KR20130041255A - 분석물 카트리지 - Google Patents

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KR20130041255A
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reagent
cartridge
analyte
pipette
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KR20137004525A
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브라이언 디 윌슨
데이비드 엘 앤더슨
매튜 에스 데이비스
매튜 디 에릭슨
알란 엔 존슨
개릭 에이 마우러
마이클 제이 로젠
다니엘 알 슈미트
마크 에프 사우어버거
조슈아 디 윌트시
Original Assignee
베크만 컬터, 인코포레이티드
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Abstract

샘플을 프로세싱하고 분석하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 시스템은 상이한 프로세싱 위치에서 프로세싱될 수 있는 분석물 카트리지를 사용하여 생물학적 유체와 같은 샘플을 프로세싱할 수도 있다. 몇몇 경우에, 시스템은 PCR 프로세싱을 위해 사용될 수 있다. 상이한 프로세싱 위치는 샘플이 준비될 수 있는 준비 위치 및 샘플이 분석될 수 있는 분석 위치를 포함할 수도 있다. 샘플의 준비를 지원하기 위해, 시스템은 프로세싱 래인을 포함할 수도 있는 다수의 프로세싱 래인을 또한 포함할 수도 있다. 샘플의 분석 중에, 몇몇 경우에, 열 사이클러 모듈 및 적절한 광학 검출 시스템은 샘플 내의 특정 핵산 서열의 존재 또는 부재를 검출하는데 사용될 수 있다. 시스템은 샘플을 정확하고 신속하게 프로세싱하는데 사용될 수 있다.

Description

시약 카트리지 {REAGENT CARTRIDGE}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 원용되는 2010년 7월 23일 출원된 미국 가출원 제61/367,343호를 우선권 주장한다.
다수의 핵산 서열은 임상적 관련성을 갖는다. 예를 들어, 감염성 유기체와 연관된 핵산 서열은 유기체에 의한 감염의 존재의 지시를 제공한다. 환자 샘플에 일반적으로 표현되지 않은 핵산 서열은 질병 또는 다른 조건과 연관된 경로의 활성화를 지시할 수도 있다. 또 다른 핵산 서열은 제안된 치료법에 대한 환자의 가능한 반응의 차이를 지시할 수도 있다.
임상적으로 관련성이 있는 핵산의 결정은 일반적으로 특정 핵산 서열의 제어된 증폭 및 증폭 생성물의 검출에 의존한다. 증폭은 즉석의 결정을 위해 샘플 내에서 발견되는 핵산의 충분한 카피를 생성함으로써 분석 감도를 향상시킨다. 증폭은 또한 임상적 관심의 이들 핵산만을 선택적으로 생성함으로써 분석 특이도(analytical specificity)를 향상시킨다. 특히 증폭이 타겟 핵산 서열의 다수의 카피를 생성할 때 증폭 기반 결정이 갖는 문제점은, 하나의 샘플로부터 이들 카피의 몇몇이 다른 샘플을 오염시킬 수도 있어 타겟 핵산 서열의 어느 것도 샘플 내에 원래 존재하지 않았던 경우에 명백하게 상승된 결과를 생성하는 가능성이다.
다른 오염의 소스가 핵산 결정에 영향을 미칠 수 있다. 샘플들 사이의 잔류 오염(carryover)이 물질을 오염시키는데 기여할 수 있다. 증폭 혼합물은 표면 상에 전달된 환경 소스로부터 또는 연구실 기술자에 의해 또는 에어로졸에 의해 오염 물질을 수용할 수도 있다. 몇몇 경우에, 부적절한 증폭 프라이머(primer)와 같은 시약의 비의도된 전달이 혼합물을 오염시키고 잘못된 결과를 야기할 수도 있다. 증폭 혼합물은 또한 타겟 핵산의 불완전한 정화를 통해 샘플 내에 원래 존재하는 간섭 물질을 보유할 수 있다. 따라서, 다양한 소스로부터 오염 물질의 전달 및 보유를 회피하는 핵산 분석의 자동화를 위한 요구가 존재한다.
임상 연구실 작업 흐름은 의료 전달의 결과이고 기관들 사이에 다양하다. 임상 또는 대그룹 실시는 비교적 일정한 비율로 하루의 경과 전체를 통해 환자 표본을 생성할 수 있다. 대조적으로, 임상 기준 연구실은 하나 또는 2개의 전달로 모든 그 표본을 수용할 수도 있고, 대형 병원은 하루 전체에 걸쳐 샘플의 불규칙적인 스트림에 의해 보충된 아침에 대형 채혈을 통해 표본을 생성할 수도 있다. 대부분의 핵산 분석 표본은 요구된 분석의 유형에 관련되지 않는 서열로 임상 연구실에 도착한다. 몇몇 경우에, 선택된 표본은 결과에 의존하여 즉각적인 또는 임상 처리 판정을 갖는 높은 우선순위를 가질 수도 있다. 다른 표본은 더 일상적인 우선순위를 가질 수도 있다. 연구실 대조 표준과 같은 비표본 샘플은 개별 연구실 실시에 따라 임상 표본 중에 산재될 수도 있다. 몇몇 경우에, 시약 또는 시약의 특정 로트(lot)의 고갈은 대기열 내의 다른 샘플에 무관하게 대조 표준 및 캘리브레이션 샘플의 삽입을 지시할 수 있다.
따라서, 임상 연구실의 예측 불가능한 요구에 정합하기 위해 융통성 있고 조정 가능한 작동 능력을 갖는 분석 시스템에 대한 요구가 존재한다.
핵산 분석은 표본 유형의 혼합물을 사용하여 다양한 소스 유기체로부터 다중 분석물을 결정한다. 이들 입력은 다양한 프로세싱 요구를 추구한다. 예를 들어, RNA 및 DNA는 상이한 화학 특성 및 안정성을 갖고, 이들의 준비는 상이한 프로세싱 체제, 상이한 효소 및 상이한 열적 조건을 사용할 수도 있다. 염기 서열 및 타겟 분석물의 길이의 모두는 결합 에너지 및 따라서 프로세싱에 영향을 미친다. 증폭에 사용된 상보적 올리고뉴클레오티드의 길이 및 서열은 증폭 조건에 더 영향을 미친다.
분석 타겟을 위한 상이한 소스 유기체는 핵산 서열을 방출(release)하거나 단리(isolate)하기 위해 상이한 단계를 필요로 할 수도 있다. 예를 들어, 그람 양성균(gram positive bacteria)으로부터 DNA 서열의 방출은 비교적 불안정한 백혈구로부터 DNA 서열의 방출에 사용되지 않는 상승된 온도를 사용할 수도 있다.
따라서, 다양한 프로세싱 단계로 각각 구성된 다양한 프로세싱 프로토콜을 자유롭게 혼합하는 것이 가능한 분석 시스템에 대한 요구가 존재한다. 전술된 문제점의 몇몇을 처리하려고 시도하는 기술이 존재한다.
러셀(Russel)/히구치(Higuchi)의 미국 특허 제5994056호[핵산 증폭 및 검출을 위한 균질 방법(Homogeneous Methods for Nucleic Acid Amplification and Detection)]는 중합 연쇄 반응(PCR)과 같은 방법을 사용하는 핵산 검출을 위한 개량된 방법을 설명하고 있다. 히구치는 종래의 방법의 속도 및 정확성을 향상시키기 위해 동시 증폭 및 검출을 위한 방법을 설명하고 있다. 방법은 증폭 반응 중에 생성물 DNA의 증가를 모니터링하기 위한 수단을 제공한다. 설명에 따르면, 증폭된 핵산은 일단 증폭 반응이 개시되면 반응 용기(vessel)를 개방하지 않고 그리고 반응 후에 임의의 부가적인 취급 또는 조작 단계 없이 검출된다.
케이. 루디(K. Rudi) 등은 바이오테크닉스(BioTechniques) 22(3) 506-511, 1997년 3월에서 자기 비드를 사용하여 PCR-준비된 DNA를 단리하기 위한 신속한 범용 방법(Rapid , Universal Method to Isolate PCR - Ready DNA Using Magnetic Beads)을 설명하고 있다. 루디 등은 PCR-준비된 DNA의 정화를 위한 일반적인 접근법을 생성하기 위해 다양한 유기체 및 조직에 신속 DNA 단리를 위한 자기 비드 기반 키트[Dynabeads
Figure pat00001
DNA DIRECTTM; 다이날 에이. 에스.(Dynal A.S.)]의 적용을 설명하고 있다. PCR에 적합한 DNA는 30분 미만에 준비되었다.
핵산 분석을 자동화하는 시스템은 긴 역사를 갖고 있다. 통합 플랫폼은 핵산의 단리, 단리된 물질의 증폭 및 증폭 생성물의 검출을 포함하는 자동화 분석 및 준비 단계의 전체 범위를 증명한다.
예를 들어, 비엔하우스(Bienhaus) 등의 미국 특허 제5746978호[샘플로부터 핵산을 처리하기 위한 디바이스(Device for Treating Nucleic Acids from a Sample)]는 다른 샘플 성분으로부터 핵산을 분리하는 처리 단계를 핵산의 증폭을 위한 단계와 연계하기 위한 단일 디바이스를 설명하고 있다. 디바이스는 일 챔버의 출구가 다른 챔버의 입구에 부착되어 있는, 개별 처리 단계를 위한 반응 챔버를 포함한다. 종래의 피펫팅(pipetting) 기구가 핵산 함유 샘플 액체 및 모든 가능한 필수 시약을 샘플 및 시약 저장 컨테이너(container)로부터 디바이스 내로 전달한다. 비엔하우스 등은 PCR 또는 NASBA에 의한 그리고 ES 분석기[뵈링거 만하임(Boehringer Mannheim)에 의해 제조됨]를 사용하여 측정된 검출 반응에서 PCR 증폭물(amplificate)에 상보적인 하이브리드화 프로브를 사용하는 자기 분리, 증폭을 설명하고 있다.
피. 벨그레이더(P. Belgrader) 등은 바이오테크닉스(BioTechniques) 19(3) 427-432 1995년에서 로봇식 워크스테이션을 사용하는 혈액이 묻은 카드로부터의 자동화 DNA 정화 및 증폭을 설명하고 있다. 벨그레이더 등은 일단 프로세스가 개시되면 어떠한 사용자 참여도 요구되지 않는 결합된 DNA 정화 및 증폭을 수행할 수 있는 원형(prototype)을 소개하고 있다. 방법은 혈액이 묻은 카드 상에 DNA를 정화하기 위해 페놀 및 이소프로판올을 사용하여 Biomek
Figure pat00002
1000 로봇식 워크스테이션[베크먼 인스트러먼츠(Beckman Instruments)]을 사용하여 고처리량 자동화 시스템 내에 구현된다. Biomek
Figure pat00003
1000은 열 사이클러로서 HCU(Biomek
Figure pat00004
온-보드 가열기-냉각기 유닛)를 사용하여 DNA 정화 및 증폭을 수행한다. 벨그레이더 등은 다음의 목적이 완전히 자동화된 DNA 타이핑 시스템을 위한 검출 단계를 통합하는 것이라고 설명하고 있다.
패트릭 메렐(Patrick Merel)은 임상 화학(Clinical Chemistry) 42, No. 8, p 1285-6 1996년에서 전혈(whole blood)로부터 DNA의 완전 자동화 추출(Completely Automated Extraction of DNA from Whole Blood)을 설명하고 있다. 메렐 등은 자기 입자 분리를 사용하여 DNA 추출 절차를 완전히 자동화하기 위해 Biomek
Figure pat00005
2000(베크먼 인스트러먼츠) 및 DNA DIRECTTM(다이날 프랑스 에스.아.)를 조합하여 사용하는 것을 개시하고 있다. 메렐 등은 얻어진 DNA의 품질 및 양을 평가하기 위해 다수의 상이한 PCR 프로토콜을 사용하였다. 메렐 등은 10-분 자동화 DNA 추출 절차, 96개의 튜브를 위한 10-분 자동화 PCR 셋업, 80분 동안 PCR 및 15분의 간단한 전기 영동 분석을 위한 물질들을 위한 설명된 물질을 정기적으로 사용하였다.
암만(Ammann) 등의 미국 특허 제6335166호[타겟 핵산 서열을 단리하고 증폭하기 위한 자동화 프로세스(Automated Process for Isolating and Amplifying a Target Nucleic Acid Sequence)]는 분석의 개별 양태가 반응 리셉터클(receptacle) 내에 수납된 유체 샘플에 수행되는 다중 스테이션 또는 모듈을 포함하는 자동화 분석기를 설명하고 있다. 분석기는 표본 샘플을 자동으로 준비하고, 지정된 기간 동안 지정된 온도에서 샘플을 배양하고, 분석물 단리 절차를 수행하고, 타겟 분석물의 존재를 확인하기 위한 스테이션들을 포함한다. 자동화 리셉터클 반송 시스템은 하나의 스테이션으로부터 다음 스테이션으로 반응 리셉터클을 이동시킨다. 암만은 또한 자동화 진단 분석을 수행하기 위한 방법이 타겟 분석물을 단리하고 증폭하기 위한 자동화 프로세스를 포함하는 것을 설명하고 있다. 프로세스는 반응 리셉터클의 내용물을 배양하기 위한 스테이션과 유체 샘플로부터 고체 지지체에 결합된 타겟 분석물을 분리하기 위한 스테이션 사이의 유체 샘플 및 고체 지지 물질을 수납하는 복수의 반응 리셉터클의 각각을 자동으로 이동시키기 위해 수행된다. 증폭 시약은 분석물 분리 단계 후에 그리고 최종 배양 단계 전에 분리된 분석물에 첨가된다.
이러한 자동화 시스템은 이용 가능해 왔지만, 추가의 개량이 바람직하다. 특히, 다수의 오염 소스는 잘못된 결과의 위험을 계속한다. 또한, 완전한 핵산 분석을 위해 요구되는 다중 단계 프로세스의 복잡성은 프로세싱 병목 현상을 생성하고 반복성을 열화시킬 수 있어, 응답 보고 전환 및 프로세싱 융통성을 제한한다. 제한된 응답 보고 전환은 적절한 임상 치료를 시행하기 위한 시간을 증가시킬 수 있다. 프로세싱 융통성의 결여는 광범위한 확장 가능한 시험 메뉴를 위한 분석 프로토콜의 편차를 위한 지원을 제한한다. 프로세싱 융통성의 결여는 또한 연구실이 임상적 요구와 충돌하는 방식으로 샘플 및 시약을 서열화하거나 일괄 처리(batch)하도록 강요할 수도 있다.
본 발명의 실시예는 이들 및 다른 문제점을 개별적으로 그리고 집합적으로 처리한다.
본 발명의 실시예는 DNA 또는 RNA를 포함할 수도 있는 샘플의 프로세싱과 연관된 시스템, 방법 및 디바이스에 관한 것이다. 본 발명의 실시예는 특정 핵산 서열을 결정하기 위한 완전 자동화된 랜덤 액세스 시스템을 포함한다.
본 발명의 일 실시예는 샘플을 프로세싱하기 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은 제1 격실 및 제2 격실을 포함하는 분석물 카트리지 내의 샘플을 프로세싱하는 데 적합한 제시 위치를 포함한다. 시스템은 분석물 카트리지의 제1 격실로부터 제2 격실로 액체를 이송하도록 구성된 제1 피펫터(pipettor)를 또한 포함한다. 시스템은 제시 위치와는 별개의 물질 저장 위치를 더 포함한다. 시스템은 물질 저장 위치와 제시 위치 사이에서 이동하도록 배치된 제2 피펫터를 또한 포함한다. 시스템은 분석물 카트리지의 제1 격실로부터 제2 격실로 제1 시약을 이송하도록 제1 피펫터에 지시하고, 물질 저장 위치로부터 제2 격실로 제2 시약을 이송하도록 제2 피펫터에 지시하도록 구성된 제어기를 또한 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 카트리지 가이드를 갖는 제1 격실 및 제2 격실을 포함하는 분석물 카트리지를 제공하는 단계와, 준비 위치에서 제1 피펫터를 사용하여 분석물 카트리지 내의 제1 격실로부터 제2 격실로 제1 시약을 이송하는 단계와, 제2 피펫터를 사용하여 시약 저장 유닛 내의 시약 팩으로부터 제2 격실로 제2 시약을 이송하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 실시예는 맨드릴 및 감지 회로를 포함하는 센서 시스템에 관한 것이다. 감지 회로는 맨드릴 또는 맨드릴 상의 연장 요소의 특성을 결정하도록 구성된다. 감지 회로는 에러 신호에 기초하여 연장 요소의 특성을 결정하도록 구성된 프로세서에 결합된 하나 이상의 센서 채널을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 샘플을 프로세싱하기 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은 제1 피펫터와, 제2 피펫터와, 제1 피펫터 및 제2 피펫터에 작동적으로 결합된 제어기를 포함한다. 제어기는 분석물 카트리지 내의 제1 격실로부터, 또는 시약 저장 유닛 내의 시약 팩으로부터 분석물 카트리지 내의 반응 우물로 유체를 이송하도록 제1 피펫터에 지시하고, 분석물 카트리지로부터 반응 용기를 제거하도록 제2 피펫터에 지시하도록 구성된다.
본 발명의 다른 실시예는 카트리지 가이드를 갖는 제1 격실 및 제2 격실을 포함하는 분석물 카트리지를 제공하는 단계와, 제1 피펫터를 사용하여 제1 격실로부터 또는 시약 저장 유닛 내의 시약 팩으로부터 분석물 카트리지 내의 반응 용기로 제1 시약을 이송하는 단계와, 제2 피펫터를 사용하여 분석물 카트리지로부터 반응 용기를 제거하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 실시예는 맨드릴과 연관된 적어도 2개의 특성을 결정하도록 구성된 센서 시스템에 관한 것이다. 센서 시스템은 프로세서 및 맨드릴을 포함하는 감지 회로를 포함한다. 감지 회로는 제1 신호 및 제2 신호를 생성하도록 구성되고, 제1 신호 및 제2 신호의 각각은 맨드릴의 저항, 캐패시턴스 및 인덕턴스 중 적어도 하나에 관련된다. 프로세서는 액체와 연장 요소의 접촉을 결정하기 위해 제1 신호를 제1 저장된 기준값에 비교하도록 더 구성된다. 프로세서는 맨드릴 상의 연장 요소의 존재, 연장 요소의 충전 레벨 또는 전도성 타겟에 대한 맨드릴의 근접도 중 하나를 결정하기 위해 제2 신호를 제2 저장된 기준값에 비교하도록 더 구성된다.
본 발명의 다른 실시예는 샘플 내의 핵산의 존재를 결정하는 데 사용될 수 있는 시스템에 관한 것이다. 시스템은 복수의 분석물 카트리지를 수용하도록 구성된 카트리지 로딩 유닛을 포함할 수도 있다. 카트리지 로딩 유닛은 복수의 분석물 카트리지를 지지하도록 구성된 저장 위치, 저장 위치에 결합된 로딩 래인, 및 저장 위치 및 로딩 래인에 결합되고 저장 위치로부터 로딩 래인으로 분석물 카트리지를 이동하도록 구성된 로딩 반송부를 포함할 수 있다. 시스템은 분석물 카트리지 상에서 작동하도록 각각 구성된, 분석물 카트리지를 프로세싱하기 위한 복수의 프로세싱 래인과, 로딩 래인 및 복수의 프로세싱 래인 사이에 분석물 카트리지를 이동하도록 구성된 셔틀을 또한 포함할 수 있다. 셔틀은 로딩 래인과 정렬하여 그리고 복수의 프로세싱 래인의 각각과 정렬하여 위치되는 것이 가능할 수 있다. 제어기가 로딩 반송부, 셔틀 및 복수의 프로세싱 래인에 작동적으로 결합될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 카트리지 로딩 유닛 내의 저장 위치 내로 복수의 분석물 카트리지를 로딩하는 단계를 포함하고, 각각의 분석물 카트리지는 반응 우물 및 시약을 수납하는 시약 우물을 포함하는 방법에 관한 것이다. 방법은 로딩 반송부를 사용하여 복수의 분석물 카트리지 중의 분석물 카트리지를 로딩 래인으로 이동하는 단계와, 분석물 카트리지를 셔틀로 이동하는 단계와, 분석물 카트리지를 복수의 프로세싱 래인 중 하나로 이동하는 단계를 또한 포함한다. 각각의 프로세싱 래인은 상이한 프로세스를 사용하여 분석물 카트리지를 프로세싱하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 제1 프로세싱 래인과, 제2 프로세싱 래인과, 제3 프로세싱 래인과, 제1, 제2 및 제3 프로세싱 래인에 작동적으로 결합된 이송 셔틀을 포함하는 시스템에 관한 것이다. 시스템은 제1, 제2 및 제3 프로세싱 래인의 각각 및 이송 셔틀에 작동적으로 결합된 제어기를 더 포함한다. 제어기는 제1 프로토콜 및 제2 프로토콜을 실행하도록 구성될 수 있다. 제어기는 제1 프로토콜을 실행할 때에 제1 프로세싱 래인으로부터 제2 프로세싱 래인으로 제1 분석물 카트리지를 이동시키도록 이송 셔틀에 지시한다. 제어기는 제2 프로토콜을 실행할 때에 제2 분석물 카트리지를 제2 프로세싱 래인으로 이동시키지 않고 제1 프로세싱 래인으로부터 제3 프로세싱 래인으로 제2 분석물 카트리지를 이동시키도록 이송 셔틀에 지시한다.
본 발명의 다른 실시예는 제어기에 의해 제1 프로토콜을 실행하는 단계로서, 제1 프로토콜에서 제어기는 제1 프로세싱 래인으로부터 제2 프로세싱 래인으로 제1 분석물 카트리지를 이동시키도록 이송 셔틀에 지시하는, 제1 프로토콜 실행 단계와, 제어기에 의해 제2 프로토콜을 실행하는 단계로서, 제2 프로토콜에서 제어기는 분석물 카트리지를 제2 프로세싱 래인으로 이동시키지 않고 제1 프로세싱 래인으로부터 제3 프로세싱 래인으로 제2 분석물 카트리지를 이동시키도록 이송 셔틀에 지시하는, 제2 프로토콜 실행 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 실시예는 샘플을 프로세싱하기 위한 준비 위치와, 프로세싱된 샘플을 수납하기 위한 반응 용기와, 프로세싱된 샘플을 특징화하기 위한 분석 위치와, 준비 위치와 분석 위치 사이로 반응 용기를 이송하기 위한 반송 디바이스를 포함하는 시스템에 관한 것이다. 시스템은 준비 위치 내의 복수의 동일하지 않은 프로세싱 래인으로서, 상이한 프로세싱 기능을 수행하도록 구성되는, 복수의 동일하지 않은 프로세싱 래인과, 분석 위치 내의 복수의 동일한 분석 유닛을 포함할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예는 시스템 내에 샘플을 로딩하는 단계와, 준비 위치 내로 분석물 카트리지를 로딩하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 분석물 카트리지는 반응 우물 및 격실을 포함한다. 반응 용기는 격실 내에 있다. 방법은 반응 우물 내의 핵산을 추출하는 단계와, 반응 우물로부터 반응 용기로 추출된 핵산을 이송하는 단계와, 반응 용기를 열 사이클러 모듈로 이동하는 단계와, 열 사이클러 모듈 내의 핵산을 검출하는 단계를 또한 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 샘플 내의 핵산의 존재를 검출하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 시스템은 분석물 카트리지 내의 샘플 상에 작동을 수행하도록 구성된 제1 프로세싱 래인과, 제1 프로세싱 래인의 내외로 분석물 카트리지를 이동하도록 구성된 이송 셔틀과, 시스템의 작동을 지시하기 위한 제어기를 포함한다. 제어기는 제1 프로세싱 래인 및 이송 셔틀에 작동적으로 결합될 수 있고, 제1 프로토콜 및 제2 프로토콜을 실행하도록 구성될 수 있다. 제어기는 제1 프로토콜을 실행할 때에 제1 프로세싱 래인 내로 제1 분석물 카트리지를 이동하도록 이송 셔틀에 지시하고, 고정된 간격 후에 제1 프로세싱 래인 외부로 제1 분석물 카트리지를 이동시키도록 이송 셔틀에 지시하고, 고정된 간격 내에 제1 작동 시퀀스를 실행하도록 제1 프로세싱 래인에 지시한다. 제어기는 제2 프로토콜을 실행할 때에 제1 프로세싱 래인 내로 제2 분석물 카트리지를 이동하도록 이송 셔틀에 지시하고, 고정된 간격 후에 제1 프로세싱 래인 외부로 제2 분석물 카트리지를 이동시키도록 이송 셔틀에 지시하고, 제1 작동 시퀀스와는 상이한 제2 작동 시퀀스를 실행하도록 제1 프로세싱 래인에 지시한다.
본 발명의 다른 실시예는 제어기에 의해 제1 프로토콜을 실행하여, 제1 프로세싱 래인 내로 제1 분석물 카트리지를 이동하도록 이송 셔틀에 지시하고, 고정된 간격 후에 제1 프로세싱 래인 외부로 제1 분석물 카트리지를 이동시키도록 이송 셔틀에 지시하고, 고정된 간격 내에 제1 작동 시퀀스를 실행하도록 제1 프로세싱 래인에 지시하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 방법은 제어기에 의해 제2 프로토콜을 실행하여, 제1 프로세싱 래인 내로 제2 분석물 카트리지를 이동하도록 이송 셔틀에 지시하고, 고정된 간격 후에 제1 프로세싱 래인 외부로 제2 분석물 카트리지를 이동시키도록 이송 셔틀에 지시하고, 제1 작동 시퀀스와는 상이한 제2 작동 시퀀스를 실행하도록 제1 프로세싱 래인에 지시하는 단계를 또한 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 자동화 기구 상에 액체를 이송하기 위한 피펫터이며, 선형 액추에이터와, 배럴 내에 봉입된 피스톤을 포함하는 피펫터에 관한 것일 수 있다. 피스톤은 배럴의 내부벽과의 유체 기밀 밀봉부를 포함하고, 피스톤 및 배럴은 배럴 내의 피스톤이 이동을 허용하도록 협동적으로 구성된다. 피펫터는 선형 액추에이터와 피스톤 사이에 개재된 유연한 커플링을 포함할 수 있고, 유연한 커플링은 유연한 커플링을 선형 액추에이터에 부착하는 제1 연결 특징부, 유연한 커플링을 피스톤에 부착하는 제2 연결 특징부 및 제1 연결 특징부와 제2 연결 특징부 사이에 개재된 압축 가능 부재를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예는 반응 혼합물을 수용하도록 배열된 제1 측벽, 제2 측벽, 제1 단부벽, 제2 단부벽, 및 우물 바닥부를 포함하는 분석물 카트리지에 관한 것이다. 제1 측벽, 제2 측벽, 제1 단부벽 및 제2 단부벽은 개방 단부를 형성한다. 제1 단부벽은 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트를 포함한다. 제1 및 제2 세그먼트는 굴곡부에 의해 연결되고, 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트 중 적어도 하나는 반응 우물의 단면 섹션이 우물 바닥부에 더 근접하여 감소하도록 테이퍼링된다.
본 발명의 다른 실시예는 우물의 내용물을 혼합하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은 세그먼트, 제1 측벽 및 제2 측벽을 포함하는 단부벽을 갖는 우물을 갖는 분석물 카트리지 내의 제1 위치에 피펫터를 유도하는 단계를 포함하고, 단부벽의 세그먼트는 수직축에 대해 소정 각도로 우물의 중심을 향해 연장하고 암거(culvert)를 생성하기 위해 중간 평면에 대한 반경을 갖고, 중간 평면은 제1 측벽 및 제2 측벽에 의해 규정된다. 방법은 피펫터로부터 우물의 암거 상에 액체를 분배하는 단계를 포함하고, 암거의 반경은 분배된 액체를 수집하고 암거의 중간선을 향해 분배된 액체를 유도하여 난류가 분배된 액체의 유동 내에 유도되게 한다.
본 발명의 다른 실시예는 자동화 시스템 상에 분석물 카트리지를 로딩하기 위한 카트리지 로딩 유닛에 관한 것이다. 카트리지 로딩 유닛은 분석물 카트리지를 수용하기 위한 캐리지를 포함하는 제시 래인을 포함하고, 제시 래인은 프로세싱을 위해 자동화 시스템 내에 분석물 카트리지를 반송하도록 구성된다. 카트리지 로딩 유닛은 DNA 분석물 카트리지를 수용하여 DNA 분석물 카트리지를 제시 래인의 캐리지로 이송하기 위한 캐비티를 포함하는 제1 로딩 래인을 또한 포함한다. DNA 분석물 카트리지는 반응 우물 및 시약 격실을 포함하고, 시약 격실은 샘플로부터 DNA 추출에 사용되는 시약을 수납한다.
본 발명의 다른 실시예는 피펫터와, 시약을 수납하는 우물을 포함하는 시약 팩과, 시약 저장 유닛을 포함하는 자동화 분석기에 관한 것일 수 있다. 시약 저장 유닛은 시약 팩을 유지하도록 구성되고, 시약 팩을 수납하는 캐비티, 캐비티 둘레에 배열된 래치로서, 래치는 캐비티 내에 시약 팩을 고정하여 정렬하도록 구성되고, 래치는 해제 특징부를 포함하는, 래치 및 캐비티와 래치 상에 배치된 커버로서, 커버는 제1 구멍 및 제2 구멍을 포함하고, 제1 구멍은 시약 팩의 우물 상에 정렬하여 이에 의해 우물 내에 수납된 시약으로의 피펫터 액세스를 제공하는, 커버를 포함한다. 제2 구멍은 해제 특징부 상에 정렬하여 이에 의해 래치로부터 시약 팩을 고정 해제하기 위해 해제 특징부를 작동하도록 피펫터 액세스를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예는 저장 유닛 내에 소모품 팩을 정렬하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 소모품 팩은 피펫터를 사용하여 조작되는 소모품을 포함한다. 방법은 소모품 팩의 정합 특징부와 해제 특징부를 갖는 래치를 결합함으로써 저장 유닛 내에 소모품 팩을 고정하는 단계와, 피펫터를 해제 특징부와 정렬하고, 피펫터를 해제 특징부를 향해 이동시키고, 피펫터와 해제 특징부를 접촉함으로써 소모품 팩을 해제하는 단계를 또한 포함한다. 이는 래치가 소모품 팩의 정합으로부터 분리되게 한다.
본 발명의 다른 실시예는 수평 평면형 봉입 바닥부 및 봉입 바닥부의 주연부로부터 수직으로 연장하는 봉입벽을 포함하는 봉입 섹션을 포함하는 시약 카트리지에 관한 것이고, 바닥부는 시약 리셉터클의 액세스 개구를 포함한다. 시약 카트리지는 격리부에 부착된 파지 핸들로서, 격리부는 봉입 섹션에 부착되어 이에 의해 파지 핸들과 시약 리셉터클 사이의 분리를 제공하는, 파지 핸들과, 메모리 유닛을 또한 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 분석물 카트리지에 결합하도록 구성된 가동 카트리지 캐리지를 포함하는 시스템에 관한 것이다. 분석물 카트리지는 자기 응답성 입자를 수납하는 우물을 포함하고, 우물은 수직축에 대해 소정 각도로 벽을 포함한다. 시스템은 분석물 카트리지 벽 각도에 상보적인 각도로 장착된 분리 자석을 포함하는 가동 자석 트롤리와, 가동 카트리지 캐리지와 가동 자석 트롤리를 가역적으로 연결하도록 구성된 가역적 커플링 디바이스를 또한 포함한다. 분리 자석은 가동 카트리지 캐리지가 가동 자석 트롤리에 결합될 때 분석물 카트리지 벽에 근접하여 정렬된다.
본 발명의 다른 실시예는 선형 배열의 반응 우물, 피펫팁 및 시약 우물을 포함하는 분석물 카트리지로서, 피펫팁은 반응 우물과 시약 우물 사이에 놓이는, 분석물 카트리지와, 래인 가열기를 포함하는 프로세싱 래인으로서, 래인 가열기는 분석물 카트리지와 열 통신하는 복수의 가열 구역을 포함하는, 프로세싱 래인을 포함하는 분석물 카트리지에 관한 것이다. 제1 가열 구역이 반응 우물과 병치되고, 제2 가열 구역이 반응 우물과 병치된다.
본 발명의 다른 실시예는 분석물 카트리지를 프로세싱하기 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은 제1 분석물을 프로세싱하기 위한 시약을 포함하는 제1 분석물 카트리지와, 제2 분석물을 프로세싱하기 위한 시약을 포함하는 제2 분석물 카트리지와, 분석물 카트리지의 온도를 상승시키기 위해 분석물 카트리지에 열을 전달하도록 구성된 가열 조립체를 포함하는 제1 프로세싱 래인과, 분석물 카트리지의 온도를 유지하기 위해 분석물 카트리지에 열을 전달하도록 구성된 가열 조립체를 포함하는 제2 프로세싱 래인을 포함한다. 제1 분석물 카트리지의 온도는 제1 프로세싱 래인 내에서 제1 온도로 상승될 수도 있고 제1 온도는 제2 프로세싱 래인 내에서 유지되고, 제2 분석물 카트리지는 제1 프로세싱 래인 내에서 제2 온도로 상승될 수도 있고 제2 온도는 제2 프로세싱 래인 내에서 유지된다. 제1 및 제2 온도는 상이하다.
본 발명의 다른 실시예는 분석물 카트리지에 관한 것으로서, 분석물 카트리지는, 원위 단부 및 근위 단부와, 원위 단부와 근위 단부 사이로 선형으로 배열된 복수의 격실을 포함하는 가늘고 긴 본체를 포함한다. 격실 중 적어도 하나는 반응 우물이다. 반응 우물은 제1 및 제2 측벽과, 제1 및 제2 단부벽과, 적어도 제1 및 제2 단부벽을 연결하는 우물 바닥부를 포함한다. 제1 단부벽은 복수의 굴곡부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 자동화 시스템 상에 분석물 카트리지를 로딩하기 위한 카트리지 로딩 유닛에 관한 것이다. 카트리지 로딩 유닛은 분석물 카트리지를 지지하기 위한 레일을 포함한다. 분석물 카트리지는 키잉 특징부를 포함한다. 카트리지 로딩 유닛은 식별 바아(bar)와, 레일 및 식별 바아에 결합된 베이스플레이트를 또한 포함한다. 식별 바아는 키잉 구조체와 정합하도록 베이스플레이트 상에 위치되어, 이에 의해 분석물 카트리지가 레일 상에 놓이는 것을 허용한다.
본 발명의 다른 실시예는 카트리지 로딩 유닛 내에 분석물 카트리지를 배치하는 단계와, 분석물 카트리지의 키이 특징부를 식별 바아와 정합하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 분석물 카트리지의 키잉 특징부의 구성 바아와의 정합은 분석물 카트리지가 푸셔와 정렬하여 카트리지 로딩 유닛 내의 레일 상에 놓이게 한다. 방법은 푸셔를 사용하여 제시 래인을 향해 정렬된 카트리지를 추진하는 단계를 또한 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 소모품 팩을 유지하는 저장 유닛 내에 구멍을 갖는 프로브를 정렬하는 단계, 구멍을 통해 프로브를 삽입하는 단계 및 프로브가 구멍을 통해 삽입됨에 따라 래치를 압박하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 이는 래치가 저장 유닛 내에 유지된 소모품 팩의 래치 포켓으로부터 분리되게 한다.
본 발명의 다른 실시예는 분석물 카트리지에 결합되도록 구성되고 캐리지 트랙에 결합하는 슬라이드 가능 카트리지 캐리지와, 캐리지 트랙에 결합하고 분리 자석을 포함하는 슬라이드 가능 자석 트롤리와, 슬라이드 가능 카트리지 캐리지 및 슬라이드 가능 자석 트롤리에 가역적으로 결합되도록 구성된 가역적 커플링 디바이스를 포함하는 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 다른 실시예는 복수의 격실을 포함하는 분석물 카트리지와, 분석물 카트리지와 협동적으로 구성된 래인 가열기를 포함하는 시스템에 관한 것이다. 래인 가열기는 분석물 카트리지가 래인 가열기와 결합될 때 분석물 카트리지의 복수의 격실과 열 접촉한다.
본 발명의 다른 실시예는 선형 트랙, 선형 트랙에 결합된 피펫팅 아암 및 선형 트랙에 결합되고 선형 트랙으로부터 이격하여 신장하고 선형 트랙을 향해 수축하도록 구성된 슬라이드 잠금 조작기를 포함하는 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 다른 실시예는 피펫팅 아암으로 반응 용기를 획득하는 단계, 슬라이드 잠금 조작기로 분석 유닛을 개방하는 단계, 분석 유닛과 피펫팅 아암을 정렬하는 단계 및 피펫팅 아암으로부터 반응 용기를 해제하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 실시예는 PCR 반응 용기 내에서 실시간 PCR을 수행하기 위한 열 사이클러 모듈에 관한 것이다. 열 사이클러 모듈은 PCR 반응 용기를 수용하기 위한 리셉터클을 포함하는 열 블록과, 슬라이드 가능 덮개를 포함할 수도 있다. 덮개는 열 블록에 중첩하고 개방 위치와 폐쇄 위치를 갖는다. 덮개는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동하는 것이 가능하다. 열 사이클러 모듈은 PCR 반응 용기가 리셉터클 내에 위치될 때 PCR 반응 용기에 여기광을 통과시키도록 구성된 여기 광학 조립체와, PCR 반응 용기가 열 블록 내의 리셉터클 내에 위치될 때 PCR 반응 용기로부터 광을 수용하도록 구성된 방출 광학 조립체를 또한 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 복수의 열 사이클러 모듈에 관한 것이다. 각각의 열 사이클러 모듈은 상부면 및 규정된 리셉터클을 갖는 열 블록을 포함한다. 리셉터클은 반응 용기에 합치하도록 테이퍼링될 수 있다. 각각의 열 사이클러 모듈은 열 블록에 열적으로 결합된 가열기와, 열 블록에 열적으로 결합된 온도 센서와, 가열기 및 온도 센서에 전기적으로 결합되고 다른 열 사이클러 모듈에 독립적으로 적어도 2개의 온도 사이에서 열 블록을 사이클링하도록 구성된 온도 제어기를 또한 포함한다. 각각의 열 사이클러 모듈은 여기 광학 조립체를 또한 포함한다. 여기 광학 조립체는 반응 용기가 열 블록 내의 리셉터클 내에 위치될 때 반응 용기에 여기광을 퉁과시키도록 구성된다. 각각의 열 사이클러 모듈은 방출 광학 조립체를 또한 포함할 수도 있고, 방출 광학 조립체는 반응 용기가 열 블록 내의 리셉터클 내에 위치될 때 반응 용기로부터 광을 수용하도록 구성된다.
본 발명의 다른 실시예는 열 사이클러 모듈을 사용하여 PCR 반응 프로세스를 수행하기 위한 방법에 관한 것이며, 열 사이클러 모듈은 PCR 반응 용기를 수용하도록 구성된 리셉터클을 포함하는 열 블록과, 슬라이드 가능 덮개를 포함한다. 방법은 리셉터클 내에 PCR 반응 용기를 삽입하는 단계와, 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 슬라이드 가능 덮개를 슬라이드하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 반경방향 대칭 반응 베이스와, 취급 특징부를 포함하는 플러그를 포함하는 실시간 PCR용 용기에 관한 것이며, 취급 특징부는 피펫 맨드릴을 수용하도록 구성되고, 반응 베이스는 플러그 및 하부 부분을 수용하는 상부 원통형 부분을 포함하고, 하부 부분은 상부 원통형 부분 내로 개방하고 원추형 형상의 절두를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 복수의 열 사이클러 모듈을 포함하는 시스템에 관한 것이며, 각각의 열 사이클러 모듈은 상부면 및 리셉터클을 갖는 열 블록으로서, 리셉터클은 반응 용기에 합치하도록 테이퍼링되는, 열 블록, 열 블록에 열적으로 결합된 가열기, 열 블록에 열적으로 결합된 온도 센서, 가열기 및 온도 센서에 전기적으로 결합되고 다른 열 사이클러 유닛 내의 다른 열 블록에 독립적으로 적어도 2개의 온도 사이에서 열 블록을 사이클링하도록 구성된 온도 제어기, 반응 용기가 열 블록 내의 리셉터클 내에 위치될 때 반응 용기에 여기광을 통과시키도록 구성된 여기 광학 조립체 및 반응 용기가 열 블록 내의 리셉터클 내에 위치될 때 반응 용기로부터 광을 수용하도록 구성된 방출 광학 조립체를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 프로세싱 영역 및 열 사이클러를 포함하는 시스템을 사용하여 샘플 내의 핵산을 결정하기 위한 프로세스에 관한 것일 수 있고, 프로세스는 프로세싱 영역에 파지 특징부를 갖는 용기 플러그 및 용기 플러그와 잠금식으로 결합되도록 구성된 용기 베이스를 제공하는 단계와, 피펫팁이 맨드릴 상에 유지된 상태로 증폭 시약을 용기 베이스에 피펫팅하는 단계와, 용기 베이스에 핵산을 피펫팅하는 단계와, 파지 특징부를 파지하도록 맨드릴을 사용하여 용기 플러그를 상승시키는 단계와, 용기 베이스에 용기 플러그를 결합하는 단계와, 결합된 용기 플러그와 용기 베이스를 열 사이클러로 이동시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 반경방향 대칭 반응 베이스와, 취급 특징부를 포함하는 플러그로서, 취급 특징부는 피펫 맨드릴을 수용하도록 구성되는, 플러그를 포함하는 실시간 PCR용 용기에 관한 것이다.
본 발명의 다른 실시예는 열 사이클러 모듈을 작동하기 위한 방법에 관한 것이며, 방법은 열 사이클러 모듈의 어레이의 선택된 열 사이클러 모듈과 연관된 미리 정해진 온도 대 시간 프로파일을 얻는 단계로서, 열 사이클러 모듈의 어레이는 선택된 열 사이클러 모듈 및 열 사이클러 모듈의 세트를 포함하는, 미리 정해진 온도 대 시간을 얻는 단계와, 프로세서에 의해, 열 사이클러 모듈의 세트 내의 열 사이클러 모듈을 제어하여 이들의 성능이 미리 정해진 온도 대 시간 프로파일에 정합하게 하는 단계로서, 열 사이클러 모듈의 세트 내의 열 사이클러 모듈의 각각은 어레이 내의 열 사이클러 모듈들 사이의 편차의 소스를 사용하여 제어되는, 열 사이클러 모듈 제어 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 열 블록, 열 블록에 열적으로 결합된 가열기 및 열 블록에 공기를 유도하기 위한 송풍기를 포함하는 제1 열 사이클러를 미리 정해진 열 프로파일[B(t)]에서 구동하는 방법에 관한 것이며, 방법은 가열기 출력(ha), 송풍기 열전달(k) 및 주위 온도(Ta)의 함수로서 시간에 대한 열 블록 온도의 변화율(dB/dt)을 결정하는 단계와, 열 블록 온도를 측정하는 단계와, 열 사이클러에서 주위 온도를 측정하는 단계와, 이하의 모델링된 관계
Figure pat00006
에 따라 가열기 출력 및 송풍기 열전달 중 하나를 조정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예는 이하에 상세히 설명된다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 기구의 정면 사시도를 도시한다.
도 1b는 기구의 구성 요소의 레이아웃의 평면도를 도시한다.
도 1c는 기구의 평면도이다.
도 1d는 기구의 부분 정면도를 도시한다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 샘플 제시 유닛의 정면 사시도를 도시한다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 샘플 제시 유닛 푸셔 카트리지의 정면 사시도를 도시한다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 샘플 피펫터의 정면 사시도를 도시한다.
도 3b는 샘플 피펫터의 정면 사시도를 더 상세하게 도시한다.
도 3c는 유연성 커플링의 사시도를 도시한다.
도 4aa는 본 발명의 일 실시예에 따른 분석물 카트리지의 평면 사시도를 도시한다.
도 4ab는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분석물 카트리지의 평면 사시도를 도시한다.
도 4의 (b)는 반응 우물의 측단면도를 도시한다.
도 4의 (c)-1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응 우물의 평면도를 도시한다.
도 4cb는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반응 우물의 평면도를 도시한다.
도 4d는 카트리지 캐리지의 추진 특징부에 결합하는 지지 탭을 갖는 분석물 카트리지의 단부를 도시한다.
도 4e는 본 발명의 실시예에 따른 필름 천공기의 정면 사시도를 도시한다.
도 4f는 분석물 카트리지와 함께 사용될 때 도 4d의 필름 천공기의 측단면도를 도시한다.
도 4g는 분석물 카트리지의 부분 상의 커버의 단면 사시도를 도시한다.
도 4h는 분석물 카트리지의 부분 상의 커버의 평면도를 도시한다.
도 4i는 분석물 카트리지의 부분을 커버할 수 있는 커버의 저면 사시도를 도시한다.
도 4j는 반응 우물 실시예의 다수의 측단면도를 도시하고, 마이크로팁이 각각의 반응 우물 디자인을 갖고 도시된다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 반응 용기의 평면 사시도를 도시한다.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 반응 용기의 분해도를 도시한다.
도 5c는 본 발명의 실시예의 단면 사시도를 도시한다.
도 5d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반응 용기의 사시도를 도시한다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 밀리팁의 사시도를 도시한다.
도 6b는 밀리팁의 장착 구멍의 단면도를 도시한다.
도 6c는 피펫터 맨드릴에 고정된 밀리팁의 부분을 도시한다.
도 7a는 카트리지 로딩 유닛의 평면 사시도를 도시한다.
도 7b는 카트리지 로딩 유닛의 부분 평면 사시도를 도시한다.
도 7c는 카트리지 로딩 유닛 제시 래인의 사시도를 도시한다.
도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 시약 저장 유닛의 정면 사시도를 도시한다.
도 8b는 시약 저장 유닛의 부분의 정면 사시도를 도시한다.
도 8c는 시약 저장 유닛의 원위벽(148)의 내부를 도시한다.
도 8d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시약 저장 유닛의 정면 사시도를 도시한다.
도 8e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시약 저장 유닛의 정면 사시도의 부분을 도시한다.
도 8f는 시약 저장 유닛의 측단면 사시도를 도시한다.
도 8g는 시약 저장 유닛의 측단면 사시도를 도시한다.
도 8h는 시약 저장 유닛의 후방부를 도시하는 단면 사시도를 도시한다.
도 8i는 시약 팩(400)의 봉입 특징부와 인터페이스할 때 시약 저장 유닛의 부분을 도시한다.
도 9a는 시약 팩의 부분의 평면 사시도를 도시한다.
도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 시약 팩의 분해도를 도시한다.
도 9c는 시약 팩의 단부를 도시한다.
도 9d는 배리어 덮개의 평면 사시도를 도시한다.
도 9e는 시약 팩의 단부의 단면도를 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 프로세싱 래인의 분석물 카트리지를 개시한다.
도 10c는 가열 래인 내의 분석물 카트리지를 개시한다.
도 10d 및 도 10e는 프로세싱 래인 가열기의 사시도를 도시한다.
도 10e는 프로세싱 래인 가열기의 정면도를 도시한다.
도 11은 다른 래인 가열기 실시예의 측면도를 도시한다.
도 12a는 피펫터 맨드릴 상의 마이크로팁을 도시한다.
도 12b는 마이크로팁의 사시도를 도시한다.
도 12ca은 환기 특징부를 갖는 마이크로팁의 사시도를 도시한다.
도 12cb는 다른 마이크로팁 실시예의 측면도를 도시한다.
도 13a는 마이크로팁 저장 유닛을 도시한다.
도 13b는 마이크로팁 저장 유닛의 부분을 도시한다.
도 13c는 마이크로팁 저장 유닛의 부분의 평면도를 도시한다.
도 13d는 마이크로팁 래크의 분해도를 도시한다.
도 13e는 마이크로팁 래크를 도시한다.
도 13f는 마이크로팁 저장 유닛 내의 래크 걸쇠를 도시한다.
도 14a는 폐기물 래인 내의 성분을 도시한다.
도 14b는 유공압 조립체를 도시한다.
도 14c는 폐기물 래인의 사시도를 도시한다.
도 14d는 이송 셔틀의 사시도를 도시한다.
도 14e는 이송 셔틀의 확대 사시도를 도시한다.
도 14f는 프로세싱 래인의 정면도를 도시한다.
도 14g는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다른 이송 셔틀을 도시한다.
도 15a는 XYZ 반송 디바이스를 도시한다.
도 15b는 XYZ 반송 디바이스 Y축 아암을 도시한다.
도 15c는 XYZ 반송 디바이스용 Z축 엘리베이터를 도시한다.
도 15d는 X'축을 도시한다.
도 15e는 본 발명의 실시예에 따른 센서 시스템을 도시한다.
도 16a는 열 사이클러 모듈의 측면 사시도를 도시한다.
도 16b는 열 사이클러 모듈의 측단면도를 도시한다.
도 16c는 복수의 열 사이클링 셀을 갖는 격납고를 도시한다.
도 16d는 열 사이클링 셔터를 도시한다.
도 16e는 셔터가 폐쇄 위치에 있는 열 사이클러 모듈의 부분의 사시도를 도시한다.
도 16f는 셔터가 개방 위치에 있고 반면에 대응 슬라이드 가능한 덮개가 폐쇄 위치에 있는 열 사이클러 모듈의 부분의 내부 측면도를 도시한다.
도 16g는 셔터가 폐쇄 위치에 있고, 반면에 대응 슬라이드 가능한 덮개가 개방 위치에 있는 열 사이클러 모듈의 부분의 내부 측면도를 도시한다.
도 16ha은 슬라이드 가능한 덮개의 내부 구성 요소의 부분 내부 사시도를 도시한다.
도 16hb는 슬라이드 가능한 덮개의 내부 구성 요소의 측면 사시도를 도시한다.
도 16ia는 슬라이드 가능 덮개가 폐쇄 위치에 있는 열 사이클러 모듈 내의 슬라이드 가능 덮개의 측단면도를 도시한다.
도 16ib는 슬라이드 가능 덮개가 개방 위치에 있는 열 사이클러 모듈 내의 슬라이드 가능 덮개의 측단면도를 도시한다.
도 16j 내지 도 16m은 슬라이드 가능한 덮개를 조작하도록 구성된 파지 특징부를 도시한다.
도 16n은 열 블록 아래의 위치에서 여기 광학 조립체의 측단면도를 도시한다.
도 16o는 열 블록의 측면 사시도를 도시한다.
도 16p는 열 블록의 평면도를 도시한다.
도 16q는 이들이 방출 및 여기 광학 조립체를 유지할 때 방출 및 여기 광학 스프링 래치의 측단면도를 도시한다.
도 17a는 열 사이클러 모듈의 몇몇 구성 요소의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 17b는 상이한 열 사이클러로부터 온도 신호 대 시간의 그래프를 도시한다.
도 17c는 상이한 열 사이클러에 대한 온도 신호 대 시간의 다른 그래프를 도시한다.
도 17d는 본 발명의 실시예에 따른 방법을 도시하는 플로차트를 도시한다.
도 17e는 캘리브레이션된 전압 신호에 응답하여 생성된 온도 신호의 예를 도시한다.
도 18a는 검출 광학 블록 다이어그램을 도시한다.
도 18b는 검출 광학 광 경로를 도시한다.
도 18c는 검출 광학 조립체를 도시한다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 방법이 도시된 프로세스 흐름도를 도시한다.
도 20a는 카트리지 가열기의 실시예를 도시한다.
도 20b는 카트리지 가열기의 실시예의 섹션을 도시한다.
도 20c는 개방 위치에서 카트리지 가열기의 실시예를 도시한다.
도 20d는 폐쇄 위치에서 카트리지 가열기의 실시예를 도시한다.
도 20e는 카트리지 가열기의 실시예의 섹션을 도시한다.
도 20f는 카트리지 가열기의 구성 요소를 도시한다.
도 20g는 카트리지 가열기와 함께 사용될 수 있는 분석물 카트리지의 실시예를 도시한다.
도 20h는 본 발명의 실시예에 따른 기구의 구성 요소의 레이아웃의 평면도를 도시한다.
도 20i는 카트리지 스와핑 프로세스의 실시예를 도시한다.
도 20j는 래인 가열기를 갖는 래인의 실시예를 도시한다.
도 20k는 래인 가열기를 갖는 래인의 실시예의 섹션을 도시한다.
도 21은 범용 컴퓨터 장치의 부분을 도시하는 다이어그램을 도시한다.
PCR 또는 "중합 연쇄 반응"은 효소 복제(enzymatic replication)에 이어서 DNA 듀플렉스의 변성 및 새로운 DNA 듀플렉스의 형성의 반복된 사이클을 통해 DNA를 증폭하는데 사용된 방법을 칭한다. DNA 듀플렉스의 변성 및 재생은 DNA 증폭 반응 혼합물의 온도를 변경함으로써 수행될 수 있다. 실시간 PCR은 반응에서 증폭된 DNA의 양에 관련된 신호가 증폭 프로세스 중에 모니터링되는 PCR 프로세스를 칭한다. 이 신호는 종종 형광성이다. 그러나, 다른 검출 방법이 가능하다. 예시적인 실시예에서, PCR 서브시스템은 준비된 밀봉된 반응 용기를 취하고 완전한 실시간 중합 연쇄 반응 분석을 수행하여, 샘플을 다수회 열 사이클링하고 각각의 사이클에서 방출된 형광광의 강도를 보고한다.
"준비 위치"는 분석을 위한 샘플을 준비할 수 있는 임의의 적합한 위치 또는 위치의 조합을 포함할 수 있다. 준비 위치는 샘플 준비 유닛, 샘플 피펫터 및 다양한 프로세싱 래인 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
"카트리지 가이드"는 분석물 카트리지를 안내하기 위한 임의의 적합한 구조체를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 이는 선형 경로 내에서 분석물 카트리지를 안내하기 위해 일반적으로 선형 구조체를 포함할 수 있다.
"분석 위치"는 샘플이 분석되는 임의의 적합한 위치 또는 위치의 조합을 칭할 수 있다.
"프로세싱 위치"는 샘플이 프로세싱되는 위치일 수 있다. 프로세싱 위치는 준비 위치 내에 있을 수 있다. 예를 들어, 프로세싱 위치는 샘플을 프로세싱할 수 있는 복수의 프로세싱 래인을 가질 수 있다.
"시약 저장 유닛"은 시약을 저장하도록 구성된 유닛을 칭할 수도 있다.
"시약 팩"은 시약을 저장할 수 있는 임의의 적합한 컨테이너를 포함할 수도 있다. 시약 팩의 예는 하나 이상의 대형 시약 리셉터클과, 하나 이상의 비교적 소형 시약 리셉터클, 뿐만 아니라 취급 및 자동화를 용이하게 하는 특징부를 포함하는 다수의 시약 리셉터클을 포함하도록 형성된 일반적으로 직사각형의 가늘고 긴 본체를 포함할 수 있다.
"프로세서"는 데이터를 프로세싱하는데 사용될 수 있는 임의의 적합한 데이터 프로세싱 디바이스를 포함할 수도 있다. 이러한 프로세서는 데이터를 프로세싱하고 명령을 제공하도록 함께 작동하는 하나 이상의 마이크로프로세서를 포함할 수도 있다.
"제어기"는 또한 데이터를 프로세싱하거나 제어 기능을 제공하는데 사용될 수 있는 데이터 프로세싱 디바이스일 수도 있다. 제어기는 하나 이상의 마이크로프로세서를 포함할 수도 있고, 또는 이는 몇몇 실시예에서 범용 컴퓨터일 수 있다.
A. 전체 시스템 레이아웃
본 발명의 실시예에 따른 핵산의 결정을 위한 자동화 기구가 도면 부호 100으로 지시되어 도 1a에 도시된다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 기구의 일 실시예는 도시된 바와 같이 정면, 후면, 좌측면 및 우측면을 규정하는 면들을 갖는 일반적으로 직사각형 하우징(102)을 포함한다. 자동화 기구는 단일의 포위된 시스템일 수 있고, 조작자가 분석을 위한 샘플 및 샘플을 프로세싱하는데 사용을 위한 소모품을 추가하게 하기 위해 즉시 액세스 가능한 영역(110)을 포함하는 수평 작업 데크를 포함할 수 있다. 이 자동화 기구는 데이터 입력 디바이스(106) 및 디스플레이(108)를 또한 포함한다. 본 발명의 실시예는 샘플 내의 특정 핵산 서열을 결정하기 위한 완전 자동화 랜덤 액세스 시스템을 포함한다. 시스템은 다양한 분석, 반응 부위 및 이송 디바이스의 성능을 위한 필수 시약을 구비하는 소모품을 포함한다. 소모품을 위한 충분한 저장 공간이 시스템 상에 제공되어 시스템이 연장된 시간 동안 최소 조작자 개입을 갖고 실행될 수 있게 한다.
시스템은 2개의 기능, 즉 샘플 매트릭스로부터의 핵산의 단리의 형태의 샘플 준비 및 이들 단리된 핵산 내의 특정 서열의 검출을 조합할 수 있다. 이를 위해, 시스템은 적어도 2개의 별개의 기능 영역, 즉 소모품을 사용하여 샘플을 프로세싱하기 위한 기구를 포함하는 기능 영역 및 핵산 증폭 및 검출을 위한 기구 및 시약을 포함하는 제2 기능 영역을 가질 수 있다. 시스템은 샘플을 위한 홀더, 폐기물을 위한 컨테이너 및 전력 및 정보를 위한 접속부를 또한 포함한다. 이들은 단일 유닛 내에 통합되어 샘플 취급, 핵산 단리 및 증폭 및 검출의 주 기능과, 이에 추가하여 공급 및 소모품 관리, 정보 관리 및 유지 보수의 지원 기능을 수행하는 시스템을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 스케쥴링 탄력성을 유지하면서 샘플 처리량을 지원하기 위해, 시스템의 샘플 준비부는 시스템의 검출부가 병렬로 증폭 및 검출을 수행하는 동안 이들 샘플이 시스템에 진입할 때 순차적인 방식으로 샘플을 프로세싱한다.
이들 기능을 단일의 고도로 자동화된 자급식 시스템에 조합하는 것은 임상 실험실의 작업 흐름 내로의 분자 진단의 끊김 없는 통합을 제공한다. 다른 목적은 핵산 결정의 모든 단계를 수행하여 사용자 개입 없이 임상적으로 허용 가능한 결과를 생성하는 것이다. 시스템은 유리하게는 시스템에 의해 부여되는 샘플 또는 분석물에 대한 제약 없이, 사용자가 이들 샘플이 이용 가능해질 때 샘플을 로딩하게 하고 환자 및 이들의 외과의사의 요구에 의해 지시된 바와 같이 이들 샘플에 대한 결정을 수행하게 한다.
도 1b는 기본 구조 및 기능 모듈을 명료화하기 위해 몇몇 구성 요소가 제거되어 있는 상부로부터 도 1a의 실시예의 평면도를 도시한다. 도 1b는 샘플 분석이 발생할 수 있는 분석 위치(96)와, 샘플이 분석을 위해 준비될 수 있는 준비 위치(98)를 포함하는 3개의 별개의 위치를 또한 도시한다. 도 1b는 샘플 분석이 발생할 수 있는 분석 위치(96), 샘플이 분석을 위해 준비될 수 있는 준비 위치(98) 및 준비 및 분석 물질이 저장될 수 있는 물질 저장 위치(92)를 포함하는 3개의 별개의 위치를 또한 도시한다. 3개의 도시된 위치는 서로 인접될 수 있다.
도 1b에 도시된 시스템은 제1 격실 및 제2 격실을 포함하는 분석물 카트리지에 카트리지 가이드를 제공하는 단계, 준비 위치에 제1 피펫터를 사용하여 분석물 카트리지 내의 제1 격실로부터 제2 격실로 제1 시약을 이송하는 단계 및 제2 피펫터를 사용하여 시약 저장 유닛 내에 또는 물질 저장 위치 내의 시약 팩으로부터 제2 격실로 제2 시약을 이송하는 단계를 포함하는 방법을 포함하는 다양한 방법을 수행하는데 사용될 수 있다.
시스템은 샘플을 로딩하기 위한 샘플 제시 유닛(110), 샘플을 이송하기 위한 샘플 피펫터(70), 1회용 분석물 카트리지를 시스템 상에 로딩하기 위한 카트리지 로딩 유닛(112), 시약을 저장하기 위한 시약 저장 유닛(10), 샘플을 프로세싱하기 위한 프로세싱 래인(116)의 세트, 분석물 카트리지를 이송하기 위한 이송 셔틀(50), 물질을 이송하기 위한 XYZ 반송 디바이스(40), 1회용 피펫팁을 저장하기 위한 마이크로팁 저장 유닛(20), 증폭을 위한 열 사이클러 모듈(30)의 집합 및 검출 반응으로부터 생성물의 검출을 위한 광학 검출기(도시 생략)를 포함할 수 있는 기구를 포함할 수도 있다. XYZ 반송 디바이스(40)는 XYZ 받침대(gantry), 뿐만 아니라 XYZ 피펫터를 포함할 수도 있다. 프로세싱 래인은 준비 위치(98)에 제시될 수도 있다.
받침대는 다수의 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 받침대는 제2 격실로부터 용기 플러그를 제거하기 위해 맨드릴을 위치시키고, 제1 격실 내의 용기 베이스에 용기 플러그를 정합하기 위해 맨드릴을 위치시키고, 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 덮개를 이동시키기 위해 액추에이터를 위치시키고, 블록 내에 증폭 용기를 설치하기 위해 맨드릴을 위치시키고, 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 덮개를 이동시키기 위해 액추에이터를 위치시키도록 구성될 수 있다.
시스템은 생물학적 또는 환자 샘플로부터 핵산 추출 및 정화를 위해 요구되는 작동 단계들을 수행하는 프로세싱 래인(116)을 포함할 수 있다. 각각의 프로세싱 래인(116)은 분석물 카트리지(200)를 수용할 수 있다. 시스템이 선형으로 배열된 분석물 카트리지(200)를 사용할 때, 각각의 프로세싱 래인은 분석물 카트리지의 장축에 대해 선형으로 연장될 수도 있다. 이러한 프로세싱 래인(116)은 분석물 카트리지(200)의 치수를 반영할 수도 있어, 분석물 카트리지를 배향해야 하는 요구를 감소시키고 시스템이 공간 효율적인 병렬 방식으로 다수의 프로세싱 래인을 패키징하는 것을 허용한다. 몇몇 실시예에서, 시스템은 적어도 몇몇 프로토콜에서 이들의 사용 순서에 근접한 순서로 물리적으로 배열된 프로세싱 래인을 포함한다. 이는 유리하게는 시스템이 프로세싱 래인들 사이에서 분석물 카트리지를 이송해야 하는 거리 및 시간을 최소화한다. 대안적으로, 시스템은 함께 그룹화된 유사한 기능을 갖는 프로세싱 래인을 포함할 수도 있다. 이는 유리하게는 예를 들어 세척과 같은 반복적인 기능을 수행하는데 소비된 시간을 최소화한다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 시스템은 상이한 프로세싱 단계에 적절한 기능을 지원하는 상이한 유형의 프로세싱 래인을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 시스템은 몇몇 래인 유형의 다수의 복제본을 포함하여, 다수의 분석물 카트리지(200)의 병렬 프로세싱을 허용한다. 프로세싱 래인 유형의 예는 카트리지 로딩 래인[116(f)], 이송 래인(50), 가열된 온도 안정화 래인[116(j)], 세척 래인[116(a), 116(b)], 용출(elution) 래인[116(e)], 증폭 준비 래인[116(g)] 및 폐기물 래인[116(c)]을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 시스템은 이하의 순서로 13개의 프로세싱 래인을 포함한다.
래인 위치 래인 유형
1 증폭 준비 래인
2 카트리지 로딩 래인
3 용출 래인
4 폐기물 래인
5 가열된 온도 안정화 래인
6 주위 온도 안정화 래인
7 주위 온도 안정화 래인
8 세척 래인
9 세척 래인
10 세척 래인
11 세척 래인
12 세척 래인
13 세척 래인
제1 래인 위치는 기구의 중심 부근에 있을 수 있고, 연속적인 래인은 전방으로부터 볼 때 시스템의 우측을 향해 넘버링되어 있다. 연속적인 래인 위치는 이전의 래인 위치에 인접하여 배치될 수도 있다. 대안적으로, 시스템은 각각의 프로세싱 단계를 수행하는데 요구된 모든 프로세싱 도구를 개별적으로 구비하는 하나 이상의 프로세싱 래인을 구비할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 기구는 연구실의 중앙 위치로부터 샘플의 자동화 전달을 위해 연구실 자동화 디바이스(80)에 연결하기 위한 영역을 포함한다. 통상의 기구 프레임워크는 이들 모듈에 물리적 및 작동적 지원을 제공한다. 프레임워크는 전기 전원과, 팬, 송풍기, 기류를 유도하기 위한 덕트 및 공기 필터와 같은 기류 제어 구성 요소와, 디스플레이, 하나 이상의 제어 컴퓨터, 배선 및 다른 상호 접속부와 같은 제어 구성 요소를 포함하는 지원 구성 요소를 제공한다. 이하의 섹션은 각각의 기본 구조 및 기능 모듈을 더 상세히 설명한다.
도 1c는 명료화를 위해 몇몇 구성 요소가 제거되어 있는 기구의 실시예의 상세 평면도를 도시한다. 도 1a 내지 도 1c에 도시된 구성 요소가 이하에 더 상세히 설명된다.
본 발명의 실시예에 따른 시스템은 샘플을 프로세싱하기 위한 준비 위치(98)를 포함할 수 있다. 준비 위치(98)는 샘플 준비가 발생할 수도 있는 임의의 적합한 위치일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 준비 위치는 전방을 향할 때 기구의 우측에서 발견된다.
준비 위치(98)는 샘플이 시스템 상에 로딩되는 샘플 제시 유닛(110), 샘플 준비가 발생하는 프로세싱 래인(116)의 세트 및 프로세싱을 위해 분석물 카트리지로의 샘플의 이송을 위한 샘플 피펫터(70)를 포함할 수 있다. 분석물 카트리지는 카트리지 가이드(이하에 더 상세히 설명됨)를 사용하여 시스템 및 준비 위치(98)에 이송될 수 있다. 샘플은 제1 격실 및 제2 격실을 포함하는 1회용 분석물 카트리지 내의 증폭을 위해 준비된다. 몇몇 실시예에서, 제2 격실은 반응 우물일 수도 있고, 제1 격실은 소형, 중간 또는 대형 시약 우물일 수도 있다. 프로세싱 래인(116)은 분석물 카트리지를 보유하고, 가온하고, 안내하기 위한 특징부와, 적어도 제1 격실로부터 제2 격실로 액체를 이송하도록 구성된 제1 피펫터를 포함할 수 있다.
시스템은 적어도 하나의 시약 팩을 저장하도록 구성된 시약 저장 유닛(10)을 또한 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 시약 저장 유닛은 PCR 프로세스를 수행하기 위한 시약을 저장하기 위한 복수의 시약 팩을 포함한다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 시약 저장 유닛(10) 및 마이크로팁 래크(120)는 물질 저장 위치(92)에 있을 수 있다. 제2 피펫터(도시 생략)는 XYZ 반송 디바이스(40)와 연관될 수 있고, 시스템을 위한 중앙 제어기(94)의 방향 하에서 시약 저장 유닛(124)과 물질 저장 위치(92) 사이에서 이동하도록 배치될 수 있다.
중앙 제어기(94)는 시스템 내의 다양한 서브-제어기에 명령을 제공함으로써 본 명세서에 설명된 임의의 구성 요소의 작동을 지시할 수 있다. 중앙 제어기(94)는 도 20(컴퓨터 장치를 설명함)에 도시된 임의의 구성 요소를 포함할 수 있다.
중앙 제어기(94)는 제1 피펫터 및 제2 피펫터에 작동적으로 결합될 수 있고 분석물 카트리지의 제1 격실(예를 들어, 소형, 중간 또는 대형 반응 우물)로부터 제2 격실로 제1 시약을 이송하도록 제1 피펫터에 지시하고 시약 팩으로부터 제2 격실(예를 들어, 반응 우물)로 제2 시약을 이송하도록 제2 피펫터에 지시하도록 구성된다. 제1 및 제2 시약(예를 들어, 세척 유체, 버퍼 등)의 적합한 예가 이하에 제공된다. 제1 피펫터 및 제2 피펫터의 사용은 유리하게는 대체적 피펫터를 사용하여 소체적을 이송하려는 시도에 기인하는 부정확성의 위험 및 소체적 피펫터를 사용하는 반복된 분배를 통해 대체적을 전달하려는 시도에 기인하는 부정확성의 위험을 회피함으로써, 시스템이 대체적 및 소체적의 모두를 분석물 카트리지에 신속하고 정확하게 분배할 수 있게 허용한다. 이 작동적 탄력성은 비교적 대형 샘플 체적의 프로세싱 및 농후 시약을 저장하는 콤팩트한 시약 팩의 사용의 모두를 지원한다.
샘플 준비의 완료 후에, 처리된 샘플과 부가의 시약이 시스템의 검출 및 증폭부로 이송된다. 시스템의 검출 및 증폭부는 분석 위치(96)에 있을 수도 있다. 분석 위치(96)는 열 사이클러와 같은 복수의 분석 또는 분석적 유닛을 포함할 수 있고, 시스템 내의 임의의 적합한 위치에 위치될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 분석 위치(96)는 전방을 향할 때 시스템의 좌측에서 발견된다. 이 위치는 시스템의 준비부와 증폭 및 검출부 사이의 거리를 최대화한다. 이는 수리를 위한 용이한 액세스를 허용하면서, 이들에 한정되는 것은 아니지만 유도된 기류, 초음파 광 및 격벽 또는 필터와 같은 물리적 배리어를 포함하는 오염물을 감소시키기 위한 배리어의 도입을 허용한다. 다른 실시예에서, 시스템의 검출 및 증폭부는 작업 데크 아래에서 기구 하우징 내에 봉입될 수 있다.
도 1c에 도시된 실시예에서, 증폭 및 검출은 열 사이클러 모듈(30)의 뱅크(bank)에 의해 제공된다. 뱅크(30) 내의 열 사이클러 모듈은 샘플을 독립적으로 그러나 동시에 프로세싱할 수도 있고, 각각의 열 사이클러 모듈은 동시에 하나의 샘플을 프로세싱한다. 뱅크(30) 내의 열 사이클러 모듈 내의 프로세싱의 스케쥴링은 상이한 열 사이클러들 사이의 마모도를 평형화하도록 균형화될 수 있다. 하나 이상의 열 사이클러 모듈은 정상 작동을 위해 필요한 것들 이외의 부가의 모듈이 요구되는 상황에서 사용을 위해 확보될 수도 있다. 이러한 전형적이지 않은 상황의 예는 열 사이클러 모듈의 고장 및 긴급 또는 STAT 샘플의 프로세싱을 포함한다. 이들 열 사이클러 모듈의 수는 시스템의 원하는 처리량을 위해 최적화되는 본 발명의 상이한 실시예들 사이에서 다양할 수 있다.
증폭 생성물과 샘플 사이의 오염의 가능성 및 랜덤 액세스 프로세싱을 위한 요구는 시스템 작동을 위해 중추적인 소모품의 사용을 행한다. 몇몇 실시예에서, 시스템 소모품은 선택된 시약의 저장 및 샘플로부터 핵산의 단리 및 정화에 사용된 분석물 카트리지와, 증폭 및 검출을 위한 반응 용기와, 선택된 시약을 저장하기 위한 시약 팩과, 대체적 피펫팅 작동을 위한 밀리팁과, 소체적 피펫팅 작동을 위한 마이크로팁과, 마이크로팁을 보유하기 위한 마이크로팁 래크를 포함한다.
도 1d에 도시된 바와 같이, 시스템은 소비된 소모품을 위한 저장 영역을 제공한다. 이들 저장 영역은 저장된 폐기물로부터 오염을 위한 기회를 감소시키기 위해 작업 데크 아래에 있을 수도 있다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 폐기물 액체는 지정된 액체 폐기물 컨테이너(94) 내에 저장될 수도 있다. 유사하게, 고체 폐기물은 지정된 고체 폐기물 컨테이너(92) 내의 시스템 상에 일시적으로 저장될 수도 있다. 폐기물 컨테이너는 시스템의 하부 부분 내의 봉입된 캐비넷 내에 유지될 수도 있다. 이들 캐비넷은 폐기물 컨테이너로부터의 에어로졸 및 미립자가 시스템의 작업 데크에 도달하는 것을 방지하기 위해 부압에서 유지될 수도 있고, 사용자가 폐기물 컨테이너를 비우게 하기 위해 적절하게 액세스될 수도 있다. 폐기물 저장 영역은 자외광 소스를 포함하는 부주의한 방출 후에 오염물을 비활성화하기 위한 메커니즘을 또한 포함할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예는 제1 피펫터 및 제2 피펫터, 뿐만 아니라 제1 피펫터 및 제2 피펫터에 작동적으로 결합된 제어기를 포함하는 시스템에 관한 것일 수 있다. 제어기는 분석물 카트리지 내의 제1 격실로부터 또는 시약 저장 유닛 내의 시약 팩으로부터 분석물 카트리지 내의 반응 용기로 유체를 이송하도록 제1 피펫터에 지시하고, 분석물 카트리지로부터 반응 용기를 제거하기 위해 제2 피펫터에 지시하도록 구성된다. 시스템에서, 제1 격실 및 제2 격실을 포함하는 분석물 카트리지는 카트리지 가이드로 안내될 수 있고, 유체(프로세싱된 샘플)는 제1 피펫터를 사용하여 제1 격실(반응 우물일 수 있음)로부터 또는 시약 저장 유닛 내의 시약 팩으로부터 분석물 카트리지 내의 반응 우물로 이송된다. 반응 용기는 이어서 분석물 카트리지로부터 제거되고, 이어서 제2 피펫터를 사용하여 열 사이클러 모듈로 이송된다. 제1 피펫터는 밀리팁 피펫터일 수 있고, 제2 피펫터는 마이크로팁 피펫터일 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에 관한 다른 적합한 상세가 이하에서 발견될 수 있다.
제2 피펫터는 유리하게는 유체를 이송하는 것 뿐만 아니라 시스템 내의 반응 용기를 이동시키는 것을 포함하는 다수의 용도를 가질 수 있다. 개별 디바이스가 이들 및 다른 기능을 수행하도록 요구되지 않기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 시스템은 콤팩트하고 다른 유형의 시스템보다 덜 복잡할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 샘플 내의 핵산의 존재를 검출하기 위한 것일 수 있는 시스템에 관한 것이다. 시스템은 복수의 분석물 카트리지를 수용하기 위한 카트리지 로딩 유닛(112)을 포함할 수도 있다. 카트리지 로딩 유닛(112)은 복수의 분석물 카트리지를 지지하기 위한 저장 위치, 저장 위치에 결합된 로딩 래인 및 저장 위치 및 로딩 래인에 결합되고 저장 위치로부터 로딩 래인으로 분석물 카트리지를 이동하도록 구성된 로딩 반송부를 포함할 수 있다. 시스템은 분석물 카트리지를 프로세싱하기 위한 복수의 프로세싱 래인[예를 들어, 116(a), 116(b), 116(c), 116(e), 116(g) 등]으로서, 각각의 프로세싱 래인은 분석물 카트리지 상에 작동하도록 구성되는 복수의 프로세싱 래인과, 로딩 래인과 복수의 프로세싱 래인 중에 분석물 카트리지를 이동시키기 위한 셔틀(50)로서, 셔틀은 로딩 래인[116(f)]과 정렬하여 그리고 복수의 프로세싱 래인의 각각과 정렬하여 위치 설정 가능한 셔틀과, 로딩 반송부, 셔틀(50) 및 복수의 프로세싱 래인에 작동적으로 결합된 제어기(94)를 또한 포함할 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 프로세싱 래인[예를 들어, 116(a), 116(b), 116(c), 116(e), 116(g) 등] 및 로딩 래인[116(f)]은 서로 평행하고, 이들은 모두 이송 셔틀(50)의 이동 경로에 수직이다.
이 실시예에서, 시스템을 사용하기 위한 방법은 카트리지 로딩 유닛 내의 저장 위치로 복수의 분석물 카트리지를 로딩하는 단계, 로딩 반송부를 사용하여 로딩 래인에 분석물 카트리지를 이동하는 단계, 셔틀에 분석물 카트리지를 이동하는 단계 및 복수의 프로세싱 래인 중 하나에 분석물 카트리지를 이동하는 단계를 포함할 수도 있고, 각각의 프로세싱 래인은 상이한 프로세스를 사용하여 분석물 카트리지를 프로세싱하도록 구성된다.
분석물 카트리지 반송 셔틀을 갖는 로딩 래인 및 다양한 프로세싱 래인의 특정 배열은 다수의 장점을 제공한다. 본 발명의 실시예에서, 분석물 카트리지는 특정 프로토콜에 대해 요구되는 바와 같이 다양한 액세스 래인에 액세스할 수 있는 이송 셔틀에 제공될 수 있다. 이는 콤팩트한 시스템을 제공하면서 프로세싱의 탄력성을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 샘플을 프로세싱하기 위한 준비 위치(98), 프로세싱된 샘플을 수납하기 위한 반응 용기, 프로세싱된 샘플을 특징화하기 위한 분석 위치(96) 및 준비 위치와 분석 위치 사이로 반응 용기를 이송하기 위한 반송 디바이스를 포함하는 시스템에 관한 것일 수 있다. 반송 디바이스의 예는 XYZ 반송 디바이스(40)일 수 있다. 시스템은 준비 래인(98) 내의 복수의 동일하지 않은 프로세싱 래인(116)으로서, 상이한 프로세싱 기능을 수행하도록 구성된 프로세싱 래인(116)과, 분석 위치의 복수의 동일한 분석 유닛을 또한 포함할 수도 있다. 분석 유닛은 이하에 더 상세히 설명되는 열 사이클러 모듈을 포함할 수도 있다.
이 특정 시스템 배열은 양호한 처리량을 제공하면서 프로세싱의 탄력성을 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 샘플 내의 핵산의 존재를 결정하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 시스템은 분석물 카트리지 내의 샘플 상에 작업을 수행하도록 구성된 제1 프로세싱 래인, 제1 프로세싱 래인 내외로 분석물 카트리지를 이동시키도록 구성된 이송 셔틀(50) 및 시스템의 작동을 지시하기 위한 제어기(94)를 포함한다. 제1 프로세싱 래인은 도 1b에 도시된 임의의 설명된 프로세싱 래인(116)일 것이다. 제어기(94)는 제1 프로세싱 래인 및 이송 셔틀(50)에 작동적으로 결합될 수 있고, 제1 프로토콜 및 제2 프로토콜을 실행하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 프로토콜은 임의의 적합한 수 또는 유형의 프로세싱 단계를 수반할 수 있고, 여기서 제1 프로세싱 래인은 양 프로토콜에 사용되고, 2개의 프로토콜 프로세스는 상이한 분석물 카트리지 내의 상이한 샘플을 프로세싱한다.
제어기(94)는 제1 프로토콜을 실행할 때에, 이송 셔틀(50)이 제1 프로세싱 래인 내로 제1 분석물 카트리지를 이동시키도록 지시하고, 고정된 간격 후에 이송 셔틀이 제1 프로세싱 래인 외부로 제1 분석물 카트리지를 이동시키도록 지시하고, 고정된 간격 내에 제1 프로세싱 래인이 제1 작동 시퀀스를 실행하도록 지시한다. 고정된 간격은 임의의 적합한 양의 시간을 포함할 수도 있다. 제어기(94)는 제2 프로토콜을 실행할 때에, 이송 셔틀(50)이 제1 프로세싱 래인 내로 제2 분석물 카트리지를 이동시키도록 지시하고, 고정된 간격 후에 이송 셔틀이 제1 프로세싱 래인 외부로 제2 분석물 카트리지를 이동시키도록 지시하고, 제1 프로세싱 래인이 제2 작동 시퀀스를 실행하도록 지시한다.
제1 작동 시퀀스는 제2 작동 시퀀스와는 상이할 수 있다. 제1 및 제2 프로토콜 및 이들의 작동 시퀀스들은 임의의 적합한 방식으로 상이할 수도 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 프로토콜은 공통 프로세싱 단계를 포함할 수도 있지만, 프로세싱 기간 또는 프로세싱에 사용된 파라미터에 따라 상이할 수도 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 2개의 상이한 프로토콜은 유사한 프로세싱 단계를 가질 수도 있지만, 프로세싱 단계는 상이한 온도에서 그리고/또는 상이한 시간 기간 동안 수행되기 때문에 상이할 수도 있다. 다른 예에서, 2개의 프로토콜은 유사한 단계를 가질 수도 있지만, 이들은 상이한 순서로 수행될 수도 있다. 예를 들어, 제1 프로토콜은 이 순서로 수행되는 단계 A, B 및 C를 포함할 수도 있다. 제2 프로토콜은 이 순서로 수행되는 단계 B, A 및 C를 포함할 수도 있다. 마지막으로, 또 다른 예에서, 상이한 프로토콜은 상이한 세트의 단계를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제1 프로토콜은 단계 A, B, C 및 D를 포함할 수도 있고, 제2 프로토콜은 단계 B, D, E, F 및 G를 포함할 수도 있다.
B. 샘플 제시 유닛
도 2a는 샘플 제시 유닛의 실시예의 사시도를 도시한다.
도 2b는 푸셔 캐리지의 실시예를 도시한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 샘플 제시 유닛(110)은 시스템 상에 분석될 샘플의 취급에 관련된 다수의 기능을 가질 수 있다. 샘플 제시 유닛(110)은 사용자와 기구 사이의 버퍼로서 작용할 수도 있어, 이들이 기구에 의해 활발하게 프로세싱되지 않을 때 샘플의 저장을 위한 유지 영역을 제공한다. 샘플 제시 유닛(110)은 샘플 또는 샘플로부터 채취한 체적을 제시하기 위한 메커니즘을 또한 제공할 수도 있다. 사용자는 이들이 연구실에서 이용 가능하게 됨에 따라 샘플 제시 유닛(110) 상에 샘플을 배치할 수도 있고, 기구는 이후에 그 프로세스가 요구함에 따라 로딩된 샘플에 액세스할 수도 있다. 이 버퍼링 메커니즘은 유리하게는 시스템의 스케쥴링된 타이밍 요구와 함께 시험을 요구하는 샘플의 본질적으로 랜덤 외관을 통합함으로써 연구실 작업 흐름 내에 시스템을 합체한다.
샘플 제시 유닛(110)의 일 실시예는 샘플 홀더(616) 내에 제시된 샘플을 프로세싱한다. 샘플 제시 유닛(110)은 다른 구성 요소들 중에서도, 샘플 베이스(602), 입력 대기열(628), 출력 대기열(640), 제시 캐리지(634) 및 샘플 바코드 판독기(622)를 포함할 수도 있다. 샘플 제시 유닛(110)은 출력 대기열(640)로부터 입력 대기열(628)로 재차 샘플을 경로 안내하기 위한 샘플 복귀 래인을 포함할 수도 있다. 이 배열은 리플렉스(reflex) 시험으로서 또한 알려진 초기 시험의 결과에 응답하여 시스템에 의해 지정된 바와 같은 특정 샘플의 2차 시험을 지원한다. 이러한 2차 시험은 초기 시험(예를 들어, 반복된 에러 조건에 응답하여) 또는 상이한 시험의 반복일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 샘플 제시 유닛은 시스템 상에 샘플을 배치하기 전에 샘플 정보를 기록하기 위한 바코드 판독기를 포함할 수도 있다. 이러한 바코드 판독기는 휴대형 유닛일 수도 있다. 대안 실시예에서, 샘플 제시 유닛은 수직 배열을 가질 수도 있고, 입력 및 출력 대기열은 분석을 위해 시스템 내로 그리고 제거를 위해 시스템 외부로 각각 샘플을 전달하는 엘리베이터 조립체로 구성된다.
몇몇 실시예에서, 샘플 제시 유닛(110)은 샘플 튜브의 형태의 다양한 컨테이너 내에 샘플을 수용할 수도 있다. 샘플 튜브는 크기에 의해, 샘플의 유형에 의해 또는 몇몇 다른 속성 및 속성의 몇몇 조합에 의해 상이한 다수의 상이한 유형일 수도 있다. 샘플 튜브의 예는 1차 혈액 수집 튜브, 면봉 수집 튜브, 면봉 배양 튜브, 1차 튜브로부터 분취되는(aliquoted) 샘플을 포함하는 2차 컵 및 튜브이다. 이들 샘플 튜브 내에 제시된 이들 샘플은 이들에 한정되는 것은 아니지만, 혈청, 혈장, 척수액, 타액, 소변, 조직 샘플 및 대변 표본을 포함할 수도 있다. 샘플은 시스템에 제시에 앞서 표본의 프로세싱에 의해 생성된 정화된 또는 부분적으로 정화된 물질을 또한 포함할 수도 있다. 샘플에 추가하여, 샘플 튜브는 또한 상처 및 다른 시험 영역으로부터 표면 샘플을 채취하는데 이용된 면봉 및 다른 샘플 수집 디바이스를 포함할 수도 있다. 이러한 샘플 튜브는 그로부터 샘플이 기원되는 환자, 샘플 유형, 수행될 시험 또는 다른 정보를 지정하는 바코드 또는 다른 머신 판독 가능 표식(indicia)을 포함할 수도 있다. 이 정보는 시스템 상으로의 샘플의 로딩에 앞서 또는 로딩 후에 적합한 판독기를 경유하여 시스템 내에 입력될 수도 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 사용자는 개별 튜브로서 시스템 상에 샘플을 로딩한다. 다른 실시예에서, 사용자는 샘플 홀더(616) 내에 유지된 개별 튜브로서 시스템 상에 샘플을 로딩할 수도 있다.
샘플 홀더(616)는 복수의 샘플 튜브를 수용할 수도 있다. 이는 유리하게는 각각의 작업이 다수의 샘플을 수반할 수도 있기 때문에 요구되는 로딩 및 언로딩 작업의 수를 감소시킴으로써 사용자 노력을 감소시킨다. 샘플 홀더(616)의 사용은 부가적으로 샘플 홀더(616)가 자립식일 수도 있고, 반면에 개별 샘플 튜브는 통상적으로 그렇지 않기 때문에 시스템을 작동시키는데 요구되는 사용자 주의의 레벨을 감소시킨다. 이는 우발적인 엎지름을 방지하는데 유용하고, 이러한 것은 오염의 기회를 감소시키고 샘플 완전성을 보존한다. 게다가, 혈장 또는 혈청으로부터 세포를 분리하기 위해 처리된 전혈 튜브와 같은 몇몇 샘플은 기울어짐 또는 낙하가 내용물을 재혼합하면 잘못된 결과를 생성할 수도 있다.
샘플 홀더(616)는 디스크, 링, 섹터 또는 선형 래크를 포함하는 임의의 다양한 형태일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 샘플 홀더(616)는 패킹 밀도를 최대화하기 위해 일 단부에 지지 탭을 갖는 선형 래크이다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 샘플 홀더(616)는 도 2a에 도시된 것과 같은 4개의 샘플 튜브를 유지하는 선형 래크의 형태이다. 사용자는 한 손으로 이들 샘플 홀더(616)를 용이하게 조작할 수 있고, 특정화된 원심 분리 회전자가 이러한 샘플 홀더(616) 내에 유지되는 동안 샘플 튜브의 원심 분리를 허용한다. 대안 실시예에서, 샘플 홀더는 다수의 샘플 홀더를 지지하는 래크 내에 유지되는 동안 샘플 제시 유닛 내에 로딩될 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 샘플 홀더는 다수의 래크를 함께 연결하는 디바이스 내에 유지되는 동안 샘플 제시 유닛 내로 로딩될 수도 있다. 다른 실시예에서, 분석물 카트리지(200)는 샘플 튜브를 지지하는 특징부를 포함할 수도 있어, 이에 의해 단일 위치 샘플 튜브 홀더로서 또한 기능한다.
샘플 베이스(602)는 샘플 제시 유닛(110)의 다른 구성 요소를 위한 연결점을 지지하고 제공할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 샘플 베이스(602)는 샘플 제시 유닛(110)의 다른 구성 요소 아래에 수평으로 배치된 본질적으로 평면형 표면이다. 샘플 베이스(602)는 샘플 제시 유닛(110)의 저부를 형성할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 샘플 베이스(602)는 "T-형상"이고, 비교적 좁은 스템(626)이 더 넓은 크로스바아(608)의 중간점 부근에서 그에 수직으로 연결된다. 이 스템(626)은 제시 트랙(624)과 제시 트랙(624) 상에 얹혀 있는 제시 캐리지(634)를 지지할 수 있다. 스템(626)은 시스템의 후방을 향해 내향 방향으로 돌출할 수도 있다.
크로스바아(608)는 입력 대기열(628) 및 출력 대기열(640)을 지지할 수 있다. 크로스바아(608)의 일 종단은 시스템 상의 샘플 홀더(616)를 위한 입구점 및 입구 방향의 모두를 규정한다. 대향 종단은 샘플 홀더(616)를 위한 출구점 및 출구 방향을 규정할 수 있다.
입력 대기열(628)은 아직 프로세싱되지 않은 샘플을 수납하는 하나 이상의 샘플 홀더(616)를 위한 저장 위치로서 기능할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 입력 대기열(628)은 최대 12개(또는 그 이상)의 샘플 홀더(616)를 유지할 수 있다. 입력 대기열(628)은 사용자에 의해 로딩되는 바와 같이 기구가 샘플 홀더(616)를 순차적으로 프로세싱하도록 순서화된 배열로 샘플 홀더(616)를 지지할 수 있다. 이는 유리하게는 원하는 순서로 입력 대기열(628) 상에 샘플 홀더(616)를 간단히 로딩함으로써 사용자가 프로세싱의 순서를 결정할 수 있게 한다. 몇몇 경우에, 사용자는 더 높은 우선순위의 샘플을 먼저 로딩할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 입력 대기열(628)은 일시적인 유지 영역 및 시스템 내로 샘플 홀더를 공급하는 온로드 대기열을 가질 수도 있다. 이 배열은 온로드 대기열로부터 일시적 유지 영역 내로 하나 이상의 샘플 홀더를 일시적으로 분기하고, 샘플을 우선순위화하기 위해 분기된 샘플 홀더를 이후에 온로드 대기열 내로 재삽입함으로써 시스템이 샘플 홀더의 로딩 시퀀스를 변경할 수 있게 한다. 대안 실시예에서, 입력 대기열은 하나 이상의 높은 우선순위 또는 STAT 샘플의 온로딩을 위한 전용 위치를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 입력 대기열(628)은 입력 지지체, 입력 엎지름 트레이(620) 및 푸셔 플레이트(617)를 포함한다.
입력 지지체는 샘플 제시 유닛(110)의 입구 단부 부근으로부터 스템(626)과 크로스바아(608)의 접합부 부근으로 연장하는 샘플 베이스(602)의 크로스바아(608)의 부분일 수 있다. 입력 지지체는 샘플 홀더(616)의 대향 단부에 배치된 지지 탭들 사이의 거리에 대응하는 분리 거리에서 서로 평행하게 배열된 한 쌍의 지지 레일을 포함할 수 있다. 지지 레일은 입력 대기열(628)의 능동 영역의 경계를 형성할 수 있고, 샘플 베이스(602)에 연결될 수 있다. 작동시에, 샘플 홀더(616)는 지지 레일 상에 놓일 수 있고, 프로세스에서 조기에 로딩된 샘플 홀더(616)가 이후에 로딩된 인접 샘플 홀더(616)에 의해 지지 레일을 따라 압박된 상태로 지지 레일을 따라 자유롭게 슬라이드할 수도 있다. 대안 실시예에서, 샘플 홀더(616)는 이동 벨트 또는 구동 휠의 세트 상에 샘플 홀더를 위치시킴으로써 이동될 수도 있다.
입력 엎지름 트레이(620)는 지지 레일들 사이에서 그 아래에 놓일 수도 있고, 샘플 튜브로부터 임의의 엎지름, 적하 또는 누설을 포함함으로써 오염을 제어하는 기능을 할 수도 있다. 입력 엎지름 트레이(620)는 장방향 또는 본질적으로 직사각형 구조체일 수 있고, 2개의 측면 상의 봉입벽을 갖는 바닥부 및 입구 단부를 포함할 수 있다. 입력 엎지름 트레이(620)는 입력 대기열(628)의 상부 및 출구 단부에서 개방될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 바닥부는 입구 단부 부근에 더 깊은 섬프(sump) 영역을 포함한다. 바닥부는 용이한 제거를 위해 일 위치에 엎질러진 액체의 수집 및 봉입을 제공하기 위해 이 섬프 영역을 향해 기울어질 수도 있다. 입력 엎지름 트레이(620)는 제거 가능할 수 있고, 샘플 베이스(602)를 포함하는 다른 샘플 제시 구성 요소 상에 놓일 수도 있다.
대기열 푸셔는 입력 대기열(628)의 입구 단부에 가장 근접한 샘플 홀더(616)에 대해 압박하기 위한 푸셔 플레이트(617), 푸셔 캐리지(612)의 이동을 안내하기 위한 대기열 트랙(654) 및 대기열 트랙(654)을 따라 푸셔 캐리지(612)를 이동하기 위한 대기열 구동부(614)를 포함하는 푸셔 캐리지(612)를 포함할 수도 있다. 시스템은 사용자가 말단 샘플 홀더로부터 이격하여 대기열 푸셔를 이동시키도록 시스템에 신호할 수 있는 기능을 포함할 수도 있어, 사용자가 대기열 푸셔의 재결합시에 시스템으로의 조기 제시를 위해 샘플 홀더 대기열의 전방에 STAT 또는 긴급 샘플을 수납하는 샘플 튜브를 포함하는 샘플 홀더를 로딩하도록 샘플 홀더 대기열을 조작할 수 있게 한다. 일 실시예에서, 입력 대기열은 사용자가 STAT 또는 긴급 샘플을 수납하는 샘플 튜브를 포함하는 샘플 홀더를 로딩할 수 있게 하기 위해 샘플 홀더 대기열을 조작하는 STAT 대기열 푸셔를 포함할 수도 있다. 대안 실시예에서, 대기열 푸셔는 말단 샘플 홀더를 파지하는 파지기를 포함할 수 있어, 대기열 푸셔가 샘플 홀더 대기열을 조작할 수 있게 하여 사용자가 STAT 또는 긴급 샘플을 수납하는 샘플 튜브를 포함하는 샘플 홀더를 로딩할 수 있게 한다.
푸셔 캐리지(612)는 대기열 트랙(654)에 결합하기 위한 하나 이상의 베어링(650)과, 입력 대기열(628) 내의 마지막 샘플 홀더의 편평한 측면에 결합하기 위한 푸셔 플레이트(617)와, 푸셔 플레이트(617)를 베어링(650)에 연결하기 위한 브래킷(652)을 포함할 수도 있다. 푸셔 플레이트(617)는 대기열 내의 마지막 샘플 홀더에 대해 압박되고, 이는 이어서 임의의 것이 존재한다면 연속적인 샘플 홀더(616)를 압박하여 모든 로딩된 샘플 홀더(616)를 입력 대기열(628)의 출구 단부를 향해 이동시킨다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 푸셔 플레이트(617)는 입력 엎지름 트레이(620) 내에 수직으로 배향된 평면형 시트일 수도 있고, 입력 엎지름 트레이(620)의 대부분의 폭을 가로질러 연장할 수 있다. 브래킷(652)은 상부 수평 부재(646), 수직 부재(648) 및 하부 수평 부재(649)를 포함할 수도 있다. 상부 수평 부재(646)는 푸셔 플레이트(617)로부터 입력 엎지름 트레이(620)의 폐쇄 단부벽 위로 연장한다. 수직 부재(648)는 상부 수평 부재(646)의 에지로부터 입력 엎지름 트레이(620)의 레벨 아래로 연장한다. 하부 수평 부재는 수직 부재(648)의 하부 에지로부터 대기열 트랙(654)을 향해 연장하고 베어링(650)에 결합한다. 브래킷(652)의 부분은 입력 엎지름 트레이(620)와 지지 레일 중 하나 사이의 간극 내에 얹혀 있을 수도 있다. 이 배열은 유리하게는 푸셔 플레이트(617)가 내부 엎지름 트레이 내의 개구를 필요로 하지 않고 내부 엎지름 트레이 내에서 이동할 수 있게 한다. 내부 엎지름 트레이 내의 개구의 부재는 엎지름물의 봉입을 돕고 가능한 오염을 감소시킨다.
대기열 트랙(654)은 샘플 베이스(602)의 크로브바아(608)를 따라 입력 대기열(628) 아래로 연장할 수도 있다. 대기열 트랙(654)은 샘플 베이스(602)에 고정되고 푸셔 운동 경로를 따라 푸셔 캐리지(612)의 운동을 안내한다. 대기열 트랙(654)은 상보형 베어링(650)을 통해 푸셔 캐리지(612)에 연결된다. 몇몇 실시예에서, 대기열 트랙(654)은 선형 가이드 레일이고, 베어링(650)은 케이지형 볼 베어링 블록 또는 케이지형 롤러 베어링 블록이다.
대기열 구동부(614)는 리드 스크류 및 너트, 선형 모터 또는 공압 작동기의 사용을 포함하는 임의의 다수의 구동 방법에 의해 대기열 트랙(654)을 따라 푸셔 캐리지(612)를 이동시킬 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 기구는 대기열 트랙(654)의 단부 부근에서 샘플 베이스(602)에 부착되고 구동 풀리에 결합된 모터를 사용한다. 아이들러 풀리는 샘플 베이스(602)에, 또는 대안적으로 아이들러 풀리와 구동 풀리 사이의 분리 거리의 조정을 허용하는 부착부에 의해 대기열 트랙(654)의 대향 단부 부근에서 지지 레일에 부착될 수도 있다. 대기열 트랙(654)에 실질적으로 평행한 타이밍 벨트는 구동 풀리로부터 아이들러 풀리로 연장하고 푸셔 캐리지(612)에 결합한다. 아이들러 풀리와 구동 풀리 사이의 분리 거리의 조정은 푸셔 플레이트(617)를 경유하여 샘플 홀더(616)에 인가된 힘의 조정을 허용한다. 모터의 회전은 타이밍 벨트를 구동하고 대기열 트랙(654)을 따라 푸셔 캐리지(612)를 이동시킨다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 몇몇 실시예에서, 샘플 튜브는 샘플 홀더의 사용 없이 개별적으로 입력 대기열을 통해 시스템 상에 반송될 수도 있다. 이러한 실시예에서, 입력 대기열은 하나의 샘플 튜브를 각각 지지하는 개별 퍽(puck)을 이용할 수 있고, 이러한 퍽은 자기 드라이브를 사용하여 추진될 수도 있다. 대안적으로, 개별 튜브는 벨트 구동부 또는 구동휠의 세트를 사용하여 반송될 수도 있다. 다른 실시예에서, 입력 대기열은 픽 앤드 플레이스(pick and place) 디바이스를 사용하여 시스템 상에 반송되는 개별 샘플 튜브를 유지하기 위한 저장 위치를 포함할 수도 있다. 이러한 실시예는 유리하게는 이들이 사용자에 의해 로딩되는 순서에 독립적으로 샘플 튜브를 선택하게 허용함으로써 시스템에 의한 샘플 시험의 우선순위화를 간단화한다.
출력 대기열(640)은 시험 목적으로 이용되는 분취량(aliquot)의 제거 후에 샘플 튜브를 위한 저장 위치이다. 출력 대기열은 또한 다른 시험을 위해 사용자에 의한 검색을 위해 시스템에 의해 프로세싱되어 있는 샘플 분취량의 오프로딩을 위한 부지로서 또한 기능할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 출력 대기열(640)은 입력 대기열(628)의 것과 유사한 순서화된 배열로 샘플 홀더(616)를 지지한다. 출력 대기열(640)은 출력 지지체(638) 및 출력 엎지름 트레이(604)를 포함할 수도 있다.
출력 지지체(638)는 샘플 베이스(602)의 스템(626) 및 크로스바아(608)가 연결되는 영역 부근으로부터 샘플 제시 유닛(110)의 출구 단부 부근으로 연장한다. 출력 지지체(638)는 입력 지지체와 구조 및 기능이 유사할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 출력 지지체(638)는 평행한 지지 레일들을 포함하고, 이들 중 하나가 입력 지지체의 지지 레일 중 하나와 연속적일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 평행한 지지 레일 중 하나에 장착된 센서는 출력 대기열(640)이 미리 정해진 충전 레벨에 도달할 때를 지시할 수도 있다. 이들 센서는 광학 센서일 수도 있다.
출력 엎지름 트레이(604)는 입력 엎지름 트레이(620)에 형태가 유사할 수도 있고, 유사한 기능을 수행한다. 그러나, 이 출력 엎지름 트레이는 출력 지지체(638)에 의해 지지된다. 출력 엎지름 트레이(604)는 입력 엎지름 트레이(620)의 배향에 대략적으로 역배향으로 출력 지지체(638) 내에 놓이고, 단부 수직벽은 샘플 제시 유닛(110)의 출구 단부를 향해 배향되어 있다. 출력 엎지름 트레이(604)의 섬프는 따라서 출구 단부 부근에 있을 수도 있고, 출력 엎지름부의 개방 단부는 입구 단부를 향해 배향되어 있다. 이는 유리하게는 입력 대기열(628)로부터 출력 대기열(640)로 직접 또는 간접 이동하도록 샘플 홀더(616)를 위한 개방 경로를 생성한다. 제조 프로세스는 입력 및 출력 엎지름 트레이(604)를 형성하기 위해 임의의 다양한 방법을 이용할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 엎지름 트레이는 진공 성형 플라스틱이다.
입력 대기열(628) 및 출력 대기열(640)은 서로 정렬되어 대략적으로 샘플 홀더의 폭인 간극에 의해 분리될 수도 있다. 제시 셔틀(656)이 이 간극 내로 침입되어 샘플 베이스(602)의 내향 단부를 향해 연장할 수 있다.
제시 셔틀(656)은 다수의 작동 위치 상으로 연장하는 샘플 운동 경로를 따라 샘플 홀더(616)를 반송한다. 이 샘플 운동 경로는 동일한 피펫터(700)의 경로에 횡방향으로 배향될 수도 있다. 작동 위치는 이송 위치(642), 샘플 식별 위치(644) 및 흡입 위치(632)를 포함할 수도 있다. 샘플 식별 위치(644)는 반송 위치(642)와 흡입 위치(632) 사이에 배치될 수도 있다.
이송 위치(642)는 입력 대기열(628)과 출력 대기열(640) 사이의 전술된 간극 내에 배치될 수 있다. 흡입 위치(632)는 샘플 운동 경로의 내향 단부 부근에 배치될 수 있고, 여기서 샘플 운동 경로는 샘플 피펫터의 경로를 교차한다. 샘플 식별 위치(644)는 이송 위치(642)와 흡입 위치(632) 사이에 배치될 수도 있고 샘플 판독기(622)와 정렬된다.
제시 셔틀(656)은 샘플 홀더(616)에 결합하기 위한 제시 캐리지(634), 제시 캐리지(634)의 운동을 안내하기 위한 제시 트랙(624), 제시 트랙(624)을 따라 제시 캐리지(634)를 이동시키기 위한 제시 구동부, 흡입 중에 샘플 홀더를 지지하기 위한 흡입 채널(630), 샘플 홀더(616)의 의도되지 않은 이동을 방지하기 위한 샘플 게이트(606) 및 샘플 홀더(616)를 보호하고 오염을 감소시키기 위한 페어링(fairing)(636)을 포함할 수도 있다.
제시 캐리지(634)는 카트리지 가이드 내에서 샘플 홀더를 이동시키기 위해 샘플 홀더의 제어면에 결합한다. 몇몇 실시예에서, 제어면은 지지 탭 중 하나의 내향으로 배치된 샘플 홀더의 본질적으로 수직 에지이다. 몇몇 실시예에서, 제시 캐리지(634)는 한 쌍의 수직 부재 및 연결 베이스 부재를 포함하는 좁은 "U-형" 본체이다. 베이스 부재는 제시 캐리지(634)를 제시 트랙(624)에 연결하기 위한 하나 이상의 베어링(도시 생략)을 포함할 수도 있다. 수직 부재는 베이스 부재의 일 단부로부터 상승하여 샘플 홀더(616)의 지지 탭에 결합하는 짧은 수직 돌출부에서 종료할 수도 있다. U-형 본체는 샘플 홀더의 폭에 근사한 폭을 가질 수도 있다. 입력 대기열(628)과 출력 대기열(640) 사이의 이송 위치(642)에 위치될 때, 제시 캐리지(634)는 효과적으로 하나의 연속적인 경로로서 출력 지지체(638)에 입력 지지체를 연결한다. 제시 캐리지(634)와 출력 지지체(638) 사이의 입력 지지체와 제시 캐리지(634) 사이의 간극은 샘플 홀더의 폭보다 좁을 수도 있다. 그 결과, 제시 캐리지(634)가 이 이송 위치(642) 내에 있을 때, 샘플 푸셔(617)의 운동은 입력 대기열(628)로부터 제시 캐리지(634)로 원활하게 샘플 홀더를 추진할 수도 있는 동시에 제시 캐리지(634) 내에 유지된 상이한 샘플 홀더를 출력 대기열(640)로 추진할 수도 있다. 샘플 푸셔와 제시 캐리지(634) 사이의 협동 운동은 샘플 홀더(616)를 제시 캐리지(634) 상에 로딩하고 언로딩하는 기능을 하고, 또한 샘플의 프로세싱 및 분석과 연관된 샘플 운동 경로를 따른 이동에 개입하지 않고 입력 대기열(628)로부터 출력 대기열(640)로 직접 샘플 홀더(616)를 이송하는 기능을 할 수도 있다. 대안 실시예에서, 출력 대기열은 이송 위치로부터 샘플 래크를 오프로딩하기 위한 전용 구동 메커니즘을 가질 수도 있다.
제시 트랙(624)은 샘플 베이스(602)의 스템(626)을 따라 연장하고 샘플 운동 경로를 규정할 수도 있다. 제시 트랙(624)은 샘플 베이스(602)의 스템(626)에 고정될 수도 있고, 샘플 운동 경로를 따라 제시 캐리지(634)의 운동을 안내한다. 제시 트랙(624)은 상보형 베어링(650)을 통해 제시 캐리지(634)에 연결될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 제시 트랙(624)은 선형 가이드 레일이고, 베어링은 케이지형 볼 베어링 또는 케이지형 롤러 베어링 블록이다.
제시 구동부는 제시 트랙(624)을 따라 제시 캐리지(634)를 이동시키고, 임의의 다수의 구동 방법에 의해 이러한 것을 행할 수도 있다. 이러한 구동 방법은 이들에 한정되는 것은 아니지만, 리드 스크류 및 너트, 선형 모터 또는 공압 액추에이터를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 기구는 제시 트랙(624)의 일 단부 부근에서 샘플 베이스(602)에 부착되고 구동 풀리에 결합된 모터를 사용한다. 아이들러 풀리가 아이들러 풀리와 구동 풀리 사이의 분리 거리의 조정을 허용하는 부착부에 의해 제시 트랙(624)의 대향 단부 부근에서 샘플 베이스(602)에 부착될 수도 있다. 제시 트랙(624)에 실질적으로 평행한 타이밍 벨트가 구동 풀리로부터 제시 캐리지(634)에 결합된 아이들러 풀리로 연장할 수도 있다. 이 타이밍 벨트의 장력은 아이들러 풀리와 구동 풀리 사이의 분리를 조정함으로써 변경될 수도 있다. 모터의 회전은 타이밍 벨트를 구동하고 제시 트랙(624)을 따라 제시 캐리지(634)를 추진한다.
몇몇 실시예에서, 흡입 채널(630)은 직사각형 터널일 수도 있다. 흡입 채널(630)의 길이는 샘플 홀더의 폭보다 약간 큰 폭을 갖는 샘플 홀더의 길이에 근사할 수 있다. 흡입 채널(630)은 샘플 홀더 경로를 따라 놓이고, 흡입 위치(632)를 넘어 연장될 수도 있다. 흡입 위치(632)에서 흡입 채널(630)의 상부면 내의 개구는 샘플 피펫터(도 2a에는 도시되지 않음)로의 액세스를 제공한다. 이 흡입 채널(630)의 배열은 유리하게는 샘플 홀더 내의 각각의 샘플 튜브에 대해 일정하고 정확한 피펫팅을 위해 필요한 규정된 위치에 샘플 홀더를 지지한다.
흡입 채널(630)은 측방향 및 수직 위치를 더 양호하게 제어하기 위해 흡입 채널(630)의 내부 외형에 대해 흡입 채널(630) 내에 있는 샘플 홀더를 추진하기 위한 하나 이상의 샘플 스프링을 포함할 수도 있다. 샘플 스프링은 흡입 채널(630) 벽에 장착된 스프링강과 같은 비교적 강성이지만 탄성 재료의 스트립일 수도 있다. 대안적으로, 흡입 위치에서 제시 래인 내에 장착된 샘플 스프링은 흡입 채널 없이 분석물 카트리지의 측방향 및 수직 위치를 안정화하는데 사용될 수도 있다.
샘플 게이트(606)는 제시 캐리지(634)와 대략적으로 동일한 폭의 일반적으로 "L-형" 부재일 수도 있고, 라운딩된 자유 단부를 가질 수도 있다. L의 대향 아암은 이송 위치(642) 부근에서 샘플 베이스(602)에 장착될 수도 있다. 장착은 아암의 단부 부근의 피벗을 통해 샘플 베이스(602)에 부재를 연결할 수도 있다. 이 피벗은 스프링을 포함할 수도 있다. 제시 캐리지(634)가 이송 위치(642)의 외부에 있을 때, 샘플 게이트(606)는 이송 영역의 적어도 일부를 점유하도록 피벗하여, 이에 의해 이송 영역 내로의 샘플 홀더의 이동을 방지한다. 제시 캐리지(634)는 이송 위치(642)로 복귀시에, 이송 위치(642) 외부로 샘플 게이트(606)를 압박하기 위해 샘플 게이트(606)의 라운딩된 자유 단부에 충돌한다. 이 배열은 유리하게는 제시 캐리지(634)가 샘플 이송 작업에서 결합되는 동안 입력 대기열(628)의 로딩을 허용한다. 이는 사용자 작용으로부터 스케쥴링된 기구 작업을 더 결합 해제하는 유리한 효과를 가져, 사용자가 기구 타이밍을 위한 걱정 없이 샘플을 자유롭게 로딩하고 언로딩한다.
몇몇 실시예에서, 샘플 게이트(606)의 형상은 장축이 수직으로 배향된 대략적으로 직사각형 형상일 수 있다. 하부 짧은 에지의 우상부 코너로부터 중간으로 연장하는 큰 초승달형 섹션이 제거될 수 있다. 이는 도 2a에 도시된 바와 같이 "L" 형상보다는 수정된 "C"로서 특징화될 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 보호 페어링(636)은 샘플 튜브의 오염을 방지하기 위해 샘플 운동 경로를 커버할 수도 있다. 페어링(636)은 이들이 샘플 운동 경로를 따라 통과함에 따라 샘플 홀더(616) 위로 그 측면들 상에서 연장하도록 구성된 플라스틱 또는 박판 금속 차폐부일 수도 있다. 페어링(636)은 샘플 피펫터 및 샘플 판독기(622)로의 액세스를 허용하기 위한 개구를 포함할 수도 있다.
샘플 제시 유닛(110)은 이들이 각각의 샘플 튜브와 연관된 고유 샘플 식별부를 판독함으로써 시스템에 진입함에 따라 개별 샘플 튜브를 식별하기 위한 샘플 판독기(622)를 또한 가질 수도 있다. 샘플 식별부는 바코드 또는 다른 그래픽 코드와 같은 머신 판독 가능 정보의 형태를 포함한다. 확립된 실시는 임상 연구실에서 이러한 코드의 사용을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 샘플 판독기(622)는 샘플 식별 위치(644)에서 샘플 운동 경로를 따라 위치된 이미지 기반 또는 스캐닝 바코드 판독기이다. 샘플 판독기(622)는 샘플 홀더(616)가 제시 셔틀(656) 상에 반송됨에 따라 스캐너가 샘플 튜브 또는 샘플 홀더(616)에 부착된 임의의 샘플 식별 라벨의 뷰를 갖도록 배향된다. 샘플 판독기(622)는 기구 제어기에 샘플 식별 정보를 통과시키기 위해 기구 제어기에 접속될 수도 있다. 기구 제어기는 이어서 어느 분석 또는 분석들이 식별된 샘플 상에 수행되어야 하는지를 결정하기 위해 오프-보드 컴퓨터 시스템 또는 온보드 데이터베이스에 질의할 수도 있다.
샘플 제시 유닛(110)은 샘플 커버를 포함할 수도 있다. 샘플 커버는 입력 대기열(628) 및 출력 대기열(640)로의 사용자 액세스를 제어하고, 또한 오염 및 샘플 증발을 감소시키는 기능을 할 수도 있다. 샘플 커버는 기계화 래치 및 적어도 하나의 제어 스위치를 포함할 수도 있다. 샘플 커버는 입력 및 출력 대기열(640)의 전진 및 점유의 작업의 정도를 사용자가 계측하게 하기 위해 적어도 부분적으로 투명할 수도 있다.
샘플 제시 유닛(110)은 하나 이상의 커버를 또한 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 샘플 제시 유닛(110)은 샘플 튜브를 보호하기 위해 힌지형 또는 슬라이딩 커버를 가질 수도 있다. 또한, 커버는 샘플 제시 유닛(110)이 작동중일 때 래치 결합될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 샘플 커버는 입력 대기열(628) 및 출력 대기열(640)의 내향 에지에 힌지 연결된 실질적으로 편평한 덮개이다. 샘플 커버는 개방 또는 폐쇄 위치에 배치될 수도 있다. 샘플 커버가 폐쇄될 때, 기구는 정상적으로 작동하고 사용자는 샘플 제시 유닛(110)에 액세스하지 않을 수도 있다. 샘플 커버가 개방될 때, 기구는 분석물을 계속 프로세싱할 수도 있지만, 어느 하나의 대기열 내로 또는 외부로 어떠한 샘플 홀더(616)도 이송하지 않는다. 몇몇 실시예에서, 샘플 커버는 입력 대기열(628) 및 출력 대기열(640)의 전체를 가로질러 연장한다. 다른 실시예에서, 고정된 상부가 이송 위치(642)에 근접하여 입력 대기열(628) 및 출력 대기열(640)의 부분을 커버할 수도 있고, 샘플 커버는 개방 위치에서 단지 대기열들의 제한된 부분만을 드러낸다.
기계화 래치는 샘플 베이스(602)에 장착된 액추에이터, 외향 지지 레일에 장착된 하나 이상의 래치 결합 후크 및 래치 결합 후크에 액추에이터를 연결하는 링크 장치를 포함할 수도 있다. 액추에이터는 솔레노이드, 선형 모터, 스텝핑 모터 또는 공압 액추에이터를 포함하는 임의의 다수의 선형 또는 회전형 액추에이터일 수도 있다. 래치 결합 후크는 샘플 커버가 폐쇄 위치에 있을 때 샘플 커버 내에 합체된 걸림부와 정렬할 수도 있다. 기계화 래치의 목적은 샘플 홀더(616)가 운동 중인 동안 사용자가 샘플 제시 유닛(110)으로 액세스하는 것을 방지하는 것이다. 작동시에, 사용자는 제어 스위치를 활성화함으로써 액세스를 요구한다. 제어 스위치는 시스템 모니터에 표시된 사용자 인터페이스를 이용하여 구현될 수도 있다. 시스템은 진행중인 임의의 샘플 홀더 이송을 완료하고, 새로운 샘플 홀더(616)를 추가하기 위한 공간을 제공하도록 샘플 홀더를 반전하고, 입력 대기열(628) 내의 메커니즘에 전력을 차단하고, 기계화 래치를 해제함으로써 응답할 수도 있다. 사용자는 이어서 샘플 홀더(616)를 로딩하고, 언로딩하고, 또는 재편성하기 위해 샘플 커버를 개방할 수도 있다. 작동은 샘플 커버의 폐쇄시에 재개될 수도 있다.
대안 실시예에서, 입력 대기열, 출력 대기열 또는 입력 및 출력 대기열의 모두는 반경방향 또는 원형 배열로 샘플 홀더를 지지할 수도 있다. 이러한 원형 배열의 예는 턴테이블이다. 다른 실시예에서, 단일의 반경방향 또는 원형 대기열은 시스템에 의해 액세스되어 있는 샘플 및 액세스되지 않은 샘플의 모두를 저장하는 조합된 입력 및 출력 대기열로서 기능할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 피펫팅 중에 고정 커버된 튜브의 사용을 지지하기 위한 특징부가 추가되어 있다. 이들 튜브는 통상적으로 피펫팅 작업 중에 피펫팁에 의해 압박 개방되는 샘플 튜브 내용물을 보호하는 기능을 하는 밸브 조립체를 가질 수 있다. 이들 튜브는 또한 캡을 가질 수도 있고, 이 캡 아래에는 튜브의 외부벽에 부착된 원주방향 리지가 있을 수 있다. 피펫팅 중에 커버된 튜브를 적소에 유지하기 위해 캡과 원주방향 리지 사이의 간극 내에 삽입된 튜브 안정화기가 존재할 수 있다. 또한 몇몇 실시예에서, 샘플 튜브는 샘플 튜브 내용물을 보호하기 위한 천공 가능한 커버 또는 필름을 가질 수도 있다. 이러한 배열에서, 샘플 제시 유닛(110)은 샘플 튜브 내에 수납된 샘플에 액세스를 용이하게 하기 위해 천공 가능한 커버 또는 필름을 통해 침투하기 위해 전용 천공 도구로서 피펫팁을 이용할 수도 있다.
본 발명의 실시예는 출력 대기열(640) 및 입력 대기열(628) 내에 샘플 홀더 센서를 또한 포함할 수 있다. 센서는 시각 시스템, 바코드 판독기 등을 포함할 수도 있다. 이러한 센서는 샘플 홀더가 적절하게 배향되어 있는 것을 또한 검증할 수도 있다. 샘플 제시 유닛은 마개를 갖는 샘플 튜브의 사용을 지원하는 특징부를 또한 포함할 수도 있다. 이러한 특징부는 샘플 튜브 캡의 존재를 검출하는 센서와, 샘플 피펫터에 의해 샘플 튜브 내용물로의 액세스를 제공하기 위해 샘플 튜브 캡의 제거 또는 천공을 위한 디바이스를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 샘플 제시 유닛은 샘플 튜브 내용물의 안정성을 향상시키는 특징부를 포함한다. 샘플 튜브 온도는 상이한 온도로 설정될 수도 있는 하나 이상의 온도 제어 구역을 합체함으로써 제어될 수 있다. 샘플 제시 유닛은 그 내부에 유지된 샘플 튜브의 온도를 검출하기 위한 적외선 센서와 같은 디바이스를 또한 포함할 수도 있다. 샘플 제시 유닛은 요동 메커니즘과 같은 샘플 튜브의 내용물을 혼합하기 위한 디바이스를 또한 포함할 수 있다.
C. 샘플 피펫터 및 피펫 펌프
도 3a는 피펫 펌프 조립체를 갖는 받침대의 사시도를 도시한다.
도 3b는 피펫 펌프의 더 상세한 다른 사시도를 도시한다.
도 3c는 피펫 펌프에 사용된 유연한 커플링의 상세를 도시한다.
피펫 펌프 또는 피펫터가 시스템 전체에 걸쳐 일 위치로부터 다른 위치로 액체를 이송하는데 사용될 수 있다. 샘플 피펫터는 혈청, 혈장, 전혈, 소변, 대변, 뇌척수액, 타액, 조직 현탁액 및 상처 분비액을 포함할 수도 있는 샘플 튜브 내에 저장된 환자 샘플을 포함하는 액체를 이송할 수도 있다. 이송된 액체는 또한 액체 시약을 포함할 수도 있다. 이러한 샘플 튜브는 전술된 SPU(110) 내의 배치를 경유하여 사용자에 의해 공급될 수도 있다. 대안적으로, 샘플 튜브는 연구실 자동화 시스템(80)에 의해 또는 SPU 및 연구실 자동화 시스템의 모두에 의해 샘플 피펫터에 유도될 수도 있다. 샘플 피펫터는 또한 반응 용기 플러그(222) 및 천공기(262)(이하에 더 상세히 설명됨)와 상호 작용할 수 있다.
피펫터는 샘플 내의 응혈 및 다른 장애물의 검출을 위한 장애물 검출기(도시 생략)를 또한 포함할 수 있다. 장애물 검출기는 피펫팅 이벤트 중에 피펫터 내의 압력 프로파일을 모니터링하는 압력 센서를 사용할 수 있다. 특정 압력 프로파일은 장애물 및 피펫터에 부착된 아이템의 존재를 포함하는 특정 피펫터 조건과 연관될 수도 있다. 피펫터에 부착될 수도 있는 아이템은 피펫팁, 반응 용기 플러그(222) 및 밀봉된 반응 용기를 포함한다. 장애물 검출기는 필터가 피펫팁 내에 존재하는지, 피펫팁이 몰딩 결함을 갖는지를 또한 검출할 수 있다.
피펫터는 액체 표면과의 접촉을 검출하는데 사용될 수 있는 액체 레벨 센서 회로와 같은 감지 회로를 또한 가질 수 있다. 액체 레벨 센서는 또한 엘리베이터 모터(730)로부터 인코더 정보와 함께 사용될 때 이용 가능한 샘플 체적을 결정하는데 사용될 수 있다. 이들 센서는 시험을 수행하기 위해 충분한 샘플 체적이 존재하는지를 판정하는데 또한 사용될 수 있고, 정확한 샘플 체적이 튜브로부터 제거되었는지를 검증하는데 사용될 수 있다.
오염을 감소시키기 위해, 이러한 피펫 펌프는 통상적으로 유체에 접촉하기 위해 1회용 피펫팁을 사용한다. 피펫 맨드릴(728)은 피펫터로의 1회용 피펫팁의 부착을 위한 점으로서 작용할 수도 있다. 부착부는 파지기에 의해 능동적으로 적소에 유지될 수 있거나 피펫팁의 내부면과 피펫터 맨드릴의 외부면 사이의 마찰에 의해 수동적으로 적소에 유지될 수 있다. 피펫 맨드릴(728)은 또한 시스템 상의 상이한 위치들 사이에서 반응 용기 플러그 또는 필름 천공기와 같은 적절한 인터페이스를 갖는 다른 소모품에 피펫 펌프 조립체가 부착하여 이후에 반송하게 한다. 전술되고 이하에 더 상세히 설명된 감지 회로는 피펫터 맨드릴 상의 1회용 피펫팁 및 적절한 인터페이스를 갖는 다른 소모품의 존재를 검출하는데 사용될 수 있다. 대안적으로, 고정된 유체 이송 프로브를 갖는 피펫 펌프가 프로브 세척 메커니즘과 함께 유체 취급을 위해 사용될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 피펫 펌프는 규정된 범위의 체적 내의 유체를 정확하게 흡입하여 분배하도록 특정하게 구성될 수도 있다. 상이한 피펫 펌프는 실질적으로 동일한 디자인일 수도 있고, 상이한 체적 범위 내에서 정확하게 흡입하고 분배하기 위해 상이한 치수를 갖는 특정 구성 요소를 갖는다. 일 실시예에서, 밀리팁 피펫 펌프 또는 피펫터는 약 50 μL 내지 약 1,200 μL(1.2 mL)의 범위의 유체 체적을 정확하게 흡입하여 분배하도록 구성될 수 있고, 마이크로팁 피펫 펌프 또는 피펫터는 약 5 μL 내지 약 200 μL의 범위의 유체 체적을 정확하게 흡입하여 분배하도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 시스템은 하나 이상의 통상의 피펫 펌프 대신에 넓은 범위의 체적을 가로질러 정확하게 흡입하여 분배하는 것이 가능한 이중 분해능 피펫 펌프를 이용할 수도 있다. 대안 실시예에서, 액체는 이송 후에 잔류 액체의 제거를 위해 세척 스테이션과 조합하여, 고정된 프로브 또는 고정된 팁을 갖는 피펫 펌프를 사용하여 이송될 수도 있다.
피펫 펌프 조립체의 일 예는 도 3a에 도시된 샘플 피펫터(700)이다. 도 4aa 내지 도 4f의 특정 구성 요소를 또한 참조한다. 샘플 피펫터(700)는 샘플 튜브로부터 분석물 카트리지(200)로 샘플의 분취량을 이송하는데 사용될 수 있다. 샘플 피펫터(700)는 또한 분석물 카트리지(200) 내의 우물로부터 우물로 유체를 이송하고, 샘플 튜브로부터 분석물 카트리지로 분취량을 이송하기 전에 샘플 튜브에 시약을 첨가하고, 유체를 분석물 카트리지(200)(또는 튜브) 내에서 혼합하고, 천공기(262)를 사용하여 배리어 필름(205)을 통해 구멍을 천공하고, 천공기(262)를 폐기하는 기능을 할 수도 있다. 샘플 피펫터(700)는 시스템 내에 위치될 수 있어, 흡입 위치(632)(도 2a 참조)에서 샘플 제시 유닛(110) 내의 샘플에 액세스할 수 있고 샘플 분배 위치에서 카트리지 로딩 유닛 내의 분석물 카트리지에 도달할 수 있게 된다. 몇몇 실시예에서, 샘플 피펫터(700)는 이에 한정되는 것은 아니지만 천공기(262)를 포함하는 고체 폐기물의 안전한 폐기를 용이하게 하기 위해 폐기물 슈트(chute)에 액세스할 수 있다.
샘플 피펫터(700)는 샘플 받침대(718), 밀리팁 피펫터(704)를 지지하는 피펫터 캐리지(712) 및 액체 센서(702)를 포함할 수도 있다. 액체 센서(702)는 커패시턴스 기반일 수도 있고, 전도성인 액체 및 고체와의 근접도 및 접촉의 모두를 검출할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 샘플 받침대(718)는 샘플 엘리베이터(710)를 지지하고 샘플 튜브 및 카트리지 로딩 래인에 도달하도록 배치된 피펫터 캐리지(712)를 포함한다. 샘플 엘리베이터(710)는 피펫팅, 혼합, 재현탁 및 밀리팁 이송을 위해 요구되는 바와 같이 밀리팁 피펫터(704)를 상승시키고 하강시킨다. 대안적으로, 샘플 받침대(718)는 회전형 반송부, 안내 트랙 반송부, XYZ 좌표 반송부 또는 관절 연결 아암과 같은 샘플 튜브 및 반응 우물에 도달하는 것이 가능한 임의의 적합한 구조체일 수도 있다. 액체 센서(702)는 밀리팁 피펫터(704) 및 이들의 연장부에 연결하는 샘플 받침대(718) 내에 합체될 수도 있다. 이러한 연장부는 전도성 물질로 구성될 수도 있는 1회용 피펫팁, 반응 용기 플러그 및 필름 천공기를 포함한다. 샘플 받침대(718)는 각각의 작동 위치에 인접하여 밀리팁 피펫터(704)를 위치시키고, 샘플 엘리베이터(710)는 밀리팁 피펫터(704)를 상승시키고 하강시키고, 밀리팁 피펫터(704)는 밀리팁을 흡입하고, 분배하거나 배출한다.
피펫터 캐리지(712)의 실시예가 도 3b에 도시된다. 피펫터 캐리지는 피펫터 트랙(715) 및 피펫터 구동부(714)를 포함할 수 있다. 피펫터 트랙(715)은 피펫터 캐리지(712)의 이동 방향에서 샘플 받침대(718)에 부착된 선형 가이드 레일의 섹션일 수 있다. 피펫터 캐리지(712)는 샘플 엘리베이터(710)를 지지하고, 피펫터 구동부(714)의 작동에 응답하여 피펫터 트랙(715)을 따라 이동한다. 피펫터 트랙(715)은 상보형 베어링을 통해 피펫터 캐리지(712)에 연결된다. 몇몇 실시예에서, 베어링은 케이지형 볼 베어링 블록 또는 케이지형 롤러 베어링 블록이다. 몇몇 실시예에서 단일 피펫터 캐리지(712)로 도시되어 있지만, 샘플 받침대(718)는 상이한 체적 범위를 갖는 피펫터를 전달할 수도 있는 밀리팁 피펫터 캐리지를 지지할 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 피펫터 구동부(714)는 임의의 다수의 구동 방법에 의해 피펫터 트랙(715)을 따라 피펫터 캐리지(712)를 이동할 수도 있다. 예시적인 구동 방법은 리드 스크류 및 너트, 선형 모터 또는 공압 액추에이터를 포함한다. 도 3a에 도시된 실시예에서, 기구는 피펫터 트랙의 일 종단 부근에서 샘플 받침대(718)에 부착된 모터를 사용하고, 모터는 구동 풀리에 결합되어 있다. 아이들러 풀리가 아이들러 풀리와 구동 풀리 사이의 분리 거리의 조정을 허용하는 부착부에 의해, 피펫터 트랙(715)의 대향 종단 부근에서 샘플 받침대(718)에 부착될 수도 있다. 피펫터 트랙에 실질적으로 평행한 타이밍 벨트가 피펫터 캐리지(712)에 결합된 아이들러 풀리에 구동 풀리를 연결할 수도 있다. 이 타이밍 벨트의 장력은 아이들러 풀리와 구동 풀리 사이의 분리 거리를 조정함으로써 변경될 수도 있다. 모터의 회전은 타이밍 벨트를 구동하고, 피펫터 트랙(715)을 따라 피펫터 캐리지(712)를 이동시킨다.
샘플 엘리베이터(710)는 엘리베이터 트랙(708), 엘리베이터 캐리지(706) 및 엘리베이터 구동부(720)를 포함하는 선형 반송부일 수 있다. 엘리베이터 트랙(708)은 엘리베이터 캐리지(706)의 이동 방향에서 샘플 엘리베이터(710)에 부착된 선형 가이드 레일의 섹션일 수 있다. 샘플 엘리베이터(710)는 샘플 튜브에 액세스하기 위한 위치로 밀리팁 피펫터(704)를 이동시키기 위해 수직 방향으로 이동할 수 있고, 엘리베이터 트랙(708)은 유사하게 배치된다.
본 발명의 일 실시예에서, 엘리베이터 캐리지(706)는 밀리팁 피펫터(704)를 지지하고, 엘리베이터 구동부(720)의 작동에 응답하여 엘리베이터 트랙(708)을 따라 이동한다. 엘리베이터 구동부(720)는 임의의 다수의 구동 방법에 의해 엘리베이터 트랙(708)을 따라 엘리베이터 캐리지(706)를 이동할 수도 있다. 예시적인 방법은 리드 스크류 및 너트, 선형 모터 또는 공압 액추에이터의 사용을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 기구는 엘리베이터 트랙(708)의 일 단부 부근에서 샘플 엘리베이터(710)에 부착되고 구동 풀리에 결합된 모터를 사용한다. 아이들러 풀리(734)는 아이들러 풀리(734)와 구동 풀리 사이의 분리 거리의 조정을 허용하는 부착부에 의해 엘리베이터 트랙(708)의 대향 단부 부근에서 샘플 엘리베이터(710)에 부착될 수도 있다. 엘리베이터 트랙(708)에 실질적으로 평행한 타이밍 벨트(732)가 구동 풀리로부터 아이들러 풀리(734)로 연장하고 엘리베이터 캐리지(706)에 결합한다. 이 타이밍 벨트(732)의 장력은 아이들러 풀리(732)와 구동 풀리 사이의 분리 거리를 조정함으로써 변경될 수도 있다. 모터(730)의 회전은 타이밍 벨트(732)를 구동하고, 엘리베이터 트랙(708)을 따라 엘리베이터 캐리지(706)를 이동시켜, 피펫터의 수직 이동을 초래한다. 엘리베이터 모터(730)는 1회용 팁의 개구 내로 맨드릴(728)을 구동하여 기밀 밀봉부를 형성한다. 팁은 마찰에 의해 적소에 유지되고, 탈착은 수동적 또는 능동적일 수도 있다.
샘플 피펫터(700)는 샘플 취급 기능을 지원하는 부가의 특징부를 포함할 수도 있다. 샘플 피펫터(700)는 내용물로의 액세스를 제공하기 위해 하나 이상의 위치에서 분석물 카트리지(200)의 부분을 커버하는 보호 필름을 천공하도록 구성된 재사용 가능 필름 천공 디바이스를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 샘플 피펫터(700)는 샘플 튜브 또는 분석물 카트리지(200)의 내용물을 혼합하는 기능을 할 수 있는 혼합 패들 또는 초음파 프로브와 같은 혼합 디바이스를 포함한다. 샘플 피펫터는 시약병의 저장을 위한 영역을 또한 포함할 수도 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 밀리팁 피펫터(704)는 이어서 피스톤(726)에 결합되는 선형 액추에이터(723)에 연결된 선형 스텝 모터(722)를 포함할 수도 있다. 피스톤(726)은 압력 챔버로서 기능하는 배럴(727) 내에 부분적으로 놓인다. 밀봉부는 피스톤(726)과 배럴(727)의 내부벽 사이에 놓인다. 배럴(727)은 배럴 내의 피스톤의 이동을 허용하도록 협동적으로 구성될 수 있다. 피펫터(704)는 배럴(727)과 유체 접속하는 맨드릴(728)을 또한 포함할 수도 있다. 선형 스텝 모터(722)를 경유하는 피스톤(726)의 이동은 배럴(727) 내의 압력 변화를 발생한다. 이들 압력 변화는 맨드릴(728) 및 이후에 맨드릴(728)에 부착된 피펫팁에 통신되어, 그 내부에 미리 유지된 유체의 분배 또는 피펫팁 내로의 유체의 흡입을 초래한다. 사용 후에 피펫팁은 피펫팁의 상부면에 압력을 인가하는 공압 압축 이젝터에 의해 맨드릴(728)로부터 제거될 수 있다. 대안적으로, 엘리베이터(730)에 의해 구동된 박리기 플레이트가 피펫팁을 제거하는데 사용될 수도 있다. 파지기에 의해 적소에 유지된 피펫팁이 파지 디바이스를 해제함으로써 맨드릴로부터 제거될 수도 있다. 피펫팁 배출의 힘은 제어 가능할 수 있는데, 예를 들어 이젝터 또는 박리기 플레이트에 의해 장착된 피펫팁에 인가된 압력이 변경될 수도 있다. 이는 유리하게는 액적 형성 및 후속의 오염을 위한 잠재성을 최소화하는 저속 팁 배출 및 처리량을 용이하게 하는 고속 팁 배출의 모두를 허용한다.
몇몇 실시예에서, 선형 스텝 모터(722)와 피스톤(726) 사이의 연결은 이들 특징부를 연결하는 유연한 커플링(724)을 구비한다. 유연한 커플링(724)은 유리하게는 선형 스텝 모터(722), 피스톤(726), 하우징 및 피펫터의 다른 구성 요소의 교체를 간단화하여, 정확한 정렬 및 제조 공차의 필요성 없이 구동부와 디바이스의 유체 취급 구성 요소의 기계적 결합을 허용한다.
도 3c는 유연한 커플링(724)이 선형 스텝 모터(722) 및 피스톤(726)의 축을 따라 약간 변형할 수 있고 이 축에 측방향으로 이동을 제한하는 유연한 커플링(724)의 일 실시예를 도시한다. 유연한 커플링(724)은 상부 플레이트(736)(제1 연결 특징부의 예임) 및 하부 플레이트(740)(제2 연결 특징부의 예임)를 가질 수도 있고, 이들 플레이트는 간극에 의해 분리되고 중간 부재(725)에 의해 연결 가능하다. 상부 플레이트(736)는 선형 스텝 모터(722)에 부착될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 하부 플레이트(740)는 채널을 갖고, 피스톤(726)의 상부 부분은 이 채널을 통해 통과하도록 좁아지고, 이어서 일단 간극 내에 있으면 채널의 폭보다 큰 직경으로 전재한다. 하부 플레이트(740)는 적어도 부분적으로 피스톤(726) 주위에 배치된다. 컴플라이언스(compliance)는 유연한 커플링(724)의 하부 플레이트(740)와 피스톤(726)의 전개된 부분 사이에 놓인 스프링 메커니즘(738)(또는 다른 유형의 압축 가능 부재)에 의해 제거된다. 컴플라이언스는 또한 커플링의 주연부 및 이 인터페이스의 외부에 위치된 스프링 메커니즘(738)에 의해 제공될 수도 있다. 대안 실시예에서, 컴플라이언스는 스프링 메커니즘(738)보다는 엘라스토머 폴리머에 의해 제공된다. 이 컴플라이언스는 기밀한 공차로 이들 구성 요소를 구성할 필요성을 감소시키면서 정확한 유체 분배를 위해 바람직한 선형 스텝 모터(722)와 피스톤(726) 사이의 견고한 연결을 위해 요구된 힘을 제공한다. 부가적으로, 이 컴플라이언스는 이들 구성 요소의 주의 깊은 정렬을 위한 필요성을 감소시키기 때문에 선형 스텝 모터(722) 또는 피스톤(726)의 교체를 간단화한다. 유연한 커플링(724)의 사용은 샘플 밀리팁 피펫터(704)에 제한되지 않을 수도 있지만, 시스템 전체에 걸쳐 또는 심지어 본 명세서에 설명된 시스템과는 상이한 시스템에서 피펫팅 메커니즘에 사용될 수도 있다.
샘플 피펫터(700) 내의 밀리팁 피펫터(704)는 샘플 튜브로부터 분석물 카트리지 반응 우물(202)로 샘플을 이송하기 위해 각각의 분석물 카트리지(200)와 연관된 밀리팁 1회용 피펫팁을 사용할 수도 있다. 이는 유리하게는 상이한 밀리팁이 각각의 샘플 프로세싱 경우에 사용되기 때문에, 오염의 가능성을 감소시킨다. 비교적 큰 체적의 밀리팁의 사용은 큰 샘플 체적의 이송을 허용한다. 몇몇 실시예에서, 샘플 피펫터(700)는 분석물 카트리지 내에 전달된 밀리팁을 픽업(pickup)하고, 이 분석물 카트리지의 반응 우물(202)로 샘플 분취량을 이송하고, 반응 우물(202) 내에 존재하는 다른 물질과 샘플을 혼합하고, 이어서 분석물 카트리지(200)의 저장 위치로 밀리팁을 복귀한다.
몇몇 실시예에서, 시스템에 사용된 피펫터는 액체 센서(702)와 같은 감지 회로를 사용할 수도 있어, 피펫팅 작업 중에 액체와의 접촉을 검출한다. 액체는 샘플 튜브 내에 유지된 샘플 또는 분석물 카트리지(200) 또는 시약 팩 내에 유지된 액체 시약일 수도 있다. 이 검출은 액체의 높이를 결정하기 위해 피펫터의 위치에 관련된 정보와 조합될 수도 있다. 액체 센서(702)는 커패시턴스 기반 회로를 구비할 수도 있다. 액체 감지는 피펫터의 맨드릴(728) 상에 유지된 밀리팁 또는 마이크로팁과 같은 전도성 피펫팁을 경유하여 발생할 수도 있다. 작동시에, 피펫팁은 외부의 오염을 제한하기 위해 액체 표면 약간 아래로 침지될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 피펫터는 샘플 표면 아래의 비교적 일정한 깊이에서 피펫팁을 유지하기 위해 흡입 중에 하강한다. 감지 장치는 이하에 더 상세히 설명된다.
D. 분석물 카트리지
분석물 카트리지는 1회용 소모품일 수 있고, 또는 재사용 가능할 수도 있다. 다수의 상이한 분석물 카트리지 실시예가 존재할 수 있다. 일 실시예에서, 분석물 카트리지는 원위 단부 및 근위 단부와, 원위 단부와 근위 단부 사이로 선형으로 배열된 복수의 격실을 포함하는 가늘고 긴 본체를 포함하고, 격실 중 적어도 하나는 반응 우물이다. 반응 우물은 제1 및 제2 측벽과, 제1 및 제2 단부벽과, 적어도 제1 및 제2 단부벽을 연결하는 우물 바닥부를 포함한다. 제1 단부벽은 파셋 형상을 형성할 수 있는 복수의 굴곡부를 포함한다.
분석물 카트리지 내의 다양한 격실은 샘플로부터 DNA 추출을 위한 시약을 저장하기 위한 DNA 시약 격실, 또는 샘플로부터 RNA 추출을 위한 시약을 저장하기 위한 RNA 시약 격실을 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 분석물 카트리지는 제1 측벽, 제2 측벽, 제1 단부벽, 제2 단부벽 및 반응 혼합물을 수용하도록 배열된 우물 바닥부를 포함하는 반응 우물을 포함한다. 제1 측벽, 제2 측벽, 제1 단부벽 및 제2 단부벽은 개방 단부를 형성한다. 제1 단부벽은 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트를 포함한다. 제1 및 제2 세그먼트는 굴곡부에 의해 연결되고, 제1 세그먼트와 제2 세그먼트 중 적어도 하나는 반응 우물의 단면이 우물 바닥부에 근접하여 감소하도록 테이퍼링된다.
도 4aa은 분석물 카트리지(200)의 일 실시예를 도시한다. 분석물 카트리지(200)는 다양한 분석을 수행하도록 요구되는 유체(예를 들어, 시약) 및 디바이스(예를 들어, 밀리팁)를 유지할 수도 있는 다수의 격실을 포함하도록 형성된 가늘고 긴 본체(201)를 포함한다. 격실의 예는 하나 이상의 반응 우물(202), 하나 이상의 밀리팁 홀더(203), 하나 이상의 대형 시약 우물(204), 하나 이상의 중간 시약 우물(208) 및 하나 이상의 소형 시약 우물(209)을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 분석물 카트리지(200)는 모노리식(monolithic) 본체의 형태일 수 있고, 플라스틱(또는 임의의 다른 적합한 재료)으로 형성될 수도 있다. 몇몇 경우에, 플라스틱 사출 성형 프로세스가 분석물 카트리지(200)를 형성하는데 사용될 수 있다. 대안적으로, 분석물 카트리지(200)는 강성 프레임워크 내에 개별 구성 요소를 끼워맞춤으로써 구성될 수도 있다.
각각의 분석물 카트리지는 봉입 영역(212), 다양한 격실 주위에 배치된 커버[예를 들어, 배리어 필름(205)], 취급 및 자동화를 용이하게 하기 위한 특징부[예를 들어, 검출 특징부(210)], 선택된 시약, 라벨 및 프로세싱 중에 사용될 수 있는 제거 가능한 구성 요소를 또한 포함할 수도 있다. 분석물 카트리지(200)는 가늘고 긴 본체(201)의 대향 단부에 근위 단부(230) 및 원위 단부(232)를 가질 수 있다. 격실의 배향은 분석물 카트리지(200)의 상부 및 저부 부분을 형성한다. 몇몇 실시예에서, 격실은 상부에서 개방되고 저부 및 측면에서 폐쇄될 수 있다.
도 4aa에 도시된 바와 같이, 분석물 카트리지 내의 격실은 단일 파일로 정렬할 수 있다. 이 선형 레이아웃은 간단한 선형 운동이 선형 프로세싱 래인 내의 작동 위치와 분석물 카트리지의 각각의 격실을 정렬하는 것을 허용한다. 대안적으로, 분석물 카트리지는 무엇보다도, 아치형 다중열 그리드 또는 원과 같은 다른 형상을 취할 수도 있다. 분석물 카트리지를 위한 형상의 선택은 분석물 카트리지 내의 개별 격실로의 액세스를 필요로 하는 작동 위치의 수 및 시퀀스와 같은 전체 시스템 디자인에 의존할 수 있다. 서명된 선형 분석물 카트리지 디자인은, 이것이 분석물 카트리지의 콤팩트한 보관, 분석물 카트리지 상에서 작동하는 프로세싱 래인의 콤팩트한 레이아웃 및 다수의 분석물 카트리지의 용이한 사용자 취급을 지원하기 때문에 유리하다. 이는 또한 제조가 비교적 간단하다.
몇몇 실시예에서, 분석물 카트리지 내의 격실의 상단부는 공통 높이에서 정렬하는 개구를 형성한다. 몇몇 경우에, 격실 저부 단부는 일반적으로 격실이 깊이가 상이하고 격실 저부가 상이한 형상을 가질 수도 있기 때문에 정렬되지 않는다. 공통 높이는 낮은 비용으로 오염 위험을 감소시키기 위해 공유된 마개의 사용을 용이하게 한다. 이러한 것은 시스템이 분석물 카트리지 상부에 근접한 제어된 표면으로부터 프로세싱 중에 분석물 카트리지를 지지할 수도 있기 때문에, 시스템 정렬에 대한 분석물 카트리지 공차 적층의 효과를 또한 감소시킨다.
몇몇 실시예에서, 분석물 카트리지는 각각의 격실의 개구를 둘러싸는 스커트형 봉입 영역(212)을 갖는다. 봉입 영역(212)은 제1 종방향 벽(206), 제1 종방향 벽(206)에 실질적으로 평행한 제2 종방향 벽(207), 제1 횡방향 벽(213) 및 제2 횡방향 벽(214)에 의해 규정될 수 있다. 벽(206, 207, 213, 214)은 본 발명의 몇몇 실시예에서 "스커트 벽(skirting wall)"이라 칭할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 분석물 카트리지(200)는 오염의 소스일 수도 있는 분석물 우물 내용물을 수납하는 기능을 하는 다중 스커트 벽을 가질 수도 있다. 제1 및 제2 횡방향 벽(213, 214)은 제1 및 제2 종방향 벽(206, 207)에 실질적으로 수직일 수도 있어, 봉입 영역(212)이 이 실시예에서 직사각형으로 규정되게 된다. 종방향 벽(206, 207) 및 횡방향 벽(213, 214)은 다양한 격실의 상부 개구 위로 연장할 수 있다. 횡방향 벽(213, 214)은 분석물 카트리지 프로세싱 중에 발생할 수도 있는 임의의 적하물 또는 엎지름물을 수납하는 것을 보조한다. 횡방향 벽(213, 214)은 하나 이상의 격실의 내부와 연속적인 상부에서 개방된 연장된 캐비티를 생성하기 위해 격실의 개구를 둘러싼다. 봉입 영역(212)은 격실 개구와 횡방향 벽(213, 214) 사이를 연결할 수도 있는 수평 웨브(228)에 의해 더 형성될 수도 있다. 수평 웨브(228)는 봉입 영역(212)을 위한 바닥부 및 격실벽(206, 207, 213, 214)을 위한 지지체를 형성한다. 수평 웨브(228)의 저부면은 시스템이 프로세싱 중에 각각의 분석물 카트리지를 지지하기 위해 사용하는 제어된 표면일 수 있다.
분석물 카트리지 내의 격실은 다양한 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 구성 요소 저장 격실은 밀리팁과 같은 제거 가능한 구성 요소를 저장할 수 있다. 시약 우물은 시약을 저장할 수 있다. 반응 우물은 반응 부지를 제공할 수 있다. 게다가, 몇몇 격실은 하나 초과의 기능을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 반응 우물은 초기에 분석물 카트리지를 프로세싱하는 데 사용되는 시약을 수납하고, 몇몇 시약 우물은 분석물 카트리지 프로세싱 중에 생성된 폐기물을 이후에 유지할 수도 있다. 사용된 격실은 폐기된 유체에 추가하여 폐기된 구성 요소(마이크로팁, 천공기 및 용기 커버)를 유지할 수 있다.
일반적으로, 몇몇 실시예에서 격실은 격실들 사이의 액체의 크리프(creeping)를 방지하기 위해 공통벽이 결여되어 있다. 이는 격실들 사이의 오염의 가능성을 감소시키는 이점을 갖는다. 공통벽의 결여는 또한 분석물 카트리지 제조 중에 시약 우물의 누설 시험을 지원한다. 몇몇 실시예에서, 각각의 격실의 외부 프로파일은 캐비티 내부 프로파일을 밀접하게 추적한다. 즉, 벽은 비교적 일정한 두께일 수 있고 격실의 크기에 대해 얇을 수 있다. 이는 사용된 재료의 양을 감소시키는 이점을 갖고, 따라서 분석물 카트리지의 제조 비용을 감소시킨다. 이 격실벽 및 일정한 두께의 부가의 이점은 온도 제어를 위해 바람직할 수 있는 더 효율적이고 일관적인 열전달이다. 비교적 일정한 단면은 또한 사출 성형된 분석물 카트리지를 갖는 더 일관적인 부분에 기여한다. 각각의 격실을 형성하는 벽은 봉입 영역 내의 적하된 또는 엎질러진 유체의 유입을 방지하고, 격실에 마개를 부착하기 위해 에너지 유도기로서 작용하기 위해 수평 웨브 위의 림으로서 연장될 수도 있다. 이들 림은 분석물 카트리지 제조 중에 시약 우물의 누설 시험을 또한 지원할 수도 있다. 격실의 벽은 마개의 부착을 위한 에너지 유도기로서 작용하기 위해 수평 웨브 약간 위로 연장될 수도 있다. 이들은 또한 열 밀봉 접촉부로서 작용할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 분석물 카트리지의 종축을 따라 일반적으로 배치된 수직 웨브(226)는 격실벽을 연결할 수도 있다. 수직 웨브(226)는 분석물 카트리지(200)의 외부 프로파일을 적어도 부분적으로 형성하기 위해 격실을 넘어 연장될 수도 있다. 이는 분석물 카트리지에 강성을 제공하고, 기구 로딩 영역 내의 분석물 카트리지의 적합성을 제어하고, 라벨 및 다른 표식을 위한 공간을 제공하는 이점을 갖는다. 수직 웨브(226)의 부가의 이점은 사출 성형 프로세스 중에 몰드를 통한 플라스틱의 유동을 보조하는 것이다. 수직 웨브(226)는 또한 카트리지 유형을 지정하고 카트리지 로딩 유닛의 잘못된 래인 내로의 삽입을 방지하는데 사용된 키잉 특징부를 위한 위치를 제공할 수도 있다. 이는 또한 머신 판독 가능 1차원 및 2차원 바코드와 같은 인간 및 머신 판독 가능 정보를 위한 지지체일 수 있다. 분석물 카트리지(200)는 측방향 안정성을 제공하고 이를 자립시키게 하는 다른 수직 연장부를 또한 포함할 수도 있다.
분석물 카트리지 내의 구성 요소 저장 격실은 추출 및 정화 프로세스 또는 증폭 프로세스에 사용된 개별 구성 요소를 유지할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 하나의 격실은 밀리팁 피펫팁(220)을 지지하는 밀리팁 홀더(203)일 수 있다. 다른 격실은 반응 용기의 구성 요소를 유지할 수 있는 반응 용기 구성 요소 홀더(219)를 포함할 수 있다. 반응 용기의 구성 요소는 용기 베이스(246) 및 용기 베이스(246) 내에 끼워질 수 있는 용기 플러그(222)를 포함할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 각각의 저장 격실은 공통 작동 높이에서 그 연관 개별 구성 요소를 지지한다. 작동 높이는 개별 구성 요소가 기구 도구와 상호 작용하는 높이이다. 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 벽(213)은 저장 격실의 적어도 일부 사이로 연장하여 종방향 벽(206, 207)에 연결되어 개별 구성 요소의 적어도 일부를 분리한다.
분석물 카트리지 내의 시약 우물은 다수의 유형일 수도 있다. 이들 중에는 소체적의 시약을 유지하는 소형 시약 우물(209), 고체 상태 마이크로입자를 유지하거나 중간 체적의 시약을 수납하기 위한 중간 시약 우물(208) 및 세척 유체, 버퍼, 다른 시약 또는 샘플을 유지할 수도 있는 대형 시약 우물(204)이 있을 수도 있다. 시약 우물 내에 저장된 시약은 액체 또는 액체 내에 현수된 입자의 형태일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 시약 우물 내에 저장된 시약은 친액성 고체, 친액성 펠릿 또는 시약 우물의 내부벽에 부착된 건식 필름의 형태이다. 몇몇 시약 우물은 비어 있을 수도 있다. 배리어 필름(205)은 시약 우물의 상부를 폐쇄할 수 있다.
소형 시약 우물(209)은 소량으로 사용된 물질을 유지할 수도 있다. 소형 시약 우물(209)은 원추형으로 테이퍼링된 저부를 갖는 원통형일 수도 있다. 이 형상은 사체적을 최소화하고, 피펫터가 수납된 시약의 모두 또는 거의 모두를 수집하게 한다. 몇몇 실시예에서, 각각의 분석물 카트리지(200)는 약 7.6 mm(또는 그 이상)의 헤드스페이스 허용 오차를 갖는 약 200 마이크로리터(또는 그 이상)의 충전 체적을 갖는 하나의 소형 시약 우물(209)을 갖는다. 소형 시약 우물은 또한 (a) 우물의 저부로 액체 체적을 유도하고, (b) 가열 요소가 외부벽에 적용될 때 전도 열전달을 향상시키기 위해 피라미드형 저부를 갖는 직사각형일 수도 있다. 소형 시약 우물은 본 발명의 몇몇 실시예에서 직사각형 단면을 또한 가질 수도 있다. 저부는 중앙 가장 깊은 지점을 가질 수도 있고, 원형, 원추형, 피라미드형일 수도 있다. 직사각형 단면을 갖는 우물의 이점은 편평한 접촉 영역이 향상된 열접촉/온도 제어를 제공한다는 것이다.
중간 시약 우물(204)은 사용 중에 혼합을 필요로 할 수도 있는 비교적 작은 체적 또는 시약에 요구된 시약을 유지한다. 예를 들어, 중간 시약 우물(204)은 고체 상태 마이크로입자를 유지할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 시스템은 현탁액에 고체 상태 마이크로입자를 저장하지만, 건식 저장이 저장 수명을 연장시킬 수도 있다. 어느 경우든, 고체 상태 마이크로입자는 저장시에 침전하는 마이크로입자를 재현탁하거나 재수화된 현탁액을 분배하기 위해 사용 전에 혼합을 필요로 할 수도 있다. 다른 중간 시약 우물은 시스템이 반응 우물 내로 이송을 위해 준비물을 형성할 수도 있는 샘플과 희석액의 혼합물과 같은 혼합을 필요로 하지 않는 시약 또는 다른 혼합물을 유지할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 각각의 분석물 카트리지(200)는 약 7.6 mm(또는 그 이상)의 헤드스페이스 허용 오차를 갖는 약 350 마이크로리터(또는 그 이상)의 충전 체적을 각각 갖는 2개의 중간 시약 우물을 갖는다. 중간 시약 우물은 본 발명의 몇몇 실시예에서 직사각형 단면을 또한 가질 수도 있다. 저부는 중앙 가장 깊은 지점을 가질 수도 있고, 원형, 원추형 또는 피라미드형일 수도 있다. 직사각형 단면을 갖는 우물의 이점은 편평한 접촉 영역이 향상된 열접촉/온도 제어를 제공한다는 것이다.
중간 시약 우물(208)은 피라미드형 저부를 갖는 직사각형 단면을 가질 수도 있다. 이 형태는 유리하게는 우물의 저부에 액체 체적을 유도하고 가열 요소가 외부벽에 적용될 때 전도 열전달을 향상시킨다. 다른 실시예에서, 중간 시약 우물은 라운딩된 저부, 몇몇 실시예에서 반구형 저부를 갖는 원통형일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 시스템은 팁 혼합을 사용하여 중간 시약 우물 내용물을 혼합한다. 팁 혼합은 내용물의 흡입 및 재분배의 하나 이상의 사이클을 포함할 수 있다. 예를 들어, 팁은 밀리팁일 수 있고 내용물의 흡입 및 재분배는 밀리팁을 사용하여 수행될 수도 있다. 팁 혼합은 내용물을 교반하여 유체의 상이한 요소가 작은 스케일로 상호 작용하게 된다. 중간 시약 우물(208)의 피라미드형 또는 반구형 저부는 최소 미포함 체적을 갖고 재분배된 내용물의 교반 및 제한된 회전을 지원한다. 재분배 프로세스는 유체 교반을 추진하기 위해 재분배된 유체의 동역학 에너지를 사용한다. 중간 시약 우물(208)은 혼합시에 모세관력의 효과를 감소시키기 위해 분석물 카트리지의 폭의 비교적 큰 분율인 직경을 갖는다. 중간 시약 우물(208)은 임의의 튀김을 더 양호하게 포함하기 위해 그 직경보다 큰 깊이를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 중간 시약 우물의 깊이는 그 직경의 적어도 2배이고, 직경은 적어도 약 1 mm(예를 들어, 약 1 내지 10 mm), 몇몇 경우에 적어도 약 5 mm일 수도 있다.
시스템은 시약 우물 내용물을 혼합하기 위해 임의의 다수의 다른 방법을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 시스템은 내용물을 교반하기 위해 하나 이상의 차원에서 분석물 카트리지(200)를 가속할 수도 있고, 또는 혼합 도구로서 유체 내에 배치된 피펫팁 또는 다른 디바이스를 사용할 수도 있다. 다른 혼합 방법은 자기 혼합, 초음파 및 회전 패들 또는 우물 내에 삽입된 유사한 디바이스를 포함할 수도 있다.
대형 시약 우물(204)은 세척 유체, 버퍼, 다른 시약, 폐기물 또는 샘플을 유지할 수도 있다. 일반적으로, 시스템은 비교적 큰 체적의 시약을 수용하거나 혼합을 필요로 하지 않도록 충분히 균질한 시약을 수용하기 위해 대형 시약 우물(204)을 사용한다. 비록 그렇다해도, 시스템은 예를 들어 전술된 팁 혼합 프로세스에 의해 대형 시약 우물 내의 물질을 혼합할 수도 있다. 대형 시약 우물(204)은 사체적을 최소화하고 따라서 피펫터가 수납된 시약의 모두 또는 거의 모두를 수집할 수 있게 하도록 테이퍼링될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 테이퍼는 얕은 테이퍼를 갖는 비교적 대체적 피펫터 팁이 대형 시약 우물(204)의 저부에 도달하게 하기 위한 적어도 2 부분 테이퍼이다. 테이퍼는 제조 중에 분석물 카트리지(200)의 배출을 용이하게 하는 드래프트로서 작용하는 추가의 이점을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 분석물 카트리지는 약 7.6 mm의 헤드스페이스 허용 오차를 갖는 약 2000 마이크로리터의 충전 체적을 각각 갖는 7개의 대형 시약 우물을 갖는다. 대형 시약 우물은 본 발명의 몇몇 실시예에서 직사각형 단면을 또한 가질 수도 있다. 저부는 중앙 가장 깊은 지점일 수도 있고, 원형, 원추형, 피라미드형일 수도 있다. 직사각형 단면을 갖는 우물의 이점은 편평한 접촉 영역이 향상된 열 접촉/온도 제어를 제공한다는 것이다. 대형 시약 우물의 편평한 외부벽은 라벨, 바코드 및 다른 표식을 지지하는데 사용될 수도 있다.
배리어 필름(205)은 시약을 보존하고 시약 교차 오염을 방지하기 위해 개별적으로 시약 우물을 밀봉할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 단일 배리어 필름(205)이 모든 시약 우물을 커버할 수도 있다. 다른 실시예에서, 분석물 카트리지(200)의 시약 우물은 개별 밀봉부를 가질 수도 있다. 배리어 필름(205)은 폴리머 및 포일의 다층 복합재료일 수도 있고, 금속 포일을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 배리어 필름(205)은 일단 천공 디바이스가 제거되면 배리어 필름(205) 내에 개구를 유지하기에 충분한 강성 및 낮은 천공력의 모두를 갖는 적어도 하나의 포일 구성 요소를 포함한다. 부가적으로, 배리어 필름(205)은 포일 구성 요소의 어떠한 단편도 천공시에 배리어 필름으로부터 해제되지 않도록 구성될 수도 있다. 배리어 필름에 적합한 재료는 영국 엡섬 소재의 써모 사이언티픽, 인크(Thermo Scientific, Inc.)에 의해 공급된 파트 넘버 AB-00559일 수도 있다. 배리어 필름(205)은 모든 시약 우물에 걸쳐 있는 연속적인 부분일 수 있다. 작동시에, 피펫팁은 시약 우물 내용물에 액세스하기 위해 배리어 필름을 천공한다. 제조 프로세스는 천공시에 임의의 인열이 예측 가능한 위치에서 발생하도록 배리어 필름을 미리 스코어링(scoring)할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 제조 프로세스 레이저는 각각의 시약 우물의 림에 배리어 필름을 용접한다. 대안적으로, 제조 프로세스는 배리어 필름을 시약 우물에 부착하기 위해 다른 부착 방법을 사용할 수도 있다. 다른 적합한 프로세스는 열 밀봉, 초음파 용접, 유도 용접 또는 접착제 접합을 포함할 수도 있다.
도 4ab는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다른 분석물 카트리지의 평면 사시도를 도시한다. 도 4ab에 도시된 분석물 카트리지(200)는, 중간 시약 우물(208')의 측벽이 실질적으로 편평하고 시약 우물(208')의 개구가 실질적으로 평행사변형(예를 들어, 사각형)인 것을 제외하고는, 도 4aa의 분석물 카트리지(200)와 유사하다. 시약 우물(208', 209')의 측벽은 실질적으로 만곡되고, 시약 우물(208, 209)의 개구는 도 2의 분석물 카트리지(200) 내에서 실질적으로 원형이다. 시약 우물(208')의 편평한 측벽은 유리하게는 시약 우물(208)의 만곡된 측벽에 비교하여 가열기와 더 양호한 열 접촉 상태에 있을 수 있어 이에 의해 시약 우물(208') 내의 시약에 더 양호한 열전달을 제공한다.
도 4의 (b)는 분석물 카트리지(200) 내의 반응 우물(202)의 측단면도 및 평면도를 도시한다.
도 4aa와 4ab 및 도 4의 (b) 모두를 참조하면, 분석물 카트리지(200)는 추출 및 정화 프로세스 중에 반응 혼합물을 수납하는 적어도 하나의 반응 우물(202)을 포함한다. 시스템이 주로 상부로부터 다른 분석물 카트리지 격실 상에서 작동하는 동안, 반응 우물(202)은 또한 그 측면 및 에지를 통해 자석 및 가열기와 같은 도구와 상호 작용할 수 있다. 이 이유로, 일 실시예에서, 반응 우물(202)은 분석물 카트리지(200)의 일 단부(근위 단부) 부근에 존재할 수 있다. 이 단부 위치설정은 유리하게는 분석물 카트리지(200)를 이동함으로써 도구 작동이 도구에 근접하여 반응 우물(202)을 배치할 수 있게 한다. 단부 위치설정은 반응 우물(202)로의 또는 그로부터의 피펫팅 동안을 제외하고는, 능동 피펫팁 아래로 반응 우물을 반송하는 것을 회피함으로써 오염의 가능성을 감소시키는 추가의 이점을 갖는다. 일 단부에서의 반응 우물의 배치는 또한 혼합 활동 중에 반응 우물에 오염물이 진입하는 위험을 감소시킨다.
반응 우물(202)은 비교적 큰 반응 체적을 수납하고, 그 내용물의 효과적인 혼합을 허용하고, 최소 세척을 갖는 흡입을 허용하고, 외부 가열기와의 양호한 열 접촉을 보장하고, 높거나 낮은 충전 체적에서 외부 자석과 상호 작용하도록 설계된 파셋 형상(직사각형 세그먼트에 의해 형성될 수도 있음)을 갖는다. 반응 우물(202)은 약 7.6 mm의 헤드스페이스 허용 오차를 갖는 약 4500 마이크로리터의 용량을 가질 수 있다. 이 비교적 큰 용량은 밀리리터 범위의 샘플 체적의 프로세싱을 지원한다. 큰 샘플 체적을 프로세싱하기 위한 능력은 샘플링 에러를 감소시키고 샘플의 밀리리터당 단지 소수의 카피에서 존재할 수도 있는 희귀한 서열의 검출을 향상시킨다. 다른 실시예에서, 반응 우물은 파셋 형상 대신에 점진적인 전이 디자인을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 반응 우물 체적과 그 파셋 형상의 조합은 큰 샘플 체적의 프로세싱 및 작은 체적의 회수의 모두를 허용하여, 샘플 농도 및 따라서 희귀한 서열의 검출에 사용될 수 있게 한다.
도 4의 (c)-1에 도시된 바와 같이, 반응 우물(202)은 분석물 카트리지(202)의 장축과 정렬된 직사각형의 장축을 갖는 일반적으로 직사각형 단면(수평 웨브의 평면에서)을 가질 수 있다. 반응 우물(202)은 밀리팁 피펫팁(220)을 수용하기에 적어도 충분히 넓을 수 있다. 반응 우물(202)은 제1 및 제2 측벽[202(c), 202(d)]을 포함할 수도 있는 그 측벽(일반적으로 분석물 카트리지축에 평행함)으로부터 그리고 제1 및 제2 단부벽[202(a), 202(b)]을 포함할 수도 있는 그 단부벽(일반적으로 분석물 카트리지축에 수직임)으로부터 깊이를 갖고 테이퍼링된다. 제1 및 제2 측벽[202(c), 202(d)]은 대부분의 높이에 대해 얕은 드래프트(수직에 근접함) 및 반응 우물 바닥부(240)(도 4의 (b)에 도시됨) 부근에서 더 가파른 드래프트(수평에 근접함)를 갖는 이중 테이퍼를 갖는다. 제1 및 제2 측벽[202(c), 202(d)]은 그 바닥부(240) 부근에서 반응 우물이 좁아지게 하기 위해 더 가파른 드래프트부에서 수렴한다.
분석물 카트리지축을 따른 종방향 섹션에서, 반응 우물(202)은 비대칭일 수 있고, 가장 깊은 부분은 분석물 카트리지 근위 단부(230)(도 4aa 참조)로부터 원위측인 단부벽[202(b)]에 비교적 근접하여 정렬된다. 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 이 가장 깊은 부분은 밀리팁(220)이 흡입 위치(236)(몇몇 경우에 제2 위치에 대응할 수 있음)에 있을 때 측벽에 접촉하지 않고 가장 깊은 부분에 도달할 수 있도록 밀리팁 피펫팁(220)에 적합된다. 반응 우물의 종방향 섹션 프로파일은 다각형일 수 있고, 저부는 분석물 카트리지(200)의 근위 단부(230)에 근위측인 단부벽을 연결하기 위해 구분적 선형 방식으로 상승할 수 있다. 각각의 연속적인 세그먼트{반응 우물 바닥부(240)에서 시작하여, 제1 굴곡부[202(a)-1]에 의해, 제2 굴곡부[202(a)-2]에 의해 그리고 제3 굴곡부[202(a)-3]에 의해 각각 경계 형성됨}는 수직에 접근하여 정렬된다. 이들 연속적인 세그먼트의 각도는 수직축에 대해 둔각일 수도 있다. 일 실시예에서, 제1 세그먼트{반응 우물 바닥부(240)로부터 굴곡부[202(a)-1]로 연장함}의 내부면의 각도는 수직축에 대해 100°내지 120°의 범위이고, 제2 세그먼트의 내부면의 각도는 수직축에 대해 135°내지 155°의 범위이고, 제3 세그먼트의 내부면의 각도는 수직축에 대해 150°내지 170°의 범위이다. 제3 굴곡부[202(a)-3]를 넘어 연장하는 세그먼트는 수직축에 대략 평행할 수도 있다. 다른 실시예에서, 제1 세그먼트의 내부면의 각도는 수직축에 대해 약 110°이고, 제2 세그먼트의 각도는 수직축에 대해 약 145°이고, 제3 세그먼트의 각도는 수직축에 대해 약 160°이다. 몇몇 실시예에서, 분석 카트리지축 평면을 따른 반응 우물 종방향 섹션 프로파일은 근위 단부에서 반응 우물 정상부와 가장 깊은 지점 사이에 4개의 선형 세그먼트{제1, 제2 및 제3 굴곡부[202(a)-1, 202(a)-2, 202(a)-3]에 의해 형성됨}를 포함한다. 2개의 선형 세그먼트는 원위 단부에서 반응 우물 정상부와 가장 깊은 지점을 연결할 수 있다. 전술된 굴곡부는 연속적인 선형 세그먼트를 결합하는 라운딩된 전이부일 수도 있다. 그러나, 연속적인 세그먼트를 결합하는 전이부는 직립 액체를 한정하는 것이 바람직한 경우에 각형성(angle)될 수도 있다.
본 발명의 실시예에서, 제1 세그먼트{굴곡부[202(a)-3] 위의}는 반응 우물의 개방 단부에 근접하고 제1 테이퍼를 갖고, 제2 세그먼트{예를 들어 굴곡부[202(a)-2] 아래의}는 개방 단부로부터 멀리 이격되고 제2 테이퍼를 갖는다. 제2 테이퍼는 큰 비율로 반응 우물의 단면을 감소시키기 위해 제1 테이퍼보다 클 수 있다.
근위 단부벽{즉, 제1 단부벽[202(a)]}은 분석물 카트리지의 단부의 근위 단부를 향해 그리고 반응 우물의 저부를 향해 테이퍼링된다. 근위 단부벽[202(a)]이 반응 우물 바닥부(240)에 접근함에 따라, 측벽[202(c), 202(d)]은 반응 우물 중간선(또는 중간 평면)을 향해 수렴한다. 반응 우물의 단면은 우물 바닥부(240)를 향해 감소할 수 있다. 근위 단부벽[202(a)] 및 수렴 측벽[202(c), 202(d)]의 하부 세그먼트는 평활한 곡선으로 교차할 수도 있다. 이 곡선의 반경은 반응 우물 바닥부(240)를 향해 감소하여, 이에 의해 암거(211)를 형성하는 절두 원추형 표면의 세그먼트를 형성한다. 암거(211)의 평활한 벽은 반응 우물 바닥부(240)를 향해 유체를 깔때기 유도(funneling)하는 기능을 한다. 암거(211)는 빨아들이기 위해 반응 우물 중간선을 향해 암거 상부로부터 첨가된 유체를 유도하고 하부 근위 단부벽 상에 국부화된 임의의 물질을 씻어내도록 난류를 유도한다. 몇몇 실시예에서, 하부 근위 단부벽 상에 국부화된 물질은 자기 응답성 입자를 포함한다. 암거(211)는 반응 혼합물의 혼합을 또한 향상시킬 수도 있다.
반응 우물(202)의 파셋 기하학적 형상은 수정된 팁 혼합 프로토콜을 사용하여 반응 우물 내용물의 효과적인 혼합을 허용할 수 있다. 시스템은 반응 우물(220)의 가장 깊은 부분 또는 그 부분에서 밀리팁(220)에 의해 반응 우물 내용물을 흡입함으로써 혼합할 수 있다. 시스템은 이어서 분배 위치(234)(몇몇 경우에 제1 위치에 대응할 수도 있음)에서 근위 측벽에 더 근접한 밀리팁(220)으로 흡입된 물질을 재분배하여, 유체를 교반하고 혼합한다. 몇몇 실시예에서, 시스템은 암거(211) 상에 밀리팁(220)으로 흡입된 물질을 재분배하여, 액체를 교반하고 혼합하는 동안 난류를 유도한다. 암거 상에 퇴적되어 있는 마이크로입자와 같은 미립자가 이러한 혼합에 의해 현탁될 수도 있다. 이러한 혼합 작용은 분배된 액체를 재흡입하고 이를 재분배함으로써 반복될 수도 있다. 시스템은 밀리팁 또는 마이크로팁을 사용하여 반응 우물로부터 흡입할 수 있다.
가장 깊은 지점 또는 그 부근에서 밀리팁(220)에 의한 흡입은 사체적을 최소화한다. 이 영역에서 반응 우물(202)의 각형성된 바닥부는 흡입 중에 밀리팁을 차단할 수도 있는 밀리팁(220)과 반응 우물 바닥부(240) 사이의 밀봉부의 형성을 방지한다. 파셋의 선형 세그먼트들 사이에 굴곡부를 형성하는 교차부는 암거(211) 내에 국부화된 물질로부터 액체의 체적을 분리하는 기능을 할 수 있다.
또한, 암거(211)는 웨트 및 재부유 고상 재료에 추가된 유체의 스커링 효과(scouring effect)를 유리하게 증폭한다. 암거의 좁고 안쪽으로 굽은 형상은, 속도는 빠르면서 더욱 작은 볼륨의 유체가, 암거의 저부로 이전에 당겨진 자기 재료를 재부유하는 것을 일조하게 한다. 근위 제1 단부벽(202(a))은 암거에 타원형 단면을 제공하기 위해 근위에서 외측으로 휘어질 수 있다. 이는 중간선을 따른 규정된 영역 내에 근위 단부벽의 이 부분에 대하여 위치한 재료를 함유하도록 기능하여, 추가 유체의 스커링 작용을 향상시키고 이렇게 함유된 재료를 작은 용출 볼륨으로부터 물리적으로 분리한다. 이는 작은 용출 볼륨이 필요한 경우 핵산 분리의 추후 단계들에서 특히 유리하다.
도 4cb는 다른 실시예에 따른 다른 반응 우물의 평면도를 도시한다. 도 4의 (c)-1 및 도 4cb에서, 유사한 도면 부호는 유사한 요소를 나타낸다. 도 4cb에서, 암거(211)는 비교적 직선형 측면 경계에 의해 형성되고, 반면에 도 4의 (c)-1의 암거(211)는 곡선 측면 경계를 갖는다.
몇몇 실시예에서, 반응 우물(202)의 외부 프로파일은 캐비티 내부 프로파일을 밀접하게 추적한다. 즉, 벽[202(a) 내지 202(d)]은 비교적 일정한 두께이고, 반응 우물(202)의 크기에 대해 얇다. 전술된 이점에 추가하여, 이는 유리하게는 외부 가열기와 반응 우물 내용물 사이의 열전도를 향상시킨다. 더 양호한 열전도는 반응 우물 내용물이 원하는 온도에 도달하기 위한 시간을 감소시켜, 프로세싱의 길이를 감소시키고 반응 우물 내의 더 균일한 조건을 보장한다. 더 균일한 조건은 핵산 단리에 있어서 더 양호한 반복성 및 따라서 더 정확한 해답에 기여한다. 대안적으로, 반응 우물(202)은 비교적 균일한 두께이지만 외부 가열기와의 접촉의 영역에서 감소된 두께의 우물을 가질 수도 있다.
반응 우물(202)의 파셋 형상은 또한 자기 결합을 위한 연장된 영역을 제공함으로써 높은 또는 낮은 충전 체적에서 외부 자석과의 상호 작용을 지원한다. 연장된 영역은 근위측 제1 단부벽의 세그먼트를 형성하는 반응 우물(202)의 파셋일 수도 있다. 단부벽 세그먼트의 외부면은 반응 우물의 수직축에 대해 예각으로 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 예각은 약 20도 내지 약 70도일 수 있고, 몇몇 경우에 약 35도일 수 있다. 이 예각은 유리하게는 파셋에 근접한 비교적 큰 자석 또는 작은 자석의 병치(juxtaposition)를 허용한다. 이와 같이 배치된 어느 하나의 크기의 자석은 암거(211) 내의 내부 반응 우물 제1 단부벽[202(a)]에 인접한 자기 응답성 마이크로입자를 수집하여 펠릿화하는 자기장을 셋업한다. 더 작은 자석은 반응 우물(202)의 저부 부근에 암거면을 따라 자기 반응성 마이크로입자를 수집할 수 있다. 큰 자석은 또한 암거(211)를 따라 자기 응답성 마이크로입자를 수집하지만 이들을 내부면의 더 큰 부분 상에 분배한다. 큰 자석은 자기 응답성 마이크로입자를 더 신속하게 수집할 수도 있고, 시스템은 분배된 펠릿을 더 즉시 재현탁할 수 있다. 이들 속성의 모두는 프로세싱 시간을 감소시킨다. 더 소형의 자석은 자기 응답성 마이크로입자의 분배를 공간적으로 제한하여 소체적의 유체의 첨가가 특히 모든 작은 펠릿에 도달하게 된다. 이는 후속의 프로세싱 단계가 단지 소체적의 유체만을 첨가할 때 유리하다. 이는 예를 들어 최소 용출 체적이 바람직한 핵산의 용출 직전에 발생할 수도 있다.
도 4j는 대안적인 반응 우물 실시예(202-1, 202-2, 202-3, 202-4, 202-5)의 다수의 측단면도를 도시한다. 각각의 디자인은 상이한 단부벽 구성을 갖는다. 밀리팁(220)이 각각의 반응 우물 디자인을 갖고 도시되어 있다. 반응 우물 실시예(202-1)는 도 4의 (b)에 도시된 반응 우물과 다소 유사한 구성을 갖는다. 반응 우물 실시예(202-2, 202-3)는 반응 우물 실시예(202-1)보다 더 적은 각형성된 부분을 저부로 이어지는 단부벽 내에 갖는다. 반응 우물 실시예(202-4, 202-5)는 반응 우물의 단부벽부가 만곡된 실시예를 도시한다. 반응 우물 실시예(202-4)는 반응 우물(202-5)보다 짧고 작은 체적을 갖는다.
분석물 카트리지(200)는 임의의 적합한 재료로 제조될 수도 있다. 예를 들어, 분석물 카트리지(200)는 폴리프로펠린과 같은 소수성 폴리머를 포함할 수도 있다. 이러한 경우에 해당하면, 수성 버퍼와 분석물 카트리지 사이의 계면은 큰 입사각을 가질 수 있다. 이 큰 입사각은 암거 파셋과 인접한 파셋 사이의 각도 교점에 의해 형성된 라인을 따라 버퍼의 적절한 체적의 공기/액체 계면을 국부화할 수 있다. 이 체적은 약 1 마이크로리터 내지 약 100 마이크로리터일 수도 있고, 바람직한 실시예에서 약 25 마이크로리터이다. 분석물 카트리지(200)는 대안적으로 폴리에틸렌, 플루오로폴리머, 폴리스티렌, 실리콘 및 이들의 공중합체를 포함하고, 이들 및 다른 재료가 다른 재료 상에 필름 또는 층으로서 도포될 수 있다.
분석물 카트리지는 사용에 앞서 내용물을 보호하기 위한 제거 가능한 카트리지 커버(도시 생략)를 포함할 수도 있다. 커버는 분석물 카트리지의 봉입 벽의 상부 또는 그 부근에 끼워지는 플라스틱, 페이퍼 또는 카드보드로 제조될 수도 있다. 커버는 유리하게는 저장 및 취급 중에 오염의 가능성을 감소시킨다. 몇몇 실시예에서, 사용자는 그가 대략 분석물 카트리지를 시스템 내에 로딩할 때에 카트리지 커버를 제거한다. 대안적으로, 분석물 카트리지 패키징은 카트리지 커버에 일체화될 수도 있어 패키징으로부터 분석물 카트리지의 제거가 또한 카트리지 커버를 제거하게 된다. 카트리지 커버는 스냅 끼워맞춤 또는 유사한 방법에 의해 분석물 카트리지에 부착될 수도 있지만, 몇몇 경우에 카트리지 커버는 스커트 벽의 상부에 부착된 "인열 제거(tear-off)" 스트립을 형성한다. 페이퍼, Tyvek
Figure pat00007
또는 폴리머 필름과 같은 가요성 배리어 재료가 인열 제거 스트립의 본체를 형성할 수 있다. 스커트 벽으로의 인열 제거 스트립의 부착은 접착제 접합 또는 초음파 용접과 같은 임의의 다양한 기술에 의해 이루어질 수 있고, 몇몇 경우에 열 접합이다. 사용시에, 사용자는 분석물 카트리지로부터 인열 제거 스트립을 간단히 박리할 수도 있다. 선택적으로, 카트리지 커버는 미리 인쇄된 설명서 또는 다른 정보를 포함할 수도 있다.
도 4d를 참조하면, 분석물 카트리지(200)는 취급 및 자동화를 용이하게 하기 위한 특징부를 포함한다. 이들 특징부는 하나 이상의 위치 설정 기준을 설정하기 위해 제조 중에 제어된 표면과, 저장 중에 분석물 카트리지(200)를 지지하고 프로세싱 중에 분석물 카트리지를 위치시키기 위한 지지 탭(218)과, 피펫팁의 후퇴 중에 분석물 카트리지를 보유하기 위한 카트리지 플랜지와, 인접한 분석물 카트리지를 분간하기 위한 검출 특징부[도 4aa의 요소(210) 참조]와, 분석물 카트리지의 반전된 로딩을 방지하기 위한 비대칭 특징부와, 분석물 카트리지의 유형을 구별하기 위한 키잉 특징부와, 분석물 카트리지에 관련된 정보를 전달하기 위한 마킹 요소를 포함한다.
제어된 표면은 제조 프로세스가 엄밀한 공차로 유지되는 기준 위치를 제공함으로써 분석물 카트리지 위치 설정을 용이하게 한다. 몇몇 실시예에서, 일 제어된 표면은 분석물 카트리지의 원위 단부에서 수직 웨브의 수직으로 배치된 에지이다. 수평 웨브의 저부면이 제어된 표면일 수도 있다.
도 4d는 카트리지 캐리지의 추진 특징부(303)와 결합하는 지지 탭(218)을 갖는 분석물 카트리지(200)의 단부를 도시한다.
본 발명의 실시예에서, 한 쌍의 지지 탭(218)은 시스템 상에 분석물 카트리지(200)를 지지할 수도 있다. 지지 탭(218)은 분석물 카트리지의 일 단부로부터 돌출하고, 각각의 지지 탭(218)은 수평 요소 및 수직 요소를 포함한다. 시스템 내의(예를 들어, 카트리지 로딩 유닛 내의) 평행 레일은 아래로부터 수평 요소를 위한 지지를 제공함으로써 분석물 카트리지를 보유할 수도 있다. 수직 요소는 수평 요소로부터 하향으로 연장한다. 수직 요소 및 평행 레일의 유사한 간격은 평행 레일 상에 분석물 카트리지를 정렬한다. 몇몇 실시예에서, 수직 요소는 수평 요소에서보다 분석물 카트리지 중간점으로부터 더 멀리 있다. 즉, 수평 요소는 분석물 카트리지로부터 주연 방향으로 연장하고 수직 요소 내에서 종료한다. 이는 오정렬된 분석물 카트리지가 평행 레일들 사이로 낙하하는 것을 방지하는 이점을 갖는다.
지지 탭(218)은 또한 프로세싱 래인 내에 프로세싱 중에 분석물 카트리지를 위치시킬 수도 있다. 시스템이 일 단부로부터 분석물 카트리지를 압박하거나 견인하는 동안, 공차 누적의 회피는 단일 단부로부터 일관적인 압박 또는 견인을 선호한다. 따라서, 분석물 카트리지는 이 더 요구가 심한 사용을 위해 큰 강성을 제공하기 위해 일 단부에서 더 강인한 지지 탭을 가질 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 이 더 강인한 지지 탭은 수직 I-보 구조체를 수직 요소에 일체화하고 이를 최원위측 격실의 저부에 연결한다. 분석물 카트리지(200)의 원위 단부의 지지 탭(218)은 분석물 카트리지로부터 작은 거리로 간극을 형성하는 제어된 표면으로 원위측으로 현수된다. 분석물 카트리지 상의 지지 탭(218)은 또한 패키징 내에 유지될 때 분석물 카트리지를 지지하는데 사용될 수도 있다. 지지 탭(218)과 분석물 카트리지(200)의 원위면 사이의 간극은 또한 시스템 내의 분석물 카트리지의 이송을 용이하게 하기 위해 테이퍼링될 수도 있다.
분석물 카트리지(200)는 피펫팁의 후퇴 중에 분석물 카트리지를 보유하기 위한 특징부를 또한 포함한다. 이러한 특징부는 시스템이 배리어 필름(205)에 의해 커버된 시약 우물로부터 피펫팁(220)을 제거할 때 특히 이점이 있을 수도 있다. 분석물 카트리지 보유 특징부는 격실 상의 밀봉부를 관통하기 위해 천공기를 사용할 때 또한 유용하다. 전술된 바와 같이, 배리어 필름(205)은 시스템이 반응 우물로부터 피펫팁을 후퇴시킬 때 피펫팁(220) 상에 마찰력을 인가하는 구성 요소를 포함할 수도 있다. 분석물 카트리지(200)를 보유하기 위한 특징부가 없이, 피펫팁(220)은 그 지지체로부터 전체 분석물 카트리지(200)를 들어올릴 수 있어, 분석물 카트리지(200)가 지지체로 재차 아래로 낙하할 때 분석물 카트리지를 변위시키거나 튀김(splashing) 또는 후속의 엎지름(spill)을 유발한다. 배리어 필름(205)은 또한 후속의 피펫팅 작동과 간섭하지 않기 위해 천공 후에 필름 내의 구멍을 개방 상태로 유지하는 포일과 같은 취성 또는 강성 구성 요소를 포함할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 분석물 카트리지(200)는 분석물 카트리지(200)의 적어도 하나의 에지에 배치된 카트리지 플랜지를 포함한다. 이러한 카트리지 플랜지는 분석물 카트리지의 길이의 적어도 일부에 대해 스커트 벽을 넘어 연장하는 수평 웨브의 연장부일 수도 있다. 카트리지 플랜지는 나란히 배치될 때 분석물 카트리지의 더 밀접한 패킹을 지원하기 위해 수평 웨브보다 약간 낮은 높이에서 돌출할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 카트리지 플랜지는 분석물 카트리지의 실질적으로 전체 길이로 연장한다. 시스템은 또한 또는 대안적으로 스커트 벽의 상부와 같은 몇몇 다른 특징부를 사용하여 분석물 카트리지를 보유한다. 카트리지 플랜지의 존재는 다수의 분석물 카트리지의 수동 취급을 또한 지원한다.
분석물 카트리지는 기구가 다수의 분석물 카트리지를 함께 저장할 때 인접한 분석물 카트리지를 분간하는 것이 가능한 검출 특징부(210)를 포함할 수도 있다. 이러한 검출 특징부(210)의 목적은 기구가 로딩 영역 내의 로딩된 분석물 카트리지의 존재를 감지하는 것을 허용하는 것이다. 예를 들어, 제1 및 제2 종방향 벽(206, 207)은 수평 웨브(228) 위의 전체 분석물 카트리지(200) 주위로 연장할 수 있다. 제1 및 제2 종방향 벽(206, 207)은 나란히 배치되어 분석물 카트리지의 일 단부에서 종방향 벽에 응답하는 외부 센서가 하나의 분석물 카트리지를 다른 것과 즉시 구별할 수 없게 될 때 분석물 카트리지들 사이의 분리 거리를 결정할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 원위 단부에서 종방향 벽은 분석물 카트리지 측면들을 따른 종방향 벽들 사이의 거리에 비교하여 감소된 크기를 갖는다. 종방향 벽의 원위 단부는 2개 이상의 세그먼트를 포함할 수도 있고, 여기서 하나의 세그먼트는 분석물 카트리지의 원위 단부에 또는 원위 단부 부근에 배치되고 다른 세그먼트는 원위 단부의 내부에 배치된다. 세그먼트들은 분석물 카트리지축에 일반적으로 평행하게 배치된 종방향 벽의 짧은 횡방향 세그먼트에 의해 서로 연결될 수 있다. 이 분할된 기하학 구조는 종방향 벽의 완전한 봉입을 유지하고, 원위 단부 부근에 배치된 외부 센서가 분석물 카트리지의 나머지로부터 원위 단부 부근에 배치된 세그먼트를 분간하는 것을 허용한다.
분석물 카트리지는 사용자가 분석물 카트리지를 거꾸로, 즉 단부간 반전된 상태로 부주의하게 로딩하는 것을 방지기 위한 비대칭 특징부를 포함할 수도 있다. 시스템은 이들 비대칭 특징부들에 상보적이지만 반전된 분석물 카트리지에는 상보적이지 않은 분석물 카트리지 로딩 영역 내의 특징부를 포함할 수도 있다. 따라서, 분석물 카트리지는 로딩 영역 내에 단지 일 배향으로만 끼워질 수도 있다. 분석물 카트리지 비대칭 특징부는 상이한 치수 및 형상의 격실의 분포의 일반적인 결과일 수도 있다. 예를 들어, 멀티팁 피펫팁은 단일 흡입으로 시약 우물의 내용물을 이송하기 위해 충분한 용량을 갖지만, 밀리팁 직경은 시약 우물 내용물에 도달하기 위해 시약 우물 직경보다 작을 수 있다. 따라서, 밀리팁은 시약 우물의 깊이보다 길 수 있고, 밀리팁을 지지하는 분석물 카트리지 내의 격실은 따라서 시약 우물보다 깊다. 각각의 분석물 카트리지는 단일 밀리팁 피펫팁을 포함하기 때문에, 그리고 밀리팁은 분석물 카트리지의 근위 단부 부근에서 반응 우물에 인접할 수도 있기 때문에, 분석물 카트리지는 그 원위 단부 부근에서보다 그 근위 단부 부근에서 큰 높이를 가질 수도 있다. 대안적으로, 분석물 카트리지의 수직 웨브는 비대칭 형상을 가질 수도 있다.
분석물 카트리지는 로딩 영역 내의 분석물 카트리지의 사용자 로딩 중에 분석물 카트리지의 유형을 구별하기 위한 키잉 특징부(224)를 포함할 수도 있다. 이 키잉의 목적은 상이한 분석물 카트리지 유형의 부주의한 오로딩을 회피하기 위한 것이다. 키잉은 일 유형의 분석물 카트리지가 제2 유형을 위해 지정된 로딩 영역의 부분 내에 끼워지는 것을 방지한다. 몇몇 실시예에서, 키잉 특징부는 수직 웨브의 저부에서의 직사각형 절결부이다. 분석물 카트리지의 길이를 따른 절결부의 위치는 각각의 분석물 카트리지 유형에 대해 고유할 수도 있다.
분석물 카트리지는 정보를 전달하기 위한 마킹 요소를 포함할 수 있다. 마킹은 바코드, 도트 코드, 무선 주파수 식별 태그(RFID) 또는 직접 판독 전자 메모리와 같은 임의의 다양한 형태의 머신 판독 가능 정보를 포함할 수도 있다. 게다가, 텍스트 또는 삽화와 같은 인간 판독 가능 정보가 또한 제시될 수도 있다. 몇몇 경우에, 각각의 분석물 카트리지는 수직 웨브 상의 바코드, 수직 웨브 상의, 종방향 벽 상의 및 제거 가능한 커버 상의 텍스트를 포함한다. 마킹은 분석물 카트리지 유형, 제조 정보, 시리얼 번호, 만료일, 사용 설명서 및 유사한 정보에 대한 정보를 포함할 수도 있다.
분석물 카트리지는 핵산의 단리 및 정화에 사용된 적어도 몇몇 시약을 수납할 수 있다. 분석물 카트리지는 또한 정화 및 검출에 사용된 몇몇 시약을 수납할 수도 있다. 시약들 중에는 세척 유체, 버퍼, 희석제, 용출물, 마이크로입자, 효소, 공동 인자 또는 다른 시약이 있을 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 시스템은 시약 우물에 가장 근접한 시약 우물로부터 물질을 먼저 사용한다. 폐기물을 제거할 때, 시스템은 먼저 반응 우물에 가장 가까운 비어 있는 우물 내에 폐기물 물질을 침전시킨다. 이는 유리하게는 피펫팁으로부터 낙하하는 액적이 시스템이 미리 사용된 우물 내로만 낙하할 수 있기 때문에 오염의 가능성을 감소시킨다.
프로세싱 중에, 분석물 카트리지 격실은 프로세스 중 물질을 수납한다. 대부분의 프로세스 중 물질은 반응 우물 내에 존재하지만, 순수 또는 희석된 샘플, 재구성된 시약, 용출된 핵산, 폐기물 등과 같은 다른 것들은 프로세싱 중에 다양한 시간에 다른 격실 내에 존재할 수도 있다. 보유된 폐기물들 중에는 소진된 반응제와 같은 액체 폐기물 및 소진된 피펫팁과 같은 고체 폐기물이 있을 수도 있다. 반응 우물 옆의 밀리팁 홀더의 배치는, 잠재적으로 점적물을 오염시키는 반응 우물의 프로세싱 내용물이 밀리팁의 해제시에 밀리팁 홀더의 저부 내로 낙하한 후에 밀리팁 홀더 내에 배치될 때 밀리팁에 의한 개방 시약 우물의 오염의 기회를 감소시킨다.
몇몇 실시예에서, 시스템은 분석물 카트리지 내의 시약 우물의 위치에 개략적으로 기초하는 시퀀스로 시약 우물로부터 물질을 사용한다. 시스템은 조기의 흡입에 의해 가능하게 오염된 물질의 사용을 회피하기 위해 각각의 시약 우물로부터 단일의 흡입으로 이송(팁 혼합 이외에)을 제한할 수도 있다. 시스템은 먼저 반응 우물에 가장 근접한 시약 우물로부터 물질을 사용할 수도 있다. 폐기물을 제거할 때, 시스템은 먼저 반응 우물에 가장 근접한 비어 있는 우물 내에 폐기 물질을 퇴적한다. 이 우물 사용의 시퀀스는 유리하게는 오염의 가능성을 감소시킨다. 피펫터로부터 낙하하는 임의의 적하물은 단지 시스템이 미리 사용된 우물 내에만 낙하할 수 있다.
시스템 상의 로딩에 앞서, 분석물 카트리지는 반송 박스 내에 저장될 수도 있다. 반송 박스는 로딩을 위해 동시에 다수의 용이한 파지를 위해 그룹화된 공통 배향으로 다수의 분석물 카트리지를 보유한다. 몇몇 실시예에서, 반송 박스는 지지 베이스, 라벨 및 취급 중에 분석물 카트리지를 보호하기 위한 조개형 덮개(clamshell lid)를 포함한다. 지지 베이스 내의 저장 슬롯은 세트들 사이에 간극을 갖는 3개 내지 5개 중 2개의 세트로서 분석물 카트리지를 그룹화할 수 있다. 반송 박스를 제조하는 데 유용한 제조 프로세스는 적어도 플라스틱 열성형 및 플라스틱 사출 성형을 포함한다.
본 발명의 몇몇 실시예는 또한 1회용 필름 천공기에 관한 것이다. 전술된 바와 같이, 분석물 카트리지(200)는 사용에 앞서 시약 우물(204, 208, 209) 위에 놓여 이들을 밀봉하는 배리어 필름(205)을 갖는다. 밀리팁(220) 피펫팁은 필름을 관통하는데 사용될 수 있다. 밀리팁(220)은 이것이 배리어 필름(205)을 통해 압박함에 따라 공기 압력을 평형화하도록 팁 내에 합체된 특징부를 가질 수 있다. 몇몇 경우에, 이는 오염 문제점을 야기할 수 있다. 예를 들어, 밀리팁이 먼저 환자 샘플을 끌어당기는 프로토콜에서, 몇몇 잔류 샘플은 밀리팁의 외부면 상에 그리고 압력 평형화 특징부 내에 보유될 수도 있다. 필름(205)이 이후에 밀리팁에 의해 관통될 때, 필름의 초기 신장은 밀봉된 우물의 내부를 압축한다. 이는 이러한 잔류 샘플을 분무화할 수도 있는 실제 관통시에 밀리팁의 외부 주위로 배출되는 공기의 작은 파열을 발생할 수도 있다. 환자 샘플은 그 의도된 영역을 넘어 확산될 수 있는 것이 가능하다. 이 문제점을 해결하는 것을 돕기 위해, 본 발명의 몇몇 실시예는 개별 필름 천공기를 사용할 수 있다.
도 4e는 본 발명의 실시예에 따른 필름 천공기(262)의 사시도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 필름 천공기(262)는 날카로운 천공 요소 단부[266(a)]를 포함하는 선형 천공 요소(266)와, 피펫 맨드릴 계면(267)을 포함한다. 피펫 맨드릴 계면(267)은 피펫 맨드릴을 수용할 수 있는 구멍을 형성할 수 있다. 스커트(264)가 천공 요소(266)에 결합될 수도 있다. 피펫 맨드릴 계면, 천공 요소(266) 및 스커트(264)는 하나의 단일편일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 천공기(262)는 사출 성형 플라스틱 재료 등을 포함할 수도 있다. 필름 천공기(262)의 스커트(264)는 반응 우물을 위한 오염물 커버로서 또한 작용할 수 있다.
필름 천공기(262)는 수직으로 이동함에 따라 필름을 통해 슬라이스하는 날카로운 에지를 갖는 피라미드형 블레이드를 포함할 수 있다. 날카로운 팁을 갖는 정사각형 단면 또는 전체 원추형 형상과 같은 다른 가능한 구성이 가능하다. 필름 천공기(262)를 위한 적합한 재료는 피펫팁에 대해 전술된 것들과 유사할 수도 있고, 액체 감지 회로에 의한 검출을 허용하는 전도성 폴리머를 포함할 수 있다. 필름 천공기는 밀리팁과 함께 일반적으로 사용되는 피펫팅 디바이스와 인터페이스하도록 구성된 취급 특징부를 또한 포함할 수 있다.
도 4f는 분석물 카트리지(200)와 함께 사용될 때 필름 천공기(262)를 도시한다. 여기에 도시된 바와 같이, 필름 천공기(262)는 배리어 필름을 천공할 수 있고, 천공 요소는 시약 우물 내에 끼워맞춤되도록 치수 설정될 수 있다. 스커트(262)는 반응 우물의 상부를 형성하는 영역보다 큰 저부 측방향 치수를 가질 수도 있다. 도 4f에 도시된 바와 같이, 스커트(262)는 천공기가 반응 우물의 상부에 배치되게 할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 필름 천공기(262)는 간섭 끼워맞춤, 스냅 끼워맞춤 또는 마찰 끼워맞춤을 제공하는 기계적 특징부를 포함하는, 취급 중에 분석물 카트리지(200) 내에 이를 보유하는 특징부를 가질 수 있다. 필름 천공기(262)는 또한 접착제를 사용하여 분석물 카트리지(200) 내에 보유될 수도 있다.
사용시에, 필름 천공기(262)는 피펫 맨드릴 계면(267) 내에 삽입된 피펫 맨드릴 계면(267) 내에 삽입된 피펫 맨드릴을 사용하여 조작될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 샘플 밀리팁 피펫터(704)는 필름 천공기(262)를 조작하는데 사용된다. 피펫 맨드릴에 의한 취득 후에, 필름 천공기는 천공 요소(266)가 분석물 카트리지(200)의 시약 우물 중 적어도 하나 위에 놓이는 배리어 필름(205)과 접촉하게 하도록 제어된 속도로 하향으로 지향된다. 일 실시예에서, 각각의 시약 우물 위에 놓이는 배리어 필름(205)은 일련의 작동으로 천공된다. 대안 실시예에서, 시약 우물의 부분 상의 배리어 필름(205)은 일련의 작업으로 천공될 수도 있고, 분석물 카트리지(200)는 배리어 필름(205)의 부가의 부분의 천공을 위한 중간 단계 후에 복귀된다.
필름 천공기(262)는 전술된 바와 같이 피펫팁과 유사한 방식으로 이를 배출함으로써 폐기될 수도 있다. 일 실시예에서, 필름 천공기(262)는 분석물 카트리지(200) 상의 위치로 배출되고, 샘플 프로세싱 후에 소진된 분석물 카트리지(200)의 폐기시에 최종적으로 폐기된다. 다른 실시예에서, 필름 천공기(262)는 고체 폐기물 컨테이너(92)로 이어지는 지정된 폐기물 폐기 슈트로 필름 천공기(262)를 전달하는 피펫터를 이동시킴으로써 폐기된다. 이러한 폐기물 슈트는 샘플 피펫터(700)의 경로 내에 위치될 수도 있다. 필름 천공기(262)는 필름 천공기(262)를 폐기물 폐기 슈트로 유도하도록 배향된 수동 박리 디바이스를 통해 이를 전달하는 피펫 맨드릴을 이동시킴으로써 이 폐기물 폐기 슈트 내로 배출될 수도 있다. 이는 유리하게는 필름 천공기(262)의 느린 점진적인 제거를 허용하여, 이 날카로운 디바이스의 우발적인 미제어된 해제의 기회를 최소화한다.
도 4g는 용기 베이스(246) 및 용기 플러그(246)가 반응 용기 구성 요소 홀더(219) 내에 배치되어 있는 분석물 카트리지(200)의 부분을 도시한다. 도 4h는 분석물 카트리지(200) 상에 있는 카트리지 커버(229)의 평면도를 도시한다. 도 4i는 카트리지 커버(229)의 저면 사시도이다. 이 실시예에서, 카트리지 커버(229)가 존재하고 분석물 카트리지(200)의 부분의 상부에 끼워맞춤되도록 구성될 수도 있다. 카트리지 커버(229)는 실질적으로 평면형일 수도 있는 커버 주요부(229)를 포함할 수도 있다. 이 커버는 분석물 카트리지(200) 상에 있을 때 용기 베이스(246) 내에 끼워맞춤되는 커버 돌출부[229(a)]를 또한 포함할 수도 있다. 도시된 바와 같이, 카트리지 커버(229)는 분석물 카트리지(200)의 종방향 벽과 측방향으로 동일 공간에 있으면서 분석물 카트리지(200)의 단부로 분석물 카트리지(200)의 제1 횡방향 벽(213)으로 연장될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 유사한 커버가 필름 천공기(262)의 천공 기능을 구체화하지 않고 반응 우물(202)을 보호하는데 사용될 수도 있다.
도 4h를 참조하면, 커버 돌출부[229(b)]는 커버(229)의 상부에 중공 리세스[229(b)-1]를 형성할 수 있다. 중공 리세스[229(b)-1]는 피펫터 또는 다른 디바이스와 같은 디바이스가 커버(229)를 조작할 수 있게 할 수 있는 취급 특징부로서 기능할 수도 있다.
도 4g 및 도 4i를 참조하면, 4개의 코너 끼워맞춤 요소[229(c)]가 커버 돌출부[229(b)] 주위에 위치될 수 있다. 이 코너 끼워맞춤 요소[229(c)]는 반응 용기 구성 요소 홀더(219)에 병합할 수도 있는 용기 구성 요소 영역(231) 내에 커버를 위치시키는데 사용될 수 있다.
카트리지 커버(229)는 임의의 적합한 재료로 제조될 수도 있고 임의의 적합한 구성을 가질 수도 있다. 예를 들어, 카트리지 커버는 임의의 적합한 성형 플라스틱 재료를 포함할 수도 있다. 이 카트리지 커버는 임의의 적합한 수의 돌출부(예를 들어, 2개 이상)를 또한 포함할 수도 있고, 임의의 적합한 측방향 및 종방향 치수를 가질 수도 있다.
카트리지 커버(229)는 프로세싱 중에 용기 베이스(246) 및 용기 플러그(246)를 커버하여, 이들이 오염의 잠재적인 소스로부터 보호되게 하도록 유리하게 사용될 수도 있다.
본 발명의 실시예는 반응 용기 베이스 및 반응 용기 플러그를 유지하는 격실의 에지를 둘러싸는 미리 절단된 플라스틱 보유 필름을 또한 포함할 수도 있고, 이는 피펫터 맨드릴을 사용하여 아이템들을 용이하게 제거하게 허용하면서 취급 중에 이들 아이템을 적소에 유지하기에 충분한 마찰을 제공한다.
E. 반응 용기
도 5는 실시간 PCR을 위한 반응 용기(221)에 관한 것일 수 있는 본 발명의 일 실시예를 도시한다. 몇몇 실시예에서, 반응 용기(221)는 증폭 용기, PCR 반응 용기 또는 PCR 용기일 수 있다. 반응 용기(221)는 밀봉되거나 밀봉되지 않을 수도 있다. 구체적으로, 도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 반응 용기(221)의 평면 사시도를 도시한다. 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 반응 용기의 분해도를 도시한다. 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 반응 용기의 단면 사시도를 도시한다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 반응 용기(221)는 핵산 증폭 및 검출 중에 증폭 혼합물을 수납하는데 사용된 2-부분 컨테이너일 수 있다. 각각의 부분은 분석물 카트리지 내의 개별 격실에 존재한다(도 4aa 참조). 대안적으로, 반응 용기 베이스(246) 및 플러그(222)는 이하에 설명된 마이크로팁 래크(550)와 유사한 래크 내에 제공될 수도 있다. 반응 용기(221)는 용기 베이스(246) 및 용기 플러그(222)를 포함한다. 시스템은 증폭 혼합물을 갖는 용기 베이스(246)를 로딩하고, 이어서 용기 플러그(222)를 용기 베이스(246) 상에 배치한다. 증폭 혼합물은 프로세싱된 샘플과 효소의 혼합물, 프라이머, 프로브 및 핵산 증폭을 위해 요구된 다른 물질을 포함할 수도 있다. 일단 용기 플러그가 배치되면, 용기 플러그(222)는 용기 베이스(246)에 잠금되고 조립된 반응 용기(221) 내에 증폭 혼합물을 밀봉한다. 반응 용기(221)는 오염의 위험을 감소시키기 위해 분석의 완료를 통해 밀봉되고 잠금되어 유지될 수 있다. 대안 실시예에서, 용기 베이스(246) 및 용기 플러그(222)는 2개의 부분이 가요성 밧줄(tether)에 의해 연결되어 있는 단일 유닛으로서 제공될 수도 있다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c를 참조하면, 반응 용기(221)는 반경방향 대칭 반응 베이스(246) 및 용기 플러그(222)를 포함할 수 있다. 반응 베이스(246)는 용기 플러그(222)를 수용하는 상부 용기 베이스부[246(a)] 및 용기 베이스의 하부 부분일 수 있는 하부 용기 베이스부[246(b)]를 포함할 수 있다. 하부 용기 베이스부[246(b)]는 상부(원통형) 용기 베이스부[246(a)] 내로 개방되고 원추형 형상의 절두를 포함한다. 용어 "하부" 및 "상부"는 용기 베이스가 시스템 내에 사용될 때 용기 베이스의 부분의 상대 부분을 칭할 수 있다. 용기 플러그(222)는 취급 특징부[222(f)]를 또한 포함할 수도 있다. 취급 특징부[222(f)]는 피펫 맨드릴(도시 생략)을 수용하도록 구성된 원통형 봉입체를 포함할 수 있다.
베이스(246)의 대칭 특성은 시스템은 저장조 영역의 축 둘레에 임의의 배향으로 반응 용기를 배치하게 할 수 있다. 즉, 반경방향 대칭 용기가 상보형으로 성형된 캐비티 내에 배치될 때, 직사각형 단면을 갖는 용기와는 달리, 반응 용기 및 캐비티의 주축이 정렬되는 한, 용기가 어떻게 배향되는지는 무관하다.
반응 용기(221)는 임의의 적합한 수 또는 유형의 별개의 특징 또는 재료를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 베이스(246) 및/또는 플러그(222)를 형성하는 재료는 이하의 특성, 약 0.1 W/m·K 초과의 열전도도, 약 1.5 GPa 내지 약 2 GPa의 영률 및 약 0.25 미만의 마찰 계수를 갖는 재료를 포함할 수도 있다. 재료는 폴리프로필렌과 같은 폴리머를 포함할 수도 있고, 20 내지 50 듀로미터(쇼어) A의 범위의 경도를 갖는 탄성 중합 특성을 가질 수도 있고, 또한 전도성일 수도 있다. 일 실시예에서, 폴리머는 약 30 듀로미터(쇼어) A의 경도를 갖는다. 용기 베이스를 위한 적합한 재료는 투명할 뿐만 아니라 반투명할 수 있다. 용기 베이스를 위한 다른 적합한 대안 재료는 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트, 실리콘 및 이들의 공중합체 및 혼합물을 포함할 수도 있다.
베이스(246)는 임의의 적합한 기하학적 형상 또는 특징을 또한 포함할 수도 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 용기 베이스(246)의 하부 용기 베이스부[246(b)]는 벽(반경방향 단면도에서)이 약 4도 내지 약 8도 또는 약 6도의 각도를 형성하는 기하학적 형상을 갖는다. 또한, 하부 용기 베이스부[246(b)]는 약 10 μL 내지 약 70 μL의 체적을 포함할 수도 있고, 반응 용기 베이스(246)의 하부 부분[246(b)]의 종단은 광학 윈도우를 가질 수 있다. 하부 부분[246(b)]의 벽 두께는 약 0.0005 인치 내지 약 0.02 인치일 수도 있다.
몇몇 경우에, 상부 용기 베이스부[246(a)]는 삽입시에 플러그(222)에 결합하는 래치 결합 특징부[246(a)']를 포함하여, 래치 결합 특징부[246(a)']가 플러그(222)를 비가역적으로 고정하게 된다. 이 예에서, 래치 결합 특징부[246(a)']는 래치 결합부일 수도 있다. 플러그(222)는 플러그(222)가 반응 용기 베이스(246)의 상부 용기 베이스부[246(a)]에 결합될 때 적어도 약 50 psi(344.7 kPa)의 압력에 저항성이 있는 밀봉부를 형성할 수 있다. 상부 원통형 부분의 래치 결합 특징부[246(a)']는 리지의 형태일 수도 있는 하나 또는 복수의 가요성 잠금 탭을 포함할 수 있고, 여기서 가요성 잠금 탭은 하향으로 그리고 중앙으로 돌출하고, 플러그(222)의 초기 삽입시에 외향으로 변위되고, 반응 용기 베이스(246) 내의 플러그(222)의 배치시에 중앙으로 이동하고, 중앙으로 이동시에 플러그(222)에 결합한다.
상부 원통형 부분(246)의 래치 결합 특징부[246(a)']는 원주방향 리지를 포함할 수 있고, 여기서 이 래치 결합 특징부는 중앙으로 돌출한다. 래치 결합 특징부는 플러그(222)의 초기 삽입시에 반경방향으로 또한 팽창할 수도 있다. 래치 결합 특징부는 반응 용기 베이스(246) 내의 플러그(222)의 배치시에 반경방향으로 또한 수축될 수도 있다. 원주방향 리지는 반응 용기 베이스(246)의 상부 원통형 부분의 반경방향 수축시에 플러그에 결합한다. 상부 용기 베이스부[246(a)]의 래치 결합 특징부[246(a)']는 복수의 아치형 리지를 또한 포함할 수 있고, 여기서 아치형 리지는 중앙으로 돌출한다. 반응 용기 베이스(246)의 상부 용기 베이스부[246(a)]는 플러그(222)의 초기 삽입시에 반경방향으로 팽창할 수 있고, 반응 용기 베이스(246) 내의 플러그[222(f)]의 배치시에 반경방향으로 수축할 수 있고, 반응 용기(221)의 상부 용기 베이스부[246(a)]의 반경방향 수축시에 플러그(222)에 결합할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 플러그(222)는 반응 베이스의 하부 부분의 개구의 직경보다 큰 직경을 갖는 엘라스토머의 블록을 포함한다. 플러그는 내부면, 외부면 및 종방향 홈[222(e)]을 포함할 수도 있는 취급 특징부[222(f)]를 또한 포함할 수도 있다. 취급 특징부[222(f)]의 원통형 봉입체는 몇몇 실시예에서 약 0.125 인치 내지 0.4 인치의 내경을 가질 수 있고, 원통형 봉입체의 내부면은 반구형일 수 있는 복수의 돌출부[222(d)](돌기와 같은)를 포함할 수 있다.
용기 베이스(246)는 저장조 영역 및 잠금 영역을 포함하도록 더 특징화될 수 있다. 잠금 영역은 상부 용기 베이스부[246(a)]에 대응할 수도 있고, 반면에 저장조 영역은 하부 용기 베이스부[246(b)]에 대응할 수도 있다. 저장조 영역은 증폭 혼합물을 유지하고, 잠금 영역은 일단 배치되면 용기 플러그(222)를 잠금하여 보유하도록 협동한다.
용기 베이스(246)는 임의의 적합한 재료로 제조될 수도 있다. 베이스 용기(246)를 위한 적합한 재료는 증폭 프로세스의 상승된 온도 및 압력을 견디는 것이 가능하고 그 화학적 조건에 적합성이 있는 반투명 폴리머이다. 적합한 재료는 네덜란드 로테르담 소재의 리온델바셀 인더스트리즈(LyondellBasell Industries)에 의해 제조되는 PD702 폴리프로필렌 호모폴리머를 포함한다.
하부 용기 베이스부[246(b)]에 대응하는 저장조 영역은 최대 약 50 마이크로리터의 증폭 혼합물을 유지하는 얇은벽 절두 원추를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 저장조 영역은 저장조 영역과 열 사이클러 열 블록 사이의 열 접촉을 향상시키는 기능을 하는 형상인 원추의 절두이다. 원추 형상은 거시적 스케일 및 미시적 스케일의 모두에서 열 블록의 상보형으로 형성된 영역과의 열 접촉을 향상시킨다. 거시적 스케일에서, 원추형 형상은 정렬을 위해 단일의 연장된 표면을 사용하여 공차 요구를 감소시킨다. 미시적 스케일에서, 원추형 형상은 전체 표면에 걸친 돌기 접촉(asperity contact)을 증가시키기 위해 간단한 하향 압력을 허용한다. 향상된 열 접촉은 온도 변화에 대한 응답 시간을 감소시키고, 따라서 각각의 열 사이클의 길이를 감소시킨다. 더 짧은 열 사이클 길이는 열 사이클이 각각의 분석 중에 다수회 반복될 수도 있기 때문에 결과를 생성하기 위해 총 시간에 대한 유리한 효과를 가질 수도 있다.
저장조 영역의 원추형 형상은 작은 개방각을 가질 수도 있다. 즉, 측면은 저장조 영역의 축과 평행하도록 폐쇄된다. 작은 개방각은 축을 따른 체적의 각각의 요소가 가장 근접한 벽으로부터 비교적 등간격으로 이격되는 원추형 체적을 제공한다. 축을 따른 체적의 요소가 벽으로부터 가장 멀리 이격되어 있기 때문에, 그리고 열전달이 거리에 따라 감소하기 때문에, 이들 요소는 타겟 온도에 마지막으로 도달한다. 작은 개방각은 각각의 축방향 유체 요소가 각각의 다른 축방향 유체 요소와 대략 동일한 벽으로부터의 열적 거리를 갖는 것을 보장함으로써 축을 따른 온도 균일성을 향상시킨다. 향상된 온도 균일성은 증폭 혼합물 내의 영역들 사이의 편차를 감소시킴으로써 분석 정확도에 직접 기여할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 개방각은 약 15도 미만이고, 몇몇 경우에 약 6도이다.
몇몇 실시예에서, 실질적으로 편평한 저부면은 저장조 영역의 원추형 부분을 절두한다. 저장조 영역의 편평한 저부 부분은 용기 내용물을 모니터링하거나 특징화하기 위해 사용될 수 있는 광학 윈도우일 수 있다. 예를 들어, 편평한 저부는 여기된 또는 방출된 광이 반응 용기에 진입하게 하거나 방출된 광이 반응 용기(221)를 떠나게 하기 위한 광학 윈도우일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 저장조 영역의 저부의 원주방향 에지는 편평한 저부의 외부면을 약간 넘어 연장하여 저부면을 오목하게 한다. 오목한 표면은 취급시에 광학 윈도우에 대한 손상의 확률을 감소시킬 수도 있다. 대안적으로, 저부면은 렌즈의 경계면으로 작용하도록 만곡될 수도 있다. 이러한 렌즈는 반응 용기(221) 내에 원하는 패턴으로 광을 포커싱할 수도 있고 또는 광학 윈도우가 반응 용기(221)로부터 방출된 광을 수집하는 실시예에서 반응 용기 내로부터 광의 수집을 향상시킬 수도 있다.
저장조 영역은 저장조 영역 내용물과 외부 가열기 사이의 친밀한 열접촉을 지지하기 위한 얇은벽일 수 있다. 저장조 영역의 저부 부분과 같이, 저장조 영역의 측벽은 또한 용기 내용물을 모니터링하거나 특징화하기 위해 사용될 수 있는 광학 윈도우일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 저장조 영역 벽 두께는 사용된 재료의 강도, 제조 프로세스 고려 사항 및 균일한 투명도에 기초하여 실용적인만큼 얇다. 벽 재료는 증폭 중에 상승된 압력 및 온도를 견디기에 충분히 강할 수 있다. 벽은 증폭 중에 연화되고 변형될 수도 있어, 가능하게는 열 사이클러 열 블록에 합치하고 부착되게 한다. 벽 재료는 일단 이와 같이 변형되면, 시스템이 반응 용기(221)를 파괴하지 않고 열 블록으로부터 반응 용기를 탈착할 수도 있도록 충분한 강도를 가질 수 있다.
전술된 바와 같이, 시스템이 저장조 영역의 벽을 통해 방출된 광을 샘플링하기 때문에, 광 샘플링 높이에서 대역 내의 벽의 임의의 부분은 광학 윈도우로서 작용할 수도 있다. 제조 프로세스는 이 대역 전체에 걸쳐 광학 균일성을 유지하기 위해 몰드 충전을 제어한다. 사출 성형된 폴리프로필렌을 사용하여, 저장조 영역 벽 두께는 약 0.50 mm 미만일 수 있고, 몇몇 경우에 약 0.10 mm 이하일 수 있다.
몇몇 실시예에서, 증폭 모니터링은 증폭 혼합물이 여기광에 응답하여 생성하는 발광광을 검출하고 증폭 혼합물을 조명하는 여기광을 제공하는 것을 수반한다. 적어도 용기 베이스(246)는 증폭 진행의 모니터링을 허용하기 위해, 여기광 및 방출광의 모두에 적어도 부분적으로 투명하거나 반투명하다. 여기광 및 방출광의 모두는 용기 베이스벽을 횡단할 필요가 있는데, 용기 베이스(246) 벽의 반투명 특징은 이를 가능하게 한다. 반응 용기의 임의의 다른 적합한 부분은 또한 투명하거나 반투명할 수도 있다.
벽 재료 선택에 관련된 부가의 고려 사항은 화학적 적합성, 청결성, 컴플라이언스 및 비용을 포함한다. 벽 재료는 반응 조건과 화학적으로 적합성이 있을 수 있다. 몇몇 실시예에서, 벽 재료는 열 사이클러 내로 가압될 때 열 접촉을 향상시키기 위해 적어도 소정의 컴플라이언스를 갖는다. 이러한 컴플라이언스는 또한 용기 베이스를 용기 플러그에 잠금하는 것을 도울 수 있다. 폴리올레핀, 폴리스티렌, PEEK, 플루오로카본 폴리머 및 다른 폴리머를 포함하는 다양한 폴리머가 적합할 수도 있다. 바람직한 실시예에서, 벽 재료는 폴리프로필렌이다. 반응 용기 재료는 증폭 또는 검출 반응과 간섭할 수도 있는 오염물이 없을 수 있다. 이는 단지 반응 용기의 제조시에 미가공 재료만을 사용함으로써, 이들의 제조에 사용된 반응 용기 구성 요소 또는 장비의 비보호된 취급을 배제함으로써, 그리고 잠재적인 오염물을 파괴하는 재료로 장비의 처리에 의해 성취될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 용기는 고유동 제어된 유동학 폴리프로필렌 호모폴리머 수지인 PD702와 같은 폴리머를 포함할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예는 반응 용기를 제조하는 프로세스에 관한 것이다. 몇몇 실시예에서, 반응 용기 베이스는 사출 성형에 의해 제조된다. 이는 일반적으로 성형된 부분의 두께가 최대인 위치에서 플라스틱을 사출하고 두께가 최소인 위치로 플라스틱이 유동하게 함으로써 수행되지만, 얇은 섹션은 플라스틱 사출 성형에서 용융된 폴리머 유동에 대한 높은 저항을 생성할 수도 있다. 이러한 높은 유동 저항은 특히 부분이 두꺼운 섹션 및 얇은 섹션을 혼합할 때 불완전한 충전에 기여할 수도 있다. 반응 용기는 벽이 가장 얇은 용기의 하부 종단에 대응하는 게이트를 통해 유체 플라스틱을 사출함으로써 형성될 수 있다. 이는 급속하게 냉각하는 플라스틱의 얇은 시트가 완전히 혼합되지 않아 부분적으로 불투명하거나 기계적으로 약한 영역을 형성하는 통상의 사출 성형 방법에서 종종 나타나는 문제점들을 회피한다.
용기 베이스(246)의 잠금 영역은 저장조 영역에 연결되고, 저장조 개구의 상향 및 외향으로 환형으로 배치된다. 몇몇 실시예에서, 잠금 영역 및 저장조 영역은 단일 성형 프로세스에서 단일 재료로 제조된 단일의 일체형 부분을 형성한다. 잠금 영역은 플러그 수용부(251), 밀봉부(252) 및 래치 결합부(250)를 포함할 수도 있다.
밀봉부(252)는 저장조 영역으로부터 상향 및 외향으로 연장하여, 잠금 영역의 플러그 수용부(251)에 저장조 영역을 연결한다. 밀봉부(252)는 대직경 플러그 수용부(251)로의 전이부로서 작용하고, 용기 플러그(222)를 밀봉하기 위한 밀봉면을 제공한다. 밀봉부(252)는 저장조 영역으로부터 외향 전개되고 플러그 수용부의 벽으로서 계속되는 원추형 고리를 형성할 수도 있다. 원추형 고리의 내부 각도는 90도 초과이고, 몇몇 경우에 약 120도이다. 몇몇 실시예에서, 밀봉부(252)는 밀봉되는 동안 변형에 저항하기 위해 저장조 영역보다 두꺼운 벽을 갖는다. 몇몇 경우에, 밀봉부벽은 저장조 영역벽의 두께의 약 2배이다. 밀봉부(252)는 밀봉부 고리 내의 개구의 직경이 저장조부의 상부 부분의 직경보다 작도록 하는 약간의 현수부를 포함하는 평활한 전이부 내의 저장조부 내로 병합된다. 현수부는 제조 프로세스가 몰드로부터 부분을 "범프"할 수 있도록 충분히 작을 수 있다. 몇몇 실시예에서, 현수부는 약 0.1 mm 미만이고, 몇몇 경우에 약 0.06 mm이다. 이 현수부는 유리하게는 반응 용기를 더 기밀하게 밀봉하기 위해 용기 플러그(222)의 엘라스토머 밀봉부를 형성한다.
용기(221) 내에 삽입될 때 플러그(222)에 의해 형성된 밀봉부는 반경방향 밀봉부(O-링과 같은) 및 면대면 밀봉부(밀봉부가 간단히 표면에 대해 가압되는 경우)의 모두의 특성을 갖는 혼성 밀봉부로서 특징화될 수 있다.
잠금 영역의 플러그 수용부(251)는 저장조 영역 및 밀봉부(252)와 동축인 대략 원통형 세그먼트를 형성하기 위해 밀봉부(252)로부터 상향으로 연장될 수 있다. 세그먼트는 용이한 몰드 이형을 위해 상부를 향해 외향으로 테이퍼링될 수도 있다. 플러그 수용부(251)의 목적은 밀봉부(252)를 래치 결합 특징부에 연결하고 용기 플러그(222)의 플러그 본체부를 보유하는 것이다. 래치 결합부(250)에 결합하는 용기 플러그(222)의 부분과 용기 플러그의 엘라스토머 밀봉부 사이의 거리는 플러그 수용부(251)의 길이를 결정하고, 플러그 수용부(251)는 용기 플러그가 반응 용기(221)를 적절하게 밀봉하기 위해 엘라스토머 밀봉부의 충분한 압축을 갖고 잠금 위치 내로 결합되게 하는데 충분히 길 수 있다. 플러그 수용부(221)는 그 상부에서 래치 결합부에 결합된다.
래치 결합부(250)는 용기 플러그(222) 상의 결합 특징부와 협동하여 용기 플러그(222)를 용기 베이스(246)에 잠금하여 보유한다. 래치 결합부(250)는 실질적으로 원통형 측벽에 연결하는 베이스 플랜지로서 플러그 수용부(251)의 상부 부근으로부터 외향 및 상향으로 연장될 수도 있다. 측벽은 베이스 플랜지 약간 아래로 연장될 수도 있다. 수직 절단부는 반경방향 가요성을 증가시키기 위해 원통형 측면을 2개 이상의 섹션으로 분할할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 3개의 수직 절단부가 원통형 측벽을 3개의 대칭 섹션으로 분할한다. 각각의 섹션은 대칭 측방향 부분에 의해 플랭킹(flanking)된 원주방향으로 배치된 중간부를 포함할 수도 있다. 각각의 중간부는 원통형 측벽으로부터 내향으로 돌출하는 래치 결합 특징부[246(a)']를 포함할 수도 있다. 래치 결합 특징부[246(a)']의 상부면은 부분 중심을 향해 하향으로 경사질 수 있어 용기 플러그(222)가 진입할 때 원통형 측벽을 외향으로 편향되게 한다. 래치 결합 특징부[246(a)']의 하부면은 용기 베이스(246)의 축에 실질적으로 수직이다. 일단 용기 플러그(222)의 결합 특징부{용기 제3 플러그부[222(c)]에 대응함}가 래치 특징부[246(a)]의 하부면 아래로 하강하면, 원통형 측벽은 중심선을 향해 스냅 백(snap back)함으로써 복구된다. 이 스냅 백 작용은 각각의 래치 결합 특징부[246(a)']의 하부면 아래로 용기 플러그(222)의 결합 특징부를 포획한다. 대안 실시예에서, 래치 결합부(250)의 원통형 측벽은 수직 절단부에 의해 분할되지 않고, 원주방향 리지는 중간으로 연장하여 환형 래치 결합 특징부를 형성한다. 제2 대안 실시예에서, 래치 결합부(250)의 원통형 측벽은 복수의 대칭 섹션으로 분할되고, 각각의 섹션은 원통형 측벽의 상부 림과 연속적이고 용기 베이스(246)를 향해 중간으로 연장하는 래치 결합 특징부[246(a)']를 갖는다. 이들 래치 결합 특징부[246(a)']는 용기 플러그가 래치 결합부를 통해 하강함에 따라 외향으로 편향되고, 용기 플러그가 래치 결합 특징부의 하부면 아래로 하강함에 따라 중심선을 향해 스냅 백함으로써 복구된다. 이 스냅 백 작용은 래치 결합 특징부[246(a)']의 하부면 아래로 용기 플러그(222)의 결합 특징부를 포획한다.
릴리프 개구가 측벽을 플러그 수용부(261)에 연결하는 플랜지를 천공한다. 릴리프 개구는 용기 베이스 내의 언더컷을 방지하고 더 복잡한 몰드 작업을 회피하기 위해 각각의 래치 결합 특징부[246(a)'] 아래에 놓인다. 플랜지의 나머지는 측벽에 연결되고, 측벽 섹션의 측방향 부분으로서 계속될 수도 있다. 이들 측방향 부분은 용기 베이스(246)를 용기 플러그(222)에 결합하는 스냅 백 작용을 생성하기 위한 강성을 제공한다.
몇몇 실시예에서, 래치 결합부(250)의 상부 개구는 래치 결합 특징부의 상부면과 연속적인 내향 및 하향 지향 모따기부를 포함한다. 이 모따기부는 용기 플러그(222)를 중심 설정하는 것을 돕는다.
용기 플러그(222)는 반응 용기 내용물을 보유하기 위해 용기 베이스를 폐쇄하여 밀봉한다. 이 밀봉부는 최대 50 psi(344.7 kPa)의 압력에 저항성이 있을 수도 있다. 보유는 증폭 중에 농도를 변경할 수도 있는 증발 손실을 방지하고 증폭된 핵산이 다른 분석물을 오염시키는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 실시예에서, 용기 플러그(222)는 엘라스토머 밀봉부 및 엘라스토머 밀봉부를 지지하는 플러그 본체를 포함한다. 대안 실시예에서, 반응 용기 베이스(246)의 밀봉면은 엘라스토머 O-링을 구비하고, 밀봉부는 이 O-링에 대해 용기 플러그(222)의 마개에 의해 형성된다. 다른 실시예에서, 반응 용기 베이스(246) 및 용기 플러그(222)의 밀봉면은 용기 플러그(222)의 삽입시에 마찰 끼워맞춤부를 갖고, 마찰 끼워맞춤부는 밀봉부를 형성한다. 다른 실시예에서, 반응 용기 베이스(246) 및 용기 플러그(222)는 반응 용기 베이스(246) 내로 용기 플러그(222)의 삽입시에 밀봉부를 형성하는 붕괴 가능한 밀봉 영역을 구비한다. 용기 플러그(222)는 프로세싱 중에 간섭광을 배제하기 위해 적어도 부분적으로 불투명할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 플러그 본체는 전기 전도성이다. 이는 액체 센서와 같은 감지 회로에 의해 측정을 지원하는 이점을 갖는다. 이러한 감지 회로는 용기 플러그(222)를 반송하는데 사용되는 피펫터와 연관될 수도 있어, 유리하게는 반송 중에 용기 플러그(222)의 취득 또는 신호 손실을 검증하기 위한 수단을 제공한다. 플러그 본체 내에 전기 전도도를 생성하는 바람직한 방법은 탄소 또는 금속 입자와 같은 전도성 재료와 베이스 폴리머의 혼합이다.
몇몇 실시예에서, 엘라스토머 밀봉부는 30 내지 40 듀로미터(쇼어) A의 경도를 갖는 열가소성 엘라스토머일 수 있다. 다른 실시예에서, 경도는 20 내지 50 (쇼어) A 또는 약 30 (쇼어) A일 수 있다. 엘라스토머는 용기 베이스와의 기밀 밀봉부를 형성하기 위해 충분히 변형된다. 열가소성 엘라스토머는 플라스틱 사출 성형 프로세스와의 이들의 호환성에 기인하여 유리하다.
용기 플러그(222)는 임의의 적합한 방식으로 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 용기 플러그용 성형 프로세스는 2-부분 플라스틱 사출 성형이다. 프로세스는 예비 성형된 플러그 본체 둘레에 엘라스토머 밀봉부를 오버몰딩한다. 엘라스토머 밀봉부를 위한 폴리머는 플러그 본체를 위한 플로미가 여전히 적소에 가온되어 위치되는 동안 동일한 몰드 내로 사출될 수 있어, 2개의 폴리머가 접착제 없이 엘라스토머 밀봉부를 견고하게 유지하는 화학 결합을 위해 서로 내로 유동하게 한다. 이는 비교적 낮은 비용으로 고품질 부품을 제조하는 장점을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 성형 프로세스는 미국 미네소타주 위노나 소재의 알티피 컴퍼니(RTP Company)에 의해 제조된 RTP 199 X 106053A와 같은 탄소 로딩된 폴리프로필렌의 플러그 본체를 형성한다. 엘라스토머 밀봉부를 위한 바람직한 재료는 미국 일리노이주 맥헨리 소재의 폴리원 코포레이션(PolyOne Corporation)에 의해 제조된 DynaflexTM G7903-1001이다.
몇몇 실시예에서, 엘라스토머 밀봉부는 모따기된 하단부를 갖는 실질적으로 원통형일 수도 있다. 상단부는 플러그 본체의 저부에서 보유 구멍 내로 연장될 수도 있어, 상단부가 보유 구멍 내로 침투되어 엘라스토머 밀봉부를 플러그 본체에 캡처링한다. 몇몇 실시예에서, 보유 구멍은 엘라스토머가 더 양호한 보유를 위해 카운터보어 내로 연장할 수 있도록 엘라스토머 밀봉부의 벌크로부터 원위측에 더 큰 직경을 갖고 카운터보어링된다. 대안적으로, 제조 프로세스는 플러그 본체로부터 개별 부분으로서 엘라스토머 밀봉부를 형성할 수도 있고, 마찰 끼워맞춤 또는 접착제와 같은 다른 방법을 통해 플러그 본체에 엘라스토머 밀봉부를 접합할 수도 있다.
엘라스토머 밀봉부는 용기 베이스(246)의 밀봉부 상에 바닥이 닿지 않고 적절한 압축을 제공하기에 충분히 클 수 있다. 경도 및 치수는 엘라스토머 밀봉부가 적당한 밀봉력으로 밀봉부를 허용하도록 협동할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 엘라스토머 밀봉부 직경은 용기 베이스로의 용기 플러그의 결합에 의해 압축될 때, 플러그 수용부의 내부벽에 접촉하지 않고 밀봉부에 합치하도록 충분히 작다. 이는 유리하게는 용기 베이스의 밀봉부에 밀봉력을 집중하고 밀봉력을 균등하게 분배하여 누설을 방지한다. 몇몇 실시예에서, 밀봉력은 약 44 뉴턴(약 9.9 lbs)이고, 약 300(약 43.5 psi) 내지 약 1000 kPa(145.0 psi)의 밀봉면 상의 압력을 생성한다.
용기 플러그(222)는 엘라스토머 밀봉부를 지지하고, 용기 베이스(246)의 래치 결합 특징부[246(a)']와 결합하고, 래치 결합 특징부[246(a)']로부터 엘라스토머 밀봉부로 결합력을 전달하고, 취급을 위해 피펫터 맨드릴에 정합하고, 성공적인 정합을 지시하는 기능을 갖는다. 용기 플러그(222)는 튜브의 저부에 엘라스토머 밀봉부를 지지하는 실질적으로 원통형 튜브를 포함할 수도 있다. 용기 플러그(222)의 부분은 슬라이드 가능 덮개(1315)(도 16i 참조)의 압축 헤드(1342)에 의해 인가된 배치력이 용기 플러그를 통해 전달되어 열 사이클링 중에 엘라스토머 밀봉부를 더 고정하는 것을 보장하기 위해, 결합될 때 반응 용기(221)의 상부 위로 연장될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 2개 이상의 수직 플러그 슬롯이 반경방향 가요성을 제공하기 위해 플러그 본체 길이의 분율에 대해 플러그 본체를 분할한다. 튜브는 하나 이상의 결합 특징부에서 상단부에서 종료한다. 결합 특징부는 용기 플러그 제3 부분[222(c)]의 부분에 대응할 수도 있다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 용기 플러그 제3 부분[222(c)]은 용기 플러그 제1 부분[222(a)] 및 용기 플러그 제2 부분[222(b)]에 결합될 수도 있다. 제1, 제2 및 제3 용기 플러그 부분[222(a), 222(b), 222(c)]은 모두 서로에 대해 일체로 형성될 수도 있다.
결합 특징부는 용기 플러그(222)를 용기 베이스(246)에 배치하기 위해 용기 베이스(246) 상의 래치 결합 특징부[246(a)']에 결합한다. 일단 배치되면, 몇몇 실시예에서, 시스템은 용기 플러그(222)를 제거하지 않고, 또한 플러그(222)는 사용자에 의해 제거 가능하게 설계되지도 않는다. 의도는 부분을 함께 연결하여 적어도 부분이 시스템 내에 잔류하는 한 그리고 부분이 연구실 내의 임의의 위치에 잔류하는 한 저장조 영역을 밀봉하는 것이다. 이는 유리하게는 다른 방식으로 분석물 또는 샘플을 오염시킬 수도 있는 임의의 증폭된 핵산의 누출을 방지한다. 몇몇 실시예에서, 결합 특징부는 플러그 본체의 상단부로부터 외향으로 연장하는 잠금 플랜지의 세그먼트이다. 잠금 플랜지의 높이는 베이스 플랜지의 상부면과 래치 결합 특징부의 하부면 사이의 용기 베이스(246)의 간극 거리보다 약간 작다. 잠금 플랜지는 따라서 간극 거리 내에 적합한다. 부분의 컴플라이언스, 특히 엘라스토머 밀봉부의 컴플라이언스는 구성 요소 제조 공차 내의 편차를 취할 수도 있다.
플러그 본체는 용기 베이스(246)의 래치 결합 특징부[246(a)']의 내경에 상보적인 외경을 갖는 잠금 플랜지의 상부면으로부터 상향으로 연장하는 원형 위치설정벽[222(g)]을 또한 포함할 수도 있다. 위치설정벽은 유리하게는 용기 플러그 및 용기 베이스의 상대 운동을 제한하여 밀봉을 유지한다. 2개 이상의 수직 플랜지 슬롯이 잠금 플랜지 및 위치설정벽을 분할할 수도 있다. 이들 플랜지 슬롯은 플러그 본체의 부분을 분할하고 부분에 가요성을 제공하는 플러그 슬롯으로서 계속된다. 용기 플러그(222)는 전술된 바와 같이 카운터보어 형성된 구멍을 또한 포함할 수도 있다.
결합 특징부는 용기 베이스(246) 상의 상보형 래치 결합 특징부[246(a)']에 잠금되고, 용기 베이스 밀봉면과 밀봉 접촉하여 엘라스토머 밀봉부를 배치한다. 전술된 바와 같이, 결합 특징부는 용기 플러그 제3 부분[222(c)]의 부분에 대응할 수도 있다. 엘라스토머 밀봉부의 컴플라이언스는 용기 플러그를 상향으로 압박하여 용기 플러그(222) 상의 잠금 플랜지의 상부면이 용기 베이스(246) 상의 래치 결합 특징부의 하부면에 접촉하게 된다. 밀봉 접촉부의 효율은 다수의 치수 및 재료 특성의 협동에 의존하지만, 광범위한 치수가 여전히 허용 가능한 밀봉 접촉부를 성취할 수도 있다. 몇몇 치수는 밀봉부에 영향을 미치지 않고 함께 변경될 수도 있다. 예를 들어, 더 긴 플러그 수용부와 정합된 더 긴 플러그 본체는 밀봉 효율에 단지 작은 영향만을 미칠 것이다. 유사하게, 더 연성 엘라스토머 밀봉부는 더 긴 플러그 본체를 보상할 수도 있고 또는 더 강성의 본체 플러그 재료는 더 짧은 플러그 본체와 함께 작용할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 다른 부분과의 상호 작용은 플러그 본체의 길이를 적어도 부분적으로 결정하고, 이 길이는 이어서 플러그 수용부의 크기를 결정할 수도 있다. 유용한 열가소성 엘라스토머의 상업적 이용 가능성은 엘라스토머 밀봉 경도를 적어도 부분적으로 결정한다. 치수 및 재료 특성 조합의 주요 결정자는 조합이 요구된 밀봉 효율을 제공한다는 것이다.
플러그 본체 내부는 시스템이 용기 플러그 또는 폐쇄된 반응 용기를 이동시키게 하기 위해 피펫터 맨드릴을 수용하고 파지할 수 있다. 플러그 본체 내경은 맨드릴 외경보다 약간 작을 수도 있지만, 플러그 슬롯은 맨드릴이 진입할 때 플러그 본체가 반경방향으로 굴곡되어 팽창하게 한다. 플러그 본체 길이, 재료 강성 및 플러그 슬롯 길이는 맨드릴의 적당한 하향력으로 플러그 본체를 개방하고 적당한 파지 강도를 제공하도록 협동한다. 굴곡된 플러그 본체의 복원력은 맨드릴을 파지하는 기능을 한다. 플러그 본체 내의 부가의 기하학적 형상은 파지를 향상시키는 기능을 할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 플러그 본체의 루멘 내로의 튜브벽 재료의 4개의 반구형 돌기는 피펫터 맨드릴을 파지하는 것을 돕는다. 이들 돌기는 유리하게는 맨드릴과의 고압 접촉을 생성하기 위해 복원력을 집중시킨다. 고압 접촉은 맨드릴 상에 플러그 본체를 더 양호하게 보유하기 위해 맨드릴과 플러그 본체 사이의 마찰을 증가시킨다. 플러그(222)는 전도성 플라스틱으로 제조될 수도 있어, 플러그가 액체 센서와 같은 적합한 감지 회로를 갖는 피펫터에 의해 검출될 수 있게 한다. 대안적으로, 피펫터는 피펫터 내의 압력을 측정하는 압력 센서를 사용하여 용기 플러그(222)의 존재를 검출할 수도 있어, 피펫 맨드릴 상의 용기 플러그(222)의 존재의 특성인 압력 프로파일을 생성한다. 몇몇 실시예에서, 액체 센서 및 압력 센서의 모두는 피펫터 상의 용기 플러그(222)의 존재를 검출하는데 사용된다.
도 5d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반응 용기(221)의 사시도를 도시한다. 도 5d에 도시된 반응 용기(221)의 구성은 일반적으로 도 5a 내지 도 5c에 도시된 반응 용기의 구성과 유사하다. 도 5d에 도시된 실시예에서, 플러그(222)는 이제 삽입될 때 용기 베이스(246)의 에지 상으로 연장하는 림을 갖는다. 이 림은 열 사이클러 모듈의 슬라이드 가능 덮개가 폐쇄될 때, 플러그(222) 상에 눌러져서 이를 기밀하게 고정하는 것을 보장한다. 플러그(222)의 상부면은 플러그(222)가 용기 베이스(245) 내에 삽입될 때 용기 베이스(245)의 상부면 위로 임의의 적합한 거리(예를 들어, 적어도 약 1 mm)로 연장될 수도 있다.
대안적인 반응 용기 실시예는 단지 약간만 굴곡하는 유연한 재료보다는, 가열 블록의 형상에 합치하는 가요성 재료로 제조된 용기를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 용기는 웨지 형상, 직사각형 또는 다각형인 구성을 갖는 비원형 단면을 가질 수 있다.
전술된 반응 용기는 제시 위치 및 열 사이클러 모듈을 포함하는 시스템을 사용하여 샘플 내의 핵산을 결정하기 위한 프로세스에 사용될 수 있다. 프로세스는 제시 위치에서 핸들 특징부를 갖는 용기 플러그 및 용기 플러그에 잠금 가능하게 결합하도록 구성된 용기 베이스를 제공하는 것과, 맨드릴 상에 유지된 피펫팁을 갖는 용기 베이스에 증폭 시약을 피펫팅하는 것과, 맨드릴을 사용하여 용기 플러그를 상승시켜 취급 특징부를 파지하는 것과, 용기 플러그를 용기 베이스에 결합하는 것과, 결합된 용기 플러그 및 용기 베이스를 열 사이클러 모듈에 이동하는 것을 포함할 수 있다. 이 프로세스의 각각의 특징부는 상기 및 이하에 더 상세히 설명된다. 본 명세서에 설명된 상기 및 다른 프로세스는 피펫 맨드릴이 다수의 기능을 수행하는데 사용될 수 있기 때문에, 핵산의 효율적인 프로세싱을 제공할 수 있다.
F. 밀리팁
본 발명의 실시예는 밀리팁의 사용을 또한 포함할 수 있다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 밀리팁을 도시한다. 도 6b는 밀리팁의 장착 구멍을 도시한다. 도 6c는 맨드릴 상의 밀리팁을 도시한다.
본 발명의 실시예에서, 밀리팁(220)은 각각의 분석물 카트리지 내에 전달되고 단리 단계 중에 사용된 비교적 대용량 피펫팁일 수 있다. 시스템 내의 다수의 프로세스는 밀리팁을 사용할 수도 있지만, 시스템은 단일 분석물 카트리지를 수반하는 이송을 위해 각각의 밀리팁을 사용할 수 있다. 몇몇 경우에, 각각의 밀리팁은 단지 단일 분석물 카트리지를 수반하는 이송에 사용된다. 이는 샘플간 오염의 가능성을 감소시킨다. 몇몇 실시예에서, 밀리팁은 적어도 1 밀리리터의 용량을 갖고 피펫팅 오리피스로 테이퍼링된다. 밀리팁은 반복적인 제거 및 교체 작업을 지원하는 유연한 커플링 테이퍼를 통해 피펫터에 결합될 수 있다. 밀리팁의 길이는 적합한 피펫 맨드릴 상에 장착될 때 시스템 상에 사용된 100 mm 튜브 또는 다른 샘플 컨테이너의 깊이에 도달하기에 충분할 수도 있다. 밀리팁은 배리어 및 환기 특징부를 구비할 수도 있다. 바람직한 재료는 전기 전도성 비반응 폴리머이다.
도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이, 밀리팁(220)은 축방향 대칭성을 갖고 양 단부에서 개방된 일반적으로 원추형 중공 본체일 수 있다. 중앙 루멘은 밀리팁 정점에서 피펫팅 오리피스[220(b)] 내로 그리고 밀리팁 베이스에서 장착 구멍[220(f)] 내로 개방한다. 장착 구멍[220(f)]은 사용 중에 피펫터 맨드릴에 결합되고, 피펫팅된 유체는 피펫팅 오리피스[220(b)]를 통해 진입하고 떠난다.
몇몇 실시예에서, 밀리팁(220)을 형성하는 벽은 얇고 테이퍼링되는데, 벽은 베이스 부근에서 약 0.8 mm 두께, 정점에서 약 0.5 mm 두께일 수도 있다. 벽 두께는 컨테이너 상의 배리어 필름을 관통하기 위해 충분한 기계적 강도를 밀리팁(220)에 제공하거나 밸브(예를 들어, 커버된 튜브의 "덕빌" 밸브)를 개방하기에 충분할 수 있다. 원추형 본체는 다수의 세그먼트에서 테이퍼링될 수도 있다. 분할형 테이퍼링은 유리하게는 좁은 피펫팅 오리피스가 대용량 피펫팁에 결합하게 한다. 대용량 피펫팁은 시약의 1단 이송을 지원하여, 시간을 절약하고 이송 정확도를 향상시킨다. 좁은 피펫팅 오리피스는 분석 정확도를 직접 향상시키는 양호한 이송 정확성을 지원한다. 중간 테이퍼는 실용적인 길이의 피펫팁의 높은 용량 및 양호한 정확성의 모두를 허용한다.
몇몇 실시예에서, 커플링 테이퍼[220(a)]는 장착 구멍[220(f)]으로부터 착좌면[220(a)-2]을 형성하는 하부 직경 단차부로 연장한다. 다른 실시예에서, 착좌면은 팁의 단부로부터 약간 연장하는 리브 또는 다른 돌기일 수 있다. 밀리팁(220)은 대부분의 부분 길이에 대해 연장하는 상부 테이퍼로서 착좌면 아래로 계속된다. 하부 테이퍼[220(c)]는 몇몇 실시예에서 0.8 mm 피펫팅 오리피스를 둘러싸는 1.3 mm 직경 편평한 고리에서 종료하는 단부의 정상 단부를 형성한다. 고리는 밀리팁(220)의 장축에 수직으로 배치된다. 중간 테이퍼[220(d)]는 하부 테이퍼[220(c)]와 상부 테이퍼[220(e)]를 연결한다. 밀리팁 벽은 하부 테이퍼[220(c)] 및 장착 구멍[220(f)]을 제외하고는, 전체 부분을 통해 일정한 두께(약 0.8 mm)일 수 있다. 하부 테이퍼[220(c)]의 벽은 정점을 향해 얇아질 수도 있다. 루멘을 형성하는 내부 테이퍼 각도는 정점을 향해 단계적으로 증가할 수도 있다. 각도는 커플링 테이퍼에서 약 0.8도, 상부 테이퍼[220(e)]에서 약 2.8도, 중간 테이퍼에서 약 3.2도, 하부 테이퍼[220(c)]에서 약 6.0도일 수 있다(모두 밀리팁 축에 대해 측정됨).
커플링 테이퍼[220(a)]는 평활한 내부면을 갖고 지지 리브를 갖지 않는 유연한 테이퍼일 수도 있다. 리브의 부재(absence)는 컴플라이언스를 증가하고 가변 두께 섹션과 연관된 싱크 마크를 배제함으로써 플라스틱 사출 성형된 부분 내의 평활한 내부면에 기여한다. 더 얇은벽(약 0.45 mm)이 커플링 테이퍼 내의 증가된 컴플라이언스에 기여한다. 커플링 테이퍼[220(a)] 내의 컴플라이언스는 피펫팅 맨드릴에 결합할 때 밀리팁이 최소 저항을 갖고 탄성적으로 변형하게 하는 이점을 갖는다. 탄성 변형은 유리하게는 원래 형상에 가까운 복원을 허용하여, 시스템이 각각의 사용시에 유체 기밀 밀봉을 보존하면서 다수의 상이한 피펫터 맨드릴로부터 밀리팁을 로딩하고 언로딩하는 것을 허용한다.
몇몇 실시예에서, 커플링 테이퍼[220(a)]는 밀리팁(220)의 축에 수직인 착좌면을 형성하는 상부 테이퍼의 상부에서 직경이 급격하게 변경될 수도 있다. 이 착좌면은 분석물 카트리지 내의 상보형 표면 상에 놓이고 제어된 높이 및 제어된 궤적 내에서 밀리팁(220)을 지지할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 착좌면의 높이에서 밀리팁(220)과 분석물 카트리지의 상호 작용은 밀리팁 픽업 중에 맨드릴과 밀리팁(220)을 정렬하기 위해 내려가는 피펫터 맨드릴 상의 특징부 내의 인도를 허용하기에 충분한 위치를 제어한다. 몇몇 실시예에서, 착좌면은 약 0.7 mm 코어를 둘러싸는 약 0.7 mm 폭의 편평한 고리를 형성한다.
장착 구멍을 형성하는 커플링 테이퍼[220(a)]의 개방 단부는 밀리팁(220)의 축에 수직으로 배치된 정지 고리[220(a)-1]에서 종료한다. 정지 고리는 맨드릴의 높이와 밀리팁(220)의 높이 사이의 고정된 관계를 제공하기 위해 피펫터 맨드릴 상의 특징부와 상호 작용할 수도 있다. 이는 유리하게는 액체를 더 정확하게 흡입하고, 분배하고, 혼합하기 위해 피펫터의 제어된 높이에 대해 피펫팅 오리피스를 배치한다.
밀리팁은 에어로졸 배리어[220(h)]를 구비할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 밀리팁(220)의 상부 테이퍼[220(e)] 섹션은 착좌면 약간 아래의 급격한 내경 감소부를 포함한다(밀리팁은 피펫팅 오리피스가 저부에 있는 정상 작동 위치에서 배향됨). 이 직경 감소부는 에어로졸 배리어로서 자립형 다공성 기판을 보유할 수도 있는 단차부를 형성한다. 에어로졸 배리어는 임의의 에어로졸 또는 튀김물이 밀리팁(220)의 상부를 벗어나는 것을 방지함으로써 피펫팅 중에 오염의 확률을 감소시킨다.
밀리팁은 환기 특징부를 포함할 수 있다. 환기 특징부는 밀리팁이 유연한 배리어 밀봉부를 통해 시약 우물의 내용물을 흡입하거나 분배함에 따라 시약 우물 내의 압력을 평형화하는 기능을 할 수도 있다. 이러한 배리어 필름은 밀리팁 주위를 효과적으로 밀봉할 수도 있기 때문에, 피펫팅 작동은 시약 우물 내의 압력을 변경할 수도 있다. 시약 우물 압력의 변화는 피펫팅 정확도에 영향을 미칠 수 있고 또는 잠재적인 오염의 소스인 에어로졸을 생성할 수도 있다. 환기 특징부는 유리하게는 밀리팁이 우물 내에 있는 동안 배리어 필름을 통한 환자 공기 유동 경로를 유지한다. 이 환자 공기 유동 경로는 배리어 필름을 가로지르는 더 신속한 압력 평형화를 허용하고, 이는 피펫팅 정확도와 배리어 필름 간섭의 효과를 감소시킨다. 향상된 피펫팅 정확도는 분석 정확도를 직접 향상시킬 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 환기 특징부는 밀리팁의 다른 평활한 원추형 외부벽으로부터의 급격한 일탈부를 포함한다. 이러한 일탈부는 피펫팅 중에 배리어 필름의 위치에 적어도 중첩하기 위해 수직 방향으로 연장할 수 있다. 환기 특징부는 외경, 돌출 리브, 절개 채널 또는 유사한 특징부 상에 날카로운 코너를 포함할 수도 있다. 게다가, 밀리팁 피펫 오리피스의 외부는 고리일 수도 있고, 이 고리의 평면은 밀리팁의 중심축에 대해 직각이다. 이러한 구성은 밀리팁의 하부 종단이 분석물 카트리지의 반응 우물과 같은 각형성된 우물의 저부와 접촉할 때 기밀 밀봉이 형성되는 것을 방지하여, 따라서 피펫팅 정확성을 향상시킨다.
몇몇 실시예에서, 밀리팁은 전기 전도성이다. 이는 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 정전기의 효과를 무효화하고 액체 센서와 같은 감지 회로에 의해 측정을 지원하는 이점을 갖는다. 정전기는 방전 경로가 없는 경량 부분이 다른 구조체와의 바람직하지 않은 상호 작용을 발생하는 전하를 누적할 수 있게 한다. 예를 들어, 전하를 획득하는 피펫팁(피펫터 맨드릴과의 슬라이딩 결합에 의해서와 같은)은 하전된 팁이 공지의 위치로부터 변위되는 이러한 정도로 다른 하전된 피펫팁을 축출할 수도 있다. 변위된 팁은 사용을 위해 이용 불가능해질 수도 있고 다른 메커니즘과 간섭할 수도 있다. 밀리팁 내에 전기 전도도를 생성하는 바람직한 방법은 탄소 또는 금속 입자와 같은 전도성 재료와 베이스 폴리머의 혼합이다.
피펫 맨드릴과 연관된 감지 회로에 의한 측정은 맨드릴로의 전도성 팁의 성공적인 부착 및 맨드릴로부터 전도성 팁의 탈착을 지시하는데 사용될 수 있다는 것이 또한 주목된다. 이는 전도성 피펫팁을 통한 맨드릴을 경유하는 액체 감지를 또한 허용할 수 있고, 액체를 전달하는 전도성 피펫팁의 충전 레벨의 지시를 제공할 수 있다. 감지 회로는 이하에 더 상세히 설명된다.
밀리팁을 위한 바람직한 성형 프로세스는 플라스틱 사출 성형이다. 이는 낮은 비용으로 고품질 부분을 제조하는 장점을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 성형 프로세스는 미국 미네소타주 위노나 소재의 알티피 컴퍼니(RTP Company)에 의해 제조된 RTP 199 X 106053A와 같은 탄소 로딩된 폴리프로필렌의 각각의 밀리팁을 형성한다.
G. 카트리지 로딩 유닛
도 7a는 분석물 카트리지 로딩 유닛의 평면 사시도를 도시한다.
도 7b는 분석물 카트리지 로딩 유닛의 부분 평면 사시도를 도시한다.
도 7c는 분석물 카트리지 로딩 유닛의 분석물 카트리지 제시 래인의 사시도를 도시한다.
분석물 카트리지 로딩 유닛(112)은 시스템 상의 분석물 카트리지(200)의 로딩 및 일시적 저장을 위한 영역으로서 기능한다. 작동시에, 조작자는 정상 기구 작동을 중단하지 않고, 또한 CLU(112)라 칭하는 카트리지 로딩 유닛(112)에서 시스템 내에 신선한 분석물 카트리지(200)를 로딩할 수도 있다. 로딩 후에, CLU(112)는 로딩된 분석물 카트리지에 부착되는 바코드와 같은 식별 표식을 판독할 수도 있다. 분석물 카트리지(200)는 이어서 샘플 피펫터(700)로부터 샘플의 첨가 및 XYZ 반송 디바이스(이하에 더 상세히 설명됨)에 의한 프로세싱을 허용하도록 반송될 수도 있다. CLU(112)는 이어서 추가의 프로세싱을 위해 분석물 카트리지(200)를 이송 셔틀(898)(도 14에 도시됨)에 이송할 수도 있다.
도 7a에 도시된 바와 같이, CLU(112)는 2개의 서브조립체, 즉 온로드 모듈(119) 및 제시 래인(113)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, CLU(112)는 온로드 모듈(119)의 온로드 래인으로부터 제시 래인(113)으로 카트리지가 이동하는 것을 선택적으로 방지할 수 있는 가동 게이트(도시 생략)를 가질 수 있다. 이 게이트는 공압 작동식일 수 있다. 액세스 도어(도시 생략)가 또한 CLU(112)로의 다른 액세스를 제공하도록 제공될 수 있다. CLU의 온로드 래인 모터로의 전력은 액세스 도어가 개방될 때 안전 특징부로서 차단될 수 있다.
이들 2개의 서브조립체는 주 시스템 상에 조립될 때까지 분리될 수도 있다. 온로드 모듈(119)은 제시 래인(113)에 결합되어 수직으로 배향될 수도 있다. 제시 래인은 로딩 래인의 예일 수도 있다. 분석물 카트리지(200)는 온로드 모듈(119) 내로 로딩될 수 있다. 일 실시예에서, 온로드 모듈(119)은 분석물 카트리지(200)를 유지하도록 구성된 캐비티를 포함하는 저장 위치를 포함할 수 있다. 이 캐비티는 카트리지 래인의 내부 공간으로서 구체화될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 저장 위치는 하나 이상의 분석물 카트리지를 각각 유지하는 2개의 온로드 카트리지 래인[112(b), 112(c)], 상호 잠금된 커버[112(a)](힌지 연결 또는 슬라이드 가능 커버일 수도 있음), 조작자 상호 작용을 위한 터치 패드 및 바코드 판독기(도시 생략)를 포함한다. 저장 위치는 이 실시예에서 2개의 카트리지 래인을 포함하지만, 다른 실시예에서 저장 위치는 단지 하나 또는 심지어 3개 이상의 카트리지 래인을 포함할 수도 있다. 본 발명의 실시예에서, CLU의 슬라이딩 커버는 온로드 래인이 아이들 상태이면 잠금되고 가동 게이트가 폐쇄되어 로딩 동안에 조작자가 제시 래인 내로 분석물 카트리지를 우발적으로 가압하는 것을 방지한다. 본 발명의 실시예는 또한 재밍을 방지할 수 있다.
각각의 래인은 카트리지 로딩 유닛(112)의 구성 요소를 지지하고 정렬하기 위한 CLU 베이스플레이트(118), 분석물 카트리지가 놓이게 되는 CLU 레일(122), 선형 레일에 장착된 푸셔[112(d)]와 같은 로딩 반송부 및 분석물 카트리지(200)의 존재를 검출하는 센서를 포함할 수 있다. 이들 센서는 광학, 전기, 자기 또는 전자기 센서일 수도 있다. 이 실시예에서 로딩 반송부는 푸셔이고, 다른 실시예에서 로딩 반송부는 카트리지 제시 래인을 향해 분석물 카트리지를 잡아당기는 디바이스일 수 있다.
푸셔[112(d)]는 샘플 제시 유닛(110)의 전술된 푸셔 플레이트(617)와 유사한 방식으로 스텝퍼 모터 및 벨트에 의해 구동될 수 있고, 온로드 모듈(119) 내의 홈 위치를 가질 수도 있다. 스텝퍼 모터는 인코더를 가질 수도 있다. 시스템은 푸셔를 사용하여 그리고 인코더 위치를 사용하여 카트리지를 패킹함으로써 로딩된 분석물 카트리지의 수를 결정할 수 있다. 임의의 적합한 유형의 인코더가 사용될 수도 있다.
일 실시예에서, 온로드 모듈(119)은 온도 제어형일 수도 있다. 온로드 모듈(119)의 온도 제어는 박막 가열기, 적외선 이미터, 열전 디바이스, 유닛을 통한 가열된 또는 냉동 공기의 유동 또는 다른 수단의 포함에 의해 성취될 수도 있다. 온도 제어 디바이스는 온로드 래인[112(b), 112(c)]에 인접한 CLU 베이스플레이트(118)의 부분 내에 합체되거나 그에 부착될 수도 있다. CLU의 상이한 부분은 상이한 온도에 유지될 수도 있다. 2개의 온로드 래인[112(b), 112(c)]이 도시되어 있지만, 본 발명의 실시예는 임의의 적합한 수의 온로드 래인을 포함할 수도 있다는 것이 이해된다.
온로드 모듈(119)은 커버 센서 및 래치를 또한 포함할 수 있다. 래치는 커버[112(a)]를 잠금하고 푸셔[112(d)]가 지정된 위치를 지나 이동할 때 잠금 해제된다. 대안적으로, 래치는 선형 액추에이터, 공압 실린더 또는 솔레노이드를 사용하여 잠금 및 잠금 해제 위치로 이동될 수도 있다. 일 실시예에서, 안전 특징부로서 커버[112(a)]가 개방될 때 카트리지 센서는 전력을 손실한다.
작동시에, 사용자는 이하와 같이 분석물 카트리지(200)를 CLU(112) 내로 로딩할 수도 있다.
(a) 사용자는 "로드" 버튼(물리적 또는 가상)을 누름으로써 CLU(112)에 분석물 카트리지(200)를 추가하려는 이들의 의도를 신호한다.
(b) 시스템은 온로드 래인이 아이들 상태가 될 때까지 대기한다.
(c) 온로드 래인과 제시 래인 사이의 가동 게이트가 폐쇄된다.
(d) CLU 푸셔[112(d)]는 이들의 홈 위치로 이동한다.
(e) 전방 캐리지 래인[112(c)]의 CLU 푸셔[112(d)]는 커버[112(a)]를 잠금 해제하기 위해 지정된 개방 커버 위치로 이동한다.
(f) 사용자는 커버[112(a)]를 개방하고, 분석물 카트리지(200)를 하나 이상의 카트리지 래인[112(b), 112(c)]에 추가하고, 커버[112(a)]를 폐쇄한다.
(g) 전방 카트리지 래인[112(c)]의 CLU 푸셔[112(d)]는 홈 위치로 복귀하여 커버[112(a)]를 재잠금한다.
(h) 푸셔[112(d)]는 분석물 카트리지가 가동 게이트에 대해 정지할 때까지 분석물 카트리지(200)를 이동시킨다.
몇몇 실시예에서, 카트리지 로딩 래인(112)의 각각의 래인[112(b), 112(c)]은 최대 50개의 분석물 카트리지(200)를 유지할 수 있다. 다른 실시예에서, 각각의 래인에 의해 유지된 분석물 카트리지의 수는 50개 초과이거나 미만일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 분석물 카트리지는 개별적으로보다는 카트리지의 매거진을 사용함으로써 카트리지 래인 내로 로딩될 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 각각의 카트리지 래인[112(b), 112(c)]은 특정 유형의 분석물 카트리지(200)를 유지하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 일 유형의 분석물 카트리지(200)가 DNA 단리에 사용되고, 제2 유형의 분석물 카트리지(200)가 RNA 단리에 사용된다. 이 구성은 사용자에 의해 추가되거나 변경될 수 있다. 예를 들어, 조작자가 일반적으로 단지 DNA 샘플만을 연구하면, 양 카트리지 래인[112(b), 112(c)]은 DNA 분석물 카트리지(200)를 위해 구성될 수 있다. 구성은 2개의 위치 중 하나에서 카트리지 래인[112(b), 112(c)]에 식별 바아[112(f)]를 부착함으로써 수행될 수 있다. 예를 들어, 시스템의 전방을 향한 식별 바아[112(f)]의 부착은 RNA 분석물 카트리지를 위한 카트리지 래인[112(b) 또는 112(c)]을 구성할 수도 있고, 시스템의 후방을 향한 식별 바아[112(f)]의 부착은 DNA 분석물 카트리지를 위한 카트리지 래인[112(b) 또는 112(c)]을 구성할 수도 있다. 대안적으로, 카트리지 래인[112(b), 112(c)]은 부가의 분석물 카트리지 유형을 지시하기 위해 양 위치에서 식별 바아[112(f)]를 갖지 않고 또는 식별 바아[112(f)]를 갖고 구성될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 식별 바아[112(f)]는 정사각형 단면을 가질 수 있지만, 비대칭 단면을 포함하는 다른 구성이 가능하다. 지정된 구성을 검출할 수 있는 각각의 카트리지 래인[112(b), 112(c)]을 위한 각각의 식별 바아[112(f)] 위치 아래에 센서가 또한 존재할 수도 있다. 각각의 식별 바아[112(f)]는 조작자에게 구성을 경고하기 위한 표식을 또한 포함할 수 있다.
식별 바아가 상세히 설명되어 있지만, 본 발명의 실시예는 식별 바아의 사용에 한정되지 않고 임의의 적합한 카트리지 식별 디바이스가 사용될 수 있다는 것이 이해된다. 예를 들어, 식별 바아 대신에, 각각의 카트리지는 각각의 카트리지 래인[112(b), 112(c)] 내의 센서에 의해 검출될 수 있는 RF ID 태그(또는 다른 식별 디바이스)를 가질 수 있다. 이러한 식별 메커니즘은 본질적으로 기계적일 수도 있고, 또는 몇몇 전기, 광학 또는 자기 작동 모드를 사용할 수도 있다.
도 4aa에 도시된 바와 같이, 분석물 카트리지(200)는 식별 바아[112(f)]와 인터페이스하고 상이한 분석물 카트리지(200) 유형을 지정하기 위해 수직 웨브(226) 상의 상이한 위치 또는 분석물 카트리지(200)의 다른 적합한 위치에 배치될 수도 있는 키잉 특징부(224)를 갖도록 설계될 수 있다. 분석물 카트리지(200)가 CLU(112)의 정확하게 구성된 카트리지 래인[112(b), 112(c)] 내에 배치될 때, 식별 바아[112(f)]는 이 키잉 특징부에 진입한다. 분석물 카트리지(200)가 카트리지 래인[112(b), 112(c)] 내에 적절하게 배치되는 것의 실패는 부정확한 분석물 카트리지의 사용을 조작자에게 경고할 수도 있다. 다른 분석물 카트리지(200) 유형은 카트리지 래인[112(b), 112(c)] 내에 다수의 식별 바아[112(f)]를 수용하는 넓은 노치를 포함하는 키잉 특징부(224)를 합체함으로써 지정될 수도 있다. 분석물 카트리지(200)는 또한 식별 바아[112(f)] 없이 구성된 카트리지 래인[112(b), 112(c)]의 점유를 위해 키잉 특징부 없이 설계될 수도 있다.
전술된 키잉 특징부 및 식별 바아의 사용은 다수의 장점을 갖는다. 키잉 특징부 및 식별 바아는 사용자에게 가시화되기 때문에, 사용자는 잘못된 카트리지 래인 내에 잘못된 카트리지를 투입함으로써 오류를 범할 수 없다. 또한, 분석물 카트리지가 잘못된 위치에 배치되면, CLU의 커버를 폐쇄하는 것이 가능하지 않을 수도 있다. 본 발명의 실시예는 따라서 조작자 에러의 기회를 감소시킨다.
도 7a에 도시된 바와 같이, CLU 제시 래인(113)은 온로드 모듈(119)에 인접하여 배치될 수도 있다. CLU 제시 래인(113)의 실시예가 도 7c에 더 상세히 도시된다. 제시 래인(113)은 CLU 제시 레일[113(c)]을 따라 이동하는 제시 캐리지[113(b)], X 및 Z 방향에서 분석물 카트리지(200)의 정확한 위치를 제공하는 CLU 제시 가이드[113(a)] 및 전술된 구조체에 결합되어 이를 위한 지지를 제공하는 CLU 제시 수직 지지체[113(d)]를 포함할 수도 있다. CLU 제시 캐리지[113(b)]는 샘플 제시 유닛(110)의 제시 캐리지에 의해 사용된 것과 유사한 방식으로 스텝퍼 모터 및 타이밍 벨트에 의해 구동될 수도 있다. 일 실시예에서, CLU 제시 래인(113)은 2개의 캐리지 래인[112(b), 112(c)] 중 어느 하나로부터 분석물 카트리지(200)를 수용하고, 이어서 분석물 카트리지(200)를 프로세싱을 위해 시스템 내로 반송한다. 카트리지 제시 래인(113)은 샘플 피펫터(700)의 운동 경로 내에 있을 수도 있다. 이러한 실시예에서, 카트리지 제시 래인(113)은 샘플 피펫터(700)의 밀리팁 피펫터(704)가 분석물 카트리지(200)에 액세스할 수 있는 제시 가이드[113(a)] 내의 오리피스 또는 간극(111)(도 7a에 또한 도시됨)을 포함할 수도 있다. 다른 간극[113(f)]이 XYZ 반송 디바이스로의 액세스를 허용하기 위해 제시 가이드[113(a)] 내에 또한 존재할 수도 있다. CLU 제시 래인(113)은 스케쥴링 요구를 처리하고 오염 문제점을 감소시키기 위해 XYZ 받침대(130)와 같은 외부 디바이스와의 다수의 인터페이스 점을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 시스템은 온로드 래인의 양 단부에 배열된 카트리지 제시 래인을 가질 수도 있다.
구동 조립체[113(e)]는 수직 지지체[113(a)]에 결합될 수도 있다. 구동 조립체는 CLU 제시 래인(113)을 따라 카트리지 캐리지[113(b)]를 구동하는데 사용될 수 있다. 구동 조립체는 구동 풀리, 스프링 인장기 및 구동 벨트와 같은 구성 요소를 포함할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 제시 래인(113)은 온도 제어형일 수도 있다. 제시 래인(113)의 온도 제어는 박막 가열기, 적외선 이미터, 열전 디바이스, 유닛을 통한 가열된 공기의 유동 또는 다른 수단의 포함에 의해 성취될 수도 있다. 이러한 디바이스는 CLU 제시 수직 지지체[113(d)]에 부착될 수도 있다. 대안적으로, CLU 제시 가이드[113(a)]는 분석물 카트리지(200)에 근접한 하나 이상의 스커트를 포함할 수도 있고 유사한 수단에 의해 온도 제어 디바이스의 합체를 허용한다. 제시 래인(113)은 시약 팩의 온도를 측정하기 위한 디바이스를 또한 포함할 수도 있다. 적합한 온도 감지 디바이스는 적외선 온도 센서를 포함한다.
본 발명의 실시예는 다른 변형예를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 2개의 온로드 래인이 전술된 실시예에 개시되어 있지만, 본 발명의 다른 실시예는 상이한 카트리지 유형을 위한 하나 내지 3개 이상의 온로드 래인을 포함할 수도 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예는 "원 오프(one off)" 카트리지를 위한 전용 바이패스 래인 또는 로딩 위치를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 시스템이 일반적으로 단지 DNA 카트리지로만 로딩되고 RNA 분석을 실행하기 위한 예측되지 않은 요구가 존재하면, 단일의 RNA 카트리지가 온로드 래인들 중 하나를 언로드하고 재키잉할 필요 대신에 바이패스 온로드 래인(또는 다른 개별 지정된 위치) 내로 로딩될 수 있다. 또 다른 실시예에서, STAT 샘플과 함께 사용을 위해 지정된 분석물 카트리지를 위한 전용 STAT(짧은 턴어라운드 시간) 위치 또는 래인이 존재할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 카트리지 로딩 유닛은 예를 들어 턴테이블에 의해 지지된 것과 같은 반경방향 또는 원형 배열의 분석물 카트리지(200)를 유지할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 시스템이 개별 카트리지를 선택하여 제시 래인 내로 이송하기 위해 픽 앤드 플레이스 디바이스를 이용하는, 혼합된 카트리지 유형을 유지하는 비특정 온로드 래인의 사용에 관한 것일 수 있다. 시각 시스템이 또한 상이한 분석물 카트리지 유형을 구별하는데 사용될 수 있다.
다른 기능적인 특징부가 CLU 내에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 카트리지 내용물을 현탁하기 위해 CLU 내에 혼합 디바이스를 합체하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 궤도 혼합기 또는 초음파 혼합기가 본 발명의 몇몇 실시예에서 사용될 수 있다.
H. 시약 저장 유닛
도 8a는 시약 저장 유닛의 평면 사시도를 도시한다.
도 8b는 시약 저장 유닛의 전방의 확대도를 도시한다.
도 8c는 시약 저장 유닛의 내부벽을 도시한다.
시약 저장 유닛(124) 또는 RSU는 시스템 상의 시약 팩(400)을 위한 저장소로서 사용될 수도 있다. 시약 저장 유닛(124)은 시약 팩(400)의 온-시스템 저장을 용이하게 할 수 있어, 유리하게는 시스템 상의 시약의 안정성을 향상시키고 시스템이 사용중이지 않을 때 개별 디바이스 내에 시약을 저장할 필요성을 감소시킨다. RSU는 분위기 공기압을 감지하기 위한 압력 센서(도시 생략)를 가질 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 시약 저장 유닛(124)은 베이스플레이트(132), 베이스플레이트(132) 상에 배치된 본체의 근위벽(130), 근위벽(130)에 대향하는 원위벽(148) 및 커버(128)를 갖는다. 베이스플레이트(132), 원위벽(148) 및 근위벽(130)은 캐비티를 형성할 수도 있다. 커버는 개방의 비율을 제어하기 위한 완충 스프링을 포함할 수도 있다. 시약 저장 유닛(124)의 내부면은 삽입시에 분석물 시약 팩을 정렬하는 가이드 특징부(136)를 구비할 수도 있다.
유닛은 시약의 완전성을 유지하기 위해 온도 제어될 수도 있다. 시약 저장 유닛(124)의 상이한 영역은 상이한 온도에서 유지될 수도 있다. 온도 제어는 시약 저장 유닛(124)의 베이스플레이트(132)와 열 통신하는 하나 이상의 열 전기 유닛(134)에 의해 제공될 수도 있다. 온도 제어를 제공하는 다른 수단은 유체를 안내하는 베이스플레이트(132) 내의 채널의 사용, 시약 저장 유닛(124)의 내부 내로의 또는 유닛과 열 접촉하는 표면에 대한 냉각 가스의 방향 및 시약 저장 유닛(124)과 열 접촉하는 기계적 냉동 유닛의 위치설정을 포함한다. 이러한 온도 제어 디바이스는 시약 저장 유닛(124)으로부터 열을 더 효율적으로 제거하기 위해 열교환기 및 팬 또는 유사 디바이스를 더 구비할 수도 있다. 시약 팩(400) 내용물을 혼합하고 현탁 상태로 유지하기 위한 혼합 디바이스와 같은 저장 중에 시약 완전성을 유지하기 위한 다른 특징부는 시약 저장 유닛(124) 내에 합체될 수도 있다. 이러한 혼합 디바이스는 로켓, 궤도 혼합기 및 초음파 디바이스를 포함한다.
시약 저장 유닛(124)의 커버(128)는 도 8a에 도시된 바와 같이 하나 이상의 액세스 도어(126)를 포함할 수도 있다. 이들 도어는 시약 팩을 추가하거나 제거하기 위해 개방되고 정상 작동 중에 폐쇄될 수 있다. 일 실시예에서, 시약 저장 유닛(124)의 액세스 도어(126)는 힌지에 의해 커버(128)에 부착된 하나 이상의 섹션에 구성된다. 대안적으로, 액세스 도어(126)는 시약 저장 유닛(124) 내에 합체된 트랙을 따라 이동할 수도 있다. 이 도어(126)는 오염물을 감소시키고, 증발을 제어하고, 시약 저장 유닛(124) 내의 온도를 제어하는 것을 돕는 기능을 한다. 몇몇 실시예에서, 액세스 도어(126)는 감광성 시약을 보호하기 위해 불투명할 수도 있다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 시약 저장 유닛(124)의 근위벽(130)은 유닛 내에 유지된 분석물 시약 팩의 조건을 지시하는 하나 이상의 상황 지시기(140)를 또한 포함할 수도 있다. 이들 상황 지시기(140)는 시약 저장 유닛(124) 내의 특정 위치에서 분석물 시약 팩의 존재 또는 부재를 지시하고, 분석물 시약 팩(400)이 교체되어야 할 필요가 있다는 것을 지시하거나 다르게는 사용자에게 유닛의 작동에 대한 큐를 제공할 수도 있다. 일 실시예에서, 상황 지시기(140)는 컬러-인코딩된 LED이고, 대안적인 실시예는 이들에 한정되는 것은 아니지만 백열 램프, LCD 디스플레이 또는 다른 적합한 시각적 지시기를 포함한다. 다른 실시예에서, 시약 저장 유닛(124)은 그 내부에 저장된 시약 팩(400)의 상황을 지시하기 위한 가청 알람을 구비할 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 시약 저장 유닛(124)은 그 내부에 저장된 시약 팩(400)의 상황에 관련된 시스템 제어기에 정보를 제공할 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 상황 지시기(140)는 시스템 모니터 또는 원격 디바이스(예를 들어, 모바일 디바이스) 상의 사용자 통지로 교체될 수도 있다.
원위벽(148)은 도 8c에 도시된 바와 같이, 시약 저장 유닛(124) 내에 시약 팩을 고정하는 메커니즘 및 시약 팩(400) 내에 합체된 판독/기록 메모리 디바이스에 어드레스하기 위한 수단을 포함할 수도 있다. 시약 저장 유닛(124)의 원위벽(148)의 내부는 기계적 래치를 포함할 수도 있는 시약 팩(400)을 고정하기 위한 하나 이상의 래치 조립체(144)를 포함할 수 있다. RSU 래치 조립체(144)는 도 13d에 도시된 마이크로팁 저장 유닛(120)의 래크 걸쇠(554)와 디자인이 유사할 수도 있다. 일 실시예에서, 시약 팩(400)과 접촉시에, 래치 조립체(144)는 그에 대해 편의되고, 압력이 스프링과 같은 유연한 부재에 의해 제공된다. 스프링은 열 전기 유닛(134)과 같은 시약 저장 유닛(124)의 다른 구성 요소를 위한 접지 경로로서 또한 작용할 수도 있다. 시약 팩(400)은 압력이 1회용 마이크로팁(542)을 사용하여 XYZ 받침대 피펫터에 의해 래치 결합 메커니즘에 인가될 때 이 래치 조립체(144)로부터 해제될 수 있다. 대안 실시예에서, 원위벽은 소진된 시약 팩에 의해 점유된 위치로의 새로운 시약 팩(400)의 추가가 이 저장 위치와 연관된 구멍을 통해 소진된 시약 팩을 압박하도록 위치된 구멍을 포함할 수도 있다. 이러한 실시예에서, 소진된 시약 팩은 폐기물 컨테이너로 지향될 것이다.
일 실시예에서, 시약 저장 유닛(124)의 원위벽(148)은 도 9c에 도시된 바와 같이 분석물 시약 팩(400) 내에 합체된 어드레스 가능 메모리 유닛(426)에 질문(interrogating)하기 위한 디바이스를 포함하는 시약 팩 판독기(146)를 또한 포함할 수도 있다. 어드레스 가능 메모리 유닛(426)은 RFID 칩, 1-와이어 디바이스와 같은 접촉 메모리 디바이스 및 아이버튼(iButton) 디바이스를 포함할 수도 있다. 이들은 시약의 특정 로트에 관한 정보, 메모리 유닛이 부착되는 카트리지에 관한 정보 또는 양자 모두를 저장할 수도 있다. 시약 저장 유닛(124)의 원위벽(148)은 이들에 한정되는 것은 아니지만, 홀 효과 센서, 광학 센서 또는 중량 측정 센서를 포함하는 분석물 시약 팩(400)의 존재를 검출하기 위한 디바이스를 또한 포함할 수도 있다.
시약 유닛 내의 감소된 온도는 특히 습기 환경에서 커버(128)의 내부면 상의 응축물의 형성을 유도할 수 있다. 이 응축물은 시약 팩(400) 내로 낙하해야 하는 오염물의 소스일 수도 있기 때문에, 시약 저장 유닛 커버(128)는 하나 이상의 가열 디바이스와 열 접촉할 수도 있다. 이러한 가열 디바이스는 커버(128)를 가온하여, 유리하게는 베이스플레이트(132)와 열 접촉하는 냉각 디바이스의 용량을 과장하지 않고 응축물의 생성을 방지한다. 적합한 가열 디바이스는 저항 가열기, 박막 가열기 및 적외선 이미터를 포함할 수도 있다. 시약 저장 유닛(124)의 내부 온도는 온도 피드백 루프의 부분을 형성하는 하나 이상의 온도 센서의 사용을 통해 유지될 수도 있다.
일 실시예에서, 시약 저장 유닛 커버(128)는 구멍, 천공부, 채널 또는 유닛을 개방하고 그 내용물을 환경에 노출할 필요 없이 시약 저장 유닛(124) 내에 유지된 분석물 시약 팩(400)의 내용물에 피펫팅 디바이스가 액세스하게 하기 위한 유사한 입구 수단을 또한 포함한다. 이러한 개구는 또한 전술된 바와 같이 XYZ 받침대가 RSU(124) 내에 시약 팩(400)을 고정하는 래치 조립체(144)를 해제하게 하기 위해 제공될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 시약 저장 유닛 커버(128)는 시약 저장 유닛(124)이 액세스되지 않을 때 천공부 또는 다른 입구 수단을 커버하는 작동식 도어의 세트에 의해 보호된다.
도 8d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시약 저장 유닛의 정면 사시도를 도시한다. 도 8e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시약 저장 유닛의 정면 사시도의 부분을 도시한다. 도 8d 및 도 8e에서, RSU 커버(128), RSU 원위벽(148), 액세스 도어(126), 베이스플레이트(132), 냉간 플레이트(138), 가이드 특징부(136) 및 시약 저장 유닛(124) 내의 근위벽(130), 뿐만 아니라 시약 팩(400) 및 시약 팩 핸들(406)은 전술되어 있고, 상기 설명이 여기서 인용된다.
도 8d는 시약 저장 유닛(124)의 전방의 음향 노이즈 배리어(166) 및 시약 저장 유닛(124)의 후방의 정렬핀(164)을 부가적으로 도시한다. 음향 노이즈 배리어(166)는 시약 저장 유닛(124)의 내부 구성 요소(예를 들어, 팬)에 의해 생성된 노이즈를 감소시키기 위한 임의의 적합한 방음 재료(예를 들어, 노이즈 감소 발포체)를 포함할 수 있다.
도 8f는 시약 저장 유닛의 측단면 사시도를 도시한다. 도 8g는 시약 저장 유닛의 다른 측단면 사시도를 도시한다. 본 명세서에 도시된 바와 같이, 시약 저장 유닛(124)은 시약 저장 유닛(124)의 상부 영역에 열원(heat source) 및 저부 영역에 냉원(cold source)을 가질 수 있다. 도 8f에 도시된 바와 같이, 상부는 오염의 소스일 수도 있는 응축물을 감소시키는 기능을 할 수 있는 가열기(172)를 포함할 수 있다. 이는 전기 가열 코일, 고온 유체가 이들 사이를 통해 통과하는 가열 코일 및 하나 이상의 박막 가열기를 포함하는 임의의 적합한 가열 디바이스를 사용할 수 있다. 시약 저장 유닛(124)은 유닛으로부터 이격하여 응축물을 안내하는 기능을 하는 테이퍼링된 바닥부(170)를 포함할 수 있고, 핀이 있는 히트 싱크(174) 및 팬(180)에 작동적으로 결합될 수 있다. 팬(180)은 팬 속도를 변조하고 이에 의해 노이즈를 감소시키기 위해 센서에 의해 제공된 데이터를 이용하는 제어기[예를 들어, 데이터 보드(168)]에 의해 제어될 수도 있고, 흡기 매니폴드(186)(도 8g에 도시됨) 및 배기 매니폴드(188)에 결합될 수도 있다. 이러한 센서는 시약 저장 유닛(124)의 주위 온도, 주위 습도 및 내부 온도를 모니터링할 수도 있다. 밀봉부(184)가 유입 및 유출 공기의 혼합을 방지할 수 있다. 도 8f를 재차 참조하면, 응축물 홈통(173), 응축물 포트(176) 및 응축물 트레이(178)는 냉간 플레이트(130)의 테이퍼링된 바닥부(170)로부터 응축물을 제거하는데 사용될 수도 있다.
본 발명의 실시예에서, 알고리즘은 주위 공기압, 주위온도 및 히트 싱크 온도에 대한 정보를 이용하여 팬 속도를 제어할 수 있다. 이는 유리하게는 노이즈 및 전력 소비를 감소시킬 수 있다. 알고리즘을 위한 로직이 시약 저장 유닛(124) 내에 또는 그로부터 이격하여 데이터 보드(168) 상의 메모리 유닛(예를 들어, 메모리 칩) 내에 상주할 수도 있다.
도 8h는 시약 저장 유닛의 후방부를 도시하는 단면 사시도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 전술된 래치 조립체(144)는 래치 스프링[144(b)]에 의해 전방 위치로 편의될 수 있는 래치[144(a)]를 포함할 수도 있다. 래치 스프링[144(b)]은 금속의 가요성 스트립, 비틀림 스프링 또는 다른 편의 요소일 수 있다. 도 8h는 팩 압력 센서(192), 뿐만 아니라 전기 접점(190)을 또한 도시한다. 이들 요소는 시약 팩(400)의 존재를 감지할 수 있다. 전기 접점(190)은 또한 시약 팩(400)에 부착된 메모리 요소로부터 정보를 판독하는데 사용될 수 있다.
도 8h는 커버(128) 내의 제1 구멍[128(a)] 및 제2 구멍[128(b)]을 또한 도시한다. 제1 구멍[128(a)]은 시약 팩(400)의 우물[400(a)] 위에 배치된다. 피펫터(도시 생략)는 시약 우물[400(a)] 내의 시약에 액세스할 수 있다.
제2 구멍[128(b)]은 래치[144(a)]의 일 단부로의 액세스를 제공하여, 프로브(피펫팁과 같은)가 제2 구멍[128(b)] 내에 삽입될 수 있고 하향력을 제공할 수 있게 되어, 이에 의해 래치[144(a)]의 후방 해제 특징부[144(a)-2]가 아래로 이동하고 래치[144(a)]의 전방 체결구[144(a)-1]는 위로 피벗하게 한다. 피벗부[144(a)-3]가 체결구[144(a)-1]와 해제 특징부[144(a)-2] 사이에 위치된다. 일단 이러한 것이 발생하면, 래치[144(a)]는 시약 팩(400)의 래치 포켓(430)(정합 특징부의 예일 수도 있음)으로부터 분리된다. 시약 팩(400)은 시약 저장 유닛(124)의 후방벽(149)에 고정된 스프링 배출 플레이트(194)에 의해 시약 저장 유닛(124)의 전방을 향해 외향으로 압박(배출)된다. 이는 유리하게는 시약 저장 유닛으로부터 제거될 시약 팩(400)을 구별하여, 이 작업을 사용자에게 간단화한다. 스프링 배출 플레이트(194)는 임의의 다른 적합한 탄성 부재(예를 들어, 스프링)일 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예는 저장 유닛 내의 구멍과 프로브를 정렬하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 저장 유닛은 시약 저장 유닛일 수 있다. 다음에, 방법은 저장 유닛 내의 구멍을 통해 프로브를 삽입하는 단계 및 프로브가 구멍을 통해 삽입됨에 따라 래치를 압박하여, 이에 의해 저장 유닛 내에 유지된 소모품 팩의 래치 포켓으로부터 래치를 분리하는 단계를 포함한다. 소모품 팩은 시약 팩 또는 피펫팁의 팩 등일 수도 있다. 이러한 실시예는 유리하게는 시스템 내의 구성 요소의 피펫팅 또는 이동을 포함하는 다른 용도를 가질 수도 있는 프로브(예를 들어, 피펫)를 사용한다.
대안적인 실시예에서, 래치[144(a)]는 선형 액추에이터를 사용하여 압력을 인가함으로써 시약 팩(400)의 래치 포켓(430)으로부터 피벗될 수 있다. 이러한 선형 액추에이터는 솔레노이드, 모터 구동부, 유압 또는 공압 램 또는 다른 적합한 액추에이터를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 전술된 바와 같이, 시약 팩은 제2 우물을 더 포함하고, 커버는 제3 구멍을 더 포함하고, 커버의 제3 구멍은 제2 우물 상에 정렬되어 이에 의해 제2 우물로의 피펫터 액세스를 제공한다. 제1, 제2 및 제3 구멍은 이러한 실시예에서 선형으로 배열된다{예를 들어, 도 8h에 도시된 바와 같이, 시약 우물[400(a)] 및 해제 특징부[144(a)-2]를 포함하는 시약 우물 위의 커버(128) 내의 구멍은 선형 방식으로 정렬됨}.
도 8i는 시약 팩(400)의 봉입 특징부(197)와 인터페이스할 때 시약 저장 유닛 커버의 부분을 도시한다. 시약 팩(400)의 양 측면은 내부 커버벽[128(b)]에 합치할 수 있는 L형(또는 다른 형상의) 봉입 특징부를 포함할 수도 있다. 도시된 바와 같이, 커버(128)의 주 수평부로부터 하향으로 연장하는 다수의 평행벽[128(b)]이 존재할 수 있다. 이들 특징부는 시약 팩(400)이 시약 저장 유닛(124) 내의 그 대응 슬롯 내에 위치된 특성인 것을 보장하는 것을 도울 수 있다.
시약 팩을 고정 위치에 유지하는 시약 저장 유닛에 대한 대안으로서, 다른 실시예는 시약 팩이 냉장고와 같은 온도 제어형 저장 유닛 내에 저장되고 필요에 따라 시약 피펫팅 영역으로 이동되는 시약 저장 유닛을 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 시약 저장 유닛은 예를 들어 턴테이블에 의해 지지된 것과 같은 반경방향 또는 원형 배열로 시약 팩(400)을 유지할 수도 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 시약 저장 유닛은 예를 들어 턴테이블에 의해 지지되는 것과 같은 반경방향 또는 원형 배열로 시약 팩(400)을 유지할 수도 있다. 이러한 실시예에서, 시약 팩(400)은 피펫팅 디바이스에 특정 시약 팩을 제시하기 위해 그 중심축 상에서 회전하는 회전형 캐리어 내에 저장될 수도 있다. 대안적으로, 시약 팩(400)은 고정된 위치에 저장되고 다중 자유도로 이송 디바이스에 의해 액세스될 수도 있다. 이러한 실시예를 위한 이송 디바이스는 적합한 파지 또는 지지 특징부를 갖는 XYZ 조작기 또는 관절 연결 아암을 포함한다.
I. 시약 팩
도 9a는 시약 팩의 부분의 평면 사시도를 도시한다.
도 9b는 시약 팩의 절결도를 도시한다.
도 9c는 시약 팩의 분해도를 도시한다.
도 9d는 시약 팩의 배리어 덮개를 도시한다.
도 9e는 시약 팩의 단부 부분을 도시한다.
시스템은 시약 팩(400)의 형태의 시약을 저장할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 도 9a에 도시된 바와 같이, 시약 팩(400)은 분석 유형을 다수회 수행하는 데 유용한 시약을 포함하는 다회용 소모품일 수 있다. 시약 팩(400)은 20개 내지 100개의 지정된 유형의 개별 분석의 수행을 지원하기 위해 충분한 시약을 저장할 수도 있다. 일 실시예에서, 시약 팩(400)은 50개(또는 그 이상 또는 이하)의 지정된 유형의 개별 분석의 수행을 지원하기 위해 충분한 시약을 저장한다. 시스템은 각각의 시약 팩을 단일 분석 유형에 전용하고, 분석을 위해 요구된 모든 시약을 지원하기 위해, 분석물 카트리지(200)와 조합하여 단지 단일의 시약 팩(400)만을 필요로 한다. 몇몇 실시예에서, 시약 팩(400)은 다중 분석물 유형에 사용된 시약을 저장한다. 시약 팩(400) 내에 저장된 시약은 주위 온도에서 안정할 수도 있다. 대안적으로, 시약 팩(400) 내에 저장된 시약은 안정성을 위해 냉장 저장될 수도 있다.
시스템 디자인은 분석물 특이성 및 저장 조건 요구에 기초하여 시약 팩(400)과 분석물 카트리지(200) 사이에 시약 저장 장치를 할당할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 분석물 카트리지(200) 내에 저장된 시약은 표본 유형에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, DNA 분석물 카트리지는 시스템이 클라미디아트라코마티스(Chlamydia trachomatis: "CT") 및 임균(Neisseria gonorrheae: "NG") 분석 또는 거대세포바이러스(cytomegalovirus: "CMV") 분석을 수행하기 위해 분석물 카트리지를 사용하는지 여부에 무관하게 DNA 추출 및 정화에 관련된 시약을 저장할 수 있다. 일 실시예에서, 시약 팩(400)은 특정 분석물을 위해 특정한 시약을 저장한다. 다른 실시예에서, 시약 팩(400)은 냉장된 저장을 필요로 하는 시약을 저장한다. 또 다른 실시예에서, 시약 팩(400)은 냉장된 저장을 필요로 하는 특정 분석물 및 시약을 위해 특정한 양 시약을 저장한다. 예는 이들에 한정되는 것은 아니지만, (1) CMV 분석을 위해 특정한 증폭 프라이머를 저장하는 CMV 시약 팩, (2) 다수의 분석물 유형에 사용되고 냉장된 저장을 필요로 하는 아크로모펩티다제 또는 프로테이나제 K 효소를 저장하는 시약 팩 및 (3) (a) CT 및 NG 분석을 위한 증폭 프라이머 및 (b) 다중 분석 유형에 사용된 아크로모펩티다제 또는 프로테이나제 K 효소의 모두를 저장하는 시약 팩을 포함한다. 다른 유형의 시약이 본 발명의 다른 실시예에서 사용될 수도 있다. 물질은 시약 저장 유닛(124) 내에 저장되는 동안 소정의 시약 팩(400)의 시약 리셉터클(408, 414) 사이로 이송될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 물질은 시약 팩이 시약 저장 유닛(124) 내에 저장되는 동안 상이한 시약 팩(400)의 시약 리셉터클(408, 414) 사이로 이송될 수도 있다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 시약 팩(400)은 하나 이상의 대형 시약 리셉터클(408) 및 하나 이상의 비교적 소형 시약 리셉터클(414)을 포함하는 다수의 시약 리셉터클을 포함하도록 형성된 일반적으로 직사각형 가늘고 긴 본체, 뿐만 아니라 취급 및 자동화를 용이하게 하기 위한 특징부를 포함할 수 있다. 대형 및 소형 리셉터클(408, 414)은 이 실시예에서 선형 어레이로 정렬된다.
몇몇 실시예에서, 시약 팩(400)은 사출 성형에 의해 제조될 수도 있다. 대안적으로, 시약 팩(400)은 개별 시약 리셉터클(408, 414)을 조립함으로써 제조될 수도 있다. 이러한 실시예에서, 개별 시약 리셉터클(408, 414)은 접착제를 사용하여, 용접에 의해 또는 프레임워크에 고정함으로써 연결될 수도 있다.
시약 팩은 가늘고 긴 본체의 대향 종단에 근위 단부(450) 및 원위 단부(404)를 가질 수 있다. 시약 리셉터클의 배향은 시약 팩의 상부 및 저부를 형성하고, 시약 리셉터클은 상부에서 개방되고 저부 및 측면에서 폐쇄된다. 시약 팩(400)은 광으로부터 감광성 시약을 보호하도록 불투명할 수도 있다. 일 실시예에서, 시약 팩(400)은 전도성일 수 있거나 정전 방지 특성을 가질 수도 있는 탄소 충전 플라스틱으로부터 제조된다.
몇몇 실시예에서, 시약 리셉터클(408, 414)은 시약 팩 장축을 따라 단일열로 정렬된다(또는 선형 어레이일 수 있음). 이는 유리하게는 콤팩트한 저장을 제공하고, 부가적으로 저장 중에 각각의 시약 리셉터클의 2개의 측면을 플랭킹하기 위해 열전달 표면을 허용한다. 이 양면 근접도는 원하는 저장 온도에서 시약을 유지하는 것을 도와, 시약 안정성을 향상시키고 시약 품질을 보장하는 것을 돕는다. 시약 리셉터클(408, 414)은 시약 팩(400)의 주축에 평행하게 배향된 일반적으로 직사각형 단면의 개방 상부 컨테이너일 수 있다. 이 배열은 사용자가 시약 팩을 시약 저장 유닛(124) 내로 슬라이드할 때 고정된 열전달 표면과 양호한 열 접촉을 생성한다.
시약 리셉터클(408, 414)은 신속한 열교환을 허용하기 위해 비교적 얇은벽에 의해 형성될 수도 있다. 수직벽(447)은 인접한 시약 리셉터클(408, 414)을 분리할 수도 있다. 일 실시예에서, 개별 시약 리셉터클(408, 414)은 다른 시약 리셉터클(408, 414)과 벽을 공유하지 않는다. 분리벽은 인접한 시약 리셉터클(408, 414) 사이의 유체 크리프를 유리하게 방지하여 시약 오염의 가능성을 감소시킨다. 시약 리셉터클 벽은 공통 높이에서 종료하고 편평한 작동면 상에 시약 팩을 지지하는 직립 특징부(444)를 형성하기 위해 저부 아래로 연장될 수도 있다.
시약 리셉터클(408, 414)은 용이한 성형을 위해 저부를 향해 테이퍼링될 수도 있다. 도 9b에 도시된 바와 같이, 각각의 시약 리셉터클(408, 414)의 저부는 또한 피펫팅 중에 사체적을 최소화하기 위해 중앙에서 하향으로 각형성할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 각각의 리셉터클의 저부 부분(446)은 역피라미드형 구성을 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 시약 팩(400)은 다수의 분석의 인스턴스를 위한 시약의 충분한 체적을 수용할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 각각의 시약 팩(400)은 약 20 내지 약 100개의 분석의 인스턴스, 몇몇 경우에 약 50개의 인스턴스를 위한 시약을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 시약 팩(400)은 시약이 이후에 병과 같은 벌크 컨테이너로부터 이송되는 비어 있는 또는 부분적으로 충전된 시약 리셉터클(408, 414)을 공급받을 수도 있다. 개별 시약 리셉터클은 분석물 유형의 요구를 수용하기 위해 치수가 상이할 수도 있다. 시약 리셉터클의 크기를 결정할 수 있는 팩터는 시약 팩 유형을 위해 요구된 사용의 횟수, 시약 구성 요소가 갖는 농도 의존성 안정성 문제점 및 최종 반응 혼합물의 체적을 최소화하기 위한 요구를 포함한다. 전술된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 각각의 시약 팩은 대형 시약 리셉터클(408) 및 복수의 소형 시약 리셉터클(414)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 시약 팩(400)은 6개 이상의 소형 시약 리셉터클(414)을 갖는다. 각각의 시약 리셉터클(408, 414)은 분석에 사용을 위한 시약의 체적을 제거하는데 사용된 마이크로팁(542)을 수용하기에 충분히 클 수 있다. 바람직한 실시예에서, 대형 시약 리셉터클(408)은 약 3.0 mL의 유체를 저장하기 위한 용량을 갖고, 소형 시약 리셉터클(414)은 약 1.2 mL의 유체를 저장하기 위한 용량을 갖는다. 각각의 시약 리셉터클(408, 414)은 시약(448)으로 충전될 때 시약(448)의 액체면과 시약 리셉터클(408, 414)을 덮고 있는 배리어 덮개(418) 사이에 적어도 7 mm 헤드스페이스(452)를 유지하기 위한 부가의 용량을 포함한다. 헤드스페이스(452)(공기로 충전될 수도 있음)는 시약 저장 유닛(124) 내에 유지될 때 시약 팩(400)의 상부에 인가된 열로부터 저장된 시약을 절연하는 기능을 할 수도 있다.
도 9a 및 도 9c에 도시된 바와 같이, 시약 팩(400)은 봉입 섹션(412)[리셉터클(408, 414)을 포함함], 파지 핸들(406), 배리어 덮개(418), 저장 장치 커버(416), 전자 메모리(426), 라벨, 시약 저장 유닛(124)에 결합하기 위한 특징부 및 선택된 시약을 포함하는 취급 및 자동화를 용이하게 하기 위한 특징부를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 시약 팩(400)의 본체는 사출 성형을 포함하는 제조 프로세스에 의해 제조될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 시약 팩(400)은 봉입 섹션(412)을 포함할 수도 있다. 봉입 섹션(412)은 시약 팩(400)의 측면의 부분을 형성하는 봉입벽(422)에 의해 적어도 부분적으로 형성될 수도 있다. 봉입벽(422)은 또한 원위 단부(404) 및 근위 단부(450)에 인접하거나 일치할 수도 있고, 시약 리셉터클(408, 414)의 상부 개구를 둘러쌀 수도 있다. 또한, 봉입 바닥부(410)는 또한 각각의 시약 리셉터클의 개구에 봉입벽(422)을 연결할 수도 있다. 일 실시예에서, 봉입 바닥부(410)는 시약 리셉터클(408, 414)의 개구 및 봉입벽(422)의 모두와 연속적인 수평 웨브이다. 봉입 섹션(412)은 프로세싱 또는 취급 중에 발생할 수도 있는 액체의 적하 또는 엎지름의 봉입을 통한 오염을 방지하는 기능을 할 수 있다. 중앙에 배치된 수직 웨브는 강성을 추가하기 위해 봉입 바닥부 아래에 시약 리셉터클 벽을 연결할 수도 있다. 각각의 시약 리셉터클(408, 414)을 형성하는 벽은 시약 리셉터클(408, 414) 내로 봉입 영역 내의 적하된 또는 엎질러진 유체의 침입을 방지하기 위해 봉입 바닥부(410) 위에 림으로서 수직으로 연장할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 이들 림은 또한 하나 이상의 시약 리셉터클(408, 414)로의 배리어 덮개(418)와 같은 마개의 부착 중에 사용된 에너지 유도기(428)(도 9b 및 도 9e 참조)일 수도 있다. 이들 림은 또한 시약 팩(400) 제조 중에 밀봉된 시약 리셉터클(408, 414)의 누설 시험을 지원할 수도 있다.
배리어 덮개(418)는 환경 팩터로부터 시약을 보호하고 시약 교차 오염을 방지하기 위해 시약 리셉터클을 개별적으로 밀봉할 수도 있다. 배리어 덮개(418)는 모든 시약 리셉터클 개구(408, 414)에 걸치는 단일 부분일 수 있다. 대안적으로, 배리어 덮개(418)는 개별 시약 리셉터클(408, 414) 개구를 커버하는 일련의 개별 밀봉 부재일 수도 있다. 다른 실시예에서, 배리어 덮개(418)는 다수의 시약 리셉터클(408, 414) 개구에 걸치는 단일 부분과 개별 시약 리셉터클(408, 414) 개구를 커버하는 개별 밀봉 부재 또는 단일 시약 리셉터클(408, 414)을 커버하는 개별 밀봉 부재의 조합일 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 배리어 덮개(418)는 폴리머 포일과 성형 폴리머 지지체의 다층 복합재료일 수도 있다. 폴리머 지지체는 배리어 덮개(418)에 강성을 제공할 수도 있고, 시약 리셉터클(408, 414)과 배리어 덮개(418)를 정렬하기 위한 특징부를 제공할 수도 있고, 도 9d에 도시된 바와 같이 배리어 덮개 내의 각각의 시약 리셉터클 위치 주위의 융기된 립[418(b)]과 같은 격리 특징부를 더 제공할 수도 있다. 이러한 융기된 립[418(b)]은 사용자의 손가락이 시약 리셉터클(408, 414) 바로 위의 배리어 덮개(418)의 부분으로부터 접촉하여 오염시키는 것을 방지하는 것을 도울 수 있다. 몇몇 실시예에서, 배리어 덮개(418)는 배리어 덮개(418)가 천공 후에 적어도 부분적으로 재밀봉하는 것을 허용하는 적어도 하나의 유연한 엘라스토머 구성 요소를 포함한다. 유연한 엘라스토머 구성 요소는 게이트 및 러너(도 9d 참조)에 의해 연결된 예비 성형 캡[418(a)]의 스트립의 형태일 수도 있다.
도 9d는 제조 중에 잘못된 배향 내의 시약 팩 상에 덮개가 배치되는 것을 방지하기 위해 배리어 덮개(418)가 일 단부로부터 비대칭적으로 돌출하는 배향 탭[418(c)]을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제조 프로세스는 엘라스토머 구성 요소로의 성형 폴리머 지지체의 오버몰딩이다. 폴리머 지지체를 위한 적합한 재료는 네덜란드 로테르담 소재의 리온델바셀 인더스트리즈(LyondellBasell Industries)에 의해 제조되는 천연 PURELL X50109와 같은 폴리프로필렌을 포함한다. 폴리머 지지체를 위한 다른 적합한 재료는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 폴리에틸렌, 나일론, 폴리스티렌 및 적합한 강성을 갖는 다른 폴리머를 포함한다. 엘라스토머 구성 요소를 위한 적합한 재료는 미국 일리노이즈주 맥헨리 소재의 지엘에스 코포레이션(GLS Corporation)에 의해 제조되는 DYNAFLEX
Figure pat00008
G7930, GLS 그레이드 G7930-1001-00과 같은 열가소성 엘라스토머일 수도 있다. 배리어 덮개(418)의 엘라스토머 구성 요소를 위한 다른 적합한 재료는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 실리콘 엘라스토머, 라텍스 및 천연 고무를 포함한다.
작동시에, 피펫팁(도시 생략)은 시약 리셉터클(408, 414)의 내용물에 액세스하기 위해 배리어 덮개(418){예를 들어, 배리어 덮개(418)의 예시 성형된 캡[418(a)]}를 천공한다. 제조 프로세스는 천공 중에 인열이 예측 가능한 위치에서 발생하도록 배리어 덮개(418)를 미리 스코어링할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 제조 프로세스 레이저는 배리어 덮개(418)를 각각의 시약 우물(408, 414)의 림에 용접한다. 대안적으로, 제조 프로세스는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 열 밀봉, 초음파 용접, 유도 용접 또는 접착제 접합을 포함하는 시약 리셉터클(408, 414)에 배리어 덮개(418)를 고정하기 위해 다른 적합한 프로세스 부착 방법을 사용할 수도 있다.
시약 팩은 도 9c에 도시된 바와 같이 선적, 오프-시스템 저장 또는 취급 중에 시약 팩 내용물을 보호하도록 설계된 저장 장치 커버(416)를 포함할 수도 있다. 저장 장치 커버(416)는 봉입벽(422)의 상부면에 느슨하게 부착된 1회용 "인열 제거" 커버일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 저장 장치 커버는 봉입벽(422)에 마찰에 의해 또는 간섭 "스냅 끼워맞춤"에 의해 적소에 유지된 교체 가능한 커버이다. 이는 유리하게는 시약 팩(400)이 시스템으로부터 제거되면 사용자가 저장 장치 커버를 교체할 수 있게 한다. 저장 장치 커버(416)는 식별 또는 설명 라벨을 포함할 수도 있다.
도 9a는 파지 핸들(406)이 시스템으로부터의 삽입 및 제거를 간단화하기 위해 시약 팩(400)의 근위 단부(450)로부터 연장할 수도 있는 것을 부가적으로 도시한다. 일 단부에서 파지 핸들(406)의 배치는 유리하게는 사용자가 비교적 작은 개구를 통해 시약 저장 유닛(124) 내로 시약 팩(400)을 슬라이드할 수 있게 하여, 삽입 중에 시약 저장 유닛(124) 내의 온도 변동을 감소시킨다. 또한, 단부 배치는 핵산 오염의 가능한 소스인 사용자의 손이 시약으로부터 이격되어 유지되는 것을 돕는다. 파지 핸들은 손가락 유지부로서 기능하기 위해 하부면을 따라 리세스를 갖는 시약 팩 축을 따른 연장부를 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 이 연장부는 중공형이고, 이는 시약 팩(400)의 중량을 유리하게 감소시킨다. 시약 팩(400)의 낮은 중량과 결합된 파지 핸들(406)의 디자인은 사용자가 시약 팩(400)을 견고하게 파지하는 것을 허용한다. 파지 핸들(406)은 시약 팩(400)이 시약 저장 유닛(124) 내에 설치될 때 가시화되어 유지되는 라벨면을 포함할 수도 있다. 이 라벨 위치는 사용자가 시스템 작동을 교란하지 않고 간단한 검사에 의해 개별 시약 팩을 식별하는 것을 허용한다.
몇몇 실시예에서, 도 9c에 도시된 격리부(420)는 시약 팩(400) 내의 시약 용기(408, 414)로부터 파지 핸들을 더 분리한다. 격리부(420)는 상부벽 및 평행한 측벽을 갖는 연장된 중공 세그먼트일 수도 있고, 측벽은 시약 팩의 축에 평행하게 배열된다. 격리부(420)는 사용자 취급으로부터 시약 오염의 확률을 감소시키기 위해 시약 리셉터클(408, 414)로부터 파지 핸들(406)을 분리하는 기능을 할 수 있다. 격리부는 0.5 인치 내지 1.5 인치의 길이일 수도 있다. 일 실시예에서, 격리부는 약 1 인치의 길이이다. 격리부(420)는 또한 편평한 표면 상에 배치될 때 시약 팩(400)을 안정화하는 기능을 할 수도 있다. 2차 목적은 시약 팩 라벨을 지지하기 위한 표면을 제공할 수도 있다.
시약 팩(400)은 도 9c에 도시된 바와 같이, 시약 팩(400)에 관련된 정보를 저장하고 시스템으로 그리고 시스템으로부터 시약 팩(400)에 대한 정보를 전달하기 위한 전자 메모리(426)를 또한 포함할 수도 있다. 전자 메모리(426)는 전기 접촉에 의해 또는 무선으로 통신할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 전자 메모리(426)는 미국 캘리포니아주 서니베일 소재의 맥심 인티그레이티드 프로덕츠 인크(Maxim Integrated Products, Inc.)에 의해 제조된 1-wire
Figure pat00009
프로토콜을 이용하는 접촉 메모리 디바이스이다. 다른 실시예에서, 전자 메모리(426)는 RFID 디바이스, 아이버튼(미국 캘리포니아주 서니베일 소재의 맥심 인티그레이티드 프로덕츠 인크의 등록 상표명) 디바이스 또는 적합한 치수의 다른 전자 메모리 디바이스일 수도 있다. 전자 메모리는 시약 팩 상의 임의의 위치에 장착될 수도 있다. 일 실시예에서, 전자 메모리(426)는 시약 팩(400)의 원위 단부(404) 부근에서 도 9e에 도시된 위치설정 특징부(432)에 부착된다. 시약 저장 유닛(124) 내로 로딩시에, 리세스는 전력 및 정보를 제공하는 시약 팩 판독기(146)(도 8c)에 근접하여 배치될 수도 있다. 메모리 디바이스(426)는 시약 팩(400) 제조 중에 입력된 정보 및 사용 중에 전달된 정보를 포함할 수도 있다. 제조 중에 입력된 메모리 디바이스(426) 내에 저장된 정보는 분석물 유형, 시약 카트리지 시리얼 번호, 로트 번호 및 시약 만료일 및 일단 시스템에 의해 액세스되어 있으면 시약 팩의 내용물의 안정성에 관련된 정보를 포함할 수도 있다. 제조 중에 입력된 정보는 또한 1차원 바코드, 2차원 바코드로 또는 유사한 라벨링을 통해 인코딩될 수도 있다. 사용 중에 전달된 정보는 시약 팩이 시스템 상에 최초 로딩되었던 날짜, 시약 팩이 시스템 상에 저장되어 있던 시간량, 시약 팩으로부터 실행된 시험의 수 및 시약 팩 내에 잔류하는 시험의 수 및 시약 팩이 로딩되어 있는 개별 시스템의 이력을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 시스템은 시약 팩(400)의 각각의 액세스 후에 전자 메모리(426)에 새로운 정보를 기록하고 사용자가 시약 팩을 로딩할 때마다 정보를 판독한다.
도 9e는 삽입 중에 시약 팩을 안내하기 위한 테이퍼링된 인입(lead-in) 특징부(438), 시약 저장 유닛(124) 내에 시약 팩을 지지하기 위한 팩 숄더(440), 시약 저장 유닛(124) 내로 시약 팩(400)을 잠금하기 위한 래치 포켓(430), 일단 시스템이 시약 저장 유닛(124)으로부터 시약 팩(400)을 해제하면 시약 팩을 배출하는 것을 돕기 위한 스프링 결합기(434) 및 시약 슬롯 내의 시약 팩(400)의 존재를 지시하기 위한 센서 플래그(466)를 포함하는 시약 저장 유닛(124)에 결합하기 위한 특징부를 포함할 수도 있다.
인입 특징부(438)는 시약 팩(404)의 원위 단부에 가장 근접한 시약 리셉터클의 측벽으로부터 연장할 수도 있다. 일 실시예에서, 인입 특징부(438)는 시약 팩의 중간선을 향해 각도를 이루어, 사용자가 시약 저장 유닛(124) 시약 저장 유닛(124) 내로 삽입 중에 시약 팩을 중심 설정하는 것을 지원하는 테이퍼를 형성하는 측벽의 연장부이다.
시약 팩의 봉입 바닥부(410)는 팩 숄더(440)로서 측면 봉입벽(422)을 넘어 연장될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 팩 숄더(440)는 제어된 표면이다. 팩 숄더(440)는 봉입벽(422)의 일 측면으로부터 대략 1 내지 2 mm 측방향으로 연장될 수도 있고, 시약 저장 유닛(124) 시약 저장 유닛(124) 내에 수직으로 시약 팩(400)을 위치시키는 기능을 할 수 있다. 팩 숄더(440)의 하부면은 시약 저장 유닛(124)(도 8b 참조) 내의 RSU 냉간 플레이트(138) 상에 시약 팩(440)을 지지할 수도 있다. 이는 유리하게는 제어된 표면에 기초하여 RSU 냉간 플레이트(138)에 대해 시약 팩(400)을 위치설정함으로써 공차 적층의 효과를 감소시킨다. 팩 숄더(440)의 상부면은 배리어 덮개(418)의 유연한 부분이 상승하는 마이크로팁(542)을 파지할 수도 있을 때 피펫팅 작동 중에 시약 팩(400)을 고정한다. 팩 숄더(440)의 단부는 또한 테이퍼링된 인입 특징부를 포함할 수도 있다.
상세히 전술된 바와 같이, 시스템은 스프링 장전된 래치 조립체(144)(도 8c 참조)를 사용하여 시약 저장 유닛(124) 내에 시약 팩(400)을 고정할 수도 있다. 시약 팩(400)은 RSU 래치 조립체(144)의 래치 결합부에 상보적인 래치 포켓(430)과 같은 정합 특징부를 포함할 수 있다. 도 9e에 도시된 바와 같이, 래치 포켓(430)은 시약 팩(400)의 원위 단부(404) 부근의 개방 직사각형 캐비티일 수 있다. 일 실시예에서, 봉입벽(422)의 부분은 래치 포켓을 둘러싸고, 봉입벽의 연장된 측면부에 연결된 봉입벽의 전방부는 시약 팩의 축에 수직인 직사각형 개구를 형성할 수 있어, RSU 래치 조립체(144)의 래치 결합부에 상보적인 래치 포켓(430)을 형성한다. 래치 포켓(430)은 사용에 앞서 저장 장치 커버(416)에 의해 커버될 수도 있어, 저장 장치 커버(416)를 먼저 제거하지 않고 사용자가 시스템 상에 시약 팩(400)을 성공적으로 로딩하는 것을 방지한다.
상세히 전술된 바와 같이, 시스템은 해제된 시약 팩을 배출할 수도 있다. 도 9e는 배출 스프링과 상호 작용하는 스프링 결합기(434)로서 작용할 수 있는 시약 팩(404)의 원위 단부에서의 수직벽(424)의 연장부를 도시한다. 일 실시예에서, 스프링 결합기(434)는 중간선 부근의 시약 팩의 하부면에 근접하여 위치된다. 이 수직벽의 연장부의 상부 부분은 또한 시약 저장 유닛(124) 내의 시약 팩의 존재를 지시하기 위해 시약 저장 유닛(124) 내의 시약 팩 센서와 상호 작용하는 센서 플래그(46)를 또한 구비할 수도 있다.
본 발명의 다수의 다른 대안 실시예가 또한 존재할 수 있다. 예를 들어, 모든 분석물 또는 샘플 프로세스에 사용된 공통 시약은 벌크병 내의 시약 팩의 외부에 유지될 수 있고, 또는 시약 팩은 1회용일 수 있다.
J. 프로세싱 래인
도 10a는 결합된 분석물 카트리지를 갖는 프로세싱 래인의 사시도를 도시한다.
도 10b는 결합된 분석물 카트리지를 갖는 프로세싱 래인의 측면도를 도시한다.
도 10c는 결합된 분석물 카트리지를 갖는 열 제어부를 갖는 프로세싱 래인의 사시도를 도시한다.
도 10d 및 도 10e는 프로세싱 래인 가열기의 실시예의 상이한 사시도를 도시한다.
도 11은 본 발명의 대안 실시예에 따른 프로세싱 래인 가열기의 프로세싱 래인의 측단면도를 도시한다.
전술된 분석물 카트리지(200)는 환자 샘플을 프로세싱하기 위해 필요한 특정 단계를 수행하기 위한 메커니즘을 구비하는 하나 이상의 프로세싱 영역 내의 시스템에 의해 프로세싱된다. 이러한 메커니즘은 약 1 mL의 체적에 적합한 유체 이송 디바이스, 또는 100 μL 내지 200 μL 또는 심지어 10 μL 이하로 감소된 체적에 적합한 유체 이송 디바이스, 온도 제어 디바이스, 자기 디바이스 및 다른 필수 기능을 수행하기 위한 디바이스를 포함할 수도 있다. 프로세싱 영역은 하나 이상의 이들 디바이스를 포함할 수도 있다. 이들 프로세싱 영역은 선형 방식으로 분석물 카트리지(200)를 프로세싱하는 하나 이상의 래인을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 분석물 카트리지(200)를 프로세싱하는 래인은 반경방향 또는 원형 방식으로 배열될 수도 있다. 다른 실시예에서, 프로세싱 영역은 분석물 카트리지가 고정되고 받침대 시스템 또는 관절 연결 아암 상의 프로세싱 메커니즘 또는 제어된 방식으로 프로세싱 메커니즘에 의해 분석물 카트리지로의 액세스를 허용하는 다른 구성에 의해 액세스되는 영역인 회전식 원형 컨베이어를 포함할 수도 있다.
도 1b를 재차 참조하면, 도 1b는 분석물 카트리지(200)를 프로세싱하기 위한 다수의 프로세싱 래인(116)을 포함하는 시스템의 실시예를 도시한다. 시스템은 분석물 카트리지(200) 내의 샘플을 프로세싱하도록 구성된 제1, 제2, 제3 등 프로세싱 래인을 포함할 수도 있다. 시스템은 프로세싱 래인(116) 사이에 분석물 카트리지(200)를 이동하는 이송 셔틀(50)을 또한 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제어기(94)는 프로세싱 래인(116) 및 이송 셔틀(50)의 작동을 지시한다. 일 실시예에서, 제어기는 이송 셔틀(50)을 사용하여 지정된 순서로 일련의 지정된 프로세싱 래인(116)을 통해 분석물 카트리지(200)를 유도하기 위한 하나 이상의 프로토콜을 저장하고 실행할 수 있다. 예를 들어, 제어기(94)는 제1 프로토콜 및 제2 프로토콜을 실행하도록 구성될 수도 있다. 일 실시예에서, 제어기(94)는 제1 프로토콜을 실행할 때에 제1 프로세싱 래인(예를 들어, 카트리지 로딩 래인)으로부터 제2 프로세싱 래인(예를 들어, 가열 래인)으로 분석물 카트리지(200)를 이동시키도록 이송 셔틀(50)에 지시한다. 제2 프로토콜을 실행할 때에, 제어기는 분석물 카트리지를 제2 프로세싱 래인(예를 들어, 가열 래인)으로 이동시키지 않고 제1 프로세싱 래인(예를 들어, 카트리지 로딩 래인)으로부터 제3 프로세싱 래인(예를 들어, 세척 래인)으로 분석물 카트리지(200)를 이동시키도록 이송 셔틀(50)에 지시할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서, 카트리지는 임의의 적합한 방식으로 인접한 또는 비인접한 렌즈들 사이로 이송될 수 있다. 제1, 제2 및 제3 프로세싱 래인의 비한정적인 예는 분석물 카트리지를 가온하도록 구성된 가열 래인, 증폭 준비 래인, 분석물 카트리지의 온도를 유지하도록 구성된 온도 안정화 가열 래인, 용출 래인 및 세척 래인으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 분석물 카트리지(200) 내의 샘플에 작업을 수행하도록 구성된 제1 프로세싱 래인, 제1 프로세싱 래인 내외로 분석물 카트리지를 이동시키기 위한 이송 셔틀(50) 및 시스템의 작동을 지시하기 위한 제어기(771)를 포함한다. 제어기(94)는 제1 프로세싱 래인 및 이송 셔틀(50)의 작동을 제어하도록 구성될 수도 있다. 이러한 제어기는 제1 프로토콜 및 제2 프로토콜을 실행하도록 구성될 수도 있다. 제어기는 제1 프로토콜을 실행할 때에 제1 분석물 카트리지(200)를 제1 프로세싱 래인 내로 이동시키도록 이송 셔틀에 지시한다. 고정된 간격 후에, 제어기는 제1 프로세싱 래인 외부로 제1 분석물 카트리지(200)를 이동하도록 이송 셔틀(50)에 지시한다. 고정된 간격 내에, 제어기는 제1 작동 시퀀스를 실행하도록 제1 프로세싱 래인에 지시한다. 제어기는 제2 프로토콜을 실행할 때에, 제2 분석물 카트리지(200)를 제1 프로세싱 래인 내로 이동하도록 이송 셔틀(50)에 지시한다. 고정된 간격 후에, 제어기(94)는 제1 프로세싱 래인 외부로 제2 분석물 카트리지를 이동시키도록 이송 셔틀(50)에 지시하고, 제2 작동 시퀀스를 실행하도록 제1 프로세싱 래인에 지시한다. 제1 프로토콜의 이 작동 시퀀스는 제2 프로토콜의 작동 시퀀스와는 상이할 수도 있다.
개별 프로세싱 래인(116) 사이의 분석물 카트리지(200)의 경로 안내 및 소정의 프로세싱 래인 내에서 수행된 작동에서의 탄력성은 고도의 작동 적응성을 시스템에 제공한다.
시스템은 생물학적 또는 환자 샘플로부터 핵산 추출 및 정화를 위해 요구된 작동 단계를 수행하는 프로세싱 래인(116)을 포함할 수 있다. 각각의 프로세싱 래인(116)은 분석물 카트리지(200)를 수용할 수 있다. 시스템이 선형으로 배열된 분석물 카트리지(200)를 사용할 때, 각각의 프로세싱 래인은 분석물 카트리지의 장축에 대해 선형으로 연장할 수도 있다. 이러한 프로세싱 래인(116)은 분석물 카트리지(200)의 치수에 경면 대칭할 수도 있어, 분석물 카트리지를 배향할 필요성을 감소시키고 시스템이 공간 효율적인 평행 방식으로 다수의 프로세싱 래인을 패키징하는 것을 허용한다. 몇몇 실시예에서, 시스템은 적어도 몇몇 프로토콜에서 이들의 사용 순서에 근사하는 순서로 물리적으로 배열된 프로세싱 래인을 포함한다. 이는 유리하게는 시스템이 프로세싱 래인들 사이에서 분석물 카트리지를 이송하는 필요가 있는 거리 및 시간을 최소화한다. 대안적으로, 시스템은 함께 그룹화된 유사한 기능을 갖는 프로세싱 래인을 포함할 수도 있다. 이는 유리하게는 예를 들어 세척과 같은 반복적인 기능을 수행하는데 소비된 시간을 최소화한다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 시스템은 상이한 프로세싱 단계에 적절한 기능을 지원하는 상이한 유형의 프로세싱 래인을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 시스템은 몇몇 래인 유형의 다수의 복제본을 포함하여, 다수의 분석물 카트리지(200)의 병렬 프로세싱을 허용한다. 프로세싱 래인 유형의 예는 카트리지 로딩 래인[116(f)], 이송 래인(50), 가열된 온도 안정화 래인[116(j)], 세척 래인[116(a), 116(b)], 용출 래인[116(e)], 증폭 준비 래인[116(g)] 및 폐기물 래인[116(c)]을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 시스템은 이하의 순서로 13개의 프로세싱 래인을 포함한다.
래인 위치 래인 유형
1 증폭 준비 래인
2 카트리지 로딩 래인
3 용출 래인
4 폐기물 래인
5 가열된 온도 안정화 래인
6 주위 온도 안정화 래인
7 주위 온도 안정화 래인
8 세척 래인
9 세척 래인
10 세척 래인
11 세척 래인
12 세척 래인
13 세척 래인
제1 래인 위치는 기구의 중심 부근에 있을 수 있고, 연속적인 래인은 전방으로부터 볼 때 시스템의 우측을 향해 넘버링되어 있다. 연속적인 래인 위치는 이전의 래인 위치에 인접하여 배치될 수도 있다. 대안적으로, 시스템은 각각의 프로세싱 단계를 수행하는데 요구된 모든 프로세싱 도구를 개별적으로 구비하는 하나 이상의 프로세싱 래인을 구비할 수도 있다.
상이한 단계를 수행하도록 구성된 상이한 유형의 프로세싱 래인을 갖는 시스템의 다른 실시예가 도 20h에 도시된다. 이 실시예에서, 시스템은 카트리지 및 그 내용물의 온도를 일관적인 샘플 프로세싱을 위해 요구된 온도로 신속하게 유도하는 기능을 하는 카트리지 가온 래인을 포함한다. 이러한 실시예에서, 시스템은 이하의 순서로 10개의 프로세싱 래인을 가질 수도 있고, 그 일부는 복제본이다.
래인 위치 래인 유형
1 증폭 준비 래인
2 카트리지 로딩 래인
3 용출 래인
4 카트리지 가온 래인
5 세척 래인(소형 자석)
6 폐기물 래인
7 세척 래인(대형 자석)
8 세척 래인(대형 자석)
9 세척 래인(대형 자석)
10 피펫 펌프를 갖는 온도 안정화 래인
본 발명의 실시예는 임의의 적합한 조합으로 전술된 래인의 하나 이상을 사용할 수도 있다.
도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 프로세싱 래인은 프로세싱 래인 구성 요소를 보유하기 위한 래인 지지체(834), 분석물 카트리지(200)를 지지하고 안내하기 위한 카트리지 래인(800), 프로세싱 래인 내의 래인 운동 경로를 따라 분석물 카트리지(200)를 이동시키기 위한 카트리지 캐리지(816) 및 반송 셔틀(898)(도 14e에 도시됨)과 상호 작용하기 위한 이송 위치를 포함할 수도 있다.
래인 지지체(834)(도 20j 참조)는 부착점을 제공하고 서로 관계로 프로세싱 래인 구성 요소를 유지한다. 몇몇 실시예에서, 래인 지지체는 프로세싱 래인(116) 내의 분석물 카트리지(200)의 축에 일반적으로 평행하게 배치된 수직벽을 형성한다. 래인 지지체(834)의 구성은 상이한 프로세싱 래인(116)에서 상이할 수도 있어, 다른 프로세싱 래인 구성 요소의 형상에 합치한다. 래인 지지체(834)는 이들 구성 요소의 적어도 일부를 위한 장착 위치를 포함할 수도 있다.
카트리지 가이드(800)는 프로세싱 래인에 있는 동안 분석물 카트리지(200)를 지지한다. 그 목적은 이동 중에 분석물 카트리지(200)를 보유하는 것일 수 있다. 카트리지 가이드는 또한 프로세싱 도구와 상호 작용을 위해 분석물 카트리지(200)를 일관적으로 위치설정하는 기능을 할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 카트리지 가이드(800)는 분석물 카트리지(200)의 부분인 제어된 표면을 지지한다. 일 실시예에서, 분석물 카트리지(200)의 제어된 표면은 전술된 바와 같이 수평 웨브(228)의 저부면이다. 카트리지 가이드(800)는 분석물 카트리지(200)의 적어도 일부의 단면에 대략적으로 상보적인 단면을 갖는 가이드 채널과 같은 가이드 채널(862)(도 10c 참조) 내에 연장면을 제공함으로써 분석물 카트리지(200)를 지지할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 가이드 채널(862)의 단면은 마찰을 감소시키고, 재밍을 방지하거나 양자 모두를 위해 분석물 카트리지(200)의 공칭 크기보다 약간 크다. 몇몇 실시예에서, 카트리지 가이드(800)의 가이드 채널(862)은 U의 개방부가 하향으로 지향하는 상태로 래인 지지체에 고정된 역 "U"의 대략적인 형상이다. 이러한 역 U-형상은 폐쇄된 상부벽, 상부벽으로부터 대략 직각으로 현수하는 폐쇄된 측벽 및 측벽에 대략 직각으로 연결된 개방 저부벽을 포함한다. 개방 저부벽은 간극에 의해 분리된 2개의 수평벽 세그먼트를 포함할 수도 있고, 각각의 세그먼트는 측벽 중 하나에 연결된다. 이 간극은 채널 개구를 형성한다. 다양한 분석물 카트리지 격실 및 그 수직 웨브는 채널 개구를 통해 돌출할 수도 있다.
도 14f는 가이드 채널(862) 내의 것들과 유사할 수도 있는 셔틀 채널(892) 및 그 내부의 특징부의 내부를 도시한다. 저부벽의 상부 외형은 연장면을 형성한다. 분석물 카트리지는 일 측면에서 분석물 카트리지 수평 웨브(228)를, 다른 측면에서 카트리지 플랜지(906)의 저부면을 지지할 수도 있는 연장면 상에 얹혀있다. 연장면은 2개의 상이한 높이에 있을 수도 있는 분석물 카트리지 특징부를 지지하기 때문에, 2개의 수평벽 세그먼트는 또한 상이한 높이에 있을 수도 있다.
도 14f에 도시된 바와 같이, 인덱싱벽(893)은 유체 이송에 의해 오염을 최소화하기 위해 분석물 카트리지(200)의 상부림 아래에 배치될 수 있다. 카트리지 가이드(800)는 오염을 최소화하는 것이 가능한 위치마다 분석물 카트리지를 커버할 수 있다. 카트리지 가이드(800)는 피펫팅 작동 중에 분석물 카트리지의 상향 회전을 방지하기 위해 2차 회전 방지 특징부(891)를 가질 수 있다.
몇몇 실시예에서, 카트리지 가이드(800)는 도 10c에 도시된 바와 같이 U-형 가이드 채널(862)의 내부 내에 형성된 보유 리세스를 포함한다. 카트리지 가이드(800)의 외부도가 도 14e에 또한 도시된다. 보유 리세스는 U-형 채널의 하나의 벽을 따라 연장하고, 카트리지 플랜지(906)에 형상이 대략 상보적이다. 보유 리세스는 피펫팅 작동 중에 분석물 카트리지(200)의 수직 이동을 제약하는 작용을 할 수 있다. 전술된 바와 같이, 이러한 수직 이동은 피펫팁과 배리어 필름(205) 사이의 마찰에 기인하여 발생할 수도 있고, 이러한 이동은 피펫팅 작동의 정확도에 악영향을 미치고 시스템의 후속 오염이 있는 엎지름을 유도할 수도 있다.
카트리지 가이드(800)는 프로세싱 래인의 전체 운동 경로 미만을 따라 연장될 수도 있다. 바람직한 실시예에서, 카트리지 가이드(800)는 이송 위치 내에 도달하지 않는다. 도 14a에 도시된 폐기물 래인과 같은 다른 실시예에서, 카트리지 가이드는 다른 작동 위치 내로 연장하지 않는다. 이송 셔틀(50)은 분석물 카트리지(200)가 이하에 더 상세히 설명된 바와 같은 이송 위치에 있을 때 카트리지 가이드(800) 기능을 수행할 수도 있다. 카트리지 가이드(800)는 분석물 카트리지(200)의 부분과 작동 위치 사이의 친밀한 접촉이 작동을 위해 바람직한 경우에, 래인 가열기[840(도 10c) 및 1104(도 11)]와 같은 특정 작동 위치에 인접하여 종료될 수도 있다. 선형 방식 분석물 카트리지의 연장된 길이는 분석물 카트리지의 단지 일부만이 카트리지 가이드 내에 결합될 때 카트리지 가이드(800)가 분석물 카트리지(200)를 지지하게 한다.
카트리지 가이드(800)는 분석물 카트리지의 측방향 위치를 더 양호하게 제어하기 위해, 가이드 채널(862)의 측벽들 중 하나의 내부 외형에 대해 분석물 카트리지(200)를 가압하기 위한 인덱스 스프링을 포함할 수도 있다. 인덱스 스프링은 카트리지 가이드(862) 측벽에 장착된 스프링강과 같은 비교적 강성이지만 탄성 재료의 스트립일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 인덱스 스프링은 카트리지 가이드(862) 측벽 내의 개구에 장착된다.
가이드 채널(800)의 임의의 측벽은 하나 이상의 위치에 개구 또는 천공부를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 가이드 채널 상부벽 내의 개구는 분석물 카트리지(200) 격실로의 프로세싱 도구 액세스를 제공한다. 인덱스 스프링 장착을 위한 전술된 것들과 같은 다른 개구가 다른 기능을 행할 수도 있다.
카트리지 푸셔(로딩 반송부의 예일 수도 있음)는 프로세싱 래인 내의 임의의 다수의 작동 위치 내에 분석물 카트리지를 위치시키는데 사용될 수도 있다. 카트리지 푸셔는 분석물 카트리지(200)에 결합하기 위한 카트리지 캐리지(816), 카트리지 캐리지의 운동을 안내하기 위한 캐리지 트랙(818) 및 캐리지 트랙을 따라 카트리지 캐리지를 이동시키기 위한 캐리지 구동부(도시 생략)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 카트리지 캐리지(816)는 분석물 카트리지(200)의 제어된 표면에 결합하여 분석물 카트리지를 카트리지 가이드(800) 내에서 이동시킨다. 카트리지 캐리지(816)는 또한 이송 셔틀(898)(도 14d 참조)로부터 분석물 카트리지를 언로딩하여 이를 복귀시킬 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 카트리지 캐리지(816)에 의해 이용된 제어된 표면은 분석물 카트리지(200)의 원위 단부에서 수직 웨브(226)의 수직으로 배치된 에지이다. 지지 탭 특징부(218)는 전술된 제어된 표면에 원위측의 작은 거리로 분석물 카트리지로부터 현수되어 이에 의해 간극을 형성하는 분석물 카트리지의 원위 단부 상에 제공될 수도 있다. 카트리지 캐리지(816)는 이 간극 내에 끼워맞춤되는 추진 특징부(304)(도 4d와 도 10b 참조)를 포함할 수 있다. 이 구성에서, 분석물 카트리지(200)의 근위 단부를 향한 카트리지 캐리지(816)의 이동은 제어된 표면에 대해 추진 특징부(304)를 구동한다. 대안적으로, 분석물 카트리지(200)의 근위 단부로부터 이격하는 카트리지 캐리지(816)의 이동은 지지 탭(218)의 근위 외형에 대해 추진 특징부(304)에 대해 구동한다.
몇몇 실시예에서, 카트리지 캐리지(816)는 제어된 표면에 대해 추진 특징부(304)를 구동함으로써 단일 방향으로부터 구동함으로써 작동 위치에 분석물 카트리지(200)를 위치시킨다. 이는 래인 운동 경로에서 백래시(backlash)를 보상하고, 분석물 카트리지 내의 공차 적층의 효과를 감소시키는 효과를 가져, 프로세싱 래인(116) 내에 분석물 카트리지(200)를 일관적으로 위치시키는 시스템의 능력을 향상시킨다.
몇몇 실시예에서, 카트리지 캐리지(816)는 양 단부 부근에 지지 탭(218)을 사용하여 분석물 카트리지(200)에 결합할 수도 있다. 다른 실시예에서, 카트리지 캐리지(816)는 단지 일 단부 부근에 위치된 지지 탭(218)을 사용하여 분석물 카트리지(200)에 결합할 수도 있다. 이 실시예는 유리하게는 분석물 카트리지(200)의 외부면 상에서 작동하는 도구를 포함하는 프로세싱 래인(116)의 사용을 허용한다. 이러한 배열은 프로세싱 래인 도구와 카트리지 캐리지(816) 사이의 간섭을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 폐기물 래인[116(c)] 또는 래인 가열기[116(j)]를 구비하는 프로세싱 래인은 단지 일 단부로부터 분석물 카트리지에 결합할 수도 있다.
카트리지 캐리지(816)는 트랙 베어링과 같은 이동 연결부를 통해 캐리지 트랙(818)에 연결될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 카트리지 캐리지(816)는 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이 자석 트롤리(808)에 결합하기 위해 그 근위 단부에서 자기 응답성 타격 플레이트(814)를 포함한다. 적어도 몇몇 프로세싱 래인에서, 카트리지 캐리지(816)는 하나 이상의 마이크로팁(542)을 저장하기 위한 마이크로팁 홀더를 포함할 수도 있다. 마이크로팁 홀더는 카트리지 캐리지(816)로부터 연장하는 선반일 수 있고, 적어도 하나의 마이크로팁 유지 특징부를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 이 마이크로팁 유지 특징부는 선반을 통한 구멍 또는 천공부이다. 마이크로팁 홀더는 카트리지 푸셔가 프로세싱 래인 내의 피펫터 아래에 마이크로팁(542)(도 13f 참조)을 위치시킬 수도 있도록 래인 운동 경로 상에 배치될 수도 있다. 단부를 향해 마이크로팁 홀더는 카트리지 캐리지(816)의 원위 종단 부근에 위치될 수도 있다. 대안적으로, 마이크로팁 유지 특징부는 이들이 적합한 피펫터에 의해 액세스 가능한 프로세싱 래인 내의 다른 위치에 배치될 수도 있다. 이러한 위치는 이들에 한정되는 것은 아니지만 카트리지 가이드(800) 및 래인 지지체(834)의 부분을 포함한다.
카트리지 캐리지(816)는 또한 액체 센서의 정확도를 향상시키기 위한 접지 평면으로서 기능할 수 있다. 카트리지 캐리지(816)의 부분은 분석물 카트리지(200)의 우물에 근접하게 되도록 연장될 수도 있다. 본 발명의 실시예에서, 액체 센서는 커패시턴스 기반일 수 있고, 이러한 실시예에서 액체 충전된 우물의 저부에 근접하여 금속 물체를 유도하는 것은 액체 단독으로 관찰되는 캐패시턴스의 큰 변화를 제공할 수도 있다. 액체 감지 능력을 포함할 수 있는 감지 회로는 이하에 더 상세히 설명된다.
카트리지 캐리지(816)는 분석물 카트리지(200)의 하부면으로부터 결합하여 구동되도록 카트리지 가이드(800)의 아래에 배치될 수도 있다. 이 배열은 카트리지 위에 배치된 프로세싱 도구를 사용하여 분석물 카트리지(200)의 프로세싱을 용이하게 한다. 카트리지 가이드(800) 및 카트리지 캐리지(816)의 모두는 분석물 카트리지로의 액세스를 필요로 한다. 몇몇 실시예는 분석물 카트리지(200) 위에 일반적으로 배치되는 카트리지 가이드(800) 및 분석물 카트리지의 아래에 배치되는 카트리지 캐리지(816)를 포함하지만, 이는 단지 유사한 결과를 성취할 수 있는 다수의 배열 중 하나일 뿐이다. 대안 실시예에서, 시스템은 분석물 카트리지(200) 아래에 배치된 카트리지 가이드(800) 및 분석물 카트리지 위에 배치된 카트리지 캐리지(816)를 포함할 수도 있고, 카트리지 가이드 및 카트리지 캐리지는 분석물 카트리지의 일 측면에서 서로 대향하고, 카트리지 가이드 및 카트리지 캐리지는 개재된 배열이거나 또는 이들의 몇몇 조합이다. 카트리지 캐리지(816)가 하부면으로부터 분석물 카트리지(200)에 결합하여 구동하도록 카트리지 가이드(800) 아래에 배치되는 배열은 프로세싱 래인(116)의 폭을 유리하게 제한하고, 이후에 프로세싱 래인들 사이의 거리를 감소시키고 프로세싱 래인의 조립의 크기를 감소시킨다. 다수의 프로세싱 래인(116)이 높은 시스템 처리량을 위한 요구에 응답하여 존재하는 배열에서, 예를 들어 프로세싱 래인폭의 작은 증가는 시스템 크기의 상당한 감소를 생성할 수 있다. 또한, 피펫터와 같은 몇몇 프로세싱 도구는 상부로부터 분석물 카트리지(200)로의 액세스를 필요로 하기 때문에, 카트리지 가이드(800) 아래의 카트리지 캐리지(816)의 배치는 프로세싱 도구와의 잠재적인 간섭을 회피한다.
몇몇 실시예에서, 적어도 몇몇 프로세싱 래인(116)에서, 분석물 카트리지는 이동 중에 카트리지 캐리지(816) 상에 완전히 놓이지 않는다. 이러한 실시예에서, 카트리지 캐리지(800)는 분석물 카트리지(200)를 지지하고, 카트리지 캐리지(816)는 운동 경로를 따라 이를 이동시키기 위해 기동력을 제공한다. 이러한 배열은 예를 들어 사용 후에 폐기물 컨테이너로 이송을 위해 이 방식으로 구성된 프로세싱 래인으로부터 분석물 카트리지(200)의 해제를 간단화할 수 있다.
캐리지 트랙(818)은 카트리지 캐리지(816)의 운동을 안내하는데 사용될 수도 있고, 몇몇 프로세싱 래인에서 자석 트롤리(808)와 같은 다른 구성 요소의 운동을 안내할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 캐리지 트랙(818)은 프로세싱 래인 내의 운동 경로의 적어도 일부를 따라 연장하고 그 방향에 평행하게 배향된 래인 지지체(834)에 부착한다. 캐리지 트랙(818)은 상보형 베어링을 통해 카트리지 캐리지(816)와 같은 이동 구성 요소에 연결될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 캐리지 트랙(816)은 선형 가이드 레일이고, 베어링은 케이징형 볼 베어링 블록, 케이징형 롤러 베어링 블록 또는 등가의 디바이스일 수도 있다.
캐리지 구동부는 리드 스크류 및 너트, 선형 모터 또는 공압 액추에이터와 같은 임의의 다수의 구동 방법에 의해 캐리지 트랙(818)을 따라 카트리지 캐리지(816)를 이동시킬 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 시스템은 캐리지 트랙(818)의 일 단부 부근에서 래인 지지체(834)에 부착되고 구동 풀리에 결합된 구동 모터(801)를 사용한다. 아이들러 풀리(810)가 아이들러 풀리(810)와 구동 풀리 사이의 분리 거리의 조정을 허용하는 부착부에 의해, 캐리지 트랙(818)의 대향 단부 부근에서 래인 지지체(834)에 부착될 수도 있다. 이러한 실시예에서, 타이밍 벨트(868)는 구동 풀리를 아이들러 풀리에 연결하고 커플링 디바이스(864)를 경유하여 카트리지 캐리지(864)에 연결할 수도 있다. 모터(800)의 회전은 타이밍 벨트(868)를 구동하여, 캐리지 트랙(818)을 따른 카트리지 캐리지(816)의 이동을 초래한다.
이송 래인[116(h)], 가열 래인[116(j)] 및 세척 래인[116(b)]을 포함하는 특정 유형의 프로세싱 래인은 밀리팁 피펫터 조립체(704)를 포함할 수도 있다. 이는 프로세싱 래인 내에 있는 동안 분석물 카트리지(200)의 격실 사이에 유체를 이송하는 기능을 한다. 이 밀리팁 피펫터 조립체(704)는 전술된 바와 같이, 샘플을 이송하기 위해 사용된 밀리팁 피펫터와 유사한 밀리팁 피펫터를 포함할 수 있다. 밀리팁 피펫터 조립체는 액체 센서, 밀리팁 피펫터 내의 압력을 감지하기 위한 압력 센서 또는 양 유형의 센서를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 밀리팁 피펫터 조립체(704)는 래인 운동 경로를 따라 고정된 위치에서 카트리지 캐리지(800) 위에 배치된다. 따라서, 본 발명의 몇몇 실시예에서, 카트리지 가이드는 밀리팁 피펫터(또는 대안적으로 또는 부가적으로, 마이크로팁 피펫터와 같은 제2 피펫터)와 같은 제1 피펫터와 분석물 카트리지를 정렬하도록 위치될 수 있다. 가이드 채널(862) 상부벽은 밀리팁 피펫터가 분석물 카트리지에 액세스할 수 있게 하기 위해 고정된 위치에서의 천공부를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 가이드 채널은 불연속적일 수도 있고, 밀리팁 피펫터가 분석물 카트리지(200)에 액세스할 수 있게 하기 위해 고정된 위치에 간극을 갖는다. 밀리팁 피펫터 조립체(704)의 다른 구성 요소는 카트리지 가이드(800)에 대해 밀리팁 피펫터를 상승시키고 하강하는 기능을 하는 래인 엘리베이터(832), 분석물 카트리지로부터 밀리팁(220)을 결합하기 위한 밀리팁 맨드릴, 피펫팅 작용을 구동하기 위한 밀리팁 흡입기, 사용 후에 맨드릴로부터 밀리팁(220)을 분리하기 위한 밀리팁 이젝터, 유체를 검출하기 위한 액체 센서(702), 밀리팁 및 정렬 특징부를 포함할 수도 있다. 밀리팁 피펫터 조립체의 이들 다른 구성 요소의 각각의 설명은 이하에 더 상세히 제공된다.
몇몇 프로세싱 래인(116)은 프로세싱 래인에서 분석물 카트리지의 격실들 사이에 유체를 이송하기 위한 마이크로팁 피펫터 조립체를 포함할 수도 있다. 마이크로팁 피펫터 조립체는 액체 센서, 마이크로팁 피펫터 내의 압력을 감지하기 위한 압력 센서 또는 양 유형의 센서를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 마이크로팁 피펫터 조립체는 밀리팁 피펫터 조립체(704)와 실질적으로 유사하고 동일한 방식으로 배치된다. 그러나, 마이크로팁 피펫터 조립체는 이하에 설명되는 XYZ 반송 디바이스(1100) 상에 이용된 것과 유사한 마이크로팁 피펫터(1142)를 포함한다. 마이크로팁 피펫터의 특징부는 샘플의 흡입에 사용된 밀리팁 피펫터(704)의 것들과 실질적으로 유사할 수도 있다. 마이크로팁 피펫터 조립체는 래인 엘리베이터, 유체 레벨 센서, 마이크로팁(542)에 결합하기 위한 마이크로팁 맨드릴, 피펫팅 작용을 구동하기 위한 마이크로팁 흡입기 및 마이크로팁 피펫터 조립체로부터 마이크로팁을 해제하기 위한 마이크로팁 이젝터를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 마이크로팁 피펫터 조립체는 카트리지 캐리지(816) 상의 마이크로팁 홀더 내에 유지된 마이크로팁(542)에 액세스할 수 있고, 사용 후에 카트리지 캐리지에 마이크로팁(542)을 복귀시킬 수도 있다. 마이크로팁 피펫터 조립체는 반응 용기 플러그(222)를 반응 용기 베이스(246)로 이송하는데 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 마이크로팁 피펫터 조립체는 또한 분석물 카트리지로부터 플러그된 반응 용기를 제거할 수도 있고, 시스템의 상이한 영역들 사이에 플러그된 반응 용기를 반송할 수도 있다. 마이크로팁 피펫터 조립체를 구비하는 프로세싱 래인(116)은 작은 체적의 액체의 이송이 필요한 용출 래인[116(e)] 또는 다른 프로세싱 래인을 포함할 수도 있다.
대안 실시예에서, 프로세싱 래인(116)은 광범위한 체적의 정확한 흡입 및 폐기가 가능한 이중 분해능 피펫 펌프를 구비할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 피펫팅 기능은 요구될 때 프로세싱 래인 상에 피펫터를 위치시키는 샘플 피펫터(700)의 피펫터 캐리지(712)와 유사한 하나 이상의 피펫터 캐리지를 지지하는 받침대 시스템에 의해 제공될 수도 있다.
도 10b는 분석물 카트리지(200)의 우물의 내용물에 자기장을 선택적으로 인가하여, 시스템이 자기 응답성 고체 또는 미립자 상태를 제거하지 않고 액체 내용물을 제거할 수 있게 하기 위한 분리 자석(804)을 구비하는 자기 분리 메커니즘을 포함하는 프로세싱 래인(116)의 예를 도시한다. 이러한 프로세싱 래인의 예는 주위 온도 래인[116(h)], 세척 래인[116(b)], 용출 래인[116(e)] 또는 자기 응답성 고체 또는 미립자 상태의 조작이 요구되는 다른 프로세싱 래인을 포함할 수 있다. 인가된 자기장은 자기 응답성 고체 또는 미립자 상태를 자기장(804)이 인가되는 영역 부근의 분석물 카트리지(200)의 내부면으로 끌어당긴다. 몇몇 실시예에서, 이 영역은 반응 우물(202)의 하부 근위 양태에서 암거(211) 내에 있다. 이는 피펫터가 반응 우물(202)에 진입하고 최대 반응 우물 깊이의 지점에서 암거(211)로부터 이격한 점에서 액체 내용물을 회수하게 한다. 피펫터와 분리 자석(804)의 이 상대 위치설정은 유리하게는 자기 응답성 고체 또는 미립자 상태의 비의도된 흡입의 최소 위험을 갖고 반응 우물 내에 유지된 큰 분율의 유체의 제거를 허용한다. 큰 분율의 유체의 제거는 잔류 유체가 세척 효율을 열화시키기 때문에 유리하다. 우물 내의 잔류 유체의 상당한 부분의 보유는 오염을 충분히 감소시키기 위해 부가의 프로세싱 단계의 사용을 필요로 할 수도 있다. 이는 이어서 부가의 프로세싱 시간 및 부가의 시약의 소비를 필요로 한다. 상이한 프로세싱 래인(116)의 분리 자석(804)은 상이한 형상 및 크기일 수도 있어, 유리하게는 시스템이 분리 자석의 필드가 분석물 카트리지(200)에 인가될 때 상이한 크기 및 기하학적 형상을 갖는 자기 응답성 고체 또는 미립자 상태 재료의 "펠릿"을 생성하게 하고, 유리하게는 특정 프로세싱 단계를 위한 펠릿 치수의 최적화를 허용한다. 분리 자석은 자기장을 성형하고 포커싱하는 것을 돕는 백킹 디바이스를 포함할 수도 있다. 이러한 백킹 디바이스는 자기 스테인레스강을 갖고 제조될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예는 분석물 카트리지에 결합하도록 구성된 슬라이드 가능 카트리지 캐리지를 포함하는 시스템에 관한 것일 수 있고, 카트리지 캐리지는 캐리지 트랙에 결합한다. 시스템은 캐리지 트랙에 결합하고 분리 자석을 포함하는 슬라이드 가능 자석 트롤리와, 슬라이드 가능 카트리지 캐리지 및 슬라이드 가능 자석 트롤리를 가역적으로 결합하도록 구성된 가역적 커플링 디바이스(예를 들어, 자석)를 또한 포함할 수 있다. 대안 실시예에서, 자석은 자석을 제위치로 회전시키는 피벗 메커니즘을 사용하여 분석물 카트리지에 근접하게 유도될 수도 있다. 다른 실시예에서, 자석은 분석물 카트리지에 근접하게 유도되도록 수직으로 이동될 수도 있다. 이러한 실시예에서, 자석은 수직 장착된 선형 액추에이터, 레일 시스템 또는 다른 적합한 수직 반송부에 결합될 수도 있다.
예시적으로, 몇몇 실시예에서, 분리 자석(804)을 구비하는 각각의 프로세싱 래인(116)은 캐리지 트랙(818)에 평행하게 또는 그를 따라 이동하도록 배치된 가동 자석 트롤리(808)를 포함한다. 자석 트롤리의 실시예가 도 10b에 도시된다. 분석물 카트리지(200)로부터 상이한 거리에 자석 트롤리(808)를 배치함으로써, 시스템은 분석물 카트리지의 내용물에 자기장을 선택적으로 인가할 수도 있다. 자석 트롤리(808)는 그 프로세싱 래인 내에 유지된 분석물 카트리지(200)의 반응 우물(202)로의 액세스를 제공하는 프로세싱 래인의 단부에 배치될 수도 있다. 대안적으로, 시스템은 반응 우물에 근접한 제어 가능한 전자석을 사용하여 자기장을 선택적으로 인가할 수도 있다. 다른 실시예에서, 시스템은 자기장 소스와 분석물 카트리지 사이에 자기 차폐부를 이동시킴으로써 자기장을 선택적으로 인가할 수도 있다.
일 실시예에서, 자석 트롤리(808)는 분석물 카트리지(200)에 자기장을 인가하기 위해 카트리지 캐리지(816)를 이동하는데 사용된 동일한 캐리지 구동부의 이동을 사용한다. 대안적으로, 시스템은 캐리지 구동부와 독립적으로 자석 트롤리를 이동시킬 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 자석 트롤리(808)는 카트리지 캐리지(816)에 자석 트롤리(808)를 결합하는 2차 래치 결합 자석(812)을 포함한다. 래치 결합 자석(812)은 가역적 커플링의 예이다. 다른 적합한 가역적 커플링은 기계적으로 작동될 수 있는 래치와 같은 기계적 디바이스를 포함할 수도 있다.
작동시에, 시스템은 자석 트롤리(808)에 인접한 제1 위치로 카트리지 캐리지(816)를 이동시키고, 래치 결합 메커니즘을 활성화하고, 이어서 자석 트롤리가 있는 다음의 작동 위치로 카트리지 캐리지를 견인하여 후퇴시킨다. 자석 트롤리(808)를 분리하기 위해, 카트리지 캐리지(816)는 활성화시에 자석 트롤리가 이동하는 것을 방지하는 잠금 메커니즘과 자석 트롤리를 정렬하는 제2 위치로 이동될 수도 있다. 이후에, 카트리지 캐리지(816)를 이동시키는 것은 래치 결합 자석(812)을 해제하고 분석물 카트리지(200)를 분리 자석(804)의 필드로부터 제거한다. 제1 위치 및 제2 위치는 몇몇 실시예에서 실질적으로 동일할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 래치 결합 메커니즘은 래치 결합 자석(812) 및 자기 응답성 타격 플레이트(814)를 포함한다. 래치 결합 자석(812) 및 타격 플레이트(814) 중 하나는 자석 트롤리(808) 상에 배치되고 다른 하나는 카트리지 캐리지(816) 상에 배치될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 래치 결합 자석(812)은 분석물 카트리지(200) 내용물에 대한 래치 결합 자석으로부터 자기장의 영향을 감소시키기 위해 자석 트롤리(808) 상에 배치된다. 대안적으로, 카트리지 캐리지 또는 그 부분은 자기 응답성 재료로 구성될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 잠금 메커니즘은 자석 트롤리(808)와 정렬될 수 있도록 래인 지지체(834) 상에 위치된 잠금 액추에이터(806)를 포함할 수도 있다. 이러한 잠금 액추에이터(806)는 자석 트롤리(808)를 래인 지지체(834)에 고정하도록 활성화될 수도 있고 또는 자석 트롤리가 카트리지 캐리지(816)와 함께 이동하게 하도록 비활성화될 수도 있다.
자기 분리 메커니즘의 작동의 일 실시예에서, 자석 트롤리(808)는 캐리지 트랙(818)의 일 종단 부근의 홈 위치에 일반적으로 존재할 수도 있다. 카트리지 푸셔는 자석 트롤리(808)에 인접하여 카트리지 캐리지(816)를 위치시킬 수도 있어, 래치 결합 자석(812)이 타격 플레이트(814)에 결합하게 하고 이에 의해 자석 트롤리(808)를 카트리지 캐리지(816)에 부착한다. 카트리지 캐리지(816)에 부착될 때, 자석 트롤리(808)는 반응 우물(202)에 바로 인접하여 분리 자석(804)을 정렬할 수도 있어, 이에 의해 반응 우물 내용물에 자기장을 인가한다. 분리는 반응 우물의 벽의 것에 상보적인 각도에서 유지될 수도 있다. 카트리지 푸셔에 의한 후속의 운동은 카트리지 캐리지(816) 및 부착된 자석 트롤리(808)를 실질적으로 단일 유닛으로서 이동하여, 후속의 프로세싱 단계 중에 분석물 카트리지(200)에 대한 분리 자석(804)의 근접도를 유지한다. 이러한 프로세싱 단계는 분석물 카트리지(200)의 우물로부터 액체의 제거 또는 분석물 카트리지의 우물 내로의 유체의 분배를 포함할 수도 있다.
자석 트롤리(808)를 탈착하기 위해, 카트리지 푸셔는 자석 트롤리가 그 홈 위치로 복귀하도록 카트리지 캐리지(816)를 위치시킨다. 잠금 액추에이터(806)는 이어서 자석 트롤리(808)가 이동하는 것을 방지하는 특징부를 결합하도록 활성화될 수도 있다. 카트리지 푸셔는 이어서 홈 위치로부터 이격하여 카트리지 캐리지(816)를 이동시킨다. 타격 플레이트(814) 상의 래치 결합 자석(812)의 것보다 큰 힘을 자석 트롤리(808) 상에 인가하기 위해 잠금 액추에이터(806)를 배열함으로써, 운동은 카트리지 캐리지(816)가 자석 트롤리로부터 분리되게 한다. 몇몇 실시예에서, 잠금 액추에이터(806)는 래인 지지체(834) 상에 배치된 공압 실린더 또는 솔레노이드와 같은 선형 액추에이터이다. 잠금 액추에이터(806)를 결합하는 특징부는 자석 트롤리가 그 홈 위치에 있을 때 잠금 액추에이터와 정렬하도록 배치된 자석 트롤리(808) 내의 구멍 또는 천공부일 수 있다.
자석 트롤리(808) 및 카트리지 캐리지(816)의 이 배열의 결과는 분리 자석(804)이 단지 반응 우무(202)에서 분석물 카트리지(200)에 접근할 수 있다는 것이다. 이는 유리하게는 분리 자석과 다른 분석물 카트리지 격실, 특히 자기 응답성 고체 상태 또는 마이크로입자의 저장에 사용된 반응 우물 사이의 원하지 않는 상호 작용을 방지한다.
전술된 바와 같이, 상이한 프로세싱 래인(116)은 상이한 치수를 갖는 분리 자석(804)을 이용할 수도 있다. 자석은 온도 안정화 래인, 세척 래인, 용출 래인, PCR 제시 래인, 이송 래인 등에서 발견될 수도 있다. 예를 들어, 주위 온도 래인[116(h)], 세척 래인[116(a)] 및 용출 래인[116(e)]은 비교적 대형 분리 자석(804)을 사용할 수도 있다. 대형 분리 자석(804)은 액체 체적 전체에 걸쳐 분산된 자기 응답 고체 상태 또는 마이크로입자를 더 신속하게 수집하여, 따라서 프로세싱을 위해 요구된 시간을 감소시키도록 더 강한 자기장을 인가할 수도 있다. 대형 분리 자석(804)이 반응 우물 내용물로부터 반응 우물(202) 내부면의 비교적 큰 영역 상에 자기 응답성 고체 상태 또는 마이크로입자를 수집하기 위해 자기장을 인가할 수도 있다. 이 큰 영역은 유리하게는 자기 응답성 고체 상태 또는 마이크로입자를 분산시켜, 이들 사이의 상호 작용을 위한 기회를 감소시켜 자기 응답성 고체 상태 또는 마이크로입자의 후속의 재현탁이 덜 활발하고 더 완전할 수도 있게 된다. 이는 이어서 프로세싱을 위해 요구된 시간을 감소시키고 집합된 재료의 클럼프 내에 포획되어 잔류할 수도 있는 유체로부터 발생하는 오염의 기회를 감소시킨다.
특정 세척 래인[116(b)]과 같은 다른 프로세싱 래인(116)이 비교적 소형 분리 자석(804)을 사용할 수도 있다. 소형 분리 자석(804)은 분석물 카트리지의 표면의 비교적 작은 영역 상에 자기장을 집중한다. 몇몇 실시예에서, 작은 영역은 대형 분리 자석(804)에 의해 영향을 받고 반응 우물의 저부에 근접하여 배치되는 반응 우물(202)의 영역에 중첩할 수도 있다. 소형 분리 자석(804)은 유리하게는 작은 영역에서 자기 응답성 마이크로입자를 수집하는 것이 바람직한 프로세싱 단계를 지원한다. 이러한 프로세싱 단계는 비교적 작은 체적의 유체 내의 자기 응답성 고체 상태 또는 마이크로입자의 재현탁을 포함한다. 예를 들어, 매우 작은 체적의 유체를 사용하여 자기 응답성 고체 상태 또는 마이크로입자로부터의 핵산의 용출은 시스템이 이하에 설명되는 바와 같이 최종 용출된 핵산을 효과적으로 농축할 수 있게 한다. 세척 래인[116(b)] 내의 프로세싱은 다수의 프로토콜에서 용출을 진행할 수도 있어 비교적 작은 용출 체적이 수집된 마이크로입자를 더 즉시 재현탁할 수도 있다.
프로세싱 래인(116)은 다양한 래인 구성 요소의 정렬을 확인하는데 사용된 특징부를 또한 포함할 수도 있다. 이러한 특징부는 정렬 플래그를 포함할 수도 있다. 도 10c에서, 카트리지 가이드(800)에 부착된 제1 정렬 플래그(900) 및 카트리지 캐리지(816)에 부착된 제2 정렬 플래그(897)가 도시된다. 이들 정렬 플래그는 이하에 더 상세히 설명된다.
샘플의 일관적인 프로세싱은 프로세싱 중에 분석물 카트리지(200) 내용물의 온도의 제어를 필요로 할 수 있다. 이를 성취하기 위해, 프로세싱 래인(116)은 가열 조립체, 예를 들어 다양한 구성의 래인 가열기를 포함할 수도 있다. 도 10d-11을 참조하면, 몇몇 프로세싱 래인(116)은 분석물 카트리지(200)의 적어도 일부를 가열하는 래인 가열기(840, 1103)를 포함할 수도 있다. 래인 가열기(840, 1103)는 도 4aa와 4ab 및 도 10b에 도시된 바와 같이 반응 우물(202), 분석 시약(204, 208, 209)을 저장하는 데 사용된 우물, 또는 도 10d에 도시된 바와 같이 이들의 조합을 가열할 수도 있다. 이는 유리하게는 원한다면 상승된 온도에서 특정 프로세싱 단계의 수행을 허용하고, 반응 온도를 엄격하게 제어하기 위해 반응 우물(202)에 추가에 앞서 시약의 사전 가열을 허용할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 반응 우물(202) 및 대형 시약 우물(204)이 가열된다. 래인 가열기(840, 1103)는 래인 운동 경로의 근위 단부에 배치될 수도 있고 카트리지 캐리지(816)는 래인 가열기(840, 1103) 내로 분석물 카트리지(200)를 구동할 수 있도록 구성될 수도 있다. 일 실시예에서, 래인 가열기(840) 또는 그 부분은 분석물 카트리지(200)의 단부 주위에 꼭맞게 끼워지도록 구성된 2개의 독립적인 측면 및 분석물 카트리지의 진입을 허용하기 위한 개방 단부를 갖는 부유 조개형 구성을 가질 수도 있다. 래인 가열기(840, 1103)는 반응 우물(202)을 수용하기 위한 개방 상부(850)를 가질 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 2개의 독립적인 측면은 열을 제공하기 위한 열 블록(854), 가열기 온도를 제어하기 위한 적어도 하나의 온도 센서(860), 열을 수납하기 위한 외부 외관 상의 절연된 커버(856) 및 분석물 카트리지(200)에 대해 독립적인 측면을 결합하기 위한 스프링을 각각 포함한다. 2개의 열 블록(854)은 개방 단부(852)에 대향하는 단부에 피벗팅 연결부(858) 내에서 서로 결합할 수도 있다. 열 블록(854) 사이의 캐비티는 반응 우물(202)의 폭보다 약간 좁을 수도 있어 스프링이 분석물 카트리지(200) 벽과 더 기밀하게 열 접촉하게 2개의 블록 열 블록(854)을 구동한다.
도 11에 도시된 실시예에서, 래인 가열기(1103)는 반응 우물(202)에 열을 인가하는 하나의 가열 디바이스(1104) 및 삽입된 분석물 카트리지(200)의 시약 저장 우물(204)에 열을 인가하는 제2 가열 디바이스(1106)를 갖는 2개의 가열 디바이스(1104, 1106)를 갖는다. 가열 디바이스(1104, 1106)는 가열 표면이 분석물 카트리지에 접촉하지 않지만 근접하도록 구성될 수도 있어, 복사 및 대류를 경유하여 열을 제공한다. 대안적으로, 반응 우물 가열 디바이스(1104)는 반응 우물(202)의 외부벽에 접촉하고 이하에 상세히 설명되는 도 10c에 도시된 래인 가열기(840)와 유사하게 구성될 수도 있다. 이들 가열 디바이스는 조화하여 작용할 수 있거나 독립적으로 제어될 수도 있다.
래인 가열기(840)는 부유 접속부에 의해 래인 지지체(834)에 장착할 수도 있어 분석물 카트리지(200)의 약간의 오정렬 또는 굴곡이 래인 가열기 내로의 삽입을 방해하지 않게 된다. 래인 가열기(840)의 내부 윤곽에 의해 경면 대칭될 수도 있는 반응 우물(202)의 테이퍼링된 형상은 또한 삽입을 안내하는 기능을 한다. 카트리지 가이드(800)는 삽입과 간섭하지 않기 위해 래인 가열기(840)의 원위측에서 종료한다.
몇몇 실시예에서, 작동시에, 카트리지 푸셔는 래인 가열기(840)를 향해 카트리지 캐리지(816)를 이동시켜 반응 우물(202)의 선단 에지가 열 블록(854) 내의 대응 테이퍼에 결합하게 된다. 반응 우물이 더 진입함에 따라, 반응 우물(202)의 측벽은 열 블록(854)의 내부벽에 결합하여, 이들의 연결점(858) 둘레로 열 블록을 피벗함으로써 캐비티를 확장한다. 열 블록(854)은 분석물 카트리지(200)가 완전히 삽입될 때 반응 우물(202)의 외부벽 상에 내향으로 가압하도록 위치 조정한다. 래인 가열기(840, 1102)는 임의의 다수의 방법에 의해 온도를 유지할 수도 있지만, 온도는 온도 센서(860)에 접속된 PID 루프를 갖는 가열기를 제어함으로써 유지될 수도 있다. 카트리지 푸셔는 원위 방향으로 카트리지 캐리지(816)를 간단히 재위치설정함으로써 래인 가열기(840)로부터 분석물 카트리지(200)를 분리할 수도 있다.
기구 프로세스의 효율은 시험 환경의 온도에 의해 영향을 받을 수도 있다. 시험 환경은 분석물 카트리지(200)(사용 전에 저장 장치에 유지됨)의 내용물의 온도 및 프로세싱되는 샘플의 온도의 모두에 영향을 미칠 수도 있다. 예를 들어, 화학 프로세스의 효율 또는 재현성은 프로세싱되는 샘플이 너무 차가우면 악영향을 받을 수도 있다. 가열기는 분석물 카트리지(200) 내용물로의 액세스를 필요로 하는(전술된 바와 같이) 래인 디자인 내에 일체화될 수도 있지만, 이러한 가열기는 분석물 카트리지의 온도를 유지하는데 적절할 수도 있고, 이들은 단일 피치 간격 내에 주위로부터 프로세싱 온도로 분석물 카트리지 내용물을 유도하기에 충분하지 않을 수도 있다. 따라서, 본 발명의 몇몇 실시예에서, 본 명세서에 개시된 기구 또는 프로세스는 이 목적으로 하나 이상의 직접 및 전용 가열 구성 요소 또는 단계를 더 포함한다. 예를 들어, 기구는 분석물 카트리지 및 그 내용물의 온도를 상승시키기 위해 분석물 카트리지에 결합된 카트리지 가열기 및 분석물 카트리지 및 그 내용물의 온도를 유지하기 위해 프로세싱 래인 내에 일체화된 하나 이상의 래인 가열기 중 하나 또는 모두를 포함할 수도 있다.
본 명세서에 개시된 기구는 분석물 카트리지(200)에 열을 전달하여, 이에 의해 분석물 카트리지 내에 수납된 샘플 및 다른 액체 구성 요소에 열을 전달하도록 구성된 하나 이상의 카트리지 가열기를 포함할 수도 있다. 카트리지 가열기는 능동 제어 하에 있을 수도 있어 분석물 카트리지에 인가된 열이 제어기 실행 컴퓨터 소프트웨어에 의해 제어되게 된다. 예를 들어, 제어기는 하나, 몇몇 또는 모든 분석물 카트리지에 대해, 원하는 샘플 또는 시약 온도 또는 온도 범위, 원하는 샘플 또는 시약 온도 프로파일(예를 들어, 샘플이 소정의 시간 기간에 걸쳐 또는 특정 프로세싱 스테이지 중에 제1 온도로부터 제2 온도로 가열될) 또는 카트리지 가열기의 출력을 지정하는 프로토콜에 액세스할 수도 있어, 유리하게는 시스템이 광범위한 온도 의존성 프로세스를 수행하게 한다. 예를 들어, 프로토콜은 예를 들어 다른 단계에서 수행된 프로세스와 비호환성인 그램 양성균의 세포 용해와 같은 제1 단계가 상승된 온도에서 수행되어야 하는 것을 요구할 수도 있다. 이러한 프로토콜은 제1 프로세싱 래인에서 제1 단계를, 제2 프로세싱 래인에서 제2 단계를 수행할 수도 있다. 이러한 프로토콜의 일 실시예에서, 제1 단계는 60℃ 내지 80℃에서, 제2 단계는 30℃ 내지 50℃에서 수행될 수도 있다. 이러한 프로토콜의 다른 실시예에서, 제1 단계는 65℃ 내지 75℃에서, 제2 단계는 35℃ 내지 45℃에서 수행될 수도 있다. 이러한 프로토콜의 또 다른 실시예에서, 제1 단계는 약 70℃에서, 제2 단계는 약 37℃에서 수행될 수도 있다. 프로토콜이 특정 온도를 필요로 하면, 컴퓨터 소프트웨어를 사용하는 제어기는 하나 이상의 카트리지 가열기에 제공될 전압 또는 전압 시간 프로파일을 결정할 수도 있다. 이러한 결정은 예를 들어 그 내부의 분석물 카트리지 또는 샘플 또는 시약의 측정된 온도, 분석물 카트리지의 물리적 특성(예를 들어, 크기, 형상 또는 재료), 시약 또는 샘플의 비열, 시약 또는 샘플의 시작 온도 및/또는 주위 온도에 기초할 수도 있다.
도 20a는 카트리지 가열기(3005)의 실시예를 도시한다. 카트리지 가열기는 가열 조립체의 일례일 수 있다. 카트리지 가열기(3005)는 분석물 카트리지(200)의 하나 이상의 측면에 열을 인가하도록 구성될 수도 있다. 카트리지 가열기(3005)는 도 20b에 도시된 바와 같이, 전방벽[3007(a)] 및 후방벽[3007(b)]을 포함할 수도 있다. 전방벽[3007(a)]은 분석물 카트리지(200)의 제1 측면에 인접하여 위치될 수도 있고, 후방벽[3007(b)]은 제1 측면에 대향하는 분석물 카트리지(200)의 제2 측면에 인접하여 위치될 수도 있다. 제1 및 제2 벽[3007(a), 3007(b)]은 예를 들어 상부벽[3007(c)]에 의해 연결될 수도 있다. 도 20a에 도시된 바와 같이, 상부벽은 전방벽[3007(a)]이 가열기 후방벽[3007(b)]에 대해 피벗하게 하는 힌지를 포함할 수도 있다. 카트리지 가열기(3005)는 도 20b의 가열기의 벽[3007(a)]을 통해 돌출하는 것으로 보여질 수 있는 스프링 장착부를 포함하는 도 20a의 장착 요소(3010)를 또한 포함할 수도 있다. 이들 장착 요소는 분석물 카트리지(200)의 외부벽에 대해 우측 내부 가열기 구성 요소(3027)를 가압하고, 따라서 좌측 내부 가열기 구성 요소에 대해 분석물 카트리지(200)를 가압하는 기능을 한다.
카트리지 가열기(3005)는 도 20c 및 도 20d에 도시된 바와 같이, 가열기 액추에이터(3015)에 의해 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동될 수도 있다. 가열기 액추에이터(3015)는 선형 액추에이터일 수도 있다. 카트리지 가열기의 후방벽[3007(b)]은 실질적으로 위치가 고정될 수도 있다. 기구는 카트리지(200)가 전방벽[3007(a)]과 후방벽[3007(b)] 사이의 가열 위치 내로 이동되어 있는 것으로 판정할 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 분석물 카트리지(200)를 감지할 수도 있고(예를 들어, 광학 검출기 또는 이동 검출기를 경유하여) 또는 카트리지의 새로운 존재를 지시하는 신호를 수신할 수도 있다. 제어기는 카트리지 가열기(3005)가 개방 위치에 있는지 폐쇄 위치에 있는지 여부를 판정할 수도 있다(예를 들어, 센서를 사용하여). 전방벽[3007(a)]은 폐쇄 위치와 비교할 때 개방 위치에서 카트리지(200) 및 후방벽[3007(b)]으로부터 멀리 있다. 카트리지 가열기(3005)가 개방 위치에 있으면, 가열기 액추에이터(3015)는 카트리지 가열기(3005)의 부분{예를 들어, 전방벽[3007(a)]}을 분석물 카트리지 가열기에 더 근접한 폐쇄 위치로 이동시킨다. 몇몇 경우에, 전방면[3007(a)]은 개방 위치가 아니라 폐쇄 위치에서 분석물 카트리지와 접촉한다.
도 20c 및 도 20d는 액추에이터(3015)가 전방벽[3007(a)]과 후방벽[3007(b)] 사이의 각도를 감소시키기 위해 전방벽[3007(a)]을 각도를 이루어 이동시키는 실시예를 도시한다. 따라서, 전방벽[3007(a)]은 래인의 중심을 향해 더 근접하여 이동하고 카트리지(200) 상에 클램프한다. 가열기(3005)는 이어서 분석물 카트리지(200)와 밀접 열 접촉할 수도 있고 전방벽[3007(a)] 및 후방벽[3007(b)]의 모두를 사용하여 분석물 카트리지(200)를 가열할 수도 있다. 벽[3007(a), 3007(b)]은 분석물 카트리지(200)와 물리적으로 접촉할 수 있기 때문에, 열은 열 전도에 의해 카트리지(200) 내의 액체로 신속하게 전달될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 액추에이터(3015)는 전방벽[3007(a)]을 수평으로 그리고/또는 수직으로 이동시킨다.
도 20e는 카트리지 가열기(3005)의 실시예의 섹션을 도시한다. 도시된 바와 같이, 카트리지 가열기(3005)는 복수의 가열기 구역을 포함할 수도 있다. 가열기 구역은 분석물 카트리지(200)의 상이한 부분에 대응할 수도 있다. 예를 들어, 카트리지 가열기(3005)는 대형 시약 우물(204)을 가열하도록 구성된 제1 가열기 구역[3005(a)] 및 분석물 카트리지(200)의 중간 시약 우물(209)을 가열하도록 구성된 제2 가열기 구역[3005(b)]을 포함할 수도 있다. 상이한 구역을 포함함으로써, 카트리지의 상이한 우물 내에 퇴적된 샘플 및 시약은 상이한 온도로 상승될 수도 있다. 부가적으로, 구역은 우물이 동일한 온도로 상승될 수 있게 할 수도 있다(예를 들어, 카트리지 내의 우물의 형상 및/또는 상대 위치를 고려함으로써). 구역은 구역 전체에 걸쳐 실질적으로 균일한 열을 제공하도록 구성될 수 있어, 구역을 가로질러 변화하는 열을 제공하고(예를 들어, 중간부보다 외부 구역부에 더 많은 열을 인가하기 위해), 또는 개별 영역에 열을 제공한다.
카트리지 가열기(3005)는 복수의 가열 요소(3020)를 포함할 수도 있다. 각각의 가열 요소(3020)는 카트리지(3200) 내의 하나 이상의 우물을 가열하기 위해 치수 설정되고 위치될 수도 있다. 각각의 가열 요소(3020)는 독립적인 가열 출력을 생성할 수 있도록 개별 제어 하에 있을 수도 있다.
도 20f는 카트리지 가열기(3005)의 구성 요소를 도시한다. 전술된 바와 같이, 카트리지 가열기(200)는 전방벽(3007a) 및 후방벽(3007b)을 포함할 수도 있다. 각각의 벽은 가열기 케이싱(3025)을 포함할 수도 있다. 가열기 케이싱(3025)은 내부 가열기 구성 요소(3027)를 부분적으로 캡슐화할 수도 있다. 내부 가열기 구성 요소(3027)는 도 20e에 도시된 바와 같이 하나 이상의 커넥터(3010)를 사용하여 가열기 케이싱(3025)에 연결될 수도 있다. 내부 가열기 구성 요소(3027)는 하나 이상의 가열 요소(3020)를 포함할 수도 있다. 케이싱(3025)은 가열 요소(3020)로부터의 열이 카트리지(200)의 방향이 아닌 방향으로 탈출하는 것을 방지할 수도 있다. 케이싱은 또한 카트리지 가열기(3005)의 효율을 향상시키기 위해 열을 반사할 수도 있다.
가열 요소(3020)는 발포체 절연체와 같은 절연체(3017)에 의해 부분적으로 커버될 수도 있다. 절연체(3017)는 열 차단 요소(3012)(이하 참조)가 존재할 수도 있는 구멍을 포함할 수도 있다. 구멍은 다른 시스템 구성 요소를 위한 액세스를 제공할 수 있고 또는 가열 요소(3020)에 의해 생성된 열이 별개의 타겟 위치로 주로 분배될 수 있게 한다. 내부 가열기 구성 요소 중 하나 또는 모두는 하나 이상의 서미스터(도시 생략)를 포함할 수도 있다. 서미스터는 내부 가열기 구성 요소(3027)의 온도를 모니터링할 수도 있고, 가열 요소(3020)의 출력은 모니터링된 온도에 기초하여 조정될 수도 있다. 열 차단 요소(3012)는 온도가 미리 설정된 한계를 초과하면 가열 요소로의 전력을 중단함으로써 로컬 안전 특징부로서 작용하는 온도 감응 스위치일 수도 있다.
도 20g는 카트리지 가열기(3005)와 함께 사용될 수도 있는 분석물 카트리지(200)의 실시예의 부분을 도시한다. 분석물 카트리지(200)는 대형 시약 우물(204) 및 중간 시약 우물(208)을 포함하지만 소형 시약 우물을 포함하지 않는다. 분석물 카트리지는 반응 용기 구성 요소 홀더(219)를 또한 포함한다. 우물(204, 208)은 분석물 카트리지(200)의 기다란 측면을 따라 실질적으로 편평한 수직 측면을 갖는 단면을 가질 수도 있다. 예를 들어, 우물(3204, 3208)은 실질적으로 직사각형 단면을 가질 수도 있다. 이는 카트리지 가열기(3005)에 대면하는 표면적을 증가시킬 수도 있고 이에 의해 가열 효율을 증가시킨다. 내부 가열기 구성 요소(3027)는 대형 및 중간 시약 우물(204, 208)의 편평한 외부면에 접촉하도록 구성될 수도 있다. 몇몇 경우에, 반응 우물 구성 요소 홀더(219)는 실질적으로 편평하고 수직인 측면을 포함하지 않는다. 따라서, 가열 중에 반응 용기 구성 요소 홀더(219)와 카트리지 가열기(3005) 사이에 공칭 간극이 존재할 수도 있다.
특정 가열 구역에 대응하는 모든 우물은 실질적으로 유사한 크기, 형상 및/또는 가열기 인접 표면 프로파일을 가질 수도 있다. 이는 우물이 가열 구역에 의한 균일한 열 출력에 의해 균등하게 가열되게 할 수도 있다. 예를 들어, 분석물 카트리지(200)는 복수의 대형 시약 우물(204)을 포함할 수도 있고, 카트리지 가열기(3005)는 카트리지(200)의 대형 우물부의 측면 표면 영역에 상보적인 영역 및 위치를 갖는 제1 가열 구역(3005a)을 포함할 수도 있다. 제1 가열 구역은 몇몇 실시예에서 분석물 카트리지 내의 반응 우물과 병치될 수도 있다. 유사하게, 분석물 카트리지(200)는 복수의 중간 시약 우물(208)을 포함할 수도 있고, 카트리지 가열기(3005)는 카트리지(200)의 중간 우물부의 측면 표면 영역에 상보적인 영역 및 위치를 갖는 제2 가열 구역(3005b)을 포함할 수도 있다. 제2 가열 구역은 분석물 카트리지 내의 시약 우물과 병치될 수 있다.
도 20a 및 도 20b의 카트리지 가열기(3005)는 기구 내의 비교적 고정된 위치에 있어, 단지 래인의 중심을 향해 또는 그로부터 비교적 작은 거리만을 이동한다. 몇몇 실시예에서, 카트리지 가열기(3005)는 분석물 카트리지(200)가 상이한 래인 및 프로세싱 스테이지를 통해 진행함에 따라 분석물 카트리지(200)와 함께 이동한다. 예를 들어, 카트리지 가열기(3005)는 샘플 및/또는 시약이 우물에 첨가된 후에 분석물 카트리지(200)의 상부면 상에 위치될 수도 있다.
도 20h는 몇몇 구성 요소가 제거되어 기본 구조적 및 기능적 모듈을 명료화하고 있는, 본 발명의 실시예에 따른 기구의 구성 요소의 레이아웃의 평면도를 도시한다. 전술된 실시예의 것들과 유사한 다수의 기구의 래인, 유닛 및 구성 요소 및 유사한 도면 부호는 유사한 특징부를 나타낼 수 있다. 따라서, 유사한 구성 요소의 전술된 상세가 또한 도 20h에 도시된 래인, 유닛 및 구성 요소에도 적합할 수도 있다.
도 20h에 도시된 레이아웃은 카트리지 가온 래인[3116(i)]을 포함한다. 이 래인에서, 하나 이상의 분석물 카트리지(200)가 전술된 바와 같이 하나 이상의 카트리지 가열기(3005)에 의해 가온될 수도 있다. 가열 래인[3116(i)]은 하나의 우물로부터 다른 우물로 유체(예를 들어, 샘플)를 이송하기 위한 펌프를 포함할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 하나 이상의 래인 가열기(3040)[카트리지 홀더(3005)와는 별개의]가 하나 이상의 프로세싱 래인 및 카트리지 로딩 래인 내에 일체화된다. 래인 가열기(3040)는 분석물 카트리지 및/또는 그 내용물의 온도를 주로 유지하고 그리고/또는 카트리지 가열기의 조절 범위에 대해 작은 범위 내에서 온도를 조절하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 분석물 카트리지(200)의 큰 표면 영역에 접촉하거나 매우 근접할 수도 있는 카트리지 가열기(3005)는 분석물 카트리지(200)를 신속하고 신뢰적으로 초기에 가열할 수도 있다. 분석물 카트리지(200)로부터 멀리 위치될 수도 있는 래인 가열기(3040)는 이어서 작은 온도 범위 내에서 온도 조절을 갖고 작업될 수도 있다. 몇몇 경우에, 카트리지 홀더(3005)는 주로 전도에 의해 분석물 카트리지(200)를 가열하도록 구성되고, 반면에 래인 가열기(3040)는 주로 대류 및/또는 복사에 의해 분석물 카트리지(200)를 가열하도록 구성된다. 따라서, 카트리지 홀더(3005)는 분석물 카트리지(200)를 래인 가열기(3040)가 할 수 있는 것보다 더 고속으로, 더 효율적으로 그리고 더 신뢰적으로 가열할 수도 있다. 카트리지 가열기(3005)를 사용하는 구조적 및 효율 장점에도 불구하고, 다른 실시예에서 기구는 단지 래인 가열기(3040)만을 포함하고 카트리지 가열기(3050)를 포함하지 않는다.
래인 가열기(3040)는 래인들 중 하나 이상 또는 모두에 포함될 수도 있다(예를 들어, 도 1b 또는 도 20g에 도시됨). 몇몇 실시예에서, 용출 래인[116(e)], 세척 래인[50, 116(a), 116(a)'] 및 온도 안정화 래인[116(j)]은 래인 가열기(3040)를 포함한다. 래인 가열기(3040)는 래인을 가로질러 구조적으로 동일하거나 유사할 수도 있다. 몇몇 경우에, 래인 가열기(3040)는 예를 들어 이전, 현재 또는 이후 프로세싱에 기초하여 래인을 가로질러 상이하다. 예를 들어, 래인 가열기의 가열 요소(3020)의 크기, 위치의 수는 어느 우물이 래인 내에 내용물을 가질 가능성이 있는지에 따라 다양할 수도 있다. 이러한 가열 요소 특이성은 시스템 노이즈를 감소시키고 시스템 전력 효율을 향상시킬 수도 있다.
도 20j 및 도 20k는 래인 가열기(3040)를 갖는 기구의 실시예를 도시한다. 래인 가열기(3040)는 카트리지 가열기(3005)에 대해 설명된 것들과 유사하거나 동일한 구조적 부분 및/또는 특성을 포함할 수도 있다. 도 20j에 도시된 바와 같이, 래인 가열기(3040)는 실질적으로 카트리지 가이드(800)의 아래에 위치될 수도 있어, 내부 가열기 구성 요소(3027)가 분석물 카트리지(200)의 우물을 가열할 수도 있게 된다. 몇몇 실시예에서, 내부 가열기 구성 요소(3027)는 카트리지(200)의 측면에 걸치도록 고정되어 위치된다. 따라서, 카트리지 홀더(3005)와는 달리, 래인 가열기(3040) - 몇몇 실시예에서 - 는 래인 가열기의 벽들 중 하나를 이동시키기 위한 액추에이터(3015)를 포함하지 않을 수도 있다. 분석물 카트리지(200) 상에 클램핑하는 대신에, 래인 가열기(3040)는 분석물 카트리지(200)의 측면 부근에 위치되고 구성될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 래인 가열기(3040)는 분석물 카트리지(200)와 직접 접촉하지 않는다[즉, 간극이 내부 가열기 구성 요소(3027)와 카트리지(200) 사이에 존재함].
분석물 카트리지(200)로의 열전달은 덜 효율적일 수도 있지만, 이 구성은 이동 가열기부를 가질 필요성을 배제하여, 이에 의해 잠재적인 기계적 어려움, 공간 요구 및 프로세싱 시간을 감소시킨다. 따라서, 분석물 카트리지(200)는 래인 가열기(3040)의 벽들 사이에 위치될 때까지 카트리지 가이드(800)를 따라 래인을 따라 아래로 이동할 수도 있다. 래인 가열기(3040)는 적절한 프로세싱이 발생하는 동안 또는 발생하기 전에 원하는 범위로 또는 범위 내로 분석물 카트리지의 온도를 조정하거나 유지할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 전술된 카트리지 가열기(3005) 및/또는 래인 가열기(3040)는 카트리지 및/또는 그 내용물을 냉각하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 가열 요소(3005)는 사이클링된 냉각된 유체 및/또는 열전 냉각을 사용하여 가까운 또는 접촉한 카트리지(200)를 냉각할 수도 있는 냉각 요소로 교체될 수도 있다.
상기에는 저항 가열기에 기초하여 다수의 가열기 디자인을 설명하고 있지만, 다른 실시예는 동일한 결과를 성취하기 위해 대안적인 가열 방법을 구체화할 수도 있다. 이러한 가열 방법은 적외선 가열기, 대류 또는 강제 공기 가열기, 펠티어 디바이스 및 분석물 카트리지(200)의 표면에 합치하는 가요성 가열기를 포함한다. 대안적으로, 액체는 분배되기 전에 피펫팁 내에서 가열될 수도 있다.
프로세싱 래인(116)은 이들이 분석물 카트리지(200) 상에서 작동할 수 있도록 프로세싱 래인의 외부에 있는 시스템 상의 프로세싱 도구를 위한 액세스를 제공할 수도 있다. 예를 들어, 도 1b에 도시된 바와 같이, 카트리지 로딩 래인[116(f)]은 카트리지 로딩 유닛(112)으로부터 분석물 카트리지(200)를 수용할 수도 있고, 샘플의 첨가를 위해 샘플 피펫터(70)에 그리고 시약 팩(400)으로부터 시약의 첨가를 위해 XYZ 반송 디바이스(40) 상의 XYZ 피펫터에 수용된 분석물 카트리지를 제시할 수도 있다. 용출 래인[116(e)]은 XYZ 반송 디바이스(40) 상의 XYZ 피펫터와 마이크로팁(542)을 교환할 수도 있다. 증폭 준비 래인[116(g)]은 격실들 사이의 물질의 이송을 위해, 시약 팩(400)으로부터 시약의 첨가를 위해, 반응 용기(221)의 플러깅을 위해, 그리고 반응 용기의 제거를 위해 XYZ 반송 디바이스(40) 상의 XYZ 피펫터에 분석물 카트리지(200)를 제시할 수도 있다. 폐기물 래인[116(c)]은 분석물 카트리지(200)의 액체 내용물을 액체 폐기물 저장 장치(94)로 이송할 수도 있고, 도 1d에 도시된 바와 같이 소진된 분석물 카트리지를 고체 폐기물 저장 장치(92)로 이동시킬 수도 있다.
프로세싱 래인(116)은 고정된 또는 지정된 작동 간격 또는 "피치" 중에 프로세싱 래인 내에 존재하는 분석물 카트리지(200) 상에서 임의의 이용 가능한 작동을 수행할 수도 있다. 작동은 프로세싱 래인(116)이 작동을 위해 요구되는 프로세싱 도구로의 액세스를 가지면 이용 가능하다. 연장된 반응 중에 분석물 카트리지(200)를 간단히 저장하는 것과 같은 몇몇 작동은 어떠한 프로세싱 도구도 필요로 하지 않는다. 분석물 카트리지(200)의 격실들 사이의 물질의 이송과 같은 다른 것들은 프로세싱 래인(116) 내에 존재할 수도 있는 프로세싱 도구로의 액세스를 필요로 할 수도 있다. 분석물 카트리지(200)의 외부로부터 시약의 이송과 같은 또 다른 작동은 프로세싱 래인(116) 외부의 프로세싱 도구로의 액세스를 필요로 할 수도 있다. 이러한 외부 프로세싱 도구는 다른 방식으로 결합될 수도 있기 때문에 이러한 작동은 프로세싱 래인 작동 스케쥴링의 탄력성에 대한 제약을 도입할 수도 있고, 프로세싱 래인(116)은 도구가 다른 작업을 위해 이용되지 않는 동안에만 외부 프로세싱 도구로의 액세스를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 상이한 유형의 프로세싱 래인(116)은 이하에 설명된 바와 같이 프로세싱 도구로의 액세스를 가질 수도 있다.
카트리지 로딩 래인[116(f)]은 카트리지 로딩 유닛(112), 샘플 피펫터(70), XYZ 반송 디바이스(40) 상의 XYZ 피펫터 및 이송 셔틀(50)로의 액세스를 가질 수도 있다. 카트리지 로딩 래인[116(f)]의 이용 가능한 기능은 카트리지 로딩 유닛(112)으로부터 분석물 카트리지(200)를 로딩하는 것, 고체 상태, 마이크로입자 또는 동결 건조된 시약의 재현탁을 위한 이들 카트리지를 제시하는 것, 유체 첨가, 배리어 필름(205)의 천공 및 XYZ 반송 디바이스(40) 상의 XYZ 피펫터와 샘플 피펫터(70)에 의한 혼합을 포함한다. 샘플 피펫터(70) 또는 XYZ 반송 디바이스(40) 상의 XYZ 피펫터는 카트리지 로딩 래인[116(f)] 내의 분석물 카트리지(200)에, 카트리지로부터 또는 카트리지 내에 유체를 이송할 수도 있다. 카트리지 로딩 래인[116(f)]은 카트리지 로딩 유닛(112)과 연장된 카트리지 푸셔를 공유할 수도 있다. 샘플 피펫터(70) 운동 경로의 교점에서, 카트리지 로딩 래인[116(f)]의 카트리지 가이드(800)는 샘플 피펫터(70)를 받아들이기 위한 개구 또는 간극을 가질 수도 있다. XYZ 반송 디바이스(40) 상의 XYZ 피펫터에 액세스 가능한 위치에서, 카트리지 로딩 래인[116(f)] 내의 카트리지 가이드(800)는 XYZ 피펫터를 받아들이기 위한 개구 또는 간극을 가질 수도 있다.
고온 안정화 래인[116(j)]은 래인 가열기(840, 1103), 밀리팁 피펫터(704) 및 이송 셔틀(50)로의 액세스를 가질 수도 있다. 온도 안정화 래인의 이용 가능한 기능은 분석물 카트리지(200) 내용물의 가열, 마이크로입자 또는 고체 상태의 재현탁, 분석물 카트리지의 격실 사이의 물질의 혼합 및 이송을 포함한다.
고온 안정화 래인[116(j)]보다 낮은 온도에서 열을 제공할 수도 있는 저온 안정화 래인[116(h)]은 밀리팁 피펫터(704), 분리 자석(804) 및 이송 셔틀(50)로의 액세스를 가질 수도 있다. 저온 안정화 래인(예를 들어, 주위 온도 래인)[116(h)]의 이용 가능한 기능은 마이크로입자 또는 고체 상태 시약의 재현탁, 분석물 카트리지(200)의 격실 사이의 물질의 혼합 및 이송을 포함한다. 부가적으로, 저온 안정화 래인(예를 들어, 주위 온도 래인)[116(h)]은 자기 응답성 고체 상태 또는 마이크로입자의 분리 및 세척을 용이하게 하기 위해 분석물 카트리지(200)에 자기장을 인가할 수도 있다.
세척 래인[116(b)]은 밀리팁 피펫터(704), 분리 자석(804) 및 이송 셔틀(50)로의 액세스를 제공할 수도 있다. 세척 래인[116(b)]의 분리 자석(804)은 저온 안정화 래인[116(h)]의 분리 자석보다 작을 수도 있다. 세척 래인[116(b)]의 이용 가능한 기능은 마이크로입자 또는 고체 상태 시약의 재현탁, 분석물 카트리지(200)의 격실 사이의 물질의 혼합 및 이송을 포함한다. 부가적으로, 세척 래인은 자석 마이크로입자의 분리 및 세척을 용이하게 하기 위해 반응 우물에 자기장을 인가할 수도 있다. 세척 래인은 일반적으로 대형 또는 소형 자석을 포함할 수도 있다.
용출 래인[116(e)]은 도 15a 내지 도 15c의 XYZ 반송 디바이스(1100)에 의해 이용된 것과 유사한 마이크로팁 피펫터(1142), 분리 자석(804), XYZ 반송 디바이스(40) 상의 XYZ 피펫터 및 이송 셔틀(50)로의 액세스를 가질 수도 있다. 용출 래인은 또한 분석물 카트리지의 사용된 우물 내의 마이크로팁을 폐기할 수 있다. 용출 래인의 이용 가능한 기능은 마이크로입자의 재현탁, 분석물 카트리지의 격실 사이의 물질의 혼합 및 이송을 포함한다. 부가적으로, 용출 래인[116(e)]은 현탁된 자기 응답성 고체 상태 또는 마이크로입자의 수집을 용이하게 하기 위해 분석물 카트리지(200)에 자기장을 인가할 수도 있다. 용출 래인[116(e)]은 또한 반응 용기(221)를 폐쇄하기 위해 용기 플러그(222)를 픽업, 드롭오프(drop off) 및 배치하는 능력을 또한 가질 수 있다. 용출 래인은 XYZ 피펫터(40)로의 액세스를 제공하기 때문에, 용출 래인[116(e)]은 분석물 카트리지(200)와 시약 저장 유닛(124) 사이로 물질을 이송하고 분석물 카트리지와 임의의 열 사이클러 모듈(1300)(도 16a 참조) 사이로 물질을 이송할 수도 있다. 용출 래인[116(e)]은 마이크로팁(542)의 소스 및 폐기 방법을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 마이크로팁은 분석물 카트리지(200)의 우물 내로 배출에 의해 폐기된다. 다른 실시예에서, 마이크로팁(542)을 위한 소스 및 폐기 부지로의 액세스를 갖는 XYZ 반송 디바이스(40) 상의 XYZ 피펫터는 하나 이상의 마이크로팁(542)을 용출 래인에 전달한다. 용출 래인 내의 마이크로팁 피펫터가 마이크로팁(542)을 사용한 후에, XYZ 반송 디바이스(40) 상의 XYZ 피펫터는 소진된 마이크로팁(542)을 픽업하여 이어서 폐기할 수도 있다.
증폭 준비 래인[116(g)]은 XYZ 반송 디바이스(40) 및 이송 셔틀(50)의 XYZ 피펫터로의 액세스를 가질 수도 있다. 증폭 준비 래인[116(g)]의 이용 가능한 기능은 마이크로입자 또는 고체 상태의 재현탁, 분석물 카트리지(200)의 격실 사이의 물질의 혼합 및 이송, 분석물 카트리지와 시약 저장 유닛(124) 사이의 물질의 이송 및 분석물 카트리지와 임의의 열 사이클러 모듈(1300) 사이의 물질의 이송을 포함할 수도 있다. 부가적으로, XYZ 반송 디바이스(40)의 XYZ 피펫터는 용기 플러그(222)를 픽업하고, 드롭오프하고, 배치하여 반응 용기(221)를 폐쇄하고 반응 용기를 반송할 수도 있다. 증폭 준비 래인의 카트리지 가이드(800)는 XYZ 피펫터를 받아들이기 위해 XYZ 반송 디바이스(40)의 XYZ 피펫터의 도달 범위 내의 위치에 개구 또는 간극을 가질 수도 있다. 증폭 제시 래인[116(g)]은 밀봉된 반응 용기의 전도성 플러그를 감지할 수 있는 용기 검출 센서를 가질 수도 있다. 이러한 용기 검출 센서는 전도성 플러그의 존재를 검출하기 위해 액체 레벨 감지 회로를 이용할 수도 있다. 대안적으로, 용기 검출 센서는 피펫 펌프의 내부 압력을 모니터링하는 압력 센서를 이용할 수도 있다. 다른 대안으로서, 용기 검출 센서는 액체 레벨 감지 회로 및 압력 센서의 모두를 이용하여 피펫 맨드릴 상의 밀봉된 반응 용기의 존재를 검출할 수도 있다. 증폭 준비 래인[116(g)]은 마이크로팁 및 사용된(즉, 열 사이클링 후에) 반응 용기를 수집하는데 이용된 폐기물 슈트로의 연결부를 또한 가질 수 있다. XYZ 받침대는 이들이 제어된 방식으로 낙하하도록 피펫 맨드릴로부터 이들 아이템을 느리게 이완시키는 "소프트 배출" 루틴을 이용할 수 있다.
폐기물 래인[116(c)]은 도 14a 및 도 14c에 도시된 바와 같이 흡입 프로브(986), 고체 폐기물 이젝터(874) 및 이송 셔틀(50)로의 액세스를 포함할 수 있다. 폐기물 래인[116(c)]의 이용 가능한 기능은 분석물 카트리지(200) 격실로부터 액체의 배수 및 분석물 카트리지의 폐기를 포함한다.
외부 도구의 사용에 대한 상충하는 제약 및 이하에 설명되는 피치 간격 및 이송 윈도우의 타이밍 제약을 받게 되어, 프로세싱 래인은 임의의 시퀀스로 임의의 이용 가능한 작동을 수행할 수도 있다. 제1 프로토콜 및 제2 프로토콜은 소정의 프로세싱 래인(116)에서 수행되고, 또는 제1 프로토콜은 제2 프로토콜에 의해 지정된 것들과는 상이한 소정의 래인에서 작동을 지정할 수도 있다. 이 프로세싱 래인 개념은 프로세싱 래인 내의 이 선택 가능한 작동 시퀀스의 조합에 의해 그리고 프로세싱 래인의 선택 가능한 시퀀스를 통한 분석물 카트리지를 경로 안내하는 능력에 의해 탄력성 프로토콜 실행을 위한 능력을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예는 전술된 특징에 부가하여 또는 대안으로서 다수의 다른 특징부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예는 하나 이상의 다기능 래인을 포함할 수도 있고, 각각의 래인은 삽입된 카트리지 상의 모든 샘플 프로세싱 단계를 수행하는 것이 가능하다. 이러한 프로세싱 래인은 열 사이클러 모듈을 포함할 수도 있다.
K. 마이크로팁
도 12a는 마이크로팁(490)의 칼라[490(a)]와 결합된 피펫터 맨드릴(460)의 측단면도를 도시한다. 도 12b는 도 12a에 도시된 마이크로팁(490)의 사시도를 도시한다.
본 발명의 실시예에서, 마이크로팁(490)은 예를 들어 약 100 또는 200 μL 이하인 용량을 갖는 비교적 소용량 피펫팁일 수 있다. 마이크로팁(490)은 예를 들어 격리 단계 중에 사용을 위한, 밀리팁(220)에 대해 전술된 하나 이상의 용도로 사용될 수도 있다.
마이크로팁(490)은 밀리팁(220)에 대해 전술된 임의의 또는 모든 물리적 특성을 공유할 수도 있다. 예를 들어, 마이크로팁(490)은 피펫팅 오리피스로 테이퍼링될 수도 있고, 유연한 커플링 테이퍼를 통해 피펫터에 결합될 수도 있어 제거 및 교체 작업을 지원한다. 마이크로팁(490)의 길이는 적합한 피펫 맨드릴 상에 장착될 때 시스템 상에 사용된 100 mm 튜브 또는 다른 샘플 컨테이너의 깊이에 도달하기에 충분할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 마이크로팁(490)의 길이는 약 30 내지 80 mm, 예를 들어 약 50 mm이다.
도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이, 마이크로팁(490)은 사용 중에 피펫터 맨드릴(460)에 결합하는 장착 구멍을 포함할 수 있다. 마이크로팁(490)은 예를 들어 복수의 세그먼트에서 테이퍼링될 수도 있다. 따라서, 커플링 테이퍼[490(a)]는 장착 구멍으로부터 하부 직경 단차부로 연장하여 착좌면[490(a)-2]을 형성할 수도 있다. 밀리팁(220)과 관련하여, 마이크로팁(490)은 상부 테이퍼[490(e)], 중간 테이퍼[490(d)] 및 하부 테이퍼[490(c)]를 포함할 수도 있다. 이들 테이퍼 세그먼트는 밀리팁의 각각의 세그먼트에 대해 전술된 하나 이상의 것을 가질 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 마이크로팁(490)에 대해, 중간 테이퍼[490(d)]{상부 테이퍼[490(e)]가 아니라}는 도 12b에 도시된 바와 같이 대부분의 부분 길이에 대해 연장한다. 몇몇 실시예에서, 커플링 테이퍼[490(a)]는 마이크로팁의 상부로부터 약 5 내지 15 mm(예를 들어, 약 7.5 mm) 연장하고, 상부 테이퍼[490(e)]는 커플링 테이퍼의 단부로부터 약 5 내지 15 mm(예를 들어, 약 7.2 mm) 연장하고, 중간 테이퍼[490(d)]는 상부 테이퍼의 단부로부터 약 15 내지 45 mm(예를 들어, 약 28.8 mm) 연장하고, 하부 테이퍼[490(c)]는 중간 테이퍼의 단부로부터 약 3 내지 10 mm(예를 들어, 약 6.3 mm) 연장한다.
하부 테이퍼[490(c)]는 피펫팅 오리피스(예를 들어, 약 0.1 mm 내지 약 0.5 mm의 직경을 가짐)를 둘러싸는 고리(예를 들어, 약 0.5 mm 내지 약 1 mm의 직경을 갖는 편평한 고리)에서 종료하는 부분의 정상 단부를 형성할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 고리의 직경은 약 0.8 mm이고, 오리피스의 직경은 약 0.3 mm이다.
밀리팁(220)에 대해, 마이크로팁(490)의 커플링 테이퍼[490(a)]는 평활한 내부면을 갖고 지지 리브를 갖지 않는 유연한 테이퍼일 수도 있다. 커플링 테이퍼[490(a)]의 벽은 약 0.1 내지 1.0 mm(예를 들어, 약 0.5 mm)의 두께를 가질 수도 있다.
밀리팁(220)에 대해, 마이크로팁의 커플링 테이퍼[490(a)]는 마이크로팁(490)의 축에 수직인 착좌면을 형성하는 상부 테이퍼의 상부에서의 직경이 급격하게 변경할 수도 있다. 착좌면은 약 1 mm 내지 5 mm(예를 들어, 약 3 mm)의 직경을 갖는 코어를 둘러싸는 약 0.05 내지 0.5 mm(예를 들어, 약 0.10 mm)의 폭을 갖는 편평한 고리를 형성할 수도 있다.
장착 구멍을 형성하는 커플링 테이퍼[490(a)]의 개방 단부는 밀리팁(220)에 대해 전술된 바와 같이, 정지 환형부에서 종료할 수도 있다. 마이크로팁(490)은 밀리팁(220)에 대해 전술된 바와 같이, 상부 테이퍼[490(a)] 내의 에어로졸 배리어 및/또는 급격한 내부 직경 감소부를 포함할 수도 있다.
도 12ca에 도시된 바와 같이, 마이크로팁은 하부 테이퍼[490(c)]에서 하나 이상의 환기 특징부(491)를 또한 포함할 수도 있다. 도 12cb는 하부 테이퍼[490(c)]의 부분의 측면도를 도시한다. 도 12cb에 도시된 치수는 인치 단위이지만, 치수는 다른 실시예에서 변경될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 환기 특징부는 마이크로팁의 다른 평활한 외부벽으로부터 급격한 편향부를 포함할 수도 있다. 편향부는 마이크로팁의 주축을 따라 수직 방향으로 연장될 수도 있고, 외경, 돌출 리브, 절개된 채널 또는 유사한 특징부 상에 날카로운 코너를 포함할 수도 있다. 게다가, 마이크로팁 피펫 오리피스의 외부는 환형일 수도 있고, 그 평면은 마이크로팁의 중심축에 직각이다. 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 환기 특징부 또는 채널은 마이크로팁의 원위 팁으로 연장하지 않는다. 예를 들어, 환기 채널은 팁의 단부로부터 약 0.1 내지 0.5 mm(예를 들어, 약 0.25 mm)에서 종료될 수도 있다.
마이크로팁(490)은 밀리팁(220)에 대해 전술된 바와 같이 하나 이상의 재료(예를 들어, 전도성 재료와 베이스 폴리머의 혼합물) 또는 특성(전기 전도성)을 포함할 수도 있다. 마이크로팁(490)은 밀리팁의 형성에 대해 전술된 바와 같은 성형 프로세스를 사용하여 제조될 수도 있다.
L. 마이크로팁 저장
도 13a는 액세스 커버가 개방 구성에 있는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로팁 저장 유닛의 정면 사시도를 도시한다.
도 13b는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로팁 저장 유닛의 부분을 도시한다.
도 13c는 마이크로팁 저장 유닛의 부분의 평면도를 도시한다.
도 13d는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로팁 저장 유닛의 래크 걸쇠를 도시한다.
도 13e는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로팁 래크의 사시도를 도시한다.
도 13f는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로팁 래크의 분해도를 도시한다.
도 13f에 도시된 바와 같이, 마이크로팁(542)은 마이크로팁 래크(550) 내에 유지된 복수의 팁의 형태로 제공될 수도 있다. 마이크로팁 래크(550)는 이어서 마이크로팁 저장 유닛(120) 내의 시스템 상에 저장될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 마이크로팁 래크(550) 및 마이크로팁 저장 유닛(120)은 시약 팩(400) 및 시약 저장 유닛(124)(도 9a 내지 도 9e 및 도 8a 내지 도 8c 각각 참조)과 구조적 유사성을 갖는다.
도 13a를 참조하면, 마이크로팁 저장 유닛(120)은 하나 이상의 마이크로팁 래크(550)를 수용하는 플랫폼을 포함할 수도 있다. 다수의 마이크로팁 래크(550)의 저장은 유리하게는 시스템 작동을 중단하지 않고 소비된 마이크로팁 래크(550)의 교체를 허용한다. 일 실시예에서, 마이크로팁 저장 유닛(120)은 최대 4개의 마이크로팁 래크(550)를 수용한다. 이는 유리하게는 불충분한 마이크로팁(542)이 진행중인 분석을 위해 잔류하는 걱정 없이 시스템이 단일 마이크로팁 래크(550) 내의 모든 마이크로팁(542)을 사용할 수 있게 한다. 마이크로팁 저장 유닛(120)은 시스템 지면과 임의의 로딩된 마이크로팁 래크(550) 사이의 전도성 경로를 포함할 수도 있다. 이는 유리하게는 그렇지 않으면 축적되어 마이크로팁 래크(550)로부터 마이크로팁(542)을 변위시킬 수도 있는 정전하를 소산시킨다. 이 기능을 지원하기 위해, 마이크로팁 래크(550)의 적어도 일부는 전도성 또는 정전 방지 플라스틱으로 제조될 수도 있다. 이러한 전도성 또는 정전 방지 플라스틱은 지방족 아민, 지방족 아미드, 4원 암모늄염, 인산 에스테르, 폴리올, 폴리올 에스테르, PEDOT:PSS 및 폴리아닐린 나노파이버와 같은 정전 방지제와 혼합되거나 처리된 탄소 충전된 폴리프로필렌, 폴리아세틸렌, 폴리푸롤, 폴리아닐린 및 폴리머를 포함한다.
각각의 래크(550)는 임의의 적합한 수의 마이크로팁을 유지할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 각각의 래크는 마이크로팁의 6×20 어레이를 유지할 수도 있다. 래크는 본 발명의 다른 실시예에서 더 많거나 적은 마이크로팁을 유지할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 마이크로팁 래크(550) 내에 유지된 마이크로팁은 서로 포개질 수도 있다.
도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 마이크로팁 저장 유닛(120)은 슬롯벽(520), 후방벽(558), 핑거 가이드(532) 및 액세스 커버(556)에 의해 형성된 3개 이상(예를 들어, 4개 이상)의 평행 슬롯을 포함할 수 있다. 각각의 평행 슬롯은 마이크로팁 래크(550)를 수용한다. 완충 스프링이 액세스 커버(556)에 추가되어 액세스 커버(556)의 이동을 제어할 수도 있다.
마이크로팁 저장 유닛은 평행 슬롯벽(520) 및 후방벽(558)에 수직이고 이들을 연결하는 베이스 플레이트(522)를 또한 포함할 수도 있다. 각각의 슬롯은 마이크로팁 래크 플랜지(560)의 하부 외형을 지지하기 위해 슬롯벽(520)으로부터 연장하는 래크 가이드(530)를 포함할 수도 있다. 일 측면 상의 래크 가이드(530)는 따라서 각각의 마이크로팁 래크(550)를 지지할 수도 있다. 각각의 슬롯의 일 측면의 하나 이상의 편의 스프링(528)(또는 다른 유형의 편의 요소)이 대향 슬롯벽(520)에 대해 마이크로팁 래크(550)를 가압하여 마이크로팁 래크(550)를 안정화하고 위치 정확성을 보장할 수도 있다. 래크 가이드의 전방 에지는 로딩 프로세스 중에 오정렬을 보상하기 위해 마이크로팁 래크(550)를 안내하는 기능을 하는 인입 특징부(526)를 포함할 수도 있다. 마이크로팁 저장 유닛의 외부벽은 폐기물 폐기 영역으로 이어지는 폐기물 슈트를 위한 장착점으로서 기능할 수도 있다.
도 13c를 참조하면, 후방벽(558)은 삽입시에 마이크로팁 래크(550) 상의 중심설정 슬롯(536)에 결합하는 중심설정 핀(534)을 포함할 수도 있다. 이 중심설정 핀(534)은 마이크로팁 저장 유닛(120) 내의 마이크로팁 래크(550)의 위치를 고정하는 기능을 할 수 있다. 마이크로팁 저장 유닛(120)은 도 8c에 도시된 바와 같은 RSU 래치 조립체와 유사한 스프링 장전 래크 걸쇠(554)(도 13d)를 사용하여 각각의 로딩된 마이크로팁 래크를 적소에 더 고정할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 래크 걸쇠(554)는 걸쇠 피벗(570) 상에서 피벗하고 마이크로팁 래크(550)(도 13e) 내의 상보형 걸쇠 리세스(552)에 결합할 수도 있다. 후방벽(558)은 걸쇠(554)가 마이크로팁 래크(550)를 고정하지 않을 때 마이크로팁 래크(550)가 배출될 수 있도록 하는 배출 스프링(또는 다른 편의 요소)을 또한 포함할 수도 있다.
단일 래치 피벗(570)이 마이크로팁 저장 유닛(120) 내에 복수의 래크 래치(554)를 장착하도록 후방벽(558)을 가로질러 연장할 수도 있다. 래크 래치(554)는 시약 저장 유닛(124)과 실질적으로 동일한 방식으로 작동할 수도 있어, 래치 리세스(552)와 같은 정합 특징부 내에 배치되고, 마이크로팁 래크(550)의 로딩시에 해제될 때까지 마이크로팁 래크(550)를 적소에 유지한다. 마이크로팁 래크(550)는 래크 래치 탭(568) 상에 하향 압력의 인가에 의해 마이크로팁 저장 유닛(120)으로부터 해제될 수도 있는데, 이는 래크 래치(554)가 래치 피벗(570)에 의해 규정된 축 주위에서 회전하게 하여 이에 의해 래크 래치(554)를 마이크로팁 래크(550)의 걸쇠 리세스(552)로부터 후퇴시킨다. 일 실시예에서, 하향 압력이 마이크로팁(542)을 통해 인가된 것으로서 XYZ 엘리베이터(1120)(도 15c에 도시됨)에 의해 공급된다. 시약 저장 유닛(124)에 대해 전술된 바와 같이, 마이크로팁 저장 유닛(120)의 후방벽은 저장된 마이크로팁 래크(550)와 정렬하는 구멍을 포함할 수도 있고, 이 구멍은 동일한 슬롯 내에 새로운 마이크로팁 래크의 로딩시에 마이크로팁 저장 유닛의 후방을 통해 소진된 마이크로팁 래크가 변위되는 것을 허용할 것이다.
마이크로팁 저장 유닛(120)은 마이크로팁 래크(550)의 존재를 검출하는 센서를 포함할 수도 있다. 적합한 센서는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 홀 효과 센서, 광학 센서 또는 중량 측정 센서를 포함하고, 마이크로팁 저장 유닛(120)의 후방벽(558)에 부착될 수도 있다. 일 실시예에서, 센서는 미국 텍사스주 캐롤톤 소재의 Optek으로부터의 옵토 슬롯 센서와 같은 광학 센서이다. 대안적으로, 시스템은 XYZ 피펫터[예를 들어, 도 15a에 도시된 요소(1136)]로의 마이크로팁(542)의 성공적인 로딩을 확인함으로써 마이크로팁 래크(550)의 존재를 검출할 수도 있다.
도 13b에 도시된 바와 같이, 핑거 가이드(532)는 마이크로팁 저장 유닛(120)의 전방부의 상부 외형을 가로질러 연장할 수도 있다. 이는 로딩 프로세스 중에 가이드로서 그리고 물리적 한계로서 작용할 수 있다. 일 실시예에서, 마이크로팁 저장 유닛(120) 내로 마이크로팁 래크(550)를 로딩하기 위해, 사용자는 래크 가이드(530) 위에 그러나 핑거 가이드(532) 아래에 마이크로팁 래크(550)의 원위 단부(566)를 정렬함으로써 마이크로팁 래크(550)를 평행 슬롯 내로 슬라이드한다. 도 13a에 도시된 바와 같이, 액세스 커버(556)는 마이크로팁 저장 유닛(120)의 전방부를 차폐할 수도 있다. 일 실시예에서, 액세스 커버(556)는 힌지로 핑거 가이드(532)에 부착될 수 있어, 마이크로팁 래크(550)의 사용자 로딩 및 언로딩을 위한 개방을 허용한다. 액세스 커버(556)는 로딩된 마이크로팁 래크(550)의 상황을 사용자에게 통지하는 각각의 슬롯과 연관된 지시기의 세트를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 이들 지시기는 그 컬러가 로딩된 마이크로팁 래크의 존재 및 상황을 지시하는 LED의 세트이다. 다른 실시예에서, 로딩된 마이크로팁 래크(550)의 상황은 시스템의 사용자 인터페이스의 부분으로서 시스템 디스플레이 상에 지시될 수 있다. 대안적인 실시예는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 백열 램프, LCD 디스플레이 또는 다른 적합한 시각적 지시기를 포함한다.
몇몇 실시예에서, XYZ 피펫터는 마이크로팁 저장 유닛(120)에 액세스 가능할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 마이크로팁 저장 유닛(120)은 조작자가 마이크로팁 래크를 용이하게 로딩 및 언로딩하는 것을 허용하기 위해 시스템의 전방 부근에 존재한다.
바람직한 실시예에서, 마이크로팁 저장 유닛(120)에 저장된 마이크로팁(542)은 마이크로팁 래크(550) 내에 유지된다. 도 13e는 근위 단부(562) 및 원위 단부(566)를 갖는 마이크로팁 래크(550)를 도시한다. 근위 단부(562)는 래크의 삽입 및 제거를 위한 파지점을 사용자에게 제공하는 핸들 조립체(564)를 포함할 수도 있다. 원위 단부(566)는 마이크로팁 래크(550)의 삽입시에 마이크로팁 저장 유닛(120)의 래크 걸쇠(554)와 인터페이스하는 걸쇠 리세스(552)를 포함할 수도 있다. 마이크로팁 래크(550)는 바코드, RFID 칩, 하나의 와이어 디바이스 또는 마이크로팁 래크(550)에 관련된 정보를 시스템에 전달하는 다른 디바이스를 또한 포함할 수도 있다. 각각의 마이크로팁 래크(550)는 복수의 마이크로팁(542)을 유지한다. 일 실시예에서, 마이크로팁 래크(550)는 7×23 매트릭스로 161개의 마이크로팁(542)을 유지한다. 마이크로팁 래크(550)는 구성 요소를 함께 스냅 결합함으로써 형성될 수도 있고(예를 들어, 도 13f에서와 같이), 또는 이들은 함께 마찰 끼워맞춤, 용접 또는 접착될 수도 있다.
마이크로팁(542) 상에 축적된 정전하를 소산시키기 위해, 마이크로팁(542)에 접촉하는 마이크로팁 래크(550)의 부분은 적어도 부분적으로는 전도성 또는 정전 재료로 구성될 수도 있다. 이러한 전도성 또는 정전 플라스틱은 지방족 아민, 지방족 아미드, 4원 암모늄염, 인산 에스테르, 폴리올, 폴리올 에스테르, PEDOT:PSS 및 폴리아닐린 나노파이버와 같은 정전 방지제와 혼합되거나 처리된 탄소 충전된 폴리프로필렌, 폴리아세틸렌, 폴리푸롤, 폴리아닐린 및 폴리머를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 단지 팁 지지체(546)만이 전도성 또는 정전 재료로부터 제조된다. 마이크로팁 래크(550)의 래크 베이스(538)는 오염을 방지하기 위해 마이크로팁(542)을 봉입하도록 설계된다. 일 실시예에서, 래크 베이스(538)는 마이크로팁 저장 유닛(120) 내에 마이크로팁 래크(550)를 고정하기 위한 걸쇠 리세스(552)를 포함한다. 래크 베이스(538)는 또한 전도성 또는 정전 재료로 제조될 수도 있다. 마이크로팁 지지체(546), 마이크로팁(542) 및 마이크로팁 래크 베이스(538) 사이의 관계가 또한 도 13f에 도시된 마이크로팁 래크(550)의 분해도에 도시되어 있다. 마이크로팁(542)은 마이크로팁(542) 상의 래크 커버(544)의 배치에 의해 오염으로부터 더 보호될 수도 있다. 래크 커버(544)는 마이크로팁 래크(550)에 부착되고, 일 실시예에서 래크 커버(544)는 접착제를 사용하여 마이크로팁 래크(550)의 상부 주연부에 부착된다. 래크 커버(544)는 다수의 층으로 구성될 수도 있고, 접착제를 사용하여 적소에 유지될 수도 있다.
마이크로팁 래크(550)는 마이크로팁 이외의 아이템을 저장하는 기능을 할 수도 있다. 이러한 아이템은 반응 용기 베이스(246), 반응 용기 플러그(222), 추가의 프로세싱을 대기하는 밀봉된 반응 용기 및 열 사이클러 성능을 특징화하는데 사용을 위한 시험 디바이스를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 마이크로팁은 재사용 또는 최종적인 폐기를 위해, 사용 후에 마이크로팁 래크(550)로 복귀될 수도 있다.
M. 폐기물 프로세싱: 폐기물 프로세싱 래인
도 14a는 본 발명의 실시예에 따른 폐기물 프로세싱 래인의 사시도를 도시한다.
도 14b는 본 발명의 실시예에 따른 액체 폐기물 저장 조립체의 사시도를 도시한다.
도 14c는 본 발명의 실시예에 따른 고체 폐기물 컨테이너와 연관하여 폐기물 프로세싱 래인의 사시도를 도시한다.
샘플의 프로세싱 후에, 시스템이 오염의 위험을 최소화하고 사용자의 안전을 보장하는 방식으로 다른 소모품과 함께 사용된 분석물 카트리지(200) 및 그 내용물을 폐기하기 위한 디바이스를 갖는 것이 바람직할 수도 있다. 전술된 바와 같이, 도 1b를 참조하면, 프로세싱 래인(116) 중 적어도 하나는 샘플의 프로세싱 후에 사용된 분석물 카트리지(200)의 폐기에 사용될 수 있다. 폐기물 래인[116(c)]은 고체 및 액체 폐기물의 모두의 폐기를 위한 도구를 포함하거나 그에 대한 액세스를 갖는다.
도 14a는 흡입 프로브(986), 고체 폐기물 격납고(874) 및 폐기물 카트리지 캐리지(872)로의 액세스를 포함하는 폐기물 래인(870)의 실시예를 도시한다. 폐기물 래인(870)의 기능은 분석물 카트리지(200)로부터의 액체의 제거 및 분석물 카트리지(200)의 폐기를 포함할 수 있다. 대안적으로, 폐기물 래인(870)은 폐기물 유체의 사전 제거 없이 분석물 카트리지(200)를 폐기할 수도 있다.
도 14a에 도시된 바와 같이, 폐기물 래인(870)은 분석물 카트리지(200)로부터 액세스 가능한 액체 폐기물을 제거하는 흡입 프로브(986)를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 흡입 프로브(986)는 래인 운동 경로를 따라 고정된 위치에서 폐기물 카트리지 가이드(990) 위에 배치된다. 흡입 프로브(986)는 흡입 프로브(986)의 수직 이동을 용이하게 하는 프로브 엘리베이터(988) 상에 장착될 수도 있다. 폐기물 카트리지 가이드(990)의 상부벽은 흡입 프로브(986)가 분석물 카트리지(200)에 액세스할 수 있게 하기 위해 프로브 엘리베이터(988)와 정렬하는 고정된 위치에 개구 또는 간극을 포함할 수 있다.
폐기물 래인(870)의 몇몇 구성 요소는 시스템의 프로세싱 영역 내에 위치될 수도 있고, 반면에 다른 것들은 디자인 편의를 위해 그리고 오염의 위험을 최소화하기 위해 시스템 상의 다른 위치에 위치될 수도 있다. 예를 들어, 폐기물 물질로부터 오염의 위험은 샘플 프로세싱 및 분석에 전용된 시스템의 부분으로부터 적어도 부분적으로 격리되는 격실 내의 폐기물 컨테이너를 교체함으로써 감소된다.
도 14b에 도시된 실시예에서, 폐기물 래인(870)의 구성 요소는 연동 펌프(909), 액체 폐기물 컨테이너(908) 및 충전 센서(907)를 포함한다. 이들은 기능적으로는 폐기물 래인의 부분이지만, 도 1d에 도시된 바와 같이, 이들은 시스템의 베이스 내의 봉입된 캐비넷에 저장될 수도 있다.
작동시에, 흡입 프로브(986)는 폐기물 또는 잔류 액체를 분석물 카트리지(200)에 진입시키고 배수한다. 흡입 프로브(986)는 흡인을 제공하는 연동 펌프(909)에 유동식으로 연결된 중공 튜브를 포함할 수 있다. 대안적으로, 흡인은 진공 펌프와 같은 부압 소스로의 연결을 경유하여 제공될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 흡입 프로브의 중공 튜브는 스프링 장전된다. 이 배열은 중공 튜브가 사전 설정된 수직 정지부에 도달하거나 분석물 카트리지(200) 격실의 저부와 충돌할 때까지 흡입 프로브(986)를 하향으로 추진하여, 모든 유체 내용물이 흡입 프로브(986)로의 손상을 최소화하면서 제거되는 것을 보장한다. 몇몇 실시예에서, 흡입 프로브(986)의 중공 튜브는 전도성이고 액체 레벨 감지 회로와 통신한다. 이는 시스템이 흡입 프로브가 접촉된 액체 폐기물을 갖는 것을 검증하고 그 성공적인 제거를 검증하는 것을 허용한다. 대안 실시예에서, 폐기물 래인(870)은 밀리팁 피펫터(704)를 포함할 수도 있고, 분석물 카트리지(200)로부터 폐기물 유체를 이송하기 위해 밀리팁(220)을 이용할 수도 있다.
도 14b에 도시된 바와 같이, 연동 펌프(909)는 흡입 프로브(986)를 통해 액체 폐기물 컨테이너(908) 내로 유체를 이송함으로써 배수 작용을 구동할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 액체 폐기물 컨테이너(908)는 흡입 프로브(986)에 연결될 수도 있고, 부압의 소스로의 연결부를 포함할 수도 있어, 이에 의해 능동 펌핑 메커니즘의 사용을 회피한다. 액체 폐기물 컨테이너(908)는 폐기물 유체를 저장하는 기능을 하고 튜빙에 의해 연동 펌프(909)에 연결된다. 몇몇 실시예에서, 액체 폐기물 컨테이너(908)는 그 내부에 저장된 액체의 레벨을 모니터링하는 충전 센서(907)를 포함한다. 이 충전 센서(907)는 부유 밸브, 액체 폐기물 컨테이너(908)의 중량을 모니터링하기 위한 저울 또는 용량성 센서를 포함하는 임의의 다수의 센서 유형일 수도 있다. 일 실시예에서, 충전 센서(907)는 관통 빔 광학 센서이다. 대안적으로, 시스템은 배수되어 있는 각각의 분석물 카트리지(200) 격실의 공지의 충전 체적을 집합함으로써 액체 폐기물 컨테이너(908)의 충전 레벨을 추정할 수도 있다. 연동 펌프(909) 및 액체 폐기물 컨테이너(908)는 기능적으로 폐기물 래인(870)의 부분이지만, 폐기물 래인의 외부에 존재할 수도 있다. 대안적인 실시예에서, 액체 폐기물은 분석물 카트리지(200)로부터 외부 배수구로 이송될 수도 있어, 시스템 상에 액체 폐기물을 저장할 필요성을 회피한다.
일 실시예에서, 폐기물 래인(870)은 흡입 프로브(986)가 분석물 카트리지(200)의 연속적인 격실을 배수하도록 소진된 분석물 카트리지(200)를 이동시킴으로써 기능하여, 배수된 유체를 액체 폐기물 컨테이너(908)로 이송한다. 폐기물 래인(870) 내의 폐기물 카트리지 캐리지(816)는 흡입 프로브(986) 아래의 위치로 격실을 이동시키도록 전진할 수도 있고 프로브 엘리베이터(988)가 흡입 프로브를 격실 내로 하강시키게 한다. 프로브 엘리베이터(988)는 가장 깊은 격실의 저부에 도달하기에 충분한 깊이로 격실 내로 흡입 프로브(986)를 하강시킨다. 스프링 장전은 실제 깊이에 무관하게 격실 저부에 흡입 프로브(986)를 정지시킬 수도 있다. 이는 유리하게는 격실 깊이에 관련된 불확실성에 기여할 수도 있는 공차 적층을 수용한다. 대안적으로, 프로브 엘리베이터(988)는 특정 격실에 적합한 깊이로 흡입 프로브(986)를 선택적으로 하강시킬 수도 있다. 프로브 엘리베이터(988)가 흡입 프로브(986)를 하강시킴에 따라, 시스템은 격실의 충전 레벨을 결정하기 위해 액체 레벨 센서를 모니터링할 수도 있고, 일단 흡입 프로브가 유체에 접촉하면 배수를 시작하도록 연동 펌프(909) 또는 다른 부압 소스를 활성화할 수도 있다. 일단 흡입 프로브 조립체(870)가 격실을 배수하면, 액체 레벨 센서는 감소된 충전 레벨을 감지함으로써 배수 프로세스의 효율을 확인할 수도 있다. 배수 후에, 프로브 엘리베이터(988)는 흡입 프로브(986)를 상승시키고, 카트리지 캐리지(816)는 흡입 프로브가 다음 격실과 정렬되도록 분석물 카트리지(200)를 재배치하도록 전진한다.
도 14c에 도시된 바와 같이, 폐기물 래인(870)은 분석물 카트리지(200)를 폐기하는 기능을 하는 고체 폐기물 이젝터를 포함할 수 있다. 고체 폐기물 이젝터는 폐기물 카트리지 가이드(800)와 정렬되고, 폐기물 카트리지 가이드의 근위 단부에 배치될 수도 있다. 고체 폐기물 이젝터는 카트리지 가이드(800)로부터 분석물 카트리지(200)를 수용하고 이를 조작자 제거를 위해 저장한다. 고체 폐기물 이젝터의 구성 요소는 배출 중에 소진된 분석물 카트리지를 받아들여 일시적으로 수용하기 위한 폐기물 격납고(874), 재밍을 회피하기 위해 소진된 분석물 카트리지를 안내하기 위한 폐기물 슈트(880) 및 소진된 분석물 카트리지를 보유하기 위한 고체 폐기물 컨테이너(882)를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 폐기물 격납고(874) 및 폐기물 슈트(880)는 단일 구성 요소로 조합될 수도 있다. 고체 폐기물 컨테이너(882)는 기능적으로 폐기물 래인[116(c)]의 부분일 수 있지만, 폐기물 래인의 외부에 존재할 수도 있다. 도 1d에 도시된 바와 같이, 고체 폐기물(92)은 시스템 아래의 폐기물 캐비넷에 저장될 수도 있다. 시스템은 오염물의 부주의한 해제의 확률을 감소시키거나 그 영향을 최소화하는 특징부를 구비할 수도 있다. 폐기물 캐비넷은 초음파 광원을 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 폐기물 캐비넷은 유입 공기, 유출 공기 또는 양자 모두가 HEPA 필터를 통해 통과하는 상태로, 부압으로 유지된다. 이러한 HEPA 필터는 단일 필터의 상이한 영역을 통해 시스템의 상이한 부분으로 또는 상이한 부분으로부터 공기 유동을 안내하는 매니폴드 내에 장착될 수도 있다. 공기압이 이러한 HEPA 필터의 양 측면에서 모니터링될 수 있어 HEPA 필터가 교체될 필요가 있는지 여부를 결정한다. 몇몇 실시예에서, 고체 폐기물 컨테이너는 1회용일 수도 있다. 다른 실시예에서, 고체 폐기물 컨테이너는 재사용 가능할 수도 있고 1회용 라이너와 함께 사용될 수도 있다. 고체 폐기물의 봉입을 보장하는 것을 돕기 위해, 시스템은 폐기물통의 현재 용량을 모니터링하는 폐기물통 센서를 포함할 수도 있어, 시스템이 폐기물통이 비움을 필요로 할 때 사용자에게 통지할 수 있게 한다. 몇몇 실시예에서, 시스템은 비움 후에 폐기물 캐비넷 내의 폐기물통을 교체하는 것의 실패를 시스템이 사용자에게 통지할 수 있게 하는 폐기물통 센서를 포함한다.
폐기물 격납고(874)는 카트리지 가이드(800)에 대면하는 단부에서 개방되어 있고 폐기물 슈트(880)에 결합하는 저부에서 개방되어 있는 가늘고 긴 중공 본체일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 폐기물 격납고(874) 및 폐기물 슈트(880)는 용이한 세척을 위해 제거 가능한 단일 부분으로 조합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 폐기물 카트리지 캐리지(872)는 폐기물 래인(870)이 연속적인 분석물 카트리지 격실을 배수함에 따라 분석물 카트리지(200)를 폐기물 격납고(874) 내로 이동시킨다. 일단 분석물 카트리지(200)가 폐기물 격납고(874) 내에 완전히 존재하면, 폐기물 카트리지 가이드(990)는 더 이상 지지를 제공하지 않고, 그 결과 분석물 카트리지(200)는 개방 저부를 통해 연속된 폐기물 슈트(880) 내로 낙하한다. 다른 실시예에서, 분석물 카트리지(200)는 분석물 카트리지(200) 격실의 일부 또는 전체로부터 폐기물 액체의 제거 없이 폐기물 격납고(874) 내로 이동하여, 액체 및 고체 폐기물 제거 기능을 효과적으로 조합하고 시스템의 작동을 간단화한다.
폐기물 슈트(880)는 분석물 카트리지(200)를 수용하기에 충분히 큰 채널을 형성하는 중공 본체일 수도 있다. 폐기물 슈트(880)의 벽은 채널이 폐기물 래인(870) 운동 경로의 방향의 하향으로 그리고 측방향으로 각도에 실질적으로 수직인 방향으로 변화하도록 회전될 수도 있다. 각형성된 섹션은 아래에 배치된 고체 폐기물 컨테이너(882) 내로 측방향으로 폐기물 슈트(880)를 통해 낙하하는 분석물 카트리지(200)를 안내한다. 이러한 것은 이와 같이 안내된 분석물 카트리지가 서로 수직으로 포개질 가능성이 적기 때문에 고체 폐기물 컨테이너(882) 내의 소진된 분석물 카트리지(200)의 바람직하지 않은 적층을 감소시킨다. 이는 유리하게는 폐기물 컨테이너가 단지 부분적으로 충만할 때 분석물 카트리지(200)가 폐기물 슈트를 차단하는 것을 방지한다. 폐기물 슈트(880)는 폐쇄될 때 오염된 폐기물을 더 격리하기 위해 고체 폐기물 컨테이너(882)와 폐기물 래인(870) 사이의 배리어를 제공하는 도어를 포함할 수도 있다.
분석물 카트리지는 일단 카트리지 가이드(800)를 떠나면 수직으로 낙하하기 때문에, 폐기물 래인(870)의 폐기물 카트리지 캐리지(816)는 수직 제어된 표면으로부터 분석물 카트리지를 조작하지 않을 수도 있다. 전술된 바와 같이, 다른 프로세싱 래인에서, 카트리지 캐리지(816)의 추진 특징부(303)는 분석물 카트리지(200)의 제어면(248)과 지지탭(218)에 의해 형성된 간극 내에 위치된다. 폐기물 래인(870)에서, 이 배열은 분석물 카트리지(200)가 낙하함에 따라 걸림(snagging)의 위험을 제시할 수도 있다. 바람직한 실시예에서, 이는 카트리지 캐리지(816)가 지지탭(218)의 원위면으로부터 분석물 카트리지(200)를 압박하게 함으로써 방지된다. 이 배열에서, 카트리지 캐리지(816)는 일단 폐기물 래인[116(c)] 내에 위치하면 분석물 카트리지(200)를 후퇴하는 능력을 갖지 않고 단지 이를 전진시킬 수만 있다. 이는 유리하게는 프로세싱 래인(116) 또는 이송 셔틀(898) 내로의 사용된 분석물 카트리지(200)의 부주의한 재도입에 기인하는 오염 또는 시스템 기능 불량의 기회를 감소시킨다. 시스템은 배수된 분석물 카트리지가 격납고에 완전히 진입하지 않도록 카트리지 가이드(800) 내에 충분한 공간을 제공함으로써 걸림의 확률을 더 감소시킬 수도 있다. 연속적인 다음의 분석물 카트리지(200)의 프로세싱은 이어서 이전의 배수된 분석물 카트리지를 폐기물 격납고(874) 내로 폐기물 슈트(880)로 아래로 압박할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 시스템은 고체 폐기물 컨테이너(882)로 고체 폐기물을 안내하는 하나 이상의 보조 폐기물 슈트를 갖는다. 보조 폐기물 슈트 중 하나는 샘플 피펫터 조립체(700)에 의해 액세스 가능할 수도 있고, 분석물 카트리지(200)를 덮는 보호 필름의 천공 후에 필름 천공기(268)의 제거를 위한 수동 박리 디바이스를 포함할 수도 있다. 이 수동 박리 디바이스는 중앙 간극이 샘플 피펫터 조립체(700)의 이동 경로와 정렬되어 있는 상태로 수직으로 아치를 이루는 강성의 2분기형 조립체일 수 있다. 이러한 배열에서, 샘플 피펫터 조립체(700)의 간단한 측방향 이동은 수동 박리 디바이스가 필름 천공기(268)에 결합하여 이를 피펫 맨드릴(728)로부터 부드럽게 해제시킨다. 이는 날카로운 에지를 가질 수도 있는 필름 천공기의 보조 폐기물 슈트 내로의 제어된 해제를 유리하게 허용한다. 보조 폐기물 슈트는 XYZ 피펫터(1142)에 의해 액세스 가능할 수도 있다. 이러한 실시예에서, XYZ 피펫터(1142)는 사용된 마이크로팁(542) 및 사용된 반응 용기(221)를 폐기하는데 사용될 수 있다.
N. 이송 셔틀
도 14d는 본 발명의 실시예에 따른 이송 셔틀의 사시도를 도시한다.
도 14e는 프로세싱 래인과 정렬된 이송 셔틀을 도시한다.
다수의 프로세싱 래인(116)을 가로지르는 분석물 카트리지(200)의 프로세싱은 래인들 사이의 분석물 카트리지의 이송을 위한 메커니즘을 포함할 수 있다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 분석물 카트리지(200)는 이송 위치에서 이송 셔틀(118)을 사용하여 프로세싱 래인(116) 사이에 이송된다. 카트리지 로딩 래인[116(f)]과 같은 몇몇 프로세싱 래인은 단지 분석물 카트리지(200)를 언로딩하기 위해 이송 위치만을 사용할 수도 있다. 폐기물 래인[116(c)]과 같은 다른 프로세싱 래인은 분석물 카트리지(200)를 로딩하거나 수용하기 위해 단지 이송 위치를 사용할 수도 있다. 증폭 준비 래인(116g), 용출 래인(116e) 및 세척 래인(116b)과 같은 다른 프로세싱 래인은 이송 위치에서 분석물 카트리지(200)를 로딩하고 언로딩할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 특정 프로세싱 래인(116)의 이송 위치는 그 프로세싱 래인의 래인 운동 경로와 이송 셔틀(118) 운동 경로의 교점에 근접한다. 이송 셔틀(118)은 예를 들어, 받침대 시스템, 오버헤드 크레인, 컨베이어 벨트 또는 구동 휠을 갖는 트랙을 포함하는 임의의 적합한 수단에 의해 래인들 사이에서 이동될 수도 있다.
이송 셔틀(118)은 전술된 바와 같이 프로세싱 래인(116) 사이에 분석물 카트리지(200)를 이동시킨다. 도 14d에 도시된 실시예에서, 이송 셔틀(898)은 셔틀 받침대(908) 및 셔틀 채널(892)을 포함할 수도 있다. 셔틀 받침대(908)는 셔틀 채널(892)을 지지하고 이를 프로세싱 래인들 사이에 이동시킨다. 셔틀 채널(892)은 프로세싱 래인의 카트리지 가이드(816) 상의 정렬 플래그(900)를 검출하여, 셔틀 채널과 각각의 카트리지 가이드 사이의 적절한 정렬을 보장하기 위한 정렬 센서(894)를 포함할 수도 있다. 유사한 정렬 플래그(897)가 또한 프로세싱 래인(116)의 카트리지 캐리지(816) 상에 위치될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 정렬 센서(894)는 광학 센서이다. 대안적으로, 정렬 센서는 프로세싱 래인(116)의 카트리지 가이드(816) 상에 배치될 수도 있고 정렬 플래그는 셔틀 채널(892) 상에 위치된다.
셔틀 받침대(908)는 프로세싱 래인(116)의 래인 운동 경로에 수직으로 배치된 단축 선형 반송부일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 셔틀 받침대(908)는 이송 방향으로 연장하는 셔틀 받침대에 부착된 셔틀 트랙(896)을 포함하는 선형 반송부를 포함한다. 셔틀 트랙(896)은 원하는 전체 이동 길이로 연장될 수 있고 셔틀 구동부(890)를 구비할 수도 있다. 리드 스크류 및 너트, 선형 모터 또는 공압 액추에이터를 포함하는 다양한 구동 시스템이 이 목적으로 적합할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 셔틀 구동부(890)는 일 이동 단부 부근의 셔틀 트랙(896)에 부착된 아이들러 풀리와, 대향 이동 단부 부근에서 셔틀 트랙에 부착된 구동 풀리에 연결된 고정 모터를 포함한다. 타이밍 벨트가 아이들러 풀리와 구동 풀리 사이에 연장하고 셔틀 받침대(908)에 연결될 수도 있다. 구동 풀리와 아이들러 풀리 사이의 거리는 타이밍 벨트의 설치를 간단화하고 최적 성능을 위해 장력의 조정을 허용하도록 조정 가능할 수도 있다. 셔틀 받침대(908)는 셔틀 트랙(896)의 부분 상에 놓이도록 구성된 트랙 베어링을 포함할 수도 있다. 이 구성에서, 모터의 회전은 구동 풀리를 통해 타이밍 벨트를 구동하고 셔틀 채널(892)을 셔틀 트랙(896)을 따라 다양한 위치로 이동시킨다. 대안적으로, 이송 셔틀(898)은 회전 반송부, 안내된 트랙 반송부, 엘리베이터, XYZ 좌표계 반송부 또는 관절 연결형 아암과 같은 프로세싱 래인의 각각에 도달하는 것이 가능한 임의의 구조체일 수도 있다.
셔틀 채널(892)은 카트리지 가이드(800)의 가이드 채널(862)의 부분과 유사한 U-형 채널의 섹션일 수도 있다. 카트리지 가이드(800)와 같이, 셔틀 채널(892)의 하부벽의 내부 외형은 일 측면에서 분석물 카트리지 수평 웨브(228)를, 다른 측면에서 카트리지 플랜지(906)의 저부면을 지지할 수도 있다. 하부벽 내의 개구 또는 간극은 분석물 카트리지(200)의 수직 웨브(226) 및 우물이 셔틀 채널(892) 아래로 연장할 수 있게 한다. 선형 스프링은 셔틀 채널(892) 내에 분석물 카트리지(200)를 정렬하여 보유하는 기능을 할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 도 14e에 도시된 바와 같이, 셔틀 채널(892)은 테이퍼링된 또는 각형성된 인입 특징부(904)를 포함한다. 이러한 인입 특징부(904)는 프로세싱 래인(116)의 가이드 채널(862)과 셔틀 채널(892) 사이의 작은 오정렬을 보상하는 기능을 할 수도 있어, 이에 의해 이송 중에 분석물 카트리지(200)로의 손상을 방지하고 오정렬된 분석물 카트리지에 기인하는 시스템 고장의 빈도를 감소시킨다.
이송 셔틀(898)이 어떻게 기능할 수 있는지의 일 예에서, 셔틀 받침대(908)는 제1 프로세싱 래인의 이송 위치에 셔틀 채널(892)을 위치시킨다. 제1 프로세싱 래인의 카트리지 캐리지(816)는 이어서 셔틀 채널(892) 내에 분석물 카트리지(200)를 배치하기 위해 이송 위치로 이동한다. 셔틀 받침대(908)는 이어서 제2 프로세싱 래인의 이송점에 셔틀 채널(892)을 재배치한다. 제2 프로세싱 래인의 카트리지 캐리지(816)는 이어서 셔틀 채널(892)로부터 제2 래인의 가이드 채널(862) 내로 분석물 카트리지를 이동시킨다. 제2 프로세싱 래인의 카트리지 캐리지는 분석물 카트리지(200)의 이송을 간단화하기 위해 셔틀 채널의 도달에 앞서 이송 위치로 이동할 수도 있다. 이송 중에, 시스템은 분석물 카트리지(200)의 내용물의 튀김을 감소시키기 위해 이송 셔틀(898)의 이송 속도를 제어할 수도 있다.
이송 셔틀(898)이 어떻게 기능할 수 있는지의 다른 예에서, 하나 초과의 셔틀 채널을 갖는 이송 셔틀은 제1 프로세싱 래인의 이송 위치에 제1 셔틀 채널을 위치시킨다. 제1 프로세싱 래인의 카트리지 캐리지는 이어서 이송 셔틀의 제1 셔틀 채널에 제1 분석물 카트리지를 이송한다. 셔틀 받침대는 이어서 이송 셔틀을 재배치하여, 이송 셔틀의 제2 셔틀 채널을 제2 프로세싱 래인의 이송 위치와 정렬한다. 제2 프로세싱 래인의 카트리지 캐리지는 이송 셔틀의 제2 셔틀 채널에 제2 분석물 카트리지를 이송한다. 셔틀 받침대는 이어서 제1 셔틀 채널과 제2 프로세싱 래인의 이송 위치를 정렬하기 위해 이송 셔틀을 재배치한다. 제2 프로세싱 래인의 카트리지 캐리지는 이어서 제2 프로세싱 래인 내의 프로세싱을 위해 이송 셔틀의 제1 셔틀 채널로부터 제1 분석물 카트리지를 후퇴시킨다. 셔틀 받침대는 이어서 제1 프로세싱 래인일 수도 있는 다른 프로세싱 래인으로 제2 분석물 카트리지를 이송하기 위해 이송 셔틀을 재배치한다. 이 작업은 카트리지 절환이라 칭할 수도 있다. 카트리지 절환은 이하에 더 상세히 설명되는 단일 작업 피치 내에서 발생할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 프로세싱 래인은 카트리지 제시 래인이다. 몇몇 실시예에서, 제2 프로세싱 래인은 가온 래인이다.
도 14g는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 이송 셔틀(898)을 도시한다. 이 실시예에서, 2개의 셔틀 채널(892)이 셔틀 받침대(908)에 결합될 수도 있어, 2개의 카트리지가 동시에 반송될 수 있게 된다. 또 다른 실시예에서, 3개 이상의 셔틀 채널이 이송 셔틀 내에 존재할 수도 있다. 이 실시예는 더 많은 분석물 카트리지가 이송될 수 있는 재현성을 증가시킬 수 있기 때문에 유리하다.
O. XYZ 반송 디바이스
도 15a는 본 발명의 실시예에 따른 XYZ축 반송 디바이스의 사시도를 도시한다.
도 15b는 Y축 반송 디바이스의 부분의 사시도를 도시한다.
도 15c는 XYZ축 반송 디바이스용 Z축 엘리베이터를 도시한다.
도 15d는 X'축 반송 디바이스를 도시한다.
도 1c에 도시된 바와 같이, XYZ 반송 디바이스(40)는 시스템의 샘플 프로세싱부 및 샘플 분석부의 모두에 액세스하도록 위치된다. 도 15a에 도시된 본 발명의 더 특정 실시예에 따르면, XYZ 반송 디바이스(1100)는 다수의 독립적인 운동 시스템을 포함할 수 있다. 제1 운동 시스템은 XYZ축 반송 장치(1132)일 수도 있다. 일 실시예에서, XYZ축 반송 장치(1132)는 피펫팅 아암(1136)과 연관(예를 들어, 결합)될 수 있다. XYZ축 반송 장치(1132)는 X 방향, Y 방향 또는 Z 방향으로 이동할 수 있다. 제2 독립적인 운동 시스템은 X'축 반송 디바이스(1134)일 수도 있다. 일 실시예에서, X'축 반송 디바이스(1134)는 열 사이클러(1300)에 액세스하는데 사용되는 슬라이드-잠금 조작기(1138)와 연관된다. 다른 독립적인 운동 시스템은 X-축 반송 요소(1133)를 포함할 수도 있다. 이는 선형 트랙, 뿐만 아니라 XYZ축 반송 장치(1132)가 X 방향으로 이동하게 하기 위한 구동 디바이스를 포함할 수도 있다. 또 다른 독립적인 운동 시스템은 Y-축 반송 요소(1131)를 포함할 수도 있다. 이는 선형 트랙, 뿐만 아니라 X-축 반송 요소(1133)가 Y 방향으로 이동하게 하기 위한 구동 디바이스를 포함할 수도 있다.
피펫팅 아암(1136)은 시스템의 주 평면을 따라 X축 및 Y축의 모두를 따라 이동할 수도 있고, (도 15c에 도시된 바와 같이) Z축에서 수직으로 이동할 수 있는 펌프 캐리지(1140)를 포함할 수도 있다. 펌프 캐리지(1140)는 시스템의 동일한 프로세싱 래인(116)에서 이용된 것들과 유사한 마이크로팁 피펫터(1142)를 포함할 수도 있다. 이 피펫터(1142)는 마이크로팁(542)을 로딩하고 박리하고, 시약 저장 유닛(124)과 프로세싱 래인(116) 사이에 시약을 피펫팅하고, 반응 용기(221)의 베이스에 플러그(222)를 배치하고, 열 사이클러 셀 격납고(1200)로 그리고 그로부터 PCR 반응 용기(221)를 이송하는데 사용될 수 있다. XYZ 반송부는 반응 용기의 내부에 대해 포집된 공기 기포를 해제하는 것이 가능한 혼합 디바이스를 포함하는 반응 용기의 프로세싱을 용이하게 하는 디바이스를 포함할 수 있다. 이러한 디바이스는 궤도 혼합기, 초음파 디바이스 및 반응 용기를 회전시키는 디바이스를 포함한다. 몇몇 실시예에서, XYZ 반송부는 상이한 유효 체적 범위를 갖는 피펫 펌프를 전달하는 다중 펌프 캐리지를 포함할 수도 있다.
시스템의 대안적인 실시예는 반응 용기, 반응 용기 플러그 및 마이크로팁의 이송을 위한 전용 디바이스를 이용할 수도 있다. 이러한 전용 디바이스는 반응 용기, 반응 용기 플러그 및 마이크로팁과 같은 아이템의 "픽 앤드 플레이스"를 위해 구성된 파지기를 포함할 수도 있다.
XYZ 반송 디바이스(1100)는 도 15b에 도시된 바와 같이, 위치 정보 및 피드백을 제어기에 제공하는 위치 인코더 및 선형 인코더 판독기(1104)를 또한 포함할 수도 있다. 이러한 인코더의 예는 받침대 및 다른 지지 구조체 내에 합체될 수도 있는 자기 선형 인코더 및 광학 회전형 인코더와 같은 구동 모터(1112) 내로 직접 합체된 인코더를 포함한다.
시스템 상의 이동 및 배향을 더 세밀화하기 위해, 피펫터(1142)는 피펫터(1142) 및 1회용 마이크로팁(542)과 같은 피펫터의 연장부를 통해 물체 또는 유체에 대한 근접도 및 접촉을 신호하는 감지 회로를 포함할 수도 있다. 이러한 감지 회로는 이하에 더 상세히 설명되고, 전도성 물체 또는 유체에 응답성이 있을 수 있다. 다른 가능한 감지 메커니즘은 광학, 음향 및 무선 주파수 센서를 포함한다. 전도성 물체의 예는 전도성 피펫팁, PCR 반응 용기용 전도성 플러그(222) 및 시스템 자체 상의 전도성 표면을 포함한다. 이 감지 회로는 전도성 피펫팁(542), 플러그(222) 또는 피펫터 상의 플러그된 PCR 반응 용기(221)의 존재의 확인을 제공할 수 있고, XYZ 반송 디바이스(1100)의 위치의 캘리브레이션을 위한 시스템 상의 공지의 전도성 특징부의 사용을 허용한다.
도 15b는 공압 시스템으로의 공기 유동을 제어하기 위한 공기 밸브(1106), 피펫팅 아암(1136)을 위한 홈 위치를 지시하기 위한 홈 센서(1110), 뿐만 아니라 피펫팅 아암(1136)용 캐리지 마운트를 또한 도시한다.
XYZ 반송 디바이스(1100)는 전술된 바와 같이 그리고 도 15a 및 도 15d에 도시된 바와 같이 X'축 반송 디바이스(1134)와 같은 위치 인코더를 포함할 수도 있는 부가의 독립적인 운동 시스템을 포함할 수도 있다. 이러한 독립적인 운동 시스템은 그 운동 경로 내에 위치하는 슬라이드 가능 커버 또는 도어를 조작하는데 사용될 수 있는 X'축을 따라 이동하는 슬라이드 잠금 조작기(1138)를 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 슬라이딩 커버는 열 사이클러 모듈의 슬라이드 가능 덮개이다(도 16j 내지 도 16m 참조).
본 발명의 실시예에 따른 시스템은 선형 트랙, 선형 트랙에 결합된 피펫팅 아암 및 선형 트랙에 결합되고 선형 트랙으로부터 이격하여 신장되고 선형 트랙을 향해 수축되도록 구성된 액추에이터를 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 액추에이터는 X'축을 따라 피펫팅 아암에 독립적으로 이동할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, X'축은 열 사이클러 모듈 격납고의 장축과 평행할 수 있다. 도 15d는 슬라이드 잠금 조작기(1138)가 파지 특징부(1142) 내에서 종료하는 선형 액추에이터(1124)를 포함하는 실시예를 도시한다. 도 15d는 회전형 인코더를 갖는 X'-축 모터, 레일(1128) 및 콘딧(conduit) 커버(1122)(예를 들어, 배선 및 다른 콘딧을 커버하기 위한)를 또한 도시한다. 대안 실시예에서, 액추에이터는 피펫팅 아암과 제휴하여 이동하고 동일한 운동 메커니즘에 결합된 슬라이드 잠금 조작기이다.
공압 실린더는 액추에이터(1124)가 X-축 반송 요소(1133)로부터 이격하여 그리고 그를 향해 신장하고 수축하게 할 수 있다. 공압 실린더는 그 기능에 적합한 임의의 축에서 연장될 수도 있다. 일 실시예에서, 공압 실린더는 Y축을 따라 연장한다. 전술된 실시예에서, 이 파지 특징부(1142)는 실린더의 형태일 수도 있고, 열 사이클러 모듈(또는 다른 분석 유닛)의 슬라이드 가능 덮개에 가역적으로 결합할 수도 있다. 이러한 실시예에서, XYZ 반송부는 이러한 슬라이드 가능 덮개의 위치를 결정하는 센서를 포함할 수 있다. 선형 액추에이터(1124)의 이동은 시스템이 슬라이드 가능 덮개를 이동하게 할 수 있어, 이에 의해 열 사이클러 모듈을 개방하거나 폐쇄한다. 선형 액추에이터(1124)는 공압 실린더일 수 있지만, 유압 실린더, 선형 스텝퍼 모터, 웜기어 구동부, 타이밍 벨트 및 풀리 조립체 및 솔레노이드와 같은 선형 이동을 제공하는 다른 메커니즘이 또한 사용될 수도 있다.
파지 특징부(1142)는 선형 액추에이터(1124)의 종단의 팽창된 섹션일 수도 있고, 팽창된 섹션은 열 사이클러 모듈의 슬라이드 가능 덮개 상의 상보형 특징부에 결합하기 위해 충분한 반경 및 충분히 얇은 섹션을 갖는다. 일 실시예에서, X'축 반송 디바이스(1134)는 열 사이클러 모듈에 인접한 위치로 슬라이드 잠금 조작기(1138)를 이동시킨다. 슬라이드 잠금 조작기(1138)는 이어서 파지 특징부(1142)와 슬라이드 가능 덮개를 결합하기 위해 선형 액추에이터(1124)를 연장시킨다. 파지 특징부(1142)는 이 작동을 반전함으로써 슬라이드 가능 덮개로부터 해제될 수도 있다. 파지 특징부(1124)는 라운딩된 에지 및 중심을 향해 증가하는 두께를 갖는 대략적으로 원형 단면을 가질 수 있지만, 다면체, 회전 타원체, 원추형 섹션 및 이 형상들의 조합을 포함하는 다른 기하학적 형상이 가능하다. 대안적으로, 파지 특징부(1124)는 슬라이드 가능 덮개 상의 특징부에 수동으로 또는 능동으로 결합하는 2개 이상의 연장부를 구비할 수도 있다.
슬라이드 잠금 조작기는 본 발명의 다른 실시예에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 슬라이드 잠금 조작기는 피펫팅 아암[예를 들어, 도 15a의 피펫팅 아암(1136)]을 갖는 반응 용기[예를 들어, 도 5c의 반응 용기(221)]를 얻는 단계, 슬라이드 잠금 조작기(예를 들어, 도 15a의 1138)로 분석 유닛[예를 들어, 도 16b의 열 사이클러 모듈(1300)]을 개방하는 단계, 분석 유닛과 피펫팅 아암을 정렬하는 단계 및 피펫팅 아암으로부터 반응 용기를 해제하는 단계를 포함하는 방법에 사용될 수 있다. 따라서, 특정 XYZ 반송 디바이스(1100)가 도 15a에 도시된다.
P. 센서 시스템
전술된 바와 같이, 시스템은 센서 시스템을 포함할 수 있다. 몇몇 서브조립체에서, 2차 제어기는 시스템에 피드백을 제공하는 감지 회로를 포함하는 센서 시스템과 연관될 수도 있다. 일 실시예에서, 센서 시스템과 연관된 서브조립체는 피펫팅 디바이스이다. 본 발명의 실시예에 따른 센서 시스템은 피펫팅 디바이스의 부분을 형성할 수도 있는 맨드릴[예를 들어, 도 15e의 요소(4110)]과, 맨드릴 상의 연장 요소의 특정을 결정하도록 구성된 감지 회로를 포함할 수도 있다. 감지 회로는 에러 신호에 기초하여 연장 요소의 특성을 결정하도록 구성된 프로세서[예를 들어, 도 15e의 제어기(4600)]에 결합된 하나 이상의 센서 채널을 포함한다. 감지 회로는 위상 동기화 루프(또한 PLL이라 공지됨), 복수의 감지 채널, 프로세서 또는 제어기 및 다른 구성 요소를 포함할 수도 있다.
감지 회로(예를 들어, 액체 레벨 감지 회로)를 포함하는 예시적인 감지 시스템이 도 15e에 도시된다. 본 발명의 실시예에 따른 감지 회로는 서브조립체의 부분이 접촉하거나 접근할 때 유전율, 전도도의 불연속성 또는 전자기(정전) 유도의 소스를 지시하는 신호를 제공한다. 검출 가능한 전도성의 불연속성의 일례는 기체-액체 계면이며, 이 때문에, 이러한 감지 회로를 액체 센서라 칭할 수도 있다. 검출 가능한 유전율의 불연속성의 예는 높은 비저항을 갖는 재료에 물리적으로 부착하는 양호한 전도체를 포함한다. 검출 가능한 전자기 유도의 소스의 예는 설명중인 서브조립체의 부분에 비교적 근접한 임의의 전도성 전하 보유 요소를 포함한다. 이들 유전율, 전도도의 불연속성 또는 상호 캐패시턴스의 소스는 개별적으로 또는 조합하여 검출 가능한 변조 또는 신호의 변화를 초래하는 회로에 의해 "보여지는" 캐패시턴스의 양을 수정한다. 예를 들어, 검출 가능한 변조 또는 변화는 PLL "에러" 신호로서 지시될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 감지 회로는 무선 주파수 액체 센서 또는 RFLS에서 설명된 바와 같은 액체 레벨 송신 회로일 수 있다. RFLS의 일 예는 모든 목적으로 그대로 본 명세서에 참조로서 합체되어 있는 미국 특허 제4,912,976호에서 발견된다. 이 특허는 전압 제어형 발진기 내의 동조된 회로의 부분을 형성하는 반응 요소를 포함하는 캐패시턴스 기반 액체 감지 회로를 설명하고 있다. 본 실시예는 전압 제어형 발진기 내의 동조된 회로의 부분을 형성하는 분산형 반응 요소를 포함하는 관련 캐패시턴스 기반 액체 감지 회로를 구체화한다. 반응 요소는 유전 및 단자 전도체를 포함하는 캐패시턴스, 저항 및 인덕턴스의 조합으로서 개략적으로 모델링될 수 있다. 반응 요소는 연속적으로 자급식이거나 국부화될 필요는 없지만, 본 출원에 따라 변경될 수 있다. 반응 요소의 특성은 임의의 기본 구성으로의 변화, 예를 들어 유전체, 단자 전도체 또는 상호 캐패시턴스 환경으로의 변화를 실행함으로써 변경될 수 있다(따라서 검출됨).
반응 요소의 일 단자를 둘러싸는 로컬 환경의 변화는 반응 요소의 유전체의 변화에 달한다. 유전체의 유전율이 변경될 때, 회로에 의해 감지된 캐패시턴스는 변경되어 주파수의 변화를 야기할 수 있다. 이 주파수의 변화는 고정 주파수 기준에 비교에 의해 검출될 수 있다. 이러한 변화는 반응 요소의 단자들 중 하나가 예를 들어 액체를 만나게 되는 것을 지시한다.
몇몇 실시예에서, 반응 요소 단자들 중 하나는 RFLS 회로의 부분을 형성하는 액체 취급 프로브이다. 대안적으로, 반응 요소의 일 단자는 변경될 수 있어 사용 후에 폐기되는 서브조립체의 전도성 연장부를 추가한다. 1회용 전도성 연장 요소의 예는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 밀리팁 및 마이크로팁을 포함한다. 이러한 실시예에서, 감지 회로는 전도성 밀리팁(도 6의 220), 마이크로팁(도 12b의 490), 필름 천공기(도 4e의 262) 또는 반응 용기 플러그(도 5의 222)의 피펫 맨드릴로의 성공적인 부착 및 후속의 해제를 지시하는 신호를 제공할 수 있다. 감지 회로는 또한 맨드릴에 부착된 피펫팁 내의 액체의 상이한 체적을 검출하고 뿐만 아니라 액체의 유형에 관한 정보를 제공하도록 구성될 수 있다.
상호 캐패시턴스 환경을 변경하는 예로서, 액체 레벨 감지 회로의 다른 실시예는 피펫터의 경로 내에 배치되는 하나 이상의 전도성 타겟(다른 반응 요소 단자를 형성할 수 있음)으로의 피펫 맨드릴(반응 요소 단자 중 하나를 형성함)의 접근을 검출하는데 사용될 수 있다. 이 접근은 일단 피펫 맨드릴이 전도성 타겟으로 접근되면 개시되는 3차원 공간 내의 전도성 타겟의 탐색을 포함하는 패터닝된 일련의 이동일 수 있다. 이러한 정보는 연관된 스텝퍼 모터의 위치에 관한 정보와 조합될 때, 시스템 내의 피펫터의 자동 정렬에 사용될 수 있다. 전도성 타겟은 이 목적으로 시스템 내에 합체된 우연히 위치된 시스템 구성 요소 또는 전도성 타겟일 수도 있다. 전도성 타겟은 시스템 구성 요소로부터 연장하는 돌출부를 포함할 수 있다. 돌출 전도성 타겟의 예는 실질적으로 평면형 탭 및 원통형 핀을 포함한다. 대안적으로, 전도성 타겟은 다른 연속적인 전도성 표면 내의 구멍 또는 간극일 수 있다. 전도성 요소 내의 임의의 불연속성 또는 불연속성의 어레이는 검출 목적으로 사용될 수 있다. 검출된 변조된 신호는 다른 파라미터에 추가하여 정렬, 근접도, 접촉, 속도, 가속도, 방향 및 진동을 측정하는데 사용될 수 있다. 이는 기계적 성능 사양의 범위를 특징화하는데 유용할 수 있다.
도 15e는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템(4000)의 간단화된 블록 다이어그램이다. 센서 시스템(4000)은 도 15a에 도시된 피펫팅 아암(1136) 내에 합체되거나 그와 연관될 수도 있다. 센서 시스템(4000)은 액체 레벨 검출, 기본 기구 정렬 기능, 피펫팁(또는 다른 디바이스 검출, 전술된 바와 같음) 검출 및 유전율, 전도도의 불연속성 및 전자기(정전) 유도의 소스의 검출을 포함하는 다수의 기능을 수행하도록 구성될 수도 있다. 센서 시스템(4000)은 모두 함께 작동적으로 그리고/또는 전기적으로 결합된, 위상 동기화 루프 기반 센서("PLL 센서" 또는 "감지 회로")(4100), 레벨 감지 채널(4200), 제1 정렬 채널(4300), 제2 정렬 채널(4400), 직류("DC") 감지 채널(4500), 멀티플렉서("mux")(4550), 아날로그-대-디지털 컨버터(ADC)(4560), 디지털-대-아날로그 컨버터(DAC)(4570), 프로세서(4600), 메모리 블록(4620), 디지털 전위차계(4640) 및 입력-출력("I/O") 포트 확장기(4660)를 포함한다. PLL 센서(4100)는 반응 요소(4110), 필터 및 릴레이 블록(4115), 유도성-용량성-저항성("LCR") 탱크 회로(4120), 전압 제어형 발진기("VCO")(4130), 위상-주파수 검출기("PFD")(4140), 기준 발진기(4150) 및 필터(4160)를 포함한다. 탱크 회로(4120)는 제1 세트의 버랙터(varactor)(4124) 및 제2 세트의 버랙터(4122)를 포함한다. 제1 세트의 버랙터(4124)는 필터 및 릴레이 블록(4115)을 통해 VCO(4130) 및 반응 요소(4110)에 접속된다. 제1 세트의 버랙터의 중간점은 DAC(4570)를 통해 프로세서(3600)에 접속된다.
센서 시스템(4000)은 복수의 감지 채널을 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 센서 시스템(4000)은 증폭기 회로(4210) 및 필터(4220)를 포함하는 레벨 감지 채널(4200)을 포함할 수도 있다. 이 센서 시스템은 증폭기 회로(4310) 및 필터(4320)를 포함하는 제1 정렬 채널(4300)과, 증폭기 회로(4410) 및 버퍼(4420)를 포함하는 제2 정렬 채널(4400)을 또한 포함할 수도 있다. 이 센서 시스템은 증폭기 회로(4510) 및 필터(4520)를 포함하는 DC 감지 채널(4500)을 더 포함할 수도 있다.
반응 요소(4110)는 피펫팁, 천공기, 액체를 갖는 피펫팁 등과 같은 연장 요소와 조합하여 피펫 맨드릴 또는 피펫 맨드릴을 포함할 수도 있다. 반응 요소(4110)는 주위 유전체의 변화를 감지하고 전자기 유도에 기인하는 변화를 감지하도록 구성될 수도 있다. 더욱이, 센서 시스템(4000)은 피펫터 맨드릴의 연장 요소의 특성을 결정하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 반응 요소(4110)는 상이한 전기적 특성을 각각 갖는 필름 천공기 또는 반응 용기와 같은 연장 요소를 포함할 수도 있고, 센서 시스템(4000)은 연장 요소가 존재하거나 임의의 방식으로 변경되는지를 결정할 수 있다. 다른 반응 요소(4110) 및 연장 요소는 본 개시 내용의 이점을 얻는 당 기술 분야의 숙련자에 의해 사용될 수도 있고 공지되고 이해될 수 있을 것이다. 특정 실시예에서, 반응 요소(4110)(예를 들어, 맨드릴)는 저항, 리액턴스(예를 들어, 용량성 리액턴스 또는 유도성 리액턴스) 또는 양자의 조합(예를 들어, 임피던스)을 가질 수 있다.
PFD(4140)는 루프가 동기화될 때 기준 및 VCO 사이의 최소 위상 및 주파수 차이가 성취되는 위상 동기화 루프 용례를 위해 구성된 다단 위상 주파수 검출기이다. PFD(4140)는 기준 발진기(4150)(즉, 고정 발진기)의 주파수에 VCO(4130)의 주파수를 비교하고 대응 차이 전압 또는 에러 신호를 생성하도록 더 구성된다. 에러 신호는 VCO와 기준 출력 주파수 사이의 차이에 크기 및 방향이 비례한다. 이하에 더 설명되는 바와 같이, PLL 에러 신호[PLL 센서(4100)로부터의]는 센서 시스템(4000)의 모든 측정 채널[예를 들어, 레벨 감지 채널(4200)]의 소스로서 사용될 수 있다. PFD(4140)에 의해 생성된 에러 신호는 필터(4160)를 통해 VCO(4130)로 피드백될 수 있고, 여기서 VCO(4130)는 기준 발진기(4150)의 주파수에 정합할 때까지 그 작동 주파수를 조정한다. 이 "동기화" 조건에서, 에러 전압은 비교적 일정하고(비하전) 프로세서(4600)에 의해 연속적으로 모니터링된다. 일 실시예에서, 필터(4160)는 광범위한 VCO(4130) 동조 전압을 제공하기 위한 능동 필터이다. 몇몇 실시예에서, VCO(4130) 또는 기준 발진기의 작동 주파수는 곱해지거나 나눠질 수도 있다. 다른 실시예에서, VCO(4130) 작동 주파수는 탱크 회로(4120), 필터 릴레이 블록(4115) 및 반응 요소(4110)의 함수이다.
LCR 탱크 회로(4120)는 VCO(4130)의 주파수를 제어하고 반응 요소(4110)를 포함한다. 이 반응 요소는 분산형일 수도 있는데, 일 예에서 이러한 분산형 반응 요소는 필터 블록(4115)을 포함한다. 반응 요소(4110)가 캐패시턴스의 변화를 경험할 때, LCR 탱크 회로(4120)의 주파수가 또한 변화한다. LCR 탱크 회로(4120)의 임의의 요소(즉, 캐패시턴스, 저항 또는 인덕턴스)의 변화는 VCO(4130)의 주파수의 변화를 유발하고, 따라서 프로세서(4600)에 의해 모니터링되는 PLL 에러 전압을 변화시킨다. LCR 탱크 회로(4120)의 캐패시턴스의 변화는 피펫팁이 액체에 접촉하는 것, 맨드릴이 전도성 타겟에 근접하여 통과하는 것 및 맨드릴 상의 피펫팁의 배치를 포함하는 다수의 이벤트에 의해 야기될 수도 있다. LCR 탱크 회로(4120)는 전압 제어형 캐패시터로서 기능하는 2개의 세트의 버랙터를 포함한다. 제1 세트의 버랙터(4124)는 시스템(4000)의 감도를 조정하도록 구성된다. 감도는 센서 시스템(4000)의 작동점으로 조정함으로써 변경된다. 감도 조정은 제1 및 제2 세트의 버랙터 사이의 상호 작용의 점을 변경하여, 이에 의해 캐패시턴스의 매우 작은 변화를 위한 매우 민감한 응답 뿐만 아니라 캐패시턴스의 큰 변화에 대한 작은 응답을 제공함으로써 수행된다. 예를 들어, 높은 캐패시턴스에서의 바이어싱(4124)은 PLL 동기화 조건에 기인하여 낮은 캐패시턴스로 강제된다(4122). PLL의 작동에 기인하는 캐패시턴스(4122)의 임의의 요구된 변화는 작동점의 위치에 기인하여 비교적 높은 전압을 필요로 한다. 이는 향상된 감도를 야기한다. 마찬가지로, 낮은 캐패시턴스에서의 바이어싱(4124)은 높은 캐패시턴스로 강제한다(4122). PLL의 작동에 기인하는 캐패시턴스(4122)의 임의의 요구된 변화는 작동점의 위치에 기인하는 비교적 낮은 전압을 필요로 한다. 이는 감소된 감도를 야기한다. 버랙터(4124)의 제1 세트는 광범위한 용례를 위한 센서 성능을 향상시키기 위해 버랙터 특성 곡선의 형상을 이용하도록 구성된다. 센서(4000)의 감도를 향상시키기 위한 버랙터 특성 곡선의 작동 및 이용은 본 개시 내용의 이점을 얻는 당 기술 분야의 숙련자에 의해 공지되고 이해될 수 있을 것이다. 버랙터(4122)의 제2 세트는 VCO(4130) 출력 주파수를 조정하기 위해 가변 전압 입력을 제공하도록 구성된다. 대안 실시예에서, PLL 센서(4100)는 VCO(4130)의 위상을 기준 발진기(4150)의 위상과 비교하여 대응 차이 전압을 생성하도록 구성된다. 이러한 위상 비교는 전압 위상 검출기를 사용하여 행해질 수도 있다. 일 실시예에서, VCO(4130)는 6 MHz의 공칭 주파수에서 작동하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 기준 발진기(4150)는 수정 발진기이다. 다른 실시예는 본 개시 내용의 이점을 얻는 당 기술 분야의 숙련자에 의해 이해될 수 있는 부가의 능동 또는 수동 디바이스를 포함하는, 위상/주파수 검출기, 루프 필터, 차지 펌프(루프 필터와 조합됨) 및 탱크 회로의 상이한 구성을 포함할 수도 있다.
필터 및 릴레이 블록(4115)은 본 발명의 실시예에 따르면 방사된 및 수신된 무선 주파수("RF") 에너지의 모두를 필터링하도록 구성된다. 필터는 센서(4000)의 응답을 캘리브레이션하도록 동조될 수 있다. 필터 및 릴레이 블록(4115)은 맨드릴 상의 임의의 가능한 전하를 제거하고 필요하다면 PLL 루프에 과도 시동 펄스를 제공하도록 구성된 릴레이를 더 포함한다.
필터(4160)는 본 발명의 실시예에 따르면 차지 펌프 기능을 갖는 다극 필터 또는 적분기로서 구성된다. 필터(4160)는 PFD(4140)의 출력을 수신하고 기준 발진기(4150) 주파수와 VCO(4130) 주파수 사이의 차이에 비례하는 DC 에러 신호를 생성하도록 구성된다. 정상 상태 DC 에러 레벨은 기준 발진기 출력 주파수에 대해 최소 위상 및 주파수 차이를 유지하기 위해 VCO 버랙터로 피드백된다.
레벨 감지 채널(4200)은 본 발명의 실시예에 따르면, 피펫팁이 액체를 유입하거나 유출할 때 유도되는 작은 PLL 과도 에러에 응답하도록 구성된다. PLL 에러 신호는 프로그램 가능 이득, 단일 공급 증폭기 회로(4210) 및 관통 필터(4220)에 AC-결합될 수 있다. PLL 에러 신호는 제1 에러 신호 또는 제2 에러 신호의 예일 수도 있는 AC-결합 위상 동기화 루프 에러 전압으로서 특징화될 수도 있다. 본 발명의 실시예에서, 증폭기는 비반전 구성일 수 있다. 다른 실시예에서, 필터(4220)는 다단 살렌-키(Sallen-key) 저역 통과 필터일 수도 있다. 레벨 감지 채널(4200)의 출력은 원격 마이크로제어기[예를 들어, 프로세서(4600)] ADC에 접속된 완전 차동 아날로그 인터페이스[예를 들어, mux(4550)] 및 로컬 ADC(4560)의 모두에 안내된다. 이 신호 체인의 시간 상수는 센서 시스템(4000)이 전도성 맨드릴[예를 들어, 반응 요소(4110)]에 부착된 전도성 피펫팁에 의해 부닥치는 과도 유입 및 유출 액체 레벨 감지 이벤트에 응답할 수 있게 한다. 유입 및 유출 이벤트에, 레벨 감지 채널(4200)의 출력 신호는 포지티브 또는 네거티브 신호(중간-공급에 대해)를 각각 생성하도록 구성된다. 일 실시예에서, 레벨 감지 채널(4200) 출력 신호는 mux(4550) 및/또는 ADC(4560)를 경유하여 추가의 프로세싱을 위해 프로세서(4600)에 송신된다. 프로세서(4600)는 예를 들어 반응 요소(4110)(예를 들어, 피펫팁)가 레벨 감지 채널(4200) 출력 신호의 전기적 특성에 기초하여 액체를 유입하는지 유출하는지 여부를 판정하도록 구성된다. 예시를 위해, PLL 에러 신호는 피펫팁[예를 들어, 반응 요소(4110)]이 다른 물체 또는 매체에 접촉하지 않을 때 공칭값에서 작동한다. 달리 말하면, PLL 에러 신호는 피펫팁이 아무것도 접촉하지 않을 때 실질적으로 일정한 전압일 수 있다. 전술된 바와 같이, 포지티브 신호 편위(예를 들어, 포지티브 전압 "스파이크")가 피펫이 액체와 접촉하게 될 때 발생한다. 스파이크의 크기는 액체의 다양한 전기적 특성에 의존한다. 레벨 감지 채널(4200)은 포지티브 또는 네거티브 전압 스파이크를 검출하고 따라서 피펫이 액체와 접촉하게 되는 것으로 판정하도록 구성된다. 레벨 감지 채널(4200)이 포지티브 또는 네거티브 전압 스파이크를 검출할 수 있는 다양한 방식이 존재한다. 일 실시예에서, 레벨 감지 채널(4200)은 전압 스파이크(즉, 액체와의 접촉)의 크기를 공칭 전압(즉, 접촉이 없음)의 크기와 비교하고, 차이 전압을 측정한다. 공칭 전압은 기준 전압이라 칭할 수 있다. 다른 실시예에서, 레벨 감지 채널(4200)은 채널 상의 노이즈에 기인하여 발생할 수도 있는 임의의 작은 포지티브 전압 스파이크를 필터링하기 위해 공칭값보다 약간 큰 포지티브 기준 전압을 오프셋할 수도 있다. 유사하게, 레벨 감지 채널(4200)은 채널 상의 노이즈에 기인하는 임의의 작은 네거티브 전압 스파이크를 필터링하기 위해 공칭값보다 약간 작은 네거티브 기준 전압을 오프셋할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 감지 시스템(400)은 메모리 블록(4620) 내의 기준값(즉, 기준값, 오프셋 기준 전압 등)을 저장할 수 있다. 다른 출력 신호 구성이 사용될 수도 있고 본 개시 내용의 이점을 얻는 당 기술 분야의 숙련자에 의해 공지되고 이해될 수 있을 것이다.
특정 실시예에서, 레벨 감지 채널(4200)은 또한 확장 요소(예를 들어, 피펫팁)의 충전 레벨을 검출할 수 있다. 예를 들어, 특정 확장 요소는 액체의 특정 체적을 유지할 수 있다. 확장 요소의 전기적 특성은 얼마나 많은 액체가 확장 요소 내부에 존재하는지에 따라 변화할 것이다. 예시를 위해, 어떠한 액체도 내부에 갖지 않는 확장 요소는 특정 PLL 에러 전압을 산출할 수도 있는 특정 리액턴스를 가질 수도 있다. 액체로 충전된 확장 요소는 상이한 리액턴스 및 따라서 상이한 PLL 에러 전압을 가질 수도 있다. 레벨 감지 채널(4200)은 2개의 전압(다른 검출 가능한 물 레벨 및 그 사이의 에러 전압을 포함함) 사이의 차이를 측정하여 정량화하도록 구성된다. 이 유형의 측정은 액체와의 초기 접촉을 검출하는 것과는 상이하다는 것이 주목되어야 한다. 전술된 바와 같이, 확장 요소가 액체와 초기 접촉하게 될 때, 레벨 감지 채널(4200)은 공칭값에 대한 PLL 에러 전압 내의 전압 스파이크를 측정한다. 대조적으로, 레벨 감지 채널(4200)은 확장 요소 내의 물의 양이 변경함에 따라 공칭값의 변화를 측정한다. 예를 들어, 확장 요소에 액체를 느리게 첨가하는 것은 PLL 에러 신호(즉, 공칭값)가 액체의 전기 특성에 따라 느리게 증가하거나 감소할 수 있게 한다. 변화하는 PLL 에러 신호에 기초하여 확장 요소의 충전 레벨을 정확하게 측정하기 위해 레벨 감지 채널(4200)을 정량화하고 그리고/또는 캘리브레이션하는 것은 본 개시 내용의 이점을 얻는 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 이해될 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, DC 감지 채널(4500)은 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이 확장 요소(예를 들어, 피펫팁)의 충전 레벨을 검출할 수도 있다.
제1 정렬 채널(4300)은 본 발명의 일 실시예에 따르면 기구 정렬 타겟에 대한 센서 시스템(4000) 응답을 최적화하도록 구성된다. 증폭기 회로(4310)는 프로그램 가능 이득을 갖는 AC 결합, 단일 공급, 2단 증폭기를 포함한다. 더 구체적으로, 2단 증폭기는 필터(4320)로 이어지는 고이득 및 저이득 섹션을 포함한다. 제1 정렬 채널(4300)은 제1 에러 신호 또는 제2 에러 신호의 예일 수도 있는 AC 결합 위상 동기화 루프 에러 전압을 수신하도록 구성된다. 일 실시예에서, 필터(4220)는 간단한 저역 통과 기능을 수행한다. 제1 정렬 채널(4300)의 출력은 원격 마이크로제어기[예를 들어, 프로세서(4600)] 아날로그-대-디지털 컨버터("ADC")에 접속된 완전 차동 아날로그 인터페이스[예를 들어, mux(4550)] 및 로컬 ADC(4560)의 모두에 안내된다. 신호 체인의 시간 상수는 센서 시스템(4000)이 전도성 타겟에 근접하여 전도성 맨드릴[예를 들어, 반응 요소(4110)]의 운동에 의해 감지된 바와 같이 고주파수 과도 정렬 이벤트에 응답할 수 있게 한다. 일 비한정적인 예에서, 제1 정렬 채널(4300)의 출력 신호는 맨드릴[즉, 반응 요소(4110)]이 전도성 타겟에 접근할 때 네거티브 진행 응답, 맨드릴이 타겟으로부터 이격하여 이동할 때 포지티브 진행 응답을 생성한다. 일 실시예에서, 제1 정렬 채널(4300)의 출력 신호는 mux(4550) 및/또는 ADC(4560)를 경유하여 추가의 프로세싱을 위해 프로세서(4600)에 송신된다. 프로세서(4600)는 일 비한정적인 예에서, 제1 정렬 채널(4400) 출력 신호의 전기적 특성에 기초하여 기구 정렬 타겟에 대한 센서 시스템(4000) 응답을 최적화하도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 증폭기 회로(4310)는 하나 이상의 증폭기 스테이지를 포함할 수도 있고, 필터(4320)를 포함하거나 포함하지 않을 수도 있다. 일 실시예에서, 증폭기 이득은 프로그램 가능 디지털 전위차계(4640)에 의해 설정된다.
제2 정렬 채널(4400)은 본 발명의 일 실시예에 따르면 기구 정렬 타겟에 대한 센서 시스템(4000) 응답을 최적화하도록 구성된다. 증폭기 회로(4410)는 프로그램 가능 이득을 갖는 AC 결합, 단일 공급, 2단 증폭기를 포함한다. 더 구체적으로, 2단 증폭기는 필터(4420)로 이어지는 고이득 및 저이득 섹션을 포함한다. 일 실시예에서, 필터(4420)는 간단한 저역 통과 기능을 수행한다. 제2 정렬 채널(4400)의 출력은 원격 마이크로제어기[예를 들어, 프로세서(4600)] ADC에 접속된 완전 차동 아날로그 인터페이스[예를 들어, mux(4550)] 및 로컬 ADC(4560)의 모두에 안내된다. 제2 정렬 채널(4400)은 프로그램 가능 오프셋 기능을 또한 포함한다. 이 신호 체인의 시간 상수는 센서 시스템(4000)이 전도성 타겟에 근접하여 전도성 맨드릴[예를 들어, 반응 요소(4110)]의 운동에 의해 감지된 바와 같이 저주파수 과도 정렬 이벤트에 응답할 수 있게 한다. 일 비한정적인 예에서, 채널(4400)은 맨드릴[즉, 반응 요소(4110)]이 전도성 타겟에 접근할 때 네거티브 진행 응답, 맨드릴이 타겟으로부터 이격하여 이동할 때 포지티브 진행 응답을 생성한다. 일 실시예에서, 제2 정렬 채널(4400)의 출력 신호는 mux(4550) 및/또는 ADC(4560)를 경유하여 추가의 프로세싱을 위해 프로세서(4600)에 송신된다. 프로세서(4600)는 일 비한정적인 예에서, 제2 정렬 채널(4400) 출력 신호의 전기적 특성에 기초하여 기구 정렬 타겟에 대한 센서 시스템(4000) 응답을 최적화하도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 증폭기 회로(4410)는 하나 이상의 증폭기 스테이지를 포함할 수도 있고, 필터(4420)를 포함하거나 포함하지 않을 수도 있다. 일 실시예에서, 증폭기 이득은 프로그램 가능 디지털 전위차계(4640)에 의해 설정된다. 제2 정렬 채널(4400)의 이득은 제1 정렬 채널(4300)의 이득과는 상이할 수도 있다. 다른 실시예에서, 제2 정렬 채널은 필터(4420)를 포함하지 않는다. 각각의 정렬 채널의 이득은 통상적으로 상이한 타겟팅 용례를 위해 적용된다.
DC 감지 채널(4500)은 본 발명의 실시예에 따라 액체, 타겟, 팁 및 몇몇 환경 조건을 감지하도록 구성된다. 채널(4500)은 이것이 복수의 자극제(예를 들어, 액체, 고체 및 기체 환경, 유전율의 변화 등)와 상호 작용함에 따라 센서 시스템(4000)의 성능을 평가하고 추적하도록 더 구성된다. DC 감지 채널(4500)은 본 발명의 일 실시예에 따르면, PLL 에러 신호를 프로그램 가능 기준 바이어스 전압에 비교하고 차이를 증폭하도록 구성된 DC-결합, 단일 공급, 완전 차동 증폭기를 포함하는 증폭기 회로(4510)를 포함한다. 최종 차이 신호는 필터(4520)를 통해 통과한다. DC 감지 채널(4500)은 제1 에러 신호 또는 제2 에러 신호의 예일 수도 있는 DC 결합 위상 동기화 루프 에러 전압을 수신하도록 구성된다. 일 실시예에서, 필터(4520)는 저역 통과 필터이다. DC 감지 채널(4500)의 출력은 원격 마이크로제어기[예를 들어, 프로세서(4600)] ADC에 그리고 로컬 ADC(4560)에 접속된 완전 차동 아날로그 인터페이스[예를 들어, mux(4550)]의 모두에 안내된다. 신호 체인의 시간 상수는 센서 시스템(4000)이 전도성 맨드릴 또는 프로브[예를 들어, 반응 요소(4110)]의 운동 또는 정적 조건에 의해 감지된 바와 같은 과도 이벤트 및 정상 상태 조건의 모두에 응답할 수 있게 한다. 더욱이, DC 감지 채널(4500)은 맨드릴 상에 설치된 팁, 피펫팁과 같은 확장 요소의 충전 레벨 등과 같은 반지속성인 효과를 감지하게 하는 연속적인 DC 출력 신호를 생성한다. 예를 들어, 맨드릴 팁은 반응 요소(4110)의 전기적 특성을 변경하여, 이에 의해 DC 채널 출력 전압의 시프트를 유발할 수도 있다. DC 기준 바이어스 전압은 PLL 에러 신호의 이러한 반지속성 변화를 보상하도록 프로그램될 수도 있다. 일 실시예에서, DC 감지 채널(4500)의 출력 신호는 mux(4500) 및/또는 ADC(4560)를 경유하여 추가의 프로세싱을 위해 프로세서(4600)에 송신된다. 프로세서(4600)는 일 비한정적인 예에서, DC 감지 채널(4500) 출력 신호의 전기적 특성에 기초하여 액체, 타겟, 팁 및 환경 조건을 감지하도록 구성된다. 예시를 위해, 어떠한 액체도 내부에 갖지 않는 맨드릴 상의 확장 요소는 특정 PLL 에러 전압을 산출할 수도 있는 특정 리액턴스를 가질 수도 있다. DAC(4570)는 확장 요소의 리액턴스를 보상하기 위해 DC 기준 바이어스 전압을 인가할 수도 있다. 충전시에, 액체로 충전된 확장 요소는 상이한 리액턴스 및 따라서 상이한 PLL 에러 전압을 가질 수도 있다. DC 감지 채널(4500)은 2개의 전압(확장 요소 단독에 기인하는 PLL 에러 전압을 보상하는 기준 바이어스 전압 및 충전 액체를 포함하는 확장 요소에 기인하는 PLL 에러 전압) 사이의 차이를 측정하고 정량화하도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 이는 캘리브레이션 절차에 의해 설정된 하나 이상의 저장된 기준값에 DC 감지 채널(4500)의 출력을 비교하는 것을 포함할 수도 있다. PLL 에러 신호에 기초하여 확장 요소의 충전 레벨을 정확하게 측정하기 위해 DC 감지 채널(4500)을 정량화하고 그리고/또는 캘리브레이션하는 것은 본 개시 내용의 이점을 얻는 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 이해될 수 있을 것이다. 대안적으로, 다른 증폭기 및 필터 구성이 사용될 수도 있고 본 개시 내용의 이점을 얻는 당 기술 분야의 숙련자에게 공지되어 있을 것이다.
DAC(4570)는 센서 감도, 정렬 채널 오프셋, DC 채널 오프셋 및 DC 채널 기준을 조정하도록 구성된다. 일 실시예에서, DAC(4570)는 4-채널 디바이스이다. 로컬 ADC(4560)는 전술된 다양한 채널[예를 들어, 제1 정렬 채널(4300)]로부터 센서 신호를 샘플링하도록 구성된 센서 보드(도시 생략) 상에 위치된 8-채널 디바이스이다. ADC(4560)는 프로세서(4600)와 같은 연관 마이크로제어기 또는 컴퓨터로의 감지된 이벤트에 기초하여 중단을 생성하기 위한 부가의 기능성을 포함한다.
mux(4550)는 2개의 아날로그 차동 버퍼 중 하나에 다양한 센서 신호를 지향하도록(예를 들어, 제1 또는 데2 정렬 채널로부터) 구성된 2개의 멀티플렉서를 포함할 수 있다. 이들 아날로그 채널은 마이크로제어기[프로세서(4600)]의 ADC에 원격으로(PCB로부터) 접속된다.
프로세서(4600)는 센서 시스템(4000)과 연관된 시스템 통신 및 신호 프로세싱 작업(즉, 피펫팅 기능을 구현함)을 취급한다. 더욱이, 프로세서(4600)는 통신 및 데이터 관리 작업을 위한 센서 시스템(4000)으로의 인터페이스를 제공하고, 프로세서(4600)는 원격 또는 로컬 마이크로제어기일 수 있다. 프로세서(4600)는 MUX(4550)를 통해 또는 ADC(4560)으로부터 디지털 출력으로부터 아날로그 출력[예를 들어, 레벨 감지 채널(4200)로부터]을 수신하도록 구성될 수도 있다. 프로세서(4600)는 아날로그 신호를 디지털화하고 도 15e에 도시된 바와 같이 제2 정렬 채널(4400) 및 DC 감지 채널(4500)을 포함하는 다양한 채널에 부가의 제어 기능을 제공하도록 더 구성된다. 실시예에서, 프로세서(4600)는 센서 보드(도시 생략)와 동일한 모듈 내에 존재한다.
일 실시예에서, 프로세서(4600)는 메모리 블록(4620), 디지털 전위차계(4640) 및 I/O 포트 확장기(4660)와 통신하도록 구성된다. 메모리 블록(4620)은 데이터 저장을 위한 로컬 메모리로서 구성된다. 디지털 전위차계(4640)는 전술된 바와 같이 측정 채널 이득을 조정하도록 구성된다. I/O 포트 확장기(4660)는 멀티플렉서, 릴레이 블록 및 위상-주파수 검출기(도시되지 않은 접속)에 제어를 인가하도록 구성된다.
프로브의 임피던스를 검출하기 위한 PLL 회로의 사용을 포함하는 본 발명의 실시예의 다수의 장점이 존재한다. 전술된 바와 같이, 반응 요소(4110)(예를 들어, 프로브)의 임피던스 및 확장에 의해 탱크 회로(4120)에서 측정된 임피던스는 VCO(4130)의 작동 주파수를 결정한다. 임피던스는 전압(V)과 전류(I)의 상대 진폭 및 위상의 측정을 포함하는 교류(AC)의 반대의 측정을 설명한다. 임피던스는 통상적으로 저항(R) 더하기 리액턴스(X)로서 설명될 수 있는 복소 요소를 갖는다. 리액턴스는 예를 들어 용량성 또는 유도성 리액턴스일 수도 있다. 통상적으로, 프로브의 임피던스를 측정하기 위해, AC 신호 소스, 소스 전압 측정 및 전류 측정이 요구된다. 전류 측정은 최종적인 측정이 벡터 좌표(크기 및 위상)로 표현될 수도 있는 2차 전압 측정(I-V 변환을 통한)으로 변환될 수 있다. 이와 같이, PLL 센서(4100)는 이것이 위상을 자동으로 정렬하기 때문에 임피던스 측정을 수행하고, 센서 시스템(4000)에 의해 요구되는 바와 같이 복소 임피던스(R+iX)로의 임의의 변경을 높은 정확도로 지시하기 위해 단일 전압 측정을 수행하는 데 적합한 편리한 구조를 제공한다.
본 발명의 실시예는 전자기 유도의 유전율의 불연속성, 전도도 또는 소스를 감지하는데 있어서 분배된 반응 요소의 성공적인 이용을 야기할 수 있는 다수의 특징부를 구비할 수 있다.
1. 감지 회로는 과도 및 정상 상태 신호의 모두의 검출을 가능하게 하는 AC 및 DC 작동 모드의 모두를 사용할 수 있다. AC 모드는 액체를 진입할 때 또는 나올 때와 같은 노이즈의 존재하에서 단지 변화 또는 과도 이벤트를 볼 때 유용하다. DC 모드는 연속적인 조건의 추적이 요구될 때 유용하다. 이는 예를 들어 맨드릴이 임의의 전도성 요소에 접촉하거나 부착하는지(다양한 정도로)를 판정하도록 추적될 때 발생할 수 있다. 이들 모드는 상이한 센서 감도에 걸쳐 적용 가능할 수 있다. 예를 들어, DC 모드는 높은 감도에서 환경 효과를 정량화하는데 유용하고, 반면 낮은 감도에서 DC 모드는 팁 검출을 위해 유용하다.
2. 감지 회로는 조정 이득 없이 감도를 조정하기 위한 방법을 구체화할 수 있다. 이는 향상된 노이즈 성능을 제공하면서 동일한 하드웨어를 갖는 매우 광범위한 감지 용례의 수용을 허용한다. 이는 또한 그 정상적인 예측된 적용 범위 외부에서 하드웨어가 실행되어 따라서 그 유용성을 확장하게 한다. 이는 전압 의존 캐패시턴스를 통해 행해진다. pn 접합부의 2개의 측면 상의 전하들 사이의 간격의 전압 의존성은 감도 조정을 용이하게 하는데 사용될 수 있다.
3. 반응 요소의 일 단자의 실현은 노이즈 성능을 향상시키는 이러한 방식으로 차폐를 구체화한다. 이는 센서와 맨드릴 사이의 안테나 접속부에 특정 길이를 부여한다.
4. 이 실시예에서 전기 스위치 디바이스의 포함은 피펫 맨드릴의 방전 및 위상 동기화 루프의 신뢰적인 시동을 위한 메커니즘을 포함하는 다수의 부가의 기능을 허용한다.
Q. 열 사이클러 모듈
주지된 바와 같이, PCR 또는 "중합 연쇄 반응"은 효소 복제에 이어서 DNA 듀플렉스의 변성 및 새로운 DNA 듀플렉스의 형성의 반복 사이클을 통해 DNA를 증폭하는데 사용된 방법을 칭한다. DNA 듀플렉스의 변성 및 재생은 DNA 증폭 반응 혼합물의 온도를 변경함으로써 수행될 수도 있다. 실시간 PCR은 반응에서 증폭된 DNA의 양에 관련된 신호가 증폭 프로세스 중에 모니터링되는 PCR 프로세스를 칭한다. 이 신호는 종종 형광이지만, 다른 검출 방법이 가능하다. 예시적인 실시예에서, PCR 서브시스템은 준비된 밀봉된 반응 용기를 취하고 완전한 실시간 폴리메라아제 연쇄 반응 분석을 수행하여, 샘플을 다수회 열 사이클링하고 각각의 사이클에서 방출된 형광광의 강도를 보고한다.
PCR 서브시스템은 광학 여기 서브시스템, 광학 검출 서브시스템, 플러그를 포함하는 PCR 반응 용기, 하나 이상의 열 사이클러 모듈(1300) 및 열 사이클러 격납고(1200)를 포함하는 다수의 서브시스템을 포함할 수 있다. PCR 서브시스템은 XYZ 반송 디바이스와 같은 반송 디바이스에 의해 지지될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 열 사이클은 하나의 완전한 증폭 사이클이라 칭할 수 있는데, 여기서 샘플은 DNA 듀플렉스 변성 온도로 샘플을 가열하고, DNA 어닐링 온도로 샘플을 냉각하고, 방출된 형광을 모니터링하면서 여기 소스로 샘플을 여기하는 것을 포함하는 온도 프로파일로서 또한 알려진 시간 대 온도 프로파일을 통해 이동한다. 통상의 DNA 변성 온도는 약 90℃ 내지 95℃일 수 있다. 통상의 DNA 어닐링 온도는 약 60℃ 내지 70℃일 수 있다. 통상의 DNA 중합 온도는 약 68℃일 수 있다. 이들 온도들 사이에서 전이하는데 요구되는 시간은 온도 램핑 시간이라 칭한다. 이상적으로, 각각의 열 사이클은 2의 팩터만큼 핵산의 타겟 서열을 증폭할 것이다. 그러나, 실제로, 증폭 효율은 종종 100% 미만이다.
시스템은 하나 이상의 분석 유닛을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 분석 유닛은 열 사이클러 모듈을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 열 사이클러 모듈은 각각을 위한 전력, 통신 및 섀시 마운트를 제공하는 열 사이클러 격납고라 칭하는 하드웨어 구조체 내에 수용될 수 있다. 열 사이클러 격납고는 약 20개의 열 사이클러 모듈을 수용할 수도 있지만, 수는 시스템의 처리량 요구에 의존하여 다양할 수 있다.
반응 용기는 환자 샘플로부터 RNA 또는 DNA, 타겟 서열 특정 프라이머 및 프로브, 새로운 DNA 가닥의 합성을 위해 필요한 효소 및 뉴클레오티드 모노머를 포함하는 "마스터 혼합물" 및 프로세스 대조 표준 재료를 포함하는 플라스틱 소모품이라 칭할 수 있다. 작은 유체 체적은 신속한 열전달을 용이하게 하여, 반응 용기 내에 포함된 총 액체 체적이 최소가 되게 된다. 통상의 체적은 40 μL 내지 50 μL일 수 있다.
일반적으로, 열 사이클러 모듈은 (1) 샘플 및 시약을 갖는 준비된 및 밀봉된 반응 용기를 수용하고, (2) 온도 제어된 열 블록 내로 용기를 가압하고, (3) 규정된 온도 프로파일을 통해 블록 및 연관 샘플을 신속하게 사이클링하고, (4) 온도 사이클의 적절한 부분에서 하나 이상의 여기 광원에 샘플을 노출하고, (5) 검출기에 송신될 방출된 형광의 광학 수집 경로를 수용할 수 있다.
이하에 더 상세히 개시되는 바와 같이, PCR 반응 용기 내에서 실시간 PCR을 수행하기 위한 열 사이클러 모듈은 PCR 반응 용기를 수용하기 위한 리셉터클을 갖는 열 블록을 포함할 수 있다. 슬라이드 가능 덮개는 열 블록과 중첩할 수 있고 개방 위치 및 폐쇄 위치를 가질 수 있고, 슬라이드 가능 덮개는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 종방향으로 이동한다. 이 슬라이드 가능 덮개는 여기 광학 조립체를 또한 포함할 수도 있고, 여기 광학 조립체는 열 블록 아래에 위치된다. 이 슬라이드 가능 덮개는 열 블록에 인접하여 위치될 수 있는 방출 광학 조립체를 더 포함할 수도 있다. 이들 조립체의 위치는 몇몇 실시예에서 반전될 수 있다.
도 16a는 열 사이클러 모듈(1300)의 측면 사시도를 도시한다. 열 사이클러 모듈(1300)은 직사각형 박스형 구조체의 형태의 봉입체(1312)를 포함한다. 직사각형 박스형 구조체는 다수의 열 사이클러 모듈이 비교적 작은 영역에 배치될 수 있게 한다. 열 사이클러 모듈(1300)은 박스형 구조체의 형태이지만, 임의의 다른 적합한 형상 또는 구성일 수 있다.
여기 광학 조립체(1304)가 열 사이클러 모듈(1300) 내의 샘플에 여기 방사선을 제공하는데 사용된다. 방출 광학 조립체(1302)는 열 사이클러 모듈(1300) 내의 샘플로부터 방출 방사선을 수용하고 전송하는데 사용된다. 여기 광학 조립체(1312) 및 방출 광학 조립체(1302)의 모두는 봉입체(1312)에 기계적으로 그리고 작동적으로 결합된다.
도 16b는 열 사이클러 모듈의 측단면도를 도시한다. 열 사이클러 모듈(1300)의 봉입체(1312)는 슬라이드 가능 덮개(1315)를 수용하도록 협동적으로 구성될 수도 있는 봉입체 리세스[1312(a)]를 포함할 수도 있다. 슬라이드 가능 덮개(1315)는 캐비티(1341)를 형성할 수도 있는 본체[1315(a)]를 포함할 수도 있다. 스프링과 같은 편의 요소(1344)가 본체[1315(a)]의 상부 부분에 부착될 수도 있다. 압축 헤드(1342)가 편의 요소(1344)에 결합될 수도 있고, 편의 요소(1344)의 배향에 대해 수직으로 배향될 수도 있다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 압축 헤드(1342)는 반응 용기(221) 상에 하향 압박할 수 있어 열 블록을 포함하는 열 블록 조립체(1311)와 양호하게 열 접촉하게 된다. 열 사이클러 모듈(1300) 내의 전자 기기 및 송풍기 조립체(1313)는 열 블록 조립체(1311) 내의 열 블록을 가열하고 냉각할 수 있어, 이에 의해 반응 용기(221) 내의 샘플을 가열하고 냉각한다. 반응 용기(221) 내의 샘플이 열 사이클링을 경험할 때, 여기 광학 조립체(1304)로부터의 광은 반응 용기(221) 내의 샘플에 광을 제공할 수 있다. 반응 용기(221) 내의 샘플로부터 방출된 광은 방출 광학 조립체(1302)를 통해 열 사이클러 모듈(1300)을 나올 수 있다.
도 16c는 복수의 열 사이클러 모듈(1300)을 갖는 격납고(1200)를 도시한다. 격납고(1200)는 다수의 선형 격납고 레일 구조체[1200(a)]를 포함할 수도 있고, 이들 격납고 레일 구조체[1200(a)]의 인접한 쌍은 격납고 포트[1200(b)]를 형성할 수도 있다. 레일 구조체[1200(a)]는 열 사이클러 모듈(1300) 내의 측면 리세스에 결합할 수도 있는 역 "T"형 보의 형태일 수도 있다. 격납고(1200)는 1개, 2개, 3개, 4개 또는 5개 이상의 열 사이클러 모듈(1300)을 유지할 수도 있다. 시스템 상의 열 사이클러 모듈(1300)의 수는 처리량 요구를 처리하기 위해 최적화될 수 있다. 일 실시예에서, 열 사이클러 격납고(1200)는 20개의 열 사이클러 모듈(1300)을 포함한다. 이들은 서로 정렬될 수도 있고, 콤팩트한 어레이를 형성할 수도 있다. 다른 실시예에서, 열 사이클러 격납고는 반경방향 또는 원형 배열로 열 사이클러 모듈(1300)을 유지할 수도 있다. 열 사이클러 모듈(1300)은 그 내에 형성된 다수의 슬롯(1204)을 가질 수도 있는 베이스(1202) 상에 놓일 수도 있다. 슬롯은 여기 광학 조립체(1304)의 광학 케이블이 그를 통해 통과할 수 있게 한다.
주지된 바와 같이, 열 사이클러 격납고(1200)는 전력, 통신 및 시스템 내의 열 사이클러 모듈(1300)(예를 들어, PCR 셀)을 고정하는 섀시 마운트를 제공한다. 열 사이클러 격납고(1200) 내에 수용된 열 사이클러 모듈(1300)의 수는 시스템의 처리량 요구의 함수일 수 있다. 일 실시예에서, 열 사이클러 격납고(1200)는 약 20개의 열 사이클러 모듈을 수용한다. 열 사이클러 격납고(1200)는 또한 개별 열 사이클러 모듈(1300)의 상황을 지시하는 LED와 같은 지시기(도 16c에는 도시되어 있지 않음)를 구비할 수도 있다. 이들 지시기는 열 사이클러 모듈(1200) 내의 현재 온도 또는 온도 프로파일의 부분을 신호화하는 예를 들어 컬러와 같은 시각적 큐를 사용자에게 제공할 수도 있다. 전력 및 통신은 하나 이상의 인쇄 회로 기판에 의해 제공된다.
도 16b를 참조하면, 열 사이클러 모듈(1300)은 열 사이클링 중에 일반적으로 폐쇄되어 있지만 열 블록 조립체(1311)의 열 블록으로의 액세스를 제공하도록 개방되어 있는 슬라이드 가능 덮개(1315)를 또한 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 슬라이드 가능 덮개(1315)는 열 사이클러 모듈(1300)의 상부에서 슬라이드하여 시스템의 평면에 평행하게 이동하는 슬라이드-잠금 덮개일 수 있다. 슬라이드 가능 덮개(1315)의 운동은 열 사이클러 모듈(1300)을 폐쇄하는 것 이외의 보조 작동을 수행하는데 이용될 수 있다. 이러한 작동은 열 블록 조립체(1311)의 리셉터클 내의 반응 용기(221)의 배치, 열 블록 조립체(1311)의 리셉터클로부터 열 사이클러 모듈(1300)의 해제, 슬라이딩 덮개가 개방될 때 검출 광학 기기에 입력하는 주위광량을 감소시키는 광학 셔터 메커니즘의 조작 및 시스템의 광학 서브시스템의 정렬을 위해 이용될 수 있는 형광성 타겟의 제공을 포함한다.
도 16d는 슬라이드 가능 덮개(1315) 내에 합체될 수도 있는, 대안적으로 셔터 요소(1320)라 칭할 수도 있는 광학 셔터를 도시한다. 이 광학 셔터는 좁은 제1 부분[1320(a)] 및 제1 부분[1320(a)]과 일체로 형성된 넓은 제2 부분[1320(b)]을 포함한다. 좁은 제1 부분[1320(a)]은 넓은 제2 부분[1320(b)]의 일 단부의 중간부에 있다. 열 사이클러 셔터 요소(1320)는 굴곡될 수도 있고 탄성을 가질 수도 있는 임의의 적합한 재료(예를 들어, 금속, 플라스틱 등)로 제조될 수도 있다.
도 16e는 셔터 요소(1320)가 폐쇄 위치에 있는 열 사이클러 모듈의 부분의 사시도를 도시한다. 셔터 요소(1320)의 제1 부분[1320(a)]은 한 쌍의 광학 요소 사이에 위치될 수 있고, 열 블록 조립체(1311) 부근에 있을 수 있다.
도 16f는 대응 슬라이드 가능 덮개(1315)가 개방 위치에 있는 동안 셔터 요소(1320)가 폐쇄 위치에 있는 열 사이클러 모듈의 부분의 내측면도를 도시한다. 슬라이드 가능 덮개는 가동 덮개의 예이다. 다른 유형의 가동 덮개가 이동 가능할 수 있지만, 슬라이드할 필요는 없다. 도시된 바와 같이, 슬라이드 가능 덮개(1315)는 셔터 요소(1320)의 제2 부분[1320(b)]을 수용할 수도 있는 내부 리세스[1315(c)]를 가질 수도 있다. 열 사이클러 모듈(1300) 내의 고정 요소(1321)는 제2 부분[1320(b)]의 단부를 고정할 수도 있다. 그 결과, 더 좁은 제1 부분[1320(a)]이 상승되고, 광은 반응 용기(221) 내의 샘플로부터 발광 파이프(1401)로 통과할 수 있다.
도 16g는 대응 슬라이드 가능 덮개가 개방 위치에 있는 동안 셔터 요소(1320)가 폐쇄 위치에 있는 열 사이클러 모듈의 부분의 내측면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 슬라이드 가능 덮개(1315)의 저부면은 제1 부분[1320(a)]이 하향으로 압박되도록 셔터 요소(1320)의 제2 부분[1320(b)] 상에 하향으로 압박한다. 제1 부분[1320(a)]은 그 후에 임의의 광이 발광 파이프(1401)에 진입하는 것을 차단한다. 이 구성은 유리하게는 열 사이클러 모듈이 개방되어 사용중이지 않을 때 하류측 광학 검출 시스템(도시 생략)에 미광(stray light)이 진입하는 것을 방지한다.
다른 실시예에서, 셔터 요소(1320)는 열 사이클러 모듈(1300)이 사용중이지 않을 때보다는, 열 차단 조립체가 노출될 때 하류측 광학 검출 시스템에 미광이 진입하는 것을 방지한다. 예를 들어, 개방 열 사이클러 모듈(1300)은 시스템 상의 다른 위치에 XYZ 피펫터의 스케쥴링을 수용하기 위해 반응 용기(221)를 일시적으로 유지하기 위해 사용중일 수도 있다.
도 16ha은 슬라이드 가능 덮개(1315)의 내부 구성 요소의 부분 내부 사시도를 도시한다. 도 16hb는 슬라이드 가능 덮개(1315)의 측면 사시도를 도시한다. 슬라이드 가능 덮개(1315)는 가늘고 긴 구멍(1341)(그 절반만이 도 16ha에 도시되어 있음)을 형성할 수도 있는 본체[1315(a)]를 포함할 수도 있다. 가늘고 긴 구멍(1341)은 압축 헤드(1342)에 결합된 편의 요소(1344)를 수용할 수도 있다. 반응 용기(도시 생략)를 수용하기 위한 구멍(1340)이 슬라이드 가능 덮개(1315)의 상부 부분에 있다. 구멍(1340)은 반응 용기가 슬라이드 가능 덮개(1315)를 통해 통과할 수 있게 한다.
도 16ia은 슬라이드 가능 덮개(1315)가 폐쇄 위치에 있는 열 사이클러 모듈 내의 슬라이드 가능 덮개(1315)의 측단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 슬라이드 가능 덮개(1315)의 전방부는 열 사이클러 모듈 봉입체(1312)의 봉입 리세스[1312(a)] 내에 끼워진다. 편의 요소(1344)에 의해 추진된 압축 헤드(1342)는 반응 용기(221) 상에 하향 압박하여, 이에 의해 이 반응 용기를 열 블록 내로 가압하여 열 블록과의 양호한 열 접촉을 제공한다. 일 실시예에서, 압축 헤드(1342)는 슬라이드 가능 덮개(1315)가 폐쇄될 때 반응 용기(221)와 접촉하게 된다.
도 16ib는 슬라이드 가능 덮개(1315)가 개방 위치에 있는 열 사이클러 모듈 내의 슬라이드 가능 덮개(1315)의 측단면도를 도시한다. 슬라이드 가능 덮개(1315)를 선택 위치로 이동시키기 위해, 이는 봉입 리세스[1312(a)]로부터 후퇴된다. 후퇴될 때, 압축 헤드(1342)는 반응 용기(221)와 더 이상 접촉하지 않고, 하향 압력이 더 이상 인가되지 않는다. 또한, 슬라이드 가능 덮개(1315)가 후퇴됨에 따라, 상향 테이퍼링된 리지는 더 넓은 용기 플러그 제3 부분[222(c)] 상에 압박되어 상향으로 압박되게 되고 이에 의해 열 블록 조립체(1311)의 열 블록으로부터 반응 용기(221)를 분리한다. 반응 용기(221)는 연장된 시간 동안 열 블록과 친밀 접촉하여 하향 압박될 수도 있기 때문에, 열 사이클링 후에 열 블록으로부터 제거하는 것이 어려울 수 있다. 도 16ib에 도시된 디자인은 열 블록으로부터의 반응 용기(221)의 자동 분리를 유리하게 그리고 효율적으로 제공한다.
시스템은 슬라이드 가능 덮개(1315)를 개방하고 폐쇄하기 위한 파지 특징부를 갖는 액추에이터를 이용할 수도 있다. 도 16j 내지 도 16k는 슬라이드 가능 덮개를 조작하도록 구성된 파지 특징부를 도시한다. 파지 특징부[1350(a)]는 전술된 바와 같이, 본 발명의 몇몇 실시예에서 XYZ 받침대의 부분일 수도 있다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 파지 특징부[1350(a)]는 도 16j의 수축 위치에 있을 수 있다. 도 16k에서, 파지 특징부[1350(a)]는 신장 위치에 있고, 2개의 열 사이클러 모듈 사이에 있도록 조작된다. 이 파지부는 이어서 슬라이드 가능 덮개(1315)의 단부 부분에 결합하도록 측방향으로 이동한다. 도 16l 및 도 16m에 도시된 바와 같이, 파지부가 슬라이드 가능 덮개(1315)의 단부 부분에 결합한 후에, 수축되고 또한 슬라이드 가능 덮개(1315)를 잡아당길 수 있어, 이에 의해 열 사이클러 조립체 내의 전술된 봉입체로부터 슬라이드 가능 덮개(1315)를 분리한다.
도 16n은 열 블록 조립체(1311) 내의 열 블록[1311(a)] 아래의 위치에서 여기 광학 조립체의 측단면도를 도시한다. 열 블록[1311(a)]은 또한 반응 용기(221)를 포함하고 그와 협동적으로 구조화될 수도 있는 열 블록 리셉터클을 형성할 수도 있다. 여기 광학 조립체는 반응 용기(221) 아래에 위치될 수도 있다.
작동의 더 상세한 설명이 도 16a 내지 도 16n을 참조하여 이어진다. 슬라이드 가능 덮개(1315)의 일 보조 작동은 열 사이클러 모듈(1300)의 열 블록 조립체(1311) 내의 리셉터클 내에 반응 용기(221)를 배치하는 것일 수 있다. 열전달이 열 블록 조립체(1311)와 반응 용기(221)의 표면 사이의 밀접한 접촉에 의해 용이해진다. 열 블록 조립체(1311)의 리셉터클의 원추형 형상은 하향 수직력이 삽입된 반응 용기(221)에 인가될 때 원하는 접촉을 제공할 수 있다.
이 하향력은 편의 요소(1344)를 포함하는 슬라이드 가능 덮개(1315)에 의해 제공될 수 있다. 편의 요소(1344)는 열 블록 조립체(1311)와 중첩될 수 있다. 이 편의 요소는 탄성 튜빙의 세그먼트, 스프링, 공압 실린더 또는 다른 적합한 디바이스를 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 편의 요소(1344)는 압축 헤드(1342)의 형태의 만곡된 힘 지향기와 슬라이드 가능 덮개(1315)의 상부의 내부면 사이에 개재될 수 있다. 도 16i에 도시된 바와 같이, 압축 헤드(1342)와 편의 요소(1344)는 슬라이드 가능 덮개(1315) 내에 위치될 수 있어 힘 지향기의 정점은 열 블록을 향해 배향되고 슬라이드 가능 덮개(1315)가 폐쇄 위치에 있을 때 열 블록의 리셉터클(221) 상에 위치되게 된다. 이 구성에서, 압축 헤드(1342)는 반응 용기(221)가 열 블록 조립체(1311)의 리셉터클 내에 결합되면 슬라이드 가능 덮개(1315)가 폐쇄됨에 따라 상향으로 추진된다. 편의 요소(1344)로부터의 저항은 열 블록 조립체(1311)의 리셉터클 내로 반응 용기(221)를 추진하는 용기 플러그(222)의 상부에 대해 하향력을 주장하여, 반응 용기 베이스(248) 내에 용기 플러그(222)를 열 블록(1331) 내에 반응 용기(221)를 단단히 배치하고, 열 사이클링 중에 반응 용기(221)를 적소에 유지한다. 반응 용기(221)에 대해 지향된 힘의 양은 5 파운드(22.24 N) 이상, 바람직하게는 대략 12 파운드(53.38 N)일 수 있다.
하향력은 다른 메커니즘에 의해 인가될 수도 있다. 슬라이드 가능 덮개(1315)는 경사진 평면이 접촉하고 슬라이드 가능 덮개가 폐쇄됨에 따라 반응 용기(221)에 힘을 인가하도록 배향된, 종방향으로 두께가 증가하는 경사진 평면을 포함할 수도 있다. 슬라이드 가능 덮개(1315)는 반응 용기(221)에 접촉하여 그에 대해 하향력을 인가하도록 위치된 선형 스프링의 세그먼트를 수용할 수 있다. 다른 실시예에서, 슬라이드 가능 덮개(1315)가 폐쇄될 때 슬라이드 가능 덮개(1315)가 반응 용기(221)와 정렬하도록 위치된 선형 액추에이터를 구비할 수 있다.
열 블록 조립체(1311)의 리셉터클 내의 반응 용기(221)의 견고한 배치는 최적의 열전달을 위해 바람직하다. 그러나, 이 실시는 열 사이클링 후에 반응 용기(221)의 제거에 어려움을 유도할 수 있다. 슬라이드 가능 덮개(1315)의 운동은 삽입된 반응 용기(221)가 시스템 상의 다른 위치로의 전달을 위해 열 블록 조립체(1311)로부터 해제될 수 있는 것을 보장하도록 이용될 수 있다. 반응 용기(221)는 예를 들어 XYZ 반송 디바이스의 피펫터 조립체를 사용하여 회수될 수도 있다.
도 16ia에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 슬라이드 가능 덮개(1315)는 열 블록 조립체(1311) 바로 위에 놓인 덮개 베이스 플레이트를 포함한다. 덮개 베이스 플레이트(1347)는 가늘고 긴 구멍(1341)을 포함할 수 있고, 가늘고 긴 구멍(1341)은 근위 종단, 원위 종단 및 근위 종단과 원위 종단 사이로 연장하는 평행한 에지를 포함한다. 가늘고 긴 구멍(1341)의 원위 종단은 슬라이드 가능 덮개(1315)가 폐쇄 위치에 있을 때 열 블록 조립체(1311)의 리셉터클과 정렬될 수 있다. 가늘고 긴 구멍(1341)의 측방향 에지의 두께는 가늘고 긴 구멍(1341)의 원위 종단으로부터 근위 종단으로 점진적으로 증가할 수 있어 열 블록 조립체(1311)의 리셉터클 내에 배치된 반응 용기(221)의 상부 부분에 결합할 수 있는 테이퍼링된 리지(1346)를 형성한다. 덮개 베이스 플레이트(1347)는 슬라이드 가능 덮개(1315)가 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 이동함에 따라 이 테이퍼링된 리지가 결합하여 삽입된 반응 용기(221)에 상향 운동량을 제공하도록 배향될 수 있다. 이 운동량은 열 사이클링 후에 열 블록 조립체(1311)의 리셉터클 내의 반응 용기(221)를 느슨하게 하는데 충분하여, XYZ 반송 디바이스의 피펫터 조립체가 결합하여 열 사이클러 셀(1300)로부터 반응 용기(221)를 제거할 수 있게 한다. 구멍(1351)이 슬라이드 가능 덮개(1315) 내에 제공될 수 있어, XYZ 반송 디바이스가 반응 용기(221)를 회수할 수 있게 한다.
도 16f 및 도 16g에 도시된 바와 같이, 슬라이드 가능 덮개(1315)는 폐쇄될 때, 검출과 간섭할 수도 있는 외부광이 열 사이클러 모듈(1300)에 진입하는 것을 차단하는 역할을 할 수 있다. 다수의 열 사이클러 모듈(1300)이 사용될 때, 인접한 폐쇄된 열 사이클러 모듈(1300)에서 행해지는 측정과 간섭하는 개방 열 사이클러 모듈(1300)의 검출 광학 기기를 통해 진입하는 외부광의 추가의 가능성이 존재한다. 일 실시예에서, 열 사이클러 모듈(1300)은 스프링 셔터일 수도 있는 셔터 요소(1320)를 더 포함할 수도 있다. 셔터 요소(1320)는 열 사이클러 모듈(1300)의 검출 광학 조립체 부근에 위치된다. 셔터 요소(1320)는 슬라이드 가능 덮개(1315)의 이동에 응답성이 있고 탄성일 수도 있다. 개방 위치로의 슬라이드 가능 덮개(1315)의 이동은 이것이 검출 광학 조립체 내로 신장하도록 셔터 요소(1320)를 변위시킬 수 있어, 주위광의 적어도 일부가 검출기에 진입하는 것을 차단한다. 폐쇄 위치로의 슬라이드 가능 덮개(1315)의 이동은 이후에 셔터 요소(1320)가 검출 광학 조립체로부터 수축될 수 있게 하여, 열 사이클링 중에 반응 용기(221)로부터 형광의 측정을 허용한다.
슬라이드 가능 덮개(1315)는 그 이동에 독립적인 부가의 보조 기능을 가질 수 잇다. 슬라이드 가능 덮개(1315)는, 열 블록 조립체(1311)의 리셉터클 내에 결합된 어떠한 반응 용기(221)도 존재하지 않을 때 그 부분이 방출 및 검출 광학 기기의 범위 내에 있을 수도 있기 때문에 시스템의 광학 서브조립체를 캘리브레이션하도록 이용될 수 있는 형광성 타겟을 포함할 수도 있다. 형광성 타겟은 적합한 형광성 물질로 구성된 압축 헤드(1342)와 같은 만곡된 힘 지향기일 수 있다. 대안적으로, 전체 슬라이드 가능 덮개(1315)는 제조 프로세스를 간단화하기 위해 형광성 물질을 포함할 수도 있다. 적합한 형광성 물질은 형광성 폴리머 및 형광성 코팅을 갖는 구조 물질을 포함한다. 또한, 슬라이드 가능 덮개(1315)는 몇몇 실시예에서 가열기를 또한 포함할 수도 있다. 이러한 가열기는 열 블록 조립체(1311)의 리셉터클 내에 결합된 반응 용기(221) 내에 응축이 형성하는 것을 방지하는데 사용될 수 있다.
도 16o는 열 블록 조립체의 측면 사시도를 도시한다. 도 16p는 열 블록 조립체(1311)의 평면 사시도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 열 블록 조립체(1311)는 열 블록[1311(a)], 열 블록[1311(a)]에 부착된 박막 가열기(1319) 및 측방향 구멍(1362)을 포함할 수 있다. 열 블록[1311(a)]은 반응 용기(도시 생략)를 위한 리셉터클[1311(b)]을 형성할 수 있다. 측방향 구멍(1362)은 광이 샘플로부터 열 블록[1311(a)] 내의 반응 용기의 하류측의 검출 광학 기기로 통과하게 할 수도 있다. 온도 감지 요소(1364)는 열 블록[1311(a)]과 연관될 수도 있다. 이들은 그 내부에 유지된 열 블록 또는 반응 용기의 온도를 측정하는데 사용될 수 있다. 반응 용기 또는 그 내용물의 온도는 열 블록의 온도로부터 직접 결정되거나 유도될 수도 있다. 온도 감지 요소는 서미스터 및 열 촬영 디바이스를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 열 블록[1311(a)]은 반응 용기의 신속한 열 사이클링을 지원하는 임의의 적합한 특성을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 이 열 블록은 열 에너지를 전달하기 위한 실질적으로 평면형 열 질량체와, 용기와의 열 접촉면을 형성하기 위한 리셉터클을 포함할 수도 있다. 리셉터클은 원추형 형상의 절두체를 포함할 수 있고 상부 개구 및 하부 개구를 갖고, 리셉터클은 열 질량체의 정면에 부착되어 있다. 열 블록은 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘, 금, 은 또는 베릴륨과 같은 고도로 열전도성 재료로 구성될 수도 있다. 열 블록은 약 100 W/mK 이상의 열전도도 및 약 0.30 kJ/kgK 이하의 비열을 가질 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 열 블록은 약 0.015 인치 내지 약 0.04 인치의 두께를 갖는다. 열 블록은 복수의 열전달 핀을 또한 가질 수도 있다. 열 블록은 반응 용기로 전달된 열을 제공하는 가열 요소를 또한 포함할 수 있다. 가열 요소는 평면형 열 질량체의 후방면에 부착된 박막 가열기일 수 있지만, 저항 가열기, 열전 디바이스, 적외선 이미터, 가열된 유체의 스트림 또는 열 블록과 열 접촉하는 채널 내에 포함된 가열된 유체와 같은 다른 열원이 또한 사용될 수도 있다. 열 블록은 예를 들어 PID 루프에 의해 열 블록의 온도를 제어하기 위해 제어기와 함께 사용되는 하나 이상의 온도 센서를 또한 포함할 수도 있다. 이들 온도 센서는 열 블록 내에 매립될 수도 있다. 열 블록은 광학 개구를 포함할 수도 있고, 여기서 광학 개구는 평면형 열 질량체를 통한 리셉터클의 내부로의 광학 통신을 허용하도록 위치된다. 이 구멍은 검출 광학 기기를 위한 광학 윈도우로서 기능할 수 있다.
열 블록[1311(a)]의 리셉터클은 반응 용기를 고정하고 그와 양호한 열 접촉을 보장하는데 필요한 임의의 적합한 특성을 또한 가질 수도 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 원추형 리셉터클[1311(b)]의 벽은 약 1도 내지 약 10도의 각도, 약 4도 내지 약 8도의 각도 또는 약 6도의 각도를 갖는다. 리셉터클의 감소하는 내경은 반응 용기가 열 블록의 리셉터클 내로 가압됨에 따라 반응 용기의 외부가 리셉터클의 내부와 친밀 접촉하게 되는 것을 보장한다. 열 블록[1311(a)]의 리셉터클은 상부 개구 및 하부 개구를 또한 가질 수도 있다. 상부 개구는 반응 용기의 삽입을 허용한다. 하부 개구는 제조 프로세스의 결과일 수 있는 용기의 길이의 편차에도 불구하고 반응 용기가 리셉터클[1311(b)] 내에 기밀하게 끼워지게 할 수 있다. 하부 개구는 여기 광학 기기를 위한 광학 윈도우로서 또한 작용할 수도 있다. 열 사이클러 모듈(1300)은 리셉터클[1311(b)] 내에 유지된 반응 용기로부터 오염의 위험을 감소시키기 위해, 열 블록의 모두 또는 일부를 포함하는 O-링 밀봉부 또는 봉입 용기와 같은 봉입 특징부를 포함할 수 있다.
열 사이클러 모듈(1300)은 임의의 적합한 광학 구성 요소를 또한 포함할 수도 있다. 여기 광학 기기는 광원과 광학 통신하는 광 파이버와, 여기 광 파이버의 종단으로부터 열 블록의 리셉터클에 결합된 반응 용기 내로 방출된 광을 지향하는 렌즈를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 여기광은 열 사이클러 모듈 내에 합체되고 개재 광 파이버가 없이 열 블록의 리셉터클 내에 결합된 반응 용기와 광학 통신하는 광원에 의해 제공될 수도 있다. 적합한 광원은 이들에 한정되는 것은 아니지만, 레이저, LED 및 다른 고출력 광원을 포함한다. 여기를 위해 사용된 LED는 백색광을 시뮬레이팅하기 위해 본질적으로 단일 파장을 방출하거나 다중 파장을 방출할 수도 있다. 다수의 단색 LED가 상이한 주파수에서 여기광을 제공하는데 사용될 수도 있다. 검출 광학 기기는 시스템 상의 다른 위치에 위치된 검출기와 광학 통신하는 광 파이버와, 열 블록의 리셉터클 내에 결합된 반응 용기로부터 검출 광 파이버의 종단 내로 방출된 광을 지향하는 렌즈를 포함할 수도 있다. 다수의 열 사이클러 모듈로부터의 검출 광 파이버는 단일 검출기로 지향될 수도 있다. 대안적으로, 검출 광 파이버는 특정 열 사이클러 모듈과 연관된 개별 검출기와 연관될 수도 있다. 다른 실시예에서, 검출기는 열 사이클러 모듈의 하우징 내에 장착되고 개입 광 파이버 없이 열 블록의 리셉터클 내에 결합된 반응 용기와 광학 통신하여 배치될 수도 있다. 적합한 검출기는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 1D CCD, 2D CCD, 광전증배관(photomuliplier) 튜브, 포토다이오드, 아발란치 포토다이오드(avalanche photodiode) 및 실리콘 광전증배관을 포함한다. 검출기는 간섭 필터, 회절 격자 또는 개별 파장 내로의 방출된 광의 분리를 위한 유사한 디바이스를 또한 포함할 수도 있다. 검출 광학 기기는 열 사이클러 모듈의 내부가 노출될 때 광이 검출기에 진입하는 것을 차단하는 셔터 메커니즘을 또한 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예는 여기 및 방출 광학 조립체를 위한 광학 케이싱을 또한 포함할 수도 있다. 이들 광학 케이싱은 여기 및 방출 광학 기기와 연관된 렌즈, 광학 필터 및 도파관을 보호하는 기능을 한다. 광학 케이싱은 열 사이클러 내의 여기 및 방출 광학 기기의 장착 및 정렬을 용이하게 하는 특징부를 또한 포함할 수도 있다. 광학 케이싱은 외부면 내에 원주방향 홈을 가질 수 있다. 이러한 원주방향 홈은 열 사이클러 내에 합체된 래치 결합 메커니즘으로 광학 케이싱이 적소에 유지되도록 허용한다. 일 실시예에서, 래치 결합 메커니즘은 스프링 장전된 래치이다. 이러한 실시예에서, 사용자는 광학 케이싱을 제거하거나 설치하기 위해 열 사이클러의 스프링 장전된 래치를 가압할 수 잇다. 광학 케이싱은 회전 대칭일 수도 있어, 이들이 배향 특정적이지 않게 된다. 일 실시예에서, 여기 광학 케이싱은 여기 광학 기기와 연관된 렌즈, 광학 필터 및 도파관을 구비하고, 열 사이클러의 래치 결합 메커니즘과 간섭하는 원주방향 홈을 갖는 원통형 본체이고, 방출 광학 케이싱은 방출 광학 기기와 연관된 렌즈, 광학 필터 및 도파관을 구비하고, 열 사이클러의 래치 결합 메커니즘과 간섭하는 원주방향 홈을 갖는 원통형 본체이다. 이러한 광학 케이싱의 사용은 광학 구성 요소의 교체를 간단화하고 열 사이클의 분해 없이 렌즈의 세척을 허용한다.
도 16q는 열 사이클러 모듈 내에 방출 광학 조립체(1357)를 유지하는 열 사이클러 스프링 래치, 뿐만 아니라 여기 스프링 래치(1339)로 적소에 유지된 여기 광학 조립체(1359)를 도시한다. 스프링 래치(1337, 1339)는 압축될 수 있어, 이에 의해 방출 및 여기 광학 조립체(1357, 1359)에 대해 임의의 편의력을 제거하고 이들 광학 조립체가 사용자에 의해 용이하게 제거될 수 있게 한다.
더 구체적으로, 스프링 래치(1337, 1339)는 헤드[1337(c), 1339(c)]와 일체로 형성된 베이스[1337(b), 1339(b)]를 각각 포함할 수도 있다. 스프링과 같은 편의 요소[1337(a), 1339(a)]는 베이스[1337(b), 1339(b)]에 대해 압박될 수도 있어 헤드[1337(c), 1339(c)]를 방출 또는 여기 광학 조립체(1357, 1359) 내의 홈(또는 다른 유형의 리세스)[1357(a), 1359(a)] 내로 편의한다. 광학 조립체(1357, 1359)를 제거하기 위해, 사용자는 베이스[1337(b), 1339(b)] 상에 간단히 하향 가압할 수 있어, 이에 의해 헤드[1337(c), 1339(c)]를 홈[1357(a), 1359(a)]으로부터 후퇴시켜, 이들 헤드가 열 사이클러 모듈(1300)로부터 분리되게 된다.
열 사이클러 모듈(1300)은 하나 이상의 어드레스 가능한 메모리 유닛을 또한 포함할 수도 있고, 여기서 어드레스 가능한 메모리 유닛은 열 사이클러 모듈을 위해 특정한 정보(예를 들어, 광학 정렬 정보)를 저장한다. 메모리 유닛은 그 각각이 약 32 kbits의 용량을 갖는 I2C 메모리 블록일 수 있다. 개별 메모리 블록은 상이한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 하나의 메모리 블록이 이 열 사이클러 모듈에 특정한 시리얼 번호 및 제조 시험 데이터를 저장하는데 사용된 보호된 메모리를 기록할 수도 있고, 여기서 상이한 메모리 블록은 열 사이클러 모듈 캘리브레이션 정보, 온도 오버슈트(overshoot) 및 언더슈트(undershoot) 정보 및 이 열 사이클러 모듈 내의 다양한 구성 요소의 실행 사이클의 수에 관련된 정보를 저장하는데 사용된 판독/기록 메모리를 가질 수도 있다. 통상의 실행 사이클은 가열기 사이클의 수, 송풍기 사이클의 수 및 완료된 열 사이클의 총 수일 수도 있다.
열 블록 조립체의 다수의 대안적인 구성이 또한 존재한다. 일 실시예에서, 열 블록 조립체는 일 단부에서 가열 디바이스 부근에 반응 용기를 유지하고 냉각을 위해 송풍기와 함께 사용을 위한 연장된 냉각 "미부(tail)" 영역(핀을 갖거나 갖지 않음)을 갖는다. 다른 실시예에서, 열 블록 조립체는 일 종단에 반응 용기를 유지할 수 있고, 일 측에 박막 가열기를, 다른 측에 냉각핀을 갖는 연장된 미부를 갖고, 비가열측으로 냉각 공기를 지향하는 송풍기를 갖는다. 다른 실시예는 반응 용기를 유지하기 위한 중앙 캐비티를 갖는 원통형 열 블록, 외부면 상의 냉각핀의 나선형 배열 및 냉각핀들 사이에 노출된 실린더의 표면에 대해 정착된 나선형 저항 가열기를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 열 블록은 반응 용기를 둘러싸는 저항 가열 와이어의 어레이에 의해 대체될 수도 있어, 이를 주로 복사 및 대류에 의해 가열한다.
공기의 스트림을 지향하는 송풍기는 열 블록을 냉각하는 데 사용될 수도 있지만, 본 발명의 다른 실시예에서, 냉각은 열 블록 조립체 내에 일체화되고 시스템 상의 다른 위치에 위치된 대형 히트 싱크 및 팬 조립체와 열적으로 통신하는 히트 파이프에 의해 제공될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예는 신속한 냉각을 제공하기 위해 열 블록과 물리적으로 접촉하여 이동되는(공압 실린더, 회전형 모터, 솔레노이드, 선형 액추에이터, 기계적 링크 장치 또는 다른 적합한 수단을 경유하여) 비교적 대형 열 질량체의 사용을 포함할 수도 있다. 본 발명의 다른 실시예는 냉각을 위해 송풍기 대신에 사용될 수 있는 강제된/압축된 공기 스트림을 포함할 수 있다.
R. 열 사이클러 모듈 제어
도 17a는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 사이클러 모듈(2100)의 몇몇 구성 요소를 도시하는 개략 블록 다이어그램을 도시한다. 열 사이클러 모듈(2100)은 전원(2105)을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 전원은 열 사이클러 모듈(2100)의 외부에 있다.
전원(2105)은 열 블록 조립체(2110)에 접속된다. 열 블록 조립체(2110)는 열을 제공할 수도 있는 구성 요소(예를 들어, 가열기)를 포함할 수도 있다. 팬과 같은 냉각 디바이스(2112)가 전원(2105)에 또한 결합될 수도 있다. 예시적인 열 블록 조립체(1311)가 도 16b와 관련하여 설명되어 있다. 열 블록 조립체(2110) 및/또는 냉각 디바이스(2112)는 2진 방식(온 또는 오프/가열 또는 냉각) 또는 연속적인 방식으로 작동할 수도 있고, 이에 의해 상이한 인가된 전압은 상이한 정도의 유효 가열 및 냉각을 야기한다.
전원(2105)에 의한 전압 출력은 예를 들어 내부 프로세서 및 내부 메모리(2115) 및/또는 외부 소스로부터 수신된 전압 신호에 의해 적어도 부분적으로 제어될 수도 있다[예를 들어, 신호는 무선 수신기(2120)를 경유하여 전송됨]. 일 실시예에서, 내부 메모리는 전원(2105)에 전송될 수도 있는 사전 결정된(예를 들어, 시험) 전압 신호를 포함한다. 일 실시예에서, 전압 신호는 외부 소스(예를 들어, 외부 컴퓨터 시스템)로부터 수신된다. 일 실시예에서, 초기 신호(예를 들어, 전압 신호 또는 온도 신호)는 소스로부터 수신되고[예를 들어, 온도 측정 구성 요소(2135a)로부터], 프로세서 및 메모리 유닛(2115) 내의 프로세서는 초기 수신된 신호를 새로운 전압 신호로 변환하고, 이 신호는 이어서 전원(2105)으로 송신된다. 온도 데이터가 수집되는 주파수는 열 사이클링 요구를 위해 최적화될 수도 있다. 온도 측정 구성 요소(2135a)는 100 밀리초 내지 500 밀리초의 범위의 간격에서 측정치를 얻을 수도 있다. 일 실시예에서, 온도 측정 구성 요소(2135a)는 약 200 밀리초의 간격에서 측정치를 얻는다.
열 블록 조립체(2110)는 반응 용기(2125)에 연결될 수도 있어, 예를 들어 전원(2105)으로부터 전압의 수신시에 용기를 가열하고 냉각한다. 샘플(2130)이 반응 용기(2125) 내에 배치될 수도 있다.
열 사이클러 모듈(2100)은 하나 이상의 온도 측정 구성 요소[2135(a)](예를 들어, 서미스터)를 포함할 수도 있다. 온도 측정 구성 요소[2135(a)]는 예를 들어 반응 용기(2125) 및/또는 열 블록 조립체(2110) 내의 온도를 측정할 수도 있어, 시간 의존성 온도 신호를 생성한다. 온도-측정 구성 요소[2135(a)]는 프로세서 및 메모리 유닛(2115)에 측정된 온도 신호를 송신할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 온도 측정 구성 요소는 열 사이클러 모듈(2100)을 특징화하는데 사용을 위해, 외부 소스에 데이터를 송신할 수도 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 프로세서 및 메모리 유닛(2115)은 하나 이상의 메모리 디바이스(예를 들어, 컴퓨터 판독 가능 매체)에 결합된 하나 이상의 마이크로프로세서를 포함할 수도 있다. 이들 디바이스는 동일한 회로 기판 위에 있을 수도 있고, 또는 서로로부터 이격될 수도 있지만, 서로 작동적으로 결합된다. 메모리 유닛은 프로세싱 샘플을 위한 알고리즘, 뿐만 아니라 캘리브레이션 정보를 저장할 수도 있다. 캘리브레이션 정보는 개별 열 사이클러 모듈을 위해 특정한 값을 포함할 수도 있고 또는 모든 열 사이클러 모듈에 공통인 값을 포함할 수도 있다. 캘리브레이션 정보는 열 블록의 온도로부터 PCR 용기의 내부의 온도를 계산하기 위한 팩터를 포함할 수 있다.
각각의 열 사이클러 모듈(예를 들어, 열 사이클러 격납고 내의)은 규정된 전압에 응답하여 나타낼 수 있는 정확한 온도 프로파일에 영향을 미치는 다양한 환경 또는 하드웨어 팩터에 의해 영향을 받을 수도 있다. 열 사이클러 모듈의 온도에 영향을 미칠 수도 있는 일 팩터는 주위 온도이다. 도 17b는 예를 들어 주위 온도가 36℃ 또는 22℃일 때 인가된 전압 신호에 응답하여 열 블록 및 샘플의 온도 측정치를 도시한다. 더 낮은 주위 온도에서, 샘플 및 블록 온도 램핑(ramping) 시간이 더 빨라, 더 빠른 사이클 시간을 유도한다. 격납고 내에서, 열 사이클러의 주위 온도는 그 상대 위치에 의해 영향을 받을 수도 있다. 예를 들어, 격납고의 주위에 근접하여 위치된 열 사이클러는 더 중앙에 위치된 열 사이클러에 비교할 때 더 낮은 주위 온도에 배치될 수도 있다. 따라서, 격납고 내의 열 사이클은 서로에 대해 위상 시프트를 점진적으로 경험할 수도 있다.
열 사이클러 모듈의 온도 프로파일에 영향을 미칠 수도 있는 다른 팩터는 열 사이클러 모듈의 하드웨어 구성 요소이다. 예를 들어, 각각의 사이클러의 열 블록 조립체(예를 들어, 팬 및 가열기를 포함함) 내의 약간의 편차는 사이클러를 가로지르는 가변 온도 프로파일을 유발할 수도 있다. 도 17b는 2개의 상이한 사이클러의 열 블록 및 샘플의 온도 프로파일을 도시한다. 사이클러는 동일한 하드웨어 구성 요소를 포함하지만, 하드웨어의 작은 차이가 램핑 및 사이클 시간의 관찰된 차이를 고려할 수도 있다.
열 사이클러 사이의 온도 프로파일 편차는 사이클러를 가로지르는 DNA 증폭의 비일관적인 비율을 유도할 수도 있다. 따라서, DNA 증폭은 며칠을 가로질러(예를 들어, 격납고 주위 온도의 변동성에 기초하여) 그리고 심지어 단일의 증폭 세션 내의 사이클러를 가로질러 비일관적일 수도 있다. 부가적으로, 가변 온도 프로파일에 의해 발생된 위상 시프트는 증폭의 신뢰적인 형광성 측정치를 얻는 것을 어렵게 할 수도 있다. 본 발명의 실시예에서, 반응 용기는 임의의 열 사이클러에 할당될 수도 있기 때문에, 상이한 열 사이클러 사이의 성능의 편차는 분석 성능의 전체 편차에 기여할 수도 있다. 이는 시스템 정확도와, 잠재적으로는 분석의 궁극적 감도 및 최종 보고된 결과의 정확성의 모두에 악영향을 미친다.
일 실시예에서, 열 사이클러 성능의 제어는 PID(비례 적분 미분 제어기) 제어 루프를 사용하여 성취된다. 열 블록은 온도 정보를 제공하는 서미스터를 구비한다. 통상의 열 사이클은 약 70℃ 내지 약 95℃의 열 블록의 온도를 시프트할 수도 있다. 70℃의 열 블록 온도를 성취하기 위해, 고정된 전압이 이 온도가 성취될 때까지 인가된다. 온도는 이어서 열 블록으로부터 PID 제어 루프 및 온도 데이터를 사용하여 유지된다. 열 블록의 온도를 95℃로 상승시키기 위해, 고정된 전압은 원하는 온도가 성취될 때까지 재차 인가된다. 유사하게, 온도를 감소시키기 위해, 고정된 전압은 열 블록 상에 공기를 지향하는 송풍기에 인가될 수도 있다. 이 송풍기에 공급된 공기는 주위 온도에 있을 수도 있고 또는 냉각될 수도 있다. 압축 공기의 지향된 스트림의 사용, 열 블록 내의 채널을 통한 냉각 유체의 유동 및 열 블록과 열 접촉하는 펠티에(Peltier) 냉각 디바이스의 사용과 같은 다른 냉각 방법이 또한 사용될 수도 있다. 사이클 시간을 최소화하는 것이 바람직하기 때문에, 각각의 열 사이클러에 의해 성취 가능한 최고로 가능한 온도 램핑 비율을 생성하는 가열 및 냉각 시간을 최소화하는 전압이 선택될 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 프로세서 및 메모리 유닛(2115)의 메모리 유닛에 저장될 수 있는 알고리즘은 모든 열 사이클러 모듈을 가로질러 동일한 온도 대 시간 프로파일을 생성하는데 사용될 수 있다. 이러한 알고리즘은 상이한 열 사이클러의 온도 램핑 비율의 편차의 소스를 보상한다. 이러한 알고리즘은 또한 상이한 환경 조건을 보상할 수도 있다. 편차의 소스는 주위 온도(도 17b), 열 블록 성능 및 송풍기 성능(하드웨어 편차: 도 17c)을 포함할 수 있다.
도 17d는 본 발명의 실시예에 따른 방법을 도시하는 플로차트를 도시한다. 방법에서, 복수의 열 사이클러 모듈은 전술된 바와 같이 제공될 수도 있다(블록 2005). 복수의 열 사이클러 모듈은 2, 3, 5, 6 또는 7개 이상일 수도 있다.
다음에, 열 사이클러 모듈이 선택될 수도 있다(블록 2010). 선택된 열 사이클러 모듈은 다수의 열 사이클러 모듈 중 하나일 수도 있다. 선택되지 않은 다른 열 사이클러 모듈은 열 사이클러 모듈의 세트를 형성할 수도 있다. 열 사이클러 모듈의 세트는 1, 2 또는 3개 이상의 열 사이클러 모듈을 포함할 수도 있다.
열 사이클러 모듈은 임의의 적합한 방식으로 선택될 수도 있다. 이는 열 사이클러 모듈의 어레이의 최소 응답성 열 사이클러 모듈로서 선택될 수 있다. 예를 들어, 선택된 열 사이클러 모듈은 열 사이클러 모듈의 어레이 내의 최저 램핑 열 사이클러 모듈일 수도 있다. 이는 열 사이클러 모듈의 최장 사이클 시간 또는 최저 열전달에 대응할 수도 있다. 다른 실시예에서, 온도 대 시간 프로파일은 최소 응답성 열 사이클러 모듈에 기초할 필요는 없지만, 상이한 유형의 열 사이클러 성능 특성의 성능에 기초할 수 있다. 온도 대 시간 프로파일이 어떻게 생성되는지에 무관하게, 본 발명의 이들 실시예는 오버슈트 및 개별 열 사이클러 성능 문제점의 모두를 처리할 수 있다.
열 사이클러 모듈이 선택된 후에, 온도 대 시간 프로파일은 선택된 열 사이클러 모듈 프로파일을 위해 생성된다(블록 2015). 이는 이어서 프로세서 및 메모리 유닛(2115) 내의 메모리 유닛(예를 들어, 메모리 칩과 같은 컴퓨터 판독 가능 매체) 내에 저장될 수 있다.
선택된 열 사이클러를 위한 온도 대 시간 프로파일이 생성된 후에, 어레이 내의 각각의 열 사이클러 모듈의 열 블록 조립체는 편차의 소스(예를 들어, 주위 온도)와 미리 정해진 온도 대 시간 프로파일을 사용하여 조정될 수 있다(블록 2020). 이는 열 사이클러 모듈의 어레이 내의 선택된 열 사이클러 모듈과 연관된 미리 정해진 온도 대 시간 프로파일을 얻음으로써 행해질 수 있다. 열 사이클러 모듈의 어레이는 선택된 열 사이클러 모듈 및 열 사이클러 모듈의 세트를 포함할 수 있다. 프로세서 및 메모리 유닛(2115) 내의 프로세서는 이어서 이들의 성능이 미리 정해진 온도 대 시간 프로파일에 정합하도록 열 사이클러 모듈의 세트 내의 열 사이클러 모듈을 제어한다. 열 사이클러 모듈의 세트 내의 열 사이클러 모듈의 각각은 어레이 내의 열 사이클러 모듈들 사이의 편차의 소스를 사용하여 제어될 수 있다.
예시적으로, 복수의 열 사이클러 모듈 내의 허용 가능한 성능을 제공하는 최소 응답성 열 사이클러 모듈이 선택될 수 있다. 온도 대 시간 프로파일은 이어서 선택된 열 사이클러 모듈을 사용하여 생성될 수 있다. 알고리즘이 이어서 생성되고, 열 블록 조립체(2110)(및 따라서 반응 용기에 의해 제공된 열) 뿐만 아니라 냉각 디바이스(2112)를 제어하는데 사용된다. 알고리즘은 선택된 온도 대 시간 프로파일 및 열 블록 조립체(2112) 및 냉각 디바이스(2112)를 어떻게 제어하는지를 결정하기 위해 열 사이클러 모듈의 주위 온도와 같은 편차의 소스에 대한 정보를 사용한다. 이하의 식이 알고리즘에 사용될 수 있다.
(1): dB/dt = ha + k(Ta-B(t)),
여기서
dB/dt = 초당 도 단위의 열 블록 온도의 변화,
Ta = 주위 온도(℃),
ha = 주위 온도에서 박막 가열기 출력(℃/초),
k = 열전달율, 및
B(t) = 소정 시간 t에서의 열 블록의 온도.
B(t)가 직접 측정되지 않으면, B(t)에 대해 적분하고 해를 구할 수 있어 소정 시간 t에서 열 블록의 온도를 얻는다.
B(t) = (B(0) - (ha/k) - Ta)ekt + (ha/k) + Ta,
여기서
B(0) = 시간 = 0에서 시작 블록 온도.
프로세서 및 메모리 유닛(2115) 내의 프로세서는 전압의 변조된 펄스를 열 블록 조립체(2110)에 인가함으로써 박막 가열기 출력(ha)을 제어할 수 있고, 냉각 디바이스(2112)(예를 들어, 송풍기, 팬 또는 냉각 유체)를 사용하여 유사한 방식으로 열전달율(k)을 제어할 수 있다. 가열기 및 팬 출력을 변조하기 위한 대안적인 방법이 본 발명의 실시예에서 또한 가능하다.
상기 식 (1)에서, 소정 시간에서 dB/dt는 선택된 열 사이클러 모듈의 미리 정해진 시간 대 온도 프로파일로부터 결정될 수 있고, 열 사이클러 모듈의 주위 온도(Ta)는 온도 측정 구성 요소(예를 들어, 서미스터)에 의해 측정될 수 있다. 변수 ha 및 k는 독립적으로 제어될 수 있고, 양 변수는 식 (1)을 만족시키기 위해 동시에 변경될 수 있다(즉, 가열기 및 송풍기는 조합하여 사용될 수 있음).
도 17e는 전술된 알고리즘을 사용하여 프로그램되었던 20개의 독립적인 열 사이클러 모듈로부터 블록 온도 측정치의 예를 도시한다. 도 17e에 도시된 바와 같이, 열 사이클러 모듈의 어레이 내의 열 사이클러 모듈은 일관적으로 실행한다. 이는 상당한 하드웨어 변경 또는 좁은 제품 사양을 필요로 하지 않고 유리하게 행해질 수 있다. 시스템 상의 모든 열 사이클러 사이의 일관적인 열 프로파일의 사용은 유리하게는 하드웨어 차이 및 환경 팩터에 기인하여 PCR 프로세스의 편차를 감소시킨다. 일관적인 열 프로파일의 사용은 또한 시스템 상의 모든 열 사이클러 내에 동일한 열 사이클링 시간을 생성하여, 열 사이클링이 소정의 샘플에 대해 완료될 수 있을 때의 정확한 추정을 허용하고 리소스 스케쥴링을 간단화한다.
Q. 광학 시스템
본 발명의 실시예는 여기 및 검출 서브시스템(여기서 검출 서브시스템이라 칭함)을 또한 포함할 수 있다. 검출 서브시스템은 분석물 내의 염료를 여기하고 각각의 PCR 사이클에서 방출된 형광을 정량화하기 위한 책임이 있을 수 있다. 여기 및 방출의 모두는 파장의 범위에 걸쳐 발생할 수 있다. 형광성 염료를 여기하는데 사용된 광은 예를 들어 400 nm 내지 800 nm의 범위일 수 있다. 염료로부터 방출된 광을 측정하는데 사용된 검출기는 예를 들어 400 nm 내지 800 nm의 범위의 광에 민감할 수 있다. 검출 서브시스템은 CCD 카메라 상의 검출을 통해 광원(들)으로부터 하드웨어 및 소프트웨어 구성 요소를 포함한다. 이는 각각의 열 사이클러 모듈을 갖는 모든 광학 구성 요소, 각각의 열 사이클러 모듈로부터 경로 안내하는 광 파이버 및 PCR 베이스 플레이트 아래에 장착된 광학 분광계를 포함한다. 검출 서브시스템의 동적 범위는 증폭 곡선의 선형 검출 가능한 범위 내에 있거나 또는 2차의 크기의 형광 강도의 범위를 갖는 적어도 3개의 열 사이클에 걸친 증폭된 PCR 생성물의 검출을 허용할 수 있다. 검출 서브시스템은 반응 용기로부터 복수의 방출된 파장을 검출하고 다수의 반응 용기를 가로질러 비대칭적으로 검출을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 최대 7개의 상이한 염료는 최대 20개의 상이한 반응 용기 중에 비동기적으로 검출될 수 있다.
검출 서브시스템은 적어도 이하의 구성 요소, 즉 여기 광원, 여기광을 반응 용기에 지향하기 위한 조립체 또는 조립체들, 반응 용기 내에서 발생하는 형광에 의해 방출된 광을 검출기에 지향하기 위한 조립체 또는 조립체들 및 방출된 광을 측정하기 위한 하나 이상의 검출기를 포함한다. 여기 광원은 여기광 파이버 조립체에 광학적으로 결합된 하나 이상의 레이저일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 2개의 레이저(예를 들어, 640 nm 레이저 및 532 nm 레이저)로부터의 광은 공칭 파장 범위의 외부에 있는 광을 제거하기 위해 라인 필터를 통해 통과된다. 빔은 공선형으로(또는 약간 비공선형으로) 형성될 수 있다. 빔은 빔 스플리터를 포함하는 다양한 광학 디바이스에 의해 공선형으로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 여기 레이저 빔은 이들 사이의 누화를 회피하기 위해 공선형으로 형성되지 않는다. 여기 레이저 빔은 2축 검류계에 장착된 미러를 사용하여 개별 여기 광 파이버에 지향될 수 있다. 각각의 여기 광 파이버는 이어서 개별 열 사이클러 모듈에 여기광을 지향할 수 있다. 일 실시예에서, 20개의 여기 광 파이버의 조립체는 각각의 20개의 열 사이클러 모듈에 여기광을 공급하는데 사용될 것이다. 다른 목적으로 이용되는 부가의 광 파이버가 여기 광 파이버의 조립체 내에 존재할 수도 있고, 이러한 사용은 광학 정렬을 포함할 수 있다. 여기 광 파이버는 2축 검류계가 필요에 따라 각각의 여기 광 파이버의 입력단에 광을 지향하는 순서화된 어레이로 유지될 수 있다. 게다가, 2축 검류계는 광 파이버에 진입하지 않는 중립 위치에 여기광을 지향할 수도 있다. 대안적으로, 광학 스위치는 여기 소스로부터 광 파이버로 광을 지향하는데 사용될 수도 있다. 다양한 광 파이버가 이 용도로 적합하다. 일 실시예에서, 여기 광 파이버는 약 200 ㎛ 직경이고, 4×5 어레이로 번들화될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 여기 및 방출 광 파이버 번들은 22개(또는 그 이상)의 파이버를 포함할 수 있다. 여기광을 전달하는 여기 광 파이버는 전술되어 있는 열 사이클러 모듈의 여기 광학 조립체에서 종료한다.
레이저는 본 발명의 실시예에서 바람직한 광원이지만, 본 발명의 실시예는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 동조 가능한 레이저, 개별 단일 파장 LED, 단일 파장 LED의 조립체 및 다중 파장 LED, 다중 대역 통과 필터를 갖는 백색 LED 및 단일 파장 LED와 다중 대역 통과 필터의 조립체를 포함하는 다른 광원을 포함할 수도 있다. 여기 광원은 여기 광학 조립체 내에 합체될 수도 있다.
여기광으로의 노출의 결과로서 반응 용기로부터 방출된 광은 전술된 열 사이클러 모듈의 방출 광학 조립체에 의해 수집된다. 일 실시예에서, 이는 방출 광 파이버의 입력단에 방출된 광을 지향시키고, 이 방출 광 파이버는 이어서 방출된 광을 검출기로 지향한다. 결합 효율을 향상시키기 위해, 방출 광학 조립체는 방출 광 파이버의 입력단의 면적보다 작은 면적에 걸쳐 방출된 광을 포커싱할 수도 있다. 예를 들어, 방출된 광은 800 ㎛의 면적을 갖는 방출 광 파이버 입력단 상에 200 ㎛ 스폿으로서 포커싱될 수도 있다. 방출 광 파이버는 결합 효율을 향상시키기 위해 입력단으로부터 시작하는 더 작은 직경으로 테이퍼링될 수도 있다. 방출 광 파이버의 입력단 내에 일체화된 렌즈를 포함하는 다른 특징부가 결합 효율을 증가시키는데 사용될 수 있다. 적합한 렌즈 구성은 볼 또는 구면 렌즈, 비구면 렌즈 및 언덕 굴절률 렌즈(graded index lens)를 포함한다.
검출기는 분광계일 수 있다. 분광계는 다수의 광 파이버의 동시 판독을 허용하고 절환을 위한 필요성을 감소시킬 수 있는 다중 채널 또는 촬영 분광계일 수도 있다. 분광계는 여기 파장을 선택적으로 제거하기 위해 방출 광 파이버의 출력 종단과 검출기 사이의 다중 대역 통과 필터를 포함할 수 있다. 단일 검출기가 사용되면, 방출 광 파이버는 검출기의 입력에서 번들로 배열될 수도 있다. 이러한 다중 채널 분광계는 방출된 광의 검출을 위해 CCD를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 개별 열 사이클러 모듈로부터 20개의 방출 광 파이버는 검출기의 입력에서 2×10 번들로 배열될 수 있다. 대안 실시예에서, 검출기는 단일 포토다이오드, 광전증배관, 채널 광전증배관 또는 적절한 광학 필터를 구비한 유사한 디바이스일 수도 있다. 이러한 적절한 광학 필터는 광학 필터 또는 동조 가능한 필터의 세트일 수 있다.
단일의 검출기가 사용되면, 검출 시스템은 열 사이클러 모듈의 각각으로부터 형광의 비동기적 측정을 지원하는 것이 가능할 수도 있다. 이를 성취하기 위한 일 방법은 판독 이벤트가 발생하는 열 사이클의 시점에 비교할 때 짧은 적분 시간을 갖는 분광계를 사용하는 것이다. 예를 들어, 대략 15초 지속되는 열 사이클의 단계 중에 판독을 위해, 50 msec 이내에 정확한 측정을 행하는 것이 가능한 분광계가 바람직하다. 통상적으로 대략 60℃에서 발생하는 열 사이클의 어닐링 단계는 더 낮은 온도에서 향상된 염료 형광 특성을 이용하는데 사용될 수도 있다. 여기광은 2축 검류계 내에 장착된 미러를 사용하여 요구된 적분 시간 동안 특정 여기 파이버의 입력단에 지향되고, 이어서 다른 위치에 지향될 수 있다. CCD-기반 검출기가 사용되면, CCD는 각각의 판독 이벤트 사이에 소거될 수도 있다. CCD는 적절한 여기 광 파이버에 여기광을 지향하기 전에 활성화되고, 이를 용이하게 하기 위해 상이한 위치로 여기광의 절환 후에 활성 유지될 수도 있다. 판독 이벤트는 PCR 반응 용기의 내용물이 원하는 온도에 있는 것을 보장하기 위해 열 사이클러 모듈의 열 블록의 온도를 모니터링함으로써 트리거링될 수 있다. 일 실시예에서, 판독 이벤트는 전술된 바와 같이, 열 사이클러에 인가된 온도 대 시간 프로파일의 규정된 부분 내에서 트리거링될 수 있다.
시스템의 처리량이 열 사이클러와 같은 다수의 분석 유닛을 위한 하나의 검출기 상에서 적절한 판독 횟수를 스케쥴링하는 복잡성을 증가시킴에 따라, 이 작업이 또한 병행하여 증가한다. 이하에 상세히 설명되는 시스템을 위한 작업 흐름은 유리하게는 직렬 방식으로 판독하기 위해 샘플을 준비함으로써 이 작업을 간단화할 수도 있다. 이는 각각의 샘플이 상이한 시점에 시스템의 분석부에 진입하여, 상당한 수의 샘플은 판독 이벤트가 동일한 시간 간격 내에서 수행되는 것을 필요로 할 수 있는 가능성을 상당히 감소시킨다.
도 18a는 검출 광학 기기 기능 블록 다이어그램을 도시한다. 도 18a는 광을 2-축 검류계 및 여기 번들(1520)에 제공할 수 있는 제1 광원(1522) 및 제2 광원(1524)을 포함하는 복수의 광원을 도시한다. 제어 기판(1508)이 제어 신호를 제1 광원(1522) 및 제2 광원(1524)에 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 광원(1522)은 640 nm 레이저를 포함할 수도 있고, 반면에 제2 광원(1524)은 530 nm 레이저를 포함할 수도 있다. 그러나, 제1 및 제2 광원(1522, 1524)은 임의의 적합한 파장의 광을 제공할 수 있다.
2-축 검류계 및 여기 번들(1520)은 제1 및 제2 광원(1522, 1524)으로부터 광을 수용할 수 있고, 트리거 회로 및 지연(1514)에 의해 제어될 수 있다. 광이 열 블록을 통해 통과함에 따라 광이 하나 이상의 반응 용기에 제공된다. 블록 1518은 하나 이상의 반응 용기로부터 생성된 형광의 여기 및 후속의 방출을 도시한다.
블록 1518에서 반응 용기로부터 형광성 방사선은 분광계(1510)로 방사선을 통과시킬 수도 있는 수집 파이버 광학 번들(1516)에 의해 캡처될 수도 있다. 수집 파이버 광학 번들(1516)에 추가하여, 분광계로의 액세스는 또한 분광계의 유지 보수 및 오염 제거(1512), 허용 가능한 작동 조건 내의 분광계를 유지하는 환경 제어(1502), 전력(1504) 및 시스템과의 통신(1506)을 위해 공급될 수 있다. 트리거 및 회로 지연(1514)은 분광계(1510)와 작동적으로 통신할 수도 있다.
도 18b는 본 발명의 실시예에 따른 광학 검출 시스템의 더 상세한 다이어그램을 도시한다. 시스템은 제1 및 제2 전원 및 제어기(1610, 1612)에 제어 신호를 제공할 수 있는 컴퓨터(1616)를 포함한다. 제1 전원 및 제어기(1610)는 제1 광원(1606)에 전력을 공급할 수 있고, 반면에 제2 전원 및 제어기(1612)는 제2 광원(1620)에 전력을 제공할 수 있다. 제1 광원(1608)으로부터의 광은 여기 필터(1606)를 통해 통과될 수도 있고, 알루미늄 정면 코팅 미러에 의해 반사될 수도 있다. 제2 광원(1620)으로부터의 광은 빔 스플리터를 사용하여 반사될 수도 있다. 제1 및 제2 광원(1608, 1620)으로부터의 광빔은 이어서 공선형일 수 있고, 평철 렌즈(1624)에 의해 포커싱되고, 2축 검류계 미러(1626)에 의해 반사되고, 파이버 번들 마운트(1620)에 연결된 여기 파이버 번들(1644) 내에 지향될 수 있다. 다른 실시예에서, 광빔은 공선형일 필요는 없고 이들 사이의 누화를 방지하기 위해 각형성될 수도 있다. 갈릴레이 망원경은 양 광원(예를 들어, 레이저)의 출력의 시준을 위해 그리고 여기 파이버에 결합을 위한 스폿 크기를 감소시키는데 사용될 수 있다. 또한, 광원(예를 들어, 레이저)의 초기 정렬은 수동으로 수행될 수 있어, 검류계 미러의 자동화된 캘리브레이션을 수행하기 전에 조악한 조정기를 경유하여 타겟 구멍에 빔을 정렬한다.
몇몇 실시예에서, 여기 파이버 번들은 파이버들(CeramOptec, p/n RSSLSMA20/20XWF200/220P12/BPGS+BPVC/1.5M/BC) 사이의 0.425 mm 간격을 갖는 5×4 어레이로 배열된 20개(또는 22개)의 200 ㎛ 코어 직경 파이버(CeramOptec, p/n Optran WF, NA=0.12)를 포함할 수 있다.
예시적인 파이버 번들 사양은 이하와 같다.
이하의 사양을 갖는 20개의 CeramOptec 광 파이버(미국 미네소타주 이스트 롱메도우 소재의 CeramOptec으로부터 입수 가능한 파트 번호 WF200/220/245P12).
a. 순수 융합 실리카 코어 직경: 200 ㎛±2%
b. 도핑된 실리카 클래드: 220 ㎛±2%
c. 폴리이미드 코팅: 245 ㎛±2%
d. 저 OH 버전
e. 개구수: 0.12±0.02.
여기 파이버 번들로부터의 광은 이어서 제1 슬릿(1632)을 경유하여 샘플을 포함하는 반응 용기(1630)로 그리고 여기 렌즈(1634)로 통과할 수 있다. 반응 용기(1630) 내의 샘플로부터 형광성 방사선은 이어서 제2 슬릿(1636)을 통해 통과할 수 있다. 일단 방출 방사선이 제2 슬릿(1636)을 통해 통과하면, 이는 수집 렌즈(1640)에 의해 수집 파이버 번들(1642)에 포커싱된다. 수집 파이버 번들(1642)은 형광성 방사선을 수용하는 분광계(1618)에 결합된다. 적합한 제어 전자 기기(1614)는 컴퓨터(1616) 및 분광계(1618)에 결합될 수도 있다.
도 18c는 본 발명의 실시예에 따른 검출 광학 조립체의 사시도를 도시한다. 도 18c는 플레이트(1708) 상에 장착된 2D 어레이를 갖는 분광 광도계(1701)의 형태의 검출기를 도시한다. 640 nm 레이저의 형태의 제1 광원(1703), 532 nm 레이저의 형태의 제2 광원(1702), 마운트 광학 기기(1710) 및 검류계(1705)가 또한 플레이트(1708) 상에 장착된다. 다양한 핀이 있는 히트 싱크(1709, 1711)가 또한 플레이트(1708) 상에 장착될 수도 있다. 커버의 형태의 봉입체(1712)가 적어도 제1 광원(1703), 제2 광원(1702), 마운트 광학 기기(1710) 및 검류계(1705)를 커버할 수 있다. 여기 파이버 번들(1704)이 제1 및 제2 광원(1701, 1702)과 작동적으로 통신할 수 있다.
일 실시예에서, 검출 광학 조립체는 현장 교체 및 서비스를 용이하게 하기 위해 개별의 본질적으로 폐쇄된 유닛으로서 공급된다. 이러한 검출 광학 조립체는 유닛의 케이싱을 통해 연장하는 구멍의 형태의 정렬 타겟을 포함할 수 있고, 그 내부에 봉입된 광원의 정확한 정렬은 정렬 타겟 구멍을 통해 전달된 광의 관찰에 의해 지시된다. 검출 광학 조립체는 유닛의 개방의 필요성 없이 정렬을 허용하기 위해 유닛의 케이싱을 통해 연장하는 조악한 정렬 디바이스를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 광원의 최종 정렬은 검류계 미러를 사용하여 자동화된 방식으로 수행된다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 검류계를 사용할 수 있다. 정렬은 2D 검류계 시스템이 갖는 문제점일 수 있다. 본 발명의 실시예는 반응 용기가 열 블록 내에 있지 않을 때 시스템의 검출 광학 기기에 의해 관찰될 수 있는 형광성 타겟을 각각의 열 사이클러 모듈에 제공한다. 몇몇 실시예에서, 이는 형광성이거나 형광성 물질을 포함하는 반응 용기와 같이 성형된 개별 디바이스이다. 이는 이 모듈을 위한 광학 기기를 정렬하기 위한 목적으로 열 사이클러 모듈의 열 블록 내에 배치되고, 열 사이클러 모듈이 PCR에 사용되기 전에 제거될 수 있다. 다른 실시예에서, 슬라이드 가능 덮개의 모두 또는 일부는 형광성이어서, 리셉터클의 내부벽으로부터 수집 광학 기기 내로 일부 광을 반사하기에 충분히 밝게 방출한다. 반응 용기의 불투명 플러그는 PCR 중에 슬라이드 가능 덮개로 그리고 덮개로부터 광을 차단한다. 이는 2D 검류계가 적절하게 정렬될 때 특정 열 사이클러 모듈과 연관된 방출 파이버를 따라 아래로 광을 송신하는 형광성 타겟을 제공한다. 광학 기기를 특정 열 사이클러와 정렬하기 위해, 검류계는 검류계의 위치를 기록하면서 여기 파이버를 가로질러 빔을 스캔한다. 시스템이 특정 열 사이클러 모듈에 대응하는 수집 파이버로부터 최대 강도를 제공하는 위치를 식별할 때, 시스템은 이 위치를 그 열 사이클러를 위한 캘리브레이션된 위치로서 기록한다. 이러한 것이 바람직한 이유는 검류계의 사용이 중앙 집중된 광원을 사용하고 상이한 열 사이클러 사이에서 매우 신속하게 전후 절환할 수 있게 하지만 정렬은 양호한 성능을 얻기 위해 최적에 근접해야 하기 때문이다. 적소에 자동화 가능한 정렬 메커니즘을 갖는 것은 유지 보수를 감소시키고(20+ 파이버의 수동 정렬은 노동 집약적임), 시간 경과에 따른 일관적인 성능을 제공한다.
유사한 프로세스가 열 사이클러로의 광학 경로가 차단되지 않는 것을 보장하기 위해 정렬 후에 그리고 열 사이클링을 수행하기 전에 수행될 수도 있다. 이전의 정렬 관찰에서 관찰된 것에 대한 반응 용기의 부재시에 검출기에 의해 관찰된 광의 상당한 감소 강도는 열 사이클러와 연관된 광학 경로 내의 중단을 지시할 수 있다. 제어기는 프로세스 중인 결정을 위해 상이한 열 사이클러를 선택하는 것과 가능한 고장 조건을 사용자에게 통지하는 것과 같은 작용을 취할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예는 열 사이클러를 위한 단일의 검출기를 이용할 수도 있다. 이러한 검출기는 각각의 열 사이클러와 통신하는 개별 분광계일 수도 있다. 다른 실시예에서, 검출기는 포토다이오드, 광전증배관, 채널 광전증배관 또는 각각의 열 사이클러와 연관된 유사한 디바이스일 수 있다.
S. 시스템 작동 및 샘플 취급
다수의 상이한 프로세싱 실시예가 전술되어 있고 이하에 더 상세히 설명된다.
본 발명의 일 실시예는 샘플을 시스템 내에 로딩하는 단계와, 분석물 카트리지를 준비 위치로 로딩하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 분석물 카트리지는 반응 우물 및 격실을 포함한다. 반응 용기는 격실 내에 있다. 방법은 반응 우물 내에 핵산을 추출하는 단계, 반응 우물로부터 반응 용기로 추출된 핵산을 이송하는 단계, 반응 용기를 열 사이클러 모듈로 이동하는 단계 및 열 사이클러 모듈 내의 핵산을 검출하는 단계를 또한 포함한다. 이들 및 다른 단계가 이하에 더 상세히 설명된다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 프로세싱 방법의 플로차트를 도시한다.
본 발명의 실시예에 따른 시스템은 통상의 임상 연구실 환경에서 기능하고 최소 사용자 개입을 필요로 하도록 설계될 수 있다. 도 19는 시스템과의 통상의 사용자 상호 작용이 분석을 위한 샘플의 로딩(1804), 일단 이들이 시스템에 의해 프로세싱되면 잔여 샘플의 제거(1812), 소모품 보충(1814, 1836, 1840) 및 폐기물 제거(1828, 1850)에 제한되는 실시예를 도시한다. 다른 실시예에서, 시스템은 자동화 연구실 시스템과 함께 사용되고, 시스템과의 통상의 사용자 상호 작용은 소모품의 보충 및 폐기물의 제거에 제한된다. 도시되지 않은 다른 사용자 상호 작용은 주기적 유지 보수를 포함한다. 이는 유리하게는 수작업 시간(hands on time) 및 훈련의 모두의 견지에서 사용자에 최소의 부담을 부과하는데, 이는 이어서 통상의 임상 연구실의 작업 흐름 내로의 시스템의 통합을 용이하게 한다.
시스템에 의한 샘플의 분석을 위한 통상의 작업 흐름은 전술된 시스템 구성 요소를 주기적으로 참조하면서 도 19에 도시된 플로차트를 참조하여 설명될 수 있다.
분석은 시스템(1802) 상에 샘플을 로딩함으로써 시작한다. 샘플은 일반적으로 샘플 튜브 내에 제공되고, 전혈, 혈청, 혈장, 타액, 소변, 뇌척수액, 대변 물질의 현탁액, 상처 또는 다른 신체 표면으로부터 채취된 면봉 또는 다른 임상적으로 관련된 유체 또는 현탁액일 수도 있다. 면봉 샘플은 면봉의 샘플 수집부가 액체 내에 침지된 상태로, 면봉의 적어도 일부를 포함하는 튜브로서 제공될 수 있다. 샘플 튜브는 개별 튜브의 식별을 제공하는 표식을 가질 수도 있다. 이러한 표식은 머신 판독 가능할 수도 있고, 1차원 및 2차원 바코드를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 샘플 튜브는 취급을 용이하게 하는 특징부를 제공하면서 하나 이상의 샘플 튜브를 위한 지지를 제공할 수 있는 샘플 홀더 내에 이들 샘플 튜브를 배치함으로써 시스템 상에 로딩된다(블록 1802). 예시적인 샘플 홀더(616)가 도 2a에서 발견될 수 있다. 샘플 홀더(616)는 개별 샘플 홀더(616)의 식별을 제공하는 표식을 가질 수도 있다. 이러한 표식은 머신 판독 가능할 수도 있고, 1차원 및 2차원 바코드를 포함한다.
일단 샘플 튜브가 샘플 홀더(616) 내에 배치되어 있으면, 이는 샘플 홀더(616)를 입력 대기열 내에 배치함으로써 시스템 상에 로딩된다(블록 1804). 도 1c는 입력 대기열(628)이 샘플 제시 유닛(110) 내에 위치되어 있는 실시예를 도시한다. 샘플 제시 유닛(110)의 다양한 실시예 및 특징은 전술되어 있다. 샘플 튜브는 샘플 제시 영역에 도달할 때까지 입력 대기열(628)을 통해 진행하고, 이 샘플 제시 영역에서 식별되고(블록 1806) 샘플 프로세싱 작업 흐름 내로 유도된다. 몇몇 실시예에서, 샘플 제시 영역은 샘플 제시 유닛(110)의 부분이고 샘플 피펫터(70)에 액세스 가능하다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 샘플 제시 영역은 도 2a에 도시된 제시 트랙(624)을 포함할 수도 있다. 샘플은 개별 샘플 튜브의 표식에 기초하여 그리고 식별된 샘플 홀더(616) 상의 이들의 위치에 의해 식별될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 사용자는 도 1c에 도시된 바와 같이 키보드(104)를 경유하여 또는 다른 적합한 수단에 의해 특정 샘플을 수동으로 지정할 수도 있다. 개별 샘플의 식별은 특정 환자와 샘플의 연관을 허용하고, 이어서 샘플 상에 수행될 시험에 관한 정보를 시스템에 제공한다. 개별 샘플의 식별은 또한 시스템이 이들 시험으로부터의 결과를 개별 환자와 연관시키는 것을 허용한다.
샘플 제시 영역에서, 샘플 제시 프로세스(블록 1808)에서, 샘플의 부분 또는 분취량은 시스템에 의한 분석을 위해 샘플 튜브로부터 취해질 수도 있다. 예를 들어, 도 4aa를 참조하면, 분취량은 분석물 카트리지(200)를 구비한 밀리팁(220)을 사용하여 샘플 튜브로부터 제거되고, 이어서 분석물 카트리지(200) 내의 반응 우물 내로 이송될 수도 있다. 이 밀리팁(220)은 이후의 사용을 위해 분취량 이송 후에 분석물 카트리지(200)로 복귀될 수도 있다.
시스템은 다수의 시험의 수행을 지원하기 위해 단일 샘플 튜브로부터 하나 또는 다수의 분취량을 취할 수도 있다. 다수의 분취량이 취해질 때, 시스템은 샘플 튜브 내의 유체의 레벨을 먼저 결정하고, 지정된 시험을 위해 적절한 바와 같은 시험을 위해 요구된 체적을 계산하고, 샘플의 체적이 모든 시험을 완료하기에 불충분하면 사용자에게 경고할 수도 있다. 이러한 상황에서, 시스템은 분취량이 가능한 한 많은 시험을 수행하기 위해 제거되는 순서를 최적화할 수도 있고, 또는 시험 우선순위에 기초하여 분취량을 제거할 수도 있다. 대안적으로, 다수의 시험의 수행은 각각의 시험을 위한 개별 샘플 튜브의 로딩을 필요로 할 수도 있다.
일단 샘플 튜브로부터의 분취량 제거가 완료되면, 샘플은 출력 대기열(640)로 이동된다(블록 1810). 샘플이 샘플 홀더 내에 유지되면, 출력 대기열(640)로의 이송은 분취량이 홀더 내의 모든 샘플 튜브로부터 취해질 때까지 지연될 수도 있다. 출력 대기열(640)은 상세히 전술되어 있는 샘플 제시 유닛(110)(도 2a 참조)의 부분에 위치될 수도 있다. 일단 샘플이 출력 대기열(640)에 있으면, 이들은 시스템으로부터 제거될 수도 있다(블록 1812). 사용자는 이어서 잔여 샘플의 가능한 재시험을 위해 샘플 튜브를 저장하도록 선택할 수도 있고 또는 간단히 샘플 튜브를 폐기할 수도 있다. 샘플은 샘플 홀더 내에 저장될 수도 있고 또는 더 공간 효율적인 저장을 위해 홀더로부터 제거될 수도 있다.
전술된 바와 같이, 샘플 분취량은 소모품을 사용하여 시스템에 의해 프로세싱된다. 이는 이월(carryover)에 기인하는 오염의 확률을 감소시킨다. 바람직한 실시예에서, 도 4aa를 참조하면, 초기 샘플 프로세싱은 1회용 분석물 카트리지(200) 내에서 수행된다. 이들은 시스템에 의한 사용에 앞서 일시적인 저장(1814)을 위한 카트리지 로딩 유닛 내에 이들 샘플 분취량을 배치할 수도 있는 사용자에 의해 시스템에 공급된다. 예시적인 카트리지 로딩 유닛(112)이 도 1c에 도시된다. 사용자는 개별적으로 카트리지 로딩 유닛(112) 내에 분석물 카트리지(200)를 배치할 수도 있고, 또는 카트리지 로딩 유닛(112) 내에 다수의 분석물 카트리지(200)를 동시에 배치할 수도 있다. 일 실시예에서, 분석물 카트리지(200)의 선형 배열은 다수의 유닛의 동시 파지를 간단화하고, 분석물 카트리지는 이러한 것을 용이하게 하는 간격을 갖는 패키징 내에 공급될 수도 있다. 전술된 바와 같이, 상이한 유형의 분석물 카트리지(200)가 이용될 수도 있다. 이들 상황 하에서, 상이한 유형의 분석물 카트리지(200)는 이들이 요구될 때 시스템 작업 흐름 내로의 선택적인 도입을 위해 카트리지 로딩 유닛(112)의 상이한 영역에 배치될 수도 있다. 도 7a에 도시된 실시예에서, 상이한 유형의 분석물 카트리지(200)가 개별 래인[112(b), 112(c)] 내에 로딩될 수도 있다. 대안적으로, 상이한 분석물 카트리지 유형은 카트리지 유형을 나타내는 표식을 가질 수도 있고 카트리지 로딩 유닛(112) 또는 등가의 구조체 내의 임의의 이용 가능한 위치에 로딩될 수도 있다. 상이한 유형의 분석물 카트리지의 사용은 상이한 프로세싱 프로토콜의 사용을 지원하고, 이는 이어서 시스템이 광범위한 샘플 유형을 프로세싱하고 단일 유형의 분석물 카트리지에 의해 지원될 수 있는 것보다 더 다양한 분석을 수행할 수 있게 한다.
몇몇 실시예에서, 분석물 카트리지(200)는 샘플 분취량을 수용하기 전에 카트리지 로딩 유닛(112)으로부터 이송된다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 분석물 카트리지(200)는 분석물 카트리지를 카트리지 로딩 래인[116(f)]에 이동함으로써 카트리지 로딩 유닛(112)으로부터 이송될 수도 있다. 일단 카트리지 로딩 래인[116(f)] 내에 있으면, 분석물 카트리지(200)는 샘플 피펫터(70)가 샘플 분취량을 이송할 수 있는 위치로 유도될 수도 있다(블록 1816).
본 발명의 실시예에서, 도 4aa를 참조하면, 분석물 카트리지(200)는 시약 우물(204, 208, 209)을 덮고 있는 보호 배리어 필름(205)이 공급될 수 있다. 이 필름(205)은 시약 우물(204, 208, 209)의 내용물로의 액세스를 얻기 위해 제거되거나 천공될 수 있다. 일 실시예에서, 시스템은 도 4f에 도시된 필름 천공기(262)의 천공 요소 단부[266(a)]를 이용하여 시약 우물(204, 208, 209)을 덮고 있는 필름을 천공한다. 이 필름 천공기(262)는 분석물 카트리지(200)의 부분으로서 적절하게 공급될 수도 있다. 필름 천공은 카트리지가 샘플 분취량 이송 위치에 있는 동안 발생할 수도 있어, 필름 천공기(262)를 조작하기 위해 샘플 피펫터(70)를 이용한다. 필름 천공기(262)는 분석물 카트리지(200)로의 샘플 분취량의 이송 전에 사용되고, 다음에 필름 천공기(262)의 폐기가 이어질 수도 있다. 필름 천공기(262)는 최소 저항으로 시약 우물(204, 208, 209)을 덮고 있는 필름을 통해 분할하는 절단 에지를 가질 수도 있어, 이에 의해 우물 내용물의 에어로졸화 및 후속의 오염 문제를 회피한다. 대안 실시예에서, 시스템은 시약 우물(204, 208, 209)을 덮고 있는 필름을 천공하고 분석물 카트리지 내의 반응 우물에 시약을 공급하기 위해 분석물 카트리지(200) 상에 공급된 밀리팁(220)을 이용할 수도 있다.
분석물 카트리지(200)는 다른 소스로부터 시약을 또한 수용할 수 있고, 이 시약은 카트리지 로딩 래인에 있는 동안 도 1b에 도시된 바와 같은 시스템의 시약 저장 유닛(124)에 저장될 수도 있다. 이러한 소스는 벌크병을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 이러한 것은 XYZ 반송 디바이스(130)를 사용하여 성취된다. 도 9a는 이러한 시약이 1회용 다중 사용 시약 팩(400) 내에 저장되어 있는 실시예를 도시한다. 전술된 바와 같이, 시약 팩(400)은 특정 분석의 수행을 위해 요구된 액체 시약을 수납한다. 프로세스의 이 시점에서 시약 팩(400)으로부터 분석물 카트리지(200)로 이송된 물질의 예는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 핵산의 성공적인 추출을 지시할 수 있는 프로세스 대조 표준 물질, 세균의 용해를 지원하는 효소 및 자기 응답성 마이크로입자 현탁액을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 시약 팩으로부터의 물질은 샘플 분취량이 첨가된 후에 분석물 카트리지에 첨가된다. 다른 실시예에서, 시약 팩(400)으로부터의 물질은 샘플 분취량이 첨가되기 전에 분석물 카트리지(200)에 첨가될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 시약 팩(400)으로부터의 몇몇 물질은 샘플 분취량이 첨가되기 전에 분석물 카트리지(200)(예를 들어, 반응 우물)에 첨가되고, 다른 것들은 그 후에 첨가된다.
전술된 바와 같이, 시약 팩(400)은 소모품 아이템일 수 있다. 시약 팩(400)은 시약 저장 유닛(124) 내로의 로딩(블록 1836)을 경유하여 사용자에 의해 시스템에 추가될 수도 있다. 예시적인 시약 저장 유닛(124)이 도 8a 내지 도 8c에 더 상세히 도시된다. 작동시에, 사용자는 기구가 로딩 기회를 제공하는 것을 필요로 할 수도 있다. 로딩 기회를 준비하는데 있어서, 시스템은 선택된 시약 팩과 연관된 래치 조립체(144)를 해제함으로써 시약 저장 유닛(10)으로부터 선택된 시약 팩(400)을 방출할 수도 있다. 로딩 기회 중에, 사용자는 RSU 액세스 도어(126)를 개방하고 각각의 로딩된 시약 팩(400)과 연관된 상태 지시기(140)를 관찰할 수도 있다. 사용자는 임의의 방출된 시약 팩(400)을 제거하고 임의의 새로운 시약 팩(400)을 삽입할 수도 있다. 기구는 각각의 로딩된 시약 팩(426)과 연관된 전자 메모리를 판독함으로써 변화를 검증한다. 시약 팩(400)은 다수의 분석을 위해 충분한 시약을 유지할 수도 있고, 시약 저장 유닛(124) 내에 저장되는 동안 다수회 액세스될 수도 있다. 반응 저장 유닛 작동 중에(블록 1838), 시스템은 시약 팩이 고갈될 때를 판정하기 위해 유체 레벨 감지 회로를 사용하여 시약 팩(400) 내의 유체 레벨을 모니터링할 수도 있다. 대안적으로, 시스템은 시약 팩(400)의 사용량에 관련된 데이터를 수집하고 시약 팩이 고갈될 때를 판정하기 위해 공지의 충전 체적에 이 데이터를 관련시킬 수도 있다. 시스템은 고갈된 또는 곧 고갈될 시약 팩을 사용자에게 통지할 수도 있어 이들 시약 팩이 작업 흐름에 영향을 미치지 않고 교체될 수 있게 된다(블록 1844). 몇몇 실시예에서, 사용자는 오프-보드 저장을 위한 요구시에 시약 팩을 제거할 수도 있다.
시약 팩(400)으로부터의 샘플 분취량 및 임의의 필요한 시약의 첨가 후에, 분석물 카트리지(200)는 프로세싱 영역으로 이송된다(블록 1818). 도 1b에 도시된 실시예에서, 분석물 카트리지(200)는 카트리지 이송 래인[116(f)]으로부터 이송 셔틀(50)로 이동된다. 이송 셔틀(50)은 분취량 샘플과 연관된 프로토콜에 의해 지시된 바와 같이 일련의 프로세싱 래인(116)을 통해 분석물 카트리지(1818)를 이동시킨다. 프로토콜은 프로토콜이 진행함에 따라 상이한 시간에 특정 프로세싱 래인의 반복된 사용을 지시할 수도 있다. 시스템은 핵산을 추출하고 정화하기 위해 분석물 카트리지가 상이한 프로세싱 프로토콜을 받게 할 수도 있다. 예를 들어, 시스템은 상이한 정화 절차의 물리-화학적 요구를 반영하기 위해 RNA 분석물 카트리지로부터 상이하게 DNA 분석물 카트리지를 처리할 수 있다. 또한, 시스템은 동일한 유형의 분석물 카트리지를 사용하는 샘플을 위해 상이한 프로토콜을 또한 사용할 수도 있다. 예를 들어, 그램 양성균으로부터 DNA 추출은 다른 DNA 단리를 위해 요구된 단계보다 더 강인한 세균의 벽을 용해하기 위한 단계의 상이한 집합을 필요로 할 수도 있다. 시스템은 예를 들어 그램 양성균으로부터 DNA의 추출 및 정화에 적용된 DNA 분석물 카트리지에 열을 인가할 수도 있다. 이 가열 단계는 그램 양성균 셀벽의 용해를 지원하는 확장된 상승된 온도를 생성한다.
시스템은 시간의 절약에 의해 그리고 호환 불가능한 조건의 회피에 의해 상이한 프로토콜을 적용하는 것으로부터 이점을 얻는다. 상이한 프로토콜은 불필요한 단계들을 스킵함으로써 시간을 절약한다. 예를 들어, 그램 양성균으로부터 DNA의 추출 및 정화는 다른 소스로부터 DNA를 위해 요구되지 않은 가열의 기간을 필요로 한다. 이러한 샘플에 가열 단계를 적용하는 것은 유해하지 않을 수도 있지만, 가열 단계를 삭제함으로써 시스템은 이들 다른 샘플로부터 DNA를 더 신속하게 프로세싱할 수 있다. 프로세싱의 이 탄력성은 모든 샘플이 동일한 타임라인을 받게 하는 대안에 비교하여 결과 획득 시간을 감소시킨다. 상이한 프로토콜의 사용 없이, 임의의 개별 분석에 의해 요구된 가장 느린 방법은 반드시 시스템 프로세싱 시간을 지시할 것이다.
상이한 프로토콜을 적용하는 것은 일 추출 및 정화 프로세스를 위한 조건이 다른 것들의 조건과 양립할 수 없는 상황에서 호환 불가능한 조건을 회피할 수도 있다. 시스템은 예를 들어 가열기를 활성화하지 않고 적절한 프로세싱 래인 내에 분석물 카트리지를 간단히 배치함으로써 전술된 그램 양성균 가열 단계에 기인하는 것과 같이 단일의 프로세싱 프로토콜을 적응시키고 몇몇 호환 불가능성을 회피할 수도 있다. 유사하게, 거짓 시약 이송(즉, 시약 픽업 또는 전달 없이 수행됨) 또는 불활성 시약의 이송은 가능하게는 모든 샘플을 위한 공통의 프로세싱 프로토콜을 허용할 수 있다. 그러나, 이러한 적응성 방법은 가장 제한적인 방법의 것으로 단일 프로세싱 프로토콜 시스템 성능을 여전히 제한한다. 또한, 공통 프로세싱 프로토콜은 간단히 단지 지연이 호환 불가능성을 야기할 때 가능하지 않을 수도 있다. 시간 지연 단독은 예를 들어 프로토콜이 효소의 작용에 의존하고 시간의 길이가 및 효소 작용의 범위를 제어할 때 문제가 될 수도 있다. 상이한 프로세싱 프로토콜은 이 프로세싱 병목 현상을 회피하고, 신규한 또는 업데이트된 방법을 적용하기 위해 탄력성을 보유한다.
시스템은 일련의 프로세싱 래인(116)을 통해 각각의 분석물 카트리지를 경로 안내함으로써 다수의 프로토콜을 적용한다. 각각의 프로세싱 래인(116)은 프로토콜의 총 프로세싱 단계들의 서브세트를 수행하기 위해 분석물 카트리지(200) 상에서 작용한다. 임의의 주어진 프로토콜은 프로세싱 래인(116)의 일부 또는 전체를 통해 분석물 카트리지(200)를 경로 안내할 수도 있다. 상이한 프로토콜이 동일한 프로세싱 래인(116)의 일부를 사용할 수도 있다. 일 실시예에서, 프로토콜의 각각의 인스턴스는 동일한 상대적인 타임라인에서 프로세싱 래인(116)의 동일한 시퀀스를 통해 이 인스턴스와 연관된 분석물 카트리지(200)를 경로 안내한다.
각각의 프로세싱 래인(116)은 단지 하나의 분석물 카트리지(200)를 동시에 수용할 수도 있다. 이는 유리하게는 프로세싱 래인(116) 사이에 분석물 카트리지(200)를 이송하기 위한 간단한 메커니즘의 사용을 허용함으로써 시스템 디자인을 간단화하고, 프로세싱 래인 내이 리소스 상충을 제거함으로써 프로세싱 탄력성을 증가시킨다.
프로토콜의 각각의 인스턴스는 일관적인 경로 및 일관적인 타이밍을 사용할 수도 있다. 이 실시예에서, 주어진 프로토콜에 대해 각각의 특정 프로세싱 단계는 프로토콜의 이 인스턴스의 시작에 대해 지정된 시간에 지정된 위치에 지정된 메커니즘을 사용한다. 예를 들어, DNA 그램 양성 단리 및 정화 프로토콜의 일 버전은 자기 응답성 마이크로입자의 첨가 후에 반응 우물로의 희석제의 이송을 필요로 한다. 이 프로토콜에서, 이송은 동일한 분취의 시작 후 244초에 프로세싱 래인 2 피펫터(244)를 항상 사용하여 프로세싱 래인 2에서 항상 발생할 수 있다. 이 실시는 유리하게는 각각의 분석이 동일한 메커니즘에 의해 동일한 처리를 수용하는 것을 보장함으로써 분석 편차를 감소한다. 단일 메커니즘의 복제본은 동일한 제조 프로세스를 사용하는 동일한 디자인의 제품이더라도, 동일하게 수행되지 않을 수도 있다. 각각의 복제본은 제조 공차 내의 편차, 작동 환경에서의 국부적인 불균일성, 마모 및 작동 이력에 의해 그리고 적당한 열거를 넘는 다른 소스로부터 발생된 편차를 겪게 된다.
일 실시예에서, 시스템은 각각의 프로토콜의 각각의 특정 단계를 위한 지정된 메커니즘을 항상 사용함으로써 많은 동일하지 않은 메커니즘 성능의 영향을 회피한다. 이 디자인은 상이한 작동 위치를 가로질러 메커니즘 성능에 긴밀하게 일치할 필요성을 감소시킨다. 예를 들어, 프로세싱 래인 2 피펫터는 동일한 공칭 이송 체적을 갖는 프로세싱 래인 3이 이송하는 것과는 상이한 실제량을 이송할 수도 있다. 프로세싱 래인 2는 프로세싱 래인 3이 갖는 것보다 약간 더 높은 그 피펫터 부근의 온도를 가질 수도 있다. 그러나, 프로토콜의 각각의 인스턴스는 특정 작동을 위해 동일한 피펫터를 사용하기 때문에, 차이는 랜덤 에러보다는 전체 바이어스 또는 계통 에러에 기여한다. 이러한 계통 편차는 캘리브레이션을 통해 보정될 수도 있지만, 상이한 메커니즘과 연관된 랜덤 편차는 훨씬 더 보정이 어렵다. 시스템은 따라서 긴밀하게 일치하는 성분의 비용 및 복잡성 없이 향상된 분석 정확도의 이점을 얻는다.
분석 정확도는 또한 샘플 프로세싱 작업에 대한 주위 온도의 영향을 감소시킴으로써 향상될 수도 있다. 일 실시예에서, 이러한 것은 초기 프로세스 단계로서 분석물 카트리지 가열기를 구비하는 프로세싱 래인을 통해 모든 분석물 카트리지를 경로 안내함으로써 성취된다. 분석물 카트리지 및 그 내용물을 온도 민감 프로세싱 단계의 수행에 앞서 제어된 온도가 되게 하는 것은 주위 온도가 변동함에 따라 이러한 단계의 결과의 일관성을 향상시킨다. 분석물 카트리지 및 그 내용물의 온도는 이후에 다른 프로세싱 래인 내의 분석물 카트리지 가온기의 사용에 의해 유지될 수도 있다.
시스템은 고정된 기간 동안 특정 프로세싱 래인(116) 내에 각각의 분석물 카트리지(200)를 보유할 수도 있다. 이 기간은 프로토콜에 무관하게 임의의 프로세싱 래인(116) 내의 임의의 분석물 카트리지(200)에 대해 동일할 수도 있다. 이는 프로토콜 내의 모든 단계에 대해 일관적인 타이밍을 보장한다. 가요성 라인 기반 프로세싱은 임의의 래인으로부터 임의의 다른 래인으로 분석물 카트리지의 이송을 이상적으로 요구한다. 실제로, 몇몇 이송은 결코 발생하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 분석물 카트리지(200)는 일반적으로 단지 프로세스의 종료 부근에 도 1b에 도시된 바와 같이 증폭 준비 래인[116(g)]에 진입하고, 폐기물 래인[116(c)]에 진입하는 분석물 카트리지(200)는 단지 고체 폐기물 처리부로 진행할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 시스템은 임의의 프로세싱 래인으로부터 임의의 다른 프로세싱 래인으로의 분석물 카트리지(200)의 이송을 허용하는 랜덤 액세스 배열의 단일 이송 셔틀(50)을 사용하여 프로세싱 래인(116) 사이로 분석물 카트리지(200)를 이송한다. 이송 셔틀(50)은 임의의 다른 래인과 간섭하지 않고 단지 소스 및 목적지 래인과 상호 작용한다. 일 실시예에서, 이송 셔틀(50)은 단지 하나의 분석물 카트리지(200)를 한번에 이송할 수도 있다. 이와 관련하여, 래인들 사이의 이송은 하나의 식별된 래인으로부터 분석물 카트리지(200)의 언로딩 및 다른 식별된 래인 내로의 분석물 카트리지(200)의 후속의 로딩을 포함한다. 프로세싱 래인(116) 사이의 이송은 식별된 프로세싱 래인(116) 사이의 이송을 포함하고 특정 프로세싱 래인(116)으로의 비한정적인 언로딩 및 로딩의 일반적인 프로세스를 또한 포함한다. 이송 셔틀(50)은 분석물 카트리지를 전달하기 위한 다수의 위치를 가질 수도 있다. 일 실시예에서, 이송 셔틀(50)은 2개 이상의 카트리지 슬롯[50(a), 50(b)]을 포함한다. 이 배열은 단일 단계에서 프로세싱 래인 내의 하나의 분석물 카트리지(200)의 다른 것으로의 교환을 허용한다. 이 배열은 이하에 설명되는 바와 같이, 카트리지가 단일의 작업 또는 피치 간격 내에서 상이한 래인들 사이에서 절환하는 것을 허용할 수도 있다. 이러한 절환 단계의 2개 이상은 프로세싱 래인들 사이에서 분석물 카트리지(200)를 교환하도록 조합될 수도 있다.
도 20h는 상이한 프로세싱 래인(116) 사이에서 분석물 카트리지(200)를 절환하는 데 사용될 수 있는 2개의 카트리지 슬롯[50(a), 50(b)]을 갖는 시스템의 평면도를 도시한다. 도 20h의 기구의 실시예는 상세히 전술된 다수의 다른 래인을 포함한다. 세척 래인[116(a), 116(a)'][및 도 20g에는 도시되지 않은 116(h)] 및 온도 안정화 래인[116(j)][및 도 20g에는 도시되지 않은 116(h)]의 수 및 정확한 구성 및 특성은 디자인 및 생물학적 목적에 기초하여 다양할 수도 있다.
도 20i는 카트리지 절환 프로세스의 실시예를 도시한다. 블록 3605에서, 제1 카트리지가 카트리지 로딩 래인[116(f)]에 진입한다. 블록 3610에서, 하나 이상의 샘플 및 분석 프로세스 대조 표준이 제1 카트리지 내로 로딩되고, 이는 하나 이상의 단계에서 수행될 수도 있다. 분석물 프로세스 대조 표준은 이후에 수행될 추출 및 정화 단계가 적절히 수행되는지 여부를 평가하는데 사용된 프로세스 대조 표준 조성물을 포함할 수도 있다. 대조 표준이 충분히 증폭되지 않으면, 분석물 카트리지 내의 샘플은 적절한 프로세싱을 경험하지 않았다고 결론지어질 수도 있다.
블록 3615에서, 이송 셔틀(50)의 제1 슬롯("슬롯 A")(50a)은 제1 카트리지에 결합한다. 블록 3620에서, 제1 카트리지는 이송 셔틀(50)에 의해 가열 래인[3116(i)]으로 이동되고, 래인 내에서 언로딩된다. 제1 카트리지는 예를 들어 약 53초와 같은 약 10 내지 300초의 가온 간격 동안 가온될 수도 있다. 제1 카트리지는 약 35 내지 45℃(예를 들어, 타겟 온도는 35℃±3℃임)의 온도로 가열될 수도 있다. 제1 카트리지, 제1 카트리지의 중간 우물의 내용물, 제1 카트리지의 대형 우물의 내용물 및 제1 카트리지의 반응 용기 성분 홀더의 내용물 중 하나 이상은 하나 이상의 원하는 온도로 가열될 수도 있다.
도 20i의 우측에 도시된 바와 같이, 제1 카트리지는 이것이 시간상 나중인 것을 제외하고는 유사한 세트의 단계를 경험할 수 있다. 즉, 단계 3705, 3710 및 3715는 단계 3605, 3610 및 3615와 유사하다.
블록 3625에서, 이송 셔틀(50)의 제2 슬롯("슬롯 B")(50b)은 가온된 제1 분석물 카트리지에 결합하고, 그 직후에 슬롯 A 내의 제2 분석물 카트리지의 가열 래인[3116(i)] 내로의 언로딩이 이어진다. 슬롯 A 및 B의 외부로의 분석물 카트리지의 이 실질적으로 동시 이송은 이송 셔틀 내에 단지 하나의 슬롯만이 존재하는 경우와 비교하여, 프로세싱의 속도를 향상시킨다.
블록 3630에서, 제1 카트리지는 이송 셔틀(50)에 의해 로딩 래인[116(f)]으로 재차 이동된다. 블록 3635에서, 시약은 로딩 래인[116(f)] 내의 제1 카트리지에 첨가된다. 블록 3640에서, 제1 카트리지는 프로세싱 처리법에서 다음 래인으로 계속된다. 블록 3725, 3730, 3735 및 3740은 블록 3625, 3630, 3635 및 3640과 유사하다.
전술된 바와 같이, 이송 셔틀(50) 내의 다수의 카트리지 슬롯(50a, 50b)은 다수의 카트리지(200)가 단일 래인 내에 또는 심지어 인접한 래인들 사이에서 스왑될 수 있게 할 수도 있다.
다른 실시예에서, 이송 셔틀의 슬롯은 2개의 카트리지가 동시에 로딩되거나 가열되도록 허용할 수 있지만, 로딩 래인[116(f)] 또는 가열 래인[3116(i)] 내에서 서로 중첩하지 않는다. 따라서, 카트리지 가열기는 단일 피치(예를 들어, 약 100 내지 200 s) 내에서 적어도 부분적으로 로딩되고 가열될 수도 있다. 다른 프로세싱 단계들 사이의 시간은 대략 1 피치의 기간일 수도 있지만, 가열 및 부분 또는 완전 로딩은 동일한 시간 간격 내에서 발생할 수도 있다. 이는 기구의 일시적인 효율을 향상시킬 수도 있다. 부가적으로, 2-슬롯 이송 셔틀을 사용함으로써, 단일 모터는 양 분석물 카트리지의 이동을 제어할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 프로토콜은 파이프라인 아키텍처로부터 더 분기할 수도 있다. 즉, 비교적 신속한 프로세싱을 포함하는 몇몇 프로토콜은 이후에 시작할 수 있지만, 덜 신속한 프로세싱을 포함하는 다른 프로토콜보다 조기에 마감할 수도 있다. 이는 더 저속의 프로토콜에 의한 상당한 제약 없이 신속한 프로토콜을 지원하기 위해 추가의 탄력성을 제공하는 이점을 갖는다.
조기에 시작된 분석물 카트리지를 "통과"하는 이후에 시작된 분석물 카트리지의 능력은 이송 셔틀의 탄력성 능력을 통해 이용 가능하다. 이송 셔틀(50)은 전술된 바와 같이, 임의의 소스 래인으로부터 임의의 목적지 래인으로 분석물 카트리지(200)를 이송할 수도 있지만, 이는 인접한 래인들 사이의 이송에 한정되는 것은 아니다. 이송 윈도우는 시차 부여되어 있기 때문에, 시스템은 예를 들어 연속적인 각각의 래인 1 내지 3에 연속적인 피치로 제1 분석물 카트리지를 경로 안내하는 제1 프로토콜을 런칭할 수도 있다. 시스템은 이어서 제1 분석물 카트리지가 래인 1로부터 래인 2로 이송한 후에 래인 1 내의 제2 분석물 카트리지를 런칭할 수도 있다. 제2 분석물 카트리지는 다음의 피치 간격에서 래인 1로부터 래인 13으로 이송될 수 있고, 여기서 그 프로세싱을 완료할 것이다. 이 유형의 장거리 이송은 그렇지 않으면 이송 셔틀 아이들 시간일 수 있는 것에 발생할 수도 있다. 따라서, 이러한 실시예에서, 이후에 시작된 분석물 카트리지는 몇몇 조기에 시작된 분석물 카트리지 전에 프로세싱을 마감할 수도 있다. 이는 유리하게는 선택된 표본의 신속한 프로세싱을 허용한다.
몇몇 실시예에서, 프로토콜은 조건 분기를 포함할 수도 있다. 즉, 다른 프로세싱이 시스템은 조건이 충족되면 제1 세트의 단계 및 조건이 충족되지 않으면 제2 세트의 단계를 포함하는 방식으로 분석물 카트리지(200)를 프로세싱할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 몇몇 필수 성분이 누락되어 있으면 분석물 카트리지(200)를 폐기물 래인[116(c)]으로 이송할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 시스템은 세척이 부적절한 것으로 판정되면 세척 단계를 반복할 수도 있다.
조건은 이상 감지(anomaly sensing), 효율 감지, 외부 입력 또는 단지 조건의 발생시에 프로토콜을 변경하는 값에 의해서만 제한되는 다양한 다른 조건을 포함할 수도 있다.
이상 감지는 밀리팁(220), 마이크로팁(490), 반응 용기 플러그(222) 또는 반응 용기(221)의 픽업을 검출하는 것의 실패와 같은 이상 이벤트의 검출을 포함할 수 있다. 이상 이벤트의 다른 예는 피펫팅 중에 예측된 프로파일 또는 값에 일치하지 않는 압력의 검출 및 예측된 경계의 외부의 시약 또는 샘플 충전 체적의 검출을 포함한다.
효율 시험은 프로세싱 중에 중간 결과의 임의의 시험을 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 반응 우물(202) 내의 유체의 높이를 결정하기 위해 액체 레벨 센서를 사용하는 세척 후에 잔류 유체의 양을 측정함으로써 세척 효율을 평가할 수도 있다. 다른 예시적인 효율 시험은 래인 가열기(1103)로의 노출 후에 분석물 카트리지 온도의 측정 및 시약 우물로부터의 이송 전에 또는 반응 우물 내의 재현탁 후에 자기 응답성 고체 상태 분산의 결정을 포함한다. 후자는 격실 내용물의 광학 또는 자기 측정에 의해 측정될 수도 있다.
외부 입력은 잘못 입력된 샘플 유형 또는 샘플 희석 팩터의 보정과 같은 조작자 입력을 포함할 수 있다.
프로토콜의 임의의 아직 프로세싱되지 않은 부분은 분기를 받게 될 수도 있다. 분기는 피치 내의 활성도에 제한될 수도 있고 또는 피치들 사이의 활성도에 걸칠 수도 있다. 분기는 래인들 사이의 이송을 변경할 수도 있고 이들 편차의 일부 또는 전체를 조합할 수도 있다. 프로토콜은 다수의 조건 분기를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 조건 분기는 치명적인 조건이 부합되면 진행중인 프로토콜을 중단하는데 제한될 수도 있다. 예를 들어, 시스템이 어떠한 밀리팁(220)도 분석물 카트리지 내에 존재하지 않는 것을 검출하면, 이 카트리지의 프로세싱은 즉시 또는 다음의 이용 가능한 이송 윈도우에서 중단될 수도 있다. 어떠한 시험 결과도 결정될 수 없는 분석물 카트리지(200)를 더 프로세싱하는 대신에, 시스템은 이 분석물 카트리지를 폐기물 래인에 직접 이동시키기 위해 이송 셔틀을 사용할 수도 있다. 대체 분석물 카트리지는 이어서 프로토콜을 새롭게 시작하기 위해 다음의 이용 가능한 피치 간격 중에 런칭될 수 있다.
다른 실시예에서, 다른 프로세싱에 치명적이지 않은 이상이 발생할 수도 있다. 시스템이 분석물 카트리지(200)의 격실 내의 재현탁 버퍼를 검출하는 것을 실패하면, 시스템은 예비 공급물을 포함하는 다른 격실로부터 재현탁 버퍼를 제공하기 위해 프로세싱 프로토콜을 변경할 수도 있다. 유사하게, 프로세싱은 상이한 분석물 카트리지(200), 시약 팩(400) 또는 벌크 공급병과 같은 다른 소스로부터 재현탁 버퍼를 사용하여 계속될 수도 있다.
시약의 예비 비축물이 시약 팩(400)으로부터 흡인될 때와 같은 몇몇 경우에, 시스템은 예비 시약을 제공하기 위해 다른 프로세싱 래인(116)으로 분석물 카트리지(200)를 경로 안내할 수도 있다. 래인 이용 가능성 및 지연에 대한 프로토콜의 내성에 따라, 분석물 카트리지의 재경로 안내가 피치 간격 내에서 또는 통상의 피치 간격 전이에서 발생할 수도 있다. 몇몇 프로토콜은 몇몇 작동에서 지연에 내성이 있을 수도 있다. 예를 들어, 몇몇 프로토콜은 고체 상태의 세척 후에 그러나 고체 상태의 재현탁 전에 지연을 견딜 수 있다. 이는 다른 소스로부터 재현탁 버퍼를 얻기 위한 지연 후에 프로세싱을 재개하기 위한 기회를 제공한다. 이는 유리하게는 소비된 시약, 샘플의 손실 및 결과가 위험하지 않을 때의 시간을 회피한다.
몇몇 실시예에서, 프로토콜을 루프를 포함할 수도 있다. 루프는 분석물 카트리지(200)가 이후의 피치에 조기의 피치 중에 사용된 프로세싱 래인(116)으로 복귀하는 프로세싱 활성도이다. 루프의 일 예는 카트리지 로딩 래인[116(f)]으로부터 상이한 프로세싱 래인으로 분석물 카트리지(200)를 경로 안내하고, 이어서 전술된 바와 같이 이를 카트리지 로딩 래인[116(f)]으로 복귀하기 위한 프로세스이다. 루프를 포함하는 프로토콜의 다른 예에서, 소정의 분석물 카트리지(200)는 피치 N에서 프로세싱 래인 X로 경로 안내되고 피치 N+Z에서 프로세싱 래인 X로 복귀될 수도 있고, 여기서 Z는 양수이다. 몇몇 실시예에서, 프로토콜은 하나 이상의 프로세싱 래인으로의 다수의 복귀를 포함할 수도 있다. 루프는 루프를 종료하거나 연장하는 조건 분기를 포함하는 조건 분기를 포함할 수도 있다. 분기 및 루프에 의해 제공된 프로토콜 탄력성은 유리하게는 시스템이 전개된 후에 개발되는 프로세싱을 포함하는 다양한 프로세싱을 허용한다. 이는 새로운 분석물 유형이 개발됨에 따라 시스템이 그 프로세싱 능력을 최신으로 유지하는 것을 보장한다.
대안적인 실시예에서, 파이프라인 디자인은 수반된 래인을 정렬하고 인접하게 정렬된 래인에 분석물 카트리지를 변위시킴으로써 프로토콜 내에서 모든 분석물 카트리지를 전진시킬 수 있다. 파이프라인 방식 디자인은 분석물 카트리지(200)를 단독으로 또는 그룹으로 이송할 수도 있다. 다른 대안은 공통 반송부에 부착된 다수의 평행한 셔틀을 이용할 수 있다. 공통 반송부는 하나 또는 래인 증분에 의해 평행한 셔틀을 변위시킬 수도 있다. 이 대안은 인접한 래인들 사이의 개별 분석물 카트리지의 선택적인 이송 및 그 이웃하는 래인으로의 각각의 분석물 카트리지의 질량 전달을 허용한다.
도 1b에 도시된 바람직한 랜덤 액세스 디자인에서, 이송 셔틀(50)은 상충을 회피하기 위해 시차 부여 방식으로 분석물 카트리지(200)를 이송한다. 프로토콜에 사용된 임의의 특정 래인에 대해, 이송 셔틀은 고정된 간격에 연속적인 분석물 카트리지를 로딩한다. 간격은 수반된 프로세싱 래인에 무관하게 동일할 수도 있다. 또한 피치 간격이라 칭하는 이 간격은 임의의 길이일 수도 있지만, 추출 및 정화 프로토콜에 사용된 프로세싱 래인(116)의 최대 수와 이송 작업을 수행하기 위해 이송 셔틀(50)에 요구된 시간의 적과 적어도 동일하다. 피치 간격 내의 시간은 단일의 피치 간격 내의 분석물 카트리지 상의 다수의 작업의 수행을 스케쥴링하기 위해 세분될 수도 있다. 예를 들어, 분석물 카트리지(200)는 단일의 피치 간격 중에 프로세싱 래인(116) 내에 유지되는 동안 다수의 유체 이송을 경험할 수도 있다. 전술된 바와 같이, 몇몇 상황에서, 피치 간격은 절환 작업을 사용하여 2개의 분석물 카트리지(200) 사이에 분할될 수도 있다. 고정된 피치 간격을 갖는 시차 부여 이송의 사용은 각각의 프로세싱 래인 내에 분석물 카트리지를 위한 일관적인 체류 시간을 유지하면서 단일의 이송 셔틀이 모든 이송을 완료하는 것을 유리하게 허용한다. 고정된 피치 간격의 사용은 또한 시스템 내에서 동시에 수행되는 다수의 프로세스의 스케쥴링을 유리하게 간단화한다. 시차 부여 이송의 사용은 상이한 프로세싱 래인 내의 상이한 분석물 카트리지 상의 작업이 시간이 중첩될 수도 있다는 것을 암시한다. 몇몇 작업은 이송 셔틀(50)이 제2 프로세싱 래인으로부터 제3 프로세싱 래인으로 상이한 분석물 카트리지를 이송하는데 사용되는 동일한 시간 간격에 하나의 프로세싱 래인 내에서 진행될 수도 있다.
일 실시예에서, 피치 간격은 150초이다. 이 피치 간격의 길이는 추출 및 정화 프로토콜에 사용된 프로세싱 래인(116)의 최대 수와 이송 작업을 수행하기 위한 이송 셔틀(50)을 위해 요구되는 시간의 적보다 클 수도 있다. 이러한 실시예에서, 이송 셔틀은 시간의 적어도 일부에 아이들 상태일 수도 있다.
시스템은 각각의 가능한 이송 셔틀(50) 작업을 위해 고정된 이송 윈도우를 예비할 수도 있다. 이송 윈도우의 바람직한 길이는 대략 5초이다. 분석물 카트리지(200)가 프로세싱 래인(116) 내에 존재하면, 이송 셔틀(50)은 프로세싱 래인의 쌍과 연관된 윈도우 중에 프로토콜 내의 다음의 프로세싱 래인으로 이를 이송할 것이다. 예를 들어, 용출물 래인[116(e)]으로부터 증폭 전파 래인[116(g)]으로의 분석물 카트리지(200)의 이송은 피치 시작 후에 100초에 시작하는 이송 윈도우에서 발생할 수도 있다. 그러나, 어떠한 분석물 카트리지(200)가 특정 피치 중에 용출물 래인[116(e)] 내에 존재하면, 이송 셔틀(50)은 이송 윈도우 중에 아이들 상태일 것이다. 프로세싱 래인 내의 분석물 카트리지의 분포에 따라, 이송 셔틀은 각각의 이송 윈도우 중에, 이송 윈도의 일부 중에 활성화될 수 있거나 또는 이송 윈도우의 어느 것 중에도 활성화되지 않을 수도 있다. 이러한 비활성화는 단지 어떠한 분석물 카트리지도 프로세스 중이지 않는 경우에만 발생한다.
피치 간격 내의 이송 윈도우의 래인의 쌍으로의 전용은 각각의 이송을 위한 목적지 래인이 이송 윈도우가 발생하기 전에 비어 있는 것을 필요로 할 수도 있다. 각각의 프로세싱 래인(116)은 프로토콜 내의 제1 및 최종 프로세싱 래인을 제외하고는 2개의 이송 윈도우를 필요로 할 수도 있다. 제1 이송 윈도우는 하나가 존재하면, 후속자 래인으로의 프로세싱 래인으로부터 분석물 카트리지(200)의 이송을 허용한다. 제2 이송 윈도우는 하나가 존재하면, 선행자 래인으로부터 프로세싱 래인 내로의 분석물 카트리지(200)의 이송을 허용한다. 이 "충전 전 비움" 요구의 결과는 시스템이 프로토콜 내의 최종 프로세싱 래인 쌍으로의 피치 간격 내의 가장 빠른 이송 윈도우를 전용하는 것이다. 이는 최종 프로세싱 래인의 옆에 "홀(hole)"을 생성한다. 이를 고려하기 위해, 시스템은 프로세싱 래인 사용의 역순으로 후속의 이송 윈도우를 할당할 수도 있어, 홀이 프로토콜 내의 제1 래인에 도달할 때까지 연속적인 이송 윈도우 내의 프로세싱 래인을 통해 전파하게 된다. 다음의 이송 윈도우는 이어서 후속 피치 간격에 발생할 수도 있다. 대안 실시예에서, 분석물 카트리지(200)를 위한 다수의 위치를 갖는 이송 셔틀(50)의 사용은 이송 셔틀이 전달되는 분석물 카트리지를 위한 일시적인 저장 장치로서 작용하게 할 수도 있어, 분석물 카트리지가 전술된 바와 같이 프로세싱 래인들 사이에서 절환하게 한다. 이러한 절환 작업은 단일의 피치 간격 내에서 발생할 수도 있다.
전술된 바와 같이, 상이한 프로토콜은 프로세싱 래인의 상이한 시퀀스를 통해 분석물 카트리지(200)를 경로 안내할 수도 있다. 시스템은 모든 프로토콜에 공통인 이송을 위해 이송 윈도우를 고정함으로써, 프로세싱 래인 쌍들 사이에 이송 윈도우를 공유함으로써, 타이밍 상충을 회피하기 위해 하나 이상의 피치를 위한 프로토콜의 인스턴스의 시작을 지연시킴으로써, 그리고 상충하는 프로세싱 래인 쌍에 다수의 이송 윈도우를 할당함으로써 프로토콜들 사이의 프로세싱 래인 시퀀스의 차이에도 불구하고 프로세싱 래인 사이에 분석물 카트리지를 이송할 수도 있다.
몇몇 이송은 모든 프로토콜에 공통일 수도 있다. 예를 들어, 폐기물 래인[116(c)] 내의 분석물 카트리지(200) 폐기는 항상 증폭 준비 래인[116(g)] 내의 증폭 혼합물 준비를 따를 수도 있다. 증폭 준비 래인[116(g)] 내의 증폭 준비는 이어서 항상 용출 래인[116(e)] 내의 핵산 용출을 따를 수도 있고, 이는 항상 세척 래인[116(b)] 내의 소형 자석 세척을 따를 수도 있다. 이들 래인들 사이의 이송은 임의의 특정 타이밍 문제점을 제시할 필요가 없고, 시스템은 이러한 이송을 위한 고정된 이송 윈도우를 사용할 수도 있다. 시스템은 또한 단일의 프로토콜에 의해서만 사용된 래인들 사이에 분석물 카트리지를 이송할 때 고정된 이송 윈도우를 사용할 수도 있다. 이들 래인들 사이의 이송은 어떠한 타이밍 상충도 제시하지 않는다.
시스템은 공통 소스 래인이 2개 이상의 상이한 목적지 래인으로 이송할 때 고정된 이송 윈도우를 공유할 수도 있다. 이는 시스템이 프로토콜의 소정의 시점에서 이들 목적지 래인들 중 단지 하나에만 소스 래인 내의 분석물 카트리지(200)를 이송할 수도 있기 때문에 타이밍 상충을 제시할 필요는 없다. 소스 래인은 단일 이송 윈도우를 언로딩하기 위해 유지할 수 있고, 목적지 래인은 소스 래인으로부터 분석물 카트리지를 수용하기 위해 이 단일의 고정된 이송 윈도우를 공유할 수도 있다.
시스템은 공통의 목적지 래인이 하나 초과의 소스 래인으로부터 이송을 수신할 때 고정된 이송 윈도우를 또한 공유할 수도 있다. 이는 타이밍 상충을 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 목적지 래인은 후속의 이송으로 전파하고 추가의 상충을 생성할 수도 있는 타이밍의 시프트를 회피하기 위해 고정된 이송 윈도우를 유지한다. 목적지 래인은 단지 하나의 이송만을 수용할 수도 있기 때문에, 시스템은 소스 래인들 중 단지 하나만이 분석물 카트리지를 포함하도록 프로토콜 인스턴스를 스케쥴링할 수도 있다. 이는 시스템이 가능한 상충을 결정하기 위해 예측하고 상충을 회피하기 위해 하나 이상의 피치 간격을 위한 프로토콜의 인스턴스의 시작을 지연시키는 것을 필요로 할 수도 있다.
시스템은 프로토콜이 다른 프로토콜에 공통인 래인들 사이의 하나 이상의 비공통 프로세싱 래인의 사용을 삽입할 때 다수의 이송 윈도우를 할당할 수도 있다. 이들 삽입된 래인은 적어도 하나의 피치 간격을 필요로 하지만, 공통 래인으로의 후속의 복귀는 타이밍 상충을 최소화하기 위해 공통 래인 이송 윈도우의 보존을 필요로 한다. 하나 초과의 이송 윈도우를 제공하는 것은 상충을 최소화하기 위해 시스템이 이송 윈도우 중에서 선택할 수 있게 한다. 시스템은 이후의 이송 윈도우로의 삽입 전에 최종 공통 래인으로부터 이송을 시프트할 수도 있다. 시스템은 분석물 카트리지가 공통 래인으로 복귀할 때 공통 래인 타이밍으로 복귀할 수도 있다. 예를 들어, RNA 프로토콜은 프로세싱 래인 8, 9 및 10을 통해 순차적으로 분석물 카트리지(200)를 이송함으로써 비공통 단계를 삽입할 수도 있다. DNA 프로토콜은 래인 9를 사용하지 않고, 오히려 분석물 카트리지를 래인 8로부터 래인 10으로 직접 이동시킬 수도 있다. 이 경우에, 시스템은 분석물 카트리지를 래인(8) 외부로 이동시키기 위해 2개의 이송 윈도우를 포함할 수도 있다. 제1 윈도우는 피치 시작 후에 110초에 시작된다. 제2 이송 윈도우는 피치 시작 후에 115초에 시작한다. RNA 프로토콜은 피치 시작 후에 115초에 래인 8로부터 래인 9로 분석물 카트리지를 이동시키기 위해 이후 이송 윈도우를 사용한다. DNA 프로토콜은 조기의 이송 윈도우를 사용한다. 모든 프로토콜 이송은 피치 시작 후에 110초에 시작하는 이송 윈도우에서 래인 10 내로 분석물 카트리지를 이송한다. 래인 8을 위한 다중 이송 윈도우는 DNA 프로토콜을 위한 래인 8 피치 간격에 사기간(dead period)을 생성한다. 이 사기간 중에, 래인 8은 비어 있게 된다. 사기간은 DNA 프로토콜의 각각의 인스턴스에 대해 일관적이기 때문에 프로세싱 타이밍을 업셋하지 않는다.
전술된 바와 같이, 프로토콜들 사이의 절환은 시스템이 하나 이상의 피치 간격을 위한 프로토콜 시작을 지연함으로써 해결될 수도 있다는 점에서 타이밍 상충을 유발할 수도 있다. 이러한 지연은 시스템 처리량을 감소시킬 수도 있다. 시스템은 임의의 지연을 최소화하기 위해 분석을 스케쥴링함으로써 이러한 지연의 수를 최소화한다. 몇몇 실시예에서, 시스템은 상이한 프로토콜을 사용하는 임의의 계류중인 분석을 시작하기 전에 동일한 프로토콜을 사용하는 모든 계류중인 분석을 시작한다.
피치 간격 내에서 그리고 단지 이송 윈도우의 타이밍을 받게 되어, 프로토콜은 그 래인이 가능한 임의의 작업을 수행하기 위해 프로세싱 래인을 사용할 수도 있다. 이들 작업은 임의의 시퀀스일 수도 있고 임의의 기간일 수도 있다. 시스템은 분석물 카트리지(200)를 이송하지 않고 다수의 피치 간격에 걸쳐 단일의 프로세싱 래인에서 2개 이상의 연속적인 세트의 프로세싱 단계를 수행할 수도 있다. 시스템은 따라서, 2개의 레벨의 프로토콜 탄력성을 제공하는데, 첫째로 프로토콜은 프로세싱 래인들 중에 분석물 카트리지를 선택적으로 경로 안내할 수도 있고, 둘째로 프로토콜은 프로세싱 래인 내에서 작업을 자유롭게 선택할 수도 있다. 제1 및 제2 분석물 카트리지는 제1 및 제2 프로토콜에 따라 샘플을 프로세싱하는데 사용될 수도 있고, 제1 및 제2 프로토콜은 상이할 수도 있다.
전술된 바와 같이, 시스템은 다양한 샘플 유형 및 분석물 화학을 수용하기 위해 임의의 2개의 프로세싱 래인(116) 사이에 분석물 카트리지(200)를 이송할 수도 있지만, 단리 프로세스의 일반적인 작업 흐름은 유사할 수도 있다. 이는 특정 일반적인 단계가 동일한 시퀀스로 발생할 수도 있는 것을 제공한다. 핵산 추출 및 단리 방법은 공지되어 있고, 예를 들어 메렐(Merel) 등 (1996년) 임상 화학(Clinical Chemistry) 42: 1285-6, 오서벨(Ausubel) 등의 분자 생물학의 현재 프로토콜( Current Protocols in Molecular Biology )(2003년판), 샘브룩(Sambrook) 등의 분자 클로닝( Molecular Cloning )(제3 판), 베일리(Bailey) 등 (2003년) J. Assoc. Lab . Automation 8:113-20에 설명되어 있다. 프로세스는 일반적으로 샘플 처리 단계, 고체 또는 현탁된 미립자 상태로의 샘플 내의 핵산의 결합, 샘플의 미결합 성분으로부터 결합 핵산의 분리, 고체 또는 현탁된 미립자 상태의 세척 및 용액 내로의 핵산의 재차 용출 또는 방출의 단계를 포함한다. 이들 단계의 목적은 세포, 핵 또는 샘플 매트릭스로부터 핵산을 방출하는 것이고, 핵산 증폭 또는 검출과 간섭할 수도 있는 성분을 감소시키거나 배제하는 것이고, 원래 샘플 내의 농도에 대한 핵산의 농도를 조정하는 것이다. 설명된 프로세스 및 다른 핵산 단리 프로토콜의 변형예가 또한 본 발명의 범주 내에 있다. 변형예는 이송된 물질의 체적의 변화, 화학 프로세싱 단계의 조건의 변화, 작동의 시퀀스의 변화, 세척 단계의 수의 변화 및 다른 변화를 포함할 수도 있다.
일 실시예에서, 시스템은 고체 상태로의 핵산의 결합을 조력하는 환경 조건 하에서 자기 응답성 마이크로입자를 샘플의 분취량 및 시약과 혼합함으로써 핵산을 추출하고 정화한다. 추출 및 정화가 도 4aa에 도시된 것과 같은 카트리지에서 수행될 때, 프로토콜의 조기 단계에 시약 우물(204, 208, 209)로부터 분석물 카트리지(200)의 반응 우물(202)로 이송된 시약은 자기 응답성 마이크로입자로의 타겟 핵산 서열의 결합을 조력하는 조건을 제공할 수도 있다. 시약은 이들의 사용을 반영하는 순서로 분석물 카트리지(200)의 우물 내에 배열될 수도 있어, 시약 전달 작업 중에 우발적으로 낙하하는 액적만이 이전의 비어 있는 우물 내에 착륙하게 된다.
일단 핵산이 고체 상태에 결합되면, 시스템은 도 1b의 116(a) 및 116(b)와 같은 세척 래인에 카트리지를 이송할 수도 있어, 자기장을 반응 혼합물에 인가함으로서 미결합 물질을 제거하고, 자기 마이크로입자는 반응 혼합물 내에서 이동함으로써 인가된 자기장에 응답하여, 이에 의해 벌크 액체로부터 고체 상태를 분리한다. 시스템은 이어서 흡입에 의해 벌크 액체를 제거할 수 있어, 고체 상태를 남겨둔다. 이러한 자기 분리기를 포함하는 프로세싱 래인의 실시예가 도 10b에 도시되어 있고 상세히 전술되어 있다. 후속 단계에서, 시스템은 세척액을 추가하고, 고체 상태를 재현탁하여 세척액 내에 현탁액을 형성하고, 재차 고체 상태를 분리하고 이어서 고체 상태를 남겨두면서 반응 혼합물의 액체부의 흡입에 의해 고체 상태를 세척할 수도 있다. 이 세척 단계는 다수회 반복될 수도 있고, 하나 또는 세척 액체의 사용을 수반할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 소비된 세척액은 최종적인 폐기를 위해 분석물 카트리지(200)의 미리 비어 있는 우물로 복귀된다. 세척(블록 1820)이 완료될 때, 시스템은 용출 래인[116(e)]으로 카트리지를 이송하고 용출물을 첨가할 수도 있고, 이 용출물은 고체 상태로부터 용출물 체적 내의 용액 내로 재차 핵산을 방출한다(블록 1822). 시스템은 증폭 전파 래인[116(g)]으로 카트리지를 이송하고 자기장의 인가를 통해 고체 상태를 재차 분리하고, 이어서 용출물 체적의 흡입 및 추가의 프로세싱(블록 1824)을 위한 단리된 핵산을 포함하는 용출물 체적의 반응 용기로의 이송에 의해 핵산 추출 및 정화 프로세스를 완료할 수도 있다. 대안 실시예에서, 시스템은 반응 용기로의 단리된 핵산을 포함하는 용출물 체적의 이송에 앞서 반응 용기에 증폭을 위해 요구된 시약을 이송할 수도 있다.
고체 상태는 자기 응답성 고체 상태일 수 있다. 이들 상황 하에서, 인가된 자기장은 자기 응답성 고체 상태를 선택적으로 고정하기 위해 제어 가능한 스위치로서 작용할 수 있다. 고체 상태가 자기 응답성 마이크로입자의 현탁액이면, 이들 마이크로입자는 자기장의 인가시에 컨테이너의 내부벽 상의 원하는 위치에 대해 특이한 "펠릿"을 형성할 수도 있다. 이 펠릿의 위치, 형상 및 크기는 자기장의 분포 및 강도를 제어함으로써 제어될 수 있어, 유리하게는 시스템이 컨테이너 내의 상이한 위치에서 고체 상태의 펠릿을 생성할 수 있게 하고, 입자의 비특정 집합을 회피하기 위한 그리고 자기장의 제거시에 재현탁을 위한 바람직한 특성을 갖는다. 이는 시스템이 유리하게는 자기 재료의 부근에 자기 응답성 고체 상태를 배치함으로써 또는 전자석을 활성화함으로써 자기장을 간단히 인가할 수 있기 때문에 자동화를 간단화한다.
자기 응답성 고체 상태가 바람직하지만, 다른 고체 상태가 또한 적합할 수도 있다. 예를 들어, 시스템은 중력 하에서 또는 원심 분리에 의한 침전에 의해, 여과에 의해, 크기 배제 크로마토그래피에 의해, 광학 핀셋에 의해, 전기 영동에 의해, 유전 영동에 의해, 유세포 분석 기반 분류에 의해, 분리 중에 피펫 내에 끼워지기에 너무 큰 고체 상태의 사용과 같은 기계적 장애에 의해, 또는 임의의 다수의 다른 방법에 의해 고체 상태를 조작할 수도 있다.
자기 응답성 고체 상태는 바람직하게는 자기 응답성 마이크로입자의 현탁액이다. 이들은 확립된 반복 가능한 프로세스인 간단한 피펫팅에 의해 고체 상태의 측정 가능한 양을 이송할 수도 있기 때문에 자동화를 유리하게 간단화한다. 피펫팅은 다른 액체 시약 이송과의 공통성의 추가의 이점을 갖는다. 즉, 시스템은 고체 상태를 이송하기 위한 부가의 디바이스를 필요로 하지 않는다. 자기 응답성 마이크로입자의 현탁액은 액체 반응 혼합물의 용매화된 성분과 고체 상태 사이의 더 균일한 상호 작용을 제공함으로써 분석 속도 및 정확도를 향상시키는 추가의 장점을 갖는다. 마이크로입자의 분산 현탁액은 반응제들 사이의 확산 거리를 최소화함으로써 핵산 단리를 위해 요구된 시간을 감소시킨다. 이 분산은 또한 각각의 다른 액체 요소로서 고체 상태로의 대략적으로 동일한 액세스를 갖는 액체 반응 혼합물의 각각의 요소를 제공함으로써 균일성을 향상시킨다. 이 향상된 반응 균일성은 분석 재현성 및 따라서 정확성을 직접 향상시킨다. 자기 응답성 마이크로입자는 당 기술 분야에 공지되어 있고, 상업적으로 입수 가능하다. 핵산 결합을 위한 마이크로입자는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 핵산 서열, 단백질, 염료, 친수성기, 소수성기 및 전하 그룹을 포함하는 핵산을 끌어당겨 결합하는 다양한 종으로 기능화될 수 있다.
이 방식으로 샘플을 프로세싱하는 것은 감소된 체적 내에 단리된 타겟 핵산을 농축하기 위한 기회를 제공한다. 시스템은 비교적 큰 샘플 체적으로부터 핵산을 단리하고 비교적 작은 체적 내에 고체 또는 현탁된 미립자 상태로부터 단리된 핵산을 용출함으로써 핵산 농도를 조정할 수도 있다. 이는 분석 시간을 감소시키고, 분석 감도를 증가시키고, 분석 정확도를 향상시키는 유리한 효과를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 초기에 이송된 샘플의 체적은 약 1 mL이고, 첨가된 용출물의 체적은 약 40 μL이다. 몇몇 실시예에서, 증폭 용기에 이송된 용출물의 체적은 반응 용기 내의 사체적을 고려하고 반응 용기로의 고체 상태의 부주의한 이송의 기회를 최소화하기 위해, 첨가된 용출물의 체적보다 작다. 몇몇 실시예에서, 이송된 용출물의 체적은 약 25 μL이다.
핵산 농도를 조정하는 것은 유리하게는 후속의 반응의 체적을 감소시킴으로써 분석 시간을 감소시킬 수 있다. PCR은 일련의 온도 변화를 통해 반응 체적을 사이클링하는 것에 의존한다. 작은 증폭 반응 체적은 감소된 열 경로 길이를 허용하여, 전체 반응 체적의 더 신속한 열 평형 및 따라서 감소된 온도 사이클 시간을 야기한다. 증폭 반응 체적 내의 타겟 핵산의 더 높은 농도는 또한 성공적인 PCR 증폭을 특징화하는 성장 곡선이 프로세스에서 더 조기에 분명해질 수 있기 때문에, 검출을 위해 요구된 증폭 사이클의 수를 감소시킬 수 있다.
전술된 바와 같이, 짧은 열 경로 길이는 반응 체적의 신속한 열 평형을 허용한다. 이는 이어서 증폭 반응 중에 신속한 온도 변화를 가능하게 한다. 열 사이클링 기반 증폭 방법은 통상적으로 다수의 타겟 온도를 통해 증폭 반응 혼합물을 사이클링하고, 각각의 타겟 온도는 증폭 반응의 하나 이상의 상을 지원한다. 통상의 PCR 증폭은 50개 이상의 이들 온도 사이클을 필요로 할 수도 있다. 신속한 온도 변화는 각각의 증폭 사이클을 위해 요구된 시간을 감소시킨다. 이 감소된 사이클 시간은 심지어 작은 시간 절약이 다수의 증폭 사이클에 걸쳐 신속하게 누적되어, 따라서 응답을 생성하는데 요구되는 전체 시간을 감소시키기 때문에 특히 바람직하다.
핵산 농도를 조정하는 것은 증폭 사이클의 수를 재현 가능한 범위 내에서 유지함으로써 분석 감도를 증가시킬 수 있다. PCR과 같은 지수 함수 핵산 증폭은 타겟 핵산의 부재시에도, 반응이 다수의 사이클에 대해 계속되도록 허용되면 잘못된 신호를 생성할 수도 있는 노이즈 및 비특정 증폭을 받게 된다. 그 결과, 증폭 사이클의 수를 간단히 확장함으로써 PCR 기반 분석의 감도를 향상시키려는 시도는 곧 제한 조건에 부닥치게 된다. 초기 증폭 혼합물 내에 타겟 서열의 더 높은 농도를 포함함으로써, 타겟 증폭에 기인하는 신호는 더 조기의 사이클에 나타날 수 있어, 따라서 의사 증폭 이벤트로부터 잘못된 결과를 회피한다. 핵산 농도를 조정함으로써 얻어질 수 있는 더 높은 타겟 서열 농도는 관찰된 신호가 의사 이벤트보다는 타겟 서열의 실제 존재를 반영한다는 확신을 증가시킨다. 분석 감도는 적어도 부분적으로는 비타겟 의사 신호로부터 타겟 기반 특정 신호를 구별하는 것에 의존하기 때문에, 더 높은 초기 타겟 서열 농도는 전체 분석 감도를 향상시킨다.
핵산 농도를 조정하는 것은 샘플링 에러의 효과를 감소시킴으로써 분석 정확도를 또한 향상시킨다. 증폭 기반 분석은 극도로 낮은 농도의 타겟 서열의 검출을 허용한다. 몇몇 타겟 핵산 서열은 동일한 샘플로부터 취한 개별 분취량이 존재하는 타겟 서열의 수의 상당한 편차를 가질 수도 있는 이러한 낮은 농도에서 존재할 수도 있다. 이 편차는 분취량 내의 타겟 농도의 판정의 부정확성의 감소 불가능 최소값을 설정한다. 예를 들어, 각각의 밀리미터의 샘플이 타겟 핵산 서열의 1000개의 카피를 포함하는 경우에, 이러한 샘플의 5 μL 분취량은 평균적으로 5개의 카피를 포함할 것이다. 그러나, 기본 통계는 개별의 5 μL 분취량의 18% 미만이 이 평균수의 카피를 포함할 것이라는 것을 나타낸다. 5 μL 분취량의 약 3%는 적어도 10개의 카피를 포함할 것이고, 이들 분취량에 대한 시험은 2 이상의 팩터만큼 타겟 서열 농도를 과대 평가할 것이다. 5 μL 분취량의 작은 분율은 타겟 핵산 서열을 전혀 포함하지 않을 수 있어, 단지 서열의 존재의 검출은 불가능할 것이다. 에러 샘플링의 효과를 감소시키는 일 방법은 샘플 분취량의 체적을 증가시키는 것이다. 그러나, 이는 최종 반응 체적을 반드시 증가시킬 것이다. 전술된 이유로, 이러한 것은 바람직하지 않다. 핵산 농도를 조정하는 것은 큰 초기 소스 샘플 분취량의 사용을 허용하고, 그 핵산은 작은 증폭 체적의 시간 절약 및 다른 이점을 보유하면서 증폭 혼합물 내의 타겟 핵산 서열 카피의 수를 증가시키기 위해 더 작은 시험 분취량으로 샘플 프로세싱에 의해 방출된다.
전술된 바와 같이, 시스템은 고체 상태를 사용하여 핵산을 단리함으로써 핵산 농도를 조정하는 목표를 성취할 수도 있다. 이 고체 상태는 소정 시간 동안 유체 현탁액 내에 잔류할 수 있는 미립자 또는 마이크로미립자 상태일 수도 있는데, 이는 유리하게는 취급을 간단화하고 반응 역학을 향상시킨다. 고체 상태 프로세싱은 고체 상태로 결합되어 있는 핵산과 같은 특정 반응제를 보유하면서 반응 혼합물의 액체 성분의 분리 및 교환을 허용한다. 이 결합은 물리적 또는 화학적일 수도 있지만, 분리 프로세스는 기계적이다. 고체 상태 프로세싱은 그 기계적 분리 프로세스가 즉시 자동화 가능하고, 통상의 화학 프로세스의 석출 또는 액체/액체 상태 분리보다 청결한 분리를 제공할 수 있기 때문에 유리하다.
고체 상태 프로세싱이 바람직하지만, 핵산 농도를 조정하는 다른 방법이 또한 적합할 수도 있다. 예를 들어, 시스템은 핵산을 석출하고 여과 또는 원심 분리에 의해 잔여 상청액으로부터 석출물을 분리할 수도 있다. 대안적으로, 시스템은 유기 및 수성 상태에서 차등 용해도에 의해 또는 전기 영동, 칼럼 크로마토그래피에 의해 또는 임의의 수의 다른 방법에 의해 다른 성분으로부터 핵산을 분리함으로써 핵산을 추출할 수도 있다. 단리된 핵산을 농축하도록 이 방법을 이용하기 위해, 시스템은 대체적 및 소체적의 모두를 정확하게 분배하기 위한 능력을 가질 수 있다.
따라서, 시스템은 분석물 카트리지(200) 내에 제공된 밀리팁(220)을 이용하는 대체적 피펫터(도 4aa에 도시된 바와 같이) 및 프로세싱 래인(116) 내에 합체되거나 이들 프로세싱 래인으로의 액세스를 갖는 마이크로팁(542)을 이용하는 소체적 피펫터의 모두를 포함할 수도 있다. 마이크로팁(542)은 도 13f에 도시된 바와 같이, 사용자(1840)에 의해 시스템 상에 로딩되는 마이크로팁 래크(550) 내에 공급될 수도 있다. 도 1c에 도시된 실시예에서, 시스템은 이 목적으로 마이크로팁 저장 유닛(120)을 포함한다. 마이크로팁 저장 유닛의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 상기 및 도 13a, 도 13b 및 도 13c에서 발견된다. 시스템은 도 1d에 도시된 고체 폐기물 컨테이너(92)와 같은 고체 폐기부 내로 소지된 마이크로팁(542)을 자동으로 침전시킬 수도 있지만, 사용자는 비어 있는 마이크로팁 래크(550)를 언로딩해야 할 필요가 있을 수도 있다. 대안적으로, 시스템은 분석물 카트리지(200)의 우물 내에 사용된 마이크로팁을 폐기할 수도 있다. 마이크로팁 저장 유닛(120) 내의 다수의 슬롯은 마이크로팁(542)의 고갈의 걱정 없이 시스템이 마이크로팁(550) 내의 모든 마이크로팁(542)을 사용할 수 있게 하고, 다른 슬롯 내의 마이크로팁 래크(550)는 예비 용량을 제공한다.
사용자는 일단 시스템이 마이크로팁 래크(550) 내의 모든 마이크로팁(542)을 사용하면 비어 있는 마이크로팁 래크(550)를 언로딩할 수도 있다. 작동시에, 사용자는 기구가 로딩 기회를 제공하는 것을 요구할 수도 있다. 로딩 기회를 준비할 때에, 시스템은 선택된 마이크로팁 래크(550)와 연관된 래크 걸쇠(554)를 해제함으로써 마이크로팁 저장 유닛(20)으로부터 비어 있는 마이크로팁 래크(550)를 해제할 수도 있다. 로딩 기회 중에, 사용자는 액세스 커버(556)를 개방하고 각각의 로딩된 마이크로팁 래크(550)와 연관된 지시기 램프를 관찰할 수도 있다. 사용자는 임의의 해제된 마이크로팁 래크(550)를 제거하고 임의의 새로운 마이크로팁 래크(550)를 삽입할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 사용자는 이전에 언로딩된 마이크로팁을 시스템 상에 재차 재로딩하지 않을 수도 있다. 이는 유리하게는 노출된 마이크로팁의 사용자 취급으로부터 오염의 가능성을 제한한다.
타겟 핵산의 단리 후에, 타겟 핵산을 포함하는 용출 체적의 적어도 일부는 도 4aa에 도시된 바와 같이, 분석물 카트리지(200) 상에 제공될 수도 있는 반응 용기(221)에 이송된다. 몇몇 실시예에서, 이는 XYZ 반송 디바이스(40)에 또한 액세스 가능할 수도 있는 도 1b의 116(g)와 같은 증폭 준비 래인에서 발생한다. 증폭 반응을 위해 유용한 다른 물질이 또한 반응 용기(221)에 첨가될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 이들 증폭 물질은 반응 용기(221)로의 용출 체적의 이송에 앞서 반응 용기(221)에 이송된다. 이러한 물질은 이들에 한정되는 것은 아니지만, 핵산 복제를 위해 요구된 폴리메라아제, 타겟-특정 프라이머 서열, 타겟-특정 프로브 서열, 뉴클레오티드 트리포스페이트 및 증폭 반응을 지원하는 다른 물질을 포함할 수도 있다. 이들 물질은 시약 저장 모듈(10) 내에 저장되고 XYZ 반송 디바이스(40)를 사용하여 이송될 수도 있다. 프로세싱된 샘플 및 모든 시약의 첨가 후에, 반응 용기(221)는 플러그(222)를 사용하여 폐쇄될 수도 있다. 이 플러그(222)는 분석물 카트리지(200) 상에 제공될 수 있고, 플러그가 XYZ 반송 디바이스(40)에 의해 조작될 수 있게 하는 취급 특징부[222(f)]를 포함할 수도 있다. 반응 용기(221) 내로의 플러그(222)의 삽입은 시스템 상의 그 시간의 나머지 동안 반응 용기를 밀봉할 수도 있다.
밀봉 후에, 반응 용기(221)는 시스템의 증폭 및 검출부로 진행한다(블록 1832). 증폭 위상 프로세싱은 반응 용기(221) 및 열 사이클러 상에 집중된다. 증폭 위상의 프로세싱은 단리 위상과 비교하여 기계적으로 간단할 수도 있다. 일단 증폭 준비 래인[116(g)]이 단리된 핵산을 반응 용기 내의 증폭 시약과 혼합하면, 시스템은 반응 용기(221)를 밀봉하고 이를 이용 가능한 열 사이클러 모듈로 반송할 수도 있다. 바람직한 실시예에서, 시스템은 도 16c에 도시된 바와 같이 격납고(1200) 내에 배열될 수도 있는 다수의 열 사이클러 모듈을 갖는다. 이들 열 사이클러 모듈(1300)의 성능은 정합될 수도 있어, 프로세싱 래인(116)을 떠난 후에 반응 용기의 경로가 열 사이클러 모듈(1300)의 임의의 하나로 이어질 수 있게 된다. 시스템은 이어서 열 사이클러 모듈(1300) 내로 용기를 잠그고 열 사이클링 및 모니터링의 프로세스를 시작할 수도 있다(블록 1832). 열 사이클링 및 모니터링은 조기의 신호 검출 또는 신호 검출 없는 미리 설정된 수의 열 사이클까지 계속된다.
몇몇 실시예에서, 특히 단리 RNA 서열의 역전사와 연관된 실시예에서, 열 사이클러는 예를 들어 열 사이클링에 의해 증폭을 개시하기 전에 고정된 온도로 증폭 용기를 가열할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 시스템은 각각의 열 사이클 내의 선택된 점에서 여기광으로 반응 용기(221)를 조명함으로써 증폭의 프로세스를 모니터링한다. 기구는 열 사이클의 부분 및 증폭 용기 내의 측정된 온도에 기초하여 이들 점을 선택할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 시스템은 각각의 열 사이클의 동일한 부분 중에 신호를 측정하지만, 부분 내의 타이밍은 증폭 용기가 측정시에 미리 선택된 온도에 동일한 측정된 온도를 갖도록 변경될 수도 있다. 이러한 것은 그렇지 않으면 분석 부정확성에 기여할 수도 있는 측정의 편차를 감소시키는 이점을 갖는다. 다른 실시예에서, 시스템은 열 사이클러가 따르도록 지시되는 규정된 온도 대 시간 프로파일의 규정된 부분 내의 신호를 측정한다. 이러한 것은 일관적인 열 사이클링 시간을 제공하여, 이에 의해 스케쥴링을 간단화하는 이점을 갖는다. 시스템은 하나 이상의 값을 측정된 반응에 할당하기 위해 다수의 열 사이클로부터 측정치를 조합할 수도 있다(블록 1834). 측정치를 조합하는 수많은 방법이 당 기술 분야에 공지되어 있다.
밀봉된 반응 용기(221)의 제거 후에, 소진된 분석물 카트리지는 폐기부로 이송될 수도 있다. 도 1b에 도시된 일 실시예에서, 이송 셔틀(50)은 소진된 카트리지(1826)를 폐기물 래인[116(c)]으로 이동시킨다. 전술된 바와 같이, 폐기물 래인[116(c)]은 일단 분석물 카트리지(200)가 그 내에 배치되면, 분석물 카트리지(200)가 이송 셔틀(50)로 복귀될 수 없도록 구성될 수도 있다. 이러한 폐기물 래인의 실시예가 도 14a, 도 14b 및 도 14c에 도시되어 있다. 폐기물 래인은 카트리지의 잔여 유체 내용물을 액체 폐기부(1830)로 제거하기 위해 흡입 프로브(986)가 공급될 수도 있다. 비어 있는 분석물 카트리지(200)는 이어서 고체 폐기물 컨테이너(882)로 폐기될 수도 있다(블록 1848). 몇몇 실시예에서, 소진된 분석물 카트리지(200)는 이것이 수납할 수도 있는 임의의 잔류 액체와 함께 고체 폐기물 컨테이너(882)로 간단하게 이송된다.
열 사이클링의 완료 후에, 시스템은 열 사이클러로부터 반응 용기(221)를 해제할 수도 있고, XYZ 반송 디바이스(40)는 소진된 반응 용기(221)를 고체 폐기물 컨테이너(882)로 이송할 수도 있어(블록 1850), 이에 의해 특정 샘플의 프로세싱을 종료한다. 몇몇 실시예에서, 소진된 반응 용기는 이를 전용 폐기물 컨테이너로 이송함으로써 폐기되고, 이 전용 폐기물 컨테이너는 소진된 반응 용기로의 손상을 회피하도록 설계될 수도 있다. 다른 실시예에서, 소진된 반응 용기는 이를 언로딩 래크로 이송함으로써 시스템으로부터 제거되고, 여기서 추가의 분석을 위해 사용자에 의해 회수될 수도 있다.
예
이하의 각각의 예는 프로토콜의 프로세싱 단계를 요약한다. 프로세싱 단계는 핵산의 추출 및 단리, 증폭 혼합물의 셋업, 열 사이클러로의 증폭 혼합물의 이송, 증폭 및 검출 및 폐기물 폐기를 포함한다.
예 1: 그램 양성 DNA : 그룹 B 연쇄상구균 분석
피치 래인/디바이스 작업
1 CLU 제시 래인 분석물 카트리지 반응 우물로 샘플 분취량 이송
시약 팩으로부터 분석물 카트리지 반응 우물(XYZ 받침대)로 프로세스 비교 표준 이송
시약 팩으로부터 분석물 카트리지 반응 우물(XYZ 받침대)로 효소 이송
분석물 카트리지 반응 우물의 내용물 혼합
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
2 70℃ 프로세싱 래인 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
70℃에서 온도 안정화(90초)
분석물 카트리지 시약 우물 내에서 상자성 입자 혼합
분석물 카트리지 시약 우물로부터 분석물 카트리지 반응 우물로 버퍼 및 상자성 입자 이송
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
3 세척 래인 1
(대형 자석)		 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
분석물 카트리지 반응 우물의 내용물 혼합
자석 인가
분석물 카트리지 반응 우물로부터 액체 흡입
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
4 세척 래인 2
(대형 자석)		 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
분석물 카트리지 시약 우물로부터 분석물 카트리지 반응 우물로 세척 버퍼 1 이송
분석물 카트리지 반응 우물의 내용물 혼합
자석 인가
분석물 카트리지 반응 우물로부터 액체 흡입
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
5 세척 래인 3
(대형 자석)		 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
분석물 카트리지 시약 우물로부터 분석물 카트리지 반응 우물로 세척 버퍼 2 이송
분석물 카트리지 반응 우물의 내용물 혼합
자석 인가
분석물 카트리지 반응 우물로부터 액체 흡입
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
6 세척 래인 4
(소형 자석)		 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
분석물 카트리지 시약 우물로부터 분석물 카트리지 반응 우물로 세척 버퍼 3 이송
분석물 카트리지 반응 우물의 내용물 혼합
자석 인가
분석물 카트리지 반응 우물로부터 액체 흡입
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
7 용출 래인
(대형 자석)		 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
분석물 카트리지 시약 우물로부터 분석물 카트리지 반응 우물로 용출 버퍼 이송
분석물 카트리지 반응 우물의 내용물 혼합
자석 인가
분석물 카트리지 반응 우물로부터 액체 흡입
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
8 PCR 준비 래인 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
시약 팩으로부터 반응 용기(XYZ 받침대)로 PCR 시약 이송
반응 용기에 플러그 이송 및 밀봉
밀봉된 반응 용기를 열 사이클러(XYZ 받침대)로 이송
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
9 세척 래인 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
분석물 카트리지를 폐기부로 이송
9 내지 N 열 사이클러 반응 용기의 내용물 증폭 및 모니터링
카트리지 가온 래인의 사용을 구체화하기 위해, 일련의 분석물 카트리지의 프로세싱이 삽입된다. 소정의 피치(X) 내에서, CLU 제시 래인 내로 이동하고 샘플 분취량을 수용한 후 약 50초에, 분석물 카트리지(N)는 이송 셔틀의 2개의 위치 중 하나로 이동된다. 셔틀은 카트리지 가온 래인으로 이동하고 카트리지 가열기로부터 잔여 개방 위치 내로 열 내의 이전의 분석물 카트리지(N-1)를 회수하고, 이어서 현재 분석물 카트리지(N)를 카트리지 가열기로 이송한다. 이전의 분석물 카트리지(N-1)는 이어서 피치(X)의 종단을 통한 부가의 프로세싱을 위해 피치(X)의 60초 마크에 의해 CLU 제시 래인으로 복귀되고, 그 후에 피치(X+1)의 시작에서 분석물 카트리지(N-1)를 위해 지정된 프로토콜에서 다음의 래인으로 이동한다. 이는 이송 셔틀을 비움 상태로 방치한다. 제3 분석물 카트리지(N+1)가 피치(X+1)의 시작에서 CLU 제시 래인으로 이동되고, 샘플 분취량을 수용하고, 피치(X+1)의 시작 후에 약 50초에 이송 셔틀로 이동된다. 분석물 카트리지(N)는 열 내의 다음의 분석물 카트리지(N+1) 등을 위해 카트리지 가온 래인 내에서 절환된 후에 부가의 프로세싱을 위해 후속의 피치(X+1)의 60초 마크에서 CLU 제시 래인으로 복귀된다.
예 2: DNA : CT - NG 분석
피치 래인/디바이스 작업
1 CLU 제시 래인 분석물 카트리지 반응 우물로 샘플 분취량 이송
시약 팩으로부터 분석물 카트리지 반응 우물(XYZ 받침대)로 프로세스 비교 표준 이송
분석물 카트리지 시약 우물로부터 분석물 카트리지 반응 우물로 희석 버퍼 이송
분석물 카트리지 시약 우물로부터 분석물 카트리지 반응 우물로 소화 버퍼 이송
시약 팩으로부터 분석물 카트리지 반응 우물로 효소 이송
분석물 카트리지 반응 우물의 내용물 혼합
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
2 37℃ 프로세싱 래인 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
분석물 카트리지 시약 우물 내에서 바인딩 버퍼와 상자성 입자 혼합
분석물 카트리지 시약 우물로부터 분석물 카트리지 반응 우물로 바인딩 버퍼 및 상자성 입자 이송
분석물 카트리지 반응 우물의 내용물 혼합
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
3 세척 래인 1
(대형 자석)		 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
자석 인가
분석물 카트리지 반응 우물로부터 액체 흡입
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
4 세척 래인 2
(대형 자석)		 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
분석물 카트리지 시약 우물 내에서 세척 버퍼 1 혼합
분석물 카트리지 시약 우물로부터 분석물 카트리지 반응 우물로 세척 버퍼 1 이송
분석물 카트리지 반응 우물의 내용물 혼합
자석 인가
분석물 카트리지 반응 우물로부터 액체 흡입
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
5 세척 래인 3
(대형 자석)		 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
분석물 카트리지 시약 우물 내에서 세척 버퍼 2 혼합
분석물 카트리지 시약 우물로부터 분석물 카트리지 반응 우물로 세척 버퍼 2 이송
분석물 카트리지 반응 우물의 내용물 혼합
자석 인가
분석물 카트리지 반응 우물로부터 액체 흡입
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
6 세척 래인 4
(소형 자석)		 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
분석물 카트리지 시약 우물 내에서 세척 버퍼 3 혼합
분석물 카트리지 시약 우물로부터 분석물 카트리지 반응 우물로 세척 버퍼 3 이송
분석물 카트리지 반응 우물의 내용물 혼합
자석 인가
분석물 카트리지 반응 우물로부터 액체 흡입
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
7 용출 래인
(대형 자석)		 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
분석물 카트리지 시약 우물 내에서 용출 버퍼 혼합
분석물 카트리지 시약 우물로부터 분석물 카트리지 반응 우물로 용출 버퍼 이송
분석물 카트리지 반응 우물의 내용물 혼합
자석 인가
분석물 카트리지 반응 우물로부터 액체 흡입
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
8 PCR 준비 래인 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
시약 팩으로부터 반응 용기(XYZ 받침대)로 PCR 시약 이송
반응 용기에 플러그 이송 및 밀봉
밀봉된 반응 용기를 열 사이클러(XYZ 받침대)로 이송
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
9 세척 래인 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
분석물 카트리지를 폐기부로 이송
9 내지 N 열 사이클러 반응 용기의 내용물 증폭 및 모니터링
N+1 XYZ 받침대 반응 용기를 폐기부로 이송
카트리지 가온 래인의 사용을 구체화하기 위해, 일련의 분석물 카트리지의 프로세싱이 삽입된다. 소정의 피치(X) 내에서, CLU 제시 래인 내로 이동하고 샘플 분취량을 수용한 후 약 50초에, 분석물 카트리지(N)는 이송 셔틀의 2개의 위치 중 하나로 이동된다. 셔틀은 카트리지 가온 래인으로 이동하고 카트리지 가열기로부터 잔여 개방 위치 내로 열 내의 이전의 분석물 카트리지(N-1)를 회수하고, 이어서 현재 분석물 카트리지(N)를 카트리지 가열기로 이송한다. 이전의 분석물 카트리지(N-1)는 이어서 피치(X)의 종단을 통한 부가의 프로세싱을 위해 피치(X)의 60초 마크에 의해 CLU 제시 래인으로 복귀되고, 그 후에 피치(X+1)의 시작에서 분석물 카트리지(N-1)를 위해 지정된 프로토콜에서 다음의 래인으로 이동한다. 이는 이송 셔틀을 비움 상태로 방치한다. 제3 분석물 카트리지(N+1)가 피치(X+1)의 시작에서 CLU 제시 래인으로 이동되고, 샘플 분취량을 수용하고, 피치(X+1)의 시작 후에 약 50초에 이송 셔틀로 이동된다. 분석물 카트리지(N)는 열 내의 다음의 분석물 카트리지(N+1) 등을 위해 카트리지 가온 래인 내에서 절환된 후에 부가의 프로세싱을 위해 후속의 피치(X+1)의 60초 마크에서 CLU 제시 래인으로 복귀된다.
예 3 RNA : C형 간염 바이러스 분석
피치 래인/디바이스 작업
1 CLU 제시 래인 분석물 카트리지 반응 우물로 샘플 분취량 이송
시약 팩으로부터 분석물 카트리지 반응 우물(XYZ 받침대)로 프로세스 비교 표준 이송
분석물 카트리지 시약 우물로부터 분석물 카트리지 반응 우물로 희석 버퍼 이송
분석물 카트리지 시약 우물로부터 분석물 카트리지 반응 우물로 소화 버퍼 이송
시약 팩으로부터 분석물 카트리지 반응 우물로 효소 이송
분석물 카트리지 반응 우물의 내용물 혼합
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
2 70℃ 프로세싱 래인 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
분석물 카트리지 시약 우물 내에서 바인딩 버퍼와 상자성 입자 혼합
분석물 카트리지 시약 우물로부터 분석물 카트리지 반응 우물로 바인딩 버퍼 및 상자성 입자 이송
분석물 카트리지 반응 우물의 내용물 혼합
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
3 세척 래인 1
(대형 자석)		 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
자석 인가
분석물 카트리지 반응 우물로부터 액체 흡입
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
4 세척 래인 2
(대형 자석)		 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
분석물 카트리지 시약 우물 내에서 세척 버퍼 1 혼합
분석물 카트리지 시약 우물로부터 분석물 카트리지 반응 우물로 세척 버퍼 1 이송
분석물 카트리지 반응 우물의 내용물 혼합
자석 인가
분석물 카트리지 반응 우물로부터 액체 흡입
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
5 세척 래인 3
(대형 자석)		 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
분석물 카트리지 시약 우물 내에서 세척 버퍼 2 혼합
분석물 카트리지 시약 우물로부터 분석물 카트리지 반응 우물로 세척 버퍼 2 이송
분석물 카트리지 반응 우물의 내용물 혼합
자석 인가
분석물 카트리지 반응 우물로부터 액체 흡입
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
6 세척 래인 4
(소형 자석)		 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
분석물 카트리지 시약 우물 내에서 세척 버퍼 3 혼합
분석물 카트리지 시약 우물로부터 분석물 카트리지 반응 우물로 세척 버퍼 3 이송
분석물 카트리지 반응 우물의 내용물 혼합
자석 인가
분석물 카트리지 반응 우물로부터 액체 흡입
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
7 용출 래인
(대형 자석)		 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
분석물 카트리지 시약 우물 내에서 용출 버퍼 혼합
분석물 카트리지 시약 우물로부터 분석물 카트리지 반응 우물로 용출 버퍼 이송
분석물 카트리지 반응 우물의 내용물 혼합
자석 인가
분석물 카트리지 반응 우물로부터 액체 흡입
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
8 PCR 준비 래인 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
시약 팩으로부터 반응 용기(XYZ 받침대)로 PCR 시약 이송
반응 용기에 플러그 이송 및 밀봉
밀봉된 반응 용기를 열 사이클러(XYZ 받침대)로 이송
분석물 카트리지를 셔틀로 이송
9 세척 래인 셔틀로부터 분석물 카트리지 회수
분석물 카트리지를 폐기부로 이송
9 내지 N 열 사이클러 역전사를 위한 고정된 온도
반응 용기의 내용물 증폭 및 모니터링
N+1 XYZ 받침대 반응 용기를 폐기부로 이송
카트리지 가온 래인의 사용을 구체화하기 위해, 일련의 분석물 카트리지의 프로세싱이 삽입된다. 소정의 피치(X) 내에서, CLU 제시 래인 내로 이동하고 샘플 분취량을 수용한 후 약 50초에, 분석물 카트리지(N)는 이송 셔틀의 2개의 위치 중 하나로 이동된다. 셔틀은 카트리지 가온 래인으로 이동하고 카트리지 가열기로부터 잔여 개방 위치 내로 열 내의 이전의 분석물 카트리지(N-1)를 회수하고, 이어서 현재 분석물 카트리지(N)를 카트리지 가열기로 이송한다. 이전의 분석물 카트리지(N-1)는 이어서 피치(X)의 종단을 통한 부가의 프로세싱을 위해 피치(X)의 60초 마크에 의해 CLU 제시 래인으로 복귀되고, 그 후에 피치(X+1)의 시작에서 분석물 카트리지(N-1)를 위해 지정된 프로토콜에서 다음의 래인으로 이동한다. 이는 이송 셔틀을 비움 상태로 방치한다. 제3 분석물 카트리지(N+1)가 피치(X+1)의 시작에서 CLU 제시 래인으로 이동되고, 샘플 분취량을 수용하고, 피치(X+1)의 시작 후에 약 50초에 이송 셔틀로 이동된다. 분석물 카트리지(N)는 열 내의 다음의 분석물 카트리지(N+1) 등을 위해 카트리지 가온 래인 내에서 절환된 후에 부가의 프로세싱을 위해 후속의 피치(X+1)의 60초 마크에서 CLU 제시 래인으로 복귀된다.
U. 시스템 제어 아키텍처
전술된 서브시스템의 활성도의 제어 및 조화는 하나 이상의 컴퓨터에 의해 제공된다. 본 발명의 일 실시예에서, 시스템의 제어는 1차 제어기와 복수의 2차 제어기 사이에 분산된다. 1차 제어기는 사용자 인터페이스를 제공하고 2차 제어기에 1차 명령을 전송하는 하나 이상의 컴퓨터를 포함할 수도 있다. 각각의 서브시스템은 1차 제어기로부터 명령을 수신하는 2차 제어기를 구비할 수도 있다. 2차 제어기의 예는 cMCC 및 cMCC-유도된 제어 카드로서 또한 알려진 콤팩트한 움직임 제어 카드를 포함한다. 2차 제어기는 시스템 컴퓨터로부터 1차 명령을 수신하고, 이어서 1차 명령을 성취하기 위해 서브시스템 내에 합체된 이펙터에 전송된 일련의 2차 명령을 생성하기 위해 1차 명령을 프로세싱한다. 1차 제어기로부터 수신된 1차 명령의 예는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 시스템 구성 요소의 위치 또는 시스템 구성 요소의 온도의 지정을 포함한다. 2차 제어기에 의해 생성된 2차 명령의 예는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 특정 모터의 회전의 속도, 특정 모터의 회전의 주기 및 온도 제어 요소에 인가된 전압을 포함한다. 2차 제어기에 의해 작용된 이펙터의 예는 회전형 스텝퍼 모터, 선형 스텝퍼 모터, 저항 가열 소자 및 열전 냉각 소자를 포함한다. 게다가, 2차 제어기는 서브시스템으로부터 피드백을 모니터링하고, 필요에 따라 보정 2차 명령을 생성하도록 피드백을 이용할 수도 있다. 2차 제어기에 제공된 피드백의 예는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 서브시스템 구성 요소의 실제 위치 또는 서브시스템 구성 요소의 실제 온도에 관련된 정보를 포함한다. 2차 제어기는 또한 아날로그 디지털 데이터 변환을 수행하는데 사용될 수도 있다.
2차 명령의 연속적인 생성, 작업의 후속의 모니터링 및 보정과 같은 작업 및 아날로그 디지털 데이터 변환은 실시간 고주파수 프로세싱을 필요로 하는 작업이다. 이 시스템 아키텍처는 유리하게는 반복적인 고주파수 작업을 위해 최적화된 예를 들어 cMCC 및 cMCC-유도된 제어 카드와 같은 특정화된 마이크로프로세서를 갖는 2차 제어기의 사용을 허용한다. 2차 제어기는 또한 제어 및 아날로그 데이터 변환 기능을 조합하는 칩 또는 SOC 카드 상의 시스템을 이용할 수 있다. 2차 제어기에 사용된 제어 카드는 2차 제어기의 기능의 확장을 허용하는 온보드 버스를 구비할 수도 있다. 이러한 기능의 확장은 제어 카드로 그리고 제어 카드로부터의 부가의 입력 및/또는 출력을 각각 포함할 수 있다. 확장된 기능의 다른 예는 부가의 3원 제어 카드와의 통신을 제공하는 것이다. 2차 제어기로의 접속을 갖는 1차 제어기의 사용은 유리하게는 데이터 저장 및 사용자를 위한 친숙한 인터페이스와 같은 기능을 제공하기 위해 1차 제어기로서 범용 컴퓨터의 사용을 허용하면서 서브시스템 기능의 정확하고 신속한 제어를 허용한다.
전술된 바와 같이, 2차 제어기는 이들의 연관 서브시스템의 성능에 관련된 데이터를 수신할 수도 있다. 이 데이터는 보정 2차 명령을 생성하는데 사용된 피드백으로서 기능할 수도 있다. 2차 제어기에 의해 수신된 데이터는 또한 1차 제어기로 전달될 수도 있다. 이 데이터는 위치 인코더, 호밍(homing) 센서, 자동화 정렬 절차로부터의 데이터, 가열 요소에 공급된 전류, 가열 요소에 의해 성취된 온도, 열 사이클러로부터의 온도 프로파일 및 특정 구성 요소를 위한 듀티 사이클의 수를 포함할 수 있다. 이러한 데이터는 서브시스템 또는 서브시스템 구성 요소가 성능을 열화시키는 증거를 표시하는지를 판정하는데 사용될 수 있다. 이러한 판정이 이루어지면, 시스템은 서브시스템 또는 서브시스템 구성 요소의 고장을 미리 사용자에게 통지할 수도 있어, 사용자가 실제 시스템 기능 불량을 경험하기 전에 시스템 상에서 유지 보수를 수행하거나 서비스를 스케쥴링할 수 있게 한다. 이는 유리하게는 시스템 정지 시간을 감소시킨다.
몇몇 실시예에서, 2차 제어기는 모터, 솔레노이드 또는 가열기를 위한 운전 정지 명령을 포함하는 안전 특징부를 구비한다. 1차 제어기는 시스템의 2차 제어기 전체에 걸쳐 전체 운전 정지 명령을 캐스케이딩(cascade)할 수도 있다. 대안적으로, 전체 운전 정지 명령은 2차 제어기들에 의해 기원하거나 2차 제어기들 사이에서 통신될 수도 있다.
몇몇 서브조립체에서, 2차 제어기는 시스템에 피드백을 제공하는 감지 회로와 연관될 수도 있다. 전술된 바와 같이, 감지 회로는 서브조립체의 부분이 액체 또는 표면에 접촉하거나 접근할 때를 지시하는 신호를 제공할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이 감지 회로는 전압-제어형 발진기 내의 동조 회로의 부분을 형성하는 반응 소자를 포함할 수도 있는 전술된 바와 같은 캐패시턴스 기반 액체 감지 회로이다. 몇몇 실시예에서, 반응 소자는 액체 감지 회로의 부분을 형성하는 액체 취급 프로브이다. 대안적으로, 반응 소자는 사용 후에 폐기되는 서브조립체의 전도성 연장부일 수도 있다. 1회용 전도성 연장부의 예는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 밀리팁 및 마이크로팁을 포함한다.
감지 회로는 전도성 표면과의 접촉 또는 근접도를 검출하는데 또한 사용될 수도 있다. 일 실시예에서, 감지 회로는 회로의 부분을 형성하는 피펫 맨드릴으로의 전도성 아이템의 성공적인 부착을 검출하는데 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 감지 회로는 전도성 밀리팁(도 6의 220), 마이크로팁(도 12b의 490) 또는 반응 용기 플러그(도 5의 222)의 피펫 맨드릴로의 성공적인 부착 및 후속의 해제를 지시하는 신호를 제공할 수 있다.
다른 실시예에서, 감지 회로는 피펫터의 경로 내에 배치된 하나 이상의 전도성 타겟으로의 회로의 경로를 형성하는 피펫 맨드릴의 접근을 검출하는데 사용될 수 있다. 이 접근은 일단 피펫 맨드릴이 전도성 타겟에 근접하게 되면 개시되는 전도성 타겟의 탐색을 포함하는 패턴화된 일련의 이동일 수 있다. 이러한 정보는 연관 스텝퍼 모터의 위치에 관한 정보와 조합될 때, 시스템 내의 피펫터의 자동 정렬을 위해 사용될 수 있다. 전도성 타겟은 이 목적으로 시스템 내에 합체된 우연하게 위치된 시스템 구성 요소 또는 전도성 타겟일 수도 있다. 전도성 타겟은 시스템 구성 요소로부터 연장하는 돌출부를 포함할 수 있다. 돌출 전도성 타겟의 예는 실질적으로 평면형 탭 및 원통형 핀을 포함한다. 대안적으로, 전도성 타겟은 다른 연속적인 전도성 표면 내의 구멍 또는 간극일 수 있다.
1차 제어기는 네트워크 접속에 의해 2차 제어기에 접속될 수도 있다. 이 접속은 정보를 전달할 수도 있고 또는 2차 제어기에 정보 및 전력의 모두를 제공할 수도 있다. 일 실시예에서, 접속은 산업 환경에서 통상적으로 사용되는 디지털 직렬 버스인, CAN 버스로서 또한 알려진 제어기 영역 네트워크 버스에 의해 제공된다. 대안적으로, 시스템 1차 제어기와 2차 제어기 사이의 네트워크 접속은 범용 직렬 버스, RS-485, 이더넷 또는 HSSI 접속일 수 있다. 이러한 네트워크 접속은 또한 2차 제어기들 사이에 통신을 제공하는데 사용될 수도 있다. 지그비(Zigbee), 파이어와이어(Firewire) 또는 블루투스(Bluetooth)와 같은 무선 접속이 또한 1차 제어기와 2차 제어기 사이 또는 2차 제어기들 사이에 통신을 제공하는데 사용될 수도 있다. 2차 제어기들 사이의 이러한 통신은 시스템 전체를 통한 작업의 동기화를 용이하게 한다.
일 실시예에서, 시스템의 대부분의 서브시스템은 2차 제어기를 구비할 수 있다. 2차 제어기를 구비하는 서브시스템은 도 1b에 도시된 바와 같이, 샘플 프로세싱 래인 조립체(116)의 개별 프로세싱 래인, 카트리지 이송 셔틀(50), 카트리지 로딩 유닛(112), 샘플 제시 유닛(110), XYZ 반송 디바이스(40), 샘플 피펫터 조립체(70), 시약 저장 모듈(10) 및 열 사이클러 격납고(30)를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 2차 제어기는 이것이 합체되는 서브조립체의 활성도를 지시한다. 대안적으로, 2차 제어기는 이것이 합체되는 조립체 및 하나 이상의 다른 서브조립체의 활성도를 지시할 수도 있다. 예를 들어, 열 사이클러 격납고(30) 내에 합체된 2차 제어기는 열 사이클러 서브조립체 내의 활성도를 제어할 수도 있고 부가적으로 광학 서브시스템(도 18c) 내의 활성도를 제어할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 서브조립체는 하나 초과의 2차 제어기를 구비할 수도 있고, 이 2차 제어기의 각각은 서브조립체의 상이한 부분의 활성도를 지시한다. 예를 들어, 열 사이클러 격납고(도 1b의 30)는 열 사이클러 격납고 내에 수납된 복수의 열 사이클러의 부분의 제어를 각각 담당하는 2개의 2차 제어기를 구비할 수도 있다. 다른 실시예에서, 다수의 2차 제어기가 단일의 기능을 제어하는데 사용될 수도 있다.
샘플, 소모품 및 유체 취급을 위해 요구된 시스템에 부가하여, 시스템은 본 명세서에 설명된 기능을 용이하게 하기 위해 하나 이상의 컴퓨터 장치를 작동할 수도 있다. 도 21의 임의의 요소는 본 명세서에 설명된 기능을 용이하게 하기 위해 임의의 적합한 수의 서브시스템을 사용할 수도 있다. 도 20에 도시된 서브시스템은 시스템 버스(775)를 경유하여 상호 접속된다. 프린터(774), 키보드(778), 고정 디스크(779)(또는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하는 다른 메모리), 디스플레이 어댑터(782)에 결합되어 있는 모니터(776) 등과 같은 부가의 서브시스템이 도시되어 있다. 입력/출력(I/O) 제어기(771)에 결합하는 주변 기기 및/또는 I/O 디바이스가 직렬 포트(777)와 같은 당 기술 분야에 공지된 임의의 수의 수단에 의해 컴퓨터 시스템에 접속될 수 있다. 예를 들어, 직렬 포트(777) 또는 외부 인터페이스(781)는 인터넷, 마우스 입력 디바이스 또는 스캐너와 같은 근거리 네트워크에 컴퓨터 장치를 접속하는데 사용될 수 있다. 시스템 버스를 경유하는 상호 접속은 중앙 프로세서(773)가 각각의 서브시스템과 통신할 수 있게 하고 시스템 메모리(772) 또는 고정 디스크(779)로부터의 명령의 실행, 뿐만 아니라 서브시스템들 사이의 정보의 교환을 제어할 수 있게 한다. 시스템 메모리(772) 및/또는 고정 디스크(779)는 컴퓨터 판독 가능 매체를 구체화할 수도 있다.
상기 설명은 단지 예시적인 실시예만을 제공하는 것이고, 개시 내용의 사상, 적용성 또는 구성을 한정하도록 의도된 것은 아니다. 오히려, 예시적인 실시예의 상기 설명은 하나 이상의 예시적인 실시예를 구현하기 위한 가능한 설명을 당 기술 분야의 숙련자들에게 제공할 것이다. 다양한 변경이 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 기능 및 배열에 행해질 수도 있다는 것이 이해된다. 다수의 실시예가 본 명세서에 설명되었고 다양한 특징이 상이한 실시예에 속하는 것으로 간주되지만, 일 실시예와 관련하여 설명된 특징은 마찬가지로 다른 실시예에 합체될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 그러나, 게다가, 본 발명의 다른 실시예가 이러한 특징들을 생략할 수도 있기 때문에, 임의의 설명된 실시예의 어떠한 단일의 특징 또는 특징들도 본 발명의 모든 실시예에 본질적인 것으로 고려되어서는 안된다.
특정 상세가 실시예의 철저한 이해를 제공하기 위해 상기 설명에 제공되어 있다. 그러나, 실시예는 이들 특정 상세 없이 실시될 수도 있다는 것이 당 기술 분야의 숙련자에 의해 이해될 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 회로, 시스템, 네트워크, 프로세스 및 다른 요소는 불필요한 상세로 실시예를 불명료하게 하지 않기 위해 블록 다이어그램 형태의 구성 요소로서 도시될 수도 있다. 다른 상황에서, 공지의 회로, 프로세스, 알고리즘, 구조 및 기술은 실시예를 불명료하게 하는 것을 회피하기 위해 불필요한 상세 없이 도시될 수도 있다.
또한, 개별 실시예는 플로차트, 흐름도, 데이터 흐름도, 구조 다이어그램 또는 블록 다이어그램으로서 도시된 프로세스로서 설명될 수도 있다는 것이 주목된다. 플로차트는 순차적인 프로세스로서 작업을 설명할 수도 있지만, 다수의 작업은 병렬로 또는 동시에 수행될 수 있다. 게다가, 작업의 순서는 재배열될 수도 있다. 프로세스는 그 작업이 완료될 때 종료될 수도 있지만, 도면에 설명되거나 포함되지 않은 부가의 단계 또는 작업을 또한 포함할 수 있다. 더욱이, 임의의 구체적으로 설명된 프로세스의 모든 작업이 모든 실시예에서 발생할 수 있는 것은 아니다. 프로세스는 방법, 함수, 절차, 서브루틴, 서브프로그램 등에 대응할 수도 있다. 프로세스가 함수에 대응할 때, 그 종료는 호출 함수 또는 메인 함수로의 함수의 복귀에 대응한다.
더욱이, 실시예는 적어도 부분적으로는 수동으로 또는 자동으로 구현될 수도 있다. 수동 또는 자동 구현은 머신, 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어, 마이크로코드, 하드웨어 기술 언어 또는 이들의 임의의 조합의 사용을 통해 실행되거나 적어도 지원될 수도 있다. 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어 또는 마이크로코드에서 구현될 때, 필요한 작업을 수행하기 위한 프로그램 코드 또는 코드 세그먼트가 머신 판독 가능 매체에 저장될 수도 있다. 프로세서(들)는 필요한 작업을 수행할 수도 있다.
하나 이상의 실시예의 상세한 설명이 상기에 제공되어 있지만, 다양한 대안, 수정 및 등가물이 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고 당 기술 분야의 숙련자들에게 명백할 것이다. 더욱이, 명백하게 부적당하거나 달리 명시적으로 주지되는 경우를 제외하고는, 상이한 실시예의 특징, 디바이스 및/또는 구성 요소들은 대체되고 그리고/또는 조합될 수도 있다는 것이 고려되어야 한다. 따라서, 상기 설명은 본 발명의 범주를 한정하는 것으로서 취해지는 것은 아니다. 마지막으로, 하나 이상의 실시예의 하나 이상의 요소는 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 하나 이상의 다른 실시예의 하나 이상의 요소와 조합될 수도 있다. 예를 들어, 임의의 분석물 카트리지의 임의의 적합한 요소는 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 임의의 적합한 방식으로 다양한 프로세싱 래인의 임의의 적합한 요소와 조합될 수 있다.

Claims (11)

  1. 수평 평면형 봉입 바닥부 및 상기 봉입 바닥부의 주연부로부터 수직으로 연장하는 봉입벽을 포함하는 봉입 섹션으로서, 상기 바닥부는 시약 리셉터클의 액세스 개구를 포함하는, 봉입 섹션과,
    격리부에 부착된 파지(gripping) 핸들로서, 상기 격리부는 봉입 섹션에 부착되어 이에 의해 파지 핸들과 시약 리셉터클 사이의 분리를 제공하는, 파지 핸들과,
    제조 이력과 시약 카트리지의 사용 이력 중 하나에 관련된 정보를 포함하는 메모리 유닛을 포함하는 시약 카트리지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 시약 카트리지는 복수의 시약 리셉터클을 포함하고, 각각의 시약 리셉터클은 봉입 바닥부 상에 배치된 액세스 개구를 갖는 시약 카트리지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 시약 리셉터클은 핵산 폴리메라아제, PCR 프라이머 서열 및 PCR 프로브 서열 중 하나를 수납하는 시약 카트리지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 시약 리셉터클은 단백질 가수분해 효소 및 마이크로입자 현탁액 중 하나를 수납하는 시약 카트리지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 메모리 유닛은 제조 이력 및 시약 카트리지의 사용 이력의 모두에 관련된 정보를 포함하는 시약 카트리지.
  6. 제1항에 있어서, 제조 이력에 관련된 정보는 분석물 유형, 시리얼 번호, 로트(lot) 번호, 시약 제조일, 시약 만료일 및 내용물이 액세스된 후에 시약 안정성 중 하나를 포함하는 시약 카트리지.
  7. 제1항에 있어서, 사용 이력에 관련된 정보는 시약 카트리지의 내용물이 액세스된 날짜, 시약 카트리지의 내용물이 액세스된 횟수 및 시약 카트리지의 현재 내용물에 의해 지원된 분석의 수 중 하나를 포함하는 시약 카트리지.
  8. 제1항에 있어서, 상기 메모리 유닛은 1차원 바코드, 2차원 바코드, RFID 칩 및 접촉 메모리 디바이스 중 하나인 시약 카트리지.
  9. 제1항에 있어서, 저장 유닛 내의 래치와 상호 작용하도록 구성된 정합 특징부를 더 포함하는 시약 카트리지.
  10. 제1항에 있어서, 상기 격리부는 사용자에 의해 파지되는 파지 핸들의 부분과 봉입 섹션 사이의 0.5 인치 내지 1.5 인치의 분리 거리를 제공하는 시약 카트리지.
  11. 제1항에 있어서, 상기 격리부는 사용자에 의해 파지되는 파지 핸들의 부분과 봉입 섹션 사이의 약 1 인치의 분리 거리를 제공하는 시약 카트리지.
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