KR20170041232A - 게놈 분석 장치 및 사용 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 태양은 전 게놈 분석 장치 및 생물학적 샘플의 고 처리량 게놈 분석을 위한 이의 사용 방법을 포함한다.
Description
관련 출원과의 교차 참고
35 U.S.C. § 119(e)에 따라, 본 출원은 2014년 8월 4일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/032,882호, 및 2014년 8월 5일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/033,279호에 대한 우선권의 이득을 주장하는데, 이들 출원의 개시 내용은 본원에 그 전체가 참고로 포함된다.
서론
게놈 분석은 농업, 역학, 분자 유전학, 및 건강 산업을 포함하는 다수의 다양한 분야에 적용가능하다.
게놈 분석은, 예를 들어 생물학적 샘플의 유전자형 결정(genotyping)에 사용되는데, 이는 분자 도구의 사용에 의해 생물학적 집단을 정의하는 데 DNA 서열이 이용되는 공정이다. 이러한 분자 도구는 일반적으로 단일 형질(trait), 형질들의 세트, 또는 형질들의 전체 복합체와 관련하여 세포, 유기체, 또는 개인의 유전자 구성(genetic makeup)(유전자의 전체 세트)을 결정한다. 형질은 2가지 대립 유전자 형태로 존재할 수 있는데; 하나는 우성(예컨대 A)이고, 다른 것은 열성(예컨대 a)이다. 이에 기초하여, 특정 형질에 대해 3가지 가능한 유전자형이 존재할 수 있다: AA(동형접합성 우성), Aa(이형접합성), 및 aa(동형접합성 열성). 유전자형 결정은 관심 변이체 및 이용가능한 자원에 따라 다양한 상이한 방법을 통해 수행될 수 있다.
농업에서는, 성별 분류를 위한 유전자 분석이 가치가 있다. 이러한 공정에서는, 분자 도구를 사용하여 생물학적 성 집단을 정의하는 데 핵산 서열이 이용된다. 현재 시장의 조류 성별 분류는 수동으로 수행된다.
게놈 분석을 위한 가장 일반적인 방법의 하나는 PCR 검출(폴리머라아제 연쇄 반응)이다. 본 방법은 써멀 사이클링(thermal cycling), DNA 폴리머라아제, 프라이머(관심 표적 영역에 상보적인 짧은 DNA 단편)에 의존한다. 써멀 사이클링은 DNA 용융 및 DNA의 효소적 복제를 위한 반응물의 가열 및 냉각의 반복되는 사이클로 이루어진다. 복제된 DNA는 다수의 방법에 의해 검출 가능한데, 가장 일반적인 것은 각각의 대립 유전자에 특이적인 형광 표지된 프로브의 사용에 의한 것이다. 지금까지, 공정을 완전히 자동화하는 일부 진보가 이루어졌지만, 전형적으로 유전자형 결정을 완료하기 위해서는 몇몇 장비 및 수동 공정이 필요하다. 유전자형 결정은 일반적으로 1 마이크로리터 내지 20 마이크로리터 범위의 전형적인 부피를 갖는 96 정적 웰 플레이트에서 수행된다.
본 발명의 목적은 복합 액체 셀(composite liquid cell; CLC)에서 수행되는 고처리량 게놈 분석 검정을 수행하기 위한 완전한 시스템을 제공하는 것이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "복합 액체 셀"은 수성 샘플(또는 표적 유체)의 분취량이 소수성 캡슐화 유체 내에 캡슐화된 구성을 지칭하는데, 이들 둘 모두는 수성 샘플 및 캡슐화 유체 둘 모두와 비혼화성인 소수성 담체 유체의 자유 표면상에 놓인다. 본 발명의 시스템에서, CLC는 주위 압력에서 가공 및 조작되지만, CLC를 구성하는 액체는 각각 양압 또는 음압 하에서 CLC로 분배되거나 CLC로부터 회수될 수 있다.
본 발명의 태양은 전 게놈 분석 장치를 포함하며, 이 장치는 다수의 자립형(self-contained) 복합 액체 셀(CLC) 로케이션을 포함하는 써멀 칩 모듈(thermal chip module); 써멀 칩 모듈의 각각의 자립형 CLC 로케이션에 접근하도록 구성된 CLC 생성 스테이션; 샘플 입수 로케이션; 시약 입수 로케이션; 샘플 입수 로케이션, 시약 입수 로케이션, 및 써멀 칩 모듈 사이에서 액체를 전달하도록 구성된 로봇 제어식 액체 취급기; 및 써멀 칩 모듈의 각각의 자립형 CLC 로케이션을 인테로게이팅(interrogating)하도록 구성된 인테로게이션 스테이션을 포함한다.
소정 실시 양태에서, 써멀 칩 모듈은 1400 내지 3000개의 자립형 CLC 로케이션을 포함한다.
소정 실시 양태에서, 장치는 써멀 칩 모듈을 위한 기계적으로 작동되는 뚜껑을 포함한다.
소정 실시 양태에서, 시약 입수 로케이션은 검정 플레이트(assay plate) 및 마스터 믹스 플레이트(master mix plate)를 입수하도록 구성된다.
소정 실시 양태에서, 시약 입수 로케이션은 다수의 검정 플레이트를 입수하도록 구성된다.
소정 실시 양태에서, 검정 플레이트 및 마스터 믹스 플레이트는 표준 실험실용 플레이트이다.
소정 실시 양태에서, 로봇 제어식 액체 취급기는 샘플 분배, 검정물 분배, 및 마스터 믹스 분배 작업을 위해 구성된 호환성 헤드를 포함한다.
소정 실시 양태에서, CLC 생성 스테이션은 담체 및 캡슐화 유체를 자립형 CLC 로케이션 내로 분배하고 자립형 CLC 로케이션을 세척하도록 구성된다.
소정 실시 양태에서, 장치는 시스템 유체 및 폐기물 수집을 위한 액체 저장소를 포함하는 유체공학 모듈을 포함한다.
소정 실시 양태에서, 본 장치는 바코드 스캐너에 작동적으로 결합된다.
소정 실시 양태에서, 인테로게이션 스테이션은 광학 신호를 검출하도록 구성된다.
소정 실시 양태에서, 인테로게이션 스테이션은 써멀 칩 모듈 내의 각각의 자립형 CLC 로케이션으로 여기광을 전달하고 상기 로케이션으로부터의 방출광을 수집하도록 구성된다.
소정 실시 양태에서, 인테로게이션 스테이션은 카메라 기반 검출 시스템을 포함한다.
소정 실시 양태에서, 여기광은 LED로부터의 것이다.
소정 실시 양태에서, 인테로게이션 스테이션은 다수의 파장의 광을 검출한다.
소정 실시 양태에서, 본 장치는 유전자형 결정 장치이다. 소정 실시 양태에서, 샘플 입수 로케이션은 샘플 플레이트를 입수하도록 구성된다. 소정 실시 양태에서, 샘플 플레이트는 표준 실험실용 플레이트이다. 소정 실시 양태에서, 샘플 입수 로케이션은 다수의 샘플 플레이트를 입수하도록 구성된다.
소정 실시 양태에서, 본 장치는 조류 성 감별 장치이다. 소정 실시 양태에서, 샘플 입수 로케이션은 다수의 조류 알로부터 생물학적 샘플을 얻도록 구성된 알 샘플링 유닛(egg sampling unit; ESU)에 작동적으로 연결된다. 소정 실시 양태에서, 써멀 칩 모듈의 자립형 CLC 로케이션은 다수의 조류 알로부터 생물학적 샘플을 입수하기 위해 구성된 피치로 이격된 다수의 클러스터로 배열된다. 소정 실시 양태에서, 다수의 클러스터 각각은 2 내지 40개의 자립형 CLC 로케이션을 포함한다. 소정 실시 양태에서, 써멀 칩 모듈은 각각이 17개의 자립형 CLC 로케이션을 포함하는 84개의 클러스터를 포함한다. 소정 실시 양태에서, 써멀 칩 모듈은 상부 뚜껑 및 하부 뚜껑을 포함하며, 여기서, 상부 뚜껑 및 하부 뚜껑은 자립형 CLC 로케이션에 상응하는 구멍을 포함하고, 상부 뚜껑은 구멍이 상응하는 자립형 CLC 로케이션에 맞추어 정렬되도록 써멀 칩 모듈에 고정되고 하부 뚜껑은 상부 뚜껑에 맞추어진 구멍의 정렬을 오프셋하여 상부 뚜껑 내의 구멍을 닫도록 작동될 수 있는 메카니즘(mechanism) 상에 탑재된다.
본 발명의 태양은 복수의 생물학적 샘플을 게놈 분석하는 방법을 포함하며, 이 방법은 복수의 생물학적 샘플을 본원에 기술된 바와 같은 장치의 샘플 로케이션 내로 도입하는 단계; 장치를 작동시켜, (i) 써멀 칩 모듈의 상응하는 자립형 CLC 로케이션에서 복수의 생물학적 샘플 각각에 대해 CLC 게놈 분석 반응 샘플을 생성하는 단계; (ii) 써멀 칩 모듈 상에서 써멀 프로그램을 실행하여 CLC 게놈 분석 반응 샘플에서 반응을 수행하는 단계; 및 (iii) 인테로게이션 스테이션을 사용하여 써멀 칩 모듈의 상응하는 자립형 CLC 로케이션에서 CLC 게놈 분석 반응 샘플 각각으로부터 신호를 검출하는 단계에 의해, 유전자형 결정 검정을 수행하는 단계를 포함하며; CLC 게놈 분석 반응 샘플 각각에 대해 검출된 신호는 복수의 생물학적 샘플의 각각의 유전적 특징을 나타낸다.
소정 실시 양태에서, 각각의 CLC 게놈 분석 반응 샘플은 총 부피가 300 nl이다.
소정 실시 양태에서, 본 방법은 유전자형 결정 검정을 수행하기 위한 시약을 포함하는 검정 플레이트를 장치 내로 도입하는 단계를 추가로 포함한다.
소정 실시 양태에서, 다수의 상이한 게놈 분석 검정이 수행된다.
소정 실시 양태에서, 수행되는 다수의 상이한 게놈 분석 검정의 각각을 위해 상이한 검정 플레이트가 장치 내로 도입된다.
소정 실시 양태에서, 생성 단계는: CLC 생성 스테이션을 작동시켜 담체 유체 및 캡슐화 유체를 써멀 칩 모듈의 각각의 자립형 CLC 로케이션 내로 분배하는 단계; 및 로봇 제어식 액체 취급기를 작동시켜, 복수의 생물학적 샘플의 각각을 써멀 칩 모듈의 상응하는 자립형 CLC 로케이션 내로 분배하고; 검정 시약을 써멀 칩 모듈의 각각의 자립형 CLC 로케이션 내로 분배하고; 마스터 믹스 시약을 써멀 칩 모듈의 각각의 자립형 CLC 로케이션 내로 분배하는 단계를 포함한다.
소정 실시 양태에서, 게놈 분석 검정은 유전자형 결정 검정이다.
소정 실시 양태에서, 게놈 분석 검정은 조류 성 감별 검정이다.
본 발명은 복합 액체 셀(composite liquid cell; CLC)에서 수행되는 고처리량 게놈 분석 검정을 수행하기 위한 완전한 시스템이다.
본 발명의 태양은 첨부된 도면과 함께 읽을 때 하기의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해될 수 있다. 하기의 도가 도면에 포함된다:
도 1 내지 도 6은 본 발명의 태양에 따른 장치의 예를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 태양에 따른 샘플 압력 분배 헤드의 예를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 태양에 따른 써멀 칩 모듈의 예를 나타낸다.
도 9는 샘플 및 검정 헤드 보관, 액체 취급 시스템에 의한 픽업, 및 검정 및 샘플 유체 배스(bath) 및 폐기물 배스의 유지를 위해 구성된, 본 발명의 태양에 따른 헤드 세정 스테이션의 예를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 태양에 따른 검정 헤드 조립체의 예를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 태양에 따른 써멀 칩 모듈의 예를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 태양에 따른 써멀 칩 모듈의 2가지 도를 나타낸다.
도 13은 APU와 ESU 사이에서의 써멀 칩 모듈(27)의 상호작용 및 이동을 허용하는 선형 레일(26)을 통해 알 샘플링 유닛(ESU; 25)에 작동적으로 연결된 검정 처리 유닛(APU; 20)을 갖는, 본 발명의 태양에 따른 조류 알 성 감별 장치의 예를 나타낸다.
도 14는 도 13의 검정물 분배 스테이션(21), 광학 인테로게이션 스테이션(22), 진공/헤드 리셋 스테이션(23), 및 CLC 생성 스테이션(24)의 클로즈업 도이다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 태양에 따른 장치의 예를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 태양에 따른 샘플 압력 분배 헤드의 예를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 태양에 따른 써멀 칩 모듈의 예를 나타낸다.
도 9는 샘플 및 검정 헤드 보관, 액체 취급 시스템에 의한 픽업, 및 검정 및 샘플 유체 배스(bath) 및 폐기물 배스의 유지를 위해 구성된, 본 발명의 태양에 따른 헤드 세정 스테이션의 예를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 태양에 따른 검정 헤드 조립체의 예를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 태양에 따른 써멀 칩 모듈의 예를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 태양에 따른 써멀 칩 모듈의 2가지 도를 나타낸다.
도 13은 APU와 ESU 사이에서의 써멀 칩 모듈(27)의 상호작용 및 이동을 허용하는 선형 레일(26)을 통해 알 샘플링 유닛(ESU; 25)에 작동적으로 연결된 검정 처리 유닛(APU; 20)을 갖는, 본 발명의 태양에 따른 조류 알 성 감별 장치의 예를 나타낸다.
도 14는 도 13의 검정물 분배 스테이션(21), 광학 인테로게이션 스테이션(22), 진공/헤드 리셋 스테이션(23), 및 CLC 생성 스테이션(24)의 클로즈업 도이다.
상기에 요약된 바와 같이, 본 발명의 태양은, 복합 액체 셀(CLC)에서 수행되는 고처리량 게놈 분석 검정을 수행하기 위한 완전한 시스템을 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "복합 액체 셀"은 수성 샘플(또는 표적 유체)의 분취량이 소수성 캡슐화 유체 내에 캡슐화된 구성을 지칭하는데, 이들 둘 모두는 수성 샘플 및 캡슐화 유체 둘 모두와 비혼화성인 소수성 담체 유체의 자유 표면상에 놓인다. 본 발명의 시스템에서, CLC는 주위 압력에서 가공 및 조작되지만, CLC를 구성하는 액체는 각각 양압 또는 음압 하에서 CLC로 분배되거나 CLC로부터 회수될 수 있다.
본 발명을 더 상세하게 기술하기 전에, 본 발명은 기술된 특성 실시 양태에 제한되지 않으며, 따라서 변화될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이기 때문에, 본원에 사용된 용어는 단지 특정 실시 양태를 설명하기 위한 것이며, 제한하고자 하는 것이 아님이 또한 이해되어야 한다.
값들의 범위가 제공되는 경우, 그러한 범위의 상한과 하한 사이에서, 문맥이 달리 명백하게 지시하지 않는다면 하한의 단위의 1/10까지의, 각각의 사이 값 및 그러한 언급된 범위 내의 임의의 다른 언급된 값 또는 사이 값이 본 발명 내에 포함되는 것으로 이해된다. 이러한 더 작은 범위의 상한 및 하한은 독립적으로 더 작은 범위에 포함될 수 있고, 언급된 범위에서 임의의 특별히 배제된 한계를 조건으로 하여, 본 발명 내에 또한 포함된다. 언급된 범위가 상한 및 하한 중 하나 또는 이들 둘 모두를 포함하는 경우, 상기 포함된 상한 및 하한 중 어느 하나 또는 이들 둘 모두가 배제된 범위가 본 발명 내에 또한 포함된다.
달리 정의되지 않는다면, 본원에 사용된 모든 기술 용어 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 분야의 당업자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에 기술된 것과 유사하거나 등가인 임의의 방법 및 재료가 또한 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 대표적인 예시적 방법 및 재료를 이제 기술한다.
본원에 인용된 모든 간행물 및 특허는 각각의 개별 간행물 및 특허가 구체적으로 그리고 개별적으로 표시되어 참조로 포함된 것처럼 본원에 참고로 포함되며, 간행물이 인용된 것과 관련된 방법 및/또는 재료를 개시하고 기술하도록 본원에 참고로 포함된다. 임의의 간행물의 인용은 출원일 이전의 그의 개시 내용에 대한 것이며 본 발명이 선행 발명에 의한 그러한 간행물에 선행할 자격이 없다는 인정으로 해석되어서는 안 된다. 추가로, 제공된 공개일은, 독립적으로 확인될 필요가 있을 수 있는 실제 공개일과 상이할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이 그리고 첨부된 청구범위에서, 문맥이 달리 명백하게 지시하지 않는다면 단수형("a", "an", 및 "the")은 복수형 지시 대상을 포함함에 유의한다. 청구범위는 임의의 선택적인 요소를 배제하도록 작성될 수 있음에 또한 유의한다. 따라서, 이러한 진술은 청구범위 요소의 인용과 관련된 "단독으로" 또는 "오직" 등과 같은 그러한 배타적 용어의 사용, 또는 "부정적인" 제한의 사용에 대한 선행 기준의 역할을 하도록 의도된다.
본 명세서를 읽을 때 당업자에게 명백한 바와 같이, 본원에 기술되고 예시된 개별 실시 양태의 각각은 별개의 구성 요소 및 특징부를 가지며, 이는 본 발명의 범주 또는 사상으로부터 벗어남이 없이, 임의의 다른 몇몇 실시 양태의 특징부로부터 용이하게 분리되거나 또는 그와 조합될 수 있다. 임의의 인용된 방법은 인용된 사건들의 순서로 또는 논리적으로 가능한 임의의 다른 순서로 수행될 수 있다.
유전자 분석을 위한 장치 및 그의 사용 방법
상기에 요약된 바와 같이, 본 발명의 태양은 전 게놈 분석 장치를 포함한다. 본 장치는 완전한 게놈 분석 준비 장치이기 때문에, 핵산 성분을 포함하는 초기 생물학적 샘플, 예컨대, 세포, 조직, 정제되거나 가공된 샘플 등으로부터 게놈 분석을 수행하는 데 필요한 모든 구성 요소를 포함한다. 따라서, 본 장치는 초기 생물학적 샘플이 장치 내로 도입될 수 있고 완전한 게놈 분석 프로토콜이 장치에서 수행될 수 있도록 구성되며, 샘플 도입 시점과 결과 반환 시점 사이에 장치와의 사용자 상호작용이, 있다 하더라도, 거의 없이, 사용자에 의해 결과가 회수된다. 본 장치는, 하기에 더욱 상세하게 검토되는 바와 같은, 게놈 분석을 수행하는 데 필요한 모든 액체 취급 구성 요소 및 다른 구성 요소를 포함한다. 본 장치는, 장치 내로의 생물학적 샘플의 도입, 임의의 필수 시약의 로딩 및 정보 입력, 및 생물학적 샘플로부터 게놈 분석을 수행하도록 장치를 가동시키는 것을 넘어서는, 주어진 게놈 분석 프로토콜의, 전체는 아니더라도, 적어도 일부의 단계가 인간의 간섭 없이 일어날 수 있도록 구성된다는 점에서 자동화된다. 장치에서 자동화될 수 있는 게놈 분석 프로토콜의 단계에는: 액체 전달 단계, 시약 첨가 단계, 써멀 사이클링 단계, 샘플 인테로게이션 단계 등이 포함되지만 이에 한정되지 않는다.
본 장치는 필요한 구성 요소를 수용하고 필요하다면 외부 구성 요소와 인터페이싱하기 위해 편리한 임의의 크기일 수 있다. 일부 경우에 본 장치는 1 내지 2 미터, 예를 들어 1.3 내지 1.6 미터의 범위, 예컨대, 1.4 미터의 깊이; 2 내지 3 미터, 예를 들어 2.2 내지 2.5 미터의 범위, 예컨대, 2.3 미터의 폭; 및 1 내지 2.5 미터, 예를 들어 1.4 내지 2 미터의 범위, 예컨대, 1.5 미터의 높이를 갖는다. 본 장치의 중량은 다양할 수 있으며, 일부 경우에 250 내지 500 kg, 예를 들어 300 내지 400 kg의 범위, 예컨대, 350 kg이다.
상기에 요약된 바와 같이, 본 발명의 실시 양태에 따른 장치는 적어도 써멀 칩 모듈, 복합 액체 셀(CLC) 생성 스테이션, 샘플 입수 로케이션, 시약 입수 로케이션, 샘플 입수 로케이션, 시약 입수 로케이션, 및 써멀 칩 모듈 사이에서 액체를 전달하도록 구성된 로봇 제어식 액체 취급기, 및 써멀 칩 모듈의 각각의 자립형 CLC 로케이션을 인테로게이팅하도록 구성된 인테로게이션 스테이션을 포함한다. 본 장치의 이들 구성 요소 또는 서브유닛의 각각을 이제 더욱 상세하게 설명할 것이며, 추가적인 구성 요소 및 서브유닛도 더욱 상세하게 설명할 것이다.
써멀 칩 모듈
상기에 요약된 바와 같이, 본원에 기술된 장치는 써멀 칩 모듈을 포함한다. 써멀 칩 모듈의 예가 도 8에 나타나 있으며(하기에 더욱 상세하게 기술됨), 도 2 및 도 5에서 본 발명의 태양에 따른 장치에서 요소(5)로서 나타나 있다. 장치는 단일의 써멀 칩 모듈, 또는 2개의 써멀 칩 모듈을 포함할 수 있다. 써멀 칩 모듈은 하나 이상의 자립형 로케이션(예컨대, 웰)을 포함하는 플레이트 또는 칩 유형 구조체이며, 여기서, 각각의 자립형 로케이션은 CLC를 수용하도록 구성된다(자립형 CLC 로케이션으로도 지칭됨). 각각의 자립형 CLC 로케이션은 그 안에 존재하는 CLC에 대한 액체 접근을 제공하도록 상부가 개방되어 있다. 써멀 칩 모듈의 주어진 자립형 CLC 로케이션에 의해 한정되는 부피는 다양할 수 있으며, 일부 경우에 2㎕ 내지 1㎖, 예를 들어 5㎕ 내지 20㎕의 범위이다. 주어진 자립형 CLC 로케이션의 단면 형상은 또한 다양할 수 있으며, 관심 단면 형상에는, 원통형, 원추형, 원뿔대형, 원형, 직사각형(정사각형 포함), 삼각형 등이 포함되지만 이에 한정되지 않는다. 각각의 자립형 CLC 로케이션의 치수는 다양할 수 있으며, 일부 경우에 자립형 CLC 로케이션은 최장 단면 치수(예컨대, 직경)가 1 mm 내지 25 mm, 예를 들어 2.5 mm 내지 10 mm의 범위이고 깊이가 1 mm 내지 30 mm, 예를 들어 3 내지 20 mm의 범위이다. 주어진 써멀 칩 모듈 내에 존재하는 자립형 CLC 로케이션의 수는 또한 다양할 수 있으며, 일부 경우에 200 내지 10,000개, 예를 들어 500 내지 5,000개 또는 1,400 내지 2,400개의 범위이다. 일부 실시 양태에서, 통상적인 다중-웰 플레이트와의 상응성이 필요한 실시 양태에서, 자립형 CLC 로케이션의 수는 96 또는 384, 예컨대, 2304개로 다수이다. 소정 구체적인 실시 양태에서, 써멀 칩 모듈 상의 자립형 CLC 로케이션은 특정 이격(또는 피치)을 갖는 다수의 생물학적 공급원으로부터 유도된 입수 샘플, 예컨대, 조류의 알을 위한 샘플링 유닛으로부터 수확된 샘플(하기에 더욱 상세하게 기술됨)을 수용하도록 이격된 다수의 그룹 또는 클러스터로 존재한다.
도 8은 칩 홀더(K), 칩 절연체(P) 및 자립형 CLC 로케이션을 한정하는 칩(G)을 포함하는 써멀 칩 모듈(5)의 예를 나타낸다. 써멀 칩 모듈의 구성 요소는 임의의 편리한 재료로 제조될 수 있다. 관심 재료에는 열 전도성 재료, 예컨대, 복합재, 세라믹, 및 알루미늄을 포함하는 금속이 포함되지만 이에 한정되지 않는다. 써멀 칩 모듈의 치수는 다양할 수 있지만, 일부 경우에 써멀 칩 모듈은 10 cm 내지 400 cm, 예를 들어 10 cm 내지 200 cm의 범위의 길이; 10 cm 내지 400 cm, 예를 들어 10 cm 내지 200 cm의 범위의 폭 및 10 mm 내지 50 mm, 예를 들어 20 mm 내지 40 mm의 범위의 높이를 갖는다.
상기에 언급된 바와 같이, 각각의 자립형 CLC 로케이션은, 함께 CLC를 형성하는, 담체 유체, 표적 유체, 및 캡슐화 유체를 수용하도록 구성된다. CLC란, 3가지 상이한 밀도를 갖는 적어도 3가지 실질적으로 상호 비혼화성인 유체들의 조합인 3상 유체 배열을 의미한다. 제1 유체는 3가지 실질적으로 상호 비혼화성인 유체 중 가장 밀도가 높은 담체 유체이고; 제2 유체는 실질적으로 상호 비혼화성인 유체 중 밀도가 가장 낮은 캡슐화 유체이고; 제3 유체는 제1 유체보다 낮고 제2 유체보다 큰 밀도를 갖는 표적 유체(때때로 "샘플"로 지칭됨)이다. CLC는 자립형 CLC 로케이션에서 다양한 상이한 형태를 취할 수 있으며, 일부 실시 양태에서 표적 유체는 캡슐화 유체 내에 넣어지며, 생성되는 대체로 구형인 구조체는 담체 유체의 표면 상에 존재한다. 이러한 형태에서, 담체 유체는 캡슐화 유체에 의해 완전히 덮이지 않는다. 다른 실시 양태에서, 표적 유체는, 자립형 CLC 로케이션에서 담체 유체의 전제 표면이 캡슐화 유체에 의해 덮이도록, 담체 유체와 캡슐화 유체 사이에 넣어진다(또는 캡슐화된다).
소정 실시 양태에서, 표적 유체는 수성 유체이며, 일부 실시 양태에서 수성 유체는 생물학적 샘플, 시약, 완충제, 또는 유전자 분석의 다른 규정된 요소를 포함한다. 수성 유체에 존재할 수 있는 성분의 예에는 세포, 핵산, 단백질, 효소, 생물학적 샘플(예컨대, 혈액, 타액 등), 완충제, 염, 유기 재료, 및 이들의 임의의 조합이 포함되지만 이에 한정되지 않는다.
소정 실시 양태에서, 담체 유체의 밀도는 1,300 내지 2,000 kg/m3이고, 표적 유체의 밀도는는 900 내지 1,200 kg/m3이고, 캡슐화 유체의 밀도는 700 내지 990 kg/m3이다. 담체 유체와 표적 유체 사이의 또는 표적 유체와 캡슐화 유체 사이의 밀도 차이는 50 내지 2000 kg/m3이다. 일반적으로, 3가지 실질적으로 상호 비혼화성인 유체들 사이의 밀도 차이는, 임의의 하류 공정 또는 분석 검정에서 보관 및/또는 사용될 조건 하에, 그들 중 임의의 둘 사이의 실질적인 혼합을 방지하기에 충분하여야 한다. 담체 유체, 캡슐화 유체 및 표적 유체에 관한 추가적인 상세 사항은 미국 특허 제8,465,707호 및 제9,080,208호뿐만 아니라; 미국 특허 출원 공개 제20140371107호; 및 국제 공개 제WO2014/083435호; 국제 공개 제WO2014/188281호; 국제 공개 제WO2014/207577호; 국제 공개 제WO2015/075563호; 국제 공개 제WO2015/075560호에서 찾을 수 있으며; 이들의 개시 내용은 본원에서 참고로 포함된다.
소정 실시 양태에서, 담체 유체 및/또는 캡슐화 유체는 오일이다. 예를 들어, 소정 실시 양태에서, 담체 유체 및/또는 캡슐화 유체는 실리콘 오일, 퍼플루오로카본 오일, 또는 퍼플루오로폴리에테르 오일일 수 있다. 따라서, 소정 실시 양태에서, 담체 유체는 플루오로카본계 오일로부터 선택된다. 소정 실시 양태에서, 캡슐화 유체는 실리콘 오일이다.
표적 유체가 수성 유체, 예를 들어, 생물학적 샘플 또는 수성 시약인 실시 양태에서, CLC의 예에는, 담체(제1) 유체가 대략 1,900 kg/m3의 밀도를 갖는 플루오리너트(Fluorinert) FC-40(플루오로카본계 오일)이고, 제2 유체가 대략 920 kg/m3의 밀도를 갖는 페닐메틸폴리실록산(실리콘 오일)이고, 표적 유체(샘플)가 대략 1000 kg/m3의 밀도를 갖는 생물학적 성분의 수계 용액인 것이 포함된다.
소정 실시 양태에서, CLC 내의 표적 유체(샘플)의 부피는 약 10 나노리터(nl) 내지 약 20 마이크로리터(㎕)이다. 따라서, 소정 실시 양태에서, 샘플의 부피는 약 10 nl, 약 20 nl, 약 30 nl, 약 40 nl, 약 5O nl, 약 60 nl, 약 70 nl, 약 80 nl, 약 90 nl, 약 100 nl, 약 200 nl, 약 300 nl, 약 400 nl, 약 500 nl, 약 600 nl, 약 700 nl, 약 800 nl, 약 900 nl, 1㎕, 약 2㎕, 약 3㎕, 약 4㎕, 약 5㎕, 약 6㎕, 약 7㎕, 8㎕, 약 9㎕, 약 10㎕, 약 11㎕, 약 12㎕, 약 13㎕, 약 14㎕, 약 15㎕, 약 16㎕, 약 17㎕, 약 18㎕, 약 19㎕, 또는 약 20㎕이다.
CLC 내의 담체 유체 및 캡슐화 유체의 부피는, 원하는 자립형 CLC 로케이션에 존재할 때, 이들 유체들 사이에 표적 유체가 완전히 캡슐화될 수 있는 조성물을 생성하기에 충분하여야 한다. 완전히 캡슐화된다는 것은, 표적 유체가 오직 캡슐화 유체 및/또는 담체 유체와만 직접 접촉함을 의미한다. 따라서, 표적 유체는 (일반적으로 담체 유체 아래의) 자립형 CLC 로케이션의 하부, 또는 (일반적으로 캡슐화 유체 위의) 주위 환경에는 접촉하지 않는다. 따라서 유체의 양은 표적 유체의 부피뿐만아니라, 자립형 CLC 로케이션의 내부 치수에도 좌우된다. 담체 유체 및 캡슐화 유체의 부피는 매우 다양할 수 있지만, 소정 실시 양태에서, CLC 내의 담체 유체 또는 캡슐화 유체의 부피는 약 1㎕ 내지 약 100㎕이다. 따라서, 소정 실시 양태에서, 담체 유체 또는 캡슐화 유체의 부피는 약 1㎕, 약 2㎕, 약 3㎕, 약 4㎕, 약 5㎕, 약 6㎕, 약 7㎕, 약 8㎕, 약 9㎕, 약 10㎕, 약 11㎕, 약 12㎕, 약 13㎕, 약 14㎕, 약 15㎕, 약 16㎕, 약 17㎕, 약 18㎕, 약 19㎕, 약 20㎕, 약 25㎕, 약 30㎕, 약 35㎕, 약 40㎕, 약 45㎕, 약 50㎕, 약 55㎕, 약 60㎕, 약 65㎕, 약 70㎕, 약 75㎕, 약 80㎕, 약 85㎕, 약 90㎕, 약 95㎕, 또는 약 100㎕이다.
써멀 칩 모듈의 태양은, 각각의 자립형 CLC 로케이션에 의해 한정되는 (그리고 따라서 그 안에 수용된 CLC에 의해 경험되는) 환경의 온도가 제어될 수 있도록 (예컨대, 1/10도까지 또는 그보다 우수하게, 예컨대, 정밀하게 제어된 것을 포함함), 써멀 칩 모듈이 열적으로 제어되는 것이다. 온도 제어 범위는 다양할 수 있으며, 일부 경우에 온도는 4 내지 120℃, 예를 들어 4 내지 98℃ 사이에서 제어될 수 있다. 열적 제어를 제공하기 위하여, 써멀 칩 모듈은 가열 및/또는 냉각 요소를 포함할 수 있다. 일부 실시 양태에서, 가열 요소는 자립형 CLC 로케이션에 일체형인 반면, 다른 실시 양태에서 가열 요소 및 자립형 CLC 로케이션을 한정하는 요소는, 예컨대, 써멀 트레이(thermal tray) 및 자립형 CLC 로케이션 플레이트로서, 개별적이다.
써멀 칩 모듈은 온도 조절기에 작동적으로 부착되도록 구성된 냉각 영역, 예컨대, 열전 모듈, 유체 냉각 시스템 또는 강제 대류 냉각 시스템을 포함할 수 있다. 가열 요소는, 예를 들어, 컨트롤러에 전기적으로 연결된 에칭된 포일 가열기일 수 있으며, 컨트롤러는 가열 요소를 가동시켜, 자립형 CLC 로케이션 및 그 안에 수용된 CLC에서 원하는 써멀 사이클을 발생시키도록 프로그래밍된다. 가열 요소는 써멀 칩 모듈의 자립형 CLC 로케이션-한정 부분 내에 포함될 수 있거나, 또는 예컨대, 필요한 대로, 모듈의 개별적인 요소로서 제공될 수 있다.
써멀 칩 모듈은 (하기에 더욱 상세하게 기술되는) 인테로게이션 스테이션에 의한 각각의 자립형 CLC 로케이션의 인테로게이션을 허용하도록 구성된다. 소정 실시 양태에서, 인테로게이션 스테이션은, 형광, 흡광, 라만, 간섭 측정 및 섀도-그래피(shadow-graphy)를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 자립형 CLC 로케이션으로부터의 광학 방출을 검출하도록 구성된 광학 검출 시스템을 이용한다.
써멀 칩 모듈은 또한 모듈 또는 그의 일부와 맞물려서 자립형 CLC 로케이션 및 그 안에 수용된 임의의 CLC를 둘러싸도록 크기 설정되고 형상화된 뚜껑에 작동적으로 결합될 수 있다. 뚜껑은 자동 액추에이터에 의해 개봉 가능하고 밀폐 가능할 수 있거나(예컨대, 공압식으로 작동될 수 있거나), 또는 수동으로 작동될 수 있다. 뚜껑은 실질적으로 기밀 및/또는 방액(liquid proof)되도록 부분적으로 또는 완전히 밀봉되어 압력 시일(seal)을 유지할 수 있다. 뚜껑은, CLC의 인테로게이션을 허용하도록, 임의의 특히 원하는 파장의 광에 투명할 수 있다. 가열 요소가, 필요한 대로, 뚜껑에 포함될 수 있다. 뚜껑의 온도가 원하는 값으로 조절될 수 있도록, 뚜껑은 필요한 대로 열적으로 제어될 수 있다.
CLC 생성 스테이션 / CLC 리셋 스테이션
CLC 생성 스테이션은 써멀 칩 모듈 내의 각각의 자립형 CLC 로케이션을 담체 유체 및 캡슐화 유체로 충전 및 재충전하여 CLC를 생성하는 데 책임이 있다. CLC 생성 스테이션의 예가 도 1, 도 2, 도 3 및 도 4에 요소 D로, 그리고 도 14 및 도 15에 요소 24로 나타나 있다. CLC 생성 스테이션은 모든 자립형 CLC 로케이션이 어드레싱되게 하는 하나 이상의 투여량 펌프(dosage pump) 및 매니폴드(예컨대, 2개, 3개 또는 그 이상)를 포함한다. 각각의 유체의 전달 및 높이는 CLC 생성 스테이션에 의해 설정된다. CLC 생성 스테이션은 또한 자립형 CLC 로케이션에 대한 세척 공정(자립형 CLC 로케이션의 "리셋"으로도 지칭됨)을 수행하도록 구성될 수 있다. 자립형 CLC 로케이션의 세정 및 리셋은, 예컨대, 진공 기반 시스템을 사용하여, 자립형 CLC 로케이션의 유체 성분들을 제거하고, 예컨대, 하나 이상의 회분 용액을 사용하여, 자립형 CLC 로케이션을 세척하고, 리셋 및 생성 기능을 사용하여 담체 유체 및 캡슐화 유체를 자립형 CLC 로케이션 내에 침적함으로써, CLC 생성/리셋 스테이션에 의해 행해질 수 있다. 진공 및 세정 작업은 장치 내의 CLC 침적 작업과는 별개의 로케이션에서 그리고 별개의 침적 헤드를 사용하여 수행될 수 있음에 유의한다(예컨대, 도 14 및 도 15의 요소(23) 참조).
CLC 생성 스테이션은 담체-액체 투입, 캡슐화-액체 투입, 액체-취급 시스템, 및 액체-취급 시스템에 작동적으로 연결된 컨트롤러를 포함할 수 있다. 컨트롤러는 액체 취급 시스템이 (1) 담체 유체 및 캡슐화 유체를 담체 유체 및 캡슐화-유체 투입 시스템으로부터 끌어들이고, (2) 끌려 들어간 유체를 써멀 칩 모듈의 자립형 CLC 로케이션 내로 배출하게 하도록 프로그래밍될 수 있으며, 캡슐화 유체는 담체 유체와 비혼화성이어서, 배출된 캡슐화 유체는 담체 유체와 혼합되지 않고, 대신에 담체 유체 위에 떠 있는다.
소정 실시 양태에서, CLC 생성 스테이션은(도 1, 도 2, 도 3, 및 도 4의 요소(D)에 포함된) 리셋 헤드를 포함하며, 리셋 헤드는 CLC 침적 및 세척 공정을 수행하는 데 사용된다. 갠트리(gantry) 유닛이 임의의 원하는 방향으로 이동을 달성하는 데 사용되어, 장치 내의 필요한 로케이션, 예컨대, 자립형 CLC 로케이션 및 세척 통으로의 접근을 달성할 수 있다. 갠트리 상의 하우징 내에는, 밑면 상에 팁 가이드가 있는 알루미늄 플레이트(리셋 플레이트)가 탑재된다. 이러한 가이드는 2가지 길이의 튜빙이 정렬되게 하며 써멀 트레이 상의 자립형 CLC 로케이션을 어드레싱한다. 리셋 플레이트 위에는 2개의 티어(tier)가 있다. 상부 티어에는 펌프가 탑재되고 하부 티어에는 매니폴드가 탑재된다.
샘플 입수 로케이션, 시약 입수 로케이션, 및 플레이트 로케이션 및 로딩 상용성(compatibility)
샘플 입수 로케이션
샘플 입수 로케이션은 원하는 방식으로 원하는 공급원으로부터 생물학적 샘플을 입수하도록 구성된다. 소정 실시 양태에서, 샘플 입수 로케이션은 멀티플렉스 샘플 보관 시스템, 예컨대, 다중웰 플레이트를 수용하는 반면, 다른 실시 양태에서, 샘플 입수 로케이션은 외부 샘플 수집 모듈, 예컨대, 하기에 기술된 바와 같은 조류 알 샘플링 유닛(ESU)으로부터 샘플을 입수하도록 구성된다. 샘플 입수 로케이션의 예가 도 2, 도 4, 및 도 5에 요소(I)로 나타나 있다.
시약 입수 로케이션
시약 입수 로케이션은 검정 시약 및 마스터 믹스 시약을 임의의 원하는 방식으로 입수하도록 구성된다. 검정 시약이란, 특정 유전자 분석에 특이적인 시약(예컨대, 서열 특이적 프라이머, 어댑터 등)을 의미한다. 마스터 믹스 시약이란, 다수의 상이한 검정에 사용될 수 있는 시약을 의미한다(예컨대, 효소, 완충제, 범용 프라이머 등). 소정 실시 양태에서, 검정 시약 및/또는 마스터 믹스 시약은 벌크 용액으로서, 예컨대, 시약 배스에 제공되는 반면, 다른 실시 양태에서는 산업 표준 플레이트(예컨대, 96 웰, 384 웰 등)에 제공된다. 시약 입수 로케이션은 한 번에 하나 또는 다수의 검정 시약 및/또는 하나 이상의 마스터 믹스 시약을 입수하도록 구성될 수 있다.
플레이트 로케이션 및 로딩 상용성
상기에 요약된 바와 같이, 본원에 기술된 장치는(예컨대, 샘플 플레이트, 검정 플레이트, 및 마스터 믹스 플레이트를 위한) 하나 이상의 플레이트 로케이션을 포함한다. 장치에 존재하는 플레이트 로케이션의 수는 다양할 수 있지만, 일부 경우에 장치는 1 내지 100개의 플레이트 로케이션, 예를 들어 10 내지 80개의 플레이트 로케이션, 예컨대, 50개의 플레이트 로케이션을 포함한다. 플레이트 로케이션(들)은 장치 내에 임의의 편리한 방식으로 배열될 수 있으며, 일부 경우에 장치는 복수의 플레이트 로케이션을 포함하고, 복수의 플레이트 로케이션은, 예컨대, 장치의 진입 포트에 대해 포트레이트(portrait) 방식으로, 서로 인접하여 배열된다. 플레이트 로케이션은 실험실 플레이트, 예를 들어 다중-웰 플레이트, 예컨대, 96 또는 384 다중-웰 플레이트, 또는 유사한 구조체, 예컨대, 시험 튜브 홀더 또는 랙 등을 유지하도록 구성된 장치의 영역 또는 구역이다. 주어진 플레이트 로케이션은 실험실 플레이트를 유지하도록 구성된 단일 스테이지 또는 지지체일 수 있다. 플레이트 로케이션의 치수는 다양할 수 있지만, 일부 경우에 플레이트 로케이션은 실험실 플레이트와 안정하게 결합되도록 구성된 평면 표면을 가질 것이며, 평면 표면은 10 mm 내지 400 mm, 예를 들어 10 mm 내지 200 mm의 범위의 면적을 가질 수 있다. 평면 표면은 원하는 대로 임의의 편리한 형상, 예컨대, 원형, 직사각형(정사각형 포함), 삼각형, 타원형 등을 가질 수 있다. 플레이트 로케이션과 연구(research) 플레이트 사이의 안정한 결합을 제공하기 위해, 플레이트 로케이션은 하나 이상의 안정한 결합 요소, 예컨대, 클립, 정렬 포스트(alignment post) 등을 포함할 수 있다.
일부 경우에, 플레이트 로케이션은 열 조절될 수 있으며, 이는, 플레이트 로케이션의 온도가 제어가능하여, 예컨대, 플레이트 로케이션에 안정하게 결합된 연구 플레이트(및 그의 내용물)의 온도를 제어할 수 있음을 의미한다. 임의의 편리한 온도 조절기가 플레이트 로케이션의 온도를 원하는 방식으로 제어하는 데 사용될 수 있으며, 이용될 수 있는 온도 조절기에는 써멀 칩 모듈과 관련하여 상기에 기술된 것들이 포함된다.
일부 경우에, 주어진 플레이트 로케이션은 교반되도록 구성될 수 있으며, 즉, 플레이트 로케이션은 진탕기 유닛이다. 따라서, 이것은 교반기(예컨대, 진동기 또는 진탕기 구성 요소)를 포함할 수 있다. 교반기 구성 요소에 의해 제공되는 플레이트 로케이션의 이동 빈도는 다양할 수 있지만, 일부 경우에 그러한 교반기는 플레이트 로케이션을 제1 위치와 제2 위치 사이에서 1 rpm 내지 4000 rpm, 예를 들어 50 rpm 내지 2500 rpm의 범위의 빈도로 이동시키도록 구성될 수 있고, 제1 위치와 제2 위치 사이의 거리는 다양할 수 있으며, 일부 경우에 10 mm 내지 400 mm, 예를 들어 25 mm 내지 100 mm의 범위이다.
플레이트는, 일체형 바코드 리더, 예컨대, 사용자에 의해 작동되는 수동 바코드 스캐너에 의해 판독될 수 있는 1D 및/또는 2D 바코드를 포함할 수 있다. 스캐너 바코드 정보는 장치에 의해 사용되어, 샘플에 대한 정보를 저장하고/하거나, 예컨대 특이적인 유전자 분석을 실행하기 위한 시스템 소프트웨어에 의해 프롬프트될 때 특정 프로그램을 가동한다.
일부 실시 양태에서, 플레이트 로케이션은 사용자 로딩에 도움을 주도록 컬러-코딩된다.
플레이트 로케이션의 예가 도 2, 도 4 및 도 5에 요소(I)로 나타나 있다.
로봇 제어식 액체 취급기
상기에 요약된 바와 같이, 본원에 기술된 장치는 로봇 제어식 액체 취급기를 포함한다. 로봇 제어식 액체 취급기는 장치의 다양한 로케이션, 예를 들어 플레이트 로케이션(들) 및 써멀 칩 모듈에서 액체를 전달하도록 구성된 유닛이다. 일반적인 의미로, 로봇 액체 취급기는 장치의 2개의 별개의 로케이션들, 예를 들어 플레이트 로케이션과 써멀 칩 모듈의 자립형 CLC 로케이션 사이에서 소정 양의 액체를 전달할 수 있는 임의의 액체 취급 유닛일 수 있다. 관심 로봇 액체 취급기는 장치의 제1 로케이션, 예를 들어 실험실 플레이트의 웰로부터 규정된 부피의 액체를 빼내고, 그러한 부피의 액체를 장치의 제2 로케이션, 예컨대, 써멀 칩 모듈의 자립형 CLC 로케이션에 침적할 수 있는 것이다. 취급기가 전달하도록 구성된 부피는 다양할 수 있지만, 일부 경우에 부피는 100nl 내지 10㎖, 예컨대 100nl 내지 1㎖의 범위이다.
로봇 액체 취급기는, 일부 경우에, 수성 액체를 분배하기 위해 구성된 모세관 시스템이다. 그러한 모세관 시스템은 모세관 또는 루멘을 형성하는 내부 표면을 갖는 모세관 튜브를 포함할 수 있다. 튜브는 또한 외부 표면을 가질 수 있다. 외부 표면은 측면, 상부 및 하부를 포함하는, 대체로 원통형일 수 있다. 내부 표면은 2개의 영역, 원위 계량 영역(distal metering region) 및 근위 제한 영역(proximal limiting region)을 포함할 수 있다. 내부 표면의 계량 영역은 실질적으로 친수성일 수 있는 반면, 내부 표면의 제한 영역은 실질적으로 소수성일 수 있다. 전체 외부 표면은 또한 소수성일 수 있다.
모세관 튜브의, 본원에서 원위 단부로 표시된, 단부가 수성 샘플과 접촉하게 될 때, 샘플은 모세관 작용에 의해 루멘 내로 끌려 들어간다. 그러나 모세관 작용은 단지 수성 샘플이 루멘의 친수성 부분, 즉, 적셔질 수 있는 부분 내에 수용되는 정도로만 작용할 것이다. 계량 영역이 완전히 채워진 루멘 내로 충분한 수성 샘플이 끌려 들어갔을 때에는, 적셔질 수 있는 표면이 수성 샘플에 더 이상 이용가능하지 않기 때문에, 모세관 작용이 추가적인 샘플 액체를 끌어들이는 것을 중단할 것이다. 이러한 방식으로, 모세관 작용을 활용하여, 원하는 양의 수성 액체를 정밀하게 계량할 수 있다. 일정한 단면적의 루멘의 경우, 모세관 작용에 의해 끌려 들어가는 액체의 부피는 계량 부분의 길이 × 루멘의 단면적과 동일할 것이다.
일부 실시 양태에서, 계량 영역 및 제한 영역은 하기와 같이 구성될 수 있다. 모세관 튜빙의 길이는 소수성 중합체, 예를 들어 플루오로카본 중합체, 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 코팅될 수 있거나, 전적으로 그로 형성될 수 있다. 그 후에, 에칭 용액을 튜브의 내부 루멘에 통과시켜, PTFE의 표면 근처의 PTFE 코팅의 불소 원자를 스트리핑한다. 불소 원자는 이러한 공정에 의해 전형적으로 수 옹스트롬의 깊이까지 스트리핑된다. 생성되는 에칭된 PTFE 표면은 친수성이다. 그 후에, 튜브를 세정하고, 원하는 내부 부피를 갖는 계량 영역을 형성하는 길이로 절단한다. 그 후에, 튜빙의 그러한 내부가 에칭되고 내부가 친수성인 부분을 소수성 튜빙 부분에 부착하여 전체 모세관 튜브를 형성한다. 일부 실시 양태에서 중합체, 예를 들어 폴리이미드가 중합체 튜브를 형성하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시 양태에서, 모세관 튜브는 유리 기재로 형성된다. 유리는 당연히 친수성이므로, 기재가, 예를 들어, 당연히 소수성인 중합체 대신에, 유리인 경우, 계량 영역을 형성하는 데 표면 처리는 필요하지 않다. 외부 표면 및 제한 영역은 유리를 소수성 재료, 예를 들어 상기에 언급된 중합체로 코팅함으로써 형성될 수 있다.
튜브의 외부 표면, 특히 튜브의 원위 단부를 소수성으로 만드는 것의 한 가지 이점은, 수성 샘플이 그러한 재료에 달라붙지 않을 것이라는 점이다. 따라서 소수성 외부 표면은 하나의 수성 액체 샘플이 상이한 수성 샘플로부터의 액적으로 오염되는 것으로부터 시스템을 보호한다. 튜브의 원위 단부를 수성 샘플 내에 삽입하는 것은 액체가 친수성 계량 영역으로 끌려 들어가게 할 것이지만, 액체가 소수성 영역에 달라붙지는 않을 것이다.
모세관 튜브에 더하여, 모세관 시스템은 또한 튜브의 근위 단부와 유체 연통하는 압력 공급원을 포함할 수 있다. 압력 공급원은 임의의 편리한 가스, 예컨대 공기로부터의 양압을 제공할 수 있다. 양압의 적용은 모세관으로부터 수성 샘플을 몰아내는 데 사용될 수 있다. 수성 샘플을 모세관으로부터 완전히 몰아내는 공기의 최저 양압을 찾고, 그 후에 정확하고 정밀하게 제어할 수 있다. 병렬로 사용되는 다수의 모세관이 존재하는 경우 양압은 고르게 분포될 수 있다. 수성 샘플 전체를 몰아내도록 모세관에 양압이 가해지는 최단 시간을 찾고, 일단 수성 샘플을 모세관으로부터 몰아내었으면, 압력을 즉시 중립화시켜 공기가 모세관을 통해 내뿜어지는 것을 방지한다. 그 후에, 가해진 양압 및 시간은, 샘플 부피 정확성 및 정밀성, 샘플 파괴 및 CLC에 대한 외란(disturbance)을 조사하는 샘플 분배 시험을 수행하는 데 사용될 수 있다. 그 후에, 양압 및 시간을 조정하여 이러한 파라미터 내에서 CLC로의 최적 샘플 분배를 얻는다. 시스템은 원하는 시점에 양압을 가하여 미리 결정된 로케이션에서 수성 샘플이 분배되도록 프로그래밍된 모세관 컨트롤러를 또한 포함할 수 있다. 이 로케이션은, 예를 들어, 복합 액체 셀을 위한 안정화 부위일 수 있으며, 분취량의 캡슐화 유체가 수성 샘플을 입수하도록 준비될 수 있다. 수성 액체를 루멘으로부터 몰아내는 데에는 양압이 사용될 수 있지만, 액체가 모세관 작용에 의해 끌려 들어가기 때문에, 액체를 루멘 내로 끌어들이는 데에는 음압이 필요하지 않음에 유의하여야 한다.
모세관 시스템은 공기 시스(air sheath)를 또한 포함할 수 있으며, 이는 외부에서 모세관 튜브에 가해진 공기 유동을 포함한다. 외부에서 가해진 공기 유동은 수성 샘플이 임의의 외부 친수성 영역에 부착할 가능성을 감소시킨다.
모세관 시스템은 로케이션들 사이에서 모세관 튜브를 이동시키기 위해 액추에이터를 또한 포함할 수 있다. 액추에이터는, 액추에이터가 튜브를 이동시키게 하도록 프로그래밍될 수 있는 모세관 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 전형적인 프로그램은, 수성 샘플에 접촉해 있는 튜브의 원위 단부를 먼저 이동시켜 수성 샘플이 튜브 내로 끌려 들어가도록 하고, 그 후에 원위 단부가 분배 로케이션, 예를 들어, 안정화 특징부 또는 존재하는 복합 액체 셀(이하에서 "CLC")에 인접하도록 모세관 튜브를 이동시키고, 마지막으로 튜브의 근위 단부에 충분한 양압을 가하여 튜브의 원위 단부로부터 수성 샘플을 배출할 수 있다.
모세관 튜브의 치수는 다양할 수 있지만, 일 실시 양태에서, 모세관 튜브의 내경은 약 200 내지 250 ㎛, 예를 들어 221 또는 230 ㎛이고, 외경은 약 800 ㎛이다. 임의의 부피의 수용액이 시스템 내로 끌려 들어가도록 선택될 수 있다. 특정 모세관 튜브는 약 10 나노리터 내지 약 10000 나노리터, 예를 들어 500 나노리터를 끌어들이도록 설계될 수 있다.
다른 실시 양태에서, 단일 컨트롤러로부터의 다중 모세관 계량의 경우, 단일 원위 계량 영역을 갖는 내부 표면을 갖는 다수의 모세관 튜브가 공동 내에 배열되고, 그에 의해 제한 영역을 제공한다.
다른 실시 양태에서 압력 컨트롤러는 모세관 계량 부피를 가변적으로 제어한다. 처리된 튜브는 주어진 길이로 절단되며, 그러한 튜브의 반경에 기초하여, 이는 그 후에 설정 최대 부피를 제공한다. 원위 계량 영역 내의 부피는 조립체 내의 공기압을 사용하여 제어된다. 공기압은 분배에 사용되지만, 이 실시 양태에서는, 제어된 일정한 압력이 모세관 튜브 내에서 유지되며, 그에 의해 친수성 원위 계량 영역 내의 부피 제어를 제공한다. 이는 주어진 부피에 대해 모세관 힘 대비 압력 힘의 균형을 이룸으로써 달성된다. 유체는 압력 힘에 일치되는 높이까지 모세관 작용을 받을 것이다. 압력을 변화시키면 부피가 변화된다. 이는 모두 주어진 유체 및 튜브 반경에 대한 전체 모세관 높이 이내이다.
다른 실시 양태에서, 모세관 계량 시스템은 복수의 모세관 튜브를 포함할 수 있다. 모든 모세관의 근위 단부는 단일 압력 도관과 유체 연통할 수 있으며, 압력 도관은 압력 공급원과 유체 연통한다. 이러한 방식으로, 단일 압력 공급원은 단일 양압을 가하여 복수의 모세관 튜브 모두로부터 액체를 동시에 분배하는 데 사용될 수 있다. 유사하게, 단일 압력 공급원은 단일 양압을 가하여 복수의 모세관 튜브 모두 내의 모세관 힘의 균형을 이룰 수 있다. 그러한 실시 양태에서, 복수의 모세관 튜브는 헤드 서브유닛에 존재할 수 있으며, 이는 복수의 모세관 튜브를 위한 홀더를 포함한다. 헤드 서브유닛 내의 모세관 튜브의 수는 다양할 수 있으며, 일부 경우에 그 수는 12 내지 768개, 예를 들어 24 내지 384개, 예컨대, 24 내지 48개를 비롯하여 24 내지 96개의 범위이다. 모세관 튜브는, 헤드가 실험실 플레이트, 예컨대, 장치의 플레이트 로케이션 상에 존재하는 것 위에 위치될 때, 그러한 튜브들이 실험실 플레이트의 웰과 용이하게 정렬되도록 헤드 서브유닛 내에 배열될 수 있다. 예를 들어, 모세관 튜브는 384 웰 플레이트와 정렬된 4x32 배열, 96 웰 플레이트와 정렬된 2x12 배열, 또는 다른 편리한 배열일 수 있다.
샘플 압력 분배 헤드의 예가 도 7에 나타나 있으며, 이는 샘플 헤드 분배기(8)를 갖는 샘플 헤드(O)를 포함한다. 헤드는 샘플 그립퍼 아암(sample gripper arm)(M)을 갖는 샘플 그립퍼(L)를 통해 샘플 헤드 뚜껑(N)을 경유하여 장치의 로봇 제어식 액체 취급기와 맞물린다.
본 장치에 이용될 수 있는 모세관 액체 취급 시스템에 관한 추가의 상세 사항은 국제 공개 제WO 2014/08345호로 공개된 국제 특허 출원 PCT/IB2013/003145호에서 제공되며, 이의 개시 내용은 본원에 참고로 포함된다.
일부 경우에, 로봇 액체 취급기는 복수의 별개의 호환성 액체 매니퓰레이터 헤드, 예컨대, 상기에 기술된 바와 같은 모세관 헤드에 선별적으로 작동적으로 결합될 수 있는 이동기(mover)를 포함한다. 그러한 실시 양태에서, 이동기는 둘 이상의 액체 매니퓰레이터 헤드의 집합체로부터의 액체 매니퓰레이터 헤드에 결합 및 탈착될 수 있어서, 액체 매니퓰레이터 헤드는 이동기와 교체가능하다(즉, 서로 대체될 수 있다). 이동기가 사용 중에 액체 매니퓰레이터 헤드에 음압을 제공하는 경우, 결합 구성은 음압을 제공하여, 이동기에 결합될 때 헤드의 액체 매니퓰레이터, 예컨대, 모세관에 결합된다. 장치 내의 호환성 액체 매니퓰레이터 헤드의 수는 다양할 수 있으며, 일부 경우에 2 내지 20개, 예를 들어 5 내지 10개의 범위이다. 그러한 호환성 액체 매니퓰레이터 헤드의 기능은 또한 다양할 수 있으며, 일부 경우에 장치는 샘플 분배, 검정물 분배, 마스터 믹스 분배, 및 진공 작업을 위해 구성된 호환성 액체 매니퓰레이터 헤드를 포함한다. 호환성 헤드가 작동적으로 결합될 수 있는 이동기는 장치의 둘 이상의 로케이션들 사이에서 호환성 헤드를 이동시키도록 구성된, 장치의 서브유닛이다. 이동기는 주어진 호환성 헤드를 장치 내에서 X 및/또는 Y 및/또는 Z 방향으로 이동시키도록 구성된 로봇 아암 또는 다른 편리한 구조체일 수 있다.
인테로게이션 스테이션
인테로게이션 스테이션은 써멀 칩 모듈의 각각의 자립형 CLC 로케이션을 인테로게이팅하고 그로부터 판독을 얻도록 구성된다. 판독은, 예컨대, 검정 시약 및 마스터 믹스 시약을 사용하여, 원하는 유전자 분석 프로토콜의 완료 후에 자립형 CLC 로케이션 내의 샘플의 유전적 특징을 결정하는 데 사용될 수 있다. 도 1에, 인테로게이션 스테이션의 예가 요소(9)로서 나타나 있는 한편, 도 2, 도 3, 및 도 4에, 인테로게이션 스테이션의 구체적인 실시 양태가 요소(E)(즉, 하기에 기술된 바와 같은 광학 검출 스테이션)로서 나타나 있다.
소정 실시 양태에서, 인테로게이션 스테이션은 각각의 자립형 CLC 로케이션으로부터 광학 신호를 검출하도록 구성된다. 소정의 이들 실시 양태에서, 광학 검출 시스템은 여기광을 투과하고 써멀 칩 모듈 내의 각각의 자립형 CLC 로케이션으로부터의 방출광을 수집하도록 구성되며, 일부 경우에 방출된 광은 인테로게이션 스테이션의 카메라 요소에 의해 검출된다(즉, 인테로게이션 스테이션은 카메라-기반 검출 시스템을 포함한다). 임의의 편리한 광원, 예컨대, 발광 다이오드(LED)로부터의 방출광을 사용하여 인테로게이션 스테이션에 의해 임의의 편리한 광이 투과될 수 있다. 일부 경우에, 인테로게이션 스테이션은 다수의 파장의 광을 검출한다.
인테로게이션 스테이션이 광을 검출하도록 구성되는 경우(광학 검출 스테이션으로도 지칭됨), 인테로게이션 스테이션은 하기 구성 요소 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 하나 이상의 광 검출기(예컨대, 카메라), LED 조명원, 필터, 또는 2개 이상의 필터(예컨대, 3개의 필터)를 포함하는 필터 휠, 및 광 투과를 위한 하나 이상의 광섬유, 예컨대, 48개의 개별 광섬유. 광섬유는 다중모드일 수 있으며, 이는 광섬유가 자립형 CLC 로케이션으로 여기광을 투과시킬 수 있고 생성되는 방출광을 다시 카메라 기반 검출 시스템에 수집할 수 있음을 의미한다. 일부 실시 양태에서, 색선별 거울을 사용하여 카메라 시스템에 의해 여기광이 검출되는 것을 방지한다. 일반적으로, 광섬유는 써멀 플레이트 모듈의 자립형 CLC 로케이션에 맞추어 정렬되어 이들 로케이션에서 광을 효과적으로 투과시키고/시키거나 검출하도록 구성되며, 따라서 광섬유는 이를 달성하도록 임의의 편리한 이격을 가질 수 있다. 일례에서, 광섬유는 써멀 칩 모듈 상의 48개의 자립형 CLC 로케이션의 열(row) 및 자립형 CLC 로케이션의 48개의 열 각각을 통과하는 스텝에 맞추어 정렬되도록 구성된다. 각각의 열에서 하나 이상의 이미지가 촬영될 수 있으며, 다수의 이미지가 촬영되는 경우, 각각의 하나는 상이한 파장에서의 것일 수 있다. 시스템은 큰 액적 크기로부터 300 nl 미만까지 검출할 수 있다. 섬유는, 밑면 상에 섬유 가이드가 있는 알루미늄 플레이트(또는 광학 플레이트) 상의 갠트리 상의 하우징 내에 탑재될 수 있다. 섬유 가이드는 광섬유가 정렬되게 하고 써멀 칩 모듈 상의 자립형 CLC 로케이션을 어드레싱한다. 클러스터당 단일 섬유는 로케이션당 하나의 섬유(예를 들어, 1428개의 자립형 CLC 로케이션을 갖는 써멀 칩 모듈에 대해 1428개의 섬유)에 대한 필요성을 최소화하였다. 써멀 트레이는 섬유 아래에서 인덱싱되어 출력 판독을 생성한다.
광학 유닛 그 자체는 광학 플레이트 상에 탑재된, 수용된 유닛이다. 이것은 본원에서 섬유 가이드를 통해 유닛으로부터 이어지는 광섬유를 통해 샘플이 광학적으로 인테로게이팅되는 곳이다.
기타 구성 요소 또는 서브유닛
본 장치는 모든 프로토콜 처리 단계가 수행되는 메인 데크(Main Deck)(도 1, 도 2 및 도 4의 요소(1))를 포함할 수 있다. 메인 데크에의 사용자 접근은 인터로킹된 사용자 작동식 후드를 통해 이루어질 수 있다. 서비스 데크(Services Deck)는 문제 해결 및 예방적 유지보수 접근을 위한 키-접근가능한 캐비닛 내의 메인 데크 아래에 탑재될 것이다.
본 장치는 주변 하드웨어가 위치된 메인 데크 밑에 설치될 수 있는 서비스 데크(도 2, 도 3, 및 도 4의 요소(2))를 포함할 수 있다.
본 장치는 시스템 인클로저(System Enclosure)(도 1, 도 2 및 도 3의 요소(3))를 포함할 수 있으며, 이는 활발한 내부-외부 공기 교환 및/또는 열 제어를 할 수 있고, 이로써 시스템 성능에 영향을 주지 않도록 시스템의 인클로저 온도가 관리될 것이다.
본 장치는 시스템에 대해 메인 데크 밑에 위치되고 시스템 유체 및 폐기물 수집을 위한 모든 병 저장소를 포함하는 유체공학 모듈을 포함할 수 있다. 유체공학 모듈은, 예컨대, 시스템 유체, 폐기물 수집 등을 위한, 하나 이상의 액체 저장소를 포함할 수 있다. 관심 시스템 유체에는, 캡슐화 유체, 담체 유체, 세척 유체 등이 포함되지만 이에 한정되지 않는다. 원하는 경우, 폐기물 수집 저장소는 단일 폐기물 배수구에 작동적으로 결합된다. 병 및/또는 병 로케이션은 사용자가 로딩하는 것을 돕고 오류를 피하도록 컬러 코딩될 수 있다. 병 저장소는 퀵-커넥트(quick-connect) 접속부를 가질 수 있다. 병은 최소한 적어도 단일 시스템 실행을 완료하기에 충분한 부피를 수용할 것이다.
본 장치는, 셋업 실행 동안 그리고 정보 추적을 위해 플레이트 및 용기를 스캐닝하기 위한, 바코드 스캐너, 예컨대 핸드헬드 바코드 판독기를 포함할 수 있다.
본 장치는 각각의 압력 분배 헤드를 리셋하기 위해 헤드 세정 스테이션을 포함할 수 있다. 도 9는 샘플 및 검정 헤드 보관, 액체 취급 시스템에 의한 픽-업, 및 검정 및 샘플 유체 배스 및 폐기물 배스의 유지를 위해 구성된 헤드 세정 스테이션(7)의 예를 나타낸다. 도 9는 제1 샘플 유체 배스에서의 샘플 헤드(O)(제2 샘플 유체 배스는 요소(R)로서 나타내어짐), 샘플 폐기물 배스(S), 제1 검정 유체 배스에서의 검정 헤드(Q)(제2 검정 유체 배스는 요소(T)로서 나타내어짐), 및 검정 폐기물 배스(U)의 배치를 나타낸다. 도 10은 도 9에 나타낸 바와 같은 검정 헤드(Q), 및 검정 유체를 픽업 및 분배하는 데 사용될 때 로봇 제어식 액체 취급 시스템과 맞물리는 그의 상응하는 검정 헤드 어댑터(V)를 나타낸다.
본 장치는 CLC 로케이션 클린-업 스테이션(Clean-up Station)을 포함할 수 있다: 상기에 기술된 바와 같은 유사한 갠트리 유닛이 z 방향으로의 이동을 달성하는 데 사용된다. 갠트리 상의 하우징에는, 밑면 상에 팁 번들 가이드가 있는 알루미늄 플레이트(클린-업 플레이트)가 탑재된다. 이러한 가이드는 튜빙의 번들이 정렬되게 하고 써멀 칩 모듈 상의 자립형 CLC 로케이션을 어드레싱한다. 리셋 플레이트 위에는 2개의 티어가 있다. 상부 티어에는 펌프가 탑재되고 하부 티어에는 4 라인 및 8 라인 매니폴드의 조합이 탑재된다. 이러한 스테이션은 2가지의 원하는 세척 용액을 사용할 수 있다. 3가지 투여량 펌프 및 3개의 매니폴드가 각각의 용액에 할당된다. 매니폴드의 사용은 모든 필요한 자립형 CLC 로케이션이 어드레싱되게 한다. 각각의 클러스터는 개별적인 자립형 CLC 로케이션을 어드레싱하도록 함께 조합된, 2개의 라이너 및 진공 라인을 갖는다. 자립형 CLC 로케이션으로부터 액체를 제거하기 위하여, 진공 발생기가 사용된다. 이러한 발생기로의 튜빙은 플레이트 상의 팁 가이드로부터 폐기물 병으로 이어진다.
운영 시스템 파라미터
본 시스템은 120 내지 240 V의 입력 전압, 10 내지 35 amp의 입력 전류, 및 50 내지 60 Hz의 입력 전력 주파수와 상용성일 것이다. 일부 응용에서, 시스템에는 6SCFM의 소모율로 6 바(87psi)의 최소 압력으로 건조한 공기가 공급되어야 한다. 일반적으로, 검정 시약 및 마스터 믹스 시약은 사전 제조되거나 사용자에 의해 달리 얻어지고, 바코딩된 시약 플레이트(예컨대, '시약 384 플레이트')에 로딩될 것이고, 이는 후속하여 시약 로케이션에서 로딩된다. 추가로, 시스템 유체는 일반적으로 사전 제조되거나 사용자에 의해 달리 얻어지고 유체공학 모듈 내에 로딩될 것이다.
구체적인 실시 양태
도 1은 본 발명의 태양에 따른 장치의 예를 나타낸다. 이 도에 나타나 있는 장치의 특징부에는 하기가 포함되며, 이들 각각은 본 명세서의 다른 곳에서 상세하게 설명된다: 메인 데크(1), 시스템 인클로저(3), 써멀 칩 모듈을 위한 기계적으로 작동되는 뚜껑(6), 샘플 분배 헤드(8), 인테로게이션 스테이션(9), 검정물 분배 헤드(10), AC 전력 캐비닛(A; 전력 공급 유닛(PSU)을 수용하고 장비로 들어가는 모든 전력을 관리하는 인클로저, 전력은 장비로 분배됨), 공압 캐비닛(B; 장비 상에서 다양한 응용을 위해 사용되는 진공 발생기 및 밸브의 뱅크를 포함함), 유체 펌핑 캐비닛(C; 유체공학 모듈은 시스템 유체를 공급하는 저장소 병을 수용할 수 있음), 및 CLC 생성 및 리셋 스테이션(D).
도 2는 본 발명의 태양에 따른 장치의 예를 나타낸다. 이 도에 나타나 있는 장치의 특징부에는 하기가 포함되며, 이들 각각은 본 명세서의 다른 곳에서 상세하게 설명된다: 메인 데크(1), 서비스 데크(2), 시스템 인클로저(3), 써멀 칩 모듈(5), 써멀 칩 모듈을 위한 기계적으로 작동되는 뚜껑(6), 압력 분배 헤드(8), CLC 생성 및 리셋 스테이션(D), 광학 스테이션(E), E-스톱(F; 장치의 긴급 정지를 위한 것), 메인 레일(Main Rail)(H; 장치 내의 스테이션들 사이에서의 써멀 칩 모듈의 이동을 허용함), 및 웰플레이트 홀더(I).
도 3은 본 발명의 태양에 따른 장치의 예를 나타낸다. 이 도에 나타나 있는 장치의 특징부에는 하기가 포함되며, 이들 각각은 본 명세서의 다른 곳에서 상세하게 설명된다: 서비스 데크(2), 시스템 인클로저(3), 샘플 분배 헤드(8), 검정물 분배 헤드(10), CLC 생성 및 리셋 스테이션(D), 및 광학 스테이션(E).
도 4는 본 발명의 태양에 따른 장치의 예를 나타낸다. 이 도에 나타나 있는 장치의 특징부에는 하기가 포함되며, 이들 각각은 본 명세서의 다른 곳에서 상세하게 설명된다: 메인 데크(1), 서비스 데크(2), 써멀 칩 모듈을 위한 기계적으로 작동되는 뚜껑(6), CLC 생성 및 리셋 스테이션(D), 광학 스테이션(E), 메인 레일(H), 및 웰플레이트 홀더(I).
도 5는 본 발명의 태양에 따른 장치의 예의 클로즈업 도를 나타낸다. 이 도에 나타나 있는 장치의 특징부에는 하기가 포함되며, 이들 각각은 본 명세서의 다른 곳에서 상세하게 설명된다: 써멀 칩 모듈(5), 써멀 칩 모듈을 위한 기계적으로 작동되는 뚜껑(6), 샘플 분배 헤드(8), CLC 생성 및 리셋 스테이션(D), 웰플레이트 홀더(I), 세정 스테이션(J), 및 칩 홀더(K).
도 6은 본 발명의 태양에 따른 장치의 예를 나타낸다. 이 도에 나타나 있는 장치의 특징부에는 하기가 포함되며, 이들 각각은 본 명세서의 다른 곳에서 상세하게 설명된다: 웰플레이트 홀더(I), 세정 스테이션(J), 샘플 헤드(O), 검정 헤드(Q), 컨트롤러 캐비닛(W), 및 DC 캐비닛(X).
유전자형 결정의 예
고수준에서, 유전자형 결정 검정을 수행하기 위한 시스템은 하기 능력을 갖는다:
(1) 자가-수용 CLC 위치(예를 들어, 2304 위치 칩)을 담체 및 캡슐화 유체로 사전 충전시킴으로써 단일 칩 상에 개별 CLC를 생성함;
(2) 생물학적 샘플의 첨가에 의해 독특한 유전자형 결정 반응(예를 들어, 2304)을 생성함;
(3) 시약(또는 일련의 시약)을 자가-수용 CLC 위치에 첨가하고, 요구될 경우 써멀 칩 모듈의 온도를 조절하여 관심 대상의 유전자형 결정 검정(예를 들어, 프라이머, 완충액, 효소, 검출가능하게 표지된 성분 등)을 수행함; 및
(4) CLC 위치를 인테로게이션하여 각각의 샘플에 대한 결과를 얻고, 이에 의해 그 샘플의 유전자형을 결정함.
장치의 고처리량 성질이 주어진다면 한 번에 1가지 초과의 검정법, 예를 들어, 384가지의 상이한 샘플에서 10가지의 상이한 유전자형 결정 검정법이 수행될 수 있음이 주지된다. 생성된 CLC는 상기에 기술된 바와 같이, 낮은 반응물 부피, 예를 들어 대략 300 nl를 가질 수 있으며, 이는 시약 및 샘플 소비량을 유의하게 감소시킬 수 있다.
유전자형 결정 결과는 복합 액체 셀을 이용하여 약 3시간 후에 획득될 수 있다. 본 장치는 12가지의 샘플의 최소 샘플 센서스 및 1가지의 검정법의 최소 검정법 센서스를 이용하여 작동될 수 있다. 더 적은 수의 샘플에 있어서, 검정법은 당해 시스템의 효율적인 작동을 보장하기 위하여 각각의 헤드에서 반복될 수 있다.
개시된 장치와 함께 그 용도가 찾아지는 유전자형 결정 검정법은 분자 비콘(beacon), FLAP 엔도뉴클레아제(FLAP endonuclease; FEN), 프라이머 연장 반응, PCR 등을 기반으로 한 것을 포함한다.
수행될 수 있는 유전자형 결정 검정법은 하기를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다(이들 각각은 여기에서 본원에 참고로 포함됨): 병원체 검출(예를 들어, 미국 특허 공개 공보 제5968732 A호(발명의 명칭: "뎅기열 바이러스의 검출 및 유전자형 결정을 위한 등온 전사 기반의 검정법[Isothermal transcription based assay for the detection and genotyping of dengue virus]"); 미국 특허 공개 공보 제8008045 B2호(발명의 명칭: "C형 간염 바이러스의 등온 증폭을 위한 프라이머[Primers for isothermal amplification of hepatitis C virus]")) 및 대상체의 유전자형의 검출(예를 들어, 국제 공개 제WO 2010054589 A1호(발명의 명칭: "hla 유전자형의 검출[Detection of hla genotype]"); 국제 공개 제WO 2012006542 A2호(발명의 명칭: "단일 뉴클레오티드 다형성의 탐지 방법[Method of detecting single nucleotide polymorphisms]"))을 위한 검정법.
조류 성 감별 검정법의 예
조류 알의 분자적 성 감별은 조류 대상체의 성별을 결정하는 매력적인 방법이다. XY 이형 배우자성을 갖는 포유류와는 달리, 조류는 암컷에서 ZW 이형 배우자성을 갖는 성염색체 시스템을 보유한다. 더 구체적으로, 염색체 W는 조류 종에서 암컷-특이적 성염색체이다. ZW 이형 배우자성이 주어진다면, 염색체 W-특이적 서열은 조류 알의 성별을 이로부터 유래된 샘플을 사용하여 결정하는 데 이용될 수 있다. 광범위한 분류학적 유용성을 갖는 폴리머라아제 연쇄 반응(Polymerase chain reaction; PCR) 기반의 접근법이 개발되었다. 예를 들어, 성별 확인 방법은 암컷-특이적인 W 염색체와 Z 염색체 사이의 인트론 크기의 차이의 조사를 기반으로 하였는데, 이는 둘 모두의 성별에서 나타난다(암컷, ZW; 수컷, ZZ). 예를 들어, 문헌[Griffiths et al., (1998), Mol. Evolution. 7:1071-1075]에서는 Z 및 W 가메토로그(gametolog)의 상동성 섹션(homologous section)을 증폭시킴으로써 길이가 일반적으로 상이한 인트론을 포함시키기 위하여 단일 세트의 프라이머를 이용한 PCR이 이용된다. 문헌[Fridolfsson and Ellegren, 1999, J. Avian Biol. 30:116-121]에서 유사한 접근법이 개발되었으며, 염색체 특이적 CHD1 유전자 및 성별들 사이의 인트론 크기 차이의 검정의 조합이 이용되었다. 구체적으로, 프리돌프슨(Fridolfsson) 및 엘레그렌(Ellegren)은 CHD1 Wand CHD1Z 유전자의 인트론 9의 측면의 고도로 보존된 프라이머를 적용함으로써 CHD1W 및 CHD1Z 인트론 사이의 일정한 크기 차이를 이용함에 의해 비-주조류의 분자적 성 감별을 위한 이른바 보편적인 방법을 개발하였다. 이와 같이 암컷 조류는 하나의 작은(CHD1W) 또는 2개의 단편(CHD1W 및 CHD1Z)을 나타내는 것을 특징으로 하는 반면, 수컷은 단지 하나의 큰 단편(CHD1Z)을 나타낸다. 프리돌프슨 및 엘레그렌은, 하나의 특별한 프라이머쌍을 이용하여, 조류 계통발생학 전체에 걸쳐 11가지의 목으로부터의 50가지의 조류 종 중에서 47가지의 성 감별을 할 수 있었다.
본 장치에서 수행될 수 있는 조류 성별 결정을 위한 게놈 검정법의 예는 상기에 언급된 것과, 하기에 기술된 것을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다(이들 각각은 여기에 그 전체가 본원에 참고로 포함된다):
미국 특허 출원 공개 공보 제20120288856 A1호(발명의 명칭: "조류 대상체의 분자적 성 감별[Molecular sexing of avian subjects]"); 미국 특허 출원 공개 공보 제20120084873 A1호(발명의 명칭: "성별 결정 및 이의 특정 방법[Sex-determination and methods of specifying same]"); 국제 공개 제WO 2004016812 A1호(발명의 명칭: 조류 성별 결정 방법[Avian sex determination method]"); 국제 공개 제WO 1996039505 A1호(발명의 명칭: "조류 ghd 유전자 및 조류에서의 성별 확인 방법에서의 그의 용도[Avian ghd genes and their use in methods for sex identification in birds]"); 국제 공개 제WO 2014021715호(발명의 명칭: 알에서의 조류 배아의 성별, 생존성 및/또는 발생 단계 결정[Gender, viability and/or developmental stage determination of avian embryos in ovo]"); 문헌[Jensen, T et al., "Conditions for rapid sex determination in 47 avian species by PCR of genomic DNA from blood, shell-membrane blood vessels, and feathers", Zoo Biology, Volume 22, Issue 6, pages 561-571, 2003).
상기에 기술된 검정법 중 많은 것은 증폭 반응을 이용한다. 많은 실시 양태에서, 표준 PCR 써멀 사이클링(thermal cycling) 프로토콜보다는 오히려 등온 증폭이 이용된다. 등온 증폭 검정법의 하나의 예가 미국 특허 출원 공개 공보 제 6214587 B1호(발명의 명칭: "등온 가닥 치환 핵산 증폭[Isothermal strand displacement nucleic acid amplification]")에 기술되어 있다.
증폭-기반의 검정법에 더하여, 예를 들어, 국제 공개 제WO 2008093336 A2호(발명의 명칭: "게놈 결정 검정법[Genome determination assay]")에 기술된 바와 같이, 비-증폭 기반 등온 성별 결정 검정법이 이용될 수 있다. 이러한 국제 공개에 기술된 검정법은 비-증폭 게놈 DNA를 검출하며, 단지 이중 가닥 DNA에서 G와 미스매치된(mismatched) 온전한 T를 인식하여 이를 절단하는 염기 복구 효소 TDG의 능력에 의존한다. TDG는 메틸 시토신 탈아미노화 부위에서 T/G 미스매치(mismatch)를 C/G로 회복시킨다. TDG는 표적 비-증폭 게놈 DNA 서열에 혼성화된 짧은 프로브를 인식하는 것으로 밝혀졌으며, 여기서, 프라이머 서열 내의 하나의 지점에서, C는 표적 서열에서 G와 미스매치되도록 T로 대체되고, TDG는 T/G에서 T를 올바르게 절단할 수 있다. 이것은 두 게놈의 구별, 구체적으로, 암컷 및 수컷 닭 게놈의 구별을 가능하게 한다.
조류 성별 결정 검정법의 수행에서, 본 시스템의 능력은 하기와 같다:
(1) 오일을 사전 충전시킴으로써 써멀 칩 모듈 상의 자립형 CLC 로케이션에서 개별 CLC를 생성함(예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 총 1428개의 로케이션에 있어서 17개의 자립형 CLC 로케이션의 84개의 클러스터);
(2) 성별 결정 검정법을 수행하기 위하여 조류 알로부터의 생물학적 샘플(예를 들어, 혈액 샘플) 및 시약(또는 일련의 시약)의 첨가에 의해 CLC에서 독특한 분자 반응을 생성함;
(3) 자립형 CLC 로케이션 내의 생물학적 샘플을 열적으로 분해/프로세싱하여 유전자적 조류 성별 결정 검정을 실행함;
(4) CLC 로케이션을 인테로게이션하여 각각의 샘플에 대한 결과를 얻고, 이에 의해 조류 알의 성별을 결정함.
일부 실시 양태에서, 생성된 CLC는 대략 10 내지 20㎕, 예를 들어, 15 μL의 반응물 부피를 가질 수 있다. 본 장치는 20가지의 샘플의 최소 샘플 센서스 및 1가지의 검정법의 최소 검정법 센서스를 이용하여 작동될 수 있다. 더 적은 수의 샘플에 있어서, 검정법은 당해 시스템의 효율적인 작동을 보장하기 위하여 각각의 헤드에서 반복될 수 있다. 본 시스템은 복합 액체 셀을 이용하여 약 15분 후에 등온 화학 결과를 이용하여 성별 콜(call)을 제공할 수 있다. 본 시스템은 2색(two color) 형광 검출 시스템으로 작동된다.
본원에서 다른 곳에 상술된 바와 같이, 검정 처리 유닛(APU)은(APU의 전체 치수에 포함되지 않은) 연장된 레일의 세트를 통하여 알 샘플링 유닛(ESU)와 상호작용하는 능력을 갖는다. 함께 조합된 유닛들은 시험관 내에서의 병아리에서의 성별 콜을 만드는 데 사용된다. 본 시스템은 당해 기기의 프레임 내에 내장된 전형적인 윈도우즈(Windows) 퍼스털 컴퓨터에서 사용자 인터페이스를 통하여 제어되도록 설계된다.
ESU는 샘플(조류 알로부터의 생물학적 샘플)을 수확하는 모듈이다. APU는 하기 작동, 즉 샘플 분배; 샘플 분해; 써멀 인큐베이션; 검정물 분배; 써멀 인큐베이션을 통한 신호 증폭; 광학 판독; 및 자립형 CLC 로케이션 리셋을 포함하는, APU 내에서 수행되는 작동을 갖는다.
써멀 칩 모듈은 선형 레일 조립체의 부품인 4개의 캐리지를 통하여 2개의 선형 베어링에 탑재된 알루미늄 플레이트 인클로저일 수 있다. 이것은 모듈형 유닛이며, 모듈의 후부에 위치하는, 종단 구역 내의 다양한 전기 및 공압 접촉부의 접속/분리에 의해 당해 기기로부터 분리될 수 있다.
내부 구성 요소에의 접근은 5개의 액세스 플레이트(각각의 측벽 상에 2개 및 하면 상에 1개)를 통하여 또는 모듈의 뚜껑의 제거에 의해 얻어질 수 있다.
써멀 트레이는 써멀 칩 모듈 내에 수용되며, 1428개의 자립형 CLC 로케이션을 규정한다. 도 11은 조류 알의 샘플링을 위한, 피치(14)로 이격된 클러스터(13)형태의 자립형 CLC 로케이션(12)을 갖는 써멀 칩 모듈의 예를 나타낸다. 자립형 CLC 로케이션은 써멀 칩 모듈의 써멀 트레이에 존재한다. 각각의 클러스터는 알-유래된 상이한 생물학적 샘플들에서 독립적인 조류 성 감별 검정을 실행하기 위한 17개의 자립형 CLC 로케이션을 포함한다. 써멀 트레이는 써멀 트레이의 하부 표면에 접합된 전선 권취 전도성 히터 매트를 사용하여 독립적으로 제어된다. 써멀 트레이의 냉각은 히터 매트의 하면에 위치하는 난기류 유동 배관에 의해 제공된다.
자립형 CLC 로케이션의 라이너는 내부 반사 및 배경 신호를 최소화하기 위하여 블랙 사출 성형될 수 있다(이는 본원에 기술된 임의의 장치에 적용될 수 있다).
써멀 트레이의 XY 방향성 이동(directional movement)은 모듈 내에 영구적으로 포함된 XY 스테이지를 이용하여 달성되는데, 상기 모듈 상에는 써멀 트레이가 탑재된다. 이것은 다양한 헤드 내의 추가의 로보틱스에 대한 필요성을 없앤다.
써멀 칩 모듈은 먼지의 침입(ingress)을 방지하기 위한 모듈 상의 2개의 뚜껑에 의해 먼지가 많은 환경 내에서 작동하는 능력을 갖는다. 둘 모두의 뚜껑은 써멀 트레이 상의 자립형 CLC 로케이션의 것에 상응하는 구멍을 갖는다. 상부 뚜껑은 모듈에 고정된 반면 하부 뚜껑은 10 mm만큼 작동될 수 있는 메카니즘 상에 탑재된다. 하부 뚜껑의 작동 및 구멍의 오프셋에 의해, 이것은 모듈이 상기 환경에 가까워지고 따라서 오물질의 임의의 침입을 방지하는 것을 보장한다. 공기 유동이 항상 트레이로부터 주위로 있는 것을 보장하기 위하여 양압도 사용된다.
도 12는 로봇 XY 스테이지(16) 상에 탑재된 알 피치 거리(19)의 각각의 클러스터(도 11에 나타냄)에서의 단일 자립형 CLC 로케이션에 상응하는 구멍(18)을 갖는 모듈 뚜껑(15)을 조립된 써멀 칩 모듈의 2가지 도를 나타낸다. 써멀 칩 모듈은 온도 제어를 위한 통합형 써멀 트레이 기저부(17)를 포함한다.
도 13은 조류 성별 결정에서 그 용도가 찾아지는 조류 알 성 감별 장치의 예를 나타낸다. 도 13에 나타낸 장치는 하기를 포함하는 검정 처리 유닛(APU; 20)을 갖는다: 검정물 분배 스테이션(21), 광학 인테로게이션 스테이션(22), 진공/헤드 리셋 스테이션(23), 및 CLC 생성 스테이션(24). APU는 APU와 ESU 사이의 써멀 칩 모듈(27)의 상호작용 및 이동을 가능하게 하는 선형 레일(26)을 통해 알 샘플링 유닛(ESU; 25)에 작동적으로 연결된다. 본 장치의 선형 레일은 80 mm x 40 mm의 압출된 알루미늄으로부터 구성될 수 있으며, 상기 알루미늄에는 선형 베어링이 탑재된다. 선형 모터 및 자기 트랙은 써멀 칩 모듈을 상기 레일을 따라서 구동시키는 데 사용될 수 있다. 자기 트랙은 앞쪽 레일의 내부에 위치될 수 있다. 게다가 모터 그 자체는 써멀 칩 모듈의 하면에 부착된다. 모터로부터의 위치 피드백은 판독기 헤드 및 인코더 스트립(encoder strip)의 조합의 이용을 통하여 수행될 수 있다. 이러한 스테인리스강 인코더 스트립은 후부 레일의 내부에 위치될 수 있다. 롤러가 또한 레일의 내부에 부착될 수 있다. 이것은 스테인리스강 드립 트레이를 수용하는 데 사용될 수 있으며, 이의 목적은 펌프의 프라이밍 동안 기기의 내부 구획을 보호하기 위한 것이다. ESU는 알 피치로 이격된 복수의 알 리시버(receiver)(29)를 갖춘 조류 알 트레이(28)를 포함한다.
ESU는 알 트레이 내에 각각의 알로부터의 생물학적 샘플을 얻도록 알 피치로 이격된 니들을 포함하는 알 샘플링 헤드를 포함한다. 선형 레일은 알 샘플링 헤드에 의해 수집되는 생물학적 샘플을 입수하기 위하여 써멀 칩 모듈이 ESU로 이동되게 한다. 다수의 라운드의 샘플 수집 및 침적이 써멀 칩 모듈 상의 클러스터 형태의 모든 자립형 CLC 로케이션(예를 들어, 도 11에 나타낸 써멀 칩 모듈 상의 17개의 자립형 CLC 로케이션)에 상이한 샘플을 침적시키도록 수행될 수 있다. 도 14는 도 13의 검정물 분배 스테이션(21), 광학 인테로게이션 스테이션(22), 진공/헤드 리셋 스테이션(23) 및 CLC 생성 스테이션(24)의 근접 개략도를 나타낸다.
상기 구성 요소 전부는 하기 6가지의 유닛에 의해 제어되고 공급될 수 있다.
(1) AC 전원 유닛/캐비닛: 전원 공급 유닛(PSU)을 수용하는 인클로저. 이것은 또한 기기로 가는 모든 전원 및 기기에 분배되는 전원을 관리한다.
(2) DC 콤즈(Comms) 유닛/캐비닛: PSU로부터의 모든 DC 전원이 종단되는 유닛. 이것은 다수의 종단 블록, 릴레이, 디지털 출력/입력 및 미니8을 포함한다.
(3) 컨트롤 유닛/캐비닛: 이것은 기기에서의 모든 로봇식 이동을 제어하는 다수의 드라이버(예를 들어, 7개의 드라이버)를 포함한다. 안전 시스템과 관련된 모든 접촉부가 위치하는 것은 여기이다.
(4) 에어 필터 유닛: 공기는 이 유닛을 통하여 기기 주위에서 여과되고 조절된다.
(5) 공압식 스테이션/캐비닛: 이것은 기기에서 다양한 응용에 사용되는 진공 발생기 및 밸브들의 뱅크(bank)를 포함한다.
(6) 유체공학 모듈/유체공학 펌핑 캐비닛: 메인 데크 아래는 시스템에 유체; 캡슐화 오일, 캐리어 오일, 워시 리퀴드(wash liquid)를 공급하는 보관 병을 유체공학 모듈이 수용할 수 있는 곳이다. 플레이스홀더는 사용자 셋업을 돕고 오류를 회피하기 위하여 컬러 코딩 또는 넘버링될 것이다. 병 저장소는 퀵-커넥트 접속부를 가질 것이다. 병은 최소한 단일 시스템 실행을 완성시키기에 충분한 부피를 포함할 것이다.
컴퓨터 컨트롤러
본 발명의 태양은 본 장치를 작동시키기 위한 컴퓨터 컨트롤러를 추가로 포함하며, 여기서, 컨트롤러는 장치의 완전 자동화 또는 부분 자동화를 위한 하나 이상의 컴퓨터 요소를 추가로 포함하고, 이는 본원에 기술된 바와 같다. 일부 실시 양태에서, 컨트롤러는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 갖는 컴퓨터를 포함하며, 여기서, 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터에 로딩될 때, 예를 들어 상기에 기술된 바와 같이 CLC 매개된 유전자 분석을 수행하기 위한 장치의 작동 설명서를 포함한다.
실시 양태에서, 컨트롤러는 입력 모듈, 처리 모듈 및 출력 모듈을 포함한다. 관심 대상의 처리 모듈은 예를 들어 상기에 기술된 바와 같이 장치의 하나 이상의 루틴을 구현하도록 구성되고 자동화된 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 처리 모듈은 2개 이상의 프로세서, 예컨대 3개 이상의 프로세서, 예컨대 4개 이상의 프로세서 및 5개 이상의 프로세서를 포함할 수 있으며, 이는 유전자 분석을 수행하도록 구성되고 자동화된다. 상기에 기술된 바와 같이, 각각의 프로세서는 본 발명의 방법의 단계들을 수행하는 것에 대한 복수의 설명서를 갖는 메모리를 포함한다.
컨트롤러는 하드웨어 및 소프트웨어 구성 요소 둘 모두를 포함할 수 있으며, 여기서, 하드웨어 구성 요소는 하나 이상의 플랫폼의 형태를 취할 수 있어서 기능성 요소, 즉, 컨트롤러의 특정 태스크(예컨대 정보의 입력 및 출력의 관리, 정보의 처리 등)를 수행하는 컨트롤러의 요소가 당해 시스템의 대표되는 상기 하나 이상의 컴퓨터 플랫폼 전체에 걸친 소프트웨어 애플리케이션의 실행에 의해 수행될 수 있게 한다.
컨트롤러는 디스플레이 및 오퍼레이터 입력 장치를 포함할 수 있다. 오퍼레이터 입력 장치는 예를 들어 키보드, 마우스 등일 수 있다. 처리 모듈은 본 발명의 방법의 단계들을 수행하기 위하여 설명서가 저장된 메모리에 접속하는 프로세서를 포함한다. 처리 모듈은 오퍼레이팅 시스템, 그래픽 사용자 인터페이스(graphical user interface; GUI) 컨트롤러, 시스템 메모리, 메모리 저장 장치, 및 입력-출력 컨트롤러, 캐시 메모리, 데이터 백업 유닛, 및 많은 기타 장치를 포함할 수 있다. 프로세서는 구매가능한 프로세서일 수 있거나 이것은 입수가능하거나 입수가능해지게 될 다른 프로세서들 중 하나일 수 있다. 프로세서는 오퍼레이팅 시스템을 실행시키며, 오프레이팅 시스템은 펌웨어 및 하드웨어와 잘 알려진 방식으로 접속하고, 프로세서가 다양한 프로그래밍 언어, 예컨대 Java, Perl, C++, 기타 고수준 또는 저수준 언어와, 이들의 조합으로 씌어질 수 있는 다양한 컴퓨터 프로그램의 기능을 좌표화하고 실행하는 것을 용이하게 하며, 이는 본 기술 분야에 공지된 바와 같다. 전형적으로 프로세서와 협력하는 오퍼레이팅 시스템은 컴퓨터의 다른 구성 요소의 기능을 좌표화하고 실행한다. 오퍼레이팅 시스템은 또한 일정 관리, 입력-출력 제어, 파일 및 데이터 관리, 메모리 관리, 및 통신 제어 및 관련 서비스를 제공하며, 이들 전부는 공지된 기술에 따른다.
시스템 메모리는 임의의 다양한 공지된 또는 미래형 메모리 저장 장치일 수 있다. 예는 임의의 일반적으로 입수가능한 랜덤 액세스 메모리(RAM), 자기 매체, 예컨대 레지던트(resident) 하드 디스크 또는 테이프, 광 매체, 예컨대 리드 앤드 라이트 콤팩트 디스크(read and write compact disc), 플래시 메모리 장치, 또는 기타 메모리 저장 장치를 포함한다. 메모리 저장 장치는 콤팩트 디스크 드라이브, 테이프 드라이브, 착탈식 하드 디스크 드라이브, 또는 디스켓 드라이브를 포함하는 임의의 다양한 공지된 또는 미래형 장치일 수 있다. 전형적으로, 그러한 유형의 메모리 저장 장치는 각각 콤팩트 디스크, 자기 테이프, 착탈식 하드 디스크 또는 플로피 디스켓과 같은 프로그램 저장 매체(예시되지 않음)로부터 판독되고/되거나 상기 프로그램 저장 매체에 씌어진다. 임의의 이러한 프로그램 저장 매체, 또는 현재 사용 중이거나 이후에 개발될 수 있는 기타의 것이 컴퓨터 프로그램 제품으로 간주될 수 있다. 인지되는 바와 같이, 이러한 프로그램 저장 매체는 전형적으로 컴퓨터 소프트웨어 프로그램 및/또는 데이터를 저장한다. 컴퓨터 제어 로직(computer control logic)으로도 칭해지는 컴퓨터 소프트웨어 프로그램은 전형적으로 메모리 저장 장치와 함께 사용되는 프로그램 저장 장치 및/또는 시스템 메모리에 저장된다.
일부 실시 양태에서, 제어 로직(프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 소프트웨어 프로그램)이 내부에 저장된 컴퓨터 사용가능 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 개시된다. 제어 로직은, 컴퓨터인 프로세서에 의해 실행될 때, 프로세서가 여기에 설명된 기능을 수행하도록 한다. 다른 실시 양태에서, 일부 기능은 예를 들어 하드웨어 상태 기계(hardware state machine)를 사용하여 하드웨어에서 주로 구현된다. 여기에 기술된 기능을 수행하도록 하는 하드웨어 상태 기계의 구현은 관련 분야의 숙련자에게 명백할 것이다.
메모리는 프로세서가 데이터를 저장하고 검색할 수 있는 임의의 적합한 장치, 예컨대 자기, 광, 또는 반도체(solid state) 저장 장치(고정형 또는 휴대용의 자기 또는 광 디스크 또는 테이프 또는 RAM, 또는 임의의 다른 적합한 장치를 포함함)일 수 있다. 프로세서는 필요한 프로그램 코드를 지닌 컴퓨터 판독가능 매체로부터 적합하게 프로그래밍된 일반용 디지털 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 프로그래밍은 통신 채널을 통하여 프로세서에 원격으로 제공되거나, 메모리와 접속된 상태의 임의의 그러한 장치를 이용하여 컴퓨터 프로그램 제품, 예컨대 메모리 또는 일부의 기타 휴대용 또는 고정형의 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 이전에 저장될 수 있다. 예를 들어, 자기 또는 광 디스크는 프로그램을 지닐 수 있고, 디스크 라이터(writer)/리더(reader)에 의해 판독될 수 있다. 본 발명의 시스템은 상기에 기술된 방법을 실시하는 데 사용하기 위한 알고리즘, 예를 들어 컴퓨터 프로그램 제품 형태의 프로그래밍을 또한 포함한다. 본 발명에 따른 프로그래밍은 컴퓨터 판독가능 매체, 예를 들어, 직접적으로 컴퓨터에 의해 판독되고 접근될 수 있는 임의의 매체에 기록될 수 있다. 그러한 매체는 하기를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다: 자기 저장 매체, 예컨대 플로피 디스크, 하드 디스크 저장 매체, 및 자기 테이프; 광 저장 매체, 예컨대 CD-ROM; 전기 저장 매체, 예컨대 RAM 및 ROM; 휴대용 플래시 드라이브; 및 자기/광 저장 매체와 같은 이러한 카테고리의 하이브리드.
프로세서는 또한 원격 위치에서 사용자와 통신하도록 통신 채널에 접속할 수 잇다. 원격 위치는, 사용자가 그 시스템과 직접적으로 접촉하지 않고, 외부 장치, 예컨대 광역 통신망(Wide Area Network; "WAN")에 연결된 컴퓨터, 전화 통신망, 위성 네트워크, 또는 휴대폰(즉, 스마트폰)을 포함하는 임의의 다른 적합한 통신 채널로부터 입력 관리자에게로 입력 정보를 전달함을 의미한다.
일부 실시 양태에서, 본 발명에 따른 컨트롤러는 통신 인터페이스를 포함하도록 구성될 수 있다. 일부 실시 양태에서, 통신 인터페이스는 네트워크 및/또는 또 다른 장치와 통신하기 위한 수신기 및/또는 송신기를 포함한다. 통신 인터페이스는 라디오 주파수(radio frequency; RF) 통신(예를 들어, 라디오-주파수 식별(RFID), 지그비(Zigbee) 통신 프로토콜, 와이파이(WiFi), 적외선, 무선 범용 직렬 버스(Universal Serial Bus; USB), 초광대역(Ultra Wide Band; UWB), 블루투스(Bluetooth)® 통신 프로토콜, 및 셀룰러(cellular) 통신, 예컨대 코드 분할 다중 접근(code division multiple access; CDMA) 또는 이동 통신 세계화 시스템(Global System for Mobile communications; GSM)을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아닌 유선 또는 무선 통신용으로 구성될 수 있다.
출력 컨트롤러는 인간이든지 기계이든지 간에, 로컬이든지 원격이든지 간에, 정보를 사용자에게 제시하기 위한 임의의 다양한 공지된 디스플레이 장치를 위한 컨트롤러를 포함할 수 있다. 디스플레이 장치 중 하나가 시각 정보를 제공할 경우, 전형적으로 이 정보는 논리적으로 및/또는 물리적으로 화소의 어레이로서 정리될 수 있다. 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 컨트롤러는 시스템과 사용자 사이의 그래픽 입력 및 출력 인터페이스을 제공하기 위한, 그리고 사용자 입력을 처리하기 위한 임의의 다양한 공지된 또는 미래형 소프트웨어 프로그램을 포함할 수 있다. 컴퓨터의 기능적 요소는 시스템 버스를 통하여 서로와 통신할 수 있다. 대안적인 실시 양태에서 이러한 통신 중 일부는 네트워크 또는 다른 유형의 원격 통신을 이용하여 성취될 수 있다. 또한 출력 관리자는 공지된 기술에 따라 프로세싱 모듈에 의해 생성된 정보를 원격 위치에서, 예를 들어, 인터넷, 전화, 또는 위성 네트워크로 사용자에게 제공할 수 있다. 출력 관리자에 의한 데이터의 제시는 다양한 공지된 기술에 따라 구현될 수 있다. 일부 예로서, 데이터는 SQL, HTML 또는 XML 문서, 이메일 또는 기타 파일, 또는 기타 형태의 데이터를 포함할 수 있다. 데이터는 사용자가 원격 소스로부터 추가의 SQL, HTML, XML, 또는 기타 문서 또는 데이터를 검색할 수 있도록 인터넷 URL 주소를 포함할 수 있다. 본 발명의 시스템에 존재하는 상기 하나 이상의 플랫폼은 임의의 유형의 공지된 컴퓨터 플랫폼 또는 미래에 개발될 유형일 수 있지만, 이들은 전형적으로, 일반적으로 서버로 칭해지는 부류의 컴퓨터일 것이다. 그러나 이들은 또한 메인-프레임 컴퓨터, 워크 스테이션, 또는 기타 컴퓨터 유형일 수 있다. 이들은 네트워크형이거나 다른 것인 무선 시스템을 포함하는 다른 통신 시스템 또는 임의의 공지된 또는 미래형의 케이블링을 통하여 접속될 수 있다. 이들은 공동 배치될 수 있거나 이들은 물리적으로 분리될 수 있다. 다양한 오퍼레이팅 시스템이, 아마도 선택된 컴퓨터 플랫폼의 유형 및/또는 메이크(make)에 따라, 임의의 컴퓨터 플랫폼에서 이용될 수 있다. 적절한 오퍼레이팅 시스템은 윈도우즈 NT®, 윈도우즈 XP, 윈도우즈 7, 윈도우즈 8, iOS, 선 솔라리스(Sun Solaris), 리눅스(Linux), OS/400, 컴팩(Compaq) Tru64 유닉스(Unix), SGI IRIX, 지멘스 릴라이언트 유닉스(Siemens Reliant Unix), 및 기타의 것을 포함한다
본 발명의 장치 및 방법에서 그 용도가 찾아지는 소프트웨어 요소의 예가 하기에 있다:
입력 파일: 실행될 검정 및 샘플의 수가 수동 입력 사용자 데이터 또는 이전에 생성된 .csv 파일을 통하여 실행 셋업 동안 포착될 수 있다. 포착될 정보는 샘플의 수 및 샘플의 로케이션을 포함할 것이다. 실행 상세 사항을 수동을 입력함에 있어서, 블랭크 템플릿(blank template)가 이후의 편집을 위하여 정보를 빠르게 덧붙이도록 오토필(autofill) 옵션에서 사용될 수 있다.
메인 사용자 인터페이스: 메인 사용자 인터페이스는 하기 실행 상태 정보를 피드백할 것이다: 액체 취급기에 의해 수행되고 있는 현재의 작동을 나타내는 메인 데크의 애니메이션형 그래픽 표시; 전체 프로토콜을 통한 그의 진전을 나타내는 각각의 칩에 대한 상태 표시자; 전체 실행의 완료까지의 카운트다운 타이머(+/- 10분까지 정확함); 수행되고 있는 현재의 태스크, 즉, 써멀 정보, 분배 작동, 및 광학 판독과 관련된 정보를 나타내는 칩에 대한 피드백 패널; 소프트웨어에 의해 플래그되는(flagged) 임의의 쟁점이 표시되는 경고 및 오류 패널.
출력 파일: 바코딩 파일, 및 PDF(plate definition file)를 포함하는 출력 파일은 임의로 하나로 합쳐질 수 있다. 실행되었던 프로토콜 뿐만 아니라 실행 로그 폴더의 이름도 출력 파일에 포함될 것이다. 실행 로그는 이것이 정리되도록 넘버링될 것이다.
일반 소프트웨어 요건: 실행 셋업 동안 사용자는 로딩 시퀀스를 통하여 지도되고 적절할 경우 바코드를 스캔하도록 유도될 것이다. 본 시스템의 소프트웨어는 칩 정렬의 벌크 디스펜싱(bulk dispensing)을 위한 특정한, 단순하고 통합된 하위프로그램을 포함할 것이다. 사용자가 정보를 입력하도록 요구될 때, 본 시스템은 이들이 자유 입력 정보보다는 오히려 드롭다운(drop-down) 목록 내에서 다수의 미리 정의된 옵션으로부터 선택하도록 유도할 수 있다.
본 시스템의 일부 개별 요소는 이전에 예를 들어 미국 특허 제8,465,707호, 미국 가특허 출원 제61/590,499호, 미국 가특허 출원 제61/730,336호, 미국 가특허 출원 제61/836,461호, 미국 가특허 출원 제61/908,473호, 미국 가특허 출원 제61/908,479호, 및 미국 가특허 출원 제61/908,489호, 및 국제 특허 출원 제PCT/US2013/023161호 및 국제 특허 출원 제PCT/US2013/071889호에 기술되어 있었다.
이러한 유전자형 결정 시스템은 고 처리량 유전자형 결정에서 사용되는 분자 화학과 양립가능하다. 이들은 DNA, RNA, 전 엑솜(exome), 트랜스스크립톰(transscriptome), 바이러스, BAC 등으로부터의 샘플을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본원에 기술된 유체 조작 방법을 수행하도록 구성될 수 있고 따라서 본원에 기술된 유체 취급 시스템을 포함할 수 있는 시스템에 관한 추가의 상세 사항은 미국 특허 제8,465,707호 및 미국 특허 제9,080,208호와; 미국 특허 출원 공개 공보 제20140371107호; 및 국제 공개 제WO2014/083435호; 국제 공개 제WO2014/188281호; 국제 공개 제WO2014/207577호; 국제 공개 제WO2015/075563호; 국제 공개 제WO2015/075560호에 기술된 것을 포함하며; 상기 출원의 개시 내용은 본원에 참고로 포함된다.
본원에 기술된 방법 및 시스템은 다양한 상이한 응용에서 그 용도가 찾아진다. 본 방법 및 시스템이 그 용도를 찾는 응용은 CLC 매개된 프로토콜을 포함하며, 이는 미국 특허 제8,465,707호 및 미국 특허 제9,080,208호와; 미국 특허 출원 공개 공보 제20140371107호; 및 국제 공개 제WO2014/083435호; 국제 공개 제WO2014/188281호; 국제 공개 제WO2014/207577호; 국제 공개 제WO2015/075563호; 국제 공개 제WO2015/075560호에 기술된 것을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 출원의 개시 내용은 본원에 참고로 포함된다.
첨부된 조항에도 불구하고, 본원에 개시된 개시 내용은 또한 하기 조항에 의해 규정된다:
1. 하기를 포함하는 전 게놈 분석 장치:
다수의 자립형(self-contained) 복합 액체 셀(CLC) 로케이션을 포함하는 써멀 칩 모듈(thermal chip module);
써멀 칩 모듈의 각각의 자립형 CLC 로케이션에 접근하도록 구성된 CLC 생성 스테이션;
샘플 입수 로케이션;
시약 입수 로케이션;
샘플 입수 로케이션, 시약 입수 로케이션, 및 써멀 칩 모듈 사이에서 액체를 전달하도록 구성된 로봇 제어식 액체 취급기; 및
써멀 칩 모듈의 각각의 자립형 CLC 로케이션을 인테로게이팅(interrogating)하도록 구성된 인테로게이션 스테이션.
2. 써멀 칩 모듈은 1400 내지 3000개의 자립형 CLC 로케이션을 포함하는, 조항 1에 따른 장치.
3. 써멀 칩 모듈을 위한 기계적으로 작동되는 뚜껑을 포함하는, 조항 1 또는 2에 따른 장치.
4. 시약 입수 로케이션은 검정 플레이트(assay plate) 및 마스터 믹스 플레이트(master mix plate)를 입수하도록 구성된, 조항 1 내지 3 중 어느 하나에 따른 장치.
5. 시약 입수 로케이션은 다수의 검정 플레이트를 입수하도록 구성된, 조항 4에 따른 장치.
6. 검정 플레이트 및 마스터 믹스 플레이트는 표준 실험실용 플레이트인, 조항 4 또는 5에 따른 장치.
7. 로봇 제어식 액체 취급기는 샘플 분배, 검정물 분배, 및 마스터 믹스 분배 작업을 위해 구성된 호환성 헤드를 포함하는, 조항 1 내지 6 중 어느 하나에 따른 장치.
8. CLC 생성 스테이션은 담체 및 캡슐화 유체를 자립형 CLC 로케이션 내로 분배하고 자립형 CLC 로케이션을 세척하도록 구성된, 조항 1 내지 7 중 어느 하나에 따른 장치.
9. 시스템 유체 및 폐기물 수집을 위한 액체 저장소를 포함하는 유체공학 모듈을 포함하는, 조항 1 내지 8 중 어느 하나에 따른 장치.
10. 바코드 스캐너에 작동적으로 결합된, 조항 1 내지 9 중 어느 하나에 따른 장치.
11. 인테로게이션 스테이션은 광학 신호를 검출하도록 구성된, 조항 1 내지 10 중 어느 하나에 따른 장치.
12. 인테로게이션 스테이션은 써멀 칩 모듈 내의 각각의 자립형 CLC 로케이션으로 여기광을 전달하고 상기 로케이션으로부터의 방출광을 수집하도록 구성된, 조항 11에 따른 장치.
13. 인테로게이션 스테이션은 카메라 기반 검출 시스템을 포함하는, 조항 12에 따른 장치.
14. 여기광은 LED로부터의 것인, 조항 12 또는 13에 따른 장치.
15. 인테로게이션 스테이션은 다수의 파장의 광을 검출하는, 조항 12 내지 14 중 어느 하나에 따른 장치.
16. 유전자형 결정 장치인, 조항 1 내지 15중 어느 하나에 따른 장치.
17. 샘플 입수 로케이션은 샘플 플레이트를 입수하도록 구성된, 조항 16에 따른 장치.
18. 샘플 플레이트는 표준 실험실용 플레이트인, 조항 17에 따른 장치.
19. 샘플 입수 로케이션은 다수의 샘플 플레이트를 입수하도록 구성된, 조항 17 또는 18에 따른 장치.
20. 조류 성 감별 장치인, 조항 1 내지 15 중 어느 하나에 따른 장치.
21. 샘플 입수 로케이션은 다수의 조류 알로부터 생물학적 샘플을 얻도록 구성된 알 샘플링 유닛(ESU)에 작동적으로 연결된, 조항 20에 따른 장치.
22. 써멀 칩 모듈의 자립형 CLC 로케이션은 다수의 조류 알로부터 생물학적 샘플을 입수하기 위해 구성된 피치로 이격된 다수의 클러스터로 배열된, 조항 21에 따른 장치.
23. 다수의 클러스터 각각은 2 내지 40개의 자립형 CLC 로케이션을 포함하는, 조항 22에 따른 장치.
24. 써멀 칩 모듈은 각각이 17개의 자립형 CLC 로케이션을 포함하는 84개의 클러스터를 포함하는, 조항 23에 따른 장치.
25. 써멀 칩 모듈은 상부 뚜껑 및 하부 뚜껑을 포함하며, 여기서, 상부 뚜껑 및 하부 뚜껑은 자립형 CLC 로케이션에 상응하는 구멍을 포함하고, 상부 뚜껑은 구멍이 상응하는 자립형 CLC 로케이션에 맞추어 정렬되도록 써멀 칩 모듈에 고정되고 하부 뚜껑은 상부 뚜껑에 맞추어진 구멍의 정렬을 오프셋하여 상부 뚜껑 내의 구멍을 닫도록 작동될 수 있는 메카니즘 상에 탑재된, 조항 20 내지 24 중 어느 하나에 따른 장치.
26. 복수의 생물학적 샘플을 게놈 분석하는 방법으로서,
복수의 생물학적 샘플을 조항 1 내지 24 중 어느 하나에 따른 장치의 샘플 로케이션 내로 도입하는 단계;
장치를 작동시켜,
(i) 써멀 칩 모듈의 상응하는 자립형 CLC 로케이션에서 복수의 생물학적 샘플 각각에 대해 CLC 게놈 분석 반응 샘플을 생성하는 단계;
(ii) 써멀 칩 모듈 상에서 써멀 프로그램을 실행하여 CLC 게놈 분석 반응 샘플에서 반응을 수행하는 단계; 및
(iii) 인테로게이션 스테이션을 사용하여 써멀 칩 모듈의 상응하는 자립형 CLC 로케이션에서 CLC 게놈 분석 반응 샘플 각각으로부터 신호를 검출하는 단계에 의해, 유전자형 결정 검정을 수행하는 단계를 포함하며; CLC 게놈 분석 반응 샘플 각각에 대해 검출된 신호는 복수의 생물학적 샘플의 각각의 유전적 특징을 나타내는, 방법.
27. 각각의 CLC 게놈 분석 반응 샘플은 총 부피가 300 nl인, 조항 26에 따른 방법.
28. 유전자형 결정 검정을 수행하기 위한 시약을 포함하는 검정 플레이트를 장치 내로 도입하는 단계를 추가로 포함하는, 조항 26 또는 27에 따른 방법.
29. 다수의 상이한 게놈 분석 검정을 수행하는, 조항 8에 따른 방법.
30. 수행되는 다수의 상이한 게놈 분석 검정의 각각을 위해 상이한 검정 플레이트를 장치 내로 도입하는, 조항 29에 따른 방법.
31. 생성 단계는
CLC 생성 스테이션을 작동시켜 담체 유체 및 캡슐화 유체를 써멀 칩 모듈의 각각의 자립형 CLC 로케이션 내로 분배하는 단계; 및
로봇 제어식 액체 취급기를 작동시켜,
복수의 생물학적 샘플의 각각을 써멀 칩 모듈의 상응하는 자립형 CLC 로케이션 내로 분배하고;
검정 시약을 써멀 칩 모듈의 각각의 자립형 CLC 로케이션 내로 분배하고;
마스터 믹스 시약을 써멀 칩 모듈의 각각의 자립형 CLC 로케이션 내로 분배하는 단계를 포함하는, 조항 26 내지 30 중 어느 하나에 따른 방법.
32. 게놈 분석 검정은 유전자형 결정 검정인, 조항 26 내지 31 중 어느 하나에 따른 방법.
33. 게놈 분석 검정은 조류 성 감별 검정인, 조항 26 내지 31 중 어느 하나에 따른 방법.
전술한 발명은 이해를 명확하게 할 목적으로 예시 및 실시예에 의해 약간 상세하게 기술되었지만, 본 발명의 교시를 고려하여, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고서 특정한 변화 및 변형이 본 발명에 대해 이루어질 수 있음이 당업자에게는 기꺼이 명백하다.
따라서, 전술한 것은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 당업자라면, 본원에 명백하게 기술되어 있지 않거나 예시되어 있지 않지만 본 발명의 원리를 구현하고 그의 사상 및 범주 내에 포함되는 다양한 조처를 고안할 수 있음이 인지될 것이다. 더욱이, 본원에 나열된 모든 예 및 조건부 표현은 주로 그러한 구체적으로 나열된 예 및 조건에 한정됨이 없이 독자가 본 발명의 원리를 이해하는 것을 돕고자 하는 것이다. 게다가, 본 발명의 원리, 태양 및 실시 양태와, 이의 구체적인 실시예를 나열하는 본원에서의 모든 진술은 이의 구조적 및 기능적 등가물 둘 모두를 포함하고자 한다. 부가적으로, 그러한 등가물은 현재 공지된 등가물 및 미래에 개발될 등가물, 즉, 구조와는 관계 없이, 동일한 기능을 수행하는 개발되는 임의의 요소 둘 모두를 포함하고자 한다. 따라서, 본 발명의 범주는 본원에 예시되고 설명된 예시적인 실시 양태에 한정되는 것으로 의도되지 않는다. 오히려, 본 발명의 범주 및 사상은 첨부된 청구범위에 의해 구현된다.
Claims (15)
- 하기를 포함하는 전 게놈 분석 장치:
다수의 자립형(self-contained) 복합 액체 셀(composite liquid cell; CLC) 로케이션을 포함하는 써멀 칩 모듈(thermal chip module);
써멀 칩 모듈의 각각의 자립형 CLC 로케이션에 접근하도록 구성된 CLC 생성 스테이션;
샘플 입수 로케이션;
시약 입수 로케이션;
샘플 입수 로케이션, 시약 입수 로케이션, 및 써멀 칩 모듈 사이에서 액체를 전달하도록 구성된 로봇 제어식 액체 취급기; 및
써멀 칩 모듈의 각각의 자립형 CLC 로케이션을 인테로게이팅(interrogating)하도록 구성된 인테로게이션 스테이션. - 제1항에 있어서, 써멀 칩 모듈은 1400 내지 3000개의 자립형 CLC 로케이션을 포함하는 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 써멀 칩 모듈을 위한 기계적으로 작동되는 뚜껑을 포함하는 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 시약 입수 로케이션은 검정 플레이트(assay plate) 및 마스터 믹스 플레이트(master mix plate)를 입수하도록 구성된 장치.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 로봇 제어식 액체 취급기는 샘플 분배, 검정물 분배, 및 마스터 믹스 분배 작업을 위해 구성된 호환성 헤드를 포함하는 장치.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, CLC 생성 스테이션은 담체 및 캡슐화 유체를 자립형 CLC 로케이션 내로 분배하고 자립형 CLC 로케이션을 세척하도록 구성된 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 시스템 유체 및 폐기물 수집을 위한 액체 저장소를 포함하는 유체공학 모듈을 포함하는 장치.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 인테로게이션 스테이션은 광학 신호를 검출하도록 구성된 장치.
- 제8항에 있어서, 인테로게이션 스테이션은 써멀 칩 모듈 내의 각각의 자립형 CLC 로케이션으로 여기 광을 전달하고 상기 로케이션으로부터의 방출 광을 수집하도록 구성된 장치.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 유전자형 결정 장치인 장치.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 조류 성 감별 장치인 장치.
- 제11항에 있어서, 샘플 입수 로케이션은 다수의 조류 알로부터 생물학적 샘플을 얻도록 구성된 알 샘플링 유닛(egg sampling unit; ESU)에 작동적으로 연결된 장치.
- 복수의 생물학적 샘플을 게놈 분석하는 방법으로서,
복수의 생물학적 샘플을 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 장치의 샘플 로케이션 내로 도입하는 단계;
장치를 작동시켜,
(i) 써멀 칩 모듈의 상응하는 자립형 CLC 로케이션에서 복수의 생물학적 샘플 각각에 대해 CLC 게놈 분석 반응 샘플을 생성하는 단계;
(ii) 써멀 칩 모듈 상에서 써멀 프로그램을 실행하여 CLC 게놈 분석 반응 샘플에서 반응을 수행하는 단계; 및
(iii) 인테로게이션 스테이션을 사용하여 써멀 칩 모듈의 상응하는 자립형 CLC 로케이션에서 CLC 게놈 분석 반응 샘플 각각으로부터 신호를 검출하는 단계에 의해, 유전자형 결정 검정을 수행하는 단계를 포함하며;
CLC 게놈 분석 반응 샘플 각각에 대해 검출된 신호는 복수의 생물학적 샘플의 각각의 유전적 특징을 나타내는 방법. - 제13항에 있어서, 게놈 분석 검정은 유전자형 결정 검정인 방법.
- 제13항에 있어서, 게놈 분석 검정은 조류 성 감별 검정인 방법.
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