KR20210093982A

KR20210093982A - 카트리지의 능동적 가온을 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20210093982A
Application number: KR1020217018764A
Authority: KR
Inventors: 커크패트릭 더블유. 노튼
Original assignee: 일루미나, 인코포레이티드
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2021-07-28
Also published as: CN112654429A; CA3121127C; EP3807007A1; CA3121127A1; IL283527A; AU2019386853A1; US20210129153A1; SG11202012801QA; EP3807007A4; JP2022510221A; WO2020112550A1; JP7377267B2

Abstract

하나 이상의 능동 가온 요소들을 갖는 카트리지를 구성 및 활용하기 위한 디바이스들, 시스템들, 및 방법들이 본 명세서에 기재되어 있다. 카트리지는 하우징, 능동 가온 요소, 및 전원 커넥터를 포함할 수 있다. 하우징은 내부에 일정 체적의 시약을 저장하는 챔버를 한정할 수 있다. 능동 가온 요소는 하우징 내에 매립되고 챔버에 근접하게 위치될 수 있다. 전원 커넥터는 하우징에 결합되고 하우징 내에 매립된 능동 가온 요소에 전기적으로 결합될 수 있다. 능동 가온 요소는 전원 커넥터에 전력을 제공하는 것에 응답하여 챔버 내의 일정 체적의 시약을 해동시키기 위한 것이다.

Description

카트리지의 능동적 가온을 위한 시스템 및 방법

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2018년 11월 30일자로 출원된 가특허 출원 제62/773,737호의 출원일의 35 U.S.C. § 119(e) 하에서의 이익을 주장하며, 이의 개시내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다.

다양한 생화학적 프로토콜들은 지지 표면 상에서 또는 지정된 반응 챔버 내에서 다수의 제어된 반응들을 수행하는 것을 포함한다. 제어된 반응들은 생물학적 샘플을 분석하거나 또는 후속 분석을 위한 생물학적 샘플을 제조하도록 수행될 수 있다. 분석은 반응들에 수반되는 화학물질의 속성들을 식별하거나 나타낼 수 있다. 예를 들어, 어레이-기반의, 순환 서열분석 검사(예컨대, 합성에 의한 서열분석(sequencing-by-synthesis, SBS))에서, DNA 특징부들의 밀집된 어레이(예컨대, 템플릿 핵산)는 효소 조작의 반복적 사이클들을 통해 서열분석된다. 각각의 사이클 후에, 이미지가 캡처되고 후속적으로 다른 이미지들과 함께 분석되어 DNA 특징부들의 염기서열을 결정할 수 있다. 다른 생화학적 검사에서, 식별가능한 표지(예컨대, 형광 표지)를 갖는 미지의 분석물은 어레이 내의 사전결정된 주소를 갖는 알려진 프로브들의 어레이에 노출될 수 있다. 프로브들과 미지의 분석물 간에 일어나는 화학 반응들을 관찰하는 것은 분석물의 속성들을 식별하거나 또는 나타내는데 도움을 줄 수 있다.

하나 이상의 능동 가온 요소들을 갖는 카트리지를 구성 및 활용하기 위한 디바이스들, 시스템들, 및 방법들이 본 명세서에 기재되어 있다. 일 구현예는 하우징, 능동 가온 요소, 및 전원 커넥터를 포함할 수 있는 카트리지에 관한 것이다. 하우징은 내부에 일정 체적의 시약을 저장하는 챔버를 한정할 수 있다. 능동 가온 요소는 하우징 내에 매립되고 챔버에 근접하게 위치될 수 있다. 전원 커넥터는 하우징에 결합되고 하우징 내에 매립된 능동 가온 요소에 전기적으로 결합될 수 있다. 능동 가온 요소는 전원 커넥터에 전력을 제공하는 것에 응답하여 챔버 내의 일정 체적의 시약을 해동시키기 위한 것이다.

일부 구현예들에서, 하우징은 챔버 안으로 연장되는 하나 이상의 핀들을 한정한다. 일부 구현예들에서, 능동 가온 요소의 적어도 일부분은 하나 이상의 핀들 안으로 연장된다. 일부 구현예들에서, 능동 가온 요소는 하우징 내에 매립된 전도성 카본(conductive carbon)을 포함한다. 일부 구현예들에서, 능동 가온 요소는 하우징 내에 매립된 저항성 테이프(resistive tape)를 포함한다. 일부 구현예들에서, 챔버는 제1 서브 컴포넌트에 의해 한정되고, 하우징은 별도로 구성되고 함께 결합되는 복수의 서브-컴포넌트들을 포함한다. 일부 구현예들에서, 능동 가온 요소는 제1 서브-컴포넌트의 외부 표면에 결합된다. 일부 구현예들에서, 전원 커넥터는 전도성 접착제를 갖는 전도성 스티커를 포함한다. 일부 구현예들에서, 전원 커넥터는 하우징에 밀봉된 상부의 일부분을 포함한다. 일부 구현예들에서, 상부는 알루미늄 포일을 포함한다. 일부 구현예들에서, 소모성 카트리지는 하우징에 결합된 식별자를 포함할 수 있다. 식별자는 RFID 트랜스폰더 또는 바코드를 포함할 수 있다.

다른 구현예는 카트리지의 전원 커넥터를 전원에 결합하는 단계 및 카트리지의 챔버 내에 저장된 시약을 해동시키기 위한 능동 가열 공정을 개시하는 단계를 포함할 수 있는 방법에 관한 것이다. 능동 가열 공정은 시약을 저장하는 챔버에 근접하게 카트리지의 하우징 내에 매립된 능동 가온 요소에 전원으로부터의 전력을 사전결정된 기간 동안 인가하는 단계를 포함할 수 있다.

일부 구현예들에서, 사전결정된 기간은 카트리지의 하우징에 결합된 식별자의 데이터에 액세스하는 것에 응답하여 설정된다. 식별자는 RFID 트랜스폰더 또는 바코드를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 카트리지의 하우징은 내부에 제2 시약을 저장하는 제2 챔버에 근접하게 제2 능동 가온 요소를 포함할 수 있다. 능동 가열 공정은 전원으로부터의 제2 전력을 제2 능동 가온 요소에 제2 사전결정된 기간 동안 인가하는 단계를 포함할 수 있고, 제2 사전결정된 기간은 사전결정된 기간과는 상이하다.

또 다른 구현예는 하우징, 능동 가온 요소, 및 전원 커넥터를 포함할 수 있는 카트리지에 관한 것이다. 하우징은 내부에 제1 체적의 제1 시약을 저장하는 제1 챔버 및 내부에 제2 체적의 제2 시약을 저장하는 제2 챔버를 한정할 수 있다. 능동 가온 요소는 하우징 내에 매립되고 제1 챔버 및 제2 챔버에 근접하게 위치될 수 있다. 전원 커넥터는 하우징에 결합되고 하우징 내에 매립된 능동 가온 요소에 전기적으로 결합될 수 있다. 능동 가온 요소는 전원 커넥터에 전력을 제공하는 것에 응답하여 제1 챔버 내의 제1 체적의 제1 시약을 제1 목표 온도로 해동시키고 제2 챔버 내의 제2 체적의 제2 시약을 제2 목표 온도로 해동시키기 위한 것이다.

일부 구현예들에서, 소모성 카트리지는 하우징 내에 매립된 RFID 트랜스폰더를 포함할 수 있다. 제1 목표 온도 및 제2 목표 온도는 RFID 트랜스폰더의 데이터에 액세스하는 것에 응답하여 결정될 수 있다.

하기에 더 상세히 논의되는 전술한 개념들 및 추가의 개념들의 모든 조합은 (그러한 개념들이 상호 불일치하지 않는다면) 본 명세서에 개시된 발명 요지의 일부인 것으로 고려됨이 이해되어야 한다. 특히, 본 명세서의 끝부분에 나타나는 청구된 발명 요지의 모든 조합은 본 명세서에 개시된 발명 요지의 일부인 것으로 고려된다.

하나 이상의 구현예들의 상세 사항이 첨부 도면 및 이하의 설명에 기재되어 있다. 다른 특징부들, 양태들, 및 이점들이 명세서, 도면, 청구범위로부터 명백해질 것이다.
도 1은 생화학적 분석 또는 샘플 제조 중 적어도 하나를 수행하기 위한 예시적인 시스템의 블록 개략도이다.
도 2는 도 1의 제거가능 카트리지의 일부로서 구현될 수 있는 예시적인 소모성 카트리지의 블록 개략 단면이다.
도 3은 매립된 능동 가온 요소를 도시하는 도 2의 소모성 카트리지의 벽의 예시적인 구성의 부분 단면이다.
도 4는 하나 이상의 핀들 또는 서브-벽들을 갖는 매립된 능동 가온 요소를 도시하는 도 2의 소모성 카트리지의 벽의 예시적인 구성의 부분 단면이다.
도 5는 소모성 카트리지의 능동 가열을 위한 예시적인 공정을 도시하는 공정 다이어그램이다.
도면들 중 일부 또는 전부는 예시의 목적을 위한 개략도임이 인식될 것이다. 도면들은 그것들이 청구범위의 범주 또는 의미를 제한하는 데 사용되지 않을 것이라는 명확한 이해를 갖고 하나 이상의 구현예들을 도시하는 목적을 위하여 제공된다.

일부 양태들에서, 생물학적 또는 화학적 분석 기구를 위한 소모성 카트리지를 능동적으로 가온하기 위한 방법들 및 시스템들이 본 명세서에 개시된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "소모성 카트리지", "시약 카트리지", "제거가능 카트리지", 및/또는 "카트리지"는 동일한 카트리지 및/또는 카트리지 또는 카트리지 시스템을 위한 조립체를 만드는 컴포넌트들의 조합을 지칭한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "생화학적 분석"은 생물학적 분석 또는 화학적 분석 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 소모성 카트리지는 유전자 서열분석 기구를 위한 하나 이상의 시약들을 담을 수 있다. 수송 및/또는 저장 동안, 소모성 카트리지 내에 담긴 시약들은 -20℃와 같은 -10℃ 내지 -30℃와 같은 저온에서 유지될 수 있다. 이러한 저온에서의 저장은 수송 동안 및/또는 사용 이전의 연장된 기간들 동안 시약들 내의 화합물을 보존할 수 있다.

시약들이 사용될 때, 시약들을 담은 카트리지는 2℃ 내지 8℃와 같은 0℃ 내지 10℃의 온도로 가온되어, 생화학적 분석 기구에 사용될 시약들을 해동한다. 시약들의 해동은 시약들을 고체 또는 반-고체 냉동 상태로부터 액체 상태로 가온하는 것을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 시약들의 해동은 단순히 시약들을 -10℃ 내지 -30℃와 같은 낮은 저장 온도로부터, 0℃ 내지 10℃와 같은 초기 작동 온도로 가온하는 것을 포함할 수 있다. 시약들의 이러한 가온은 수조(즉, 소모성 카트리지를 원하는 목표 온도 또는 그 이상의 물에 부분적으로 또는 완전히 침지시킴), 2℃ 내지 8℃의 칠러에 노출, 실온(예컨대, 19℃ 내지 25℃)에 노출, 외장 히터들, 및/또는 소모성 카트리지의 개부 안으로 삽입된 가열 바아(heating bar)를 통해 달성될 수 있다. 그러나, 시약들을 작동 온도로 이렇게 가온하는 것은 시약들을 목표 온도로 충분히 그리고 실질적으로 균일하게 가온하기 위하여 긴 공정(예컨대, 한 시간 내지 수 시간 정도)일 수 있다. 예컨대, 물, 공기, 히터들 또는 가열 바아에 더 높은 온도를 이용함으로써 가온 공정을 가속하려는 시도는 소모성 카트리지 상에 열점(hot spot) 또는 다른 방식으로 불균일한 온도를 초래할 수 있다. 이러한 불균일한 온도들은 소모성 카트리지 내에 저장된 시약들 및/또는 소모성 카트리지에 결합된 다른 컴포넌트들에 악영향을 줄 수 있다.

그 안에 저장된 시약들에 열 전달을 위한 하나 이상의 벽들 또는 다른 구조적 특징부들에 통합된 하나 이상의 능동 가온 요소들을 갖는 카트리지가 본 명세서에 기재된다. 하나 이상의 능동 가온 요소들은 전도성 카본, 전도성 와이어, 저항성 테이프, 가열 코일, 및/또는 온도 제어될 수 있는 임의의 다른 요소들을 포함할 수 있다. 능동 가온 요소들은 소모성 카트리지 내의 시약에 대한 결정된 열 전달률에 기초하여 하나 이상의 벽들 또는 다른 구조적 특징부들 내에 분포될 수 있다. 예를 들어, 전도성 카본의 밀도, 전도성 매질 자체, 인가 전압, 및/또는 능동 가온 요소들의 저항성은 내부에 저장된 시약의 체적 및 열 전달이 일어날 표면적을 이용하여 소모성 카트리지의 격실 내의 시약에 대한 원하는 목표 온도에 기초하여 맞춤조정될 수 있다. 즉, 작은 체적의 시약의 경우, 능동 가온 요소에 대하여 더 낮은 밀도의 전도성 카본, 더 낮은 저항 전도성 매질, 더 낮은 인가 전압, 및/또는 더 낮은 저항성이 활용될 수 있다. 더 큰 체적의 시약의 경우, 능동 가온 요소에 대하여 더 높은 밀도의 전도성 카본, 더 높은 저항 전도성 매질, 더 높은 인가 전압, 및/또는 더 높은 저항성이 활용될 수 있다. 능동 가온 요소들은 시약을 원하는 목표 온도로 가열하도록 제어된다. 제어는 원하는 양의 전력을 능동 가온 요소에 전달하기 위한 공지된 또는 계산된 능동 가온 요소 저항에 기초하여 구체적 전압이 인가될 수 있는 개방 루프 능동 가열일 수 있다. 다른 구현예들에서, 제어는 주기적으로 능동 가온 요소의 온도를 결정함으로써 전압 또는 전류가 수정될 수 있는 폐쇄 루프 능동 가열일 수 있다. 저항-온도 곡선 또는 수학식은 사전결정 또는 공지될 수 있고 측정된 저항에 기초하여 온도를 결정하는 데 사용될 수 있다. 다른 경우들에서, 온도 센서가 온도를 결정하도록 구현될 수 있다. 일부 구현예들에서, 서브-벽들 또는 핀들은 시약이 저장되는 체적 안으로 돌출되어 열 전달을 위하여 표면적을 증가시키도록 구현될 수 있다. 따라서, 더 작은 체적과 더 큰 체적 둘 모두는 실질적으로 동시에 원하는 목표 온도를 달성하도록 가열될 수 있다.

일부 구현예들에서, 2개의 상이한 체적들은 두 체적들이 실질적으로 동시에 대응하는 목표 온도를 달성하도록 가온을 위한 상이한 시작 시간을 가질 수 있다. 일부 구현예들에서, 상이한 체적들에 대한 목표 온도들은 상이한 목표 온도일 수 있다. 즉, 하나의 시약은 2℃의 작동 온도를 가질 수 있는 반면 다른 시약은 8℃의 작동 온도를 가질 수 있다. 따라서, 능동 가온 요소들은 상이한 체적들에 대하여 실질적으로 동시에 상이한 목표 온도를 달성하도록 구성될 수 있다.

일부 구현예들에서, 능동 가온 요소들은 소모성 카트리지 재료 내에 매립 및/또는 다른 방식으로 위치될 수 있다. 예를 들어, 소모성 카트리지의 재료가 주입되거나 또는 다른 방식으로 전도성 카본과 구성되는 동안 전도성 카본의 메시 또는 기타 그물망이 제공될 수 있다. 다른 구현예들에서, 전도성 와이어, 저항성 테이프, 가열 코일, 및/또는 임의의 다른 요소들은, 소모성 카트리지의 재료가 주입되거나 또는 다른 방식으로 그 요소를 중심으로 구성되는 동안, 제공될 수 있다.

다른 구현예들에서, 격실들은 외부 표면 상에 위치된 능동 가온 요소와 개별적으로 형성될 수 있고 하나 이상의 격실들은 함께 결합되어 완성된 소모성 카트리지 또는 그것의 하위조립체를 형성할 수 있다. 다른 구현예들에서, 능동 가온 요소는 격실 체적 내에 및/또는 내부 표면 상에 위치될 수 있다. 이러한 구현예에서, 절연 재료 또는 코팅이 능동 가온 요소에 적용될 수 있다. 이러한 절연 재료는 격실 재료(예컨대, 플라스틱 또는 기타 중합체)일 수 있다. 이러한 절연은 시약을 전해할 수 있는 전류에 격실 내의 시약을 노출시킬 가능성을 감소시킬 수 있다.

소모성 카트리지는 하나 이상의 전원 커넥터들, 예컨대, 전도성 접착제를 구비한 하나 이상의 전도성 스티커들, 전도성 패드들, 스프링-로딩 탭들, 및/또는 하나 이상의 능동 가온 요소들을 전원에 전기적으로 결합시키는 기타 전도성 재료를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 격실 내에 시약들을 밀봉하는 금속성 또는 다른 방식의 전도성 필름은 하나 이상의 능동 가온 요소들을 전원에 전기적으로 결합하는 데 사용될 수 있다. 단일 전원 커넥터는 모든 능동 가온 요소들에 전력을 공급할 수 있거나 또는 여러 전원 커넥터들의 각각은 능동 가온 요소들이 선택적으로 활성화될 수 있도록 대응하는 능동 가온 요소에 전력을 공급할 수 있다. 일부 구현예들에서, 전원은 생화학적 분석 기구일 수 있거나 또는 소모성 카트리지의 제어된 해동을 위한 별개의 장치일 수 있다.

일부 구현예들에서, 능동 가온 요소들을 통해 소모성 카트리지를 능동적으로 가열하기 위한 공정은 단순히 소모성 카트리지의 전력 커넥터(들)를 전원에 연결하여 전력이 능동 가온 요소들에 사전결정된 기간 동안 인가되도록 하는 단계를 포함할 수 있다. 하나 이상의 능동 가온 요소들은 시약들 각각이 적어도 실질적으로 동시에 목표 온도를 달성하도록 동일한 또는 상이한 열 전달률에서 시약들을 가온하도록 소모성 카트리지 내에 위치 및/또는 구성될 수 있다.

다른 구현예들에서, 능동 가온 요소들은 생화학적 분석 기구 또는 소모성 카트리지의 제어된 해동을 위한 별개의 장치 중 어느 하나에 의해 제어가능할 수 있다. 능동 가온 요소들의 제어는 기구 또는 별개의 장치의 사용자에 의해 선택가능한 가열 알고리즘에 기초하여 사전결정될 수 있거나 또는 가열 알고리즘은 소모성 카트리지의 식별된 것에 기초하여 선택적으로 활성화될 수 있다. 예를 들어, 소모성 카트리지의 식별자는 무선-주파수 식별(RFID) 트랜스폰더, 바코드, 식별 칩, 및/또는 기타 식별자일 수 있다. 식별자에 기초하여 데이터를 수신하는 기구 또는 기타 장치에 응답하여, 가열 알고리즘은 자동으로 능동 가온 요소들을 개시하도록 활성화될 수 있다. 일부 구현예들에서, 큰 체적 격실과 연관된 것들과 같은, 하나 이상의 능동 가온 요소들의 제1 세트는 제1 시간에 활성화될 수 있고, 하나 이상의 능동 가온 요소들의 제2 세트는 제1 시간에 후속하는 제2 시간에 활성화될 수 있다. 다른 구현예들에서, 가열 알고리즘은 하나 이상의 능동 가온 요소들의 제1 세트에 제1 전력을 인가하고, 하나 이상의 능동 가온 요소들의 제2 세트에 제2 전력을 인가하여 상이한 가열 속도가 소모성 카트리지 내의 시약들에 적용되도록 할 수 있다. 두 경우들에서, 가열 알고리즘은 소모성 카트리지 내의 시약들을 가온하여, 내부에 저장된 시약들이 각각 실질적으로 동시에 목표 온도를 달성하도록 한다.

본 명세서에 기재된 구현예들은 유리하게는 소모성 카트리지 내의 시약들의 구성가능 및/또는 제어가능한 능동 가온 또는 가열을 제공하여 내부에 저장된 시약들에 영향을 줄 수 있는 소모성 카트리지의 열점 또는 고온 구역을 초래하지 않으면서 하나 이상의 목표 온도들을 달성한다. 이러한 구현예들은 생화학적 분석을 위한 시약들의 해동 시간을 감소시킬 수 있고/있거나 소모성 카트리지 내의 하나 이상의 시약들의 목표 온도를 제어할 수 있다. 시약 해동 시간의 감소는 시약 소모품들이 저장 온도로부터 작동 온도로 해동되기를 기다리는 중단 시간을 감소시킴으로써, 유전자 서열분석 기구와 같은 기구에 대한 생화학적 분석들의 처리량을 증가시킬 수 있다.

본 명세서에 기재된 구현예들은 소모성 카트리지 제조 및/또는 생화학적 분석을 위한 지정된 반응들을 수행하는 데 사용될 수 있다. 도 1은 생화학적 분석을 수행하도록 구성된 시스템(100)의 개략도이다. 시스템(100)은 제거가능 카트리지(200)를 수용하고 분리가능하게 맞물리도록 구성된 베이스 기구(102)를 포함할 수 있다. 베이스 기구(102) 및 제거가능 카트리지(200)는 후속 분석을 위한 생물학적 샘플을 제조하고, 옵션적으로, 생물학적 샘플을 이용하여 하나 이상의 사건들을 검출하기 위하여 생물학적 샘플을 포함하는 지정된 반응들을 수행하도록 생물학적 샘플을 시스템(100) 내의 상이한 위치들로 이송하기 위하여 서로 상호작용하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예들에서, 베이스 기구(102)는 제거가능 카트리지(200) 상에서 직접 생물학적 샘플을 이용하여 하나 이상의 사건들을 검출하도록 구성될 수 있다. 사건들은 생물학적 샘플을 이용하여 지정된 반응을 나타낼 수 있다. 제거가능 카트리지(200)는 본 명세서에 기재된 임의의 카트리지들에 따라 구성될 수 있다.

다음은 도 1에 도시된 바와 같이 베이스 기구(102) 및 제거가능 카트리지(200)를 참조하지만, 베이스 기구(102) 및 제거가능 카트리지(200)는 시스템(100)의 단지 하나의 구현예를 도시하며 다른 구현예들이 존재하는 것이 이해된다. 예를 들어, 베이스 기구(102) 및 제거가능 카트리지(200)는 종합적으로, 생물학적 샘플을 제조 및/또는 생물학적 샘플을 분석하기 위한 여러 동작들을 실행하는 다양한 컴포넌트들 및 특징부들을 포함한다. 도시된 구현예에서, 베이스 기구(102) 및 제거가능 카트리지(200)의 각각은 소정 기능들을 수행할 수 있다. 그러나, 베이스 기구(102) 및 제거가능 카트리지(200)는 상이한 기능들을 수행할 수 있고/있거나 이러한 기능들을 공유할 수 있음이 이해된다. 예를 들어, 베이스 기구(102)는 제거가능 카트리지(200)에서 지정된 반응들을 검출하도록 구성된 검출 조립체(110)(예컨대, 이미징 장치)를 포함하는 것으로 도시된다. 대안적인 구현예들에서, 제거가능 카트리지(200)는 검출 조립체를 포함할 수 있고 베이스 기구(102)의 하나 이상의 컴포넌트들에 통신가능하게 결합될 수 있다. 다른 예로서, 베이스 기구(102)는 제거가능 카트리지(200)에 액체를 제공, 수용, 또는 이와 교환하지 않는 "건조한" 기구이다. 즉, 도시된 바와 같이, 제거가능 카트리지(200)는 소모성 시약 부분(210) 및 유동 셀 부분(220)을 포함한다. 소모성 시약 부분(210)은 생화학적 분석 동안 사용되는 시약들을 담을 수 있고, 유동 셀 부분(220)은 광학적으로 투명한 지역 또는 검출 조립체(110)가 유동 셀 부분(220) 내에서 발생하는 하나 이상의 사건들의 검출을 수행하는 기타 검출가능한 지역을 포함할 수 있다. 대안적인 구현예들에서, 베이스 기구(102)는, 예를 들어, 제거가능 카트리지(200)에 의해 후속적으로 소비되는(예컨대, 지정된 반응들에 사용되는) 시약들 또는 기타 액체들을 제거가능 카트리지(200)에 제공할 수 있다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 생물학적 샘플은 하나 이상의 생물학적 또는 화학적 물질, 예를 들어, 뉴클레오시드, 핵산, 폴리뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드, 단백질, 효소, 폴리펩티드, 항체, 항원, 리간드, 수용체, 다당류, 탄수화물, 폴리포스페이트, 나노기공, 세포기관, 지질층, 세포, 조직, 유기체, 및/또는 생물학적으로 활성인 화학적 화합물(들), 예컨대 전술한 종의 유사체 또는 모방체를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 생물학적 샘플은 전혈, 림프액, 혈청, 혈장, 땀, 눈물, 타액, 가래, 뇌척수액, 양수, 정액, 질 배설물, 장액, 활액, 심장막액, 복수, 흉수, 누출액, 삼출액, 낭액(cystic fluid), 쓸개즙, 오줌, 위액, 창자액(intestinal fluid), 대변 샘플들, 단세포 또는 다세포를 함유한 액체, 세포기관을 함유한 액체, 유동화된 조직, 유동화된 유기체, 다세포 유기체를 함유하는 액체, 생물학적 면봉 및 생물학적 세척액을 포함할 수 있다.

일부 구현예들에서, 생물학적 샘플은 첨가된 재료, 에컨대, 물, 탈이온수, 생리식염수, 산성 용액, 염기성 용액, 청정 용액(detergent solution) 및/또는 pH 버퍼를 포함할 수 있다. 첨가된 재료는 또한 지정된 검사 프로토콜 동안 생화학 반응들을 수행하는 데 사용될 시약들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 추가된 액체는 생물학적 샘플을 이용하여 다수의 중합효소-연쇄-반응(PCR) 사이클들을 수행하기 위한 재료를 포함할 수 있다.

그러나, 분석되는 생물학적 샘플이 시스템(100)에 로딩된 생물학적 샘플과는 상이한 형태 또는 상태일 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 시스템(100)에 로딩된 생물학적 샘플은 제조된 핵산을 제공하기 위하여 (예컨대, 분리 또는 증폭 절차를 통해) 후속적으로 처리되는 전혈 또는 타액을 포함할 수 있다. 이어서 제조된 핵산은 시스템(100)에 의해 분석될 수 있다(예컨대, PCR에 의해 정량화되거나 또는 SBS에 의해 서열분석됨). 따라서, 용어 "생물학적 샘플"이 PCR과 같은 제1 동작을 기술하는 동안 사용되고, 다시 서열분석과 같은 후속 제2 동작을 기술하는 동안 사용될 때, 제2 동작의 생물학적 샘플은 제1 동작 이전 또는 그 동안의 생물학적 샘플에 대하여 변형될 수 있는 것이 이해된다. 예를 들어, 서열분석 단계(예컨대 SBS)는 이전 증폭 단계(예컨대 PCR)에서 증폭된 템플릿 핵산으로부터 생성된 앰플리콘 핵산 상에서 수행될 수 있다. 이 경우에 앰플리콘들은 템플릿들의 복제물이고 앰플리콘들은 템플릿들의 양에 비해 더 많은 양이 존재한다.

일부 구현예들에서, 시스템(100)은 사용자에 의해 제공된 물질(예컨대, 전혈 또는 타액)에 기초하여 생화학적 분석을 위한 샘플을 자동으로 제조할 수 있다. 그러나, 다른 구현예들에서, 시스템(100)은 사용자에 의해 분석을 위해 부분적으로 또는 예비로 제조된 생물학적 샘플들을 분석할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 전혈로부터 이미 격리되고/되거나 이로부터 증폭된 핵산을 포함하는 용액을 제공할 수 있다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "지정된 반응"은 관심 분석물의 화학적, 전기, 물리적, 또는 광학 속성(또는 품질) 중 적어도 하나의 변화를 포함한다. 특정 구현예들에서, 지정된 반응은 연관 결합 사건(예컨대, 관심 분석물로 형광 표지된 생체분자의 합체)이다. 지정된 반응은 해리 결합 사건(예컨대, 관심 분석물로부터 형광 표지된 생체분자의 방출)일 수 있다. 지정된 반응은 화학적 변환, 화학적 변화, 또는 화학적 상호작용일 수 있다. 지정된 반응은 또한 전기 속성들의 변화일 수 있다. 예를 들어, 지정된 반응은 용액 내의 이온 농도의 변화일 수 있다. 일부 반응들은 화학 반응들, 예컨대, 환원, 산화, 첨가, 제거, 재배열, 에스테르화, 아미드화, 에테르화, 고리화, 또는 대체; 제1 화학물질이 제2 화학물질에 결합하는 결합 상호작용; 둘 이상의 화학물질이 서로로부터 분리되는 해리 반응들; 형광; 발광; 생물발광; 화학발광; 및 생물학적 반응들, 예컨대, 핵산 복제, 핵산 증폭, 핵산 혼성화, 핵산 결찰, 인산화, 효소 촉매작용, 수용체 결합, 또는 리간드 결합을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 지정된 반응은 또한, 예를 들어, 주변 용액 또는 환경의 pH의 변화와 같이 검출가능한 양성자의 첨가 또는 제거일 수 있다. 추가의 지정된 반응은 멤브레인(예컨대, 천연 또는 합성 이중층 멤브레인)을 가로지르는 이온의 흐름을 검출하는 것일 수 있다. 예를 들어, 이온들이 멤브레인을 통해 흐름에 따라, 전류가 방해를 받고, 방해는 검출될 수 있다. 대전된 태그의 필드 감지는 또한 열 감지 및 기타 적합한 분석 감지 기술로서 사용될 수 있다.

특정 구현예들에서, 지정된 반응은 분석물에 대하여 형광 표지된 분자의 합체를 포함한다. 분석물은 올리고뉴클레오티드일 수 있고, 형광 표지된 분자는 뉴클레오티드일 수 있다. 표지된 뉴클레오티드를 갖는 올리고뉴클레오티드를 향해 여기 광이 지향될 때 지정된 반응이 검출될 수 있고, 형광단은 검출가능한 형광 신호를 방출한다. 대안적인 구현예들에서, 검출된 형광은 화학발광 및/또는 생물발광의 결과이다. 지정된 반응은, 또한, 예를 들어 공여체 형광단을 수용체 형광단 부근으로 가져옴으로써 형광 공명 에너지 전달(fluorescence (또는

) resonance energy transfer, FRET)을 증가시킬 수 있거나, 공여체 형광단과 수용체 형광단을 분리시킴으로써 FRET를 감소시킬 수 있거나, 형광단으로부터 소광제(quencher)를 분리시킴으로써 형광을 증가시킬 수 있거나, 또는 소광제와 형광단을 병치시킴으로써 형광을 감소시킬 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "반응 성분"은 지정된 반응을 획득하기 위해 사용될 수 있는 임의의 물질을 포함한다. 예를 들어, 반응 성분들은 시약, 효소와 같은 촉매제, 반응에 대한 반응물, 샘플, 반응의 생성물, 기타 생체분자, 염, 금속 보조인자, 킬레이트제, 및 버퍼 용액들(예컨대, 수소화 버퍼)을 포함한다. 반응 성분들은, 용액 내에 개별적으로 또는 하나 이상의 혼합물에 조합되어 유체 네트워크 내의 다양한 위치들로 전달될 수 있다. 예를 들어, 반응 성분은 생물학적 샘플이 고정화된 반응 챔버에 전달될 수 있다. 반응 성분들은 생물학적 샘플과 직접 또는 간접적으로 상호작용할 수 있다. 일부 구현예들에서, 제거가능 카트리지(200)는 지정된 검사 프로토콜을 수행하는 데 수반되는 하나 이상의 반응 성분들과 함께 사전로딩된다. 사전로딩은 사용자에 의해 (예컨대 소비자의 시설에서) 카트리지(200)의 수용 이전의 하나의 위치(예컨대 생산 시설)에서 일어날 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 반응 성분들 또는 시약들은 소모성 시약 부분(210)에 사전로딩될 수 있다. 일부 구현예들에서, 제거가능 카트리지(200)는 또한 유동 셀 부분(220) 내의 유동 셀과 함께 사전로딩될 수 있다.

일부 구현예들에서, 베이스 기구(102)는 세션 당 하나의 제거가능 카트리지(200)와 상호작용하도록 구성될 수 있다. 세션 후에, 제거가능 카트리지(200)는 다른 제거가능 카트리지(200)로 교체될 수 있다. 다른 구현예들에서, 베이스 기구(102)는 세션 당 하나 초과의 제거가능 카트리지(200)와 상호작용하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "세션"은 샘플 제조 및/또는 생화학적 분석 프로토콜 중 적어도 하나를 수행하는 것을 포함한다. 샘플 제조는 제조된 생물학적 샘플이 분석에 적합하도록 생물학적 샘플의 하나 이상의 컴포넌트들을 분리, 격리, 변형 및/또는 증폭시키는 것을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 세션은 (a) 지정된 수의 반응들이 수행, (b) 지정된 개수의 사건들이 검출, (c) 지정된 기간의 시스템 시간이 경과, (d) 신호-대-노이즈가 지정된 임계치까지 하락; (e) 목표 컴포넌트가 식별; (f) 시스템 고장 또는 오작동이 검출; 및/또는 (g) 반응들을 수행하기 위한 하나 이상의 리소스들이 고갈될 때까지 다수의 제어된 반응들이 수행되는 연속적인 활동을 포함할 수 있다. 대안적으로, 세션은 일정 기간(예컨대, 수분, 수시간, 수일, 수주) 동안 시스템 활동을 일시정지시키고 나중에 (a) 내지 (g) 중 적어도 하나가 발생할 때까지 세션을 완료하는 것을 포함할 수 있다.

검사 프로토콜은 지정된 반응들을 수행, 지정된 반응들을 검출, 및/또는 지정된 반응들을 분석하기 위한 동작들의 시퀀스를 포함할 수 있다. 집합적으로, 제거가능 카트리지(200) 및 베이스 기구(102)는 상이한 동작들을 실행하기 위한 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 검사 프로토콜의 동작들은 유체 동작, 열 제어 동작, 검출 동작, 및/또는 기계적 동작을 포함할 수 있다. 유체 동작은 시스템(100)을 통한 유체(예컨대, 액체 또는 기체)의 흐름을 제어하는 것을 포함하고, 이는 베이스 기구(102) 및/또는 제거가능 카트리지(200)에 의해 구동될 수 있다. 예를 들어, 유체 동작은 반응 챔버 안으로의 생물학적 샘플 또는 반응 성분의 흐름을 유도하도록 펌프를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 열 제어 동작은 제거가능 카트리지(200)의 하나 이상의 부분들과 같은, 시스템(100)의 지정된 부분의 온도를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 열 제어 동작은 생물학적 샘플을 포함하는 액체가 저장되는 중합효소 연쇄 반응(PCR) 구역의 온도를 상승시키거나 낮추는 것을 포함할 수 있다. 검출 동작은 생물학적 샘플의 사전결정된 속성, 품질, 또는 특성을 검출하기 위하여 검출기의 활성화를 제어하거나 또는 검출기의 활동을 모니터링하는 것을 포함할 수 있다. 일 예로서, 검출 동작은 생물학적 샘플을 포함하는 지정된 영역의 이미지들을 캡처하여 지정된 영역으로부터의 형광 방출을 검출하는 것을 포함할 수 있다. 검출 동작은 생물학적 샘플을 조명하기 위한 광원을 제어하는 것 또는 생물학적 샘플을 관찰하기 위한 검출기를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 기계적 동작은 지정된 컴포넌트의 이동 또는 위치를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기계적 동작은 제거가능 카트리지(200) 내의 이동가능 밸브와 동작가능하게 맞물리는 베이스 기구(102) 내의 밸브-제어 컴포넌트를 이동시키기 위한 모터를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 상이한 동작들의 조합은 동시에 일어날 수 있다. 예를 들어, 검출기는 펌프가 반응 챔버를 통하는 유체의 흐름을 제어함에 따라 반응 챔버의 이미지들을 캡처할 수 있다. 일부 경우들에서, 상이한 생물학적 샘플들에 대해 지향되는 상이한 동작들이 동시에 일어날 수 있다. 예를 들어, 제1 생물학적 샘플이 증폭(예컨대, PCR)을 겪을 수 있는 반면, 제2 생물학적 샘플은 검출을 겪을 수 있다.

유사한 또는 동일한 유체 요소들(예컨대, 채널, 포트, 저장소 등)이 상이하게 라벨링되어 더 용이하게 유체 요소들을 구분할 수 있다. 예를 들어, 포트들은 저장소 포트, 공급 포트, 네트워크 포트, 피드 포트 등으로 지칭될 수 있다. 상이하게 라벨링된 둘 이상의 유체 요소들(예컨대, 저장소 채널, 샘플 채널, 유동 채널, 브릿지 채널)은 유체 요소들이 구조적으로 상이할 필요는 없다는 것이 이해된다. 또한, 청구범위들이 청구범위 내의 이러한 유체 요소들을 더 용이하게 구분하기 위하여 이러한 라벨들을 추가하도록 보정될 수 있다.

"액체"는, 본 명세서에 사용된 바와 같이, 상대적으로 비압축성이고, 유동 및 물질을 보유하는 용기 또는 채널의 형상에 순응하는 능력을 갖는 물질이다. 액체는 수성일 수 있고, 액체를 서로 잡아주는 표면 장력을 나타내는 극성 분자를 포함할 수 있다. 액체는 또한 유성 또는 비-수성 물질과 같은 비극성 분자를 포함할 수 있다. 본 출원에서 액체에 대한 언급은 둘 이상의 액체의 조합을 포함하는 액체를 포함할 수 있는 것으로 이해된다. 예를 들어, 분리된 시약 용액들은 나중에 조합되어 지정된 반응들을 수행할 수 있다.

제거가능 카트리지(200)는 카트리지 챔버(140)에서 베이스 기구(102)와 분리가능하게 맞물리거나 또는 제거가능하게 결합되도록 구성된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "분리가능하게 맞물린" 또는 "제거가능하게 결합된"(등)이 제거가능 카트리지(200)와 베이스 기구(102) 사이의 관계를 설명하는데 사용될 때, 그 용어는 베이스 기구(102)를 파괴하지 않고 제거가능 카트리지(200)와 베이스 기구(102) 사이의 연결이 용이하게 분리가능함을 의미하도록 의도된다. 따라서, 제거가능 카트리지(200)는 베이스 기구(102)의 전기 접촉부가 파괴되지 않도록 전기 방식으로 베이스 기구(102)에 분리가능하게 맞물릴 수 있다. 제거가능 카트리지(200)는 카트리지 챔버(140)와 같은, 제거가능 카트리지(200)를 유지하는 베이스 기구(102)의 특징부들이 파괴되지 않도록 하는 기계적 방식으로 베이스 기구(102)에 분리가능하게 맞물릴 수 있다. 제거가능 카트리지(200)는 베이스 기구(102)의 포트가 파괴되지 않도록 하는 유체 방식으로 베이스 기구(102)에 분리가능하게 맞물릴 수 있다. 예를 들어, 단지 컴포넌트에 대한 단순한 조정(예컨대, 재정렬) 또는 단순한 교체(예컨대, 노즐 교체)가 요구되는 경우, 베이스 기구(102)는 "파괴된" 것으로 간주되지 않는다. 컴포넌트들(예컨대, 제거가능 카트리지(200) 및 베이스 기구(102))은, 컴포넌트들을 분리하는 데 소비되는 과도한 노력 또는 상당한 양의 시간 없이 컴포넌트들이 서로로부터 분리될 수 있을 때 용이하게 분리가능할 수 있다. 일부 구현예들에서, 제거가능 카트리지(200) 및 베이스 기구(102)는 제거가능 카트리지(200) 또는 베이스 기구(102)를 파괴하지 않으면서 용이하게 분리가능할 수 있다.

일부 구현예들에서, 제거가능 카트리지(200)는 베이스 기구(102)와의 세션 동안 영구적으로 변형되거나 또는 부분적으로 손상될 수 있다. 예를 들어, 액체를 담은 용기들은 액체가 시스템(100)을 통해 흐르도록 천공된 포일 커버들을 포함할 수 있다. 이러한 구현예들에서, 포일 커버들은 손상된 용기가 다른 용기로 교체되도록 손상될 수 있다. 특정 구현예들에서, 제거가능 카트리지(200)는 제거가능 카트리지(200)가 한번의 사용 후에 교체되고 옵션적으로 배치될 수 있도록 일회용 카트리지이다.

다른 구현예들에서, 제거가능 카트리지(200)는 베이스 기구(102)와 맞물려 있는 동안 하나 초과의 세션을 위하여 사용될 수 있고/있거나 베이스 기구(102)로부터 제거되고, 시약들로 재로딩되고, 베이스 기구(102)에 다시 맞물려 추가의 지정된 반응들을 수행할 수 있다. 따라서, 제거가능 카트리지(200)는 일부 경우들에서 동일한 제거가능 카트리지(200)가 상이한 소모품들(예컨대, 반응 성분들 및 생물학적 샘플들)과 사용될 수 있도록 재가공될 수 있다. 재가공은 카트리지(200)가 소비자의 시설에 위치된 베이스 기구(102)로부터 제거된 후에 생산 시설에서 수행될 수 있다.

카트리지 챔버(140)는 베이스 기구(102)와 상호작용하기 위하여 제거가능 카트리지(200) 또는 이의 일부분을 수용하는 슬롯, 마운트, 커넥터 인터페이스, 및/또는 임의의 다른 특징부를 포함할 수 있다.

제거가능 카트리지(200)는 유체(예컨대, 액체 또는 기체)를 유지 및 인도할 수 있는 유체 네트워크를 포함할 수 있다. 유체 네트워크는 유체를 저장 및/또는 유체가 유동하도록 허용할수 있는 복수의 상호연결된 유체 요소들을 포함할 수 있다. 유체 요소들의 비제한적인 예들은 채널, 채널의 포트, 공동, 저장 모듈, 저장 모듈의 저장소, 반응 챔버, 폐기물 저장소, 검출 챔버, 반응 및 검출을 위한 다목적 챔버 등을 포함한다. 예를 들어, 소모성 시약 부분(210)은 하나 이상의 시약 웰들 또는 시약을 저장하는 챔버들을 포함할 수 있고, 유체 네트워크의 일부일 수 있거나 또는 이에 결합될 수 있다. 유체 요소들은 지정된 방식으로 서로 유체적으로 결합되어 시스템(100)이 샘플 제조 및/또는 분석을 수행할 수 있도록 할 수 있다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "유체적으로 결합된"(또는 유사 용어)은 두 공간 영역이 서로 연결되어 액체 또는 기체가 두 공간 영역 사이에서 지향될 수 있도록 하는 것을 지칭한다. 일부 경우들에서, 유체 결합은 유체가 두 공간 영역 사이에서 앞뒤로 지향되는 것을 허용한다. 다른 경우들에서, 유체 결합은 두 공간 영역 사이에 오직 한 방향의 유동만이 있도록 단방향이다. 예를 들어, 검사 저장소는 액체가 검사 저장소로부터 채널로 이송될 수 있도록 채널과 유체적으로 결합될 수 있다. 그러나, 일부 구현예들에서, 채널 내의 유체를 검사 저장소로 다시 지향시키는 것은 가능하지 않을 수 있다. 특정 구현예들에서, 유체 네트워크는 생물학적 샘플을 수용하고 샘플 제조 및/또는 샘플 분석을 통해 생물학적 샘플을 지향시키도록 구성된다. 유체 네트워크는 생물학적 샘플 및 다른 반응 성분들을 폐기물 저장소로 지향시킬 수 있다.

하나 이상의 구현예들은 생물학적 샘플이 분석되는 지정된 위치에 생물학적 샘플(예컨대, 템플릿 핵산)을 보유하는 것을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "보유되는"은, 생물학적 샘플에 대하여 사용될 때, 실질적으로 생물학적 샘플을 표면에 부착시키거나 또는 생물학적 샘플을 지정된 공간 내에 한정시키는 것을 포함한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "고정화된"은, 생물학적 샘플에 대하여 사용될 때, 생물학적 샘플을 고체 지지체 내의 또는 고체 지지체 상의 표면에 실질적으로 부착하는 것을 포함한다. 고정화는 생물학적 샘플을 분자 수준에서 표면에 부착시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 생물학적 샘플은 비공유적 상호작용들(예컨대, 정전기력, 반 데르 발스, 및 소수성 계면들의 탈수), 및 작용기들 및 링커들이 생물학적 샘플을 표면에 부착하는 것을 용이하게 하는 공유 결합 기법들을 포함하는 흡착 기법을 사용하여 기재의 표면에 고정화될 수 있다. 생물학적 샘플을 기재의 표면에 고정화하는 것은 기재의 표면의 속성들, 생물학적 샘플을 운반하는 액체 매질, 및 생물학적 샘플 자체의 속성들에 기초할 수 있다. 일부 경우들에서, 기재 표면은 생물학적 샘플을 기재 표면에 고정화하는 것을 용이하게 하기 위하여 기능화될 수 있다(예컨대, 화학적으로 또는 물리적으로 개질됨). 기재 표면은 우선 표면에 결합되는 작용기들을 갖도록 개질될 수 있다. 이어서 작용기들은 생물학적 샘플에 결합하여 그 위에 생물학적 샘플을 고정화할 수 있다. 일부 경우들에서, 생물학적 샘플은 겔을 통해 표면에 고정화될 수 있다.

일부 구현예들에서, 핵산은 표면에 고정화되고 브릿지 증폭을 이용하여 증폭될 수 있다. 표면 상에서 핵산을 증폭시키기 위한 다른 유용한 방법은, 예를 들어, 아래 추가적인 상세사항에 기술되는 방법들을 이용하는 회전환 증폭(RCA)이다. 일부 구현예들에서, 핵산은 표면에 부착되고 하나 이상의 프라이머 쌍들을 이용하여 증폭될 수 있다. 예를 들어, 프라이머들 중 하나는 용액 내에 있을 수 있고 다른 프라이머는 표면 상에 고정화될 수 있다(예컨대, 5'-부착됨). 예를 들어, 핵산 분자가 표면 상의 프라이머들 중 하나에 혼성화된 뒤, 고정화된 프라이머를 연장시켜 핵산의 제1 복제물을 생성할 수 있다. 이어서 용액 내의 프라이머는 핵산의 제1 복제물에 혼성화되며, 이는 핵산의 제1 복제물을 템플릿으로 이용하여 연장될 수 있다. 옵션적으로, 핵산의 제1 복제물이 생성된 후에, 원래의 핵산 분자는 표면 상의 제2 고정화된 프라이머에 혼성화될 수 있고 동시에 또는 용액 내의 프라이머가 연장된 후에 연장될 수 있다. 임의의 구현예에서, 고정화된 프라이머 및 용액 내의 프라이머를 이용한 연장(예컨대, 증폭)의 반복된 라운드는 핵산의 다수의 복제물을 제공한다. 일부 구현예들에서, 생물학적 샘플은 생물학적 샘플의 증폭(예컨대, PCR) 동안 사용되도록 구성된 반응 성분들과 함께 사전결정된 공간 내에 한정될 수 있다.

본 명세서에 기재된 하나 이상의 구현예들은 증폭(또는 PCR) 프로토콜이거나 또는 이를 포함하는 검사 프로토콜을 실행하도록 구성될 수 있다. 증폭 프로토콜 동안, 저장소 또는 채널 내의 생물학적 샘플의 온도는 생물학적 샘플(예컨대, 생물학적 샘플의 DNA)을 증폭시키기 위하여 변경될 수 있다. 예를 들어, 생물학적 샘플은 (1) 약 75초 동안 약 95℃의 예열 단계; (2) 약 15초 동안 약 95℃의 변성 단계; (3) 약 45초 동안 약 59℃의 어닐링-연장 단계; 및 (4) 약 60초 동안 약 72℃의 온도 유지 단계를 경험할 수 있다. 구현예들은 다수의 증폭 사이클들을 실행할 수 있다. 위 사이클은 단지 하나의 특정 구현예를 설명하며 대안적인 구현예들은 증폭 프로토콜에 대한 변형을 포함할 수 있다는 것에 유의한다.

본 명세서에 기재된 방법들 및 시스템들은, 예를 들어, 적어도 약 10 특징부/㎠, 약 100 특징부/㎠, 약 500 특징부/㎠, 약 1,000 특징부/㎠, 약 5,000 특징부/㎠, 약 10,000 특징부/㎠, 약 50,000 특징부/㎠, 약 100,000 특징부/㎠, 약 1,000,000 특징부/㎠, 약 5,000,000 특징부/㎠, 또는 그 이상을 포함하는, 다양한 밀도들 중 임의의 밀도의 특징부들을 갖는 어레이들을 이용할 수 있다. 본 명세서에 기재된 방법들 및 장치는 이러한 밀도들 중 하나 이상에서 개별 특징부들을 분해하기에 적어도 충분한 해상도를 갖는 검출 컴포넌트들 또는 디바이스들을 포함할 수 있다.

베이스 기구(102)는 지정된 검사 프로토콜을 수행하기 위한 사용자 입력들을 수신하도록 구성 및/또는 검사에 관한 정보를 사용자에게 전달하도록 구성된 사용자 인터페이스(130)를 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스(130)는 베이스 기구(102)와 통합될 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스(130)는 베이스 기구(102)의 하우징에 부착되고 사용자로부터의 터치 및 터치스크린 상에 디스플레이되는 정보에 대한 터치의 위치를 식별하도록 구성된 터치스크린을 포함할 수 있다. 대안적으로, 사용자 인터페이스(130)는 베이스 기구(102)에 대하여 원격으로 위치될 수 있다.

베이스 기구(102)는 또한 제거가능 카트리지(200) 및/또는 검출 조립체(110) 중 적어도 하나의 동작을 제어하도록 구성된 시스템 제어기(120)를 포함할 수 있다. 시스템 제어기(120)는 전용 하드웨어 회로부, 기판, DSP, 프로세서 등의 임의의 조합을 활용하여 구현될 수 있다. 대안적으로, 시스템 제어기(120)는 단일 프로세서 또는 다중 프로세서들을 구비한 기성품(off-the-shelf) PC를 활용하여 구현될 수 있고, 기능적 동작들은 프로세서들 사이에 분산된다. 추가 옵션으로서, 시스템 제어기(120)는 소정의 모듈식 기능들이 전용 하드웨어를 활용하여 수행되는 하이브리드 구성을 활용하여 구현될 수 있는 반면, 나머지 모듈식 기능들은 기성품 PC 등을 활용하여 수행된다.

시스템 제어기(120)는 베이스 기구(102) 및/또는 제거가능 카트리지(200)의 소정 컴포넌트들의 동작을 제어하도록 구성된 복수의 회로부 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 회로부 모듈들은 제거가능 카트리지(200)의 유체 네트워크를 통한 유체의 유동을 제어하도록 구성된 유동-제어 모듈을 포함할 수 있다. 유동-제어 모듈은 밸브 액추에이터들 및/또는 시스템 펌프에 동작가능하게 결합될 수 있다. 유동-제어 모듈은 하나 이상의 경로들을 통한 유체의 유동을 유도하고/하거나 하나 이상의 경로들을 통한 유체의 유동을 차단하기 위한 밸브 액추에이터들 및/또는 시스템 펌프를 선택적으로 활성화시킬 수 있다.

시스템 제어기(120)는 열 제어 모듈을 또한 포함할 수 있다. 열 제어 모듈은 서모사이클러 또는 기타 열 컴포넌트들을 제어하여 제거가능 카트리지(200)의 샘플-제조 지역에 열 에너지를 제공 및/또는 그로부터 열 에너지를 제거할 수 있다. 일 특정 예에서, 서모사이클러는 PCR 프로토콜에 따라 생물학적 샘플에 의해 경험되는 온도를 증가 및/또는 감소시킬 수 있다.

시스템 제어기(120)는 또한 생물학적 샘플에 관한 데이터를 획득하기 위하여 검출 조립체(110)를 제어하도록 구성된 검출 모듈을 포함할 수 있다. 검출 모듈은 검출 조립체(110)가 제거가능 카트리지(200)의 일부인 경우 직접 유선 연결을 통하거나 또는 접촉 어레이를 통해 검출 조립체(110)의 동작을 제어할 수 있다. 검출 모듈은 사전결정된 시간에 또는 사전결정된 기간 동안 데이터를 획득하기 위한 검출 조립체(110)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 검출 모듈은 생물학적 샘플이 그것에 부착된 형광단을 가질 때 제거가능 카트리지의 유동 셀 부분(220)의 반응 챔버의 이미지를 캡처하기 위하여 검출 조립체(110)를 제어할 수 있다. 일부 구현예들에서, 복수의 이미지들이 획득될 수 있다.

옵션적으로, 시스템 제어기(120)는 시스템(100)의 사용자에게 적어도 부분적인 결과들을 제공하기 위하여 데이터를 분석하도록 구성된 분석 모듈을 포함한다. 예를 들어, 분석 모듈은 검출 조립체(110)에 의해 제공되는 이미징 데이터를 분석할 수 있다. 분석은 생물학적 샘플의 핵산의 서열을 식별하는 것을 포함할 수 있다.

본 명세서에 기재된 시스템 제어기(120) 및/또는 회로부 모듈들은 하나 이상의 로직-기반 디바이스들, 예컨대, 하나 이상의 마이크로제어기들, 프로세서들, RISC(reduced instruction set computer), 주문형 집적회로(ASIC), 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA), 로직 회로, 및 본 명세서에 기재된 기능들을 실행할 수 있는 임의의 기타 회로부를 포함할 수 있다. 구현예에서, 시스템 제어기(120) 및/또는 회로부 모듈들은 하나 이상의 검사 프로토콜들 및/또는 기타 동작들을 수행하기 위하여 컴퓨터- 또는 기계-판독가능 매체에 저장된 명령어들의 세트를 실행한다. 명령어들의 세트는 베이스 기구(102) 및/또는 제거가능 카트리지(200) 내의 정보 소스들 또는 물리적 메모리 요소들의 형태로 저장될 수 있다. 시스템(100)에 의해 수행된 프로토콜들은, 예를 들어, DNA 또는 RNA의 정량 분석, 단백질 분석, DNA 서열분석(예컨대, 합성에 의한 서열분석(SBS)), 샘플 제조, 및/또는 서열분석을 위한 절편 라이브러리의 제조를 수행하기 위한 것일 수 있다.

명령어들의 세트는 시스템(100)이 본 명세서에 기재된 다양한 구현예들의 방법들 및 공정들과 같은 구체적인 동작들을 수행하도록 지시하는 다양한 커맨드들을 포함할 수 있다. 명령어들의 세트는 소프트웨어 프로그램의 형태일 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어들 "소프트웨어" 및 "펌웨어"는 상호교환가능하며, RAM 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 및 비휘발성 RAM(NVRAM) 메모리를 포함한, 컴퓨터에 의한 실행을 위한 메모리에 저장된 임의의 컴퓨터 프로그램을 포함한다. 상기의 메모리 유형들은 단지 예들이며, 따라서, 컴퓨터 프로그램의 저장을 위해 사용가능한 메모리의 유형들에 대한 제한은 아니다.

소프트웨어는 시스템 소프트웨어 또는 애플리케이션 소프트웨어와 같은 다양한 형태들로 있을 수 있다. 또한, 소프트웨어는 별개의 프로그램들의 집합의 형태, 또는 더 큰 프로그램 내의 프로그램 모듈 또는 프로그램 모듈의 일부분의 형태로 있을 수 있다. 소프트웨어는 또한 객체 지향 프로그래밍 형태의 모듈식 프로그래밍을 포함할 수 있다. 검출 데이터를 획득한 후에, 검출 데이터는 시스템(100)에 의해 자동으로 프로세싱될 수 있거나, 사용자 입력들에 응답하여 프로세싱될 수 있거나, 또는 다른 프로세싱 기계에 의해 이루어진 요청(예컨대, 통신 링크를 통한 원격 요청)에 응답하여 프로세싱될 수 있다.

시스템 제어기(120)는 유선 또는 무선일 수 있는, 통신 링크들을 통해 시스템(100)의 다른 컴포넌트들 또는 서브-시스템들에 연결될 수 있다. 시스템 제어기(120)는 또한 현장외(off-site) 시스템들 또는 서버들에 통신가능하게 접속될 수 있다. 시스템 제어기(120)는 사용자 인터페이스(130)로부터 사용자 입력들 또는 커맨드들을 수신할 수 있다. 사용자 인터페이스(130)는 키보드, 마우스, 터치-스크린 패널, 및/또는 음성 인식 시스템 등을 포함할 수 있다.

시스템 제어기(120)는 소프트웨어 명령어들을 저장, 해석, 및/또는 실행하는 것 뿐만 아니라, 시스템(100)의 전체 동작을 제어하는 것과 같은 프로세싱 능력을 제공하는 역할을 할 수 있다. 시스템 제어기(120)는 다양한 컴포넌트들의 데이터 및/또는 전력 양태들을 제어하도록 구성 및 프로그래밍될 수 있다. 시스템 제어기(120)가 도 1에서 단일 구조로 표현되지만, 시스템 제어기(120)는 상이한 위치들에서 시스템(100)에 걸쳐 분산된 다수의 별개의 컴포넌트들(예컨대, 프로세서들)을 포함할 수 있음이 이해된다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 컴포넌트들은 베이스 기구(102)와 통합될 수있고, 하나 이상의 컴포넌트들은 베이스 기구(102)에 대하여 원격으로 위치될 수 있다.

도 2는 소모성 카트리지(300)의 구현예를 도시한다. 소모성 카트리지는 도 1의 제거가능 카트리지(200)의 소모성 시약 부분(210)과 같은, 조합된 제거가능 카트리지의 일부일 수 있거나 또는 별개의 시약 카트리지일 수 있다. 소모성 카트리지(300)는 하우징(302) 및 상부(304)를 포함한다. 하우징(302)은 비-전도성 중합체 또는 기타 재료를 포함하고 하나 이상의 시약 챔버들(310, 320, 330)을 만들도록 형성될 수 있다. 시약 챔버들(310, 320, 330)은 저장될 다양한 체적의 시약들을 수용하기 위해 크기가 달라질 수 있다. 예를 들어, 제1 챔버(310)는 제2 챔버(320)보다 클 수 있고, 제2 챔버(320)는 제3 챔버(330)보다 클 수 있다. 제1 챔버(310)는 버퍼 시약과 같은, 더 큰 부피의 특정 시약을 수용하도록 크기설정된다. 제2 챔버(320)는 절개 시약을 담는 시약 챔버와 같은 제1 챔버(310)보다 더 작은 체적의 시약을 수용하도록 크기설정된다. 제3 챔버(330)는 ffN 함유 시약을 담는 시약 챔버와 같은 제1 챔버(310) 및 제2 챔버(320)보다 심지어 더 작은 체적의 시약을 수용하도록 크기설정된다.

도시된 구현예에서, 하우징(302)은 그 안에 챔버들(310, 320, 330)을 형성하는 복수의 하우징 벽들 또는 측부들(350)을 갖는다. 도시된 구현예에서, 하우징(302)은 적어도 실질적으로 단일형 구조를 형성한다. 대안적인 구현예들에서, 하우징(302)은 챔버들(310, 320, 및 330)에 대하여 독립적으로 형성된 격실들과 같은, 하우징(302)을 형성하도록 조합된 하나 이상의 서브-컴포넌트들에 의해 구성될 수 있다.

하우징(302)은 시약들이 각각의 챔버들(310, 320, 330)에 제공되면, 상부(304)에 의해 밀봉될 수 있다. 상부(304)는 전도성 또는 비-전도성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상부(304)는 그것들의 각각의 챔버들(310, 320, 330) 내의 시약들을 밀봉하기 위하여 하우징(302)의 상부 표면들에 접착식으로 결합된 알루미늄 포일 시일일 수 있다. 다른 구현예들에서, 상부(304)는 그것들의 각각의 챔버들(310, 320, 330) 내의 시약들을 밀봉하기 위하여 하우징(302)의 상부 표면들에 접착식으로 결합된 플라스틱 시일일 수 있다.

일부 구현예들에서, 하우징(302)은 또한 하나 이상의 전원 커넥터들(380)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 전원 커넥터들(380)은 하우징(302)의 하나 이상의 구성요소들에 전원을 전기적으로 결합하도록 구성되며, 이는 아래 더 상세하게 기재될 것이다. 하나 이상의 전원 커넥터들(380)은 도 4에 도시된 하나 이상의 능동 가온 요소들(400)과 같은 하우징(302)의 하나 이상의 구성요소들을 전원에 전기적으로 결합하기 위한 전도성 접착제, 전도성 패드들, 스프링-로딩 탭들, 및/또는 기타 전도성 재료를 구비한 전도성 스티커들일 수 있다.

일부 구현예들에서, 하우징(302)은 또한 식별자(390)를 포함한다. 식별자(390)는 무선-주파수 식별(RFID) 트랜스폰더, 바코드, 식별 칩, 및/또는 기타 식별자일 수 있다. 일부 구현예들에서, 식별자(390)는 하우징(302) 내에 매립되거나 또는 외부 표면에 부착될 수 있다. 식별자(390)는 소모성 카트리지(300)에 대한 고유 식별자에 대한 데이터 및/또는 소모성 카트리지(300)의 유형에 대한 데이터를 포함할 수 있다.

식별자(390)의 데이터는 베이스 기구(102) 또는 소모성 카트리지(300)를 가온하도록 구성된 별개의 장치에 의해 판독될 수 있고, 이는 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같다.

도 3은 매립된 능동 가온 요소(400)를 도시하는 도 2의 소모성 카트리지(300)의 벽(350)의 예시적인 구성의 부분 단면을 도시한다. 소모성 카트리지(300)의 전부 또는 일부분은 그 안에 배치된 전기 전도성 재료와 같은 매립된 능동 가온 요소(400)로 구성될 수 있다. 능동 가온 요소(400)는 하나 이상의 전원 커넥터들(380)에 전력을 제공하는 것에 응답하여 소모성 카트리지(300)의 챔버(310, 320, 330) 내의 일정 체적의 시약을 해동하도록 구성된다. 능동 가온 요소(400)는 전도성 카본, 전도성 와이어, 저항성 테이프, 가열 코일, 및/또는 온도 제어될 수 있는 임의의 다른 요소들을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 여러 능동 가온 요소들(400)은 소모성 카트리지(300)의 하나 이상의 벽들(350) 내에 매립될 수 있다. 일부 경우들에서, 하나 이상의 능동 가온 요소들(400)은, 챔버(310)를 위한 하나 이상의 능동 가온 요소들(400)과 같이, 선택적으로 챔버(320)를 위한 하나 이상의 능동 가온 요소들(400)과 같은 하나 이상의 다른 능동 가온 요소들(400)에 독립적으로 동작되어, 각각의 챔버(310, 320)가 별개로 제어되고 가온되도록 하는, 소모성 카트리지(300)의 일부분에 제공될 수 있다.

저항성 가열 요소들과 같은 능동 가온 요소들(400)의 경우, 전기 전류는 소모성 카트리지(300)의 능동 가온 요소들(400)을 통과할 수 있고, 소모성 카트리지(300)가 챔버 내부에 저장된 시약(들)과 직접 접촉하거나 또는 적어도 근처에서 능동 가온 요소들(400)을 이용하는 것으로부터 가열되는 것을 허용한다. 일부 구현예들에서, 능동 가온 요소들(400)은 내부 벽들(350) 및 외부 벽들(350) 둘 모두에 있을 수 있다. 일 구현예에서, 전체 소모성 카트리지(300)는 소모성 카트리지(300)의 전체를 전기 전도성으로 만들기 위하여 전도성 카본을 포함하는 플라스틱을 포함할 수 있다. 이어서 전기 전류는 전도성 카본 영역을 통과하여 소모성 카트리지(300) 내로부터 시약들을 가온한다. 이는 단지 소모성 카트리지(300)의 외측에서(예컨대, 외부 히터, 수조, 또는 공기 온도로부터) 단순히 열을 가하는 것보다 해동이 더 신속하게 일어날 수 있게 한다.

전기적으로 제어되는 능동 가온 요소(400) 구성에서, 가열 전류 경로들은 어떤 재료가 전도성인지에 기초하여 선택될 수 있거나, 또는, 전체 소모성 카트리지(300)가 전도성 재료로 만들어진 경우, 가열 경로들은 소모성 카트리지(300)의 전원 커넥터들(380)의 위치에 기초하여 제어될 수 있다.

일부 구현예들에서, 벽(350) 또는 별개의 코팅, 라미네이트 등의 비-전도성 재료와 같은, 절연 층들(410)은 챔버 내에 저장된 시약들로부터 능동 가온 요소들(400)을 전기적으로 격리시키도록 제공될 수 있다. 예를 들어, 소모성 카트리지(300) 전체가 전도성 카본과 같은 전기 전도성 재료를 포함하는 경우, 챔버가 시약을 유해한 전압들로부터 격리시켜 시약들을 전해할 가능성을 방지하거나 또는 적어도 실질적으로 감소시키도록 별개의 코팅 또는 라미네이트가 벽(350)의 내부에 적용될 수 있다. 일부 구현예들에서, 절연 층들(410)은 비-전도성 재료에 더하여 또는 그 대신에, 단열재를 포함할 수 있다. 단열재는 해동 동안 소모성 카트리지(300) 내부의 능동 가온 요소들(400)로부터 시약들을 분리하는 데 사용될 수 있다. 이는 더 높은 온도가 시약들을 손상시키지 않으면서 더 짧은 해동 시간을 달성하는 데 사용될 수 있다.

저항성 히터인 능동 가온 요소들(400)의 경우, 재료의 저항성은, 적절한 양의 열이 생성되어 시약들을 과도한 열 또는 손상 전압에 노출시키지 않으면서 대응하는 챔버들(310, 320, 330) 내의 시약들을 가온하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 10 밀리볼트 미만의 전압은 시약에 대하여 임의의 불리한 전기화학 반응들을 야기하기에는 너무 낮을 수 있어서, 능동 가온 요소들(400)은 능동 가온 요소들(400)을 통과하는 가온 전류가 10 ㎷ 초과의 전압 강하를 생성하지 않게 하기 위하여 적절한 저항을 갖도록 설계될 수 있다.

도 4를 참조하면, 일부 구현예들에서, 소모성 카트리지(300)의 하나 이상의 벽들(350)은 챔버(310, 320, 330)와 같은 챔버의 체적의 일부분 안으로 연장되는 하나 이상의 핀들 또는 서브-벽들(450)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 핀들 또는 서브-벽들(450)은 하나 이상의 핀들 또는 서브-벽들(450)을 가열하기 위하여 하나 이상의 핀들 또는 서브-벽들(450) 안으로 연장되는 능동 가온 요소(400) 또는 그것의 일부분을 포함할 수 있다. 하나 이상의 핀들 또는 서브-벽들(450)은 챔버(310, 320, 330) 내에 포함된 시약에 대하여 노출된 벽(350)의 표면적을 증가시킨다. 증가된 노출된 표면적은, 능동 가온 요소(400)에 의해 가열되면, 냉동 시약으로의 열 전달이 일어나는 속도를 증가시킬 수 있고, 그럼으로써 챔버 내의 시약을 목표 온도로 해동하기 위한 시간을 감소시킨다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 핀들 또는 서브-벽들(450)이 더 큰 챔버(310)와 같은 제1 챔버 내에 있을 수 있는 반면, 챔버(320, 330)와 같은 다른 챔버들은 하나 이상의 핀들 또는 서브-벽들(450)을 갖지 않는다.

도 5는 능동 가온 요소들(400)과 같은 능동 가온 요소들을 이용하여 소모성 카트리지(300)와 같은 소모성 카트리지에 저장되는 시약들을 해동하기 위한 공정(500)을 도시한다. 공정(500)은 소모성 카트리지의 하나 이상의 전원 커넥터들에 전원을 결합시키는 단계를 포함한다(블록(510)). 일부 구현예들에서, 하나 이상의 전원 커넥터들은 전기적으로 하나 이상의 능동 가온 요소들을 전원에 전기적으로 결합시키기 위한 전도성 접착제를 구비한 하나 이상의 전도성 스티커들, 하나 이상의 전도성 패드들, 하나 이상의 스프링-로딩 탭들, 및/또는 기타 전도성 재료일 수 있다. 다른 구현예들에서, 하나 이상의 전원 커넥터들은 소모성 카트리지의 전도성 상부 또는 뚜껑 또는 그것의 전도성 부분을 포함할 수 있다. 하나 이상의 전원 커넥터들에 전원을 결합시키는 단계는 베이스 기구(102)와 같은 베이스 기구에 소모성 카트리지를 삽입 또는 연결하는 것에 응답할 수 있다. 다른 구현예들에서, 카트리지 해동 시스템과 같은 별개의 장치는 소모성 카트리지의 하나 이상의 전원 커넥터들에 전기적으로 결합되는 전원을 포함할 수 있다.

일부 구현예들에서, 공정(500)은 소모성 카트리지의 식별자로부터의 데이터에 액세스하는 단계를 옵션적으로 포함할 수 있다(블록(520)). 식별자는 무선-주파수 식별(RFID) 트랜스폰더, 바코드, 식별 칩, 및/또는 기타 식별자일 수 있다. 일부 구현예들에서, 식별자는 소모성 카트리지의 하우징 내에 매립되거나 또는 외부 표면에 부착될 수 있다. 식별자는 소모성 카트리지에 대한 고유 식별자에 대한 데이터 및/또는 소모성 카트리지의 유형에 대한 데이터를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 식별자로부터의 데이터에 액세스하는 단계는 RFID 판독기를 이용하여 RFID 트랜스폰더를 판독하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 식별자로부터의 데이터에 액세스하는 단계는 바코드 판독기를 이용하여 바코드를 판독하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 식별자로부터의 데이터에 액세스하는 단계는 하나 이상의 커넥터들을 이용하여 식별 칩과 전기적으로 또는 통신가능하게 인터페이싱하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 베이스 기구(102)의 시스템 제어기(120)는 엑세스된 데이터를 수신한다. 다른 구현예들에서, 카트리지 해동 시스템과 같은 별개의 장치는 엑세스된 데이터를 수신할 수 있다. 일부 구현예들에서, 식별자는 베이스 기구(102) 및/또는 카트리지 해동 시스템과 같은 별개의 장치에 의해 결정될 수 있는 소모성 카트리지의 물리적 기하학적 형상 또는 치수일 수 있다.

공정(500)은 능동 가열 공정을 개시하는 단계를 포함한다(블록(530)). 능동 가열 공정은 전원으로부터의 전력을 시약을 저장하는 챔버에 근접하게 소모성 카트리지의 하우징 내에 매립된 능동 가온 요소에 사전결정된 기간 동안 인가하는 단계를 포함한다.

식별자로부터의 데이터에 액세스하는 단계가 없는 것과 같은 일부 구현예들에서, 능동 가열 공정을 개시하는 것은 사전결정되거나 또는 베이스 기구(102) 또는 카트리지 해동 시스템과 같은 별개의 장치에서의 사용자 설정 공정일 수 있다. 즉, 능동 가열 공정은 하나 이상의 사전결정된 기간들 동안 인가되는 하나 이상의 사전설정된 입력 전력 전압들 및/또는 전류들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 사전결정된 능동 가열 공정은 시약을 해동시키기 위하여 1 시간의 기간 동안 사전설정된 전력 전압 및/또는 전류를 인가할 수 있다. 다른 구현예들에서, 사전결정된 가열 공정은 시간 경과에 따라 전압 및/또는 전류를 증가 또는 감소시킬 수 있다. 또 다른 구현예들에서, 사전결정된 가열 공정은 제1 기간 동안 제1 사전설정된 전력 전압 및/또는 전류를 인가하고 제2 기간 동안 제2 사전설정된 전력 전압 및/또는 전류를 인가할 수 있다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 사전설정된 입력 전력들, 전류들, 및/또는 기간들은 베이스 기구(102) 또는, 카트리지 해동 시스템과 같은 별개의 장치에 통신가능하게 결합된 터치스크린 또는 키보드와 같은 사용자 인터페이스를 통해 사용자에 의해 한정될 수 있다.

식별자로부터의 데이터가 액세스되는 구현예들에서, 능동 가열 공정은 엑세스된 데이터에 응답하여 선택될 수 있다. 예를 들어, RFID 트랜스폰더가 베이스 기구(102)의 RFID 판독기 또는 카트리지 해동 시스템과 같은 별개의 장치에 의해 판독되는 경우, 대응하는 사전설정된 능동 가열 공정은 엑세스된 데이터에 기초하여 선택될 수 있다. 대응하는 사전설정된 능동 가열 공정은 하나 이상의 사전결정된 기간들 동안 인가되는 하나 이상의 사전설정된 입력 전력 전압들 및/또는 전류들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 유형의 소모성 카트리지에 대응하는 제1 데이터를 구비한 식별자를 갖는 제1 소모성 카트리지의 경우, 베이스 기구(102) 또는 카트리지 해동 시스템과 같은 별개의 장치는 식별자의 제1 데이터에 액세스하여 제1 소모성 카트리지 내에 저장된 시약들을 해동시키기 위하여 제1 사전결정된 기간 동안 제1 전력 전압 및/또는 전류를 인가하는 제1 사전설정된 능동 가열 공정을 선택할 수 있다. 제2 유형의 소모성 카트리지에 대응하는 제2 데이터를 구비한 식별자를 갖는 제2 소모성 카트리지가 제공되는 경우, 베이스 기구(102) 또는 카트리지 해동 시스템과 같은 별개의 장치는 식별자의 제2 데이터에 액세스하여 제1 사전설정된 능동 가열 공정과는 상이할 수 있는, 제2 소모성 카트리지 내에 저장된 시약들을 해동시키기 위하여 제2 사전결정된 기간 동안 제2 전력 전압 및/또는 전류를 인가하는 제2 사전설정된 능동 가열 공정을 선택할 수 있다. 일부 구현예들에서, 인가 전압들 및/또는 전류들의 시퀀스들이 사전설정된 능동 가열 공정들에 대하여 하나 이상의 기간들 동안 인가될 수 있다.

전압들 및/또는 전류들의 인가는, 인가되는 전력이 소모성 카트리지의 하나 이상의 능동 가온 요소들에 전달되도록, 소모성 카트리지의 하나 이상의 전원 커넥터들에 의해 제공될 수 있다. 능동 가온 요소들은 온도가 증가함으로써, 열을 전달하여 소모성 카트리지의 챔버들 내에 저장된 시약들을 해동시킨다. 전압들 및/또는 전류들의 인가는 개방 루프 능동 가열 또는 폐쇄 루프 능동 가열 공정의 일부일 수 있다. 개방 루프 능동 가열은 능동 가온 요소에 원하는 양의 전력을 전달하기 위하여 공지된 또는 계산된 능동 가온 요소 저항에 기초하여 구체적 전압 또는 전류를 인가하는 것을 포함할 수 있다. 폐쇄 루프 능동 가열은 능동 가온 요소의 온도를 주기적으로 결정하는 것에 기초하여 전압 또는 전류를 제어하는 것(즉, 피드백 제어)을 포함할 수 있다. 저항-온도 곡선 또는 수학식은 사전결정 또는 공지될 수 있고 능동 가온 요소의 측정된 저항에 기초하여 온도를 결정하는 데 사용될 수 있다. 다른 경우들에서, 온도 센서가 능동 가온 요소의 온도를 결정하도록 구현될 수 있다. 결정된 온도에 기초하여, 인가되는 전압 및/또는 전류는 원하는 목표 온도를 달성하도록 수정될 수 있다.

일부 구현예들에서, 제1 능동 가온 요소는 제1 가열 경로와 연관될 수 있고, 제2 능동 가온 요소는 제2 가열 경로와 연관될 수 있다. 예를 들어, 제1 능동 가온 요소는 소모성 카트리지의 제1 챔버의 벽들 내에 매립될 수 있고, 제2 능동 가온 요소는 소모성 카트리지의 제2 챔버의 벽들 내에 매립될 수 있다. 제1 능동 가온 요소는 제1 전원 커넥터에 전기적으로 결합될 수 있고 제2 능동 가온 요소는 제2 전원 커넥터에 전기적으로 연결될 수 있다. 능동 가열 공정은 제1 시간에 제1 챔버 내의 시약을 해동시키기 위하여 제1 전원 커넥터에 전력을 공급하고 제2 시간에 제2 챔버 내의 시약을 해동시키기 위하여 제2 전원 커넥터에 전력을 공급할 수 있다. 즉, 능동 가열 공정은 별개의 격리된 전기 전류 경로들을 독립적으로 가짐으로써 소모성 카트리지의 상이한 영역들에서 줄 가열(Joule heating)의 양을 제어할 수 있다. 다른 구현예들에서, 각각의 능동 가온 요소의 저항은 상이한 양의 줄 가열을 제공하기 위하여 재료 차이 및/또는 기하학적 차이에 의해 달라질 수 있다.

일부 구현예들에서, 본 명세서에 기재된 소모성 카트리지들은 외부 오염물들로부터 소모성 카트리지를 격리시키기 위하여 포장재 또는 기타 용기 내에 담길 수 있다. 일부 경우들에서, 포장재 또는 그것의 일부분은 소모성 카트리지가 포장재 또는 기타 용기 내에 유지되는 동안 소모성 카트리지의 하나 이상의 전원 커넥터들을 전원에 전기적으로 결합시키기 위한 하나 이상의 전도성 요소들을 포함할 수 있다.

카트리지의 구현예는 내부에 일정 체적의 시약을 저장하는 챔버를 한정하는 하우징, 하우징 내에 매립되고 챔버에 근접하게 위치되는 능동 가온 요소, 및 하우징에 결합되고 하우징 내에 매립된 능동 가온 요소에 전기적으로 결합되는 전원 커넥터를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 능동 가온 요소는 전원 커넥터에 전력을 제공하는 것에 응답하여 챔버 내의 일정 체적의 시약을 해동시키기 위한 것일 수 있다.

전술한 구현예의 카트리지는 하우징이 챔버 안으로 연장되는 하나 이상의 핀들을 한정하는 것을 포함할 수 있다. 전술한 구현예들의 카트리지는 능동 가온 요소의 적어도 일부분이 하나 이상의 핀들 안으로 연장되는 것을 포함할 수 있다. 전술한 구현예들 중 임의의 것의 카트리지는 능동 가온 요소가 하우징 내에 매립된 전도성 카본을 포함하는 것을 포함할 수 있다. 전술한 구현예들 중 임의의 것의 카트리지는 능동 가온 요소가 하우징 내에 매립된 저항성 테이프를 포함하는 것을 포함할 수 있다. 전술한 구현예들 중 임의의 것의 카트리지는 챔버가 제1 서브-컴포넌트에 의해 한정되고 하우징이 별도로 구성되고 함께 결합되는 복수의 서브-컴포넌트들을 포함하는 것을 포함할 수 있다. 전술한 구현예들 중 임의의 것의 카트리지는 능동 가온 요소가 제1 서브-컴포넌트의 외부 표면에 결합되는 것을 포함할 수 있다. 전술한 구현예들 중 임의의 것의 카트리지는 전원 커넥터가 전도성 접착제를 갖는 전도성 스티커를 포함하는 것을 포함할 수 있다. 전술한 구현예들 중 임의의 것의 카트리지는 전원 커넥터가 하우징에 밀봉된 상부의 일부분을 포함하는 것을 포함할 수 있다. 전술한 구현예들 중 임의의 것의 카트리지는 상부가 알루미늄 포일을 포함하는 것을 포함할 수 있다. 전술한 구현예들 중 임의의 것의 카트리지는 하우징에 결합된 식별자를 추가로 포함할 수 있다. 전술한 구현예들 중 임의의 것의 카트리지는 식별자가 RFID 트랜스폰더를 포함하는 것을 포함할 수 있다. 전술한 구현예들 중 임의의 것의 카트리지는 식별자가 바코드를 포함하는 것을 포함할 수 있다.

방법의 구현예는 카트리지의 전원 커넥터를 전원에 결합시키는 단계, 및 카트리지의 챔버 내에 저장된 시약을 해동시키기 위한 능동 가열 공정을 개시하는 단계를 포함할 수 있고, 능동 가열 공정은 전원으로부터의 전력을 시약을 저장하는 챔버에 근접하게 카트리지의 하우징 내에 매립된 능동 가온 요소에 사전결정된 기간 동안 인가하는 단계를 포함한다. 전술한 구현예의 방법은 사전결정된 기간이 카트리지의 하우징에 결합된 식별자의 데이터에 액세스하는 것에 응답하여 설정되는 것을 포함할 수 있다. 전술한 구현예들 중 임의의 것의 방법은 식별자가 RFID 트랜스폰더를 포함하는 것을 포함할 수 있다. 전술한 구현예들 중 임의의 것의 방법은 식별자가 바코드를 포함하는 것을 포함할 수 있다. 전술한 구현예들 중 임의의 것의 방법은, 카트리지의 하우징이 내부에 제2 시약을 저장하는 제2 챔버에 근접한 제2 능동 가온 요소를 포함하고, 능동 가열 공정이 전원으로부터의 제2 전력을 제2 능동 가온 요소에 제2 사전결정된 기간 동안 인가하는 단계를 포함하고, 제2 사전결정된 기간은 사전결정된 기간과는 상이한 것을 포함할 수 있다. 방법들의 전술한 구현예들 중 임의의 것은 전술한 카트리지 구현예들 또는 아래 카트리지 구현예들 중 임의의 것과 함께 활용될 수 있다.

카트리지의 구현예는 내부에 제1 체적의 제1 시약을 저장하는 제1 챔버 및 내부에 제2 체적의 제2 시약을 저장하는 제2 챔버, 하우징 내에 매립되고 제1 챔버 및 제2 챔버에 근접하게 위치되는 능동 가온 요소, 및 하우징에 결합되고 하우징 내에 매립된 능동 가온 요소에 전기적으로 결합되는 전원 커넥터를 한정하는 하우징을 포함한다. 일부 구현예들에서, 능동 가온 요소는 전원 커넥터에 전력을 제공하는 것에 응답하여 제1 챔버 내의 제1 체적의 제1 시약을 제1 목표 온도로 해동시키고 제2 챔버 내의 제2 체적의 제2 시약을 제2 목표 온도로 해동시키기 위한 것이다. 위 구현예의 카트리지는 하우징 내에 매립된 RFID 트랜스폰더를 추가로 포함할 수 있고, 제1 목표 온도 및 제2 목표 온도는 RFID 트랜스폰더의 데이터에 액세스하는 것에 응답하여 결정된다.

전술한 설명은 해당 기술분야의 통상의 기술자가 본 명세서에 기재된 다양한 구성들을 실시하는 것을 가능하게 하도록 제공된다. 대상 기술이 다양한 특징부들 및 구성들을 참조하여 특별히 설명되었지만, 이는 단지 설명 목적일 뿐이고, 대상 기술의 범주를 제한하는 것으로서 취해져서는 안된다는 것이 이해되어야 한다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수로 언급되고 단어 "a" 또는 "an"과 진행되는 요소 또는 단계는 이러한 배제가 명시적으로 언급되지 않는 한, 복수의 상기 요소들 또는 단계들을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, "일 구현예"에 대한 언급은 인용된 특징부들을 또한 포함하는 추가 구현예들의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되지 않는다. 또한, 명백히 반대로 언급되지 않는 한, 특정 속성을 갖는 요소 또는 복수의 요소들을 "포함하는" 또는 "갖는" 구현예들은 그것들이 그 속성을 갖든 또는 그렇지 않든 간에 추가 요소들을 포함할 수 있다.

본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어 "실질적으로" 및 "약"은, 예를 들어 처리에 있어서의 변동으로 인한 작은 변동을 기재하고 설명하는 데 사용된다. 예를 들어, 이들은 ±5% 이하, 예컨대 ±2% 이하, 예컨대 ±1% 이하, 예컨대 ±0.5% 이하, 예컨대 ±0.2% 이하, 예컨대 ±0.1% 이하, 예컨대 ±0.05% 이하를 지칭할 수 있다.

대상 기술을 구현하기 위한 많은 다른 방법들이 있을 수 있다. 본 명세서에 기재된 다양한 기능들 및 요소들은 대상 기술의 범주로부터 벗어남 없이 도시된 것들로부터 상이하게 분할될 수 있다. 이 구현예들에 대한 다양한 변형들은 용이하게 통상의 기술자에게 명백할 수 있고, 본 명세서에 정의된 일반적 원리들은 다른 구현예들에 적용될 수 있다. 따라서, 대상 기술의 범주로부터 벗어남 없이, 해당 기술분야의 통상의 기술자에 의해, 많은 변경 및 수정들이 대상 기술에 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상이한 개수의 주어진 모듈 또는 유닛이 채용될 수 있거나, 상이한 유형 또는 유형들의 주어진 모듈 또는 유닛이 채용될 수 있거나, 주어진 모듈 또는 유닛이 추가될 수 있거나, 또는 주어진 모듈 또는 유닛이 생략될 수 있다.

밑줄 및/또는 이탤릭체 제목 및 부제목은 단지 편의를 위해 사용되며, 대상 기술을 제한하지 않고, 대상 기술의 설명의 해석과 관련하여 언급되지 않는다. 해당 기술분야의 통상의 기술자들에게 공지되었거나 또는 최근에 공지된 본 개시내용에 걸쳐 기재된 다양한 구현예들의 구성요소들에 대한 모든 구조적 및 기능적 등가물들은 참고로 본 명세서에 명백히 포함되고 대상 기술에 의해 포함되도록 의도된다. 또한, 본 명세서에 개시된 어떠한 것도 이러한 개시내용이 위 설명에 명시적으로 언급되는지와 상관없이 공중에 전용되는 것으로 의도되지 않는다.

Claims

카트리지로서,
내부에 일정 체적의 시약을 저장하는 챔버를 한정하는 하우징;
상기 하우징 내에 매립되고 상기 챔버에 근접하게 위치된 능동 가온 요소; 및
상기 하우징에 결합되고 상기 하우징 내에 매립된 상기 능동 가온 요소에 전기적으로 결합된 전원 커넥터를 포함하고,
상기 능동 가온 요소는 상기 전원 커넥터에 전력을 제공하는 것에 응답하여 상기 챔버 내의 상기 체적의 시약을 해동시키기 위한 것인, 카트리지.
제1항에 있어서, 상기 하우징은 상기 챔버 안으로 연장되는 하나 이상의 핀들을 한정하는, 카트리지.
제2항에 있어서, 상기 능동 가온 요소의 적어도 일부분은 상기 하나 이상의 핀들 안으로 연장되는, 카트리지.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 능동 가온 요소는 상기 하우징 내에 매립된 전도성 카본(conductive carbon)을 포함하는, 카트리지.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 능동 가온 요소는 상기 하우징 내에 매립된 저항성 테이프(resistive tape)를 포함하는, 카트리지.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버는 제1 서브-컴포넌트에 의해 한정되고, 상기 하우징은 별도로 구성되고 함께 결합되는 복수의 서브-컴포넌트들을 포함하는, 카트리지.
제6항에 있어서, 상기 능동 가온 요소는 상기 제1 서브-컴포넌트의 외부 표면에 결합되는, 카트리지.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전원 커넥터는 전도성 접착제를 갖는 전도성 스티커를 포함하는, 카트리지.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전원 커넥터는 상기 하우징에 밀봉된 상부의 일부분을 포함하는, 카트리지.
제9항에 있어서, 상기 상부는 알루미늄 포일을 포함하는, 카트리지.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징에 결합된 식별자를 추가로 포함하는, 카트리지.
제11항에 있어서, 상기 식별자는 RFID 트랜스폰더를 포함하는, 카트리지.
제11항에 있어서, 상기 식별자는 바코드를 포함하는, 카트리지.
방법으로서,
카트리지의 전원 커넥터를 전원에 결합시키는 단계; 및
상기 카트리지의 챔버 내에 저장된 시약을 해동시키기 위한 능동 가열 공정을 개시하는 단계를 포함하고, 상기 능동 가열 공정은 상기 전원으로부터의 전력을 상기 시약을 저장하는 상기 챔버에 근접하게 상기 카트리지의 하우징 내에 매립된 능동 가온 요소에 사전결정된 기간 동안 인가하는 단계를 포함하는, 방법.
제14항에 있어서, 상기 사전결정된 기간은 상기 카트리지의 상기 하우징에 결합된 식별자의 데이터에 액세스하는 것에 응답하여 설정되는, 방법.
제15항에 있어서, 상기 식별자는 RFID 트랜스폰더를 포함하는, 방법.
제15항에 있어서, 상기 식별자는 바코드를 포함하는, 방법.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 카트리지의 상기 하우징은 내부에 제2 시약을 저장하는 제2 챔버에 근접한 제2 능동 가온 요소를 포함하고, 상기 능동 가열 공정은 상기 전원으로부터의 제2 전력을 상기 제2 능동 가온 요소에 제2 사전결정된 기간 동안 인가하는 단계를 포함하고, 상기 제2 사전결정된 기간은 상기 사전결정된 기간과는 상이한, 방법.
카트리지로서,
내부에 제1 체적의 제1 시약을 저장하는 제1 챔버 및 내부에 제2 체적의 제2 시약을 저장하는 제2 챔버를 한정하는 하우징;
상기 하우징 내에 매립되고 상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버에 근접하게 위치된 능동 가온 요소; 및
상기 하우징에 결합되고 상기 하우징 내에 매립된 상기 능동 가온 요소에 전기적으로 결합된 전원 커넥터를 포함하고,
상기 능동 가온 요소는 상기 전원 커넥터에 전력을 제공하는 것에 응답하여 상기 제1 챔버 내의 상기 제1 체적의 제1 시약을 제1 목표 온도로 해동시키고 상기 제2 챔버 내의 상기 제2 체적의 제2 시약을 제2 목표 온도로 해동시키기 위한 것인, 카트리지.
제19항에 있어서, 상기 하우징 내에 매립된 RFID 트랜스폰더를 추가로 포함하고, 상기 제1 목표 온도 및 상기 제2 목표 온도는 상기 RFID 트랜스폰더의 데이터에 액세스하는 것에 응답하여 결정되는, 카트리지.