KR20190095105A - 시약 채널 혼합 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20190095105A
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브래들리 켄트 드레브스
마이클 다이 왕
움베르토 울메니엘라
스티븐 웨인 클라크
요한나 린 휘태커
스티븐 스콧 펠프스
미셸 엘. 알바레즈
마이클 아달베르트 니지올렉
데브라 수 브라이언
조슈아 어거스틴 다란드
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Abstract

분석 시스템은 흐름 셀 내로 도입되기 전에 다수의 시약과 결합될 수 있는 분석물에 동작을 수행할 수 있다. 기기는 상기 분석물과 결합될 상기 시약이 하나씩 흡인되는 볼륨을 포함할 수 있다. 상기 볼륨은 상기 시약을 흡인하기 위한 시퍼와 관련된 밸브 매니폴드에서 구불구불한 채널로 형성될 수 있다. 상기 시약은 펌프를 순환시켜 상기 혼합 볼륨 또는 채널 내 상기 시약을 이동시키는 것에 의해 혼합될 수 있다. 이를 위해, 상기 시약은 상기 수용기로부터 상기 볼륨 또는 채널 내로 흡인되고 나서 상기 수용기로 되 토출될 수 있고, 이 공정은 반복적으로 수행되어 혼합이 향상될 수 있다

Description

시약 채널 혼합 시스템 및 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은, 2017년 1월 5일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 62/442,772의 우선권의 이익을 주장하고, 또한 미국 특허 출원 번호 62/442,772의 우선권의 이익을 주장하는 2017년 3월 24일자로 출원된 영국(GB) 특허 출원 번호 1704758.0의 이익을 또한 주장하는 2017년 12월 13일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 15/841,102의 우선권의 이익을 주장하며, 이들 선출원 문헌 전부는 전체 내용이 본 명세서에 병합된다.
특히 DNA, RNA 및 다른 생물학적 샘플과 같은 관심 분자의 서열 분석(sequencing)을 위한 기기들이 개발되어 계속 진화되고 있다. 서열 분석 작업(sequencing operation) 전에, 관심 분자 샘플이 준비되어 라이브러리 또는 템플릿을 형성하고 이 라이브러리 또는 템플릿은 시약과 혼합되고 나서 궁극적으로 흐름 셀(flow cell)에 도입되고 여기서 개별 분자들이 여러 부위(site)에 부착되고 증폭되어 검출 가능성이 향상된다. 이후 서열 분석 작업은 여러 부위에서 분자를 결합시키는 단계, 결합된 성분들에 태그를 붙이는 단계, 여러 부위에서 성분들을 이미징하는 단계, 및 결과 이미지 데이터를 처리하는 단계의 사이클을 반복하는 것을 포함한다.
이러한 서열 분석 시스템(sequencing system)에서, 유체 시스템(또는 서브시스템)은 프로그래밍된 컴퓨터 및 적절한 인터페이스와 같은 제어 시스템의 제어 하에 물질종(예를 들어, 시약)의 흐름을 제공한다.
본 명세서에서 설명된 주제의 하나 이상의 구현예의 세부 사항은 첨부된 도면 및 이하의 설명에 제시된다. 다른 특징, 양태 및 장점은 상세한 설명, 도면 및 청구 범위로부터 명백해질 것이다.
일부 구현예에서, 분석 시스템에서 관심 있는 분석물을 지지하기 위한 흐름 셀과 유체 흐름 가능하게 연결되는 흐름 경로를 포함하는 시스템이 제공될 수 있다. 상기 시스템은 상기 흐름 경로에 유체 흐름 가능하게 결합되고 분석 동작을 위한 복수의 시약 시퍼(reagent sipper) 간을 선택하기 위한 선택기 밸브; 상기 흐름 경로와는 별개인 바이패스 라인으로서, 상기 바이패스 라인의 일부는 혼합 볼륨으로서 기능하는, 상기 바이패스 라인; 상기 바이패스 라인과 유체 흐름 가능하게 연결되고 시약 사전-혼합 동작 동안 상기 바이패스 라인을 통해 유체를 변위시키기 위한 펌프; 및 상기 선택기 밸브 및 상기 펌프에 동작 가능하게 결합된 제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는 하나 이상의 프로세서 및 기계 실행 가능 명령을 저장하는 메모리를 포함하고, 상기 기계 실행 가능 명령은, 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 하나 이상의 프로세서를 제어하여, a) 상기 선택기 밸브가 사전-혼합(pre-mixed)될 시약과 관련된 일련의 시약 시퍼 간을 선택하는 동작; b) 상기 펌프가 상기 선택된 시약 시퍼 각각으로부터 유체를 흡인(aspirate)하고, 대응하는 선택된 시약 시퍼로부터 흡인된 유체를 상기 혼합 볼륨 내로 하나씩 전달하는 동작; c) 상기 펌프가 (b) 동작으로부터 초래된 상기 혼합 볼륨 내의 상기 흡인된 유체를 목적 수용기 시퍼(destination recipient sipper)를 통해 분배하는 동작; 및 d) 상기 펌프가 상기 흡인된 유체를 상기 혼합 볼륨 내로 및 밖으로 순환적으로 이동시켜 상기 유체를 더 혼합하고 상기 목적 수용기 시퍼를 통해 이동시키는 동작을 수행하게 할 수 있다.
일부 이러한 구현예에서, 상기 혼합 볼륨은 구불구불한 채널의 형태를 포함하거나 또는 이 형태일 수 있다.
상기 시스템의 일부 구현예에서, 상기 시스템은 목적 수용기 시퍼를 통해 토출되는 유체를 수용하도록 위치된 목적 수용기를 더 포함할 수 있고; 상기 목적 수용기는 서열 분석될 DNA를 포함할 수 있다.
상기 시스템의 일부 구현예에서, 상기 펌프는 주사기 펌프이거나 상기 주사기 펌프를 포함할 수 있다.
상기 시스템의 일부 구현예에서, 상기 선택기 밸브는 상기 유체를 상기 선택된 시약 시퍼로부터 상기 혼합 볼륨으로 전달되기 전에 상기 펌프가 상기 혼합 볼륨 내로 공기를 흡인할 수 있게 할 수 있다.
상기 시스템의 일부 구현예에서, 상기 메모리는, 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 하나 이상의 프로세서를 더 제어하여, 상기 펌프와 상기 유체 사이에 포획된 공기의 볼륨을 유지하면서 상기 펌프가 상기 흡인된 유체를 상기 혼합 볼륨 내로 및 밖으로 순환적으로 이동시키게 하는 기계 실행 가능 명령을 더 저장하거나 저장하도록 구성될 수 있다.
상기 시스템의 일부 구현예에서, 상기 메모리는, 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 하나 이상의 프로세서를 더 제어하여, 상기 분석 동작을 위해 (c) 또는 (d) 동작을 수행하기 전에 (b) 동작을 한 번 이상 반복하게 하는 기계 실행 가능 명령을 더 저장하거나 저장하도록 구성될 수 있다.
상기 시스템의 일부 구현예에서, 상기 메모리는, 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 하나 이상의 프로세서를 더 제어하여, (e) 상기 선택기 밸브가 추가 시약과 관련된 추가 시약 시퍼를 선택하는 동작; (f) 상기 펌프가 상기 추가 시약 시퍼로부터 유체를 흡인하는 동작; (g) 상기 펌프가 상기 흡인된 추가 유체를 상기 추가 시약 시퍼로부터 상기 혼합 볼륨으로 전달하는 동작을 수행하는 기계 실행 가능 명령을 더 저장하거나 저장하도록 구성될 수 있고, 상기 추가 시약 시퍼는 (a) 동작에서의 일련의 시약 시퍼에 있는 것이 아니고, (e) 동작 내지 (g) 동작은 (b) 동작과 (c) 동작 사이에서 수행된다.
상기 시스템의 일부 구현예에서, 상기 시스템은 사전-혼합될 상이한 비중의 적어도 3개의 시약을 포함하는 시약 수용기를 더 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, (a) 2개 이상의 시약에 대한 시약 사전-혼합 동작을 수행하는 단계; b) 상기 펌프를 작동시켜 상기 흡인된 시약을 상기 혼합 볼륨 내로 및 밖으로 순환 이동시켜 상기 시약을 혼합하는 단계; 및 c) 상기 펌프를 작동시켜 상기 혼합된 시약을 목적 수용기로 토출하는 단계를 포함하는 방법이 제공될 수 있다. 상기 (a) 단계의 시약 사전-혼합 동작은 선택기 밸브에 명령하여 제1 시약을 선택하는 단계; 펌프를 작동시켜 상기 제1 시약의 일부를 상기 제1 수용기로부터 혼합 볼륨 내로 흡인하는 단계; 상기 선택기 밸브에 명령하여 제2 시약을 선택하는 단계; 및 상기 펌프를 작동시켜 상기 제2 시약의 일부를 제2 수용기로부터 상기 혼합 볼륨 내로 흡인하는 단계를 포함할 수 있다.
본 방법의 일부 구현예에서, 상기 혼합 볼륨은 구불구불한 채널을 포함하거나 또는 상기 구불구불한 채널일 수 있다.
상기 방법의 일부 구현예에서, 상기 목적 수용기는 서열 분석될 DNA를 포함할 수 있다.
상기 방법의 일부 구현예에서, 상기 (a) 단계의 시약 사전-혼합 동작은 상기 선택기 밸브에 명령하여 제3 시약을 선택하는 단계; 및 상기 펌프를 작동시켜 상기 제3 시약의 일부를 제3 수용기로부터 상기 혼합 볼륨 내로 흡인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법의 일부 구현예에서, 상기 (a) 단계의 시약 사전-혼합 동작은 (b) 단계를 수행하기 전에 적어도 하나의 상기 시약을 두 번 이상 선택하고 흡인하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법의 일부 구현예에서, 상기 (a) 단계의 사전-혼합 동작은 (b) 단계를 수행하기 전에 한 번 이상 반복될 수 있다.
본 방법의 일부 구현예에서, 상기 방법은 상기 제1 시약을 흡인하기 전에 상기 혼합 볼륨 내로 공기를 흡인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 방법으로서, 펌프를 작동시켜 가스를 혼합 볼륨 내로 흡인하는 단계; 선택기 밸브를 제어하여 분석 동작을 위한 복수의 액체 시약을 하나씩 선택하는 단계; 각각의 선택된 시약에 대해, 펌프를 작동시켜 상기 선택된 시약을 포함하는 각각의 수용기로부터 상기 선택된 시약을 구불구불한 혼합 볼륨 내로 흡인하는 단계; 상기 선택기 밸브를 제어하여 상기 구불구불한 혼합 볼륨을 목적 수용기에 유체 흐름 가능하게 연결하는 단계; 상기 펌프를 순환시켜 상기 시약을 상기 구불구불한 혼합 볼륨과 목적 수용기 사이에서 앞뒤로 이동시켜 상기 시약을 혼합하는 단계로서, 상기 목적 수용기는 상기 분석 동작에서 분석될 관심 있는 분석물을 포함하는, 상기 펌프를 순환시켜 시약을 혼합하는 단계; 및 상기 펌프를 작동시켜 상기 혼합된 시약을 상기 목적 수용기로 토출하는 단계를 포함하는 방법이 제공될 수 있다.
상기 방법의 일부 구현예에서, 본 방법은 상기 펌프를 순환시켜 상기 시약을 이동시키기 전에 각 시약을 두 번 이상 선택하고 흡인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법의 일부 구현예에서, 상기 펌프는 상기 펌프와 상기 시약 사이에 공기의 볼륨을 갖고 상기 시약을 순환적으로 이동시키는데 사용될 수 있다.
상기 방법의 일부 구현예에서, 상기 시약은 상이한 비중의 적어도 3개의 시약을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 설명된 주제의 하나 이상의 구현예의 세부 사항은 첨부된 도면 및 이하의 설명에서 제시된다. 다른 특징, 양태 및 장점은 상세한 설명, 도면 및 청구 범위로부터 명백해질 것이다. 다음 도면의 상대적 치수는 축척에 맞게 그려지지 않았을 수도 있다는 것이 주목된다.
본 발명의 이들 및 다른 특징, 양태 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 읽을 때 더 잘 이해될 수 있을 것이며, 도면에서 동일한 부호는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부분을 나타낸다.
도 1은 개시된 기술이 사용될 수 있는 예시적인 서열 분석 시스템의 개략도;
도 2는 도 1의 서열 분석 시스템의 예시적인 유체 시스템의 개략도;
도 3은 도 1의 서열 분석 시스템의 예시적인 처리 및 제어 시스템의 개략도;
도 4는 선택기 밸브를 갖는 시약 매니폴드의 일례의 사시도;
도 5는 도 4의 예시적인 매니폴드 및 밸브 배열의 평면도;
도 6a는 시약 및 샘플 템플릿을 흡인 및 혼합하기 위한 예시적인 배열의 개략도이고, 도 6b는, 하나의 예에서, 혼합 전에 시약 및 샘플 템플릿에 줄무늬가 생기는(striated) 방식을 도시한 도면;
도 7은 혼합될 시약이 개별적으로 혼합 볼륨 내로 흡인될 수 있는 일례의 개략도;
도 8은 혼합된 시약을 수용기로 토출하는 노즐 시퍼를 도시하는, 혼합된 시약 및 샘플 템플릿을 위한 예시적인 목적 수용기 용기(destination recipient vessel)의 개략 단면도;
도 9a 내지 도 9d는 시약들을 혼합하는데 사용될 수 있는 예시적인 노즐 시퍼를 도시한 도면;
도 10은 시약 및 샘플 템플릿을 흡인 및 혼합할 때 예시적인 사이클을 나타내는 그래프; 및
도 11은 시약 및 샘플 템플릿을 흡인 및 혼합하기 위한 예시적인 논리를 도시하는 흐름도.
도 1은 샘플의 성분, 성분 순서 및 일반적으로 구조를 결정하기 위해 서열 분석될 수 있는 분자 샘플을 처리하도록 구성된 서열 분석 시스템(10)의 일 구현예를 도시한다. 시스템은 생물학적 샘플을 수용하고 처리하는 기기(12)를 포함한다. 샘플 소스(14)는 많은 경우에 조직 샘플을 포함할 수 있는 샘플(16)을 제공한다. 샘플 소스는 예를 들어 인간, 동물, 미생물, 식물 또는 다른 기증자(환경 샘플을 포함함)와 같은 개인 또는 개체를 포함하거나, 또는 서열을 결정하는데 관심 있는 유기 분자를 포함하는 임의의 다른 개체를 포함할 수 있다. 이 시스템은 합성된 분자를 포함하는 유기체로부터 채취된 것 이외의 샘플과 함께 사용될 수 있다. 많은 경우에, 분자는 DNA, RNA를 포함하거나, 또는 궁극적인 관심인 특정 기능을 갖는 유전자 및 변종을 한정할 수 있는 서열을 갖는 염기쌍(base pair)을 갖는 다른 분자를 포함할 수 있다.
샘플(16)은 샘플/라이브러리 준비 시스템(18)에 도입된다. 이 시스템은 분석을 위해 샘플을 분리, 파괴 및 다른 방식으로 준비할 수 있다. 결과 라이브러리는 서열 분석 작업을 용이하게 하는 길이에 관심이 있는 분자를 포함한다. 이어서, 결과 라이브러리는 기기(12)에 제공되고, 여기서 서열 분석 작업이 수행된다. 실제로, 종종 템플릿이라고도 칭할 수 있는 라이브러리는 자동 또는 반자동 공정으로 시약과 결합되고 나서, 서열 분석 전에 흐름 셀에 도입된다. 일부 이러한 구현예에서, 라이브러리는 흐름 셀로 라우팅되기 전에 시약과 사전-혼합될 수 있으며, 예를 들어, 라이브러리는 아래에서 설명된 바와 같은 선택기 밸브 시스템을 통해 라우팅될 수 있으며, 흐름 셀로 이송되기 전에 목적 수용기에서 시약과 혼합될 수 있다.
도 1에 도시된 구현예에서, 기기는 샘플 라이브러리를 수신하는 흐름 셀 또는 어레이(20)를 포함한다. 흐름 셀은, 라이브러리의 분자 부착 및 서열 분석 작업 동안 검출될 수 있는 위치 또는 부위에서의 증폭을 포함하는, 서열 분석 화학 반응이 일어날 수 있는 하나 이상의 유체 채널을 포함한다. 예를 들어, 흐름 셀/어레이(20)는 위치 또는 부위에서 하나 이상의 표면에 고정된 서열 분석 템플릿을 포함할 수 있다. "흐름 셀"은 마이크로어레이, 나노어레이 등과 같은 패턴화된 어레이를 포함할 수 있다. 실제로, 위치 또는 부위는 지지체의 하나 이상의 표면 상에 규칙적인 반복 패턴으로, 복잡한 비 반복 패턴으로, 또는 랜덤한 배열로 배치될 수 있다. 서열 분석 화학 반응이 일어나기 위해 흐름 셀은 또한 반응, 플러싱(flushing) 등에 사용되는 예를 들어 다양한 시약, 완충액 및 다른 반응 매체를 포함하는 물질종을 도입할 수 있게 한다. 물질종은 흐름 셀을 통해 흐르고, 개별 부위에서 관심 있는 분자와 접촉할 수 있다.
이 기기에서, 흐름 셀(20)은 이동 스테이지(22) 상에 장착되고, 이동 스테이지는 이 구현예에서 참조 부호(24)로 지시된 바와 같이 하나 이상의 방향으로 이동될 수 있다. 예를 들어, 흐름 셀(20)은, 시약 및 다른 유체가 흐름 셀(20)로 전달되거나 또는 흐름 셀로부터 전달될 수 있도록, 이동 스테이지(22) 상의 포트 또는 시스템의 다른 구성 요소와 인터페이스할 수 있는 제거 가능하고 교체 가능한 카트리지의 형태로 제공될 수 있다. 스테이지는 서열 분석 동안 복사선 또는 광(28)을 흐름 셀로 향하게 할 수 있는 광학 검출 시스템(26)과 관련된다. 광학 검출 시스템은 흐름 셀의 부위에 배치된 분석물을 검출하기 위해 형광 현미경 방법과 같은 다양한 방법을 사용할 수 있다. 비 제한적인 예로서, 광학 검출 시스템(26)은 공초점 라인 스캐닝을 사용하여 점진적인 픽셀화된 이미지 데이터를 생성할 수 있는데, 이 이미지 데이터를 분석하면 흐름 셀에서 개별 부위를 찾고 각 부위에 가장 최근에 부착되거나 결합된 뉴클레오타이드의 유형을 결정할 수 있다. 하나 이상의 복사선 포인트를 샘플을 따라 스캐닝하는 기술 또는 "스텝 앤 슈팅(step and shoot)" 이미징 접근법을 사용하는 기술과 같은 다른 적절한 이미징 기술이 사용될 수도 있다. 광학 검출 시스템(26) 및 스테이지(22)는 영역 이미지를 얻는 동안 흐름 셀 및 검출 시스템을 정적 관계로 유지하도록 협력할 수 있고, 또는 언급된 바와 같이, 흐름 셀은 임의의 적합한 모드(예를 들어, 포인트 스캐닝, 라인 스캐닝, "스텝 앤 슈팅(step-and-shoot)" 스캐닝)에서 스캐닝될 수 있다.
많은 다른 기술이 부위에서 분자를 이미징하거나 또는 보다 일반적으로 검출하는데 사용될 수 있지만, 현재 고려되는 구현예는 형광 태그를 여기(excitation)시키는 파장에서 공초점 광학 이미징을 이용할 수 있다. 흡수 스펙트럼에 의해 여기된 태그는 방출 스펙트럼에 의해 형광 신호를 반환한다. 광학 검출 시스템(26)은, 이러한 신호를 캡처하고, 신호 방출 부위를 분석할 수 있게 하는 해상도로 픽셀화된 이미지 데이터를 처리하고, 결과 이미지 데이터(또는 이로부터 유도된 데이터)를 처리 및 저장하도록 구성된다.
서열 분석 작업에서, 사이클 동작 또는 공정은 예를 들어 단일 뉴클레오타이드 또는 올리고 뉴클레오타이드와 반응을 촉진하고 나서 후속 사이클을 준비할 때 플러싱, 이미징 및 디블록킹을 수행하는 자동화 또는 반자동화 방식으로 구현된다. 서열 분석을 위해 준비되고 흐름 셀 상에 고정된 샘플 라이브러리는 모든 유용한 정보를 라이브러리로부터 추출하기 전에 다수의 사이클을 거칠 수 있다. 광학 검출 시스템은 전자 검출 회로(예를 들어, 카메라 또는 이미징 전자 회로 또는 칩)를 사용하는 것에 의해 서열 분석 작업의 각 사이클 동안 흐름 셀(및 그 부위)을 스캔하는 것으로부터 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 이어서, 결과적인 이미지 데이터를 분석하면 이미지 데이터에서 개별 부위를 찾고, 예를 들어, 특정 위치에서 이미지 데이터 내 픽셀 그룹 또는 클러스터로 지시된, 특정 위치에서 검출된 광의 특정 컬러 또는 파장(특정 형광 태그의 특성 방출 스펙트럼)을 참조하여, 부위에 존재하는 분자를 분석하고 특성화할 수 있다. 예를 들어, DNA 또는 RNA 서열 분석 응용에서, 예를 들어, 4개의 공통 뉴클레오타이드는 구별 가능한 형광 방출 스펙트럼(광의 파장 또는 파장 범위)으로 표현될 수 있다. 각각의 방출 스펙트럼은 이 뉴클레오타이드에 대응하는 값으로 지정될 수 있다. 이 분석 및 각 부위에 대해 결정된 순환 값을 추적한 것에 기초하여, 개별 뉴클레오타이드 및 그 순서가 각 부위에 대해 결정될 수 있다. 그런 다음 이들 서열을 더 처리하면, 유전자, 염색체 등을 포함하는 더 긴 단편을 조립할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "자동화된" 및 "반자동화된"이라는 용어는 동작이 개시되면 또는 동작을 포함하는 공정이 개시되면 인간 상호 작용이 거의 없거나 또는 전혀 없는 시스템 프로그래밍 또는 구성에 의해 동작이 수행된다는 것을 의미한다.
도시된 구현예에서, 시약(30)은 밸브(32)를 통해 흐름 셀 내로 인입되거나 흡인된다. 밸브는 예를 들어 피펫 또는 시퍼(도 1에 도시되지 않음)를 통해 시약을 저장하는 수용기 또는 용기로부터 시약에 접근할 수 있다. 밸브(32)는 수행되는 규정된 동작 순서에 기초하여 시약을 선택할 수 있게 한다. 밸브는 흐름 경로(34)를 통해 흐름 셀(20)로 시약을 보내기 위한 명령을 더 수신할 수 있다. 배출 또는 유출 흐름 경로(36)는 사용된 시약을 흐름 셀로부터 보낸다. 도시된 구현예에서, 펌프(38)는 시스템을 통해 시약을 이동시키는 역할을 한다. 펌프는 시스템을 통해 시약 또는 다른 유체를 측정하는 것, 공기 또는 다른 유체를 흡인하는 등과 같은 다른 유용한 기능을 수행하는 역할을 할 수도 있다. 펌프(38)의 하류에 있는 추가 밸브(40)는 사용된 시약을 처분 용기 또는 수용기(42)에 적절하게 보낼 수 있게 한다.
기기는, 다양한 시스템 구성 요소의 동작을 명령하고, 센서로부터의 피드백에 의해 동작을 모니터링하고, 이미지 데이터를 수집하고, 이미지 데이터를 적어도 부분적으로 처리하는 것을 보조하는 회로 범위를 더 포함한다. 도 1에 도시된 구현예에서, 제어/감시 시스템(44)은 제어 시스템(46) 및 데이터 획득 및 분석 시스템(48)을 포함한다. 두 시스템은 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 디지털 처리 회로, 예를 들어, 마이크로프로세서, 멀티-코어 프로세서, FPGA, 또는 임의의 다른 적절한 처리 회로), 및 예를 들어, 하나 이상의 컴퓨터, 프로세서 또는 다른 유사한 논리 장치를 제어하여 특정 기능을 제공하는 기계 실행 가능 명령을 저장할 수 있는 관련된 메모리 회로(50)(예를 들어, 솔리드-스테이트 메모리 장치, 다이내믹 메모리 장치, 온-보드 및/또는 오프-보드 메모리 장치 등)를 포함할 수 있다. 응용 특정 또는 범용 컴퓨터는 제어 시스템 및 데이터 획득 및 분석 시스템을 적어도 부분적으로 구성할 수 있다. 제어 시스템은 기기의 예를 들어 유체, 광학, 스테이지 제어 및 임의의 다른 유용한 기능을 위한 명령을 처리하도록 구성된 (예를 들어, 프로그래밍된) 회로를 포함할 수 있다. 데이터 획득 및 분석 시스템(48)은 광학 검출 시스템과 인터페이스하며 광학 검출 시스템 또는 스테이지 또는 이들 둘 모두의 움직임 제어, 순환 검출을 위한 광의 방출, 반환된 신호의 수신 및 처리 등을 수행한다. 기기는, 기기의 제어 및 모니터링, 샘플의 이송, 자동화 또는 반자동화 서열 분석 작업의 론칭, 리포트의 생성 등을 가능하게 하는 조작자 인터페이스와 같이 참조 부호(52)에 지시된 바와 같은 다양한 인터페이스를 더 포함할 수 있다. 마지막으로, 도 1의 구현예에서, 외부 네트워크 또는 시스템(54)은 기기에 결합되고 기기와 협력하며 예를 들어 분석, 제어, 모니터링, 수리(servicing) 및 다른 동작을 수행할 수 있다.
단일 흐름 셀 및 유체 경로 및 단일 광학 검출 시스템이 도 1에 도시되어 있지만, 일부 기기에서는 하나를 초과하는 흐름 셀 및 유체 경로가 수용될 수 있다는 것이 주목된다. 예를 들어, 현재 고려되는 구현예에서, 서열 분석 및 처리량을 향상시키기 위해 2개의 이러한 배열이 제공된다. 실제로, 임의의 수의 흐름 셀 및 경로가 제공될 수 있다. 이들은 동일하거나 다른 시약 리셉터클, 처분 리셉터클, 제어 시스템, 이미지 분석 시스템 등을 사용할 수 있다. 제공되는 경우, 다중 유체 시스템은 개별적으로 제어되거나 조정된 방식으로 제어될 수 있다. "유체 연결된"이라는 어구는 본 명세서에서 "전기적으로 연결된"이라는 어구가 2개 이상의 구성 요소 간의 전기적 연결을 기술하는데 사용될 수 있는 것과 동일한 방식으로 서로 유체 흐름 가능하게 연통된 방식으로 이러한 구성 요소들을 배치하는 2개 이상의 구성 요소 사이의 연결을 기술하는데 사용될 수 있는 것으로 이해된다. "유체 흐름 가능하게 개재된"이라는 어구는 예를 들어 구성 요소의 특정 순서를 기술하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 구성 요소(B)가 구성 요소(A)와 구성 요소(C) 사이에 유체 흐름 가능하게 개재되면, 구성 요소(A)로부터 구성 요소(C)로 흐르는 유체는 구성 요소(C)에 도달하기 전에 구성 요소(B)를 통해 흐를 것이다.
도 2는 도 1의 서열 분석 시스템의 예시적인 유체 시스템을 도시한다. 도시된 구현예에서, 흐름 셀(20)은 서열 분석 작업 동안 유체 물질종(예를 들어, 시약, 완충액, 반응 매체)을 수용하기 위해 쌍으로 그룹화될 수 있는 일련의 경로 또는 레인(56A 및 56B)을 포함한다. 레인(56A)은 공통 라인(58)(제1 공통 라인)에 결합된 반면, 레인(56B)은 제2 공통 라인(60)에 결합된다. 바이패스 라인(62)은 또한 유체가 흐름 셀에 유입되지 않고 흐름 셀을 바이패스하도록 제공된다. 전술한 바와 같이, 일련의 용기 또는 수용기(64)는 서열 분석 작업 동안 이용될 수 있는 시약 및 다른 유체를 저장할 수 있다. 시약 선택기 밸브(66)는, 흐름 셀로 도입될 시약들 중 하나 이상을 선택하기 위해 모터 또는 액추에이터(도시되지 않음)에 기계적으로 결합될 수 있다. 선택된 시약은 유사하게 모터(도시 생략)를 포함하는 공통 라인 선택기 밸브(68)로 나아간다. 공통 라인 선택기 밸브는 명령을 받아서, 공통 라인(58 및 60) 중 하나 이상 또는 둘 모두의 공통 라인을 선택하여, 시약(64)이 제어된 방식으로 레인(56A) 및/또는 레인(56B)으로 흐르게 하거나, 또는 바이패스 라인(62)을 선택하여, 하나 이상의 시약이 바이패스 라인을 통해 흐르게 할 수 있다. 흐름 셀을 통해 공기를 인입하지 않고 모든 시약(및 액체)을 시약 선택기 밸브(및 공통 라인 선택기 밸브)에 프라이밍(prime)하는 능력, 흐름 셀과 독립적으로 시약 채널 및 시퍼의 세척(예를 들어, 자동 또는 반자동 세척)을 수행하는 능력, 및 시스템에서 진단 기능(예를 들어, 압력 및 볼륨 전달 테스트)을 수행하는 능력과 같은 다른 유용한 동작이 바이패스 라인에 의해 구현될 수 있다는 것이 주목될 수 있다.
사용된 시약은 흐름 셀과 펌프(38) 사이에 결합된 라인을 통해 흐름 셀을 빠져 나간다. 도시된 구현예에서, 펌프는 한 쌍의 주사기(70)를 갖는 주사기 펌프를 포함하고, 이 주사기는 액추에이터(72)에 의해 제어되고 이동되며 시약 및 다른 유체를 흡인하고 테스트, 검증 및 서열 분석 사이클의 다른 동작 동안 시약 및 유체를 토출한다. 펌프 조립체는 밸브, 계기, 액추에이터 등(도시되지 않음)을 포함하는 다양한 다른 부품 및 구성 요소를 포함할 수 있다. 도시된 구현예에서, 압력 센서(74A 및 74B)는 펌프의 입구 라인 상의 압력을 감지하는 반면, 압력 센서(74C)는 주사기 펌프에 의해 출력되는 압력을 감지하도록 제공된다.
시스템에 의해 사용되는 유체는 펌프로부터 사용된 시약 선택 밸브(76)로 들어간다. 이 밸브는 사용된 시약 및 다른 유체를 위한 다중 흐름 경로 중 하나의 흐름 경로를 선택할 수 있게 한다. 도시된 구현예에서, 제1 흐름 경로는 제1 사용된 시약 리셉터클(78)에 이르는 반면, 제2 흐름 경로는 유량계(80)를 통해 제2 사용된 시약 리셉터클(82)에 이른다. 사용된 시약에 따라, 처분을 위해 별개의 용기 내에 시약 또는 특정 시약을 수집하는 것이 유리할 수 있고, 사용된 시약 선택기 밸브(76)는 이러한 제어를 할 수 있다.
펌프 조립체 내의 밸브는 시약, 용매, 세정제, 공기 등을 포함하는 다양한 유체가 펌프에 의해 흡인되고 나서, 공통 라인, 바이패스 라인, 및 흐름 셀 중 하나 이상을 통해 주입 또는 순환될 수 있게 한다. 더욱이, 전술한 바와 같이, 현재 고려되는 구현예에서, 도 2에 도시된 유체 시스템의 2개의 병렬 구현예가 공통 제어 하에 제공된다. 유체 시스템 각각은 단일 서열 분석 기기의 일부일 수 있으며, 다른 흐름 셀 및 샘플 라이브러리에 병렬 서열 분석 작업을 포함하는 기능을 수행할 수 있다.
유체 시스템은 테스트, 검증, 서열 분석 등을 위한 규정된 프로토콜을 구현하는 제어 시스템(46)의 명령 하에 동작한다. 규정된 프로토콜은 미리 수립되고, 시약 흡인, 공기 흡인, 다른 유체 흡인, 시약, 공기 및 유체 토출 등과 같은 일련의 이벤트 또는 활동 동작을 포함할 수 있다. 프로토콜은 흐름 셀에서 발생하는 반응, 흐름 셀 및 그 부위의 이미징 등과 같은 다른 기기 동작과 이러한 유체 동작을 조정할 수 있게 한다. 도시된 구현예에서, 제어 시스템(46)은 펌프 액추에이터의 동작을 명령하도록 구성된 펌프 인터페이스(86)뿐만 아니라 밸브에 명령 신호를 제공하도록 구성된 하나 이상의 밸브 인터페이스(84)를 사용한다. 예를 들어 압력 센서(74A-C) 및 유량계(80)로부터 피드백을 수신하고 이러한 피드백을 처리하기 위해 다양한 입력/출력 회로(88)가 제공될 수도 있다.
도 3은 제어/감시 시스템(44)의 특정 기능 구성 요소를 도시한다. 도시된 바와 같이, 메모리 회로(50)는 테스트, 시운전, 문제 해결, 수리 및 서열 분석 작업 동안 실행되는 규정된 루틴을 저장한다. 많은 이러한 프로토콜 및 루틴이 메모리 회로에 구현되어 저장될 수 있으며, 이들은 때때로 업데이트되거나 변경될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이들은 다양한 밸브, 펌프 및 임의의 다른 유체 액추에이터를 제어할 뿐만 아니라 밸브, 흐름 센서 및 압력 센서와 같은 유체 센서로부터 피드백을 수신하고 처리하기 위한 유체 제어 프로토콜(90)을 포함할 수 있다. 스테이지 제어 프로토콜(92)은 예를 들어 이미징 동안 원하는 대로 흐름 셀을 이동시키는 것을 허용한다. 광학 제어 프로토콜(94)은 흐름 셀의 부분을 조명하고 처리를 위해 반환된 신호를 수신하기 위해 이미징 구성 요소에 명령을 발행하는 것을 허용한다. 이미지 획득 및 처리 프로토콜(96)은 서열 분석에 유용한 데이터를 추출하기 위해 적어도 부분적으로 이미지 데이터를 처리하는 것을 허용한다. 다른 프로토콜 및 루틴은 참조 부호(98)로 지시된 바와 같이 동일하거나 상이한 메모리 회로에 제공될 수 있다. 실제로, 메모리 회로는 휘발성 및 비 휘발성 메모리와 같은 하나 이상의 메모리 장치로서 제공될 수 있다. 이 메모리는 기기 내에 있을 수 있으며, 일부는 오프-보드(off-board)일 수 있다.
하나 이상의 프로세서(100)는 저장된 프로토콜에 액세스하여 이들 프로토콜을 기기 상에 구현한다. 전술한 바와 같이, 처리 회로는 애플리케이션 특정 컴퓨터, 범용 컴퓨터, 또는 임의의 적합한 하드웨어, 펌웨어 및 소프트웨어 플랫폼의 일부일 수 있다. 프로세서 및 기기의 동작은 조작자 인터페이스(101)를 통해 인간 조작자에 의해 명령될 수 있다. 조작자 인터페이스는 테스트, 시운전, 문제 해결 및 수리를 가능하게 할뿐만 아니라 기기에서 발생할 수 있는 임의의 문제를 리포트하게 할 수 있다. 조작자 인터페이스는 서열 분석 작업을 론칭하고 모니터링하는 것을 허용할 수도 있다.
도 4는 수용기로부터 시약 및 다른 유체를 인입하여 이들을 흐름 셀에 전달하는 역할을 하는 밸브 조립체를 도시한다. 밸브 조립체(102)는 시약 및 다른 유체를 위한 흐름 경로를 한정하는 채널이 형성된 매니폴드 구조체(104)를 포함한다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 밸브(66 및 68)는 모터(106 및 108)에 의해 구동 및 제어된다. 하나 이상의 모터 인터페이스 또는 연결부(110)는 모터에 및 모터로부터 전력 및 원하는 경우 신호를 제공한다. 전술한 바와 같이, 모터(및 이에 의해 밸브)는 서열 분석 작업 동안뿐만 아니라 테스트, 시운전 및 수리 동안 제어 회로에 의해 제어된다.
매니폴드 내 시약 및 유체 경로는 동작 동안 각각의 수용기(도시되지 않음)로부터 시약 및 다른 유체를 인입하는 시퍼(112)에 결합된다. 일반적으로 도 4에 참조 부호(114)로 나타낸 시약 및 유체를 위한 흐름 경로는, 상기 논의된 펌프가 시약 및 유체를 흡인하도록 명령을 받을 때 시약 및 유체가 시퍼로부터 밸브로 이동할 수 있도록 몰딩, 에칭 또는 임의의 다른 적절한 공정에 의해 형성될 수 있다. 시퍼들 중 적어도 하나의 시퍼는 서열 분석 작업 동안 (예를 들어, 반응 및 이미징 전에) 시약이 혼합되는 것을 돕기 위해 노즐 시퍼(116)로서 구성된다. 또한 혼합을 위해 시약 및 유체를 인입하고 이동시킬 수 있는 채널(118)로 구성된 혼합 볼륨이 도 4에 도시된다. 일부 구현예에서, 혼합 볼륨은 바이패스 라인(62)의 일부 또는 전부일 수 있다. 예를 들어, 시약은 원하는 시퀀스로 바이패스 라인(62) 내로 흡인될 수 있으나 시약이 (시약을 처분 용기로 라우팅할 수 있는) 바이패스 라인의 전체 길이를 횡단하지 않도록 흡인될 수 있다. 일단 바이패스 라인(또는 혼합 볼륨으로 기능하는 부분)이 시약의 원하는 시퀀스로 로딩되었다면, 시약이 도입된 바이패스 라인의 단부는, 바이패스 라인 내로 로딩된 시약의 전체 세트가 바이패스 라인 밖으로 그리고 목적 수용기 내로 되 방출될 수 있도록, 예를 들어, 목적 수용기로 향하는 흐름 경로에 유체 흐름 가능하게 연결되도록 밸브를 사용하여 스위칭될 수 있다. 다른 구현예에서, 혼합 볼륨은, 예를 들어, 목적 수용기, 예를 들어, 사전-혼합된 유체가 전달되는 목적 수용기, 또는 별개의 목적 수용기, 예를 들어, 선택된 시약을 전달하기 전에 완전히 비어 있는 목적 수용기일 수 있다.
도 5는 밸브 조립체(102)의 평면도이다. 여기서 다시, 매니폴드에서 밸브(66 및 68)를 볼 수 있고 이 밸브들은 시약 및 유체를 위한 흐름 경로에 결합된다. 시약 선택기 밸브(66)는 시퍼로부터 시약을 수용하고, 흡인된 유체를 공통 라인 선택기 밸브(68)로 보낸다. 혼합 채널(118)은 후술되는 바와 같이 시약을 혼합하기 위해 공통 라인 선택기 밸브에 결합된다. 또한 매니폴드를 시퍼에 결합시킬 수 있기 위해 매니폴드 내에 포트(120)가 제공된 것이 도 5에 도시된다. 포트(120)들 중 하나의 포트(참조 부호 122로 지시됨)는, 시약을 목적 수용기에 주입하고, 혼합을 위해 목적 수용기로부터 시약을 인입하기 위해 노즐 시퍼에 결합된다. 예를 들어 목적 수용기는 시약을 담기 위해 고안된 컨테이너, 튜브 또는 다른 용기일 수 있다. 목적 수용기는, 예를 들어, 시약 및/또는 다른 물질이, 예를 들어, 혼합에 의해 흐름 셀에 전달하도록 준비하기 위해 이송될 수 있는 일시적인 작업 볼륨으로 사용될 수 있다. 따라서 시약 및 다른 유체는 일단 목적 수용기에 준비되면 목적 수용기로부터 흐름 셀로 이송될 수 있다.
혼합을 위해 혼합 채널(118) 및 시약 유체 경로의 현재 고려되는 구현예가 도 6a에 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 혼합 채널(118)은 시약 선택기 밸브(66)의 출구에 결합된 공통 라인 선택기 밸브(68)에 결합된다. 혼합 채널(118)은 아래에 설명된 대로 시약 및 유체를 흡인 및 토출하기 위해 또한 펌프(38)에 결합된다. 도 6a에 도시된 구현예에서, 시약 수용기 또는 용기(124, 126, 128)는 시약(130, 132 및 134)을 각각 저장한다. 추가 또는 목적 수용기(136)는 이 예에서 사전-준비된 샘플 템플릿 또는 라이브러리(138)를 저장한다. 혼합 동작을 위해 시약(130, 132 및 134)은 사전-혼합되고 나서 템플릿(138)과 결합된다. 이러한 사전-혼합이 가능하기 위해 시약은 참조 부호 140으로 도 6a에 지시된 각각의 흐름 경로를 통해 혼합 채널(118) 내로 하나씩 흡인된다. 추가 흐름 경로(142)는 시약이 템플릿과 함께 목적 수용기(136)에 배치되도록 한다. 도시된 실시예에서, 혼합 채널(118)은 원하는 볼륨의 시약이 매니폴드의 상대적으로 콤팩트한 영역에서 흡인되고 혼합될 수 있게 하는 루프(144)를 갖는 구불구불한 내부 볼륨을 형성한다.
현재 고려되는 구현예에서, 시약(130, 132 및 134)은 혼합에 문제를 제기하는 상이한 유체 특성을 갖는다. 예를 들어, 시약의 밀도가 다르고, 시약의 점도와 오일 계면 장력 사이에 상당한 차이가 있을 수 있다. 현재 고려되는 구현예에서, 예를 들어, 점도는 약 1.5 cP 내지 50 cP에 이르고, 예를 들어, 25 ℃에서 2.4 cP인 반면, 오일 계면 장력은 약 5.0 내지 약 19.2 dyne/cm에 이른다. 대조적으로, 템플릿은 여전히 다른 밀도 및 더 낮은 점도(예를 들어, 25 ℃에서 1 cP 정도) 및 상이한 오일 계면 장력(예를 들어, 약 9.8 dyne/cm 정도)을 가질 수 있다. 도 6b는 혼합되지 않았을 때 목적 수용기(136)에서 시약 및 템플릿의 줄무늬를 도시한다. 도시된 구현예에서, 템플릿은 총 체적의 약 30%를 포함하는 반면, 시약(130)은 약 22%를 포함하고, 시약(132)은 약 42%를 포함하고, 시약(134)은 약 6%를 포함한다. 본 명세서에서, 용어 "약"은 지시된 값이 정확하지 않고 실제 값이 관련 동작을 실질적으로 변경시키지 않는 방식으로 지시된 값과 다를 수 있다는 것을 의미하는 것으로 의도된다.
시약 및 템플릿이 자동적으로 혼합되는 것이 가능하기 위해, 유체 시스템 및 그 제어부는 시약이 혼합 채널 내로 하나씩 선택적으로 흡인되고, 목적 수용기 내로 주입되고, 혼합을 위해 순환적으로 회수 및 재 주입되도록 한다. 도 7은 시약 흡인을 위해 현재 고려되는 기술을 도시한다. 도시된 바와 같이, 시약(130, 132 및 134)은 밸브(66)를 제어하는 것에 의해 하나씩 흡인된다. 시약을 혼합 채널로 향하게 하는 공통 라인 선택기 밸브에 의해, 각각의 시약의 수 개의 볼륨 세트가 참조 부호(146, 148, 150, 152 및 154)로 지시된 바와 같이 흡인된다. 혼합 동안 압력 스파이크를 감소시키기 위해, 펌프는 또한 시약을 흡인하기 전에 공기의 볼륨을 흡인할 수 있다. 공기 볼륨은 혼합 동안 양압 및 음압 스파이크를 제한하는 쿠션을 제공한다. 도 7에 도시된 구현예에서, 흡인된 공기는 시약 세트의 상부 좌측에 위치된다. 더욱이, 시약을 프라이밍, 세척 및 푸시하는 것을 돕는 액체 완충액이 흡인될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이 일단 흡인되면, 밸브를 제어하여, 펌프가 전술한 템플릿 수용기(136) 내에 사전-로딩된 템플릿(138) 내로 시약을 주입하게 할 수 있는데, 즉, 하나 또는 둘 모두의 선택기 밸브를 제어하여 혼합 볼륨 또는 혼합 채널, 예를 들어, 구불구불한 혼합 채널을 목적 수용기에 유체 흐름 가능하게 연결할 수 있다.
3개 이상의 시약을 목적 수용기에서 혼합하기 위해 선택할 수 있는 다른 기술에서, 혼합을 위해 선택된 시약들 중 적어도 2개는 혼합 채널 내로 하나씩 반복적으로 도입될 수 있는데, 여기서 혼합을 위해 선택된 적어도 하나의 다른 시약은 혼합 채널 내로 하나씩 반복적으로 도입되는 시약이 혼합 채널에 완전히 전달될 때까지 예비로 유지된다. 그후 예비된 시약은 모두 함께 혼합 채널에 추가될 수 있다. 예를 들어, 시약(A) 및 시약(B)이 혼합 채널 내로 하나씩 반복적으로 도입되고 나서 예비된 시약(C)이 뒤따르는 경우, 혼합 채널 내의 시약은 (예를 들어, 도 7과 관련하여 논의된 것과 유사한 기술로부터 초래될 수 있는) ABCABCABCABCABC와는 달리 일반적으로 ABABABABABC로서 층상화될 것이다. 이러한 기술은 일부 시약에 대해 원치 않는 반응 부산물이 발생하는 것을 방지하거나 또는 감소시키는 데 유리한 것으로 고려된다. 예를 들어, 예비된 시약은 하나의 특정 방식으로 다른 시약들 중 하나의 시약과 독립적으로 반응할 수 있지만, 다른 방식으로 다른 시약들 중 두 개 이상의 시약과 조합하여 반응할 수 있다. 후자는 시약이 완전히 혼합된 후에 발생할 수 있는 원하는 반응일 수 있는 반면, 전자는 시약이 여전히 상대적으로 층상화될 수 있고 바로 인접한 이웃 시약과만 혼합될 수 있을 때 사전-혼합 동안 발생할 수 있다. 다른 예에서, 예비된 시약은 혼합 채널의 구조를 형성하고 원치 않는 부산물을 생성하는 물질과 반응할 수 있다. 시약을 혼합 채널에 반복적으로 하나씩 도입하는데는 원하는 시약의 수와 각 시약의 양에 따라 수 분, 예를 들어, 5분, 10분, 15분 이상의 시간이 소요될 수 있으므로, 다른 시약이 혼합 채널에 하나씩 전달된 후까지 잠재적으로 귀찮은 시약을 도입하는 것을 예비하면 예비된 시약이 다른 시약 및 혼합 채널의 구조와 접촉할 때 소비하는 시간 기간을 현저하게 감소시킬 수 있어서 이에 의해 원치 않는 반응 부산물이 생성될 가능성을 감소시킬 수 있다. 물론, 이러한 구현예에서, 예비된 시약은 다른 시약이 이익을 얻을 수도 있는 사전-혼합으로부터 이익을 얻지 못할 수도 있지만, 원치 않는 반응 부산물을 감소시킬 가능성은 예비된 시약에 비해 사전-혼합의 손실량보다 더 클 수 있다. 특히, 예비된 시약이 더 낮은 점도 액체인 경우, 예비된 시약에 대해 사전-혼합의 손실량은 궁극적으로 거의 영향을 미치지 않을 수 있다.
채널 같은 혼합 볼륨, 예를 들어, 폭보다 길이가 훨씬 더 긴 (예를 들어, 폭보다 적어도 10X, 100X, 150X 내지 170X, 160X, 200X 또는 500X배 더 긴) 볼륨을 사용하면, 시약의 각 층 사이의 표면 대 표면 접촉 계면 영역을 감소시킴으로써 직렬로 전달된 시약이 채널 내에서 서로에 대해 상대적으로 층상화된 배열을 유지할 수 있다(시약은 액체이어서 시간에 따라 어느 정도 이 경계를 넘어 서로 확산될 수 있으므로 본 명세서에서 언급된 경계/접촉 계면 영역은 특성상 이론적인 것으로 이해되어야 하며; 이러한 이론적 영역을 감소시키면 확산 속도는 느려질 것이다). 게다가, 시약이 서로 다소 섞이지 않을 수 있는 경우, 예를 들어, 혼합 볼륨이 구형 형상이거나 폭 대 길이의 비가 더 크면, 혼합 볼륨으로 전달되는 다양한 시약 투여량이 혼합 볼륨 내에 부유하고 잠재적으로 이 동일한 시약의 초기 투여량과 재결합하여 채널형 혼합 볼륨에서 달성될 수 있는 층상화를 상실할 수 있다. 예를 들어, 길이가 약 360 mm이고 직경 또는 폭이 약 2.25 mm인 혼합 채널은 사전-혼합 공정 동안 전달된 시약에서 유리한 층상화를 제공할 수 있다. 일단 혼합 볼륨이 원하는 양의 다수의 시약 세트로 로딩되면, 혼합 볼륨의 내용물이 목적 수용기로 전달될 수 있다(혼합 볼륨 내의 유체의 일부분은 유체 시스템의 데드 볼륨(dead volume)으로 손실될 수 있고; 혼합 볼륨으로 전달되는 시약의 총 체적은 이러한 손실을 설명하기 위해 교정될 수 있다). 목적 수용기로 전달된 후에, 전달된 사전-혼합된 시약은 반복적으로 목적 수용기로부터 흡인되고 나서 목적 수용기로 되 토출되어 추가 혼합을 촉진할 수 있다. 일부 구현예에서, 사전-혼합된 (또는 사후-사전 혼합된) 시약은 목적 수용기로부터 흡인되고 나서, 목적 수용기로 되 토출되기 전에 혼합 볼륨 내로 되 당겨질 수 있다. 따라서, 이러한 구현예에서, 사전-혼합된 시약은 흡인/토출 혼합 동작 동안 반복적으로 혼합 볼륨 내로 및 밖으로 이동될 수 있다.
시약의 유체 특성에 상당한 차이가 있음에도 불구하고 노즐 시퍼와 함께 혼합 채널을 사용하면 목적 수용기에서 와동(vorticity)을 촉진하고 시약과 템플릿이 우수하게 혼합될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 더욱이, 이러한 구조 및 기술은 인간 상호 작용이 거의 없거나 전혀 없이 자동적으로 혼합될 수 있게 한다. 이들 기술에 사용하기 위한 예시적인 노즐 시퍼는 도 8 및 도 9a 내지 도 9c에 도시되어 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 노즐 시퍼는 그 길이를 따라 연장되는 중심 루멘(공동) 및 그 원위 단부에 팁(156)을 갖는 세장형 몸체를 갖는다. 이 위치에서 시퍼의 내부 직경을 줄이기 위해 팁에 노즐이 제공되면 시퍼를 통해 흡인되고 토출되는 유체의 속도를 증가시킬 수 있다. 도시된 구현예에서, 노즐은 시퍼의 원위 단부 또는 팁에 고정되는 삽입물(158)로서 형성된다. 캡, 기계 가공, 성형, 업셋된 영역 등과 같은 다른 구조물이 노즐을 형성할 수 있다.
도시된 구현예에서, 시퍼는 약 0.125 인치(3.175 mm)의 공칭 외부 직경(160) 및 0.020 인치 ±0.001 인치(0.508 mm)의 공칭 내부 직경(162)을 갖는다. 한편, 노즐은 0.010 인치 ±0.001 인치(0.254 mm)의 공칭 내부 직경(164)을 갖지만, 일부 구현예는 0.20 mm 내지 0.28 mm 범위에 이르는 노즐 내부 직경을 특징으로 할 수 있다. 물론, 원하는 혼합을 제공하기 위해 다른 크기 및 치수가 사용될 수 있다. 나아가, 도시된 구현예에서, 노즐 시퍼(116)는 수용기(138)의 바닥으로부터 약 2 ㎜의 높이(166)에 위치된다. 참조 부호(168)에 의해 지시된 바와 같이 시약이 수용기에 주입될 때, 도 8에 화살표(170)로 지시된 바와 같이, 노즐을 통해 이동하는 시약의 속도가 증가하는 것에 의해 수용기 내 와동이 향상되어, 수용기에서 혼합이 향상된다. 혼합된 시약은 참조 부호(172)에 지시된 바와 같이 수용기에서 상승될 수 있다.
도 9a는 노즐 시퍼의 원위 단부를 다소 상세하게 도시한다. 이 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 시퍼의 공칭 내부 직경(162)은 노즐 삽입물(158)에 의해 감소되는데, 이 경우에, 시퍼의 내부 직경의 대략 절반으로 감소된다(이 예에서, 노즐 삽입물은 관형 형상이다). 원위 단부의 현재 고려되는 형태는 도 9b, 도 9c, 도 9d에 가장 잘 도시되어 있다. 여기에 도시된 바와 같이, 노즐 시퍼는 4개의 면(facet)(174)을 포함하는 면상 하부 말단을 갖고, 노즐 시퍼 팁에 쐐기 형상의 외관을 제공한다. 시퍼는 중심선(176)을 갖고, 이 면들은 중심선(176)에 대하여 오프셋되거나 편심된 정점(178)에서 만난다. 원위 단부의 이 기하학적 구조는 시퍼가 수용기로 하강될 때 또는 수용기가 시퍼 주위로 상승될 때 수용기가 드래그되거나 또는 스크래핑되는 것을 감소시키거나 피하게 한다. 그러나, 도시된 구현예에서, 삽입물은 팁의 윤곽(예를 들어, 하나 이상의 각진 면)과 일치하는 하부 윤곽을 갖는다는 것을 알 수 있다. 다시 말해, 삽입물은 노즐 시퍼의 원위 단부의 면상 또는 쐐기 형상과 형상 호환될 수 있다. 더욱이, 현재 고려되는 구현예에서, 시퍼 및 노즐은 폴리에테르에테르케톤(PEEK)과 같은 엔지니어링 플라스틱으로 만들어지는 것이 주목될 수 있다. 이러한 물질은 공정에 사용되는 시약 및 임의의 용매에 화학적 내성을 제공할 수 있다.
도 10은 시약 및 샘플 템플릿을 흡인, 혼합 및 토출하는 예시적인 사이클을 나타내는 그래프인 반면, 도 11은 시약 및 샘플 템플릿을 흡인 및 혼합하는 예시적인 논리를 도시하는 흐름도이다. 도 10에서, 흡인, 혼합 및 토출 사이클은 참조 부호(180)로 지정되고, 펌프에 의해 인가된 압력은 축(182)으로 지정되고, 사이클의 시간은 축(184)으로 지정된다. 음압은 하나 이상의 시약의 흡인을 나타내는 반면, 양압은 토출을 나타낸다. 공정은, 후술되는 바와 같이, "이송" 시퀀스(186) 및 이어서 "혼합" 시퀀스(196)를 포함하는 것으로 고려될 수 있다.
도 11의 흐름도에 따라, 제어 논리(204)는 이전의 시약 혼합물을 라우팅할 수 있는 흐름 경로로부터 기존의 액체를 제거하기 위해 206에서 공기를 흡인하기 시작할 수 있다. 예를 들어, 시약 선택기 밸브(66)와 목적 수용기(136)를 링크시키는 흐름 경로(142) 내에 남아 있는 임의의 잔존 액체는 공기로 흡인되어 (즉, 액체가 공기로 대체되어) 흐름 경로(142)를 통해 목적 수용기로 이후 이송되는 시약의 임의의 새로운 혼합물은 잔존 액체와 함께 섞이지 않을 수 있다. 그 후, 이송 시퀀스는 도 11의 참조 부호(208)로 지시된 바와 같이 프라이밍 시퀀스(priming sequence)에서 시작될 수 있다. 이러한 프라이밍 시퀀스는 도 10의 참조 부호(188)로 집합적으로 지시된 일련의 음압 또는 흡인 이벤트로 지시된다. 일반적으로 이러한 이벤트는 시약을 시스템으로 처음 인입시키는 것을 허용한다. 다소 상세하게는, 도 11을 참조하면, 완충액은 참조 부호(210)에서 지시된 바와 같이 흡인될 수 있다. 이 완충액은 시약에 대해 비 반응성 또는 상대적으로 불활성이 되도록 선택된 액체를 포함할 수 있고, 적어도 부분적으로 펌프와 시약 사이에서 연장되는 비압축성 작동 유체로서 사용되어, 원하는 경우 이후 단계에서 시약을 혼합 볼륨 내로 보다 정확한 계량을 허용할 수 있다. 그 후, 제1 시약은 도 11에서 212로 지시된 바와 같이 프라이밍 이벤트에서 흡인되고 나서, 214에서 최종 시약을 흡인하는 것을 통해 임의의 수의 다른 시약이 흡인될 수 있다. 현재 고려되는 구현예에서, 예를 들어, 3개의 이러한 시약이 프라이밍 시퀀스로 흡인된다.
도 11에 도시된 논리에서, 혼합될 시약은 이후 이송 시퀀스(218)에서 흡인된다. 이송 시퀀스는 참조 부호(220)에서 지시된 바와 같이 제1 시약을 흡인하고 나서 참조 부호(222)에서 지시된 바와 같이 최종 시약이 흡인될 때까지 각 추가 시약을 하나씩 흡인하는 것으로 이어진다. 이전과 같이, 현재 고려되는 구현예에서 3개의 시약이 이 시퀀스로 흡인된다. 전술한 바와 같이, 현재 고려되는 구현예에서, 다수의 세트의 시약이 시약의 시퀀스를 생성하기 위해 상대적으로 소량으로 흡인되어, 사전-혼합을 촉진한다. 따라서, 참조 부호(224)에서 논리는 모든 세트의 시약이 흡인되었는지 여부를 결정할 수 있고, 만약 그렇지 않으면 추가 세트를 계속 흡인하기 위해 참조 부호(220)로 돌아간다. 또한 현재 고려되는 구현예에서, 모든 세트는 혼합을 위해 선택된 모든 시약을 포함하지만, 반드시 그럴 필요는 없다는 것이 주목될 수 있다. 더욱이, 다양한 체적 또는 양의 시약이 다양한 세트에서 흡인될 수 있다. 일단 모든 시약이 흡인되면, 제어는 이송 시퀀스를 지나 진행할 수 있다. 이송 시퀀스는 도 10에서 참조 부호(190)로 집합적으로 지시된 음압 이벤트로 도시된다.
도 11에 도시된 바와 같이 및 도 10의 별개의 음압(및 양압) 이벤트로부터 명백한 바와 같이, 시약 또는 사전-혼합된 시약의 각각의 연속 흡인(또는 토출)은 펌프뿐만 아니라 전술한 밸브들 중 하나 이상의 밸브를 제어하는 것을 포함한다. 즉, 개별 시약을 흡인하기 위해, 시약 선택기 밸브는 선택된 시약의 대응하는 수용기를 위한 시퍼로 음압을 보내도록 시프트(shifted)될 수 있다. 펌프는 유사하게 시약(또는 공기 또는 완충액 또는 템플릿)을 인입하고 규정된 프로토콜에 따라 흡인된 유체를 보내도록 명령을 받을 수 있다. 이 혼합 프로토콜은 미리 결정되어 전술한 메모리 회로에 저장되고, 또한 메모리 회로에 한정된 서열 분석 작업에 기초하여 자동 또는 반자동 방식으로 수행될 수 있다. 이러한 프로토콜은 적절한 인터페이스 회로를 통해 밸브 및 펌프의 동작을 명령하는 처리 및 제어 회로에 의해 실행된다.
일단 모든 시약이 흡인되면, 흡인된 유체는 도 11에서 참조 부호(226)로 지시된 바와 같이 목적 수용기로 토출될 수 있다. 전술한 바와 같이, 현재 고려되는 구현예에서, 이것은 노즐을 통해 시약의 속도가 증가되고 이에 목적 수용기 내에 와동이 생성되는 것에 의해 혼합이 시작되는 노즐 시퍼를 통해 이루어진다. 목적 수용기로 이러한 토출은 도 10에서 양압 이벤트(192)로 지시된다. 특정 구현예에서, 흡인은 도 11에서 참조 부호(228)로 지시된 바와 같이 추가로 수행될 수 있다. 이후, 흡인된 시약이 목적 수용기로 토출될 수 있다. 이 시퀀스 후에 (예를 들어, 바이패스 라인, 혼합 채널, 템플릿 채널 및 시퍼로부터 가능한 한 많은 액체를 제거하기 위해) 도 11에서 참조 부호(230)로 지시된 바와 같이 공기를 흡인하고 도 10에서 음압 이벤트(194)가 일어나는 일이 이어질 수 있다. 또한, 일부 구현예에서, 노즐 시퍼 또는 수용기, 또는 이들 둘 모두는 줄무늬 있는 샘플 및 시약이 혼합되는 것을 더 돕기 위해 흡인 및 토출 동안 다른 것에 대해 (예를 들어, 수직으로) 이동될 수 있다는 것이 주목될 수 있다.
전술한 동작에 의해 혼합 볼륨 또는 채널에서 흡인 및 부분적인 사전-혼합 후에, 노즐 시퍼를 통해 채널과 목적 수용기 사이에서 및 채널 내에서 시약을 반복적으로 이동시키는 것에 의해 혼합이 수행된다. 이를 위해, 혼합 시퀀스(234)에서 일련의 혼합 사이클이 구현된다. 이 시퀀스에서, 결합된 시약 및 템플릿은 (236)에서 흡인되고, (238)에서 목적 수용기로 되 토출된다. 논리는 이들 모든 원하는 혼합 사이클이 참조 부호(240)에서 수행되었는지 여부를 반복적으로 결정하고, 이러한 모든 사이클이 완료될 때까지 계속된다. 도 10의 그래프에서, 사이클은 참조 부호(198)로 집합적으로 지시된다. 볼 수 있는 바와 같이, 각각은 상대적으로 짧은 음압 이벤트 이후에 비교적 짧은 양압 이벤트를 포함한다. 이러한 이벤트는 결합된 시약과 템플릿을 노즐 시퍼를 통해 혼합 볼륨 또는 채널 내로 효과적으로 흡인하고, 점진적으로 혼합된 시약과 템플릿을 노즐을 통해 목적 수용기로 반환한다. 현재 고려된 구현예에서, 임의의 원하는 체적이 이 공정에서 변위될 수 있지만, 약 2,000㎕는 각 혼합 사이클에서 목적 수용기로부터 흡인되고 나서 목적 수용기로 토출되지만, 다른 구현예에서는 사용된 흐름 셀의 크기에 따라 약 500㎕ 또는 1500㎕를 분배할 수 있다. 혼합 공정의 종료 시, 서열 분석 작업으로 진행하기 위해 혼합된 시약과 템플릿이 목적 수용기로 반환될 수 있다.
본 명세서 및 청구 범위에서 만약 있다면 서수 지시자, 예를 들어, (a), (b), (c) ... 등을 사용하는 것은, 이러한 순서 또는 시퀀스가 명시적으로 지시된 것을 제외하고 임의의 특정 순서 또는 시퀀스를 나타내지 않는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, (ⅰ), (ⅱ) 및 (ⅲ)으로 표시된 3개의 단계가 있는 경우, 달리 지시되지 않는 한, 이들 단계는 임의의 순서로 (또는 금기하지 않으면 심지어 동시에) 수행될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 단계 (ⅱ)가 단계 (ⅰ)에서 생성된 요소의 처리를 포함한다면, 단계 (ⅱ)는 단계 (ⅰ) 후의 어떤 시점에서 일어나는 것으로 볼 수 있다. 유사하게, 단계 (ⅰ)가 단계 (ⅱ)에서 생성된 요소의 처리를 포함한다면, 그 반대로 이해되어야 한다.
또한 "~를 위한", 예를 들어, "2개의 흐름 경로 사이를 스위칭하기 위한 밸브" 를 사용한다는 것은 "~하도록 구성된", "예를 들어, "두 개의 흐름 경로 사이를 스위칭하도록 구성된 밸브" 등으로 "구성된 밸브"와 같은 언어로 대체될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
"약", "대략", "실질적으로", "공칭" 등과 같은 용어는, 양 또는 유사한 정량화 가능한 특성과 관련하여 사용될 때, 달리 명시되지 않는 한, 제시된 값의 ±10% 이내의 값을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 열거된 청구범위에 더하여, 다음의 추가적인 구현예는 본 명세서의 범위 내에 있는 것으로 이해되어야 한다:
구현예 1: 시스템으로서, 관심 있는 분석물을 지지하기 위한 흐름 셀; 상기 흐름 셀에 결합되고 분석 동작을 위한 복수의 시약을 선택하기 위한 선택기 밸브; 상기 흐름 셀 및 바이패스 라인에 결합되고 분석 동작 동안 상기 흐름 셀을 통해 및 시약 혼합 동작 동안 상기 바이패스 라인을 통해 유체를 변위시키기 위한 펌프; 상기 바이패스 라인과 유체 흐름 가능하게 연통하는 혼합 볼륨; 및 상기 선택기 밸브 및 상기 펌프에 결합되고, 상기 선택기 밸브에 명령하여 혼합될 시약을 선택하고, 상기 펌프에 명령하여 상기 선택된 시약을 각각의 수용기로부터 상기 혼합 볼륨 내로 하나씩 흡인하고, 상기 흡인된 시약을 혼합 볼륨 내에서 순환적으로 이동시켜 상기 시약을 혼합하고, 상기 혼합된 시약을 목적 수용기로 토출하는 제어 회로를 포함하는 시스템.
구현예 2: 구현예 1에 있어서, 상기 혼합 볼륨은 구불구불한 채널을 포함하는, 시스템.
구현예 3: 구현예 1에 있어서, 상기 목적 수용기는 서열 분석될 DNA를 포함하는, 시스템.
구현예 4: 구현예 1에 있어서, 상기 펌프는 주사기 펌프를 포함하는, 시스템.
구현예 5: 구현예 1에 있어서, 상기 시약을 흡인하기 전에 상기 펌프가 공기를 흡인할 수 있게 하는 밸브를 포함하는, 시스템.
구현예 6: 구현예 5에 있어서, 상기 펌프는 상기 펌프와 상기 흡인된 시약 사이에 공기의 볼륨을 갖고 상기 흡인된 시약을 순환적으로 이동시키는, 시스템.
구현예 7: 구현예 1에 있어서, 상기 시약은 상이한 비중의 적어도 3개의 시약을 포함하는, 시스템.
구현예 8: 선택기 밸브에 명령하여 제1 시약을 선택하는 단계; 펌프를 작동시켜 상기 제1 시약을 제1 수용기로부터 혼합 볼륨 내로 흡인하는 단계; 상기 선택기 밸브에 명령하여 제2 시약을 선택하는 단계; 상기 펌프를 작동시켜 상기 제2 시약을 제2 수용기로부터 상기 혼합 볼륨 내로 흡인하는 단계; 상기 펌프를 작동시켜 상기 흡인된 시약을 상기 혼합 볼륨 내에서 순환적으로 이동시켜 상기 시약을 혼합하는 단계; 및 상기 펌프를 작동시켜 상기 혼합된 시약을 목적 수용기로 토출하는 단계를 포함한다.
구현예 9: 구현예 8에 있어서, 상기 혼합 볼륨은 구불구불한 채널을 포함하는, 방법.
구현예 10: 구현예 8에 있어서, 상기 목적 수용기는 서열 분석될 DNA를 포함하는, 방법.
구현예 11: 구현예 8에 있어서, 상기 펌프를 작동시켜 상기 흡인된 시약을 순환적으로 이동시키기 전에, 상기 선택기 밸브에 명령하여 제3 시약을 선택하는 단계; 및 상기 펌프를 작동시켜 제3 시약을 제3 수용기로부터 상기 혼합 볼륨 내로 흡인하는 단계를 포함하는, 방법.
구현예 12: 구현예 11에 있어서, 상기 펌프를 작동시켜 상기 흡인된 시약을 순환적으로 이동시키기 전에 적어도 하나의 상기 시약을 두 번 이상 선택하고 흡인하는 단계를 포함하는, 방법.
구현예 13: 구현예 12에 있어서, 상기 펌프를 작동시켜 상기 흡인된 시약을 순환적으로 이동시키기 전에, 모든 상기 시약을 두 번 이상 선택하고 흡인하는 단계를 포함하는, 방법.
구현예 14: 구현예 8에 있어서, 상기 제1 시약을 흡인하기 전에 상기 혼합 볼륨 내로 공기를 흡인하는 단계를 포함하는, 방법.
구현예 15: 구현예 14에 있어서, 상기 제1 시약은 상기 혼합 볼륨 내로 흡인 또는 이동하는 동안 상기 시약 내로 공기가 진입하는 것을 피하는 메니스커스(meniscus)를 제공하도록 선택되는, 방법.
구현예 16: 방법으로서, 펌프를 작동시켜 혼합 볼륨 내로 가스를 흡인하는 단계; 선택기 밸브에 명령하여 분석 동작을 위한 복수의 시약을 하나씩 선택하는 단계; 각각의 선택된 시약에 대해, 펌프를 작동시켜 상기 선택된 시약을 각각의 수용기로부터 구불구불한 혼합 볼륨 내로 흡인하는 단계; 상기 펌프를 순환시켜 상기 혼합 볼륨 내에서 상기 시약을 이동시켜 상기 시약을 혼합하는 단계; 및 상기 펌프를 작동시켜 상기 혼합된 시약을, 상기 분석 동작에서 분석될 관심 대상 분석물을 포함하는 목적 수용기로 토출하는 단계를 포함하는, 방법.
구현예 17: 구현예 16에 있어서, 상기 펌프를 순환시켜 상기 시약을 이동시키기 전에 각 시약을 두 번 이상 선택하고 흡인하는 단계를 포함하는, 방법.
구현예 18: 구현예 17에 있어서, 선택되고 흡인된 제1 시약은 상기 혼합 볼륨 내로 흡인 또는 이동하는 동안 상기 시약 내로 공기가 진입하는 것을 피하는 메니스커스를 제공하도록 선택되는, 방법.
구현예 19: 구현예 16에 있어서, 상기 펌프는 상기 펌프와 상기 흡인된 시약 사이에 공기의 볼륨을 갖고 상기 흡인된 시약을 순환적으로 이동시키는, 방법.
구현예 20: 구현예 16에 있어서, 상기 시약은 상이한 비중의 적어도 3개의 시약을 포함하는, 방법. 상기 개념의 모든 조합은 (이러한 개념이 상호 상반되지 않는 한) 본 명세서에 개시된 발명 주제의 일부인 것으로 고려되는 것으로 이해된다. 특히, 본 명세서의 끝에 제시되는 청구범위의 모든 조합은 본 명세서에 개시된 발명 주제의 일부인 것으로 고려된다. 또한, 본 명세서에 병합된 임의의 문헌에 제시될 수 있는 본 명세서에 명시적으로 사용된 용어는 본 명세서에 개시된 특정 개념과 가장 부합되는 의미로 제공되어야 하는 것으로 이해된다.

Claims (20)

  1. 시스템으로서,
    분석 시스템에서 관심 있는 분석물을 지지하기 위한 흐름 셀과 유체 흐름 가능하게 연결되는 흐름 경로;
    상기 흐름 경로에 유체 흐름 가능하게 결합되고 분석 동작을 위한 복수의 시약 시퍼(reagent sipper) 간을 선택하기 위한 선택기 밸브;
    상기 흐름 경로와는 별개인 바이패스 라인으로서, 상기 바이패스 라인의 일부는 혼합 볼륨으로서 기능하는, 상기 바이패스 라인;
    상기 바이패스 라인과 유체 흐름 가능하게 연결되고 시약 사전-혼합 동작 동안 상기 바이패스 라인을 통해 유체를 변위시키기 위한 펌프; 및
    상기 선택기 밸브 및 상기 펌프에 동작 가능하게 결합된 제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는 하나 이상의 프로세서 및 기계 실행 가능 명령을 저장하는 메모리를 포함하고, 상기 기계 실행 가능 명령은, 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 하나 이상의 프로세서를 제어하여,
    a) 상기 선택기 밸브가 사전-혼합될 시약과 관련된 일련의 시약 시퍼 간을 선택하는 동작;
    b) 상기 펌프가 상기 선택된 시약 시퍼 각각으로부터 유체를 흡인하고, 대응하는 선택된 시약 시퍼로부터 흡인된 유체를 상기 혼합 볼륨 내로 하나씩 전달하는 동작;
    c) 상기 펌프가 (b) 동작으로부터 초래된 상기 혼합 볼륨 내의 상기 흡인된 유체를 목적 수용기 시퍼를 통해 분배하는 동작; 및
    d) 상기 펌프가 상기 흡인된 유체를 상기 혼합 볼륨 내로 및 밖으로 순환적으로 이동시켜 상기 유체를 더 혼합하고 상기 목적 수용기 시퍼를 통해 이동시키는 동작을 수행하게 하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 혼합 볼륨은 구불구불한 채널을 포함하는, 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 목적 수용기 시퍼를 통해 토출된 유체를 수용하도록 위치된 목적 수용기를 더 포함하고, 상기 목적 수용기는 서열 분석될 DNA를 포함하는, 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 펌프는 주사기 펌프를 포함하는, 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 선택기 밸브는 상기 유체를 상기 선택된 시약 시퍼로부터 상기 혼합 볼륨으로 전달되기 전에 상기 펌프가 상기 혼합 볼륨 내로 공기를 흡인할 수 있게 하는, 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 메모리는, 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 하나 이상의 프로세서를 더 제어하여, 상기 펌프와 상기 유체 사이에 포획된 공기의 볼륨을 유지하면서 상기 펌프가 상기 흡인된 유체를 상기 혼합 볼륨 내로 및 밖으로 순환적으로 이동시키게 하는 기계 실행 가능 명령을 더 저장하는, 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 메모리는, 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 하나 이상의 프로세서를 더 제어하여, 상기 분석 동작을 위해 (c) 또는 (d) 동작을 수행하기 전에 (b) 동작을 한 번 이상 반복하게 하는 기계 실행 가능 명령을 더 저장하는, 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 메모리는, 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 하나 이상의 프로세서를 더 제어하여,
    (e) 상기 선택기 밸브가 추가 시약과 관련된 추가 시약 시퍼를 선택하는 동작;
    (f) 상기 펌프가 상기 추가 시약 시퍼로부터 유체를 흡인하는 동작;
    (g) 상기 펌프가 상기 흡인된 추가 유체를 상기 추가 시약 시퍼로부터 상기 혼합 볼륨으로 전달하는 동작을 수행하게 하는 기계 실행 가능 명령을 더 저장하고, 상기 추가 시약 시퍼는 (a) 동작에서의 일련의 시약 시퍼에 있는 것이 아니고, (e) 동작 내지 (g) 동작은 (b) 동작과 (c) 동작 사이에서 수행되는, 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 사전-혼합될 상이한 비중의 적어도 3개의 시약을 포함하는 시약 수용기를 더 포함하는 시스템.
  10. 방법으로서,
    a) 2개 이상의 시약에 시약 사전-혼합 동작을 수행하는 단계로서;
    선택기 밸브에 명령하여 제1 시약을 선택하는 단계;
    펌프를 작동시켜 상기 제1 시약의 일부를 상기 제1 수용기로부터 혼합 볼륨 내로 흡인하는 단계;
    상기 선택기 밸브에 명령하여 제2 시약을 선택하는 단계; 및
    상기 펌프를 작동시켜 상기 제2 시약의 일부를 제2 수용기로부터 상기 혼합 볼륨 내로 흡인하는 단계를 포함하는, 상기 2개 이상의 시약에 시약 사전-혼합 동작을 수행하는 단계;
    b) 상기 펌프를 작동시켜 상기 흡인된 시약을 상기 혼합 볼륨 내로 및 밖으로 순환적으로 이동시켜 상기 시약을 혼합하는 단계; 및
    c) 상기 펌프를 작동시켜 상기 혼합된 시약을 목적 수용기로 토출하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 혼합 볼륨은 구불구불한 채널을 포함하는, 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 목적 수용기는 서열 분석될 DNA를 포함하는, 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 (a) 단계는 상기 선택기 밸브에 명령하여 제3 시약을 선택하는 단계; 및 상기 펌프를 작동시켜 상기 제3 시약의 일부를 제3 수용기로부터 상기 혼합 볼륨 내로 흡인하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 (a) 단계는 (b) 단계를 수행하기 전에 상기 시약들 중 적어도 하나의 시약을 두 번 이상 선택하고 흡인하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 (b) 단계를 수행하기 전에 상기 (a) 단계를 한 번 이상 반복하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  16. 제10항에 있어서, 상기 제1 시약을 흡인하기 전에 공기를 상기 혼합 볼륨 내로 흡인하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 방법으로서,
    펌프를 작동시켜 가스를 혼합 볼륨 내로 흡인하는 단계;
    선택기 밸브를 제어하여 분석 동작을 위한 복수의 액체 시약을 하나씩 선택하는 단계;
    각각의 선택된 시약에 대해, 펌프를 작동시켜 상기 선택된 시약을 포함하는 각각의 수용기로부터 상기 선택된 시약을 구불구불한 혼합 볼륨 내로 흡인하는 단계;
    상기 선택기 밸브를 제어하여 상기 구불구불한 혼합 볼륨을 목적 수용기에 유체 흐름 가능하게 연결하는 단계;
    상기 펌프를 순환시켜 상기 시약을 상기 구불구불한 혼합 볼륨과 목적 수용기 사이에서 앞뒤로 이동시켜 상기 시약을 혼합하는 단계로서, 상기 목적 수용기는 상기 분석 동작에서 분석될 관심 있는 분석물을 포함하는, 상기 펌프를 순환시켜 시약을 혼합하는 단계; 및
    상기 펌프를 작동시켜 상기 혼합된 시약을 상기 목적 수용기로 토출하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 펌프를 순환시켜 상기 시약을 이동시키기 전에 각 시약을 두 번 이상 선택하고 흡인하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 펌프는 상기 펌프와 상기 시약 사이에 공기의 볼륨을 갖고 상기 시약을 순환적으로 이동시키는, 방법.
  20. 제17항에 있어서, 상기 시약은 상이한 비중의 적어도 3개의 시약을 포함하는, 방법.
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