향으로 견인력을 도입하기 위해, 주사기 아암이 당김 방향(566)으로 이동되는 동안 대응하는 핀치 밸브(518)를 폐쇄하기 위해 푸시핀(521)이 폐쇄 상태로 이동될 것이다. 플런저 아암(554)이 작업 영역(513)으로부터 퇴피함에 따라, 유체는 화살표 A 방향으로 플로우 채널을 따라 전진한다. 플런저 아암(554)이 운동 범위의 끝에 도달하면, 푸시핀(521)은 해제되어 대응하는 핀치 밸브(518)가 개방되도록 개방 방향(517)으로 이동하도록 허용된다. 동시에, 푸시핀(520)은 폐쇄 방향(519)으로 이동되어 대응하는 핀치 밸브를 폐쇄한다. 그 후, 플런저 아암(554)은 푸시 방향(568)으로 이동하여 유체를 작업 영역(513)으로부터 화살표 B의 방향으로 유체 채널 내로 가압한다. 유체를 반대 방향으로 이동시키는 것이 바람직할 때, 푸시 핀(520, 521)의 동작은 플런저 아암(554)의 이동에 대해 역전된다.
도 6e는 지지 포스트(502, 504) 내로 삽입되는 플런저(540)의 일부의 확대된 측면 사시도를 나타낸다. 플런저 아암(554)은 지지 포스트(504) 내에 슬라이드 가능하게 수용되며, 구동 아암(546)은 지지 포스트(502) 내에 슬라이드 가능하게 수용된다. 지지 샤프트(502) 및 구동 아암(546)은 플런저(540)를 미리 정해진 왕복 경로를 따라 에러에 대해 비교적 작은 허용 오차로 가이드하기 위해 X 형인 단면으로 형성된다.
도 6f는 본 명세서의 예에 따라 플런저 아암(554)을 수용하는 지지 샤프트(504)의 사시도를 나타낸다. 지지 샤프트(504)는 근위 단부(570) 및 원위 단부(571)를 포함한다. 근위 단부(570)는 펌프 스테이션(168)에서 웰 플레이트(150) 상에 장착되며, 원위 단부(571)는 펌프 스테이션(168)으로부터 상향 연장된다. 지지 샤프트(504)는 길고 근위 단부 및 원위 단부(570, 571) 사이에서 연장되는 통로(572)를 포함한다. 통로(572)는 원위 단부(571)로부터 근위 단부(570) 부근의 영역을 향해 연장하는 통로(572)의 세그먼트에 대한 제1 내부 직경(571)을 갖는다. 통로(572)는 근위 단부(570)에서 제2의 더 큰 직경(576)을 가지고 파킹(parking) 스테이션(574)을 형성한다. 파킹 스테이션(574)은 저장 위치에 위치될 때 플런저 리브를 포함하는 플런저 요소(557)의 적어도 일부를 수용할 수 있다. 플런저 요소(557)는 저장, 운송 중, 또는 일반적으로 사용하지 않을 때 파킹 스테이션(574)에 위치될 수 있다. 플런저 요소(557)의 플런저 리브가 확대된 직경을 갖는 파킹 스테이션(574)에 유지되도록 허용함으로써, 본 명세서의 예는 플런저 요소(557)의 크리프를 피하여, 플런저 요소(557) 및 플런저 리브가 지나치게 압축되지 않고 시간의 더 긴 주기 동안 원래 형상을 유지한다. 그렇지 않으면, 플런저 요소(557) 및 플런저 리브의 크리프(또는 형상의 변화)가, 제1의 더 좁은 직경(575)을 갖는 통로(572)의 부분 내에 연장된 시간 주기 동안 저장되는 경우 도출될 수 있다.
유체 기구
도 7은 본 명세서의 예에 따라 구현된 유체 기구(700)의 블록도를 나타낸다. 기구(700)는 카트리지 조립체(100)를 수용하기 위한 도킹 스테이션(703)을 포함한다. 기구(700) 내의 다양한 전기적, 광학적 및 기계적 서브조립체가 마이크로-유체 분석 동작 중에 카트리지 조립체(100)와 상호 작용한다.
기구(700)는 다른 것들 중에서, 마이크로-유체 분석 동작을 수행하기 위해 메모리(704)에 저장된 프로그램 명령을 실행할 수 있는 하나 이상의 프로세서(702)를 포함한다. 프로세서(702)는 밸브 구동 조립체(710), 펌프 구동 조립체(720), 피어서 액츄에이터 조립체(740), 조명 요소(750), 전기 접촉 어레이(752) 및 가열 요소(753)에 통신 가능하게 커플링된다.
사용자 인터페이스(U/I)(706)는 사용자가 기구(700)의 동작을 제어하고 모니터하기 위해 제공된다. 하나 이상의 통신 인터페이스(708)가 기구(700)와 원격 컴퓨터, 네트워크 등 사이에서 데이터 및 다른 정보를 전달한다. 예를 들어, 통신 인터페이스(708)는 프로토콜, 환자 기록 및 특정 유체 분석 동작과 관련된 다른 정보를 수신할 수 있다. 통신 인터페이스(708)는 또한 하나 이상의 샘플의 분석으로부터 도출된 데이터뿐만 아니라 미가공 결과 데이터를 전달할 수 있다.
밸브 구동 조립체(710)는 회전 밸브 조립체(200)와 결합하는 구동 샤프트(712)를 포함한다. 밸브 구동 조립체(710)는 또한 회전 모터(714) 및 병진 모터(716)를 포함한다. 병진 모터(716)는 회전자 밸브 조립체(200)의 회전자 샤프트(202)와 결합된 상태와 결합 해제된 상태 사이에서 병진 방향(718)으로 구동 샤프트(712)를 이동시킨다. 구동 샤프트(712)가 회전자 밸브 조립체(200)와 물리적으로 확실하게 결합되면, 회전 모터(714)는 회전 방향(719)으로 구동 샤프트(712)의 회전을 관리하여, 회전 밸브 조립체(200)가 시약의 다양한 웰을 웰 플레이트의 채널에 접속 및 접속 해제시키도록 지시한다.
밸브 구동 조립체(710)는 회전자 샤프트(202)에 대한 구동 샤프트(712)의 위치를 모니터하는 위치 인코더(713)를 포함한다(도 2b). 인코더(713)는 구동 샤프트(712)의 스플라인이 회전자 샤프트(202)의 내부 스플라인(232)과 완전히 결합되도록 보장하기 위해 프로세서(702)에 위치 데이터를 제공하고 이에 의해 위치 인코더(713)가 회전자 샤프트(202)의 회전 위치를 밀접하게 추적하는 것을 보장한다. 예를 들어, 인코더(713)는 회전 밸브 조립체(200)와 관련하여 전술한 내부 스플라인(232)(도 2b)과 매칭되도록 형상화 및 치수화되는 수형(male) 인코더 스플라인 구성을 갖는 샤프트를 포함할 수 있다. 내부 스플라인(232) 내에 완전히 이루어지고 바닥이 있는 인코더 스플라인은 그 사이의 고정된 관계를 유지한다. 인코더 스플라인은 구동력을 가하지 않고, 대신에 단지 회전자 샤프트(202)의 이동을 따라서, 프로세서(702)에 정밀하고 정확한 각도 위치 데이터를 제공한다. 구동 샤프트(712)는 회전자 샤프트(202)의 원위 단부 위에 끼워지는 구동 스플라인의 개별 세트를 포함한다 구동 스플라인은 회전자 샤프트(202) 상의 외부 스플라인(230) 사이에 끼워지고 이에 구동력을 인가한다.
회전자 및 구동 샤프트(202, 712)를 고정된 회전 관계로 유지함으로써, 프로세서(702)는 모터(714)로부터 얻어진 회전 데이터를 이용하여 회전자 밸브(234)의 특정 회전 위치를 결정할 수 있다.
밸브 구동 조립체(710)는 하나 이상의 포트에 플로우 채널을 선택적으로 접속시키기 위해 회전자 샤프트(202)를 이동(예를 들어, 회전)시킨다. 많은 동작에서, 회전자 샤프트(202)는 연속적으로 이용되는 시약 웰에 대한 웰 포트의 위치에 기초하여 다양한 각도로 회전된다. 예를 들어, 인접한 웰이 순서대로 이용될 때, 밸브 구동 조립체(710)는 회전자 샤프트(202)를 단지 몇도만큼 회전시킬 것이다. 그러나, 웰 플레이트의 대향측 상에 있는 제1 및 제2 웰이 사용될 때, 밸브 구동 조립체(710)는 회전자 샤프트(202)를 180° 또는 그보다 많거나 작게 회전시킬 것이다. 회전자 샤프트(202)를 회전시킨 후에, 회전자 밸브 조립체(200)는 순간적으로 정지하여 유체가 이를 통해 흐르거나 샘플이 검출될 수 있게 한다.
피어서 액츄에이터 조립체(740)는 하나 이상의 피어서 샤프트(742) 및 퇴피된 위치와 연장된 위치 사이에서 피어서 샤프트(742)를 구동하는 병진 모터(744)를 포함한다. 피어서 샤프트(742)가 연장된 위치로 이동될 때, 피어서 샤프트(742)는 피어싱 유닛(300)의 상부면과 결합하고, 피어싱 유닛(300)을 하향으로 가압하여, 피어싱 유닛(300) 상의 피어싱 요소가 대응하는 시약 웰을 덮는 호일을 천공하게 한다. 피어싱 샤프트(742)는 유체 분석 동작 전반에 걸쳐 연장된 채로 유지되거나 대안적으로 수축될 수 있다.
펌프 구동 조립체(720)는 모터(724)에 커플링되고 펌프 방향(723)을 따라 연장된 위치와 퇴피된 위치 사이에서 이동하는 펌프 샤프트(722)를 포함한다. 예를 들어, 펌프 샤프트(722)는 화살표(721) 방향으로 회전되는 스크류 샤프트로서 형성될 수 있다. 펌프 샤프트(722)가 스크류잉되는 방향을 변경함으로써, 펌프 샤프트(722)는 펌핑 방향(723)을 따라 내측(퇴피된 방향) 및 외측(연장된 방향)으로 이동한다. 반복적으로 펌프 샤프트(723)를 퇴피된 위치와 연장된 위치 사이에서 이동시키면, 펌프 샤프트(722)는 구동 아암(546)에 구동력(543)을 가하여, 주사기 아암(554)이 작업 영역에서 저압 상태를 생성하여 펌핑 스테이션으로 유체를 유입/풀링하게 하는 방향으로 펌프 조립체(500)를 이동시킨다. 구동 샤프트(722)는 퇴피된 위치로 반복적으로 이동되고, 바이어싱 요소(734)는 바이어싱력을 펌프 조립체(500) 상의 바이어싱 표면(542) 에 가하여, 펌프 조립체(500)를 바이어싱력(544)의 방향으로 하향 이동시키고, 이에 의해 주사기 아암(554)이 작업 영역에서 고압 상태를 형성하여 펌핑 스테이션으로부터 유체를 푸시하게 한다.
위치 인코더(735)에는 바이어싱 요소(734)가 제공된다. 위치 인코더(735)는, 바이어싱 요소(734)가 플런저(540)와 함께 상향 및 하향 이동함에 따라, 바이어싱 요소(734)의 위치를 추적한다. 위치 인코더(735)는 동작 전반에서 플런저(540)의 위치를 추적하기 위해 프로세서(702)에 위치 데이터를 제공한다.
또한, 펌프 구동 조립체(720)는 푸시핀(520, 521)과 정렬되도록 위치되는 밸브 구동 샤프트(726, 728)를 포함한다. 밸브 구동 샤프트(726,728)는 모터(730)에 의해 화살표(725)를 따라 연장된 위치와 퇴피된 위치 사이에서 이동한다. 밸브 구동 샤프트(726, 728)는 반대 방향으로 이동되어, 밸브 구동 샤프트(726)가 연장될 때 밸브 구동 샤프트(728)가 퇴피되고, 그 역도 가능하다. 밸브 구동 샤프트(726, 728)는 펌프 스테이션(168)을 통해, 따라서 플로우 셀을 통해 유체를 이동시키기 위해, 펌프 샤프트(722)의 이동과 동기화된 교번 방식으로 반대 방향으로 이동된다.
조명 요소(756)는 조명 챔버(400)로 이동되고 이로부터 이동된다. 조명 요소(750)는 하나 이상의 유형의 조명 광을 제거 챔버(400)에 제공하기 위한 광학 시스템을 포함한다. 예를 들어, 조명 요소(756)는 목적하는 양 및 유형의 광을 발생시키기 위해 LED 광 튜브 등을 포함할 수 있다. 전기 접촉 어레이(752) 및 가열 요소(753)는 카트리지 조립체(100)의 바닥면(110)의 플로우 셀 카트리지 접근 영역(112)으로 삽입된다. 접촉 어레이(752)는 플로우 셀 카트리지(900) 상의 전기 접촉 패드(950)의 대응 어레이와 결합한다. 가열 요소(753)는 플로우 셀 카트리지(900) 내의 열 확산기와 결합한다.
적어도 하나의 예에 따르면, 프로세서(702)는 모터, 광학 장치, 접촉 어레이 등의 동작을 관리한다. 선택적으로, 기구(700)와 관련하여 설명되는 모터, 광학 장치, 접촉 어레이, 조립체 및 구성 요소 각각의 동작을 관리하기 위해 (예를 들어, 프로세서(702)의 제어 하에) 협업하는 다수의 프로세서가 제공될 수 있다.
예를 들어, 모터는 직접 구동 모터일 수 있다. 그러나, 직류(DC) 모터, 솔레노이드 구동기, 선형 액츄에이터, 압전 모터 등과 같은 다양한 대안적인 메커니즘이 사용될 수 있다.
유체 제어 시스템
도 8은 일례에 따라 도 7의 기구(700)에 의해 구현되는 컴퓨터 시스템(810)의 개략도이다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(810)은 사용자 인터페이스(708)의 제어 하에 하나 이상의 프로세서(702) 및 메모리(704)에 저장된 프로그램 명령에 의해 구현될 수 있다. 도 8은 컴퓨터 시스템(810)의 다양한 구성 요소의 대표적인 예 또는 블록을 나타내지만, 도 8은 단지 개략적이거나 대표적인 것이며 컴퓨터 시스템(810)은 다양한 형태 및 구성을 취할 수 있는 것으로 이해된다.
컴퓨팅 시스템(810)은 기구의 다양한 구성 요소, 조립체 및 시스템(또는 서브-시스템)과 통신할 수 있다. 컴퓨팅 시스템(810)은 유체-선택기 모듈(851), 유체-제어 모듈(852), 검출기 모듈(853), 프로토콜 모듈(854), 분석 모듈(855), 펌프 구동 모듈(857), 밸브 구동 모듈(859) 및 조명 관리 모듈(861)을 포함할 수 있다. 모듈(851-861)이 별개의 블록으로 나타내어졌지만, 각 모듈은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합일 수 있고 모듈 각각은 프로세서와 같은 동일한 구성 요소의 일부일 수 있음이 이해된다. 대안적으로, 모듈(851 내지 861) 중 적어도 하나는 별도의 프로세서의 일부일 수 있다. 또한, 각 모듈(851-861)은 서로 통신하거나 특정 기능을 수행하기 위한 커맨드/명령을 조정할 수 있다.
컴퓨팅 시스템(810) 및/또는 모듈(851-861)은 마이크로 컨트롤러, 감소된 명령 세트 컴퓨터(RISC), 어플리케이션 특정 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 논리 회로, 및 본 명세서에 설명되는 기능을 실행할 수 있는 임의의 논리-기반 디바이스를 사용하는 시스템을 포함하여 임의의 프로세서-기반 또는 마이크로프로세서-기반 시스템을 포함할 수 있다. 전술한 예는 단지 예시적인 것이며, 따라서 모듈 또는 컴퓨팅 시스템이라는 용어의 정의 및/또는 의미를 반드시 제한하려는 것은 아니다. 예시적인 예에서, 컴퓨팅 시스템(810) 및/또는 모듈(851-861)은 샘플을 생성하고, 검출 데이터를 얻고, 및/또는 검출 데이터를 분석하기 위해 하나 이상의 저장 요소, 메모리 또는 모듈에 저장되는 명령 세트를 실행한다.
명령 세트는 본 명세서에서 설명되는 다양한 예들의 방법 및 프로세스와 같은 특정 동작을 수행하도록 기구(802)에 명령하는 다양한 커맨드를 포함할 수 있다. 명령 세트는 소프트웨어 프로그램의 형태일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "소프트웨어" 및 "펌웨어"라는 용어는 상호 교환 가능하며, RAM 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리 및 비휘발성 RAM(NVRAM)을 포함하여 컴퓨터에 의한 실행을 위해 메모리에 저장된 임의의 컴퓨터 프로그램을 포함한다. 전술한 메모리 유형은 단지 예시적인 것이며, 따라서 컴퓨터 프로그램의 저장에 사용 가능한 메모리의 유형에 대해 제한하지 않는다.
소프트웨어는 시스템 소프트웨어 또는 어플리케이션 소프트웨어와 같은 다양한 형태일 수 있다. 또한, 소프트웨어는 개별 프로그램의 집합, 또는 더 큰 프로그램 내의 프로그램 모듈 또는 프로그램 모듈의 일부의 형태일 수 있다. 소프트웨어는 또한 객체-지향 프로그래밍의 형태로 모듈형 프로그래밍을 포함할 수 있다.
컴퓨팅 시스템(810)은 개념적으로 모듈의 집합으로서 나타내어지지만, 전용 하드웨어 보드, DSP, 프로세서 등의 임의의 조합을 이용하여 구현될 수도 있다. 대안적으로, 컴퓨팅 시스템(810)은 프로세서 간에 분배된 기능 동작을 갖는, 단일 프로세서 또는 복수의 프로세서를 갖는 기성품(off-the-shelf) PC를 이용하여 구현될 수 있다. 추가 옵션으로서, 본 명세서에 설명되는 모듈은 전용 하드웨어를 이용하여 특정 모듈 기능이 수행되며, 나머지 모듈 기능은 기성품 PC 등을 이용하여 수행되는 하이브리드 구성을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 모듈은 프로세싱 유닛 내의 소프트웨어 모듈로서 구현될 수 있다. 하나 이상의 계산 모듈은 예를 들어, 네트워크 또는 클라우드 컴퓨팅 환경에 위치될 수 있다.
본 명세서에 설명되는 바와 같이, 밸브 구동 조립체 및 펌프 구동 조립체는 대응하는 구성 요소(예를 들어, 회전자 밸브 및 플런저)의 회전 및 병진 위치를 나타내는 신호를 컴퓨팅 시스템(810)으로 전송하는 인코더를 포함한다.
일부 예에서, 검출기 모듈(853)은 분석 회로(958)의 활성 영역 내의 샘플의 라벨을 여기하기 위해 이미징 윈도우 상으로 입사광을 향하게 하는 여기원(조명 요소)에 커맨딩하는 것을 포함할 수 있는 (인터페이스 윈도우(410), 플로우 셀 윈도우(928) 및 분석 회로(958)의 투명층을 포함하는) 이미징 윈도우의 일부를 이미징할 것을 (조명 요소(750) 및 플로우 셀 카트리지 내의 분석 회로를 포함하는) 이미징 조립체에 명령할 수 있다. 검출기 모듈(853)은 접촉 어레이(752) 및 접촉 패드(950)를 통해 분석 회로(958)와 통신하여 이미지 데이터를 얻는다. SBS 시퀀싱의 경우, 각 이미지는 DNA 클러스터로부터의 다수의 점 광원을 포함한다. 또한 나타낸 바와 같이, 유체-선택기 모듈(851)은 밸브 구동 조립체에 회전 밸브 조립체를 이동시키도록 명령할 수 있다. 유체-제어 모듈(852)은 유체의 흐름을 제어하기 위해 다양한 펌프 및 밸브에 명령할 수 있다. 프로토콜 모듈(854)은, 지정된 프로토콜이 실행될 수 있도록 시스템(800)의 동작들을 조정하기 위한 명령을 포함할 수 있다. 프로토콜 모듈(854)은 또한 유체의 온도를 제어하기 위해 임의의 열 제어 요소에 명령할 수 있다. 단지 예로서, 프로토콜 모듈(854)은 합성에 의한 시퀀싱 프로세스를 수행하기 위한 다양한 커맨드를 발행하기 위한 합성에 의한 시퀀싱(SBS) 모듈일 수 있다. 일부 예에서, 프로토콜 모듈(854)은 또한 검출 데이터를 프로세싱할 수 있다. 브릿지 PCR을 통해 앰플리콘을 생성한 후, 프로토콜 모듈(854)은 sstDNA를 만들고, 시퀀싱 프라이머가 관심 영역에 인접한 보편적 시퀀스 혼성화될 수 있도록 시퀀싱 프라이머를 첨가하기 위해 앰플리콘을 선형화하거나 변이시키기 위한 명령을 제공할 수 있다. 각각의 시퀀싱 사이클은 단일 염기에 의해 sstDNA를 연장시키고 변형된 DNA 폴리머라아제 및 프로토콜 모듈(854)에 의해 지시될 수 있는 4개 유형의 뉴클레오타이드 전달의 혼합에 의해 달성된다. 상이한 유형의 뉴클레오타이드는 고유의 형광 라벨을 가지며 각 뉴클레오타이드는 각 사이클에서 단일 염기 통합만을 허용하는 가역성 터미네이터를 갖는다. 단일 염기가 sstDNA에 첨가된 후, 프로토콜 모듈(854)은 세정액을 플로우 셀을 통해 흐르게 함으로써 비통합 뉴클레오타이드를 제거하는 세정 단계를 지시할 수 있다. 프로토콜 모듈(854)은 4개의 채널(즉, 각각의 형광 라벨에 대해 하나)의 각각의 형광을 검출하기 위해 이미지 세션(들)을 수행하도록 조사 요소 및 분석 회로에 추가로 지시할 수 있다. 이미징 후에, 프로토콜 모듈(854)은 형광 라벨 및 터미네이터를 sstDNA로부터 화학적으로 절단하기 위해 디블로킹 시약의 전달을 지시할 수 있다. 프로토콜 모듈(854)은 디블로킹 시약 및 디블로킹 반응의 생성물을 제거하기 위해 세정 단계를 지시할 수 있다. 다른 유사한 시퀀싱 사이클이 후속될 수 있다.
프로토콜 모듈(854)에 의해 조정될 수 있는 예시적인 프로토콜 단계는 예를 들어, 본 명세서에서 개진되거나 그 각각이 전체로 본 명세서에 참고로 통합되는 미국 특허 출원 공개 제2007/0166705 A1호, 미국 특허 출원 공개 제2006/0188901 A1호, 미국 특허 제7,057,026호, 미국 특허 출원 공개 제2006/0240439 A1호, 미국 특허 출원 공개 제2006/0281109 A1호, PCT 공개 WO 05/065814호, 미국 특허 출원 공개 제2005/0100900 A1호, PCT 공개 WO 06/064199호 및 PCT 공개 WO 07/010251에서 설명된 가역성 터미네이터-기반 SBS 방법에 사용되는 유체 및 검출 단계를 포함한다. 가역성 터미네이터-기반 SBS에 대한 예시적인 시약은, 그 각각이 전체로 본 명세서에 참고로 통합되는 미국 특허 제7,541,444호; 미국 특허 제7,057,026호; 미국 7,414,116호; 미국 특허 제7,427,673호; 미국 특허 제7,566,537호; 미국 특허 제7,592,435 및 WO 07/135368호에 설명되어 있다. 일루미나사(Illumina, Inc.)(캘리포니아주 샌디에이고 소재)의 GA, HiSeq® 및 MiSeq® 플랫폼과 같은 상용 시퀀싱 플랫폼에 사용되는 프로토콜 단계 및 시약 또한 사용될 수 있다.
일부 예에서, 프로토콜 모듈(854)은 파이로시퀀싱 프로토콜의 단계를 수행하기 위한 다양한 커맨드를 발행할 수 있다. 예시적인 단계는 이하 개진되고 이하 인용되는 참고 문헌에 기재된 단계를 포함한다. 파이로시퀀싱은 특정 뉴클레오타이드가 초기 가닥에 통합됨에 따라 무기 파이로포스페이트(PPi)의 방출을 검출한다(문헌[Ronaghi, M. et al. (1996) "Real-time DNA sequencing using detection of pyrophosphate release." Analytical Biochemistry 242(1), 84-9; Ronaghi, M. (2001) "Pyrosequencing sheds light on DNA sequencing." Genome Res. 11(1), 3-11; Ronaghi, M. et al. (1998) "A sequencing method based on real-time pyrophosphate." Science 281(5375), 363]; 미국 특허 특허 제6,210,891호; 미국 특허 제6,258,568호 및 미국 특허 특허 제6,274,320호에 개시되어 있으며, 그 개시 내용은 전체로 본 명세서에 참고로 통합됨). 파이로시퀀싱에서, 방출된 PPi는 ATP 설퍼릴라아제(sulfurylase)에 의해 즉시 아데노신 삼인산(ATP)으로 변환되어 검출될 수 있으며, 생성된 ATP 레벨은 루시퍼라아제(luciferase)-생성 광자를 통해 검출된다. 이 경우, 반응 밸브(816)는 수백만 개의 웰을 포함할 수 있으며, 각 웰은 그 위에 클론으로 증폭된 sstDNA를 갖는 단일 캡처 비드를 갖는다. 각각의 웰은, 예를 들어, 고정된 효소(예를 들어, ATP 설퍼릴라아제 및 루시퍼라아제)를 운반하거나 웰에서 비드 캡처를 용이하게 할 수 있는 다른 더 작은 비드를 또한 포함할 수 있다. 프로토콜 모듈(854)은 단일 유형의 뉴클레오타이드(예를 들어, 제1 사이클: A; 제2 사이클: G; 제3 사이클: C; 제4 사이클: T; 제5 사이클: A; 제6 사이클: G; 제7 사이클: C; 제8 사이클: T; 등)를 운반하는 유체의 연속적인 사이클을 실행하라는 커맨드를 발행할 수 있다. 뉴클레오타이드가 DNA에 통합되면, 피로 포스페이트가 방출되어 광의 폭발이 발생하는 연쇄 반응을 일으킨다. 빛의 폭발은 검출기 어셈블리에 의해 검출될 수 있다. 검출 데이터는 프로세싱을 위해 분석 모듈(855)로 전달될 수 있다.
일부 예에서, 사용자는 시스템에 의해 실행될 분석 프로토콜을 선택하기 위해 사용자 인터페이스를 통해 사용자 입력을 제공할 수 있다. 다른 예에서, 시스템은 기구(802)에 삽입된 플로우 셀 카트리지의 유형을 자동으로 검출하고, 실행될 분석 프로토콜을 사용자와 확인할 수 있다. 대안적으로, 시스템은 결정된 유형의 플로우 셀 카트리지로 실행될 수 있는 제한된 수의 분석 프로토콜을 제공할 수 있다. 사용자는 원하는 분석 프로토콜을 선택할 수 있으며, 그 후 시스템은 미리 프로그램된 명령에 기초하여 선택된 분석 프로토콜을 수행할 수 있다.
분석 모듈(855)은 플로우 셀 카트리지 내의 분석 회로에 의해 획득된 검출 데이터를 분석할 수 있다. 나타내지 않았지만, 기구는 또한 사용자와 상호 작용하는 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스는 사용자로부터 정보를 디스플레이 또는 요청하는 디스플레이 및 사용자 입력을 수신하는 사용자 입력 디바이스를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 디스플레이 및 사용자 입력 디바이스는 동일한 디바이스(예를 들어, 터치-감지 디스플레이)이다.
일부 예에서, 핵산은 표면에 부착되어 시퀀싱 전에 또는 시퀀싱 중에 증폭될 수 있다. 프로토콜 모듈(854)은 증폭 프로세스와 관련된 유체 단계에 대한 명령을 포함할 수 있다. 예를 들어, 표면 상에 핵산 클러스터를 형성하는 데 사용되는 브릿지 증폭 기술에 대한 명령이 제공될 수 있다. 유용한 브릿지 증폭 방법은 예를 들어, 미국 특허 제5,641,658호; 미국 특허 공개 제2002/0055100호; 미국 특허 제7,115,400호; 미국 특허 공개 제2004/0096853호; 미국 특허 공개 제2004/0002090호; 미국 특허 공개 제2007/0128624호; 및 미국 특허 공개 제2008/0009420호에 설명되어 있다. 표면 상의 핵산 증폭을 위한 다른 유용한 방법은 예를 들어, 그 각각이 본 명세서에 참고로 통합되는 문헌[Lizardi et al., Nat. Genet. 19:225-232 (1998)] 및 미국 특허 공개 제2007/0099208 A1호에 설명되어 있는 회전환 증폭(RCA)이다. 비드 상의 에멀션 PCR은 또한 예를 들어, 그 각각이 전체로 본 명세서에 참고로 통합되는 문헌[Dressman et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100:8817-8822 (2003)], WO 05/010145호, 또는 미국 특허 공개 제2005/0130173호 또는 제2005/0064460호에 설명되어 있다.
일부 예에서, 시스템은 최소한의 사용자 개입으로 동작된다. 예를 들어, 생성 및 분석 동작은 분석 시스템에 의해 자동화된 방식으로 수행될 수 있다. 일부 경우에, 사용자는 카트리지 조립체를 로드하고 프로토콜을 수행하기 위해 기구를 활성화하기만 하면 된다.
플로우 셀 카트리지
다음으로, 플로우 셀 카트리지(900)가 본 명세서의 적어도 하나의 예에 따라 이용된다.
도 9a는 본 명세서의 예에 따라 형성된 플로우 셀 카트리지(900)의 평면 사시도를 나타낸다. 플로우 셀 카트리지(900)는 일반적으로 로딩 방향(9A)을 따라 신장된 일반적으로 직사각형 구조를 형성하도록 결합되는 최상부 프레임 및 바닥 프레임(904, 906)을 포함한다. 로딩 방향(9A)은, 플로우 셀 카트리지(900)가 카트리지 조립체(100)의 플로우 셀 챔버(108) 내로 로딩되는 방향에 대응한다. 플로우 셀 카트리지(900)는 로딩 단부(908), 트레일링 단부(910) 및 측면 에지(912)를 포함한다. 로딩 단부(908) 및 측면 에지(912)는 카트리지 조립체(100)의 플로우 셀 챔버(108) 내의 대응하는 피처와 메이팅하는 하나 이상의 위치 결정 피처를 포함하여, 플로우 셀 챔버(108) 내에서 XYZ 방향으로의 적절한 정렬을 보장한다.
선택적으로, 최상부 프레임 및 바닥 프레임(904, 906)은 정전기 방전(ESD) 보호를 제공하는 것과 같이, 도전성 플라스틱으로 형성될 수 있다.
선택적으로, 최상부 프레임(904)은 최상부 프레임(904)으로부터 상향 연장되는 일련의 리브와 같은 그립핑(gripping) 피처(920)를 포함할 수 있다. 그립핑 피처(920)는 사용자에 의한 플로우 셀 카트리지(900)의 그립핑을 용이하게 한다. 선택적으로, 그립핑 피처(920) 내의 홈은 화살표를 형성하는 리브를 형상화하는 것과 같이, 방향의 표시를 형성하도록 형상화될 수 있으며, 이에 의해 플로우 셀 카트리지(900)가 삽입되어야 하는 방향에 관한 정보를 사용자에게 추가로 제공한다.
도 9b는 플로우 셀 카트리지에 대한 광학 유체(O-F) 인터페이스를 더 잘 나타내기 위해 최상부 프레임(904)의 일부의 확대도를 나타낸다. 도 9a 및 도 9b를 함께 참조하면, 최상부 프레임(904)은 카트리지 조립체(100)의 광학 및 유체 구성 요소와 통신하는 O-F 인터페이스(940)를 포함한다. O-F 인터페이스(940)는 플로우 셀 카트리지(900) 내에 하우징되는 분석 회로와 정렬된 플로우 셀 윈도우(928)를 포함한다(도 9d 및 도 9e와 관련하여 더욱 상세하게 후술함). 플로우 셀 윈도우(928)는 기구의 조명 요소로부터의 광이 분석 회로 상으로 지향될 수 있게 한다. 플로우 셀 윈도우(928)는 최상부 프레임(904)의 상부면과 실질적으로 공통인 평면에 배열된 유리를 갖는 유리 또는 유사한 투명 재료로 형성될 수 있다. 플로우 셀 윈도우(928) 내에 최상부 프레임(904)의 상부면과 평면 정렬로 유리를 유지함으로써, 플로우 셀 윈도우(928)의 Z 위치가 최상부 프레임(904)의 상부면의 Z 위치를 모니터함으로써 정확하게 모니터될 수 있다.
플로우 셀 포트(934)는 플로우 셀 윈도우(928)에 근접하여 위치되며, 여기서 플로우 셀 포트(934)는 분석 회로 내의 활성 영역을 통해 카트리지 조립체(100)로부터 유체를 전달한다. 포트(934)는 길게 형성된 개스킷 시일(930) 내에 제공된다. 도 9a의 예에서, 개스킷 시일(930)은 서로 전반적으로 평행하게 연장되도록 배향되고, 로딩 방향(9A)에 대해 예각으로 배열된다. 개스킷 시일(930) 내의 플로우 셀 포트(934)는 카트리지 조립체(100)의 플로우 셀 챔버(108) 내의 대응 포트와 메이팅되도록 위치된다.
시일(930)이 플로우 셀 윈도우(928)의 대향측 상에 제공된다. 예를 들어, 시일(930)은 플로우 셀 윈도우(928)에 걸쳐 서로 대각선으로 배향될 수 있다. 시일(930)은 TPE 또는 다른 유사한 재료로 형성될 수 있다. 시일(930)은 사출 게이트(932)와 유체 연통하는 최상부 프레임(904)에 형성된 캐비티에 끼워진다. 제조 프로세스 중에, TPE는 사출 게이트(932)를 통해 사출되고, 시일(930)로서 형성할 때까지 최상부 프레임 내의 내부 채널을 통해 흐르도록 허용된다. 사출 성형 프로세스는 (선택된 허용 오차 내에 유지되도록) 시일(930)을 최상부 프레임(904) 상의 미리 정해진 위치에 유지하기 위해 시일(930)을 최상부 프레임(904)에 물리적 및 화학적으로 본딩한다. 개스킷 시일(930)은 원하는 허용 오차 구축(예를 들어, 허용 오차 구축을 최소화)을 제공하는 낮은 프로파일의 소형화된 시일 구성을 제공한다.
도 9a를 다시 참조하면, 최상부 프레임(904)은 로딩 방향(9A)과 공통인(예를 들어, 평행한) 방향으로 연장되도록 신장 및 배향된 리브(922)를 포함한다. 리브(922)는, 플로우 셀 카트리지(900)가 플로우 셀 챔버 내로 로드될 때, 개스킷 시일(930) 및 플로우 셀 포트(934)가 플로우 셀 챔버(108)를 둘러싸는 하우징 피처와 접촉하지 않거나 그렇지 않으면 결합하지 않도록 로드 보호 피처를 제공한다. 또한, 리브(922)는, 플로우 셀 카트리지(900)가 테이블 또는 다른 구조체 상에 거꾸로 놓여지는 경우에, 리브(922)가 최상부 프레임(904) 상의 다른 피처가, 플로우 셀 카트리지(900)가 놓이는 표면 상의 먼지 및 다른 재료와 접촉하는 것을 방지할 수 있도록, 스탠드오프 피처를 제공할 수 있다.
최상부 프레임(904)은 기구의 조명 요소 내에 LED 광 튜브를 플로우 셀 카트리지(900)의 플로우 셀 윈도우(928)에 등록하는 데 이용되는 하나 이상의 Z-위치 피처(Z-데이터 포인트에 대응)를 포함한다. 예를 들어, 최상부 프레임(904)의 최상부면은 웰 플레이트(150)의 바닥면 상의 리브(472) 및 패드(473)에 접하여 플로우 셀 카트리지(900)에 대한 Z 데이터 포인트를 한정한다. Z-위치 제한 피처는 기구의 조명 요소의 광원과 플로우 셀 카트리지 사이에 원하는 허용 오차(예를 들어, 최소화된 허용 오차)를 제공한다.
도 9c는 도 9a의 플로우 셀 카트리지의 저면 사시도를 나타낸다. 하부 쉘(906)은 로드 및 트레일링 단부(908, 910) 가까이에 위치되는 하나 이상의 스탠드오프(914)로 형성된다. 선택적으로, 스탠드오프(914)는 바닥 프레임(906)의 다른 위치에 위치될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 더 많거나 더 적은 스탠드오프(914)가 이용될 수 있다. 스탠드오프(914)는 바닥 프레임(906) 내의 피처와 플로우 셀 카트리지(900)가 설정되는 임의의 표면 사이의 미리 정해진 간격을 유지한다. 예를 들어, 데스크, 실험실 벤치, 저장 영역 또는 다른 곳에 카트리지(900)를 저장할 때, 스탠드오프(914)는 바닥 프레임(906)의 피처가 데스크, 실험실 벤치 등의 먼지 및 다른 입자 재료와 접촉하는 것을 방지한다. 또한, 스탠드오프(914)는 플로우 셀 카트리지(900)가 카트리지 조립체(100) 내로 부정확하게 (예를 들어, 후방으로) 삽입되는 것을 방지하기 위해 정렬 키잉 피처로서 형상화되고 치수화될 수 있다. 예를 들어, 스탠드오프(914)는 상이한 길이, 두께, 스탠드오프 높이 등과 같은 상이한 크기로 형성될 수 있다. 도 9c의 예에서, 로딩 단부(908)에 근접한 스탠드오프(914)는 트레일링 단부(910)에 근접하게 위치된 스탠드오프(914)의 길이와 비교하여 길이가 더 짧다.
바닥 프레임(906)은 최상부 프레임(904) 상의 광학-유체 인터페이스(940) (및 PCB(952) 상의 열 확산기(955))와 정렬되는 개구(944)를 포함한다. 개구(944)는 분석 회로의 일부의 후측을 노출시킨다. 바닥 프레임(906)은 또한 분석 회로가 제공되는 접촉 패드(950)의 어레이와 정렬되고 노출시키는 접촉 패드 개구(946)를 포함한다. 접촉 패드 개구(946)는 그렇지 않으면 접촉 패드(950)에 손상을 줄 수 있는 원하지 않는 물체(예를 들어, 사용자의 손가락, 테스트 장비 등)의 부주의한 삽입을 방지하기 위하여 충분히 작은 접촉 패드 개구(946)의 폭을 유지하는 크로스 바(cross bar)(948)에 의해 분리된다. 본 예에서, 접촉 패드 개구(946)는 직사각형이고, 각각 접촉 패드(950)의 2개 이상의 행을 노출시킨다.
도 9d는 본 명세서의 예에 따라 형성된 플로우 셀 카트리지(900) 내에 제공된 인쇄 회로 보드(952)의 일부의 평면도를 나타낸다. 인쇄 회로 보드(952)는 분석 회로(958)를 포함하는 최상부면(956)을 포함한다. 예를 들어, 분석 회로(958)는 CMOS 회로를 나타낼 수 있다. 분석 회로(958)는 활성 영역(962)을 가로지르는 유체의 흐름, 기구 내의 조명원으로부터 수신된 입사광을 지원하고, 유체 분석 동작과 관련하여 유체로부터 방출된 형광의 디지털 이미지를 검출 및 캡처할 수 있다. 분석 회로(958)는 분석 회로(958) 내의 활성 영역(962)과 통신하는 포트(964)를 포함한다. 유체는 활성 영역 포트(964) 중 하나를 통해 활성 영역(962)에 진입하고 유체는 활성 영역 포트(964) 중 다른 하나를 통해 활성 영역(962)에서 방출된다. 분석 회로(958)는 플로우 셀 윈도우(928)를 통해 (및 도 4의 윈도우(410)를 통해) 방출되는 광을 수신하기 위해 투명한 최상부면을 포함한다. 입사광은 활성 영역(962) 내의 유체를 조명하고, 그에 응답하여, 유체 내의 시약은 샘플의 특성에 따라 상이한 형광 스펙트럼 내에서 형광을 방출한다. 분석 회로(958)는 방출된 형광 스펙트럼을 검출하고 그 이미지를 캡처하며, 이는 그 후 접촉 패드(950)를 통해 기구로 전달된다.
도 9e는 본 명세서의 예에 따라 형성된 도 9d의 인쇄 회로 보드(952)의 저면도를 나타낸다. PCB(952)는 접촉 패드 개구(946)를 통해 보이는 접촉 패드의 어레이(950)를 포함하는 바닥면(954)을 포함한다. 본 예에서, 접촉 패드의 어레이(950)는 복수의 행으로 형성된다. 선택적으로, 대안적인 콘택 어레이 구성이 이용될 수 있다. 접촉 패드(950)는 소켓 커넥터(953) 내의 대응 핀에 접속된다. 소켓 커넥터(953)는 최상부면(956)의 방향으로 향하는 복수의 접촉 핀을 포함한다(도 9D). 소켓 커넥터(953)는 분석 회로(958)를 확실하게 수용하고, 분석 회로(958)의 입력/출력과 접촉 패드(950) 사이에 전력, 데이터 및 통신 접속을 제공한다.
바닥면(954)은 또한 분석 회로(958)의 바닥면에 접하는 회로 결합면(도 9d에는 보이지 않음)을 포함하는 열 확산기(955)를 포함한다. 열 확산기(955)는 바닥 프레임(906)(도 9c)의 개구(944)를 통해 하향으로 향하도록 배향되는 가열 요소 결합면(957)을 포함한다. 동작 중에, 분석 회로(958)에 원하는 양의 열을 제공하는 것과 관련하여, 기구 상의 가열 요소는 열 확산기(955)의 가열 요소 결합면(957)에 접하도록 개구(944) 내로 삽입된다.
인쇄 회로 보드(952)는 또한 그 주위 둘레에 제공된 만입부(957)를 포함한다. 만입부(957)는 인쇄 회로 보드(952)를 최상부 프레임 및 바닥 프레임(904, 906) 내의 특정 위치에 위치시키기 위해 최상부 프레임 및 바닥 프레임(904,906) 내의 대응하는 피처와 메이팅한다.
최상부 프레임 및 바닥 프레임(904 및 906)은 또한 플로우 셀 챔버(108) 내의 XY 방향으로 플로우 셀 카트리지(900)를 등록하는 데 이용되는 하나 이상의 XY-위치 피처(XY-데이터 포인트에 대응)를 포함한다. XY 위치 피처는 로딩 단부(908) 상에 제공된 전방 기준 포스트(923) 및 하나 또는 양측 에지(912)를 따라 제공된 하나 이상의 측방향 기준 포스트(925)를 포함한다. 노치(927)는 측방향 기준 포스트(925)의 대향측 상의 측면 에지(912)에 제공된다.
로딩 동작 중에, 로딩 단부(908)는 기준 포스트(923)가 로딩 방향(9A)(X 방향이라고도 지칭함)에서의 이동 한계를 한정하기 위해 플로우 셀 챔버(108)의 한계 피처에 견고하게 접할 때까지 플로우 셀 챔버(108) 내로 삽입된다. 플로우 셀 카트리지(900)가 삽입됨에 따라, 바이어싱 아암은, 래치 요소가 노치(927) 내에 끼워질 때까지 노치(927)를 포함하는 측면 에지(912)를 따라 올라간다. 래치 요소는 노치(927)의 형상과 일치하도록 형성된다. 바이어싱 아암은, 측방향 기준 포스트(925)가 플로우 셀 챔버(108) 내에서 메이팅 피처와 결합할 때까지 측방향(Y 축에 대응)으로 플로우 셀 카트리지(900)를 시프트하도록 화살표 9C의 방향으로의 측방향 힘(또한 측방향 위치 결정력을 나타냄)을 가한다. 측방향 기준 포스트(925)가 메이팅 피처와 결합할 때, 플로우 셀 챔버(108)는 측방향 9C로의 이동 한계를 한정한다. 바이어싱 아암은 원하는 Y 위치(Y 데이터 포인트에 대응)에서 플로우 셀 카트리지(900)를 유지한다. 바이어싱 아암 상의 래치 요소는 미리 정해진 위치에서 노치(927) 내에 끼워져서 (X 데이터 포인트에 대응하는) 원하는 X 위치에 플로우 셀 카트리지(900)를 유지시킨다.
플로우 셀 카트리지(900)가 XYZ 데이터 포인트에 삽입되면, 통신 커넥터 상의 접촉부의 메이팅 어레이가 접촉 패드(950)와 결합할 때까지, 통신 커넥터가 (Z 방향으로) 접촉 패드 개구(946)로 삽입된다. 통신 커넥터는 플로우 셀 카트리지(900)의 분석 회로의 전력을 제공하고, 데이터를 수집하고, 동작을 제어한다. 또한, 열 확산기(955)와 결합할 때까지 가열 요소가 개구(944)로 (Z 방향으로) 삽입된다.
추가 예:
예 1: 카트리지 조립체로서, 플로우 셀을 수용하는 플로우 셀 챔버를 포함하는 하우징; 원하는 양의 액체를 수용하는 액체 웰들을 갖는 웰 플레이트로서, 웰 플레이트는 밸브 스테이션, 펌프 스테이션 및 유체 분석 스테이션을 포함하며, 웰 플레이트는 웰들과 연관된 채널들, 밸브 스테이션, 펌프 스테이션 및 유체 분석 스테이션을 포함하는, 웰 플레이트; 펌프 스테이션에서 웰 플레이트 상에 제공되는 펌프 조립체로서, 펌프 조립체는 펌프 스테이션과 유체 분석 스테이션 사이의 채널들을 통한 유체 흐름을 관리하는, 펌프 조립체; 및 밸브 스테이션에서 웰 플레이트 상에 위치된 회전 밸브 조립체로서, 회전 밸브 조립체는 회전자 샤프트 및 회전 축 주위로 회전하고 펌프 스테이션에 웰들을 선택적으로 커플링시키도록 위치되는 회전자 밸브를 포함하는, 회전 밸브 조립체를 포함하고, 회전자 샤프트는 하우징을 통해 노출되는 원위 단부를 갖고, 회전자 샤프트는 그 원위 단부에 듀얼 스플라인 구성을 포함하고, 듀얼 스플라인 구성은 제1 세트의 스플라인들 및 제2 세트의 스플라인들을 가지며, 제1 세트의 스플라인들은 구동 인터페이스를 형성하고, 제2 세트의 스플라인들은 위치 인코딩 인터페이스를 형성한다.
예 2: 예 1의 카트리지 조립체에 있어서, 회전자 샤프트의 원위 단부는 하우징에 제공된 샤프트 웰로 연장되어, 듀얼 스플라인 구성을 유체 분석 기구의 밸브 구동 조립체에 노출시킨다.
예 3: 예 1의 카트리지 조립체에 있어서, 제1 세트의 스플라인들은 원위 단부의 외부 주위에 연장되는 외부 스플라인들을 나타내고, 인접 스플라인들의 측면은 제1 미리 정해진 스플라인에 의해 스플라인 간격으로 분리되고, 스플라인 간격에 대한 스플라인은 밸브 구동 조립체의 구동 샤프트 상의 스플라인 패턴에 대응한다.
예 4: 예 1의 카트리지 조립체에 있어서, 제2 세트의 스플라인들은 회전자 샤프트의 원위 단부에 제공된 캐비티의 내부 주위에 형성된 내부 스플라인들을 나타내고, 내부 스플라인들은, 인접한 측면들이 서로에 대해 미리 정해진 평행하지 않은 각도를 형성하도록 각을 이룬 측면들을 갖고, 인접한 측면들은 밸브 구동 조립체의 구동 샤프트 상에 메이팅 스플라인들을 수용하기 위해 포켓들을 형성하도록 바닥에서 병합되고, 밸브 구동 조립체에 의해 이용되는 위치 인코딩 인터페이스는 회전자 샤프트의 위치를 추적한다.
예 5: 예 1의 카트리지 조립체에 있어서, 회전자 밸브는 커플링 플랜지를 통해 회전자 샤프트의 근위 단부에 장착되고, 커플링 플랜지는 회전자 밸브와 회전자 샤프트 사이에 미리 정해진 양의 틸팅 이동을 허용한다.
예 6: 예 4의 카트리지 조립체에 있어서, 회전자 밸브는 회전자 샤프트의 근위 단부 주위에 위치되는 하나 이상의 리브를 갖는 회전자 베이스를 포함하고, 커플링 플랜지는 리브들과 회전자 샤프트의 근위 단부 사이에 유지된다.
예 7: 예 1의 카트리지 조립체에 있어서, 회전자 밸브는 중심 포트 및 반경 방향 포트를 갖는 웰 플레이트 결합면을 포함하고, 회전자 밸브는 중심 포트로부터 반경 방향 포트로 반경 방향으로 외측으로 연장되도록 배향된 채널을 포함한다.
예 8: 예 6의 카트리지 조립체에 있어서, 중심 포트는 회전자 샤프트의 회전 축과 대응하고 웰 플레이트의 중심 공급 포트와 정렬되도록 정렬되고, 회전자 밸브는 반경 방향 포트를 대응하는 웰 포트와 정렬하도록 회전 축 주위로 회전한다.
예 9: 예 1의 카트리지 조립체에 있어서, 회전 밸브는, 인터페이스 링이 그 위에 형성된 웰 플레이트 결합면을 포함하고, 인터페이스 링은 웰 플레이트 결합면의 주위 둘레에 연장된다.
예 10: 예 1의 카트리지 조립체에 있어서, 회전 밸브를 회전 가능하게 수용하는 내부 캐비티를 포함하는 밸브 캡으로서, 밸브 캡은 밸브 캡을 웰들에 고정시키고 웰 플레이트에 대해 하강시키는 하나 이상의 래치 아암을 포함하는, 밸브 캡; 및 내부 캐비티 내에 제공되고, 회전 밸브의 포트들과 웰 플레이트의 포트들 사이의 시일링된 인터페이스를 유지하기 위해 회전 밸브에 대해 바이어싱력을 가하는 바이어싱 요소를 더 포함한다.
예 11: 예 1의 카트리지 조립체에 있어서, 펌프 조립체는 구동 단부 및 플런저의 대향 단부들에 위치된 바이어싱 표면을 갖는 플런저를 포함하고, 구동 단부 및 바이어스 표면은 하우징의 상부 표면 및 하부 표면에서 노출되어, 대응하는 단방향 구동력 및 바이어싱력이 플런저를 왕복 운동으로 이동시키는 것과 관련하여 가해진다.
예 12: 예 11의 카트리지 조립체에 있어서, 플런저는 U 형상의 브릿지 세그먼트를 통해 서로 결합되는 구동 아암 및 플런저 아암을 가지며 모놀리식 구조로 함께 형성되고, 구동 아암 및 플런저 아암은 웰 플레이트 상에 위치된 지지 포스트들 내에 수용된다.
예 13: 예 11의 카트리지 조립체에 있어서, 플런저는 상이한 재료들로 함께 성형되는 플런저 아암 및 플런저 요소를 포함한다.
예 14: 예 13의 카트리지 조립체에 있어서, 플런저 요소는 플런저 아암의 선단부(leading end) 상에 형성되고, 플런저 요소는 대응하는 지지 포스트 내에서 이동하여 펌핑 스테이션에서 고압 상태 및 저압 상태를 형성한다.
예 15: 예 1의 카트리지 조립체에 있어서, 펌프 스테이션은 준비 세그먼트, 배출 세그먼트 및 펌프 작업 세그먼트로 기능적으로 분할되는 채널 세그먼트를 포함하며, 이들 모두는 서로 연속적으로 형성되어 어느 한 방향으로의 유체 흐름을 지원한다.
예 16: 예 1의 카트리지 조립체에 있어서, 펌프 스테이션은 작업 영역의 상류 및 하류에 위치된 한 쌍의 핀치 밸브 사이에 개재된 작업 영역을 포함하고, 펌프 조립체는 작업 영역과 정렬된 플런저를 포함하며, 플런저는 작업 영역을 향해 및 작업 영역으로부터 멀리 왕복 이동하여 고압 상태 및 저압 상태를 도입하고, 펌프 조립체는 핀치 밸브들과 정렬되는 푸시 핀들을 더 포함하며, 푸시 핀들은 핀치 밸브들을 개방 및 폐쇄하도록 교대로 이동된다.
예 17: 예 1의 카트리지 조립체에 있어서, 하우징에 제공되고 웰들에 근접하게 위치되는 피어서 유닛을 더 포함하고, 피어서 유닛은 피어서 요소를 포함하고, 피어서 유닛은, 피어서 요소가 대응하는 웰에 대한 커버를 천공하는 피어싱 위치로 이동된다.
예 18: 예 17의 카트리지 조립체에 있어서, 하우징은 피어서 유닛의 상단부에 대한 기구 접근을 제공하는 피어서 접근 개구를 갖는 커버를 포함한다.
예 19: 예 17의 카트리지 조립체에 있어서, 피어서 유닛은 하부 플랫폼, 중간 세그먼트 및 상부 플랜지와 함께 원추형 튜브 형태로 형상화된 몸체를 포함하고, 하부 플랫폼 또는 상부 플랜지 중 적어도 하나는 미리 정해진 방식으로 분포된 피어싱 요소들을 포함하고, 피어싱 요소들은 웰 플레이트 상의 웰들과 정렬되도록 배열된다.
예 20: 예 1의 카트리지 조립체에 있어서, 회전자 샤프트 위에 끼워지는 플랫폼을 갖는 피어서 유닛을 더 포함하고, 플랫폼은 회전 밸브 조립체 상의 메이팅 피처들과 결합하는 인덱싱 피처들을 포함하여, 피어서 요소들을 대응하는 웰들과 정렬하기 위하여 피어서 유닛을 회전자 샤프트에 대해 미리 정해진 회전 배향으로 위치시킨다.
예 21: 예 1의 카트리지 조립체에 있어서, 웰 플레이트는 회전 밸브 조립체에 대응하는 미리 정해진 패턴으로 배열된 웰 천이 포트들을 포함하고, 웰 플레이트는 대응하는 웰들과 정렬된 웰 배출 포트들을 포함하고, 웰 플레이트는 대응하는 웰 배출 포트들과 웰 천이 포트들 사이에 연장되는 웰 배출 채널들을 포함한다.
예 22: 예 1의 카트리지 조립체에 있어서, 웰 플레이트는 최상부면 및 바닥면을 갖는 베이스를 포함하고, 최상부면 및 바닥면 중 적어도 하나는 채널들을 포함하고, 채널들은 개방측 채널들을 포함하고, 백킹(backing)층에 결합된 베이스는 개방측 채널들을 폐쇄한다.
예 23: 예 1의 카트리지 조립체에 있어서, 웰 플레이트는 광학 분석 스테이션 내에 제공되는 광학 인터페이스 윈도우를 포함하고, 웰 플레이트의 최상부측은 조명 요소를 기구 상에 결합시키는 삽입 제한 요소를 포함한다.
예 24: 예 23의 카트리지 조립체에 있어서, 삽입 제한 요소는 광학 인터페이스 윈도우 주위에 제공되는 하나 이상의 리브를 나타내며, 리브들은 조명 요소와 광학 인터페이스 윈도우 사이에 Z-허용 오차를 한정한다.
예 25: 유체 시스템으로서, 조명 챔버 및 웰 플레이트를 포함하는 하우징을 갖는 카트리지 조립체, 하우징 내에 유지되고 원하는 양의 액체를 수용하는 액체 웰들을 갖는 웰 플레이트로서, 웰 플레이트는 조명 챔버와 정렬된 유체 분석 스테이션을 포함하고, 웰 플레이트는 인터페이스 윈도우 및 유체 분석 스테이션에 위치된 인터페이스 포트들을 포함하는, 웰 플레이트; 및 내부에 분석 회로를 포함하는 프레임을 갖는 플로우 셀 카트리지로서, 프레임은 분석 회로와 정렬된 플로우 셀 윈도우를 포함하고, 프레임은 분석 회로의 활성 영역에 유동적으로 커플링되는 플로우 셀 포트들을 포함하는, 플로우 셀 카트리지를 포함하고, 하우징은 플로우 셀 카트리지를 수용하는 플로우 셀 챔버를 포함하며, 플로우 셀 챔버는 유체 분석 스테이션에 플로우 셀 카트리지를 위치시키고, 플로우 셀 윈도우 및 포트들은 대응하는 인터페이스 윈도우 및 포트들과 각각 정렬된다.
예 26: 예 25의 유체 시스템에 있어서, 플로우 셀 챔버는 측면 레일 및 단부 정지부를 포함하고, 측면 레일 및 단부 정지부 중 적어도 하나는 플로우 셀 카트리지를 완전히 로딩된 위치에 있을 때 미리 정해진 데이터 포인트에 위치시키는 단부 제한을 가져, 플로우 셀 윈도우 및 포트들은 대응하는 인터페이스 윈도우 및 포트들과 각각 정렬된다.
예 27: 예 26의 유체 시스템에 있어서, 플로우 셀 챔버는 측면 레일들 중 적어도 하나를 따라 연장되도록 배향된 바이어싱 아암을 포함하고, 바이어싱 아암은 플로우 셀 챔버를 향해 내향 연장되고, 바이어싱 아암은 플로우 셀 카트리지를 미리 정해진 데이터 포인트에 유지하도록 플로우 셀 카트리지 상에 측방향 바이어싱력을 가한다.
예 28: 예 27의 유체 시스템에 있어서, 바이어싱 아암은 플로우 셀 카트리지의 측면에 제공된 노치에 끼워지도록 위치된 래치 요소를 포함하고, 래치 요소는 플로우 셀 카트리지를 X 데이터 포인트에 유지시킨다.
예 29: 예 25의 유체 시스템에 있어서, 플로우 셀 카트리지는 최상부 프레임 및 바닥 프레임을 포함하고, 최상부 프레임은 플로우 셀 윈도우 및 포트들을 포함하며, 최상부 프레임은 Z 데이터 포인트를 한정하도록 최상부 프레임으로부터 미리 정해진 높이만큼 상향 연장되는 리브를 포함한다.
예 30: 예 25의 유체 시스템에 있어서, 플로우 셀 카트리지는 엘라스토머 재료로 모놀리식 방식으로 형성된 개스킷(gasket)들을 포함한다.
예 31: 예 25의 유체 시스템에 있어서, 웰 플레이트는 밸브 스테이션, 펌프 스테이션 및 인터페이스 채널들을 포함하고, 인터페이스 채널들은 밸브 스테이션과 인터페이스 포트들 중 하나 사이의 제1 유체 경로와, 펌프 스테이션과 인터페이스 포트들 중 하나 사이의 제2 유체 경로를 제공한다.
예 32: 예 25의 유체 시스템에 있어서, 조명 챔버는 인터페이스 윈도우, 플로우 셀 윈도우 및 분석 회로 내의 활성 영역을 통해 연장되는 조명 축을 따라 연장되도록 배향된다.
종결문
전술한 개념(이러한 개념이 서로 불일치하지 않는 경우)의 모든 조합이 본 명세서에 개시된 진보적인 청구물의 일부로서 고려된다는 것을 이해해야 한다. 특히, 전술한 예들 및 본 발명의 끝에서 나타나는 청구된 청구물의 모든 조합이 본 명세서에 개시된 진보적인 청구물의 일부로서 고려된다.
본 명세서에 인용된 모든 간행물, 특허 및 특허 출원은 그 전체로 본 명세서에 참고로 통합된다.
본 발명의 다양한 측면이 방법, 시스템, 컴퓨터 판독 가능 매체 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명의 측면은 하드웨어 예, 소프트웨어 예(펌웨어, 상주 소프트웨어, 마이크로-코드 등을 포함), 또는 본 명세서에서 모두 일반적으로 "회로", "모듈" 또는 "시스템"으로 지칭될 수 있는 소프트웨어 및 하드웨어 측면을 조합하는 예의 형태를 취할 수 있다. 또한, 본 발명의 방법은 매체에 구현된 컴퓨터-사용 가능 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터-사용 가능 저장 매체 상의 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다.
임의의 적절한 컴퓨터 사용 가능한 매체가 본 발명의 소프트웨어 측면에 이용될 수 있다. 컴퓨터-사용 가능 또는 컴퓨터-판독 가능 매체는 예를 들어, 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선 또는 반도체 시스템, 장치, 디바이스 또는 전파 매체일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 일시적인 예를 포함할 수 있다. 컴퓨터-판독 가능 매체의 보다 구체적인 예들(비한정적인 리스트)은 하나 이상의 와이어를 갖는 전기적 접속, 휴대용 컴퓨터 디스켓, 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독-전용 메모리(ROM), 소거 가능 프로그래머블 판독-전용 메모리(EPROM 또는 플래시 메모리), 광섬유, 휴대용 컴팩트 디스크 판독-전용 메모리(CD-ROM), 광학 저장 디바이스, 인터넷 또는 인트라넷을 지원하는 것과 같은 전송 매체, 또는 자기 저장 디바이스 중 일부 또는 전부를 포함할 것이다. 컴퓨터-사용 가능 또는 컴퓨터-판독 가능 매체는, 예를 들어 종이 또는 다른 매체의 광학 스캐닝을 통해 프로그램이 전자적으로 캡처되고, 필요하다면 그 후에 적절한 방식으로 컴파일, 인터프리팅 또는 이와 다르게 프로세싱되고 그 후에 컴퓨터 메모리에 저장될 수 있기 때문에, 프로그램이 인쇄되는 종이 또는 다른 적절한 매체도 될 수 있다. 본 문서의 문맥에서, 컴퓨터-사용 가능 또는 컴퓨터-판독 가능 매체는 명령 실행 시스템, 장치 또는 디바이스에 의해 또는 그와 관련하여 사용하기 위해 프로그램을 포함, 저장, 통신, 전파 또는 전송할 수 있는 임의의 매체일 수 있다.
본 명세서에서 개진된 방법 및 장치의 동작을 수행하기 위한 프로그램 코드는 자바(Java), 스몰 토크(Smalltalk), C++ 등과 같은 객체 지향 프로그래밍 언어로 기록될 수 있다. 그러나, 본 명세서에서 개진된 방법 및 장치의 동작을 수행하기 위한 프로그램 코드는 또한 "C" 프로그래밍 언어 또는 유사한 프로그래밍 언어와 같은 종래의 절차형 프로그래밍 언어로 기록될 수도 있다. 프로그램 코드는 프로세서, 어플리케이션 특정 집적 회로(ASIC), 또는 프로그램 코드를 실행하는 다른 구성 요소에 의해 실행될 수 있다. 프로그램 코드는 (전술한 컴퓨터 판독 가능 매체와 같은) 메모리에 저장되는 소프트웨어 어플리케이션으로 간단히 지칭될 수 있다. 프로그램 코드는 프로세서(또는 임의의 프로세서-제어되는 디바이스)가 그래픽 사용자 인터페이스("GUI")를 생성하게 할 수 있다. 그래픽 사용자 인터페이스는 디스플레이 디바이스 상에서 시각적으로 생성될 수 있지만, 그래픽 사용자 인터페이스는 또한 청취 가능한 특징을 가질 수 있다. 그러나, 프로그램 코드는 컴퓨터, 서버, 개인 디지털 기기, 전화, 텔레비전 또는 프로세서 및/또는 디지털 신호 프로세서를 이용하는 임의의 프로세서-제어되는 디바이스와 같은 임의의 프로세서-제어되는 디바이스에서 동작할 수 있다.
프로그램 코드는 국부적으로 및/또는 원격으로 실행될 수 있다. 예를 들어, 프로그램 코드는 프로세서-제어되는 디바이스의 로컬 메모리에 전체적으로 또는 부분적으로 저장될 수 있다. 그러나, 프로그램 코드는 또한 적어도 부분적으로 프로세서-제어되는 디바이스에 원격으로 저장되고, 액세스되고, 다운로드될 수 있다. 예를 들어, 사용자의 컴퓨터는 프로그램 코드를 완전히 실행하거나 프로그램 코드를 부분적으로만 실행할 수 있다. 프로그램 코드는 적어도 부분적으로 사용자의 컴퓨터에 있고/있거나 원격 컴퓨터에서 부분적으로 실행되거나 원격 컴퓨터 또는 서버에서 전체로 실행되는 독립형 소프트웨어 패키지일 수 있다. 후자의 시나리오에서, 원격 컴퓨터는 통신 네트워크를 통해 사용자의 컴퓨터에 접속될 수 있다.
본 명세서에 설명된 방법 및 장치는 네트워킹 환경에 관계없이 적용될 수 있다. 통신 네트워크는 방사상-주파수 도메인 및/또는 인터넷 프로토콜(IP) 도메인에서 동작하는 케이블 네트워크일 수 있다. 그러나, 통신 네트워크는 인터넷(때때로 "월드 와이드 웹"으로도 대안적으로 알려짐), 인트라넷, 근거리 네트워크(LAN) 및/또는 광역 네트워크(WAN)와 같은 분산형 컴퓨팅 네트워크를 또한 포함할 수 있다. 통신 네트워크는 동축 케이블, 구리 와이어, 광섬유 라인 및/또는 하이브리드-동축 라인을 포함할 수 있다. 통신 네트워크는 전자기 스펙트럼의 임의의 부분 및 (IEEE 802 패밀리 표준, GSM/CDMA/TDMA 또는 임의의 셀룰러 표준 및/또는 ISM 대역과 같은) 임의의 시그널링 표준을 이용하는 무선 부분을 포함할 수도 있다. 통신 네트워크는 전기 배선을 통해 신호가 전달되는 전력선 부분을 포함할 수도 있다. 본 명세서에서 개진된 방법 및 장치는 물리적 구성 요소, 물리적 구성 또는 통신 표준(들)에 관계없이 임의의 무선/유선 통신 네트워크에 적용될 수 있다.
본 발명의 특정 측면은 다양한 방법 및 방법 단계를 참조하여 설명된다. 각 방법 단계는 프로그램 코드 및/또는 기계 명령에 의해 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 프로그램 코드 및/또는 머신 명령은 방법에서 특정된 기능/동작을 구현하기 위한 수단을 생성할 수 있다.
또한, 프로그램 코드는 프로세서, 컴퓨터, 또는 다른 프로그래머블 데이터 프로세싱 장치가 특정 방식으로 기능하도록 지시할 수 있는 컴퓨터-판독 가능 메모리에 저장되어, 컴퓨터-판독 가능 메모리에 저장된 프로그램 코드가 방법 단계의 다양한 측면을 구현하는 명령 수단을 포함하여 제품을 생성 또는 변형시킬 수 있다.
프로그램 코드는 또한 컴퓨터 또는 다른 프로그래머블 데이터 프로세싱 장치 상에 로드되어 프로세서/컴퓨터 구현 프로세스를 생성하기 위해 일련의 동작 단계가 수행되도록 함으로써, 프로그램 코드가 본 발명의 방법에서 특정된 다양한 기능/동작을 구현하기 위한 단계를 제공할 수 있다.

Claims (32)

  1. 카트리지 조립체로서,
    플로우 셀(flow cell)을 수용하는 플로우 셀 챔버를 포함하는 하우징;
    원하는 양의 액체를 수용하는 액체 웰(well)들을 갖는 웰 플레이트로서, 밸브 스테이션, 펌프 스테이션 및 유체 분석 스테이션을 포함하며, 그리고 상기 웰들과 연관된 채널들, 밸브 스테이션, 펌프 스테이션 및 유체 분석 스테이션을 포함하는, 상기 웰 플레이트;
    상기 펌프 스테이션에서 상기 웰 플레이트 상에 제공되는 펌프 조립체로서, 상기 펌프 스테이션과 상기 유체 분석 스테이션 사이의 채널들을 통한 유체 흐름을 관리하는, 펌프 조립체; 및
    상기 밸브 스테이션에서 상기 웰 플레이트 상에 위치된 회전 밸브 조립체로서, 회전자(rotor) 샤프트 및 회전 축 주위로 회전하고 상기 펌프 스테이션에 상기 웰들을 선택적으로 커플링시키도록 위치되는 회전자 밸브를 포함하는, 상기 회전 밸브 조립체를 포함하되,
    상기 회전자 샤프트는 상기 하우징을 통해 노출되는 원위 단부를 갖고,
    상기 회전자 샤프트는 그 원위 단부에 듀얼 스플라인 구성(dual spline configuration)을 포함하고, 상기 듀얼 스플라인 구성은 제1 세트의 스플라인들 및 제2 세트의 스플라인들을 가지며, 상기 제1 세트의 스플라인들은 구동 인터페이스를 형성하고, 상기 제2 세트의 스플라인들은 위치 인코딩 인터페이스를 형성하는, 카트리지 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회전자 샤프트의 상기 원위 단부는 상기 하우징에 제공된 샤프트 웰로 연장되어, 상기 듀얼 스플라인 구성을 유체 분석 기구의 밸브 구동 조립체에 노출시키는, 카트리지 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 세트의 스플라인들은 상기 원위 단부의 외부 주위에 연장되는 외부 스플라인들을 나타내고, 인접 스플라인들의 측면은 제1 미리 정해진 스플라인에 의해 스플라인 간격으로 분리되고, 상기 스플라인 간격에 대한 상기 스플라인은 밸브 구동 조립체의 구동 샤프트 상의 스플라인 패턴에 대응하는, 카트리지 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 세트의 스플라인들은 상기 회전자 샤프트의 상기 원위 단부에 제공된 캐비티(cavity)의 내부 주위에 형성된 내부 스플라인들을 나타내고, 상기 내부 스플라인들은, 인접한 측면들이 서로에 대해 미리 정해진 평행하지 않은 각도를 형성하도록 각을 이룬 측면들을 갖고, 상기 인접한 측면들은 밸브 구동 조립체의 구동 샤프트 상에 메이팅(mating) 스플라인들을 수용하기 위해 포켓(pocket)들을 형성하도록 바닥에서 병합되고, 상기 밸브 구동 조립체에 의해 이용되는 상기 위치 인코딩 인터페이스는 상기 회전자 샤프트의 위치를 추적하는, 카트리지 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 회전자 밸브는 커플링 플랜지를 통해 상기 회전자 샤프트의 근위 단부에 장착되고, 상기 커플링 플랜지는 상기 회전자 밸브와 회전자 샤프트 사이에 미리 정해진 양의 틸팅(tilting) 이동을 허용하는, 카트리지 조립체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 회전자 밸브는 상기 회전자 샤프트의 근위 단부 주위에 위치되는 하나 이상의 리브(rib)를 갖는 회전자 베이스를 포함하고, 상기 커플링 플랜지는 상기 리브들과 상기 회전자 샤프트의 상기 근위 단부 사이에 유지되는, 카트리지 조립체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 회전자 밸브는 중심 포트 및 반경 방향 포트를 갖는 웰 플레이트 결합면을 포함하고, 상기 회전자 밸브는 상기 중심 포트로부터 상기 반경 방향 포트로 반경 방향으로 외측으로 연장되도록 배향된 채널을 포함하는, 카트리지 조립체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 중심 포트는 상기 회전자 샤프트의 회전 축과 대응하고 상기 웰 플레이트의 중심 공급 포트와 정렬되도록 정렬되고, 상기 회전자 밸브는 상기 반경 방향 포트를 대응하는 웰 포트와 정렬하도록 상기 회전 축 주위로 회전하는, 카트리지 조립체.
  9. 제1항에 있어서, 상기 회전자 밸브는, 인터페이스 링이 그 위에 형성된 웰 플레이트 결합면을 포함하고, 상기 인터페이스 링은 상기 웰 플레이트 결합면의 주위 둘레에 연장되는, 카트리지 조립체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 회전자 밸브를 회전 가능하게 수용하는 내부 캐비티를 포함하는 밸브 캡(cap)으로서, 상기 밸브 캡은 상기 밸브 캡을 상기 웰들에 고정시키고 상기 웰 플레이트에 대해 하강시키는 하나 이상의 래치 아암(latch arm)을 포함하는, 밸브 캡; 및
    상기 내부 캐비티 내에 제공되고, 상기 회전 밸브의 포트들과 상기 웰 플레이트의 포트들 사이의 시일링된(sealed) 인터페이스를 유지하기 위해 상기 회전 밸브에 대해 바이어싱력(biasing force)을 가하는 바이어싱 요소를 더 포함하는, 카트리지 조립체.
  11. 제1항에 있어서, 상기 펌프 조립체는 구동 단부 및 플런저의 대향 단부들에 위치된 바이어싱 표면을 갖는 상기 플런저를 포함하고, 상기 구동 단부 및 상기 바이어싱 표면은 상기 하우징의 상부 표면 및 하부 표면에서 노출되어, 대응하는 단방향 구동력 및 바이어싱력이 상기 플런저를 왕복 운동으로 이동시키는 것과 관련하여 가해지는, 카트리지 조립체.
  12. 제11항에 있어서, 상기 플런저는 U 형상의 브릿지 세그먼트를 통해 서로 결합되는 구동 아암 및 플런저 아암을 가지며 모놀리식(monolithic) 구조로 함께 형성되고, 상기 구동 아암 및 상기 플런저 아암은 상기 웰 플레이트 상에 위치된 지지 포스트(post)들 내에 수용되는, 카트리지 조립체.
  13. 제11항에 있어서, 상기 플런저는 상이한 재료들로 함께 성형되는 플런저 아암 및 플런저 요소를 포함하는, 카트리지 조립체.
  14. 제13항에 있어서, 상기 플런저 요소는 상기 플런저 아암의 선단부(leading end) 상에 형성되고, 상기 플런저 요소는 대응하는 지지 포스트 내에서 이동하여 펌핑 스테이션에서 고압 상태 및 저압 상태를 형성하는, 카트리지 조립체.
  15. 제1항에 있어서, 상기 펌프 스테이션은 준비 세그먼트, 배출 세그먼트 및 펌프 작업 세그먼트로 기능적으로 분할되는 채널 세그먼트를 포함하며, 이들 모두는 서로 연속적으로 형성되어 어느 한 방향으로의 유체 흐름을 지원하는, 카트리지 조립체.
  16. 제1항에 있어서, 상기 펌프 스테이션은 작업 영역의 상류 및 하류에 위치된 한 쌍의 핀치(pinch) 밸브 사이에 개재된 작업 영역을 포함하고, 상기 펌프 조립체는 상기 작업 영역과 정렬된 플런저를 포함하며, 상기 플런저는 상기 작업 영역을 향해 및 상기 작업 영역으로부터 멀리 왕복 이동하여 고압 상태 및 저압 상태를 도입하고, 상기 펌프 조립체는 상기 핀치 밸브들과 정렬되는 푸시 핀(push pin)들을 더 포함하며, 상기 푸시 핀들은 상기 핀치 밸브들을 개방 및 폐쇄하도록 교대로 이동되는, 카트리지 조립체.
  17. 제1항에 있어서, 상기 하우징에 제공되고 상기 웰들에 근접하게 위치되는 피어서 유닛(piercer unit)을 더 포함하되, 상기 피어서 유닛은 피어서 요소(piercer element)를 포함하고, 상기 피어서 유닛은, 상기 피어서 요소가 대응하는 웰에 대한 커버를 천공하는 피어싱 위치로 이동되는, 카트리지 조립체.
  18. 제17항에 있어서, 상기 하우징은 상기 피어서 유닛의 상단부에 대한 기구 접근을 제공하는 피어서 접근 개구를 갖는 커버를 포함하는, 카트리지 조립체.
  19. 제17항에 있어서, 상기 피어서 유닛은 하부 플랫폼, 중간 세그먼트 및 상부 플랜지와 함께 원추형 튜브 형태로 형상화된 몸체를 포함하고, 상기 하부 플랫폼 또는 상부 플랜지 중 적어도 하나는 미리 정해진 방식으로 분포된 피어싱 요소(piercing element)들을 포함하고, 상기 피어싱 요소들은 상기 웰 플레이트 상의 웰들과 정렬되도록 배열되는, 카트리지 조립체.
  20. 제1항에 있어서, 상기 회전자 샤프트 위에 끼워지는 플랫폼을 갖는 피어서 유닛을 더 포함하고, 상기 플랫폼은 상기 회전 밸브 조립체 상의 메이팅 피처들과 결합하는 인덱싱 피처들을 포함하여, 피어서 요소들을 대응하는 웰들과 정렬하기 위하여 상기 피어서 유닛을 상기 회전자 샤프트에 대해 미리 정해진 회전 배향으로 위치시키는, 카트리지 조립체.
  21. 제1항에 있어서, 상기 웰 플레이트는 상기 회전 밸브 조립체에 대응하는 미리 정해진 패턴으로 배열된 웰 천이 포트들을 포함하고, 상기 웰 플레이트는 대응하는 웰들과 정렬된 웰 배출 포트들을 포함하고, 상기 웰 플레이트는 대응하는 웰 배출 포트들과 웰 천이 포트들 사이에 연장되는 웰 배출 채널들을 포함하는, 카트리지 조립체.
  22. 제1항에 있어서, 상기 웰 플레이트는 최상부면(top surface) 및 바닥면을 갖는 베이스를 포함하고, 상기 최상부면 및 상기 바닥면 중 적어도 하나는 상기 채널들을 포함하고, 상기 채널들은 개방측 채널들을 포함하고, 백킹층(backing layer)에 결합된 상기 베이스는 상기 개방측 채널들을 폐쇄하는, 카트리지 조립체.
  23. 제1항에 있어서, 상기 웰 플레이트는 광학 분석 스테이션 내에 제공되는 광학 인터페이스 윈도우를 포함하고, 상기 웰 플레이트의 최상부측은 조명 요소를 기구 상에 결합시키는 삽입 제한 요소를 포함하는, 카트리지 조립체.
  24. 제23항에 있어서, 상기 삽입 제한 요소는 상기 광학 인터페이스 윈도우 주위에 제공되는 하나 이상의 리브를 나타내며, 상기 리브들은 조명 요소와 상기 광학 인터페이스 윈도우 사이에 Z-허용 오차를 한정하는, 카트리지 조립체.
  25. 유체 시스템으로서,
    조명 챔버 및 웰 플레이트를 포함하는 하우징을 갖는 카트리지 조립체,
    상기 하우징 내에 유지되고 원하는 양의 액체를 수용하는 액체 웰들을 갖는 웰 플레이트로서, 상기 조명 챔버와 정렬된 유체 분석 스테이션을 포함하고, 그리고 인터페이스 윈도우 및 상기 유체 분석 스테이션에 위치된 인터페이스 포트들을 포함하는, 상기 플레이트; 및
    내부에 분석 회로를 포함하는 프레임을 갖는 플로우 셀 카트리지로서, 상기 프레임은 상기 분석 회로와 정렬된 플로우 셀 윈도우를 포함하고, 상기 프레임은 상기 분석 회로의 활성 영역에 유동적으로 커플링되는 플로우 셀 포트들을 포함하는, 상기 플로우 셀 카트리지를 포함하되,
    상기 하우징은 상기 플로우 셀 카트리지를 수용하는 플로우 셀 챔버를 포함하고, 상기 플로우 셀 챔버는 상기 유체 분석 스테이션에 상기 플로우 셀 카트리지를 위치시키고, 상기 플로우 셀 윈도우 및 포트들은 대응하는 인터페이스 윈도우 및 포트들과 각각 정렬되는, 유체 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 플로우 셀 챔버는 측면 레일 및 단부 정지부를 포함하고, 상기 측면 레일 및 상기 단부 정지부 중 적어도 하나는 상기 플로우 셀 카트리지를 완전히 로딩된 위치에 있을 때 미리 정해진 데이터 포인트에 위치시키는 단부 제한을 가져, 상기 플로우 셀 윈도우 및 포트들은 대응하는 인터페이스 윈도우 및 포트들과 각각 정렬되는, 유체 시스템.
  27. 제26항에 있어서, 상기 플로우 셀 챔버는 상기 측면 레일들 중 적어도 하나를 따라 연장되도록 배향된 바이어싱 아암을 포함하고, 상기 바이어싱 아암은 상기 플로우 셀 챔버를 향해 내향 연장되고, 상기 바이어싱 아암은 상기 플로우 셀 카트리지를 상기 미리 정해진 데이터 포인트에 유지하도록 상기 플로우 셀 카트리지 상에 측방향 바이어싱력을 가하는, 유체 시스템.
  28. 제27항에 있어서, 상기 바이어싱 아암은 상기 플로우 셀 카트리지의 측면에 제공된 노치에 끼워지도록 위치된 래치 요소를 포함하고, 상기 래치 요소는 상기 플로우 셀 카트리지를 X 데이터 포인트에 유지시키는, 유체 시스템.
  29. 제25항에 있어서, 상기 플로우 셀 카트리지는 최상부 프레임 및 바닥 프레임을 포함하고, 상기 최상부 프레임은 상기 플로우 셀 윈도우 및 포트들을 포함하며, 상기 최상부 프레임은 Z 데이터 포인트를 한정하도록 상기 최상부 프레임으로부터 미리 정해진 높이만큼 상향 연장되는 리브를 포함하는, 유체 시스템.
  30. 제25항에 있어서, 상기 플로우 셀 카트리지는 엘라스토머 재료로 모놀리식 방식으로 형성된 개스킷(gasket)들을 포함하는, 유체 시스템.
  31. 제25항에 있어서, 상기 웰 플레이트는 밸브 스테이션, 펌프 스테이션 및 인터페이스 채널들을 포함하고, 상기 인터페이스 채널들은 상기 밸브 스테이션과 상기 인터페이스 포트들 중 하나 사이의 제1 유체 경로와, 상기 펌프 스테이션과 상기 인터페이스 포트들 중 하나 사이의 제2 유체 경로를 제공하는, 유체 시스템.
  32. 제25항에 있어서, 상기 조명 챔버는 상기 인터페이스 윈도우, 플로우 셀 윈도우 및 상기 분석 회로 내의 활성 영역을 통해 연장되는 조명 축을 따라 연장되도록 배향되는, 유체 시스템.
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