KR20230056738A - 식품 품질을 특성화하고 식품 안전을 개선할 때 적용되는 표적 검출을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
식품 품질을 특성화하고 식품 안전을 개선할 때 적용되는 표적 검출을 위한 시스템 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
표적 검출을 위한 시스템, 방법 및 플랫폼으로서, 시스템은 베이스 기판; 기판의 넓은 표면에 정의되고, 각각의 개별 샘플 처리 영역의 상류 끝단과 하류 끝단 사이에서 구배에 의해 배열된 일련의 마이크로웰 서브어레이 및 인접한 샘플 처리 영역으로부터 각각의 개별 샘플 처리 영역을 분리하는 바운더리를 포함하는 일련의 샘플 처리 영역; 및 결합 모드에서 베이스 기판과 정합하도록 구성된 커버 기판을 포함하고, 커버 기판은 결합 모드에서 커버 기판과 베이스 기판을 정합할 때 일련의 샘플 처리 영역과 정렬된 환기 채널의 네트워크를 포함하고, 환기 채널의 네트워크는 마이크로웰 어셈블리를 둘러싸고 있는 환경과 베이스 기판 사이의 가스 교환을 제공한다. 본 발명(들)은 MPN 분석을 위해 사용될 수 있다.
Description
[관련출원 상호참조]
본 출원은 2020년 10월 13일에 출원된 미국 가출원 특허 제63/091,101호의 이익을 주장하고, 이는 본 참조로 그 전체가 본원에 포함된다.
본 발명은 일반적으로는 음식 안전 분야, 보다 구체적으로는 식품 품질을 특성화하고 식품 안전을 개선할 때 적용되는, 표적 검출을 위한 새롭고 유용한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
미생물을 식별하고 및/또는 정량하는 것은 소비재(예를 들어, 식품, 음료, 보충제, 국소 소비재 등)의 품질 및 안전과 관련된 분야를 포함하여 많은 분야와 관련이 있다. 미생물의 존재 또는 부재를 검출하기 위해 그러한 소비재 샘플을 배양하는 것은 일반적으로 시간이 많이 걸리고, 수동적이며, 비용 제약이 따르기 때문에, 이는 이러한 결함 및 다른 결함을 해결하기 위해 새로운 기술 개발을 촉진한다.
식품 산업은 원료 제조, 조달 및 취급에서부터 완성된 식료품의 제조, 유통 및 소비까지 다양한 단계에 걸쳐서, 오염 물질, 병원균 및 품질 지표와 관련하여 수많은 식품 안전 매개 변수 및 위생 매개 변수를 모니터링하기 위한 많은 요구 사항을 따라야 한다. 이들 요구 사항의 일 양태는 미생물 계수 식품 품질 지표(enumeration of microbial food quality indicator)를 포함한다. 그러한 품질 지표(QI: quality indicator) 특성화는 제품 품질(예를 들어, 부패 관련, 유통 기한 관련) 및 공정 위생에 대한 지표를 제공하고, 병원성 유기체의 발생을 예측하는 데 도움이 된다. 식품 및 환경 샘플의 QI를 계수하기 위한 몇 가지 방법이 존재하고, 콜로니 계수(예를 들어, 한천 배지 구현, 탈수된 시약을 포함하는 즉시 사용 가능한 패드 구현 등) 및 최확수(MPN: most probable number)가 가장 널리 사용되지만, 그러한 기술은 인적 오류, 내재된 분석 변동성, 낮은 기술적 재현성, 결과에 대한 긴 시간, 자동화 부족, 검출과 관련된 방해, 제한된 계수 범위, 낮은 민감도, 디지털이 아닌 아날로그 판독, 높은 비용, 높은 수준의 폐기물, 복잡한 작업 흐름, 낮은 처리량 및 식품 매트릭스 비호환성 중 하나 이상에 취약할 수 있다. 또한, 그러한 기술은 상이한 표적 미생물의 계수 및 특성화를 위해 특수 시약이 필요할 수 있다.
임상 현장에서, 병원성 미생물은 항균제에 대해 다양한 정도의 민감성을 나타낼 수 있다. 따라서 임상의는 종종 병원체의 종 또는 변종과 다양한 종류의 항균제 및 이들의 조합에 대한 민감성을 모두 식별함으로써 이익을 얻는다. 그러나, 당업계에서 사용되는 미생물 감염의 임상적 평가 방법은 일반적으로 항균 민감성을 결정하는 데 적어도 16 시간 내지 48 시간이 필요하고 전술한 것과 유사한 결함이 있다.
이와 같이, 식품 품질을 특성화하고 식품 안전을 개선할 때 적용되는, 표적 검출을 위한 새롭고 유용한 시스템 및 방법이 필요하다.
도 1a 및 도 1b는 표적 검출을 위한 마이크로웰 어셈블리의 실시예에 대한 개략적 표현을 도시한다.
도 2는 표적 검출을 위한 마이크로웰 어셈블리의 변형예에 대한 개략적 표현을 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 표적 검출을 위한 마이크로웰 어셈블리의 특정 예시에 대한 개략적 표현을 도시한다.
도 4는 표적 검출을 위한, 커버 구성 요소를 갖는, 마이크로웰 어셈블리의 측면도를 도시한다.
도 5는 엘라스토머 커버 구성 요소를 갖는, 마이크로웰 어셈블리의 작동 모드에 대한 측면도를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 표적 검출을 위한 마이크로웰 어셈블리의 환기 채널의 변형예에 대한 도면을 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 표적 검출을 위한 마이크로웰 어셈블리의 다공성 필름 층의 변형예에 대한 도면을 도시한다.
도 8은 베이스 기판 및/또는 커버 기판이 다공성 물질로 구성되는 마이크로웰 어셈블리의 변형예를 도시한다.
도 9는 마이크로웰 어셈블리의 유닛을 사용하여 샘플을 자동 처리하기 위한 플랫폼의 실시예를 도시한다.
도 10a는 표적 검출을 위한 방법의 실시예에 대한 흐름도를 도시한다.
도 10b는 표적 검출을 위한 방법의 변형예에 대한 흐름도를 도시한다.
도 2는 표적 검출을 위한 마이크로웰 어셈블리의 변형예에 대한 개략적 표현을 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 표적 검출을 위한 마이크로웰 어셈블리의 특정 예시에 대한 개략적 표현을 도시한다.
도 4는 표적 검출을 위한, 커버 구성 요소를 갖는, 마이크로웰 어셈블리의 측면도를 도시한다.
도 5는 엘라스토머 커버 구성 요소를 갖는, 마이크로웰 어셈블리의 작동 모드에 대한 측면도를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 표적 검출을 위한 마이크로웰 어셈블리의 환기 채널의 변형예에 대한 도면을 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 표적 검출을 위한 마이크로웰 어셈블리의 다공성 필름 층의 변형예에 대한 도면을 도시한다.
도 8은 베이스 기판 및/또는 커버 기판이 다공성 물질로 구성되는 마이크로웰 어셈블리의 변형예를 도시한다.
도 9는 마이크로웰 어셈블리의 유닛을 사용하여 샘플을 자동 처리하기 위한 플랫폼의 실시예를 도시한다.
도 10a는 표적 검출을 위한 방법의 실시예에 대한 흐름도를 도시한다.
도 10b는 표적 검출을 위한 방법의 변형예에 대한 흐름도를 도시한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대한 다음 설명은 본 발명을 이들 바람직한 실시예로 제한하기 위한 것이 아니라 당업자가 본 발명을 만들어 사용할 수 있도록 하기 위한 것이다.
1. 이점(Benefits)
본 발명(들)은 종래 시스템 및 방법에 비해 여러 이점을 제공할 수 있다.
특히, 본 발명(들)은 분할(partitioning)과 관련된 수동 단계 최소화와 관련하여, 견결하고, 효율적이며 및/또는 자동적인 방식으로 샘플을 분할하는(예를 들어, MPN 분석을 위해) 단계를 포함하는 표적 검출 분석을 위한 혁신적인 솔루션을 제공하는 이점을 제공한다. 또한, 본 발명(들)은 샘플 처리 일회용품의 혁신적인 설계를 포함하기 때문에, 다양한 산업에서 막대한 비용이 들지 않는 높은 처리량 방식으로 다수의 샘플을 동시에 처리할 수 있다. 그러한 설계는, 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, 자동화된 샘플 적용 및 분배, 제어된 액체 스프레딩, 제어된 샘플 봉쇄, 가변적인 부피 샘플 분할, 습도 조절, 휘발 방지, 및/또는 누화(cross-talk) 방지를 제공하는 기능을 하는 구조 및 기능을 선택적으로 포함한다.
또한, 본 발명(들)은 인적 오류, 작업 흐음의 복잡성, 내재된 분석 변동성, 및 특성화 및 계수에 필요한 지속 시간을 크게 줄이는 방식으로 표적 검출을 위한 시스템 및 방법을 제공하는 이점을 제공한다.
또한, 본 발명(들)은 처리 단계를 자동화 및/또는 단순화하는 이점을 제공하고, 일부 변형예에서는 MPN 분석을 위해 샘플(예를 들어, 부피가 1 ㎖ 이하인 샘플, 부피가 1 ㎖보다 많은 샘플)을 자동으로 분할할 수 있다. 또한, 소량의 부피를 효율적으로 처리함으로써, 본 발명(들)은 분석 작업과 관련된 폐기물을 크게 줄이고, 실행 성공을 최적화하고, 실행 간 및/또는 상이한 사용자 간의 일관성을 최적화할 수 있다.
예에서, 본 발명(들)은 발색성 기질과 같은 변환된 효소 기질이 검출 임계값에 도달하는 데 필요한 시간을 크게 줄임으로써 결과 및 처리 시간을 크게 줄이기 위해 소량의 부피를 구현하는 이점을 또한 제공한다. 또한, 빠른 방식으로 샘플을 작은 파티션으로 나누면 계수 범위가 증가하고 MPN 추정의 정확성이 개선된다.
또한, 본 발명(들)은 변환된 효소 기질의 생성 및/또는 비색 및/또는 형광(예를 들어, 다중 채널 형광)에 의한 검출과 관련된 억제 문제를 완화시키는 이점을 제공한다.
또한, 본 발명(들)의 변형예는 비용 효율적이고 시간 효율적인 방식으로 미생물 성장 및/또는 개수를 빠르게 분석하기 위한 키트, 조성물, 방법 및 장치를 제공할 뿐만 아니라 미생물을 성장시키기 위한 구조 및 환경을 제공하는 이점을 제공한다.
추가적으로, 본 발명(들)은 미생물 성장 및 검출을 위한 폐쇄 시스템을 제공하여 잠재적으로 유해한 병원균으로 인한 실험실 오염을 방지할 수 있다.
추가적으로, 소프트웨어 및 작업 흐름 개선을 통해, 시스템 및/또는 방법은 사용자가 수행하는 수동 작업의 수를 최소화하고, 원활한 작업 및 샘플 처리를 보장하기 위한 관련 시스템 상태 보고서를 제공할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 시스템 및/또는 방법은 모든 다른 적절한 이점을 제공할 수 있다.
2. 마이크로웰 플레이트(Microwell Plate)
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 표적 검출을 위한 마이크로웰 어셈블리(100)의 실시예는 베이스 기판(110); 및 기판(110)의 넓은 표면에 정의된 일련의 샘플 처리 영역(a set of sample processing regions)(샘플 처리 영역(120) 포함)을 포함하고, 일련의 샘플 처리 영역은 각각 샘플 처리 영역(120)의 상류 끝단(upstream end)(10)과 하류 끝단(downstream end)(90) 사이에 구배에 의해 배열된 일련의 마이크로웰 서브어레이(a set of microwell subarrays)(130), 및 인접한 샘플 처리 영역으로부터 샘플 처리 영역(120)을 분리하는 바운더리(190)를 포함한다. 각 샘플 처리 영역에 대한 마이크로웰 서브어레이의 구배와 관련하여 제1 특성 치수(characteristic dimension)(예를 들어, 최소 특성 치수)를 갖는 웰이 있는 초기의 마이크로웰 서브어레이(130)는 상류 끝단(10)에 배치될 수 있고, 제2 특성 치수(예를 들어, 최대 특성 치수)를 갖는 웰이 있는 말단의 마이크로웰 서브어레이(170)는, 보다 상세하게 후술되는 다른 변형예로, 샘플 처리 영역(120)의 하류 끝단(90)에 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 마이크로웰 어셈블리(100)는 결합 모드(coupled mode)에서 베이스 기판(110)과 정합하도록 구성된 커버 기판(210)을 포함할 수 있고, 커버 기판(210)은 커버 기판(210)과 베이스 기판(110)을 정합할 때 일련의 샘플 처리 영역과 정렬된, (결합 모드에서) 베이스 기판(110)에 직면하는 환기 채널(venting channels)(220)의 네트워크를 포함하고, 베이스 기판(110)과 환경(50)(예를 들어, 마이크로웰 어셈블리를 둘러싸고 있는 환경, 베이스 기판(110)과 커버 기판(210) 사이의 국부 환경 등) 사이의 가스 교환을 제공한다. 또한, 커버 기판(210)은 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, 하나 이상의 기능 층에 의해 베이스 기판(110)으로부터 분리될 수 있다.
마이크로웰 어셈블리(100)는 최확수(MPN: most probable number) 결정에서 특정 어플리케이션을 사용하여, 저비용 방식으로 신속한 샘플 분배 및 처리를 위한 메커니즘을 제공하는 기능을 한다. 특히, 마이크로웰 어셈블리는 샘플 부피를 수용하고 (예를 들어, 최소 사용자 수동 개입으로) 마이크로웰의 여러 서브어레이에 그것을 분배할 수 있고, 각 서브어레이는 특성 치수를 가짐으로써 동시에 다수의 샘플에 대해 연속 희석 테스트의 빠른 작업 및 수행을 가능하게 하여 (예를 들어, 식품 안전/식품 품질 어플리케이션, 다른 어플리케이션을 위해) 샘플에서 하나 이상의 표적 미생물의 농도를 측정한다. 마이크로웰 어셈블리(100)는 액체 교환을 방지하면서 마이크로웰 어셈블리(100)를 둘러싸고 있는 환경 및/또는 마이크로웰의 내용물 간의 가스 교환을 허용함으로써 습도 조절을 제공하고 휘발을 방지할 수 있다. 또한, 마이크로웰 어셈블리(100)는 처리되는 상이한 샘플 간의 액체, 병원균 및/또는 전환 기질 누화를 방지할 수 있다. 마이크로웰 어셈블리(100)의 추가적인 기능은 마이크로웰 어셈블리의 개별 요소(110)와 관련하여 아래에서 보다 상세하게 기술된다.
2.1 베이스 기판 및 마이크로웰 서브어레이가 있는 샘플 처리 영역(Base Substrate and Sample Processing Regions with Microwell Subarrays)
2.1.1 베이스 기판(Base Substrate)
도 1a에 도시된 바와 같이, 마이크로웰 어셈블리(100)는 더 상세하게 후술되는 일련의 샘플 처리 영역을 지지하는 베이스 기판(110)을 포함한다. 따라서, 베이스 기판(110)은 일련의 샘플을 지지하고, 일련의 샘플에서 미생물을 검출하고, 미생물의 농도를 추정하고 및/또는 미생물의 존재를 특성화하기 위한 프로세스를 용이하게 하는 기능을 한다. 또한, 일부 변형예에서, 베이스 기판(110)은 (예를 들어, 구조적 특징 및/또는 물질 특성을 사용하여) 액체 교환을 방지하면서 마이크로웰 어셈블리(100)를 둘러싸고 있는 환경과 마이크로웰 내용물 간의 가스 교환을 허용함으로써, 처리되는 상이한 샘플 간의 누화를 방지하면서 휘발을 방지하고 습도 조절을 제공하는 기능을 할 수 있다.
물질 조성에서, 베이스 기판(110)은 고분자(예를 들어, 폴리프로필렌, 폴리디메틸실록산, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리메틸 메타크릴레이트, 시클릭 올레핀 공중합체, 폴리카보네이트), 실리콘 유래 물질, 유리, 금속성 물질, 세라믹 물질, 천연 물질, 합성 물질, 및/또는 모든 적합한 물질 중 하나 이상으로 구성될 수 있다. 특히, 물질 선택은 제조 고려 사항, 샘플 처리에 바람직한 표면 특성, 광학 특성, 벌크 특성(예를 들어, 다공성 측면, 밀도 측면), 표면 특성, 열적 특성, 기계적 특성 및/또는 모든 다른 적합한 특성 중 하나 이상을 기반으로 할 수 있다. 또한, 베이스 기판(110)의 모든 부분은 동일한 물질(들), 상이한 물질(예를 들어, 베이스 기판(110)의 각 부분이 상이한 설계 제약을 갖는 경우) 및/또는 물질의 임의 조합을 사용하여 구성될 수 있다. 또한, 베이스 기판(110)은 단일 본체이거나, (예를 들어, 제조하는 동안) 함께 결합되는 별개 부분들을 갖는 베이스 기판(110)일 수 있다.
광학 특성과 관련하여, 베이스 기판(110)의 물질(들)은 어느 정도의 투명도, 반사율, 또는 다른 광학 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 물질은 (예를 들어, 베이스 기판(110)의 하부 표면으로부터, 베이스 기판(110)의 상부 표면으로부터)의 광학적 분석, 조사 또는 관찰이 가능하도록 하기 위해 투명할 수 있지만, 불투명(opaque)하거나, 투명(transparent)하거나, 반투명(translucent)하거나 및/또는 모든 적절한 불투명도를 가질 수 있다. 예를 들어, (예를 들어, 가스 교환 기능을 제공하기 위한) 다공성(porosity)과 같은 벌크 특성과 관련하여, 고도의 다공성이 필요한 경우 베이스 기판(110)은 투명하지 않을 수 있다. 또한, 물질 및/또는 구성의 변형예는 베이스 기판(110)의 개별 마이크로웰 내에서 (예를 들어, 형광 억제와 관련하여, 다른 전환 기질의 억제와 관련하여) 검출 가능한 신호의 억제를 촉진하도록 구성될 수 있다. 또한, 기판 물질의 변형예는 샘플 처리 물질(예를 들어, 형광 기질(fluorogenic substrates), 비색 기질(colorimetric substrates), 다른 전환 기질(conversion substrates), 샘플 등)의 홉수를 방지하도록 구성 및/또는 처리될 수 있다.
벌크 특성과 관련하여, 베이스 기판(110)의 물질(들)은 액체 교환을 방지하면서, 베이스 기판(110)을 통해 환경(예를 들어, 시스템 환경)과 마이크로웰 내용물 간의 가스 교환을 허용하는 다공성 레벨로 구성됨으로써, 처리되는 상이한 샘플 간의 누화(cross-talk)를 방지하면서 휘발을 방지하고 습도 조절을 제공할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 벌크 특성과 관련하여, 베이스 기판(110)의 물질(들)은 미생물의 생존 능력을 지원하기 위해 필요한 샘플 처리 및/또는 인큐베이션 목적에 적합한 밀도 레벨 또는 다른 벌크 특성으로 구성될 수 있다. 변형예에서, 베이스 기판(110)은 고분자(예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐 알코올(PVA) 등), 세라믹, 또는 (예를 들어, 1 ㎛ 미만의 입자 유지 등급을 갖는, 1 ㎛ 이상의 입자 유지 등급을 갖는) 입자 유지 특성 또는 (예를 들어, IP 등급(IP scale)에 따라, 다른 평가 등급에 따라) 적합한 침입 등급을 갖는 다른 적합한 물질(예를 들어, 천연 물질, 합성 물질)로 구성되거나 달리 이들을 포함할 수 있다. 예에서, 베이스 기판(110)은 IP 등급(예를 들어, IP 65-69)을 갖는 PTFE 기반 물질로 구성될 수 있지만, 대안적으로 베이스 기판(110)은 마이크로웰 어셈블리(100)의 다른 요소(예를 들어, 통풍구, 마이크로스케일 채널, 나노스케일 채널 등)에 의해 가스 교환이 가능해진 비-다공성 물질로 구성될 수 있다.
표면 특성과 관련하여, 베이스 기판(110)의 물질(들)은 예를 들어, 접촉각 및 습윤성 특성에 의해 결정되는 원하는 친수성/소수성 특성(예를 들어, 고도의 친수성)으로 구성될 수 있다. 다른 전기적 및 물리적 특성과 관련하여, 베이스 기판(110)의 물질(들)은 (예를 들어, 사용한 샘플 유체 및/또는 샘플 처리 유체의 특성과 관련하여) 원하는 전하, 전기장 특성, 전도성, 저항성, 및/또는 모든 다른 적합한 표면 또는 물리적 특성으로 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 베이스 기판(110)의 물질(들)은 샘플을 처리하는 동안 사용한 유체 및 미생물과 반응하지 않도록 바람직하게 구성된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 베이스 기판(110)의 물질(들)은 미생물의 생존 능력 및/또는 검출 가능한 효소 기질의 전환을 방지하는 억제제를 흡수하도록 구성된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 수용하는 유체에 노출되는 베이스 기판(110)의 표면은 원하는 표면 마감을 가질 수 있다.
열적 특성과 관련하여, 베이스 기판(110)의 물질(들)은 열 전달 및/또는 열 유지 특성과 관련하여 원하는 열적 특성으로 구성될 수 있다. 특히, 베이스 기판(110)은 (예를 들어, 샘플 인큐베이션 단계에 적합한) 원하는 열 전도성 및/또는 열 용량 특성으로 구성될 수 있다. 하나의 변형예에서, 베이스 기판(110)은 베이스 기판(110)과 접촉하는 유체로 또는 유체로부터 멀리 열을 효율적으로 전달할 수 있도록 하는 열적 특성으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 베이스 기판(110)이 가열 또는 냉각 요소와 결합되는 변형예에서, 베이스 기판(110)은 인큐베이션 동안 마이크로웰의 내용물로의 열 전달 및/또는 유체로부터의 열 전달을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 그러나, 베이스 기판(110)은 용도를 기반으로 하여 다른 적합한 열적 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 베이스 기판(110)은 작업하는 동안 접촉하는 유체의 온도에 물질이 크게 영향을 미치지지 않도록 낮은 열 전도성으로(예를 들어, 절연 물질로) 구성될 수 있다.
기계적 특성과 관련하여, 베이스 기판(110)의 물질(들)은 강성, 강도, 탄성 거동, 경도 및 다른 특성 중 하나 이상을 포함하여 원하는 기계적 특성으로 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 베이스 기판은 자동화된 플레이트 암 로봇 서브시스템(plate arm robotic subsystem)과 호환되도록 구성될 수 있다.
치수에서, 베이스 기판(110)은 SBS 마이크로웰 플레이트(예를 들어, 127.76 mm x 85.48 mm 풋프린트)의 포맷을 가질 수 있지만, 베이스 기판(110)은 대안적으로 다른 적합한 치수를 가질 수 있다. 마이크로웰 어셈블리의 플레이트는 추가적으로 또는 대안적으로 샘플 실행 중에 사용하기 위해 또는 포장을 하기 위해 쉽게 적재될 수 있도록 설계될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 베이스 기판(110)은 (예를 들어, 오토크레이브를 사용하여, 다른 멸균 방법을 사용하여) 멸균 가능하도록 구성될 수 있다.
2.1.2 마이크로웰 서브어레이가 있는 샘플 처리 영역(Sample Processing Regions with Microwell Subarrays)
도 1a에 도시된 바와 같이, 베이스 기판(110)은 (도면에 도시된 샘플 처리 영역(120)을 포함하여) 일련의 샘플 처리 영역을 정의하고, 일련의 샘플 처리 영역은 각각 샘플 처리 영역(120)의 상류 끝단(10)과 하류 끝단(90) 사이에서 구배(예를 들어, 용적, 크기, 표면적, 풋프린트, 단면적)에 의해 배열된 일련의 마이크로웰 서브어레이(130)를 포함한다. 일련의 샘플 처리 영역은 하나 이상의 표적(예를 들어, 식품 안전 및/또는 식품 품질과 관련된 표적)의 검출을 위해, 각 샘플에 대한 연속 희석 테스트 작업이 가능하도록 하기 위해, 일련의 샘플을 수용하고 일련의 마이크로웰 서브어레이 전체에 걸쳐 일련의 샘플 분배를 용이하게 하는 기능을 한다. 일부 변형예에서, 일련의 샘플 처리 영역은 샘플 처리 효율성을 높이기 위해 샘플을 수용하기 전에 건조된 샘플 처리 물질(예를 들어, 배지, 형광 기질, 비색 기질, 다른 염료 등)을 저장하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 변형예에서, 일련의 샘플 처리 영역은 다른 적합한 구성 요소(예를 들어, 미리 포장된 구성 요소)를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 일련의 샘플 처리 영역은 비특이적(non-specific) 흡수제를 사용하여 친수성이 되도록, 수화되도록, 처리되도록 및/또는 차단되도록 구성될 수 있다.
변형예에서, 일련의 샘플 처리 영역은 베이스 기판(110)의 넓은 표면에 걸쳐있는 일련의 레인(lane)으로서 배열될 수 있고, 각 영역은 샘플이 높은 처리량 방식으로 동시에 처리될 수 있도록 별개의 샘플을 수용하도록 구성된다. 베이스 기판(110)의 넓은 표면이 장축 및 단축을 갖는 실시예에서, 일련의 샘플 처리 영역은 (예를 들어, 원하는 마이크로웰 크기의 수 및/또는 테스트를 위한 샘플의 수 및 구성과 관련하여) 단축과 평행하게 또는 장축과 평행하게 배열될 수 있다. 그러나, 일련의 샘플 처리 영역은 대안적으로 다른 적합한 축을 기준으로 배열될 수 있다. 또한, 다른 변형예에서, 일련의 샘플 처리 영역은 각각 종방향으로 정의된 마이크로웰 서브어레이가 있는 레인으로서 구성되지 않을 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 다른 변형예에서, 일련의 샘플 처리 영역은 각각, 구역(예를 들어, 원형 구역, 타원체 구역, 다각형 구역, 무정형 구역 등)으로서 정의될 수 있고, 마이크로웰 서브어레이는 다른 적합한 축(예를 들어, 반경 방향 축, 원주 축 등)을 따라 또는 다른 적합한 좌표계 내에서 배열될 수 있다.
변형예에서, 마이크로웰 어셈블리(100)에 포함된 샘플 처리 영역의 수는 각 마이크로웰 서브어레이에 필요한 개별 마이크로웰의 수 및 마이크로웰 특성 치수와 관련하여, (위에서 제공된 예와 함께) 베이스 기판(110)의 치수에 의해 좌우될 수 있고, 구현된 마이크로웰의 수 및 마이크로웰 치수는 MPN 결정을 위해 영역 당 수용된 샘플 부피와 관련하여 연속 희석 테스트 작업을 위해 최적화될 수 있다. 예에서(2개의 예가 도 3a 및 도 3b에 도시됨), 일련의 샘플 처리 영역은 2개 내지 7개의 처리 영역을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 변형예에서, 일련의 샘플 처리 영역은 다른 적절한 개수의 샘플 처리 영역(예를 들어, 2개 미만의 샘플 처리 영역, 7개보다 많은 샘플 처리 영역)을 포함할 수 있다.
위에서 간략하게 설명한 바와 같이, 일련의 샘플 처리 영역은 각각, 샘플 처리 영역(120)의 상류 끝단(10)과 하류 끝단(90) 사이에서 구배에 의해 배열된 일련의 마이크로웰 서브어레이(130), 및 인접한 샘플 처리 영역으로부터 샘플 처리 영역(120)을 분리하는 바운더리(190)를 포함할 수 있다. 일련의 마이크로웰 서브어레이(130)는 샘플로부터 표적을 검출하기 위한 MPN 및/또는 다른 분석의 결정을 수행하기 위해 알려진 부피 분포를 갖는 일련의 파티션을, 처리하는 각 샘플에 대해 제공하는 기능을 한다. 따라서, 일련의 마이크로웰 서브어레이 각각은, 적절한 신뢰성 한계로 최소 및 최대의 검출 가능한 MPN 값을 생성하기 위해 희석 당 적절한 희석 및 파티션 수를 제공하기 위해, 파티션 각각에 대해 상이한 특성 부피를 갖는 파티션(예를 들어, 마이크로웰)을 가질 수 있다. MPN 결정 및 신뢰성 한계 측면은 아래에서 추가로 기술된다.
변형예에서, 베이스 기판(110)의 샘플 처리 영역은 2개 내지 10개의 마이크로웰 서브어레이를 포함할 수 있고, 일련의 마이크로웰 서브어레이 각각은 10개의 파티션 내지 100,000개의 파티션을 갖는다. 각각의 샘플 처리 영역은 적절한 신뢰성 한계로, MPN 분석을 위해 5 내지 3,000,000의 최소 및 최대 범위 사이의 MPN 값을 제공하기 위해, 0.01 ml 내지 10 ml의 샘플을 (총 용적을 제공함으로써) 수용할 수 있다. 그러나, 샘플 처리 영역은 다른 적절한 개수의 마이크로웰 서브어레이(예를 들어, 2개 미만의 서브어레이, 10개 보다 많은 서브어레이)를 포함할 수 있고, 각각은 다른 적절한 범위 내에서 MPN 결정을 가능하게 하기 위해, 다른 크기(예를 들어, 0.01 ml 미만, 10 ml보다 큰)의 샘플 부피를 수용하기 위해 다른 적절한 개수의 파티션(예를 들어, 10개 미만의 파티션, 100,000개 보다 많은 파티션)을 갖는다.
특히, 마이크로웰 서브어레이/특성 부피의 수 및 마이크로웰 서브어레이 당 파티션의 수는 아래의 수학식 [1]에서 λ에 대한 해의 결정과 관련하여 구성될 수 있고, 여기서 exp(x)는 ex이고, K는 희석 수를 나타내고, gj는 j번째 희석에서의 양성(또는 성장) 튜브 수를 나타내고, mj는 j번째 희석에서 각 튜브에 넣은 오리지널 샘플의 양을 나타내고, 및 tj는 j번째 희석에서의 튜브 수를 나타낸다.
[수학식 1]
도 3a 및 도 3b에 도시된 특정 예에서, 일련의 샘플 처리 영역 각각은, 샘플 처리 영역의 종축을 따라 구배에 의해 분포된 3개의 마이크로웰 서브어레이를 가질 수 있고, 제1 마이크로웰 서브어레이(121)는 300개의 마이크로웰 파티션 및 파티션 당 0.03 ㎖의 특성 부피를 갖는다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 마이크로웰 서브어레이(121)의 각 마이크로웰은 0.35 mm 폭, 0.25 mm 높이 및 인접한 마이크로웰로부터 각 마이크로웰을 분리하는 0.2 mm 폭의 리브를 가질 수 있다. 또한, 샘플 처리 영역은 300개의 마이크로웰 파티션 및 파티션 당 0.3 ㎖의 특성 부피를 갖는 제2 마이크로웰 서브어레이(122)를 포함할 수 있고, 도 3b에 도시된 바와 같이 제2 마이크로웰 서브어레이(122)의 각 마이크로웰은 0.70 mm 폭, 0.61 mm 높이 및 인접한 마이크로웰로부터 각 마이크로웰을 분리하는 0.35 mm 폭의 리브를 가질 수 있다. 또한, 샘플 처리 영역은 300개의 마이크로웰 파티션 및 파티션 당 3 ㎖의 특성 부피를 갖는 제3 마이크로웰 서브어레이(123)를 포함할 수 있고, 도 3b에 도시된 바와 같이 제3 마이크로웰 서브어레이(123)의 각 마이크로웰은 1.45 mm 폭, 1.43 mm 높이 및 인접한 마이크로웰로부터 각 마이크로웰을 분리하는 0.70 mm 폭의 리브를 가질 수 있다. 마이크로웰은 마이크로웰 서브어레이 전체에 걸쳐 샘플 유체의 분배를 용이하게 하기 위해 적절한 피치를 가질 수 있다. 그러한 구성은 샘플 당 MPN 결정을 허용하기 위해 각 샘플 처리 영역이 ~ 1 ml 샘플을 처리할 수 있게 할 수 있다.
변형예에서, 각 마이크로웰의 단면은 단면(예를 들어, 베이스 기판(110)의 넓은 표면에 평행한 평면을 가로질러 취한 단면)이 다각형(예를 들어, 육각형, 직사각형 등) 또는 비-다각형(예를 들어, 원형, 타원형, 무정형 등)일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 각 마이크로웰의 단면은 기판(110)의 넓은 표면으로부터 각 마이크로웰의 베이스를 향하는 방향을 따라 테이퍼링될 수 있다. 이와 같이 각 웰은 샘플의 서브-부피가 베이스 기판(110)의 넓은 표면에 수직인 방향으로부터 마이크로웰로 들어갈 수 있도록 베이스 기판(110)의 넓은 표면에 개구부를 가질 수 있다. 그러나, 마이크로웰의 개구부(들)은 다른 적절한 방식으로 구성될 수 있다. 또한, 마이크로웰은 패킹 구성(packed configuration)(예를 들어, 육각형의 조밀 패킹 구성, 직사각형의 조밀 패킹 구성, 다른 조밀 패킹 구성 등) 또는 비-패킹 구성으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 일련의 마이크로웰 서브어레이의 초기 서브어레이의 웰은 제1 패킹 구성(예를 들어, 육각형의 조밀 패킹 구성, 직사각형의 조밀 패킹 구성, 다른 조밀 패킹 구성 등)으로 배열될 수 있고, 일련의 마이크로웰 서버어레이의 말단 서브어레이의 웰은 제2 패킹 구성(예를 들어, 육각형의 조밀 패킹 구성, 직사각형의 조밀 패킹 구성, 다른 조밀 패킹 구성 등)으로 배열될 수 있다.
각각의 샘플 처리 영역에 대한 마이크로웰 서브어레이의 구배와 관련하여, 제1 특성 치수(예를 들어, 최소 특성 치수)를 갖는 웰이 있는 초기 마이크로웰 서브어레이(130)는 샘플 처리 영역의 상류 끝단(10)에 배치될 수 있고, 제2 특성 치수(예를 들어, 최대 특성 치수)를 갖는 웰이 있는 말단 마이크로웰 서브어레이(170)는 샘플 처리 영역(120)의 하류 끝단(90)에 배치될 수 있다. 이와 같이, 마이크로웰 서브어레이는 상류에서 하류 방향으로 점점 더 큰 마이크로웰 특성 치수를 가질 수 있다. 대안적으로, 마이크로웰 서브어레이는 (예를 들어, 초기 마이크로웰 서브어레이(130)가 최대 특성 치수를 갖는 웰을 갖고, 말단 서브어레이(170)는 최소 특성 치수를 갖는 웰을 갖도록) 상류에서 하류 방향으로 점점 더 작은 마이크로웰 특성 치수를 가질 수 있다. 다시 대안적으로, 마이크로웰 어레이는 (예를 들어, 다른 마이크로웰 특성과 관련하여, 다른 방향 축을 따라) 다른 적절한 방식으로 구배 또는 비-구배로 구성될 수 있다. 다시 대안적으로, 각 샘플 처리 영역은 다른 변형예에서 (예를 들어, 마이크로웰의 구배에 걸쳐 단계적으로 증가하게) 달리 구성될 수 있다. 예를 들어, 웰 치수는 상류에서 하류 방향으로 구배를 갖도록 구성되는 것이 아니라 측면 방향(예를 들어, 상류에서 하류 방향으로 직교)으로 구성될 수 있다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 베이스 기판(110)은 인접한 샘플 처리 영역으로부터 각각의 샘플 처리 영역을 분리하는 일련의 바운더리(예를 들어, 도 1a에 도시된 바운더리(190) 포함)을 포함함으로써 샘플 누화를 방지하는 기능을 할 수 있다. 바운더리(190)는 오목부(예를 들어, 둘레를 형성하는 오목한 채널, 해자(moat)) 또는 돌출부로 구성될 수 있고, 또는 대안적으로 오목부 및 돌출부를 포함할 수 있다. 또한, 바운더리(190)는 샘플 오버플로우의 흡수 또는 휘발을 촉진하도록 구성된 영역으로서 구성될 수 있고, 그에 따라 영역으로 샘플이 유입될 때 샘플이 증발되거나 및/또는 바운더리(190)의 벽에 흡수된다. 바운더리(190)가 샘플 처리 영역 주위의 오목한 둘레로서 정의되는 변형예에서, 바운더리(190)는 샘플 오버플로우가 샘플을 처리하는 동안 수용될 수 있는 해자(moat)로서 기능할 수 있다. 대안적으로, 바운더리(190)는 다른 적절한 목적을 제공할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 바운더리(190)는 샘플 처리 영역으로부터 넘쳐 흐르는 물질을 수용하고 흡수하도록 구성된 흡수성 물질로 구성될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 바운더리 또는 바운더리들은 넘쳐 흐르는 물질이 샘플 처리 영역으로부터 멀리 전달되어 샘플 처리 영역으로 재유입되는 것을 방지할 수 있도록, 샘플 처리 영역으로부터 멀리 떨어진 (예를 들어, 폐기물 챔버로의) 하나 이상의 유출구를 포함할 수 있다.
또한, 베이스 기판(110)은 물리적으로 연속적일 수 있지만, 변형예에서, 베이스 기판(110)은 (예를 들어, 천공으로, 가역적 잠금 구성 요소로) 인접한 샘플 처리 영역 사이에서 분리 가능하도록 구성될 수 있다. 그러나, 베이스 기판(110)은 대안적으로 분리할 수 없도록 구성될 수 있다.
위에서 샘플 처리 영역 마이크로웰의 실시예, 변형예, 및 예시를 기술하였지만, 마이크로웰 및/또는 샘플 처리 영역의 양태는 2018년 7월 27일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/048,104호; 2018년 7월 30일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/049,057호; 2017년 9월 29일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/720,194호; 2017년 2월 13일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/430,833호; 2017년 11월 22일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/821,329호; 2017년 10월 12일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/782,270호; 2018년 7월 30일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/049,240호; 2017년 11월 16일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/815,532호; 2018년 8월 28일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/115,370호; 2019년 9월 09일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/564,375호; 및 2020년 3월 12일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/816,817호 중 하나 이상에서 조정될 수 있고, 이들은 각각 본 참조로 그 전체가 본원에 포함된다.
2.2 커버 기판 및 선택적 요소(Cover Substrate and Optional Elements)
2.2.1 커버 기판(Cover Substrate)
도 1b 및 도 4에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서는, 마이크로웰 어셈블리(100)가 베이스 기판(110)과 정합(mate)하도록 구성된 커버 기판(210)을 포함할 수 있다. 커버 기판(210)은 환경(예를 들어, 마이크로웰 어셈블리를 둘러싸고 있는 환경, 베이스 기판(110)과 커버 기판(210) 사이의 국부 환경 등)과의 가스 교환을 허용하면서, 오염으로부터 베이스 기판(110)에서 처리 및/또는 배양되는 샘플을 보호하는 기능을 한다.
물질 조성에서, 커버 기판(210)은 고분자(예를 들어, 폴리프로필렌, 폴리디메틸실록산, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리메틸 메타크릴레이트, 시클릭 올레핀 공중합체, 폴리카보네이트, 실리콘, 폴리디메틸실록산), 실리콘 유래 물질(silicon-derived material), 유리, 금속성 물질, 세라믹 물질, 천연 물질, 엘라스토머 물질(elastomeric material), 다공성 물질(porous material), 합성 물질 및/또는 모든 적합한 물질 중 하나 이상으로 구성될 수 있다. 특히, 물질 선택은 제조 고려 사항, 샘플 처리에 바람직한 표면 특성, 광학 특성, 벌크 특성(예를 들어, 다공성 측면, 밀도 측면), 표면 특성, 열적 특성, 기계적 특성, 및/또는 다른 적합한 특성 중 하나 이상을 기반으로 할 수 있다. 또한, 커버 기판(210)의 모든 부분은 동일한 물질(들), 상이한 물질(예를 들어, 커버 기판(210)의 각 부분이 상이한 설계 제약을 갖는 경우), 및/또는 물질의 임의의 조합을 사용하여 구성될 수 있다. 또한, 베이스 기판(110)은 단일 본체이거나 (예를 들어, 제조하는 동안) 함께 결합되는 별개의 부분을 갖는 베이스 기판(110)일 수 있다.
광학 특성과 관련하여, 커버 기판(210)의 물질(들)은 어느 정도의 투명도, 탄성, 반사율 또는 다른 광학 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 물질은 (예를 들어, 커버 기판(210)의 상부 표면으로부터의) 광학적 분석, 조사 또는 관찰이 가능하도록 하기 위해 투명할 수 있지만, 불투명하거나, 투명하거나, 반투명하거나 및/또는 모든 적절한 불투명도를 가질 수 있다. 예를 들어, (예를 들어, 가스 교환 기능을 제공하는) 다공성과 같은 벌크 특성과 관련하여, 고도의 다공성이 필요한 경우 커버 기판(210)은 투명하지 않을 수 있다.
벌크 특성과 관련하여, 커버 기판(210)의 물질(들)은 액체 교환을 방지하면서, 환경과 처리되는 샘플 간의 가스 교환을 허용하는 다공성 레벨로 구성됨으로써 휘발을 방지하고 습도 조절을 제공할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 벌크 특성과 관련하여, 커버 기판(210)의 물질(들)은 샘플 처리 및/또는 인큐베이션 목적에 적합한 밀도 레벨 또는 다른 벌크 특성으로 구성될 수 있다. 변형예에서, 커버 기판(210)은 고분자(예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐 알코올(PVA) 등), 세라믹, 또는 (예를 들어, 1 ㎛ 미만의 입자 유지 등급을 갖는, 1 ㎛ 이상의 입자 유지 등급을 갖는) 입자 유지 특성 또는 (예를 들어, IP 등급에 따라, 다른 평가 등급에 따라) 적합한 침입 등급을 갖는 다른 적합한 물질(예를 들어, 천연 물질, 합성 물질)로 구성되거나 달리 이들을 포함할 수 있다. 예에서, 커버 기판(210)은 IP 등급(예를 들어, IP 65-69)을 갖는 PTFE 기반 물질로 구성될 수 있지만, 대안적으로 커버 기판(210)은 마이크로웰 어셈블리(100)의 다른 요소에 의해 가스 교환이 가능해진 비-다공성 물질로 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 커버 기판(210)은 분석 종료 시 환경의 오염을 방지하기 위해 다공성 상태에서 비-다공성 상태로 전환될 수 있다.
표면 특성과 관련하여, 베이스 기판(110)의 물질(들)은 예를 들어, 접촉각 및 습윤성 특성에 의해 결정된 원하는 친수성/소수성 특성(예를 들어, 고도의 소수성)으로 구성될 수 있다. 다른 전기적 및 물리적 특성과 관련하여, 커버 기판(210)의 물질(들)은 (예를 들어, 사용한 샘플 유체 및/또는 샘플 처리 유체의 특성과 관련하여) 원하는 전하, 전기장 특성, 전도성, 저항성, 및/또는 모든 다른 적합한 표면 또는 물리적 특성으로 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 커버 기판(210)의 물질(들)은 샘플을 처리하는 동안 사용한 유체와 반응하지 않도록 바람직하게 구성된다.
열적 특성과 관련하여, 커버 기판(210)의 물질(들)은 열 전달 및/또는 열 유지 특성과 관련하여 원하는 열적 특성으로 구성될 수 있다. 특히, 커버 기판(210)은 (예를 들어, 샘플 인큐베이션 단계에 적합한) 원하는 열 전도성 및/또는 열 용량 특성으로 구성될 수 있다. 하나의 변형예에서, 커버 기판(210)은 샘플 처리 및/또는 인큐베이션 동안 마이크로웰 어셈블리(100)에 또는 마이크로웰 어셈블리(100)로부터 멀리 열을 효율적으로 전달할 수 있도록 하는 열적 특성으로 구성될 수 있다.
기계적 특성과 관련하여, 베이스 기판(110)의 물질(들)은 강성, 강도, 탄성 거동, 경도 및 다른 특성 중 하나 이상을 포함하여 원하는 기계적 특성으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 커버 기판(210)의 변형예는 탄성적으로 변형될 수 있는 엘라스토머 물질로 구성될 수 있고, 엘라스토머 커버 기판(210)의 가역적 변형은 샘플 핸들링을 용이하게 하는 작동 모드를 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 커버 기판(210)의 탄성 특성은 서브-공간(예를 들어, 유체 상단 부분)이 샘플 처리 영역의 각 마이크로웰로부터 배제되는 변형된 작동 모드(211) 및 커버 기판이 베이스라인 상태까지 이완되어 커버 기판(210)과 베이스 기판의 마이크로웰 사이에 포켓(예를 들어, 에어 포켓)을 생성하는 이완된 작동 모드(212)를 제공할 수 있다. 따라서, 그러한 작동 모드는 추가로 습도 조절, 휘발 방지, 및 (예를 들어, 일련의 샘플 처리 영역에 샘플을 분배한 후) 베이스 기판(110)의 마이크로웰들 사이의 누화 방지를 제공하여 마이크로웰 어셈블리(100)가 샘플을 처리할 수 있게 한다. 그러나, 커버 기판(210)은 작동 모드를 제공하기 위해 다른 적절한 기계적 특성을 가질 수 있다.
커버 기판(210)이 엘라스토머인 예에서, 커버 기판(210)은 엘라스토머(예를 들어, 폴리에테르/폴리아미드 물질, 폴리우레탄 물질, 폴리에스테르 물질 등)으로 구성될 수 있고, 엘라스토머는 환경과의 가스 교환을 제공하기 위해 다공성일 수 있다. 그러나, 커버 기판(210)은 다른 적합한 물질(예를 들어, 미세 다공성 폴리카보네이트, 셀룰로오스 아세테이트, 니트로셀룰로오스, 유리 섬유, 미세 다공성 나일론, 폴리테트라플루오로에틸렌, 재생 셀룰로오스, 폴리플루오르화비닐, 폴리프로필렌, 미세 다공성 폴레에스테르, 폴리플루오르화비닐리덴, 리-프로빙 대전 나일론(re-probing charged nylon) 등)으로 구성될 수 있다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 커버 기판(210)은 베이스 기판(110)에 직면하는(예를 들어, 커버 기판(210)과 조립될 때 베이스 기판(110)에 대향하는) 환기 채널(220)의 네트워크를 정의한다. 바람직하게, 환기 채널(220)은 베이스 기판(110)과 정합할 때 일련의 샘플 처리 영역과 정렬됨으로써 마이크로웰 어셈블리(100)를 둘러싸고 있는 환경(50)과 베이스 기판(110)의 내용물 간의 가스 교환을 제공한다.
도 6a의 단면 이미지에 도시된 바와 같이, 환기 채널(220)은 환경(예를 들어, 인큐베이션 환경)과 각 샘플 처리 영역의 마이크로웰 서브어레이 사이의 가스 교환을 허용하기 위해 (예를 들어, 하나 이상의 축을 따라) 커버 기판(210)의 전체에 걸쳐 있을 수 있다. 도 6b에 도시된 예에서, 채널의 제1 부분집합(221)은 제1 축과 평행하게 커버 기판(210)에 걸쳐 있을 수 있고, 채널의 제2 부분집합(222)은 제2 축과 평행하게 커버 기판(210)에 걸쳐 있을 수 있기 때문에 채널의 제1 부분집합(221)과 채널의 제2 부분집합(222)은 서로 교차한다(예를 들어, 서로 직교하고 및/또는 서로 유체 연통한다). 그러나, 채널의 개별 부분집합은 다른 적합한 방식으로 배열될 수 있다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 예에서, 채널(220)의 네트워크는 커버 기판(210)의 측면/주변 가장자리에서 환경에 개방되어 있지만, 다른 변형예에서, 채널(220)의 네트워크는 (커버 기판(210)의 두께를 통과하고 다른 표면에 개방됨으로써) 커버 기판(210)의 다른 적합한 부분에서 환경에 개방될 수 있다. 바람직하게, 환기 채널(220)은 소수성이고 작은 모세관 치수(예를 들어, < 200 ㎛)를 가지고 있어 유체가 샘플에 침입하는 것을 방지한다. 대안적으로, 환기 채널(220)은 다른 소수성 정도를 가질 수 있고 및/또는 200 ㎛ 이상의 모세관 치수를 가질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 환기 패널 치수는 (예를 들어, 마이크로웰 특성 치수 단면의 50 % 미만 및/또는 실질적으로 25 % 미만으로) 더 작을 수 있다. 그러나, 환기 채널(220)은 마이크로웰 특성 치수와 관련하여 다른 적합한 치수를 가질 수 있다.
어셈블리를 형성할 때, 커버 기판(210)은 연결 부분(예를 들어, 베이스 기판(110)에 있는 제2 잠금 부분에 상보적인 커버 기판(210)에 있는 제1 잠금 부분)을 포함함으로써 베이스 기판(110)과 정합할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 커버 기판은 베이스 기판(110)의 표면(예를 들어, 바닥 표면, 주변 표면)과 맞물리는 일련의 탭(tab) 또는 립(lip)을 포함함으로써 베이스 기판(110)과 커버 기판(210) 사이의 결합을 제공할 수 있다. 다른 변형예에서, 다른 적합한 메커니즘(예를 들어, 압입 메커니즘, 스냅 핏 메커니즘, 자기 메커니즘, 접착 메커니즘, 중력 메커니즘 등)에 의해 결합이 제공될 수 있다. 베이스 기판(110)과 커버 기판(210) 사이의 결합은 가역적이거나 영구적일 수 있다. 또 다른 변형예에서, 커버 기판(210)은 베이스 기판(110)과 결합하도록 구성되지 않을 수 있다.
또 다른 변형예에서, 커버 기판(210)은 일련의 샘플 처리 영역을 덮는 하나 이상의 필름(예를 들어, 접착 필름, 다공성 필름, 다공성 접착 필름) 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 그러한 하나의 변형예에서, 커버 기판(210)은 처리되는 샘플 또는 일련의 샘플 처리 영역의 수에 대응하는 일련의 필름(예를 들어, 다공성 접착 필름)을 포함할 수 있고, 일련의 필름은 베이스 기판(110)에 샘플을 분배한 후에 적용될 수 있다. 일련의 필름은 더 상세하게 후술되는 작동 모드 및/또는 수행되는 다양한 분석에 따라, 필요한 경우(예를 들어, 기술된 자동화된 플랫폼(300) 양태에 의해, 사용자에 의해) 베이스 기판(110)에서 또한 제거될 수 있다.
2.2.2 선택적 요소(Optional Elements)
또한, 커버 기판(210)은 하나 이상의 기능 층(functional layer)에 의해 베이스 기판(110)에서 분리될 수 있다. 예를 들어, 도 7a에 도시된 바와 같이, 커버 기판(210)은 베이스 기판(110)과 커버 기판(210) 사이의 결합을 용이하게 하기 위해, 인접한 샘플 처리 영역 사이에 추가적인 분리를 제공하여 샘플 누화를 방지하기 위해, 마이크로웰 밀봉 기능을 수행하기 위해, 및 베이스 기판(110)의 샘플과 환경 사이의 가스 교환을 가능하게 하기 위해 필름 층(225)에 의해 베이스 기판(110)에서 분리될 수 있다. 더 상세하게, 필름 층(225) 및/또는 커버 기판(220)은 막대한 제조 비용이 들지 않으면서 형광 및/또는 발색 기질 또는 다른 샘플 처리 물질이 인접한 마이크로웰 파티션을 오염시키는 것을 방지하고, 검출을 위한 표적(예를 들어, 박테리아, 효모, 곰팡이 등)의 성장을 촉진하고, 가스 교환을 가능하게 하고, 휘발을 방지하는 기능을 할 수 있다.
필름 층(225)은 전적으로 커버 기판(210)과 베이스 기판(110) 사이에 놓일 수 있다. 대안적으로, 도 7b에 도시된 바와 같이, 커버 기판(210)은 베이스 기판(110) 주위에 바운더리를 형성하도록 구성될 수 있고, 필름 층(225)은 가스 교환을 제공하기 위해 샘플 처리 영역과 인터페이스하는 동안 커버 기판(210)에 베이스 기판(110)을 결합시킬 수 있다. 예에서, 필름 층(225)은 환경과의 가스 교환을 제공하기 위해 다공성 고분자(예를 들어, 폴리에테르/폴리아미드 물질, 폴리우레탄 물질, 폴리에스테르 물질, 나일론 물질 등)로 구성될 수 있다. 그러나, 필름 층(225)은 다른 적합한 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 어플리케이션에서, 필름 층(225)은 검출을 위해 샘플 처리 기질(예를 들어, 형광 기질, 비색 기질)을 결합하는 하이드로겔 물질에 의해 대체되거나 보충될 수 있고, 하이드로겔 물질은 일련의 샘플 처리 영역으로 흐름 상태로 전달되고 인큐베이션 동안 졸(sol) 상태로 전환된다. 필름 층(225)은 연속적이거나 처리되는 샘플 또는 일련의 샘플 처리 영역의 수에 대응하는 다수의 하위 영역으로 나뉠 수 있다.
또한, 마이크로웰 어셈블리는 시스템(100)의 용도 및/또는 설계 기능과 관련하여 다수의 막을 포함할 수 있다.
위에서 다공성 베이스 기판(110) 물질 및/또는 커버 기판(210) 물질의 변형예를 기술하지만, 베이스 기판(110) 및 커버 기판(210) 중 하나 이상은 도 8에 도시된 바와 같이 환경과의 가스 교환을 촉진하는 물질로 구성되지 않거나 다공성이 아닐 수도 있다.
또한, 마이크로웰 어셈블리(100)의 변형예는, 추가적으로 또는 대안적으로, 환경과의 가스 교환을 용이하게 하고 샘플 누화를 방지하면서 샘플 처리 및/또는 샘플 인큐베이션을 용이하게 하는 다른 적합한 요소(예를 들어, 오일 층, 다른 파티셔닝 물질 층, 부유성 소수성 입자, 부유성 자기 중합 물질, 생물학적 막, 세포 층, 생물학적 코팅, 마이크로웰 표면에 포함되거나 결합된 샘플 처리 기질, 구성 배지, 희석 배지, 동결 건조된 상태로 제공되는 배지 등)을 포함하거나 지지할 수 있다.
3. 플랫폼(Platform)
도 9에 도시된 바와 같이, 자동화된 샘플 처리를 위한(예를 들어, 전술한 마이크로웰 어셈블리(100) 유닛을 사용하여 샘플을 처리하기 위한) 플랫폼(300)의 실시예는 일련의 샘플 처리 요소를 지지하고 배치하는 덱(deck)(310); 덱(310)에 의해 지지된 일련의 샘플 처리 요소와의 상호 작용을 위한 도구를 작동시키기 위한 갠트리(gantry)(370); 및 다양한 처리 서브시스템 및 처리 서브시스템과 통신하는 제어 서브시스템을 지지하는 베이스(base)(380)를 포함하고, 제어 서브시스템은 다양한 작동 모드 사이에서 플랫폼(300)을 전환하기 위해 덱(310), 일련의 샘플 처리 요소, 및 갠트리(370)의 상태를 제어한다. 예에서, 플랫폼(300)은 높은 처리량 방식으로(예를 들어, 샘플 당 60초 미만의 샘플 로딩, 8 시간 내에 600개보다 많은 샘플 처리) 샘플을 로딩하는 기능 및/또는 높은 처리량 방식으로(예를 들어, 샘플 당 10초보다 빠르게 샘플 판독, 시간 당 500개보다 많은 샘플 판독) 샘플을 판독하기 위한 기능을 제공할 수 있다. 다양한 작업 흐름을 제공하는 작동 모드의 실시예, 변형예 및 예시는 아래의 섹션 4에서 더 상사하게 기술된다.
3.1 덱 및 덱이 지지하는 요소(Deck and Deck-Supported Elements)
도 9에 도시된 바와 같이, 덱(310)은 전술한 마이크로웰 어셈블리(100) 유닛을 사용한 자동화된 샘플 처리를 위해 (예를 들어, 상부의 넓은 표면, 상부 및 하부의 넓은 표면, 측면 등)에서 하나 이상의 구성 요소를 지지하고 배치하는 플랫폼 역할을 한다. 또한, 덱(310)은 후술하는 바와 같이, 유체 처리 서브시스템, 이미징 서브시스템, 그리핑(gripping)/조작(manipulation) 서브시스템, 및/또는 갠트리(370) 및/또는 베이스(380)에 결합된 다른 서브시스템과 정렬하거나 상호 작용하도록 하나 이상의 구성 요소를 배치하는 기능을 할 수 있다. 이와 관련하여, 덱(310)은 기준 플랫폼으로서 고정될 수 있는 반면에, 다른 구성 요소는 덱(310)의 요소와 상호 작용하기 위한 위치로 작동된다. 대안적으로, 덱(310)은 다른 서브시스템과의 상호 작용을 위해 덱(310)의 요소를 배치하기 위한 하나 이상의 엑추에이터에 결합될 수 있다.
도 9에 도시된 실시예에서, 덱(310)은 일련의 샘플 처리 요소를 지지하는 플랫폼을 제공하고, 샘플 처리 요소는 일회용품 및/또는 재사용 가능한 구성 요소를 포함할 수 있고, 상기 구성 요소는 (예를 들어, 유체 핸들링과 관련하여, 물질 분리와 관련하여, 가열 및 냉각과 관련하여) 샘플을 처리하기 위한 도구 및/또는 샘플 처리 물질을 포함하기 위한 용기를 포함한다. 실시예에서, 덱(310)은 시약 카트리지(320), (예를 들어, 보관 중인, 별도의 베이스 기판(110) 및 커버 기판(210)으로 분리된, 샘플 처리를 위해 사용 중 위치의) 전술한 마이크로웰 어셈블리(100) 유닛, (마이크로웰 어셈블리(100)에 전달하기 전에 샘플을 스테이징하기 위한) 샘플 스테이징 용기(330), 도구 용기(340) 및/또는 다른 서브시스템 중 하나 이상을 포함하는 일련의 샘플 처리 요소를 지지할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 덱(310)은 이미징 서브시스템(예를 들어, 형광 검출 서브시스템, 명시야(brightfield) 카메라 서브시스템, 공초점 현미경 서브시스템, 분광 검출 서브시스템, 전반사 형광(TIRF) 서브시스템, 핵자기 공명(NMR) 서브시스템, 라만 분광법(RS) 서브시스템, 픽셀 해상도를 개선하기 위한 광학 악세서리가 있는 휴대폰 등)과 관련된 다른 적합한 구성 요소를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 덱(310) 또는 플랫폼(300)의 다른 구성 요소는 아래에 참조로 포함된 출원에서 기술된 바와 같이, 추적 능력(traceability)을 위해 샘플 및 시스템 구성 요소(예를 들어, 일회용품)로 정보를 판독 및 추적하는 것과 관련된 작업을 지원하기 위한 바코드 판독기를 포함할 수 있다.
샘플 처리 요소는 덱(310)에 의해 동일 평면 방식으로 또는 대안적으로 상이한 평면에서 지지될 수 있다. 바람직하게, 덱에 의해 지지된 개별 요소는 중첩되지 않지만, 덱(310)의 대안적인 실시예는 (예를 들어, 공간 절약을 위해, 작업 효율을 위해) 중첩 방식으로 샘플 처리 요소를 지지할 수 있다.
3.1.1 덱이 지지하는 요소: 시약 카트리지(Deck-Supported Element: Reagent cartridge)
도 9에 도시된 바와 같이, 덱(310)은 다양한 어플리케이션을 위해 하나 이상의 작업 흐름에 따라 미생물 세포 포획 및/또는 샘플 처리를 위한 물질을 하나 이상의 구획에 포함하는 기능을 하는 시약 카트리지(320) 유닛을 지지하기 위해 적어도 하나의 영역을 포함한다. 이와 같이, 시약 카트리지(320)는 일련의 도메인에 걸쳐 분산된 일련의 저장 공간을 정의할 수 있고, 일련의 도메인은 각 도메인의 물질 내용물에 적합한 환경을 제공하도록 구성될 수 있다. 일련의 저장 공간은 직접 샘플 처리 물질을 포함할 수 있고, 및/또는 대안적으로, 샘플 처리 물질을 포함하는 개별 용기(예를 들어, 튜브 등)의 위치를 수용하고 유지하도록 구성될 수 있다. 각 도메인의 저장 공간은 어레이로 분산되거나 달리 배열될 수 있다. 시약 카트리지(320)가 덱(310)에 의해 지지되는 것으로 기술되지만, 대안적으로 시약 카트리지(320)의 변형예는 덱(110)과 독립적으로 작동하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 시약 카트리지(120)는 2020년 5월 5일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/867,235호; 2020년 5월 5일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/867,256호; 2020년 5월 12일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/816,817호; 2019년 9월 9일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/564,375호; 2018년 8월 28일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/115,370호; 2018년 8월 28일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/115,059호; 2018년 7월 27일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/048,104호; 2018년 7월 30일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/049,057호; 2017년 9월 29일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/720,194호; 2017년 2월 13일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/430,833호; 2017년 11월 22일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/821,329호; 2017년 10월 12일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/782,270호; 2018년 7월 30일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/049,240호; 및 2017년 11월 16일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/815,532호에 기술된 양태를 추가로 포함할 수 있고, 이들은 각각 본 참조로 그 전체가 본원에 포함된다.
3.1.2 덱이 지지하는 요소: 도구 용기(Deck-Supported Element: Tool Container)
도 9에 도시된 바와 같이, 덱(310)은 도구 용기(340) 유닛을 지지하기 위해 적어도 하나의 영역을 포함하고, 상기 영역은 후술하는 갠트리(370)의 유체 핸들링 장치를 기준으로 도구 용기(340)를 배치하는 기능을 한다. 도구 용기(340)는 다양한 어플리케이션을 위해 하나 이상의 작업 흐름에 따라 유체 흡인, 유체 전달, 유체 스프레딩, 샘플의 비표적 물질로부터 표적 물질 분리를 위한 다양한 도구 및/또는 다른 도구 중 하나 이상의 유닛을 하나 이상의 구획에 포함하는 기능을 한다. 이와 같이, 도구 용기(340)는 샘플과 시약의 혼합 및/또는 전달을 용이하게 하고, 덱(310)의 다양한 영역에서 요소를 유체적으로 결합 및/또는 분리하고, 하나의 위치에서 다른 위치로의 마이크로웰 플레이트/리드 전달을 용이하게 하고, 또는 플랫폼(300)의 하나 이상의 구성 요소와 상호 작용할 수 있다. 도구 용기(340)가 덱(110)에 의해 지지되는 것으로 기술하지만, 대안적으로 도구 용기(340)의 변형예는 덱(310)과 독립적으로 작동하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 도구 용기(340)는 2020년 5월 5일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/867,235호; 2020년 5월 5일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/867,256호; 2020년 5월 12일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/816,817호; 2019년 9월 9일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/564,375호; 2018년 8월 28일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/115,370호; 2018년 8월 28일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/115,059호; 2018년 7월 27일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/048,104호; 2018년 7월 30일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/049,057호; 2017년 9월 29일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/720,194호; 2017년 2월 13일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/430,833호; 2017년 11월 22일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/821,329호; 2017년 10월 12일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/782,270호; 2018년 7월 30일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/049,240호; 및 2017년 11월 16일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/815,532호에 기술된 양태를 추가로 포함할 수 있고, 상기와 같이 이들은 각각 본 참조로 그 전체가 본원에 포함된다.
3.1.4 가열 및/또는 냉각 서브시스템(Heating and/or Cooling Subsystem)
추가적으로 또는 대안적으로, 덱(310)은 기판(예를 들어, 베이스 기판(110), 커버 기판(210)), 시약 카트리지(320), 도구 용기(340) 및/또는 다른 구성 요소의 원하는 영역에 및/또는 그 원하는 영역으로부터 열을 전달하는 기능을 하는 가열 및 냉각 서브시스템(350)을 포함하거나 지지할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 가열 및 냉각 서브시스템(350)은 플랫폼(300) 내부 공간 내의 원하는 온도를 유지하는 기능을 할 수 있다. 변형예에서, 가열 및 냉각 서브시스템(350)은 가열 요소(예를 들어, 펠티에(Peltier) 가열 요소, 저항성 가열 요소, 다른 가열 요소), 냉각 요소(예를 들어, 펠티에 냉각 요소, 냉각된 알루미늄 블록, 냉각수를 순환시키는 유체 경로 시스템 등), 가열 및 냉각 요소에 또는 가열 및 냉각 요소로부터 다른 물체에 열을 전달하기 위한 접촉식 또는 비접촉식 열체, 방열판, 송풍기, 온도 센서, 및 (예를 들어, 더 상세하게 후술되는 베이스(180)의 처리 요소에 전기적으로 결합하는) 열 제어 회로 중 하나 이상의 유닛을 포함할 수 있다. 변형예에서, 냉각 요소(들)은 2 ℃ 내지 8 ℃, 더 바람직하게는 4 ℃에서 저장 공간 및/또는 샘플을 유지할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 냉각 요소는 모든 적절한 온도(예를 들어, 2 ℃ 아래, 8 ℃ 위 등)로 하나 이상의 저장 공간/샘플을 유지할 수 있다.
가열 및 냉각 서브시스템(350)의 하나 이상의 부분은 다양한 어플리케이션을 위해 열 전달 기능을 제공하기 위해 덱(310)에 의해 지지된 다른 시스템 요소의 원하는 부분과 열적으로 인터페이스하거나 달리 결합하기 위해 덱(310)의 개구부로 통과할 수 있다. 대안적으로, 덱(310)은 열 전달 어플리케이션을 위해 원하는 영역에서 열 전도성 물질로 구성될 수 있고, 가열 및 냉각 서브시스템(350)의 일부는 열 전달을 위해 덱(310)의 열 전도성 물질 영역과 접촉하도록 구성될 수 있다.
변형예에서, 가열 및 냉각 서브시스템(350)은 (예를 들어, 열 전달을 위해 더 큰 표면적을 제공하기 위해 방열판 요소에 결합될 수 있는) 일련의 열체(thermal body)를 포함할 수 있다. 또한, 플랫폼(300)의 다른 공간과 덱(310) 사이의 영역은 필요에 따라 일련의 열체 및/또는 다른 시스템 구성 요소로부터 멀리 대류에 의해 열을 전달하기 위한 열적 메커니즘을 제공하기 위해 하나 이상의 송풍기 및/또는 덕트(duct)를 포함할 수 있다. 또한, 전술한 변형예에서, 가열 및 냉각 서브시스템(350)의 하나 이상의 부분(예를 들어, 열체 등)은 대응하는 카트리지(예를 들어, 시약 카트리지, 기판 등)을 적당한 위치에 유지하는 것을 용이하게 하는 기능을 포함할 수 있다.
변형예에서, 열체 및/또는 가열 및 냉각 서브시스템(350)의 다른 부분 중 하나 이상은 덱(310)에 의해 지지된 요소와의 열 전달 안팎으로 열체를 이동시키는 액추에이터에 결합될 수 있지만, 시스템(100)의 변형예는 가열 및 냉각 서브시스템(350)의 액추에이터를 생략할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 가열 및 냉각 서브시스템(350)은 2020년 5월 5일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/867,235호; 2020년 5월 5일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/867,256호; 2020년 5월 12일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/816,817호; 2019년 9월 9일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/564,375호; 2018년 8월 28일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/115,370호; 2018년 8월 28일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/115,059호; 2018년 7월 27일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/048,104호; 2018년 7월 30일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/049,057호; 2017년 9월 29일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/720,194호; 2017년 2월 13일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/430,833호; 2017년 11월 22일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/821,329호; 2017년 10월 12일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/782,270호; 2018년 7월 30일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/049,240호; 및 2017년 11월 16일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/815,532호에 기술된 양태를 포함할 수 있고, 상기와 같이 이들은 각각 본 참조로 그 전체가 본원에 포함된다.
3.1.4 갠트리(Gantry)
도 9에 도시된 바와 같이, 플랫폼(300)은 덱(310)에 결합된 갠트리(370)를 포함할 수 있고, 이는 일련의 축을 따라, 덱(310)의 요소와 다양한 상호 작용을 하기 위해 하나 이상의 도구의 작동을 지원 및/또는 가능하게 하는 기능을 한다. 변형예에서, 갠트리(370)는 3차원 공간(예를 들어, 덱(310)의 제1 측면에 의해 경계가 정해진 3차원 공간)에서, 피펫 인터페이스 및/또는 (예를 들어, 마이크로웰 어셈블리 부분 및/또는 다른 도구 등을 잡기 위한) 그리핑 도구(gripping tool)(375)가 있는 피펫터(pipettor)(374)와 같은 도구를 이동시키기 위한 하나 이상의 레일/트랙을 제공한다. 변형예에서, 갠트리(370)를 사용하여 작동되는 도구는 덱(310)에 의해 지지된 상이한 구성 요소 전체에 걸쳐 물질을 전달하기 위해, 샘플 핸들링 일회용품, 시약 카트리지(320) 유닛, 도구 용기(340) 또는 다른 요소를 기준으로 이동할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 갠트리(370)에 의해 지지된 도구는 (예를 들어, 실행의 적절한 셋업 식별과 관련하여, 재고 관리와 관련하여 등) 덱(310)에 의해 지지된 다양한 일회용품과 관련된 바코드의 이미징 및/또는 판독을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 갠트리(370)는 샘플 판독을 위해 카메라(376)(예를 들어, 형광 이미징 카메라, 명시야 이미징 카메라 등)에 결합되거나 카메라를 지지할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 카메라(376)는 (예를 들어, 신호의 광학적 검출을 위해 구성된 마이크로웰 어셈블리(100) 표면을 기준으로 한 이미징 방향을 기반으로 하여) 플랫폼(300)의 다른 부분에 결합될 수 있다.
바람직하게, 갠트리(370)는 시약 카트리지(320), 샘플 처리 일회용품(예를 들어, 마이크로웰 어셈블리 유닛), 및 도구 용기(340)의 넓은 표면에 평행한 하나 이상의 축을 따라 및 추가적으로 넓은 표면에 수직인 축을 따라 하나 이상 도구를 이동시킬 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 갠트리(370)는 이들 방향의 부분집합을 따르는 또는 모든 다른 적합한 방향을 따르는 이동을 가능하게 한다. 이동을 가능하게 하기 위해, 갠트리(370)는 하나 이상의 모터(예를 들어, 각각의 이동 방향 또는 축에 대한 모터), 각각의 이동 방향 또는 축에서의 위치 식별을 위한 하나 이상의 인코더, 및/또는 갠트리(370)의 제어를 위한 하나 이상의 스위치(예를 들어, 각 축에 대한 광학 스위치)(예를 들어, 스위치는 아래의 베이스(180)와 관련하여 기술되는 제어 회로와 전기적으로 결합)를 포함하거나 달리 그에 결합된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 갠트리(370)는 피펫터(374)와 상호 작용하도록 구성되거나 및/또는 그를 포함할 수 있고, 이는 전술한 도구 용기(340)의 것들과 같이, 많은 팁 또는 다른 도구를 잡고, 이동시키고 및/또는 상호 작용하는 기능을 한다. 변형예에서, 피펫터(374) 어셈블리는 유체의 흡인 및 전달을 위한 차압을 제공하기 위한 펌프(예를 들어, 변위 펌프), 피펫팅 압력을 감지하기 위한 압력 센서, 피펫터(374) 내 유체 레벨을 감지하기 위한 레벨 센서, (예를 들어, 피펫터(374)에 결합된 팁의 존재 또는 부재 결정을 가능하게 하는) 팁 검출기, 및 피펫터(374)에서 팁을 제거하기 위한 팁 이젝터에 결합된 팁 이젝션 모터 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 갠트리(370), 피펫터(374), 카메라/이미징 요소, 및/또는 그리핑 요소는 2020년 5월 5일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/867,235호; 2020년 5월 5일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/867,256호; 2020년 5월 12일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/816,817호; 2019년 9월 9일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/564,375호; 2018년 8월 28일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/115,370호; 2018년 8월 28일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/115,059호; 2018년 7월 27일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/048,104호; 2018년 7월 30일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/049,057호; 2017년 9월 29일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/720,194호; 2017년 2월 13일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/430,833호; 2017년 11월 22일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/821,329호; 2017년 10월 12일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/782,270호; 2018년 7월 30일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/049,240호; 및 2017년 11월 16일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/815,532호에 기술된 양태를 포함할 수 있고, 상기와 같이 이들은 각각 본 참조로 그 전체가 본원에 포함된다.
3.1.5 다른 플랫폼 요소(Other Platform Elements)
일부 실시예에서, 플랫폼(300)은 (예를 들어, 식품 품질/식품 안전을 결정하기 위한 작업의 다른 부분에 기능을 제공하기 위해) 다른 샘플 처리 요소를 포함하거나 지지할 수 있다. 변형예에서, 플랫폼(300)은 (예를 들어, 인큐베이션 및 배양 어플리케이션을 위해) 환경을 제어하는 가스 조성 조절기를 포함하거나 지지할 수 있다. 그러한 서브시스템은 가열 요소, 냉각 요소, 온도 센서, 가스 조성 센서, 통풍구, 가스 유입구, 가스 유출구, 밸브, 및 플랫폼(300) 내 또는 플랫폼(300)과 별개의 장치에서의 환경을 제어하기 위한 다른 적합한 요소 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 따라서, 환경 제어와 관련하여, 플랫폼(300)은 샘플 환경이 제어될 수 있는 다양한 인클로저 및/또는 챔버를 포함할 수 있다. 플랫폼은 마이크로웰의 O2 및/또는 CO2 농도를 조절할 수 있다. 플랫폼은 UV 광과 같은, 샘플 실행 사이에 시스템의 오염 제거를 허용하는 요소를 포함할 수 있다.
변형예에서, (예를 들어, 베이스(380)에 있는) 플랫폼(300)은 샘플 처리를 위한 피펫터(374)에 대한 유체 전달; (예를 들어, 피펫터(374), 시약 카트리지(320)의 다양한 저장 공간 등에서) 유체 레벨 감지; 그리핑 도구(375)에 대한 그리핑 모드 작동; 시약 카트리지(320) 및/또는 마이크로웰 어셈블리(100)에 대한 열순환 및/또는 다른 가열 또는 냉각 기능; 갠트리(370) 제어 기능; 센서 신호를 수신하고 결과를 되돌려주는 것과 관련된 기능; 센서 신호를 수신하고 다양한 작업을 실행하는 것과 관련된 기능; 시스템 전원 관리와 관련된 기능; 시스템 상태 표시 요소(예를 들어, 조명, 오디오 출력 장치, 시각적 출력 장치 등)와 관련된 기능; 시스템 입력 장치(예를 들어, 버튼, 키보드, 키패드, 마우스, 조이스틱, 스위치, 터치 스크린 등)와 관련된 기능; 디스플레이 장치와 관련된 기능; 시스템 데이터 저장 장치와 관련된 기능; 시스템 전송 장치(예를 들어, 유선 전송 장치, 무선 전송 장치 등)와 관련된 기능; 및 다른 적절한 기능을 포함하여 하나 이상의 시스템 기능에 대한 제어 및 처리 아키텍처를 지지할 수 있다. 따라서, 변형예에서, 플랫폼(300)은 처리 아키텍처(예를 들어, 시스템에 내장된 것, 시스템으로부터 분리된 것 등)와 관련된 전자 서브시스템(예를 들어, PCB, 전원, 통신 모듈, 인코더 등), 또는 모든 다른 적합한 구성 요소를 지지할 수 있고, 처리 아키텍처는 프로세서(예를 들어, 마이크로프로세서), 제어기(예를 들어, 마이크로제어기), 메모리, 저장 장치, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 다른 적합한 구성 요소 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 추가적으로, 처리 서브시스템은 태그를 판독하고, 프로토콜을 확인하고, 오류 검출(예를 들어, 시약이 할당된 프로토콜과 일치하지 않는 지 검출)을 수행하거나, 다른 기능을 수행하는 기능을 하는 머신 비전 모듈을 포함할 수 있다.
추가적인 요소의 실시예, 변형예 및 예시는, 상기 참조에 의해 포함된 바와 같이, 2018년 7월 27일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/048,104호; 2018년 7월 30일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/049,057호; 2017년 9월 29일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/720,194호; 2017년 2월 13일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/430,833호; 2017년 11월 22일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/821,329호; 2017년 10월 12일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/782,270호; 2018년 7월 30일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/049,240호; 2017년 11월 16일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/815,532호; 2018년 8월 28일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/115,370호; 2019년 9월 9일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/564,375호; 및 2020년 5월 12일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/816,817호에 추가로 기술된다.
4. 사용 방법 및 어플리케이션(Methods and Applications of Use)
도 10a에 도시된 바와 같이, 표적 검출 및 특성화를 위한 방법(400)의 실시예는 샘플 처리 시스템의 덱에 마이크로웰 어셈블리 유닛을 포함하여 일련의 샘플 처리 요소를 배치하는 단계(S410); 작업 순서대로 일련의 샘플 처리 요소 사이에서 샘플 및/또는 다른 물질을 전달하는 단계(S420); 및 마이크로웰 어셈블리 유닛에서 표적 검출을 위해 일련의 샘플을 처리하는 단계(S430)를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 방법(400)은 2018년 7월 27일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/048,104호; 2018년 7월 30일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/049,057호; 2017년 9월 29일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/720,194호; 2017년 2월 13일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/430,833호; 2017년 11월 22일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/821,329호; 2017년 10월 12일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/782,270호; 2018년 7월 30일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/049,240호; 2017년 11월 16일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/815,532호; 2018년 8월 28일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/115,370호; 2019년 9월 9일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/564,375호; 및 2020년 5월 12일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/816,817호에 기술된 프로세스의 일부 또는 전부를 포함할 수 있고, 이들은 각각 본 참조로 그 전체가 포함된다.
바람직하게, 방법은 (예를 들어, 다양한 요소 간 내용물 전달 및/또는 샘플 처리와 관련하여) 전술한 시스템의 실시예, 변형예 또는 예시로 수행되지만, 추가적으로 또는 대안적으로 다른 적합한 시스템으로 수행될 수 있다. 추가로 바람직하게, 방법(400)은 (예를 들어, 사용자가 시약을 로딩하고 프로토콜을 선택할 필요가 있는, 사용자가 개입할 필요가 전혀 없는 등) 적어도 부분적으로 자동화되지만, 추가적으로 또는 대안적으로 하나 이상의 부분은 (예를 들어, 품질 제어 단계, 모든 프로토콜, 희귀 프로토콜 등을 위해) 수동으로 수행될 수 있다.
전술한 시스템 요소 및 방법(400)과 관련된 특정 작업 흐름은 아래에서 더 상세하게 기술되고, 샘플(예를 들어, 균질화되거나 균질화되지 않은 소모품에서 유래된 샘플 등)은 작업 흐름에 따라 처리될 수 있다.
4.1 방법 - 동시에 다수의 식품 샘플로부터 MPN을 결정하기 위한 예시 작업 흐름(Method - Example Workflow for MPN Determination from Multiple Food Samples in Parallel)
도 10b에 도시된 바와 같이, 안전 및 품질 평가를 목표로 하나 이상의 소모품 샘플(예를 들어, 개별 식품 샘플 현탁액)을 처리하도록 구성된 방법(400)의 변형예는 샘플 처리 시스템의 덱에 마이크로웰 어셈블리 유닛을 포함하여 일련의 샘플 처리 요소를 배치하는 단계(S410'); 일련의 샘플을 처리하기 위한 일련의 샘플 준비 작업을 수행하는 단계(S415'); (예를 들어, 각 샘플과 관련된 개별 마이크로웰 표면을 가로질러 액적 형태의 미리 결정된 샘플의 전달을 사용하여, 마이크로웰 어셈블리의 베이스 기판과 커버 기판 사이의 간격에 의해 가능해진 샘플 처리 영역의 한쪽 끝으로부터의 모세관 흐름에 의해) 마이크로웰 어셈블리의 베이스 기판의 일련의 샘플 처리 영역에 일련의 샘플을 전달하는 단계(S420'); (예를 들어, 샘플 유체를 스프레딩하기 위해, 샘플 유체를 파티셔닝하기 위해) 마이크로웰 어셈블리의 커버 기판으로 베이스 기판을 덮는 단계(S425'); 추가 처리를 위해 마이크로웰 어셈블리를 전달하는 단계(S430'); 및 마이크로웰 어셈블리에서 일련의 샘플로부터 하나 이상의 표적을 검출하는 단계(S440')를 포함할 수 있다.
방법(400)은 최확수(MPN) 결정에서 특정 어플리케이션을 사용하여, 빠른 샘플 테스트를 위한 시스템을 구현하는 기능을 한다. 특히, 방법(400)은 (예를 들어, 식품 안전/식품 품질 어플리케이션을 위해) 식품 테스트 부분에서 표적 미생물의 농도를 측정하기 위해 빠른 연속 희석 테스트 작업을 가능하게 하는 것과 관련하여, 동시에 다수의 샘플을 처리하기 위해 사용될 수 있다. 처리하는 동안, 식품 테스트 부분은 (예를 들어, 분석을 위한 샘플을 준비하기 위해 특정 브로스(broth)/시약과의 조합으로) 식품 현탁액을 준비하기 위해 희석될 수 있다.
실시예에서, 시스템은 방법(400)의 후속 단계에서 샘플을 처리하기 위한 준비로, 샘플 처리 시스템의 덱에 마이크로웰 어셈블리 유닛을 포함하여 일련의 샘플 처리 요소를 배치할 수 있다(S410'). 시스템은 (예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이) 전술한 갠트리를 사용하여 및/또는 시스템 운영자에 의한 수동 작업에 의해 다운스트림 처리 단계를 위한 일련의 샘플 처리 요소를 구성할 수 있다. 다른 변형예에서, 단계(S410')는 동시에 다수의 샘플을 처리하기 위해 다른 적합한 방식으로 샘플 처리 요소를 구성할 수 있다. 다운스트림 샘플 처리 작업을 위한 준비 단계에서, 단계(S410')는 플랫폼의 액체 로딩 위치로 마이크로웰 어셈블리 유닛의 베이스 기판을 이행시키는 단계 및 플랫폼의 카메라를 사용하여 플레이트 식별자를 판독하는 단계를 포함할 수 있다. 이후, 시스템은 올바른 샘플이 처리되고 있는지 확인하고 플레이트 식별자와 관련된 실행과 샘플 처리 결과를 연계시키기 위해 처리를 위한 샘플의 식별자와 플레이트 식별자를 일치시킬 수 있다. 그러나, 단계(S410')는 다른 변형예에서 다른 실행 준비 단계를 포함할 수 있다.
단계(S415')는 일련의 샘플을 처리하기 위한 일련의 샘플 준비 작업을 수행하는 단계를 열거한다. 단계(S415')는 소모품(예를 들어, 식품 샘플, 음료 샘플 등)으로부터 유래된 샘플 물질을 처리하여 그들이 마이크로웰 어셈블리의 베이스 기판의 일련의 샘플 처리 영역에 분배될 수 있도록 하는 기능을 한다. 변형예에서, 단계(S415')는 (예를 들어, 적절한 희석 배수로) 희석제와 식품 테스트 부분을 (예를 들어, 기계적으로, 화학적으로) 균질화하는 단계; (예를 들어, 완충된 펩톤수, 다른 현택제로) 샘플을 현탁시키는 단계; 처리할 각 샘플의 부피(예를 들어, 1 ml 미만, 1 ml 이상)를 배지(예를 들어, 특정 미생물의 성장을 촉진하고 배경 식물군을 억제하는 배지, 1:1 희석 배수와 같은 적절한 희석 배수를 생성하기 위한 배지, 등), 효소 기질(예를 들어, 형광 기질, 발색 기질)을 포함하는 발현 화학 물질(revelation chemistry), 또는 (예를 들어, 핸들링 및 유체 전달을 위한 적절한 점도 특성 및/또는 총 부피를 갖는 샘플을 생성하기 위해, 향신료, 초콜릿, 착색된/자가 형광인 식품 매트릭스, 또는 다른 소모품과 같이 더 높은 억제 특성을 갖는 샘플을 처리하기 위해) 건조 또는 액체 형태인 다른 처리 물질과 혼합하는 단계; (예를 들어, 마이크로웰에서의 샘플 로딩, 상이한 특성 치수를 갖는 마이크로웰 전체에 균일하게 샘플 분배, 막힘, 검출 등에 영향을 미칠 수 있는 미립자를 제거하기 위해) 샘플을 필터링하는 단계로, 제한 미립자 크기는 (예를 들어, 20 ㎛ 내지 280 ㎛의 필터 크기로, 다른 필터 크기로) 인접한 마이크로웰 사이의 피치를 기반으로 하여 커버될 수 있는 단계; 및 다른 적합한 샘플 준비 단계 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 단계(S415')는 위의 섹션 3에 기술된 플랫폼의 유체 핸들링 요소를 사용하여 또는 다른 적합한 장치 구성 요소를 사용하여 수행될 수 있다.
변형예에서, 블록(S415')의 샘플 처리 단계는 (예를 들어, cfu/mL과 같은 부피 측정과 관련하여) 적어도 10 cfu/g의 하한 검출 한계, 1,000,000 cfu/g의 상한 검출 한계, 또는 다른 적합한 검출 한계로 MPN 추정치를 생성하기 위해 사용될 수 있다.
단계(S420')는 (예를 들어, 각 샘플과 관련된 개별 마이크로웰 표면에 걸쳐 액적 형태 샘플의 미리 결정된 전달을 사용하여, 마이크로웰 어셈블리의 커버 기판과 베이스 기판 사이의 간격에 의해 가능해진 샘플 처리 영역의 한쪽 끝으로부터 모세관 흐름에 의해, 등) 마이크로웰 어셈블리의 베이스 기판의 일련의 샘플 처리 영역에 일련의 샘플을 전달하는 단계를 열거한다. 단계(S420')는 위의 섹션 3에 기술된 플랫폼의 유체 핸들링 요소를 사용하여 또는 다른 적절한 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 변형예에서, 처리되는 일련의 샘플 각각은 차례차례로 베이스 기판의 샘플 처리 영역에 수용되도록 전달될 수 있다. 대안적으로, 일련의 샘플은 (예를 들어, 다중 헤드 유체 분배 장치를 사용하여, 다른 장치를 사용하여) 동시에 베이스 기판의 샘플 처리 영역에 분배될 수 있다. 특히, 단계(S420')에서 마이크로웰 어셈블리의 베이스 기판의 일련의 샘플 처리 영역에 일련의 샘플을 전달하는 단계는 빠른 샘플 테스트(예를 들어, MPN 결정)를 위해 구배로 배열된 일련의 마이크로웰 서브어레이의 실시예, 변형예 및 예시를 사용하여, 일련의 샘플을 자동으로 파티셔닝한다.
단계(S425')는 다운스트림 처리 및 인큐베이션 단계 동안 일련의 샘플을 위한 적절한 환경의 유지를 용이하게 하고 보호하는 기능을 하는, 마이크로웰 어셈블리의 커버 기판으로 베이스 기판을 덮는 단계를 열거한다. 변형예에서, 단계(S425')는 위의 섹션 3에 기술된 플랫폼의 갠트리에 결합된 요소(예를 들어, 수정된 그리핑 요소)를 사용하여 또는 다른 적절한 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 변형예에서, 위의 섹션 2에서 기술한 바와 같이, 커버 기판은 환기 채널을 포함할 수 있고 및/또는 다공성 물질로 구성될 수 있어, 단계(425')는 인큐베이션/배양 동안 샘플 교차 오염을 방지하고, 샘플의 휘발을 방지하고, 환경과 샘플 사이의 가스 교환을 허용하는 기능을 한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 위의 도 5에 기술된 바와 같이, 커버 기판의 엘라스토머 특성은 샘플 누화를 추가로 방지하기 위해 처리하는 동안 일련의 샘플 각각 위에 포켓(예를 들어, 에어 포켓)을 제공하기 위해 단계(425')에서 사용될 수 있다. 그러나, 단계(S425')는 다른 적절한 방식으로 구현될 수 있다.
단계(S430')는 인큐베이션, 배양 또는 다른 처리 단계를 위해, 일련의 샘플과 함께 마이크로웰 어셈블리를 스테이징하는 기능을 하는, 추가 처리를 위한 마이크로웰 어셈블리를 전달하는 단계를 열거한다. 단계(S430')는 위의 섹션 3에 기술된 플랫폼의 갠트리에 결합된 요소(예를 들어, 그리핑 요소)를 사용하여 또는 다른 적절한 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 변형예에서, 시스템은 플랫폼의 위치로 마이크로웰 어셈블리를 이동시킬 수 있고, 이후, 오퍼레이터는 인큐베이션, 배양, 또는 추가 처리 단계를 위해 마이크로웰 어셈블리를 다른 장치로 전달할 수 있다. 대안적으로, 시스템은 인큐베이션, 배양 또는 추가 처리 단계가 자동으로 수행될 수 있는 플랫폼의 위치로 마이크로웰 어셈블리를 이동시킬 수 있다. 마이크로웰 어셈블리를 이동시킬 때, 시스템은 바람직하게 일련의 마이크로웰의 샘플에 대한 물리적 교란을 최소화하는 방식으로(예를 들어, 갠트리 및 도구를 사용하여) 작동하지만, 대안적으로 단계(S430')는 다른 적절한 방식으로 구현될 수 있다.
단계(S440')는 마이크로웰 어셈블리에서 일련의 샘플로부터 하나 이상의 타겟을 검출하는 단계를 열거한다. 블록(S440')은 적절한 인큐베이션 기간(예를 들어, 24 시간, 24 시간 미만, 24 시간 초과) 후에 수행될 수 있다. 단계(S440')는 위의 섹션 3에 기술된 갠트리 및/또는 베이스에 결합된 카메라 요소(예를 들어, 형광 이미징 요소, 명시야 이미징 요소)를 사용하여 및/또는 다른 적절한 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 별도의 판독기 서브시스템이 (인큐베이션 상황에서) 플랫폼 밖에서 수행되는 작업을 위해 구현될 수 있다. 단계(S440')의 결과는 각 샘플에 대한 MPN 추정에 대한, 신뢰성 한계가 있는, 값을 포함할 수 있다. 더 상세하게, 이미징 서브시스템과 통신하는 컴퓨팅 구성 요소는 신호(예를 들어, 형광 신호, 비색 신호 등)이 검출되는 각 마이크로웰 서브어레이의 마이크로웰을 처리하고 일련의 샘플 각각에 대한 품질 및 안전과 관련된 MPN 또는 다른 통계를 나타내는 분석을 되돌려주기 위한 알고리즘을 구현할 수 있다. 검출은 형광 및/또는 다른 광학적으로 검출된 신호를 기반으로(예를 들어, 형광단에 부착된 효소 기질을 기반으로, 형광 또는 비색 pH 지표를 기반으로) 할 수 있고, 검출을 의한 의도된 표적에 따라 다수의 및/또는 상이한 형광단이 사용될 수 있다.
단계(S440')의 변형예에서, 시스템은 형광/비색 신호 및 관련 특성(예를 들어, 강도)의 검출을 위해 하나 이상의 변환 알고리즘(예를 들어, Hough 변환, 필터링 작업, 피팅 작업, 마이크로웰 인식 작업, 등록 작업 등)을 사용하여, 샘플 처리 및 인큐베이션 후 마이크로웰 어셈블리의 이미지를 처리할 수 있고 및/또는 다른 적합한 이미지 처리 작업을 수행할 수 있다. 이후, 시스템은 표로 작성된 참조, 추정 알고리즘(예를 들어, Thomas 규칙), 신뢰성 한계 결정 방법(예를 들어, Haldane 방법 등), 바운드 근사 접근법(예를 들어, Blodgett 방법 등), 입자 카운팅 통계 방법(예를 들어, 마이크로웰 어레이에 적용된 Poisson 통계 매개 입자/세포 카운팅 방법), 파티셔닝 오류 및/또는 서브샘플링 오류와 관련된 오류 수정 적용, 가상 파티션 구현 또는 다른 적절한 방법 중 하나 이상을 기반으로 분석을 생성할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 임계 검출 한계에 도달하면 플레이트는 환경의 오염 및/또는 환경과의 추가 상호 작용을 방지하기 위해 밀봉될 수 있다.
방법(400)의 변형예에서, 배지 조성, 기질 인큐베이션 조건, 및 검출 시스템은 일련의 샘플로부터의 검출을 위해 의도된 표적(들)에 의존한다. 예를 들어, 총 생존 수를 검출하기 위해서, 예시적인 배지 베이스는, 트립톤, 효모 추출물 및 포도당의 배지 조성, 일반적인 효소 활성 또는 생존 능력을 표적으로 하는 기질을 기반으로 하는 검출 원리 및 30 ℃에서 72 시간 미만의 인큐베이션 시간과 함께, 플레이트 계수 한천(예를 들어, 비선택적 플레이트 계수 한천)을 포함할 수 있다. 장내세균 검출을 위해서, 예시적인 배지 베이스는, 펩톤, 효모 추출물, 포도당, 크리스탈 바이올렛, 나트륨, 담즙 염/데옥시콜산나트륨의 배지 조성, pH 지시를 기반으로 하는 검출 원리, 및 30 ℃에서 24 시간 미만의 인큐베이션 시간과 함께, 바이올렛 레드 담즙 포도당(예를 들어, 선택적인 바이올렛 레드 담즙 포도당)을 포함할 수 있다. Coliforms을 검출하기 위해서, 예시적인 배지 베이스는 펩톤, 효모 추출물, 유당, 크리스탈 바이올렛, 나트륨, 담즙 염/데옥시콜산나트륨의 배지 조성, pH 지시를 기반으로 하는 검출 원리, 및 37 ℃에서 24 시간 미만의 인큐베이션 시간과 함께, 바이올렛 레드 담즙 유당(예를 들어, 선택적인 바이올렛 레드 담즙 유당)을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, β-갈락토시다아제 효소 기질을 기반으로 하는 검출을 위해서, 사용된 배지는 배지의 산성화 (및 이후의 형광 억제)를 방지하기 위해, 유당을 함유하지 않아야 한다. 그러한 실시예에서, Rapid’E. coli 배지(예를 들어, 펩톤, 효모 추출물, 염화나트륨, 담즙 염/데옥시콜산나트륨 + β-갈락토시다아제 효소 기질을 포함하는 배지)를 고려할 수 있다. E. coli 검출을 위해, 예시적인 배지 베이스는 펩톤/트립톤, 효모 추출물, 담즙 염/데옥시콜산나트륨의 배지 조성, β-글루쿠로니다아제 효소와 상호 작용하는 기질을 기반으로 하는 검출 원리, 및 44 ℃에서 24 시간 미만의 인큐베이션 시간과 함께, 트립톤 담즙 X-글루쿠로나이드(예를 들어, 선택적인 트립톤 담즙 X-글루쿠로나이드)를 포함할 수 있다. 효모 및 곰팡이를 검출하기 위해, 예시적인 배지 베이스는 효모 추출물, 포도당, 클로람페니콜의 배지 조성, 여러 비특이적 효소 활성을 기반으로 하는 검출 원리, 및 30 ℃에서 72 시간 미만의 인큐베이션 시간과 함께, YGC 배지를 포함할 수 있다. 또한, 시스템은 E.coli/Coliforms 다중 표적 검출 수행을 허용할 수 있다. 그러나, 의도된 표적(들)에 따라 다른 배지 조성, 기질, 인큐베이션 조건, 및 검출 시스템이 사용될 수 있다.
그러나, 시스쳄 실시예(들)은 기술된 실시예의 변형예를 포함하는 다른 작업 흐름, 및/또는 다른 작업 흐름을 구현하도록 구성될 수 있다.
4.1.1 방법 - MPN 계수(Method - MPN Enumeration)
전술한 방법(400) 및/또는 다른 관련 방법과 관련하여, MPN 원리 및 절차가 다음과 같이 적용될 수 있다:
원리: 전술한 실시예, 변형예 및/또는 예시에 따라 처리된 샘플의 테스트 부분은 특정 미생물 또는 미생물 그룹의 성장을 지원하고 비표적 미생물의 증식을 억제하도록 설계된 배지(예를 들어, 액체 배지, 건조 배지, 재수화된 건조 배지 등)에 접종될 수 있다. 표적 미생물(들)이 성장했는지 여부를 결정하기 위해, (예를 들어, 탁도의 시각적 검출, 가스 생성, 색상 변화, 선택적 한천 배지에서 미생물의 후속 분리, 다른 메커니즘 등) 다양한 기준이 사용될 수 있다. 성장 배지의 조성 및 양성 및 음성 결과를 구별하기 위한 기준은 아래에서 추가로 기술된다. 이들 접근 방법을 사용하면, 정성적인 값만 각 테스트 부분에 귀속될 수 있다(즉, 결과는 양성이거나 음성이다). 존재하는 미생물 양의 추정치를 얻기 위해서는, 여러 테스트 부분을 검사하고 최확수(MPN)를 결정하기 위한 통계적 절차를 사용할 필요가 있다.
인큐베이션 절차: 선택적인 성장 배지가 사용되면, 테스트 부분의 추가는 그것의 선택적인 특성을 감소시켜서 비표적 미생물의 성장을 허용하지 않아야 한다. 대부분의 표준에서, 특정 매트릭스와 액체 배지의 호환성에 대한 정보가 기술되지만, 성장 억제 물질(예를 들어, 향신료, 코코아, 부용 등)을 포함할 수 있는 일부 매트릭스에 주의해야 한다. 그러한 매트릭스가 포함된 경우, 더 높은 희석 배수, 원심 분리, (예를 들어, 표적 샘플 물질과 부유 입자의 결합 및 비표적 매트릭스 물질의 세척을 통한) 부력 기반 분리, 여과, 매트릭스로부터 표적 미생물을 분리하기 위한 면역 자기성 분리, 및/또는 문제가 있는 매트릭스의 영향을 완화하기 위한 다른 메커니즘을 사용하여, 중화 화합물로 샘플 및 매트릭스를 처리하기 위한 방법이 구현될 수 있다. (예를 들어, 심하게 오염된 환경 샘플, 발효된 제품, 프로바이오틱 박테리아를 갖는 제품 등의 경우와 같이) 비호환성이 매트릭스의 생물학적 조성으로 인한 경우, 방법은 스파이킹 기반 실험 및/또는 적절한 제어의 생성을 추가로 구현할 수 있다.
예시에서, 소량의 테스트 부분(예를 들어, 1 ml 미만, 1 ml, 등)이 단일 강도 배지의 부피(예를 들어, 부피의 5배 내지 10배)에 추가될 수 있다. 예에서, 중간 부피 테스트 부분(예를 들어, 1 ml 내지 100 ml)은 더 높은 강도(예를 들어 2배 강도) 배지의 부피(예를 들어, 동일 부피)에 추가될 수 있다. 예에서, 큰 부피 테스트 부분(예를 들어, 100 ml 초과)은 더 농축된 배지와 결합될 수 있다. 특별한 목적을 위해, 위의 시스템 및 플랫폼 실시예에 기술된 바와 같이, 살균 탈수된 배지가 분석할 샘플에(예를 들어, 냉각 또는 예열된 샘플에) 용해될 수 있다. 예에서, 샘플의 첫 번째 희석액을 준비하는 단계와 마지막 부분의 접종 사이의 시간 차이는 구현된 멸균 절차와 함께, 임계 시간(예를 들어, 15분, 다른 적합한 시간) 미만이어야 한다. 이후, (예를 들어, 포함된 표적 미생물에 따라) 적절한 인큐베이션 기간 및/또는 온도 동안 접종된 파티션이 인큐베이션된다. 일부 표적 미생물의 경우, 다단계 인큐베이션 절차 및/또는 확인 단계가 구현될 수 있다. 양성 결과와 음성 결과를 구별하는 기준은 각 미생물 또는 미생물 그룹에 따라 다를 수 있다. 이러한 기준을 사용하여, 이후 MPN 결정 방법은 하나의 샘플로부터 유래된 모든 테스트 부분으로 획득된 양성 결과의 수를 계수하는 단계를 포함한다.
접종 시스템 선택: 기술된 MPN 방법에 따라, 항상은 아니지만 때때로 접종물이 관심있는 생존 가능한 미생물을 포함하는 정도까지 여러 파티션에 걸쳐 샘플이 희석된다. 따라서, "결과"(즉, 각 희석에서 성장하는 접종물의 수)는 샘플에 있는 미생물(들)의 초기 농도 추정치를 제공할 것이다. 가능한 농도의 넓은 범위에 걸쳐 추정치를 얻기 위해, 여러 파티션(예를 들어, 튜브, 플레이트의 웰, 전술한 마이크로웰 시스템, 에멀젼 액적 등)에 대해 연속 희석 및/또는 인큐베이션이 사용될 수 있다. 이후, 원래 샘플에 존재하는 미생물의 추정된 MPN 및 추정치의 정밀도는 인큐베이션 후 관찰된 하나 이상의 희석에서의 양성 및 음성 파티션의 수를 기반으로 통계적 절차에 의해 계산될 수 있다. MPN 접종 시스템은 조사 중인 샘플의 예상 미생물 수, 규제 요구 사항, 필요한 정밀도, 및 다른 실제 고려 사항 중 하나 이상을 기반으로 하여 선택될 수 있다. 측정 불확실성은 관찰된 양성 테스트 부분의 수에 의존하고 사용된 파티션 수의 제곱근 함수로 증가한다. 측정 불확실성을 반으로 줄이기 위해 튜브 수는 네 배가 되어야 한다. 몇 개의 복제 파티션만 있는 시스템이 사용될 때 측정 불확실성은 낮다.
접종 시스템 변형 - 단일 희석 시스템: 예상된 미생물 농도가 작거나 적당히 변할 것으로 예상되는 경우, 적절한 접종 시스템은 동일한 테스트 부분의 단일 시리즈이다. 최대 미생물수와 최소 미생물 수 사이의 예상 비율이 ~25 미만인 경우, 10개의 병렬 테스트 부분은 기능하리라 예상되는 가장 작은 수이고, 50개의 병렬 파티션을 사용하는 경우, 200의 비율이 한계이다.
접종 시스템 변형 - 다중 희석 시스템: 샘플 내 미생물 농도를 알 수 없거나 큰 변동이 예상되는 경우, 적절한 접종 시스템은 여러 희석으로부터 일련의 파티션이 구현되는 다중 희석 시스템이다. 그러한 플랫폼은 양성 결과와 음성 결과 모두를 갖는 시스템을 보장하기에 충분한 수의 희석을 접종한다. 또한, 희석 수는 (예를 들어, 이론적 모델에 따라, 참조 테이블에 따라) MPN 값을 추정하기 위해 사용되는 계산 방법에 의존한다.
접종 시스템 변형 - 대칭형 희석 시스템: 대칭형 MPN 시스템은 희석 당 3개 또는 5개의 병렬 파티션(또는 다른 적절한 수의 파티션)을 사용할 수 있다. 이러한 시스템으로 획득된 정밀도는 희석 당 튜브 수가 적을수록 급격히 감소한다. 더 높은 정밀도가 필요한 경우, 5개 이상의 파티션을 선택하는 것을 권장한다.
접종 시스템 변형 - 비대칭형 희석 시스템: 비대칭형 시스템에서, 상이한 희석 레벨은 동일한 튜브 수를 갖지 않는다. 그러한 구성은 잘 정의된 범위 내 미생물 수를 추정하는 데 적합할 수 있다(ISO 8199에 기술되는 예).
MPN 값의 결정: 변형예에서, MPN 값은 수학식을 사용한 계산, MPN 테이블의 참조 및 다른 알고리즘의 활용 중 하나 이상에 의해 결정될 수 있다. 이들 세 가지 방법은 다음과 같이 후술된다:
MPN 값의 결정 - 수학식: 임의 개수의 희석 및 병렬 튜브에 대한 대략적인 MPN 값은 다음의 수식을 적용하여 유도될 수 있고, 여기서 Zp는 양성 파티션 수이고; mr은 (예를 들어, g에 의한) 샘플 기준 질량이고; ms는 음성 반응을 갖는 모든 파티션에 있는 샘플의 (예를 들어, g에 의한) 총 질량이고; mt는 모든 파티션에 있는 샘플의 (예를 들어, g에 의한) 총 질량이다.
단일 파티션 시리즈에 대한 MPN 값은 다음의 수식에 의해 유도되고, 여기서 mr은 (예를 들어, g에 의한) 샘플 기준 질량이고; mm은 시리즈의 각 파티션에 있는 샘플의 (예를 들어, g에 의한) 질량이고; ln은 자연 로그이고, n은 시리즈에 있는 파티션 수이고, Zp는 양성 반응을 갖는 파티션 수이다.
MPN 추정치의 95 % 신뢰성 한계는 다음의 수식을 사용하여 대략적으로 계산될 수 있고, 여기서 x는 상위 또는 하위 95 % 신뢰성 한계이고, mr은 (예를 들어, g에 의한) 샘플 기준 질량이고; mm은 시리즈의 각 파티션에 있는 샘플의 (예를 들어, g에 의한) 질량이고; ln은 자연 로그이고, n은 시리즈에 있는 파티션 수이고, Zn은 음성 반응을 갖는 파티션 수이다.
대칭적인 다중 희석 MPN 시스템의 log10 표준 불확실성은 다음의 수식으로부터 구할 수 있고, 여기서 SE는 log10 MPN의 표준 오류이고, f는 연속 희석 사이의 희셕 배수이고, n은 희석 당 파티션의 수이다.
상기 수식들의 변형은 부피 매개변수에 맞게 조정될 수 있고, 여기서 질량은 관련 부피로부터 추출될 수 있고 및/또는 수식들은 부피를 설명하기 위해 조정될 수 있다.
MPN 값의 결정 - 테이블: 샘플 기준 질량(또는 액체 샘플의 경우 부피) 당 결과를 표현하기 위해, 테이블 값은 [기준 질량]/[테스트 부분 질량]과 같은 비율을 MPN 및 95 % 한계 값에 곱함으로써) 처리될 수 있다. 대칭형 시스템을 사용하는 경우, 방법은 시스템 구성 요소를 지원하기 위해 전술되는 적절한 수의 복제, 실시예, 변형예 및 예시를 사용하여 다수의 연속 희석(예를 들어, 3회 연속 희석)의 구현을 포함할 수 있다. 이들 방법을 사용하여, (예를 들어, 전술한 플랫폼(300)을 사용하여) 각각의 파티션 세트에 대한 양성 결과의 수를 얻을 수 있고, 사용된 접종 시스템에 대한 MPN 테이블로부터, 샘플의 기준 부피에 존재하는 관련 미생물의 MPN 값(들)을 얻을 수 있다. 양성 파티션의 다양한 조합은 통계적으로 다른 것보다 가능성이 높을 수 있기 때문에, 양성 파티션 결과의 조합은 다양한 카테고리(예를 들어, 높은 확률의 결과, 중간 확률의 결과, 낮은 확률의 결과 등)에 기인할 수 있다.
MPN 값의 결정 - 알고리즘: 기술된 방법의 변형예에서, 다양한 알고리즘이 구현될 수 있다(예를 들어, MPN 분석 분석기를 사용하여, 다른 적합한 시스템을 사용하여 실행될 수 있다).
추가적으로 또는 대안적으로, 방법은 2016년 1월 25일에 "디지털 미생물학"이라는 발명의 명칭으로 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/072,712호 및/또는 부록 A에 기술된 것으로부터 조정될 수 있고, 이들은 각각 본 참조로 그 전체가 본원에 포함된다.
5. 결론
도면은 바람직한 실시예, 예시적인 구성 및 이들의 변형예에 따라 시스템, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품의 가능한 구현에 대한 아키텍처, 기능 및 작업을 도시한다. 이와 관련하여, 흐름도 또는 블록도에 있는 각 블록은 지정된 논리 함수(들)을 구현하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 명령을 포함하는, 모듈, 세그먼트, 또는 코드 부분을 나타낼 수 있다. 또한, 일부 대안적인 구현에서, 블록에 언급된 기능은 도면에 언급된 순서와 다르게 발생할 수 있음을 유의해야 한다. 예를 들어, 연속으로 도시된 2개의 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 실행될 수 있고, 또는 관련된 기능에 따라 블록들이 때때로 역순으로 실행될 수 있다. 또한, 블록도 및/또는 흐름도의 각 블록, 및 블록도 및/또는 흐름도에 있는 블록들의 조합은 지정된 기능 또는 동작을 수행하는 특수 목적 하드웨어 기반 시스템, 또는 특수 목적 하드웨어와 컴퓨터 명령의 조합에 의해 구현될 수 있음을 유의해야 한다.
당업자는 이전의 상세한 설명으로부터 및 도면과 청구 범위로부터 다음의 청구 범위에 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다.
Claims (20)
- 표적 검출(target detection) 시스템으로서, 상기 시스템은
베이스 기판(base substrate); 및
상기 기판의 넓은 표면에 정의된 일련의 샘플 처리 영역(sample processing region),
을 포함하고,
상기 일련의 샘플 처리 영역은 각각,
각각의 개별 샘플 처리 영역의 상류 끝단(upstream end)과 하류 끝단(downstream end) 사이에서 구배(gradient)에 의해 배열된 일련의 마이크로웰 서브어레이(microwell subarray) 및
인접한 샘플 처리 영역으로부터 각각의 개별 샘플 처리 영역을 분리하는 바운더리(boundary),
를 포함하는 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 일련의 마이크로웰 서브어레이는 상기 상류 끝단에 배치된 제1 특성 치수(characteristic dimension)를 갖는 웰(well)이 있는 초기의 마이크로웰 서브어레이 및 상기 하류 끝단에 배치된 제2 특성 치수를 갖는 웰이 있는 말단의 마이크로웰 서브어레이를 갖는 시스템. - 제2 항에 있어서,
상기 제1 특성 치수는 상기 제2 특성 치수보다 작고, 상기 초기의 마이크로웰 서브어레이는 상기 베이스 기판의 제1 풋프린트(footprint)를 차지하고, 상기 말단의 마이크로웰 서브어레이는 상기 제1 풋프린트보다 큰 상기 베이스 기판의 제2 풋프린트를 차지하는 시스템. - 제2 항에 있어서,
상기 초기 서브어레이의 웰은 제1 패킹 구성(packed configuration)으로 배열되고, 상기 말단 서브어레이의 웰은 제2 패킹 구성으로 배열되는 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 베이스 기판은 액체 교환을 방지하면서, 상기 시스템의 환경과 상기 일련의 샘플 처리 영역의 웰 내용물 사이의 가스 교환을 허용하는 다공성 수준을 갖는 물질로 구성되는 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 일련의 샘플 처리 영역은 배지(media), 형광 기질(fluorometric substrate) 및 비색 기질(colorimetric substrate) 중 적어도 하나를 포함하는 건조된 샘플 처리 물질을 포함하는 시스템. - 제1 항에 있어서,
각각의 샘플 처리 영역은 0.01 ㎖ 내지 10 ㎖의 총 용적(aggregate volumetric capacity)을 제공하고, 상기 일련의 마이크로웰 서브어레이 각각은 최확수(MPN: most probable number) 분석을 위해 5개 내지 3,000,000개의 최확수(MPN) 범위에 대응하는 10개의 파티션(partition) 내지 100,000개의 파티션을 포함하는 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 바운더리는 샘플 오버플로우(overflow)를 수용할 수 있는 오목한 채널을 포함하는 시스템. - 제1 항에 있어서,
결합 모드에서 상기 베이스 기판과 정합하도록 구성된 커버 기판을 더 포함하고, 상기 커버 기판은 상기 결합 모드에서 상기 커버 기판과 상기 베이스 기판을 정합할 때 상기 일련의 샘플 처리 영역과 정렬된 환기 채널(venting channel)의 네트워크를 포함하고, 상기 환기 채널의 네트워크는 상기 마이크로웰 어셈블리를 둘러싸고 있는 환경과 상기 베이스 기판 사이의 가스 교환을 제공하는 시스템. - 제9 항에 있어서,
상기 커버 기판은 액체 교환을 방지하면서, 상기 시스템의 환경과 상기 시스템의 내용물 사이의 가스 교환을 허용하는 다공성 수준을 갖는 물질로 구성되는 시스템. - 제9 항에 있어서,
상기 커버 기판은 상기 베이스 기판에 있는 상기 일련의 샘플 처리 영역에 분포된 샘플로부터 유체의 서브-볼륨(sub-volume)이 변위되는 변형된 작동 모드 및 상기 베이스 기판의 마이크로웰과 상기 커버 기판 사이에 포켓(pocket)을 생성하기 위해 상기 커버 기판이 베이스라인 상태로 이완되는 이완된 작동 모드를 제공하는 엘라스토머 물질(elastomeric material)로 구성되는 시스템. - 제9 항에 있어서,
상기 환기 채널의 네트워크는 제1 축에 평행하게 상기 커버 기판에 걸쳐 있는 채널의 제1 부분집합 및 제2 축에 평행하게 상기 커버 기판에 걸쳐 있는 채널의 제2 부분집합을 포함하고, 그에 따라 상기 채널의 제1 부분집합과 상기 채널의 제2 부분집합이 교차하는 시스템. - 제9 항에 있어서,
상기 환기 채널의 네트워크는 상기 커버 기판의 주변 가장자리에서 상기 시스템의 환경에 개방되어 있는 시스템. - 제9 항에 있어서,
상기 커버 기판은 상기 베이스 기판의 제2 잠금 부분(locking portion)에 상보적인 제1 잠금 부분을 포함하는 시스템. - 제9 항에 있어서,
상기 커버 기판은 하나 이상의 기능 층(functional layer)에 의해 상기 베이스 기판으로부터 분리되는 시스템. - 제15 항에 있어서,
상기 하나 이상의 기능 층은 상기 커버 기판과 상기 베이스 기판 사이에 배치되어 상기 일련의 샘플 처리 영역의 웰로부터 가스 교환을 제공하는 다공성 접착 필름 층을 포함하는 시스템. - 표적 검출 시스템으로서, 상기 시스템은
베이스 기판;
일련의 샘플 처리 영역 - 상기 일련의 샘플 처리 영역은 상기 기판의 넓은 표면에 정의되고, 상기 일련의 샘플 처리 영역은 각각,
각각의 개별 샘플 처리 영역의 상류 끝단과 하류 끝단 사이에서 구배에 의해 배열된 일련의 마이크로웰 서브어레이 및
인접한 샘플 처리 영역으로부터 각각의 개별 샘플 처리 영역을 분리하는 바운더리,
를 포함함 -;
결합 모드에서 상기 베이스 기판과 정합하도록 구성된 커버 기판;
을 포함하고,
상기 커버 기판은 상기 결합 모드에서 상기 커버 기판과 상기 베이스 기판을 정합할 때 상기 일련의 샘플 처리 영역과 정렬된 환기 채널의 네트워크를 포함하고, 상기 환기 채널의 네트워크는 상기 마이크로웰 어셈블리를 둘러싸고 있는 환경과 상기 베이스 기판 사이의 가스 교환을 제공하는 시스템. - 제17 항에 있어서,
상기 일련의 마이크로웰 서브어레이는 상기 상류 끝단에 배치된 제1 특성 치수를 갖는 웰이 있는 초기의 마이크로웰 서브어레이 및 상기 하류 끝단에 배치된 제2 특성 치수를 갖는 웰이 있는 말단의 마이크로웰 서브어레이를 갖고, 상기 제1 특성 치수는 상기 제2 특성 치수보다 작은 시스템. - 제17 항에 있어서,
상기 베이스 기판 및 상기 커버 기판 중 적어도 하나는 액체 교환을 방지하면서, 상기 시스템의 환경과 상기 일련의 샘플 처리 영역의 웰 내용물 사이의 가스 교환을 허용하는 다공성 수준을 갖는 물질로 구성되는 시스템. - 제17 항에 있어서,
상기 커버 기판은 상기 베이스 기판에 있는 상기 일련의 샘플 처리 영역에 분포된 샘플로부터 유체의 서브-볼륨이 변위되는 변형된 작동 모드 및 상기 베이스 기판의 마이크로웰과 상기 커버 기판 사이에 포켓을 생성하기 위해 상기 커버 기판이 베이스라인 상태로 이완되는 이완된 작동 모드를 제공하는 엘라스토머 물질로 구성되는 시스템.
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