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特許6929646試料調製又は試料解析の少なくとも一方を行うため回転バルブを備えるシステム及び方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6929646
(24)【登録日】2021年8月13日
(45)【発行日】2021年9月1日
(54)【発明の名称】試料調製又は試料解析の少なくとも一方を行うため回転バルブを備えるシステム及び方法
(51)【国際特許分類】
G01N 35/08 20060101AFI20210823BHJP
C12M 1/00 20060101ALI20210823BHJP
C12M 1/34 20060101ALI20210823BHJP
G01N 37/00 20060101ALI20210823BHJP
【ＦＩ】
G01N35/08 A
C12M1/00 A
C12M1/34 B
G01N37/00 101
【請求項の数】15
【全頁数】53
(21)【出願番号】特願2016-569728(P2016-569728)
(86)(22)【出願日】2015年6月3日
(65)【公表番号】特表2017-522546(P2017-522546A)
(43)【公表日】2017年8月10日
(86)【国際出願番号】US2015034053
(87)【国際公開番号】WO2015187868
(87)【国際公開日】20151210
【審査請求日】2018年5月15日
【審判番号】不服2020-14181(P2020-14181/J1)
【審判請求日】2020年10月8日
(31)【優先権主張番号】62/008,276
(32)【優先日】2014年6月5日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】514202402
【氏名又は名称】イラミーナ インコーポレーテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】100173794
【弁理士】
【氏名又は名称】色部 暁義
(72)【発明者】
【氏名】セバスチャン ボーム
(72)【発明者】
【氏名】アレックス アラバニス
(72)【発明者】
【氏名】アレクサンダー シャオ
(72)【発明者】
【氏名】べナム ジャヴァンマルディ
(72)【発明者】
【氏名】タルン クラナ
(72)【発明者】
【氏名】ハイ クアン トラン
(72)【発明者】
【氏名】マジド アグババザデー
(72)【発明者】
【氏名】シェーン ボウエン エム
(72)【発明者】
【氏名】ボヤン ボヤノフ
(72)【発明者】
【氏名】デール ベールマン
【合議体】
【審判長】
井上 博之
【審判官】
▲高▼見 重雄
【審判官】
伊藤 幸仙
(56)【参考文献】
【文献】
国際公開第２０１４／００８３８１（ＷＯ，Ａ２）
【文献】
特開２００４−３３３２５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表平１１−５００６０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−９７９０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００６−７８２７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２０１３／０２６０３７２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開２００９−２８９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２０１３／１１６２８５（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
G01N35/00-37/00
G01N1/00-1/44
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
試料チャンネル（１３１）、反応チャンバ（１２６）、及びリザーバ（１５１，１５２）を有する流体ネットワーク（１０６）であって、前記試料チャンネルは、生物試料を受け入れるよう構成した試料通口（１１６）に流体連通するものとし、前記反応チャンバは、光路からの照射光を受ける少なくとも１つの光学的に透明な面及び反応窪みのアレイを有する、該流体ネットワーク（１０６）と、
前記流体ネットワークに流体連通するよう構成したポンプアセンブリと、
フローチャンネル（１４０）を有し、また第１バルブ位置と第２バルブ位置との間で回転するよう構成した回転バルブ（１２３）であって、前記フローチャンネルは、前記回転バルブが前記第１バルブ位置にあるとき前記反応チャンバ及び前記試料チャンネルを流体的に接続し、また前記回転バルブが前記第２バルブ位置にあるとき前記リザーバ及び前記反応チャンバを流体的に接続し、前記ポンプアセンブリは、前記回転バルブが前記第１バルブ位置にあるとき前記生物試料を前記反応チャンバに向かわせるフローを誘導することができ、また前記回転バルブが前記第２バルブ位置にあるとき反応成分を前記リザーバから前記反応チャンバに向かわせるフローを誘導することができる、前記回転バルブ（１２３）と、
前記反応チャンバ内の前記反応窪みのアレイから、１つ以上の反応によって生み出される光信号を検出する検出アセンブリと、
を備え、
前記回転バルブは、前記回転バルブが前記第１バルブ位置から前記第２バルブ位置に回転するにつれて、前記フローチャンネル内に前記生物試料を保持することができ、前記ポンプアセンブリは、前記回転バルブが前記第２バルブ位置にあるとき、前記生物試料を前記リザーバ内に流入させるフローを誘導することができる、システム（１００）。
前記流体ネットワークに流体連通するよう構成したポンプアセンブリと、
フローチャンネル（１４０）を有し、また第１バルブ位置と第２バルブ位置との間で回転するよう構成した回転バルブ（１２３）であって、前記フローチャンネルは、前記回転バルブが前記第１バルブ位置にあるとき前記反応チャンバ及び前記試料チャンネルを流体的に接続し、また前記回転バルブが前記第２バルブ位置にあるとき前記リザーバ及び前記反応チャンバを流体的に接続し、前記ポンプアセンブリは、前記回転バルブが前記第１バルブ位置にあるとき前記生物試料を前記反応チャンバに向かわせるフローを誘導することができ、また前記回転バルブが前記第２バルブ位置にあるとき反応成分を前記リザーバから前記反応チャンバに向かわせるフローを誘導することができる、前記回転バルブ（１２３）と、
前記反応チャンバ内の前記反応窪みのアレイから、１つ以上の反応によって生み出される光信号を検出する検出アセンブリと、
を備え、
前記回転バルブは、前記回転バルブが前記第１バルブ位置から前記第２バルブ位置に回転するにつれて、前記フローチャンネル内に前記生物試料を保持することができ、前記ポンプアセンブリは、前記回転バルブが前記第２バルブ位置にあるとき、前記生物試料を前記リザーバ内に流入させるフローを誘導することができる、システム（１００）。
【請求項2】
請求項１記載のシステムにおいて、前記ポンプアセンブリは、前記反応チャンバ（１２６）に流体連通しかつ前記反応チャンバに対して下流側に位置するシステムポンプ（１１９）を有する、システム。
【請求項3】
請求項１記載のシステムにおいて、前記試料チャンネル（１３１）は第１試料チャンネルとし、また前記生物試料は第１生物試料とし、前記流体ネットワーク（１０６）は第２生物試料を有する第２試料チャンネルを含み、前記回転バルブ（１２３）は、前記フローチャンネル（１４０）が前記第２試料チャンネルに流体連通する第３バルブ位置に回転するよう構成し、前記ポンプアセンブリは、前記第２試料チャンネル内の第２生物試料を前記フローチャンネル内に流入させるフローを誘導する構成とし、この場合、前記回転バルブが前記第３バルブ位置から前記第２バルブ位置に回転するにつれて、前記フローチャンネル内に前記第２生物試料を保持することができ、また前記ポンプアセンブリは、前記回転バルブが前記第２バルブ位置にあるとき、前記フローチャンネルにおける前記第２生物試料を前記リザーバ（１５１，１５２）に流入させるフローを誘導することができる、システム。
【請求項4】
請求項１記載のシステムにおいて、前記リザーバ（１５１，１５２）は第１リザーバとし、前記流体ネットワーク（１０６）はさらに第２リザーバを有するものとし、この場合、前記回転バルブ（１２３）は、前記フローチャンネル（１４０）が前記第２リザーバ及び前記反応チャンバ（１２６）を流体的に接続する第３バルブ位置に移動する構成とした、システム。
【請求項5】
請求項１記載のシステムにおいて、前記試料チャンネル（１３１）は第１試料チャンネルとし、また前記流体ネットワークは第２試料チャンネルを含むものとする、システム。
【請求項6】
請求項５記載のシステムにおいて、前記第１試料チャンネル及び第２試料チャンネルのそれぞれは、共通サプライ通口を介して前記回転バルブ（１２３）に流体連通する、システム。
【請求項7】
請求項５記載のシステムにおいて、さらに、前記試料チャンネル（１３１）に接続し、第１位置と第２位置との間で移動するよう構成したチャネルバルブ（１２１）であって、前記第１位置及び第２位置ではそれぞれ、前記試料チャンネルを通過するフローを阻止及び許可する、該チャネルバルブ（１２１）を備える、システム。
【請求項8】
請求項１記載のシステムにおいて、前記回転バルブ（１２３，２１６）は軸線（１４２，２９９）周りに回転し、前記流体ネットワーク（１０６）はフィード通口（２２６）を有し、前記フィード通口（２２６）が実質的に前記回転バルブ（１２３，２１６）の回転軸（１４２，２９９）と並んで一致し、かつ前記フィード通口（２２６）は、前記フローチャンネル（１４０／２１８）及び前記反応チャンバ（１２６）を流体的に接続する、システム。
【請求項9】
請求項１記載のシステムにおいて、前記流体ネットワーク（１０６）は、さらに、試薬チャンネルを有し、前記試料チャンネル（１３１）及び前記試薬チャンネルは、前記フローチャンネル（１４０）に対して上流側に配置した共通のサプライ通口に流体連通し、前記サプライ通口は、前記試料チャンネル及び前記試薬チャンネルを前記フローチャンネルに流体的に接続する、システム。
【請求項10】
請求項１記載のシステムにおいて、さらに、前記反応チャンバ（１２６）内の指定反応を検出するよう構成した検出アセンブリ（１０８）を備える、システム。
【請求項11】
請求項１記載のシステムにおいて、さらに、前記回転バルブ（１２３）及び前記ポンプアセンブリを自動的に制御して、シークエンシング・バイ・シンセシスプロトコールの反復サイクルを行うよう構成したシステムコントローラ（１８０）を備える、システム。
【請求項12】
請求項１−１１のいずれか一項に記載のシステム（１００）を使用する方法であり、
前記回転バルブ（１２３）を前記第１バルブ位置に回転し、前記第１バルブ位置にあるとき前記フローチャンネル（１４０）を前記反応チャンバ（１２６）に流体連通させるステップと、
前記回転バルブが前記第１バルブ位置にあるとき、生物試料を前記試料チャンネル（１３１）から前記フローチャンネルを経由して前記反応チャンバ内に流入させるステップと、
前記回転バルブを前記第２バルブ位置に回転し、前記第２バルブ位置にあるとき前記フローチャンネルを第１リザーバ（１５１）及び前記反応チャンバに流体的に接続するステップと、
第２リザーバからの反応成分を前記反応チャンバ内に流入させ、前記反応成分を前記反応チャンバ内の前記生物試料と相互反応させるステップと、
有する、方法。
前記回転バルブ（１２３）を前記第１バルブ位置に回転し、前記第１バルブ位置にあるとき前記フローチャンネル（１４０）を前記反応チャンバ（１２６）に流体連通させるステップと、
前記回転バルブが前記第１バルブ位置にあるとき、生物試料を前記試料チャンネル（１３１）から前記フローチャンネルを経由して前記反応チャンバ内に流入させるステップと、
前記回転バルブを前記第２バルブ位置に回転し、前記第２バルブ位置にあるとき前記フローチャンネルを第１リザーバ（１５１）及び前記反応チャンバに流体的に接続するステップと、
第２リザーバからの反応成分を前記反応チャンバ内に流入させ、前記反応成分を前記反応チャンバ内の前記生物試料と相互反応させるステップと、
有する、方法。
【請求項13】
請求項１２記載の方法において、さらに、複数の前記生物試料を個別に前記リザーバ（１５１）内に流入させて前記生物試料をリザーバ（１５１）内で組み合わせ、前記回転バルブ（１２３）が前記第１バルブ位置にあるとき、前記生物試料を同時に前記フローチャンネル（１４０）経由で前記反応チャンバ（１２６）内に流入させるステップを有する、方法。
【請求項14】
請求項１２記載の方法において、さらに、前記回転バルブ（１２３）を第４バルブ位置に回転し、また第３リザーバからの洗浄溶液を前記反応チャンバ（１２６）内に流入させるステップを有し、さらに、前記回転バルブを前記第２バルブ位置に回転し、また前記第１リザーバからの前記反応成分を前記反応チャンバ内に導入させるステップを有する、方法。
【請求項15】
請求項１２記載の方法において、前記回転バルブ（１２３）は軸線（１４２）周りに回転し、フィード通口が前記フローチャンネル（１４０）及び前記反応チャンバ（１２６）を流体的に接続し、前記軸線は前記フィード通口を貫通するものとする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、概して生化学的解析用の試料（サンプル）を生成する及び／又は生化学的反応を起こさせるシステム並びに方法に関し、またより具体的には、回転バルブを利用するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
様々な生化学プロトコールは、支持表面上又は指定反応チャンバ内で多数の制御反応を行わせることが関与する。これら制御反応は、生物試料を解析するため、又はその後の解析用に生物試料を調製するために起こさせる。解析により、反応に関与する化学物質の特性を同定又は究明することができる。例えば、配列（アレイ）ベースのサイクリック・シークエンシング分析（例えば、シークエンシング・バイ・シンセシス(SBS)）において、ＤＮＡ特徴（例えば、鋳型核酸）の濃密配列を酵素的操作の反復サイクルによりシークエンシング（塩基配列結合順序決定）する。各サイクル後に画像を取得し、また他の画像により順次に解析して、ＤＮＡ特徴のシークエンス（塩基配列結合順序）を決定する。他の生化学分析において、識別可能ラベル（例えば、蛍光ラベル）を有する未確認検体をアレイ内の所定アドレスを有する既知のプローブのアレイに曝露させることができる。プローブと未確認検体との間に生ずる化学反応を観測することは、その検体の特性を同定又は究明するのに役立ち得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
上述したような分析を自動的に行う、すなわち、ユーザーの仕事量が少ない又はユーザーが少ししか関与しないシステムに対する一般的需要がこれまであった。現時点では、多くのプラットフォームは、ユーザーが個別に生物試料を調製してから、その生物試料を解析用のシステム内に装填することを必要とする。ユーザーにとっては、１つ又は複数の生物試料をシステム内に装填し、システムが実行する分析を選択し、また例えば、１日又は１日未満のような所定期間内で解析結果を得るのが望ましい。現行で使用される幾つかのシステムは、十分な品質レベルを有しかつ僅かなコスト範囲内でデータを供給する全ゲノムシークエンシングのような信頼できるプロトコールを実行することはできない。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の実施形態によれば、試料チャンネル、反応チャンバ、及びリザーバを有する流体ネットワークを備えるシステムを提供する。前記試料チャンネルは、生物試料を受け入れるよう構成した試料通口に流体連通するものとする。システムは、さらに、前記流体ネットワークに流体連通するよう構成したポンプアセンブリを備える。システムは、さらに、フローチャンネルを有し、また第１バルブ位置と第２バルブ位置との間で回転するよう構成した回転バルブを備える。前記フローチャンネルは、前記回転バルブが前記第１バルブ位置にあるとき前記反応チャンバ及び前記試料チャンネルを流体的に接続し、また前記回転バルブが前記第２バルブ位置にあるとき前記リザーバ及び前記反応チャンバを流体的に接続する。前記ポンプアセンブリは、前記回転バルブを前記第１バルブ位置にあるとき前記生物試料が前記反応チャンバに向かわせるフローを誘導し、また前記回転バルブが前記第２バルブ位置にあるとき反応成分を前記リザーバから前記反応チャンバに向かわせるフローを誘導する。
【0005】
本発明の実施形態において、本発明方法は、フローチャンネルを有する回転バルブを第１バルブ位置に回転するステップを有する。前記フローチャンネルは、回転バルブが前記第１バルブ位置にあるとき反応チャンバに流体連通する。本発明方法は、さらに、前記第１バルブ位置にあるとき、生物試料を試料チャンネル又は第１リザーバから前記フローチャンネルを経由して前記反応チャンバ内に流入させるステップを有する。本発明方法は、さらに、前記回転バルブを第２バルブ位置に回転するステップを有する。前記フローチャンネルは、前記第２バルブ位置にあるとき前記第２リザーバ及び前記反応チャンバに流体連通させる。本発明方法は、さらに、前記第２リザーバからの反応成分を前記反応チャンバ内に流入させるステップを有する。前記反応成分は前記反応チャンバ内で生物試料と相互反応する。
【0006】
本発明の実施形態において、流体ネットワーク及び前記流体ネットワークに流体連通するポンプアセンブリを有するフロー制御システムを備えるシステムを提供する。前記流体ネットワークは、生物試料を受け入れるよう構成した試料チャンネル、複数個のリザーバ、及び反応チャンバを含むものとする。本発明システムは、さらに、フローチャンネルを有する回転バルブを備える。前記回転バルブは、異なるバルブ位置に回転するよう構成して、前記反応チャンバを前記試料チャンネルに、または前記リザーバのうち１つに流体的に接続できるようにする。本発明システムは、さらに、分析プロトコール中に前記反応チャンバから光信号を検出するよう構成した検出デバイスを備える。本発明システムは、さらに、前記回転バルブ及び前記ポンプアセンブリを制御し、前記生物試料を前記試料チャンネルから前記反応チャンバに流入させるよう構成したシステムコントローラを備える。前記システムコントローラは、さらに、複数のプロトコールサイクル中に前記回転バルブ、前記ポンプアセンブリ及び前記検出デバイスを制御するよう構成し、前記プロトコールサイクルの各サイクルは、(a) 前記回転バルブを第１リザーバ-バルブ位置に回転して、前記反応チャンバを前記複数のリザーバのうち第１リザーバに流体連通させるステップと、(b) 前記ポンプアセンブリを制御して、流体を前記第１リザーバから前記反応チャンバ内に流入させるフローを誘導するステップと、(c) 前記回転バルブを第２リザーバ-バルブ位置に回転して、前記反応チャンバを前記複数のリザーバのうち第２リザーバに流体連通させるステップと、(d) 前記ポンプアセンブリを制御して、流体を前記第２リザーバから前記反応チャンバ内に流入させるフローを誘導するステップと、及び(e) 前記第２リザーバからの流体を前記反応チャンバに流入させる間に、又は前記第２リザーバからの流体を前記反応チャンバに通過させた後に前記反応チャンバから光信号を検出するステップとを含むものとする。
【0007】
本発明の実施形態において、本発明方法は、マイクロ流体制御構体及び回転バルブを準備する準備ステップを有する。前記マイクロ流体制御構体は構体側面及び流体ネットワークを有し、前記流体ネットワークはサプライ通口及びフィード通口を含む。前記サプライ通口は前記構体側面に開口する。前記回転バルブは前記構体側面に対して回転可能に取り付ける。前記回転バルブは、第１チャンネル通口、第２チャンネル通口、及び前記第１チャンネル通口と前記第２チャネル通口との間に延在するフローチャンネルを有するものとする。本発明方法は、さらに、前記回転バルブを、前記第１チャンネル通口が前記マイクロ流体制御構体の前記サプライ通口に流体連通する第１バルブ位置に回転するステップを有する。本発明方法は、さらに、前記回転バルブが前記第１バルブ位置にあるとき、生物試料を前記第１チャンネル通口経由で前記フローチャンネルに流入させるステップを有する。本発明方法は、さらに、前記生物試料が前記フローチャンネル内に存在する状態で前記回転バルブを第２バルブ位置に回転して、前記第１チャンネル通口を前記構体側面によって封止するステップを有する。本発明方法は、さらに、熱サイクリング操作を行って、前記フローチャンネル内における生物試料の温度を選択温度に変化させるステップを有する。
【0008】
本発明の実施形態によれば、構体側面及び流体ネットワークを有するマイクロ流体制御構体であって、前記流体ネットワークはサプライ通口及びフィード通口を有する、該マイクロ流体制御構体を備えるシステムを提供する。前記サプライ通口は前記構体側面に開口するものとする。本発明システムは、前記構体側面に対して回転可能に取り付けた回転バルブを備える。前記回転バルブは、第１チャンネル通口、第２チャンネル通口、及び前記第１チャンネル通口と前記第２チャネル通口との間に延在するフローチャンネルを有する。前記回転バルブは、第１バルブ位置と第２バルブ位置との間で回転するよう構成する。前記第１チャンネル通口は、前記回転バルブが前記第１バルブ位置にあるとき前記マイクロ流体制御構体の前記サプライ通口に流体連通する。前記第１チャンネル通口は、前記回転バルブが前記第２バルブ位置にあるとき前記マイクロ流体制御構体によって封止されるものとする。本発明システムは、さらに、前記回転バルブが前記第１バルブ位置にあるとき、流体を前記サプライ通口経由で前記フローチャンネル内に流入させるフローを誘導する構成としたポンプアセンブリを備える。本発明システムは、さらに、前記回転バルブに対して位置決めされる熱サイクラーであって、前記回転バルブが前記第２バルブ位置にあるとき、前記フローチャンネル内の流体が受ける温度を制御するよう構成した、該熱サイクラーを備える。
【0009】
本発明の実施形態において、流入通口、流出通口、及び試料リザーバを含む流体ネットワークを有するマイクロ流体制御構体を備えるシステムを提供する。本発明システムは、さらに、前記マイクロ流体制御構体に回転可能に連結した回転バルブを備える。回転バルブは、第１チャンネルセグメント及び第２チャンネルセグメントを有する。前記第１チャンネルセグメントは、前記回転バルブが第１バルブ位置にあるとき前記流入通口及び試料リザーバを流体的に接続する。前記第２チャンネルセグメントは、前記回転バルブが第１バルブ位置にあるとき前記流出通口及び試料リザーバを流体的に接続する。本発明システムは、さらに、前記回転バルブが第１バルブ位置にあるとき、前記流入通口及び第１チャンネルセグメント経由で前記試料リザーバ内に流体を流入させる構成としたポンプアセンブリを備える。前記回転バルブは、第２バルブ位置に移動する場合に、前記試料リザーバが前記回転バルブによって封止されるよう構成する。本発明システムは、さらに、前記回転バルブが前記第２バルブ位置にあるとき、熱エネルギーを前記試料リザーバに供給するよう前記マイクロ流体制御構体に対して位置決めした熱サイクラーを備える。
【0010】
本発明の実施形態において、試料リザーバ及び別個の分析チャンネルを含む流体ネットワークを有するマイクロ流体制御構体を備えるシステムを提供する。前記分析チャンネルは第１通口と第２通口との間に延在する。前記流体ネットワークは、さらにフィード通口を有する。本発明システムは、さらに、前記マイクロ流体制御構体の熱制御領域に隣接して位置決めされる熱サイクラーを備える。前記分析チャンネルは前記熱制御領域に貫通する。前記熱サイクラーは、熱エネルギーを前記熱制御領域に供給するよう構成する。本発明システムは、さらに、前記マイクロ流体制御構体に回転可能に連結し、また第１バルブ位置と第２バルブ位置との間で移動するよう構成した回転バルブを備える。前記回転バルブは、ブリッジチャンネル及び別個のフローチャンネルを有する。前記回転バルブが第１バルブ位置にあるとき、前記ブリッジチャンネルは前記試料リザーバ及び前記分析チャンネルの第１通口を流体的に接続し、また前記フローチャンネルは前記分析チャンネルの第２通口及び前記フィード通口を流体的に接続する。前記回転バルブは、前記回転バルブが第２バルブ位置に移動して前記分析チャンネルの前記第１通口及び第２通口を封止する構成とする。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明実施形態により形成したシステムであって、生化学的解析又は試料調製の少なくとも一方を行う構成としたシステムの概略図である。
【図9】本発明の実施形態によるマイクロ流体制御構体に取り付けた回転バルブの断面図である。
【図11】指定反応を反応チャンバから検出するのに使用し得る検出アセンブリの断面図である。
【図12】本発明の実施形態による方法のフローチャートである。
【図13】本発明の実施形態によるマイクロ流体制御構体に回転可能に取り付けた回転バルブの平面図である。
【図15A】分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。
【図15B】分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。
【図15C】分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。
【図15D】分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。
【図15E】分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。
【図15F】分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。
【図15G】分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。
【図15H】分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。
【図15I】分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。
【図15J】分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。
【図15K】分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。
【図15L】分析プロトコールの異なる段階中における回転バルブの異なる回転位置を示す。
【図16】本発明の実施形態により形成した回転バルブの平面図である。
【図18】本発明の実施形態により形成した別の回転バルブの平面図である。
【図19】本発明の実施形態による方法のフローチャートである。
【図20】回転バルブ及びマイクロ流体制御構体を備える本発明実施形態により形成したフロー制御システムの斜視図である。
【図23】本発明実施形態により形成したシステムであって、生化学的解析又は試料調製の少なくとも一方を行う構成としたシステムの概略図である。
【図24】本発明実施形態により形成し、ブリッジチャンネルを利用するフロー制御システムの平面図である。
【図26】本発明実施形態による回転バルブの底面から見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本明細書に記載する実施形態は、試料（サンプル）調製及び／又は生化学的解析のための指定反応を遂行するのに使用することができる。本明細書で使用する用語「生化学的解析」は、生物学的解析又は化学的解析のうち少なくとも一方を含み得る。図１は、生化学的解析及び／又は試料調製を行うよう構成したシステム１００の概略図である。システム１００は、ベース機器１０２と、及びこのベース機器１０２に離脱可能に係合するよう構成した係脱可能カートリッジ１０４とを備える。ベース機器１０２及び係脱可能カートリッジ１０４は、生物試料を含む指定反応を行わせるため互いに相互作用して、生物試料をシステム１００内の異なる場所に輸送し、その後の解析用に生物試料を調整する、また随意的に、生物試料による１つ又は複数の事象を検出できるよう構成することができる。事象は生物試料による指定反応の指標となり得る。係脱可能カートリッジ１０４は、２０１４年５月２７日出願の米国仮出願第６２／００３，２６４号（参照により全体が本明細書に組み入れられるものとする）に示されまた記載されたような統合化マイクロ流体カートリッジに類似のものとすることができる。しかし、本明細書に記載の実施形態は統合化デバイスに限定されるものではなく、より大型のシステムにも使用することができる。
【0013】
以下は図１に示すベース機器１０２及び係脱可能カートリッジ１０４に言及するが、ベース機器１０２及び係脱可能カートリッジ１０４は、システム１００における単に１つの例示的な実施形態を示すに過ぎず、それ以外の実施形態もあると理解されたい。例えば、ベース機器１０２及び係脱可能カートリッジ１０４は、共同して生物試料を調製する及び／又は生物試料を解析する多数の操作を実行する種々のコンポーネント及び形体を有する。図示の実施形態において、ベース機器１０２及び係脱可能カートリッジ１０４のそれぞれは、特定の機能を行うことができる。しかし、ベース機器１０２及び係脱可能カートリッジ１０４は異なる機能を実施する及び／又はこのような機能を共有することができると理解されたい。例えば、図示の実施形態において、係脱可能カートリッジ１０４は、検出アセンブリ（例えば、撮像デバイス）の使用により指定反応を検出するよう構成する。代替的実施形態において、ベース機器１０２は、検出アセンブリを含むことができる。他の実施例として、図示の実施形態において、ベース機器１０２は、係脱可能カートリッジ１０４に対して液体を供給、受容又は交換しない「乾式」機器とする。代替的実施形態において、ベース機器１０２は、例えば、試薬又は他の液体を係脱可能カートリッジ１０４に供給し、次いで、この係脱可能カートリッジ１０４が試薬又は他の液体を消費する（例えば、指定反応に使用する）ことができる。
【0014】
本明細書で使用するように、生物試料としては、１種類又は複数種類の生物学的又は化学的な物質、例えば、ヌクレオシド、核酸、ポリヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、タンパク質、酵素、ポリペプチド、抗体、抗原、リガンド、受容体、多糖類、炭水化物、ポリリン酸塩、ナノ細孔、オーガネル(細胞小器官)、脂質層、細胞、組織、有機体、上述した種の類似物又は模倣物のような生物学的活性化合物が有り得る。幾つかの場合、生物試料としては、全血、リンパ液、血清、血漿、汗、涙、唾液、痰、脳脊髄液、羊水、精液、膣排出物、漿液、滑液、心膜液、腹水、胸膜液、浸出液、滲出液、嚢胞液、胆汁、尿、胃液、腸液、糞試料、単一又は複数の細胞を含む液体、オーガネルを含む液体、流動化組織、流動化有機体、多細胞生物を含む液体、生物学的スワブ、及び生物学的洗浄液があり得る。
【0015】
幾つかの実施形態において、生物試料は、添加材料、例えば、水、脱イオン水、生理食塩水溶液、酸性溶液、塩基性溶液、清浄液及び／又はｐＨ緩衝液を含有することができる。添加材料としては、さらに、指定反応分析プロトコール中に使用して生化学的反応を行わせる試薬もあり得る。例えば、添加液体は、生物試料で複数のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）サイクルを行わせる材料を含有することができる。
【0016】
しかし、解析される生物試料は、システム１００に装填される生物試料とは異なる形式又は状態の場合もあり得ると理解されたい。例えば、システム１００に装填される生物試料は全血又は唾液とし、次にこれを処理して（例えば、分離又は増幅手順により）調製した核酸を生ずることができる。調製した核酸は、この後システム１００によって解析する（例えば、ＰＣＲによって定量化する又はＳＢＳによってシークエンシングする）。したがって、最初の操作、例えばＰＣＲを記述する間に用語「生物試料」を使用し、それに続いて第２操作、例えばシークエンシングを記述する間に再び使用するとき、第２操作における生物試料は第１操作前又は第１操作中の生物試料とは変更されている場合があり得る。例えば、シークエンシングステップ（例えば、ＳＢＳ）は、先行増幅ステップ（例えば、ＰＣＲ）で増幅された鋳型核酸から産生した単位複製配列核酸で実施することができる。この場合、単位複製配列は鋳型の複製であり、また単位複製配列は鋳型の量よりも多い量で存在する。
【0017】
幾つかの実施形態において、システム１００は、ユーザーが供出した物質（例えば、全血又は唾液）に基づく生化学的解析用の試料を自動的に調製することができる。しかし、他の実施形態において、システム１００は、ユーザーが解析用に部分的に又は予め調製した生物試料を解析することができる。例えば、ユーザーは、全血から既に単離及び／又は増幅した核酸を含む溶液を供出することができる。
【0018】
本明細書で使用する「指定反応」は、関心対象検体の化学的、電気的、物理的、光学的な特性（又は特質）のうち少なくとも１つにおける変化を含む。特別な実施形態において、指定反応は、会合性結合事象（例えば、関心対象検体に蛍光ラベル付けした生体分子の組み込み）とする。指定反応は、解離性結合事象（例えば、関心対象検体から蛍光ラベル付けした生体分子の釈放）であり得る。指定反応は、化学変換、化学変化、化学的相互作用とすることができる。さらに、指定反応は、電気的特性の変化とすることができる。例えば、指定反応は、溶液内のイオン濃度変化とすることができる。例示的な反応としては、以下のものに限定しないが、還元、酸化、付加、脱離、転位、エステル化、アミド化、エーテル化、環化、又は置換のような化学反応、第１化学物質が第１化学物質に結合する結合相互作用、２つ以上の化学物質が互いに分離する解離反応、蛍光発光、発光、生物発光、化学発光、及び生物反応、例えば核酸複製、核酸増幅、核酸雑種形成、核酸連結反応、リン酸化反応、素触媒反応、受容体結合、又はリガンド結合がある。指定反応は、例えば、周囲溶液又は周囲環境におけるｐＨなどとして検出可能な陽子の付加又は脱離であり得る。付加的指定反応は、薄膜（例えば、天然又は合成の）二層膜を透過するイオンの流れを検出でき、例えば、イオンが薄膜を透過するとき電流が中断し、この中断を検出することができる。従来既知の温度感知及び他の解析感知技術として荷電タグの電界センシングを用いることもできる。
【0019】
特別な実施形態において、指定反応としては、検体に対する蛍光ラベル付け分子の取り込みがある。検体はオリゴヌクレオチドとし、蛍光ラベル付け分子はヌクレオチドとすることができる。指定反応は、ラベル付けヌクレオチドを有するオリゴヌクレオチドに向けて励起光を照射し、また蛍光色素分子が検出可能な蛍光信号を発生するとき検出することができる。代替的実施形態において、検出した蛍光は化学発光又は生物発光の結果である。指定反応は、さらに、例えば、受容体蛍光色素分子にドナー蛍光色素分子を近づけることによって蛍光（又はフェルスター）共鳴エネルギー転移（ＦＲＥＴ）を増加することができ、ドナー蛍光色素分子及び受容体蛍光色素分子を引き離すことによってＦＲＥＴを減少し、消光剤を蛍光色素分子から引き離すことにより蛍光を増加し、又は消光剤及び蛍光色素分子を再配置することによって蛍光を減少することができる。
【0020】
本明細書に使用する「反応成分（reaction component）」は、指定反応を得るのに使用できる任意の材料を含む。例えば、反応成分としては、試薬、酵素のような触媒、反応のための反応剤、試料、反応生成物、他の生体分子、塩、金属共同因子、キレート剤、及び緩衝溶液（水素化緩衝液）がある。反応成分は、個別溶液として又は１つ以上の混合物として、流体ネットワークの種々の場所に送給することができる。例えば、反応成分は、生物試料が固定化される反応チャンバに送給することができる。反応成分は、生物試料と直接的又は間接的に相互作用することができる。幾つかの実施形態において、係脱可能カートリッジ１０４に対して、指定分析プロトコールを実施するのに必要な１種類以上の反応成分を予め装填する。予装填は、カートリッジ１０４をユーザーが係合する（例えば、ユーザー施設で）のに先立って、１つの場所（例えば、製造施設）で行うことができる。
【0021】
幾つかの実施形態において、ベース機器１０２は、セッション毎に１個の係脱可能カートリッジ１０４と相互作用するよう構成することができる。セッション後に係脱可能カートリッジ１０４は他の係脱可能カートリッジ１０４と交換することができる。他の実施形態において、ベース機器１０２は、セッション毎に１つより多い係脱可能カートリッジ１０４と相互作用するよう構成する。本明細書に使用する用語「セッション」は、試料調製及び／又は生物試料解析プロトコールのうち少なくとも１つを実施することを含む。試料調製としては、生物試料における１種類以上の成分を分離、単離、変更及び／又は増幅して、調製した生物試料が解析に適合できるようにすることが挙げられる。幾つかの実施形態において、セッションとしては、多数の制御下での反応を行う連続的行為があり、この連続行為は、(a) 指定回数の反応が行われるまで、(b) 指定回数の事象が行われるまで、(c) システムの指定期間が経過するまで、(d) 信号対ノイズ比が指定閾値まで低下するまで、(e) 標的成分が同定されるまで、(f) システム障害若しくはシステム異常が検出されるまで、及び／又は(g) 反応を行わせる１つ以上の反応源が枯渇するまで継続する。代案として、セッションとしては、或る期間（例えば、数分、数時間、数日、数週間）にわたりシステム行為を停止させ、またその後(a)〜(g)のうち少なくとも１つが生ずるまでセッションを完遂する。
【0022】
分析プロトコールは、指定反応を行わせる、指定反応を検出する、及び／又は指定反応を解析するという一連の操作シーケンスを含むことができる。総合的に、係脱可能カートリッジ１０４及びベース機器１０２は、異なる操作を実行するのに必要なコンポーネントを有する。分析プロトコールの操作としては、流体操作、熱制御操作、検出操作、及び／又は機械的操作があり得る。流体操作としては、システム１００に流れる流体（例えば、液体又はガス）のフローを制御することがあり、この制御は、ベース機器１０２及び／又は係脱可能カートリッジ１０４によって作動させる。例えば、流体操作としては、生物試料又は反応成分を反応チャンバ内に流入させるフローを誘導するポンプを制御することがあり得る。熱制御操作としては、システム１００における指定部分の温度を制御することがあり得る。例えば、熱制御操作としては、生物試料を含む液体を保存するポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）ゾーンの温度を上昇又は低下させることがあり得る。検出操作としては、生物試料の所定特性、品質若しくは特徴を検出する検出器の作動を制御する、又はその活動をモニタリングすることがあり得る。一つの実施例において、検出操作としては、生物試料を含む指定領域の画像を撮像し、指定領域からの蛍光発光を検出することがあり得る。検出操作としては、生物試料に照射する光源を制御する、又は生物試料を観測する検出器を制御することがあり得る。機械的操作としては、係脱可能カートリッジ１０４における可動バルブに作用的に係合する、ベース機器１０２のバルブ制御コンポーネントを移動させるモータを制御することがあり得る。幾つかの事例において、異なる操作の組合せを同時に行うことができる。例えば、ポンプが反応チャンバに流れる流体フローを制御するとき、検出器が反応チャンバの画像を撮像する。幾つかの事例において、異なる生物試料に対する異なる操作を同時に行うことができる。例えば、第１生物試料に増殖（例えば、ＰＣＲ）を行わせるとともに、第２生物試料に検出を受けさせることができる。
【0023】
同様又は同一の流体素子（例えば、チャンネル、通口、リザーバ等）に異なる名前付けをし、流体素子の見分けが容易にできるようにする。例えば、通口は、リザーバ通口、サプライ通口、ネットワーク通口、フィード通口等と称することができる。異なる名前付けをした２つ以上の流体素子（例えば、リザーバチャンネル、試料チャンネル、フローチャンネル、ブリッジチャンネル）は、流体素子が構造上異なるものである必要はない。さらに、特許請求の範囲は、請求項において、このような流体素子の区別が容易につくようこのような名前を追加して補正することができる。
【0024】
本明細書に使用する用語「液体」は、比較的圧縮不能である物質であり、またこの物質を保持する容器又はチャンネルの形状に追従及び適合する能力を有する物質である。液体は、水をベースとし、また液体を互いに保持する表面張力を示す極性分子を含むものとすることができる。さらに、液体は、オイルをベースとする又は水性ではない物質で見られるような、無極性分子を含むものとすることができる。本明細書における液体への言及は、２種類以上の液体の組合せから形成される液体も含むと理解されたい。例えば、個別の試薬溶液は、指定反応を行わせるため後に組み合わせることができる。
【0025】
係脱可能カートリッジ１０４は、ベース機器１０２に離脱可能に係合する、又は係脱可能に結合するよう構成する。本明細書に使用する用語「離脱可能に係合（した）」又は「係脱可能に結合（した）」（等々）は、係脱可能カートリッジとベース機器との間の関係性を記述するのに使用するとき、この用語の意図は、係脱可能カートリッジとベース機器との間の連結（接続）がベース機器を破壊することなく容易に切り離すことを意味するものである。したがって、係脱可能カートリッジは、ベース機器に対して電気的に離脱可能に係合し、ベース機器の電気的接点が破壊されることのないようにすることができる。係脱可能カートリッジは、ベース機器に対して機械的に離脱可能に係合し、係脱可能カートリッジを保持するベース機器の形体を破壊することのないようにすることができる。係脱可能カートリッジは、ベース機器に対して流体的に離脱可能に係合し、ベース機器の通口がされることのないようにすることができる。ベース機器は、例えば、コンポーネントに対する簡単な調整（例えば、再整列化）又は簡単な交換（例えば、ノズル交換）を必要とする場合、「破壊した」と見なされない。コンポーネント（例えば、係脱可能カートリッジ１０４及びベース機器１０２）は、互いに離脱させるとき、コンポーネントが不当な労力なしに又はコンポーネントを分離するのに費やされる長い時間がかかることなく、容易に離脱可能とすることができる。幾つかの実施形態において、係脱可能カートリッジ１０４及びベース機器１０２は、係脱可能カートリッジ１０４又はベース機器１０２のいずれかを破壊することなく、容易に離脱させることができる。
【0026】
幾つかの実施形態において、係脱可能カートリッジ１０４はベース機器１０２とのセッション中に永久的な変更を受ける又は部分的に損傷し得る。例えば、液体を保留する容器は、液体をシステム１００に流入させることができるよう穿刺するフォイルカバーを有する。このような実施形態において、フォイルカバーは損傷し、これにより損傷した容器を他の容器に交換する必要がある。特定の実施形態において、係脱可能カートリッジ１０４は交換し、また随意的に１回使用後に廃棄できるよう、使い捨て可能カートリッジとする。
【0027】
他の実施形態において、係脱可能カートリッジ１０４は、ベース機器１０２に係合したまま１回よりも多いセッションに使用する、及び／又はベース機器１０２から取り外し、試薬を再充填し、またベース機器１０２に再係合させて、追加の指定反応を行わせるようにすることができる。したがって、係脱可能カートリッジ１０４は、幾つかの場合において、同一係脱可能カートリッジ１０４を異なる消耗品（例えば、反応成分及び生物試料）を使用できるよう改造することができる。改造は、カートリッジを顧客施設に配置したベース機器から取り外した後に、製造施設で行うことができる。
【0028】
図１に示すように、係脱可能カートリッジ１０４は、流体（例えば、液体又はガス）を保持及び導く流体ネットワーク１０６を有する。流体ネットワーク１０６は、流体を保存できる及び／又は流体を流すことができるよう相互連結した複数個の流体素子を有する。流体素子の非限定的な例としては、チャンネル、チャンネルの通口、キャビティ、保存モジュール、保存モジュールのリザーバ、反応チャンバ、廃棄リザーバ、検出チャンバ、反応及び検出用の多目的チャンバ、等々がある。流体素子は指定の仕方で互いに流体的に接続し、システム１００が試料を調製する及び／又は解析できるようにする。
【0029】
本明細書で使用する用語「流体的に接続した」（又は類似用語）は、２つの空間的領域を互いに接続して、液体又はガスが２つの空間的領域間で導かれるようにすることに言及する。いくつかの場合では、流体接続は、流体を２つの空間的領域間で行き来するよう導くのを可能にする。他の場合では、流体接続は一方向のものとし、２つの空間的領域間のフローが一方向のみとする。例えば、分析リザーバをチャンネルに流体的に接続し、液体が分析リザーバからチャンネル内に移送できるようにする。しかし、幾つかの実施形態において、チャンネル内の流体を分析リザーバに逆流できないようにする。特定実施形態において、流体ネットワーク１０６は、生物試料を受容し、また生物試料を試料調製及び／又は試料解析に導くよう構成する。流体ネットワーク１０６は、生物試料及び他の反応成分を廃棄リザーバに導くことができる。
【0030】
１つ又は複数の実施形態は、生物試料（例えば、鋳型核酸）を解析する指定場所で保持する。本明細書で使用する用語「保持した」は、生物試料について使用するとき、生物試料を表面に実質的に付着させる、又は生物試料を指定空間内に閉じ込めることを含む。本明細書で使用する用語「固定化」は、生物試料について使用するとき、実質的に生物試料を固形支持体内又は固形支持体上の表面に付着させることを含む。固定化は、分子レベルの生物試料を表面に付着することを含み得る。例えば、生物試料は、非共有相互作用（例えば、静電力、ファン・デル・ワールス力、及び疎水性界面の脱水）を含めた吸着技術、並びに官能基又はリンカーが生物試料を表面に付着させるのを促進する共有結合技術を用いて、基板表面に対して固定化することができる。生物試料の基板表面に対する固定化は、基板表面の特性、生物試料を担持する液体状の媒体、及び生物試料自体の特性に基づく。幾つかの場合において、基板表面は、生物試料の基板表面に対する固定化を促進するよう機能化する（例えば、化学的又は物理的に変更する）ことができる。基板表面は、先ず表面に結合する官能基を有するよう変更することができる。次に、この官能基が生物試料に結合し、官能基における生物試料を固定化する。幾つかの場合において、生物試料は、米国特許出願公開第２０１１／００５９８６５号及び同第２０１４／００７９９２３号（これら各特許文献は、参照によって本明細書に組み入れられるものとする）に記載のようなゲルにより表面に対して固定化することができる。
【0031】
幾つかの実施形態において、核酸を表面に対して固定化し、またブリッジ増幅を用いて増幅することができる。有用なブリッジ増幅方法は、例えば、米国特許第５，６４１，６５８号、国際公開第０７／０１０２５１号、米国特許第６，０９０，５９２号、米国特許出願公開第２００２／００５５１００号、米国特許第７，１１５，４００号、米国特許出願公開第２００４／００９６８５３号、同第２００４／０００２０９０号、同第２００７／０１２８６２４号、同第２００８／０００９４２０号に記載されており、これら各特許文献は、参照によって本明細書に組み入れられるものとする。表面上における核酸を増幅する他の有用な方法は、例えば、以下に詳細に説明する方法を用いる、ローリング・サークル増幅（ＲＣＡ：rolling circle amplification）である。幾つかの実施形態において、核酸は、表面に付着させ、また１つ以上のプライマー対を用いて増幅することができる。例えば、一方のプライマーを溶液内に存在させ、また他方のプライマーを表面上で固定化することができる（例えば、5’-付着）。例えば、核酸分子は、表面上における一方のプライマーに対する雑種を生じ、これに続いて固定化したプライマーの延伸を生じ、核酸の第１複製を産生する。この後、溶液内のプライマーは核酸の第１複製に対する雑種を生じ、核酸の第１複製を鋳型として使用して延伸することができる。随意的に、核酸の第１複製を産生した後、原核酸分子を表面上に固定化した第２プライマーに対して雑種を生じ、溶液におけるプライマーが延伸するのと同時又は後に、延伸することができる。いかなる実施形態においても、固定化したプライマー及び溶液内プライマーを用いる延伸（増幅）の反復ラウンドにより、核酸の複数の複製を生ずる。幾つかの実施形態において、生物試料は、生物試料の増幅（例えば、ＰＣＲ）中に使用するよう構成された所定空間内に反応成分とともに閉じ込めることができる。
【0032】
本明細書に記載する１つ又は複数の実施形態は、増幅プロトコールである、又は増幅プロトコールを含む分析プロトコールを実行するよう構成することができる。増幅プロトコール中、リザーバ又はチャンネル内の生物試料の温度を変化させて、生物試料（例えば、生物試料のＤＮＡ）を増幅できるようにする。例えば、生物試料は、(1) 約７５秒間にわたる約９５℃の予加熱段階、(2) 約１５秒間にわたる約９５℃の変性段階、(3) 約４５秒間にわたる約５９℃のアニーリング延伸段階、(4) 約６０秒間にわたる約７２℃の温度保持段階を受けさせる。実施形態は複数回の増幅サイクルを実行することができる。上述のサイクルは１つの特定実施形態についてのみ記載したものであり、また代替的実施形態は増幅プロトコールに対する変更もあり得ることに留意されたい。
【0033】
本明細書に記載の方法及びシステムは、特徴を有する配列を様々な密度のうち任意の密度にして使用することができ、これら密度としては、例えば、少なくとも約１０特徴／ｃｍ２、１００特徴／ｃｍ２、５００特徴／ｃｍ２、１，０００特徴／ｃｍ２、５，０００特徴／ｃｍ２、１０，０００特徴／ｃｍ２、５０，０００特徴／ｃｍ２、１００，０００特徴／ｃｍ２、１，０００，０００特徴／ｃｍ２、５，０００，０００特徴／ｃｍ２、又はそれ以上がある。本明細書に記載の方法及びシステムは、これら例示的密度のうち１つ又は複数での個別特徴を少なくとも十分に解像する解像度を有する検出コンポーネント又はデバイスを設けることができる。
【0034】
図示の実施形態において、係脱可能カートリッジ１０４は、複数個のハウジング側面１１１〜１１４があるカートリッジハウジング１１０を有する。ハウジング側面１１１〜１１４には、非合体側面１１１〜１１３及び合体側面１１４がある。合体側面１１４はベース機器１０２に係合するよう構成する。図示の実施形態において、カートリッジハウジング１１０はほぼ単一構造体を形成する。代替的実施形態において、カートリッジハウジング１１０は、システム１００のユーザーが組み付ける１つ又は複数のサブコンポーネントによって構成することができる。サブコンポーネントは、係脱可能カートリッジ１０４を離脱可能にベース機器１０２に係合させる前に、又は１つのサブコンポーネントを離脱可能にベース機器１０２に係合させた後に組み付けることができる。例えば、保存モジュール１５０を第１サブハウジング（図示せず）によって保持し、また係脱可能カートリッジ１０４の残りの部分（例えば、流体ネットワーク及び撮像デバイス）を第２サブハウジング（図示せず）に設けることができる。第１及び第２のサブハウジングを組み合わせてカートリッジハウジング１１０を形成することができる。
【0035】
流体ネットワーク１０６は、カートリッジハウジング１１０によって保持し、また非合体側面１１２に開口する複数個の試料通口（ポート）１１６を有する。代替的実施形態において、試料通口１１６は、非合体側面１１１若しくは１１３に沿って配置する、又は合体側面１１４に沿って配置することができる。各試料通口１１６は、生物試料を受容するよう構成する。単なる例として、生物試料は全血又は唾液とすることができる。幾つかの実施形態において、生物試料は、核酸及びＰＣＲを行うための他の材料（例えば、試薬、緩衝液等）とすることができる。３個の試料通口１１６を図１に示したが、実施形態によっては、１個のみの試料通口、２個の試料通口、又は３個より多い個数の試料通口を設けることができる。
【0036】
流体ネットワーク１０６は、さらに、合体側面１１４に開口し、またカートリッジハウジング１１０の外部に露出する流体接続通口１１８を有する。流体接続通口１１８は、ベース機器１０２のシステムポンプ１１９に流体的に接続するよう構成する。流体接続通口１１８は、流体ネットワーク１０６の一部であるポンプチャンネル１３３と流体連通する。システム１００の動作中、システムポンプ１１９は、流体をポンプチャンネル１３３及び流体ネットワーク１０６の残りの部分を経由させるフローを誘導する負圧を生ずるよう構成する。例えば、システムポンプ１１９は、生物試料を試料通口１１６から試料調製領域１３２に流入させるフローを誘導し、この試料調製領域１３２において、生物試料をその後の解析のために調製することができる。システムポンプ１１９は、生物試料を試料調製領域１３２から反応チャンバ１２６に流入させるフローを誘導し、この反応チャンバ１２６において検出操作を行って、生物試料のデータ（例えば、撮像データ）を取得する。システムポンプ１１９は、さらに、流体を保存モジュール１５０のリザーバ１５１，１５２から反応チャンバ１２６に流入させるフローを誘導することができる。検出操作を行った後、システムポンプ１１９は、流体を廃棄リザーバ１２８に流入させるフローを誘導する。
【0037】
流体ネットワーク１０６の他に、係脱可能カートリッジ１０４は、ベース機器１０２が制御し得る１つ以上の機械的インタフェース１１７を有することができる。例えば、係脱可能カートリッジ１０４は、流体ネットワーク１０６に作用的に接続される複数個のフロー制御バルブ１２１〜１２３を設けたバルブアセンブリ１２０を有する。各フロー制御バルブ１２１〜１２３は、ベース機器１０２が制御し得る機械的インタフェース１１７を代表することができる。例えば、フロー制御バルブ１２１〜１２３は、システムポンプ１１９の選択的な作動と関連してベース機器１０２によって選択的の動作又は制御し、流体ネットワーク１０６内の流体のフローを制御することができる。
【0038】
例えば、図示の実施形態において、流体ネットワーク１０６は、試料通口１１６の直ぐ下流に流体連通する試料チャンネル１３１を有する。図１には単に１個の試料チャンネル１３１を示したが、代替的実施形態においては複数の試料チャンネルを設けることができる。試料チャンネル１３１は、試料調製領域１３２を有することができる。バルブアセンブリ１２０は、１対のチャンネルバルブ１２１，１２２を有し、これらチャンネルバルブ１２１，１２２は、フロー制御バルブと称することもできる。チャンネルバルブ１２１，１２２は、ベース機器１０２によって選択的に作動し、流体の試料チャンネル１３１を経由するフローを阻止又はブロックできるようにする。特定実施形態において、チャンネルバルブ１２１，１２２は、試料チャンネル１３１の試料調製領域１３２内の液体用指定容積を保持するシールを形成するよう作動する。試料調製領域１３２内の指定容積に生物試料を含むことができる。
【0039】
バルブアセンブリ１２０は、さらに可動バルブ１２３を有することができる。可動バルブ１２３は、対応する通口間に延在する少なくとも１個のフローチャンネル１４０を設けることができる弁本体１３８を有する。弁本体１３８は、通口を流体ネットワーク１０６の対応する通口に整列させる異なる位置間で移動することができる。例えば、可動バルブ１２３の位置は、反応チャンバ１２６内に流入する流体タイプを決定することができる。第１位置において、可動バルブ１２３は、試料チャンネル１３１の対応する通口に整列して、生物試料を反応チャンバ１２６に供給することができる。第２位置において、可動バルブ１２３は、保存モジュール１５０のリザーバ１５１，１５２にそれぞれ流体連通する１個又は複数個の対応するリザーバチャンネル１６１，１６２に整列する。各リザーバ１５１，１５２は、指定反応を行うのに使用される反応成分を保存するよう構成する。リザーバチャンネル１６１，１６２は、それぞれリザーバ１５１，１５２の下流で流体連通するよう配置する。幾つかの実施形態において、可動バルブ１２３は、異なる位置に個別に移動して、リザーバチャンネルの対応する通行と整列することができる。
【0040】
図示の実施形態において、可動バルブ１２３は、軸線１４２の周りに回転するよう構成した回転バルブ（又は回転可能バルブ）とする。可動バルブ１２３は回転バルブ２１６（図２に示す）に類似のものとすることができる。しかし、代替的実施形態は異なる位置に回転しない可動バルブを有することができる。このような実施形態において、可動バルブは対応する通口に整列するよう１つ又は複数の直線方向に摺動し得るものとする。本明細書に記載の回転バルブ及び直線移動バルブは、２０１３年３月１５日出願の国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０３２３０９号に記載の装置に類似するものとすることができる。
【0041】
幾つかの実施形態において、生物試料をベース機器１０２の光源１５８によって照射する。代案として、光源１５８は係脱可能カートリッジ１０４に組み込むことができる。例えば、生物試料は、適合する波長を有する光によって励起するとき発光する１種類又は複数の蛍光色素分子を含むことができる。図示の実施形態において、係脱可能カートリッジ１０４は光路１５４を有する。この光路１５４は、ベース機器１０２の光源１５８からの照射光１５６が反応チャンバ１２６内の生物試料に入射できるよう構成する。したがって、反応チャンバは１個又は複数個の透明側面又は窓を有することができる。光路１５４は１個又は複数個の光学的素子、例えばレンズ、リフレクタ、光ファイバライン等を有することができ、照射光１５６を反応チャンバに能動的に指向させる。例示的実施形態において、光源１５８は発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができる。しかし、代替的実施形態において、光源１５８は別タイプの発光デバイス、例えば、レーザー又はランプとすることができる。
【0042】
幾つかの実施形態において、検出アセンブリ１０８は、撮像検出器１０９及び反応チャンバ１２６を含む。撮像検出器１０９は、反応チャンバ１２６内の指定反応を検出するよう構成する。幾つかの実施形態において、この撮像検出器１０９は、反応チャンバ１２６からの光信号（例えば、吸光度、反射／屈折、又は発光度）を検出するよう反応チャンバ１２６に対して相対位置決めする。撮像検出器１０９は、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ又は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）撮像装置のような撮像デバイスを１個又は複数個有することができる。幾つかの実施形態において、撮像検出器１０９は、化学発光から発生した光信号を検出することができる。さらに他の実施形態において、検出アセンブリ１０８は撮像用途に限定しないものとすることができる。例えば、検出アセンブリ１０８は、液体の電気的特性を検出する１個又は複数個の電極とすることができる。
【0043】
上述したように、ベース機器１０２は、係脱可能カートリッジ１０４に作用的に係合し、また係脱可能カートリッジ１０４内の種々の動作を制御して、生物試料の指定反応を行わせる及び／又は生物試料のデータを取得できるよう構成する。この目的のため、合体側面１１４は、ベース機器１０２が係脱可能カートリッジ１０４の１つ又は複数のコンポーネントにおける動作の制御を可能にするよう構成する。例えば、合体側面１１４には、バルブ１２１〜１２３をベース機器１０２が制御できるようにする複数個のアクセス開口１７１〜１７３を設けることができる。合体側面１１４には、さらに、ベース機器１０２の熱サイクラー（例えば、熱ブロック又は熱伝達ブロック）を収容するよう構成したアクセス開口１７４を設けることができる。図示の実施形態において、熱サイクラー１８６は熱ブロックとする。アクセス開口１７４は試料チャンネル１３１に沿って延在する。図示のように、アクセス開口１７１〜１７４は合体側面１１４に開口する。
【0044】
幾つかの実施形態において、流体ネットワーク１０６及びバルブアセンブリ１２３はフロー制御システム１６４を構成することができる。このフロー制御システム１６４は、システム１００、より具体的には、係脱可能カートリッジ１０４における１つ又は複数の流体のフローを制御し、１つ又は複数の指定動作を実行できるようにするコンポーネントを含むことができる。このフロー制御システム１６４は、他の実施形態において、システムポンプ１１９のような追加コンポーネントを含むことができる。フロー制御システム１６４は、フロー制御システム２００（図２に示す）と類似又は同一のものとすることができる。
【0045】
ベース機器１０２は、係脱可能カートリッジ１０４の合体側面１１４に離脱可能に係合するよう構成した制御側面１９８を有する。係脱可能カートリッジ１０４の合体側面１１４及びベース機器１０２の制御側面１９８は、集合的にシステムインタフェース１９５を画定する。システムインタフェース１９５は、係脱可能カートリッジ１０４とベース機器１０２との間の共通境界面を代表し、この共通境界面を通じてベース機器１０２及び係脱可能カートリッジ１０４が動作可能に係合する。より具体的には、ベース機器１０２及び係脱可能カートリッジ１０４は、システムインタフェース１９５に沿って動作可能に係合して、ベース機器１０２が係脱可能カートリッジ１０４の種々の特徴形体を合体側面１１４経由で制御することができる。例えば、ベース機器１０２は、係脱可能カートリッジ１０４の対応するコンポーネントを制御する１個又は複数個の制御可能コンポーネントを有することができる。
【0046】
幾つかの実施形態において、ベース機器１０２及び係脱可能カートリッジ１０４は動作可能に係合し、システムインタフェース１９５で確立される、電気的接続部、熱的接続部、光学的接続部、バルブ連結部、又は流体接続部のうち少なくとも１つにより、システムインタフェース１９５において、ベース機器１０２及び係脱可能カートリッジ１０４が互いに固定される。図示の実施形態において、ベース機器１０２及び係脱可能カートリッジ１０４は、電気的接続部、熱的接続部、バルブ連結部、及び光学的接続部を有する構成とする。より具体的には、ベース機器１０２及び係脱可能カートリッジ１０４は、データ及び／又は電力を電気的接続部経由で送受することができる。ベース機器１０２及び係脱可能カートリッジ１０４は、熱的接続部経由で熱エネルギーを相互に送受することができ、またベース機器１０２及び係脱可能カートリッジ１０４は、光学的接続部経由で光信号（例えば、照射光）を送受することができる。
【0047】
図示の実施形態において、システムインタフェース１９５は、片面インタフェース１９５とする。例えば、制御側面１９８及びハウジング側面１１４はほぼ平面状にし、互いに逆向きにして対面させる。システムインタフェース１９５は、係脱可能カートリッジ１０４及びベース機器１０２は合体側面１１４及び制御側面１９８経由のみで互いに動作可能に接続するよう片面インタフェースとする。代替的実施形態において、システムインタフェースは複数側面インタフェースとすることができる。例えば、係脱可能カートリッジの少なくとも２，３、４、又は５つの側面はベース機器と連結するよう構成した合体側面とすることができる。これら複数側面は、平面状とし、また互いに直交する又は互いに対向する（例えば、直方体容積のすべて又は一部を包囲する）よう配列されるものとすることができる。
【0048】
係脱可能カートリッジ１０４の動作を制御するため、ベース機器１０２は、フロー制御バルブ１２１〜１２３に動作可能に係合するよう構成したバルブアクチュエータ１８１〜１８３と、試料調製領域１３２に対して熱エネルギーを供給及び／又は除去するよう構成した熱サイクラー１８６と、及び電気接点の接点アレイ１８８とを有することができる。ベース機器１０２は、さらに、制御側面１９８に沿って位置決めした光源１５８を有することができる。ベース機器１０２は、さらに、制御側面１９８に沿って位置決めした制御通口１９９を有するシステムポンプ１１９を有することができる。
【0049】
システム１００は、さらに、ロック機構１７６を有することができる。図示の実施形態において、ロック機構１７６は、係脱可能カートリッジ１０４のラッチ係合素子１７８に係合するよう構成した回転可能なラッチ１７７を有する。代案として、係脱可能カートリッジ１０４が回転可能なラッチ１７７を有し、またベース機器１０２がラッチ係合素子１７８を有することができる。係脱可能カートリッジ１０４をベース機器１０２に取り付けるとき、ラッチ１７７は回転し、またラッチ係合素子１７８に係合することができる。ロック機構１７６が生ずるカム作用が係脱可能カートリッジ１０４をベース機器１０２に向けて押圧又は駆動して係脱可能カートリッジ１０４をベース機器１０２に固定することができる。
【0050】
ベース機器１０２は、指定分析プロトコールを行うためのユーザー入力を受け取るよう構成した及び／又は分析に関してユーザーに情報を通信するよう構成したユーザー・インタフェース１２５を有することができる。ユーザー・インタフェース１２５は、ベース機器１０２に組み込むことができる。例えば、ユーザー・インタフェース１２５は、ベース機器１０２のハウジングに取り付けたタッチパネルであって、またユーザーからのタッチ及びタッチパネルに表示される情報に対するタッチ場所を識別するよう構成した、該タッチパネルを有することができる。代案として、ユーザー・インタフェース１２５は、ベース機器１０２に対して離れた位置に配置することができる。
【0051】
ベース機器１０２は、さらに、バルブアクチュエータ１８１〜１８３、熱サイクラー１８６、接点アレイ１８８、光源１５８、又はシステムポンプ１１９のうち少なくとも１つの動作を制御するよう構成したシステムコントローラを有することができる。システムコントローラ１８０は回路モジュールの集合体として概念的に示すが、専用ハードウェア回路板、ＤＳＰ、プロセッサ等の任意な組合せを利用して実装することができる。代案として、システムコントローラ１８０は、単一プロセッサ又はプロセッサ間に分散させた機能操作の多重プロセッサを有する市販ＰＣを利用して実装することができる。他の選択肢として、以下に記載の回路モジュールをハイブリッド構成の利用により実装することができ、このハイブリッド構成の場合、若干のモジュール機能は専用ハードウェアを利用して実施するとともに、残りのモジュール機能は市販ＰＣ等を利用して実施することができる。
【0052】
システムコントローラ１８０は、ベース機器１０２及び／又は係脱可能カートリッジ１０４の特定コンポーネントの動作を制御するよう構成された複数個の回路モジュール１９０〜１９３を有することができる。例えば、回路モジュール１９０は、流体ネットワーク１０６における流体のフローを制御するよう構成したフロー制御モジュール１９０とすることができる。このフロー制御モジュール１９０は、バルブアクチュエータ１８１〜１８３及びシステムポンプ１１９に動作可能に接続することができる。フロー制御モジュール１９０は、バルブアクチュエータ１８１〜１８３及びシステムポンプ１１９を選択的に作動させ、１つ又は複数の経路における流体のフローを誘導し、及び／又は１つ又は複数の経路における流体のフローを阻止することができる。
【0053】
単に例として、バルブアクチュエータ１８３は可動バルブ１２３に回転可能に係合することができる。バルブアクチュエータ１８３は、バルブアクチュエータ１８３を駆動（例えば、回転）するよう構成した回転モータ１８９を有することができる。フロー制御モジュール１９０はバルブアクチュエータ１８３を作動させて、可動バルブ１２３を第１回転位置に移動することができる。可動バルブ１２３が第１回転位置にある状態で、フロー制御モジュール１９０はシステムポンプ１１９を作動させ、これにより生物試料を試料調製領域１３２から反応チャンバ１２６に引き込むことができる。次に、フロー制御モジュール１９０はバルブアクチュエータ１８３を作動させて、可動バルブ１２３を第２回転位置に移動する。可動バルブ１２３が第２回転位置にある状態で、フロー制御モジュール１９０はシステムポンプ１１９を作動させ、これにより１種類又は複数種類の反応成分を対応するリザーバから反応チャンバ１２６に引き込むことができる。幾つかの実施形態において、システムポンプ１１９は正圧を供給するよう構成し、これにより流体を逆方向に能動的にポンプ送給できるようにする。このような動作を使用して、複数種類の液体を共通リザーバに追加流入させ、リザーバ内でこれら流体を混合できるようにする。したがって、流体接続通口１１８は、流体（例えば、ガス）をカートリッジハウジング１１０から排出させたり、又は流体をカートリッジハウジング１１０内に受容したりすることができる。
【0054】
システムコントローラ１８０は、さらに、熱制御モジュール１９１を有することができる。熱制御モジュール１９１は熱サイクラー１８６を制御して、試料調製領域１３２に対して熱エネルギーを供給及び／又は除去できるようにする。１つの特別な実施例において、熱サイクラー１８６は、試料チャンネル１３１内の生物試料がＰＣＲプロトコールにしたがって受ける温度を上昇及び／又は低下することができる。図示しないが、システム１００は、試料調製領域１３２に隣接する位置に追加の熱デバイスを設けることができる。
【0055】
システムコントローラ１８０は、さらに、生物試料に関するデータを取得する検出アセンブリ１０８を制御するよう構成した検出モジュール１９２を有することができる。検出モジュール１９２は、接点アレイ１８８により検出アセンブリ１０８の動作を制御することができる。例えば、検出アセンブリ１０８は、合体側面１１４に沿う電気接点１９６の接点アレイ１９４に通信可能に係合することができる。幾つかの実施形態において、電気接点１９６は可撓接点（例えば、ポゴ接点又は接点ビーム）とし、合体側面１１４に対して出入りする再位置決めができるようにする。電気接点１９６は、カートリッジハウジングの外部に露出し、また検出アセンブリ１０８に電気的に接続する。電気接点１９６は、入／出力（Ｉ／Ｏ）接点と称することができる。ベース機器１０２及び係脱可能カートリッジ１０４が動作可能に係合するとき、検出モジュール１９２は検出アセンブリ１０８を制御して、所定時点で又は所定期間にわたりデータを取得できるようにする。例えば、検出モジュール１９２は検出アセンブリ１０８を制御して、生物試料がそれに付着する蛍光色素分子を有するとき、反応チャンバ１２６の画像を撮像できるようにする。多数の画像を取得することができる。
【0056】
随意的に、システムコントローラ１８０は、少なくとも部分的結果をシステム１００のユーザーに提供するデータを解析するよう構成した解析モジュール１９３を有する。例えば、解析モジュール１９３は、撮像検出器１０９によって得られた画像データを解析することができる。解析は、生物試料の核酸シークエンスを同定することができる。
【0057】
システムコントローラ１８０及び／又は回路モジュール１９０〜１９３は、１個又は複数個のマイクロコントローラ、プロセッサ、縮小命令セット・コンピューター（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、論理回路、本明細書に記載した機能を実行できる任意な他の回路を含む、１つ又は複数の論理ベースのデバイスを設けることができる。例示的実施形態において、システムコントローラ１８０及び／又は回路モジュール１９０〜１９３は内部に記憶した命令セットを実行して、１つ又は複数の分析プロトコールを実施する。記憶素子は、ベース機器１０２及び／又は係脱可能カートリッジ１０４内の情報源又は物理的メモリ素子の形態とすることができる。分析システム１００が実施するプロトコールは、例えば、ＤＮＡ若しくはＲＮＡの定量解析、タンパク質解析、ＤＮＡシークエンシング（例えば、シークエンシング・バイ・シンセシス(SBS)）、試料調製、及び／又はシークエンシングの断片ライブラリ準備を実行することができる。
【0058】
命令セットは、システム１００に命令する様々なコマンドを含み、本明細書に記載の種々の実施形態の方法及びプロセスのような特別な操作を実施することができる。命令セットはソフトウェアプログラムの形態とすることができる。本明細書で使用する用語「ソフトウェア」及び「ファームウェア」は、互換的に使用され、またコンピュータが実行するためのメモリ、例えば、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、及び不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリに記憶させた任意のコンピュータプログラムがある。上述のメモリタイプは、単に例示的なものであり、コンピュータプログラムの記憶用に使用可能なメモリタイプに限定されない。
【0059】
ソフトウェアは、システム・ソフトウェア又はアプリケーション・ソフトウェアのような様々な形態とすることができる。さらに、ソフトウェアは、大規模プログラムにおける個別プログラム若しくはプログラムモジュールの集合体としての形態、又はプログラムモジュールの一部としての形態があり得る。さらに、ソフトウェアは、オブジェクト指向プログラミングの形態でプログラミングするモジュールを含むことができる。検出データを取得した後、検出データは、システム１００が自動的に処理する、ユーザー入力に応答して処理する、又は他の処理装置が発するリクエスト（例えば、通信リンク経由の遠隔リクエスト）に応答して処理することができる。
【0060】
システムコントローラ１８０は、通信リンク経由でシステム１００の他のコンポーネント又はサブシステムに接続することができ、この通信リンクは、有線又は無線とすることができる。システムコントローラ１８０は、さらに、オフサイトシステム又はサーバーに通信可能に接続することができる。システムコントローラ１８０は、ユーザー・インタフェース（図示せず）からユーザー入力又はコマンドを受け取ることができる。ユーザー・インタフェースとしては、キーボード、マウス、タッチ画面パネル、及び／又は音声認識システム等があり得る。
【0061】
システムコントローラ１８０は、ソフトウェア命令の記憶、解釈及び／又は実行、並びにシステム１００の全体動作の制御のような処理能力を提供するのに供することができる。システムコントローラ１８０は、種々のコンポーネントのデータ及び／又は電力状況を制御するよう構成する、及びプログラムすることができる。システムコントローラ１８０は図１に単一構造体として示すが、システムコントローラ１８０は、システム１００にわたり異なる場所に分散する複数の個別コンポーネント（例えば、プロセッサ）を有することができる。幾つかの実施形態において、１個又は複数個のコンポーネントをベース機器に内蔵することができ、また１個又は複数個のコンポーネントをベース機器に対して遠隔位置に配置することができる。
【0062】
図２は、本発明の実施形態により形成したフロー制御システム２００の平面図である。このフロー制御システム２００は、システム１００（図１に示す）のような、試料調製及び／又は試料解析を行うシステム（図示せず）の一部とすることができる。幾つかの実施形態において、フロー制御システム２００は、係脱可能カートリッジ１０４（図１参照）のような統合装置内に全体的に位置する。しかし、他の実施形態において、フロー制御システム２００は標準システム（例えば、デスクトップシステム）の一部とすることができる。図２において、フロー制御システム２００のコンポーネントは、局所的エリア内に配置する。他の実施形態において、フロー制御システム２００のコンポーネントは互いに離間させ、また異なるエリアに分散させることができる。
【0063】
図示の実施形態において、フロー制御システム２００は、内部に流れる１種類又は複数種類の流体（ガス又は液体）を有するよう構成した流体ネットワーク２０２を含む。流体ネットワーク２０２は、相互接続した流体素子の構成体を有する。流体素子は、流体ネットワーク２０２内の指定領域に流体を導くよう構成することができ、この指定領域において、例えば、流体は所定条件に晒される及び／又は指定反応を受けることができる。流体素子は、１個又は複数個のバルブによって選択的に相互接続され、これにより１個又は複数個の流体素子を、動作中に１個又は複数個の他の流体素子に対して接続分離できるようにする。
【0064】
図示の実施形態において、流体ネットワーク２０２は、試料通口２０４Ａ〜２０４Ｄと、及び試料通口２０４Ａ〜２０４Ｄとそれぞれ流体連通する試料チャンネル２０６Ａ〜２０６Ｄとを有する。試料チャンネル２０６Ａ〜２０６Ｄは、対応の試料通口２０４Ａ〜２０４Ｄから共通の合流部又は交接部２０９に延在する。流体ネットワーク２０２は、さらに、合流部２０９からサプライ通口２１０（図９に示す）まで延在する統合した試料チャンネル２０８を有する。回転バルブ２１６をサプライ通口２１０上に配置する。
【0065】
流体ネットワーク２０２は、さらに、フィード通口２２６（図９に示す）と、及びこのフィード通口２２６から延在するフィードチャネル２２４とを有する。フィードチャネル２２４は、フィード通口２２６と流体ネットワーク２０２におけるフローセル３２０との間に延在する。フローセル３２０は、流入通口３２２、流出通口３２４、及びこれら通口３２２，３２４間に延在する反応チャンバ３２６を有する。動作中、流体は、フィードチャネル２２４から流入通口３２２を経由して流れ、また流出通口３２４経由で反応チャンバ３２６から流出することができる。反応チャンバ３２６から流出した後、流体は、流体ネットワーク２０２の廃棄リザーバ３３０に流れることができる。廃棄リザーバ３３０は図２で小さいボックスで代表して示すが、廃棄リザーバ３３０の容積は、例えば、リザーバ２４０〜２４４よりも大きいものにすることができると理解されたい。
【0066】
流体は反応チャンバ３２６を流れるとともに、流体は反応チャンバ３２６内の既存の物質（例えば、検体）と反応し合うことができる。指定反応は反応チャンバ３２６内で検出することができる。例えば、検出アセンブリ（図示せず）は反応チャンバ３２６に隣接して位置決めし、また反応チャンバ３２６から光信号を検出することができる。
【0067】
図示の実施形態において、試料通口２０４Ａ〜２０４Ｄは、マイクロ流体制御構体２１２の外部に露出するよう、マイクロ流体制御構体２１２の構体側面又は表面２１４に開口する。試料チャンネル２０６Ａ〜２０６Ｄ及び統合した試料チャンネル２０８はマイクロ流体制御構体２１２に貫通する（例えば、マイクロ流体制御構体内部に存在する）。サプライ通口２１０は、構体側面２１４に開口する。代案として、サプライ通口２１０は、マイクロ流体制御構体２１２の下側面（図示せず）又は側方側面に開口することができる。したがって、試料チャンネル２０６Ａ〜２０６Ｄは、サプライ通口２１０のような単一通口に流体連通する。代替的実施形態において、試料チャンネル２０６Ａ〜２０６Ｄは、構体側面２１４に開口する個別のサプライ通口に流体連通することができる。このような代替的実施形態において、各試料チャンネルは、対応の試料通口と対応のサプライ通口との間に延在することができる。
【0068】
図示の実施形態において、流体ネットワーク２０２は、さらに、複数個のリザーバチャンネル２２０を有する。各リザーバチャンネル２２０は、リザーバ通口２２２（図１０に示す）とリザーバ２４０との間に流体的に介在させる。リザーバ通口２２２は構体側面２１４に開口する。サプライ通口２１０と同様に、リザーバ通口２２２は、回転バルブ２１６によってカバーすることができる。随意的に、流体ネットワーク２０２は、共通試料チャンネル２０８とリザーバ２３０との間に流体的に介在させたリザーバチャンネル２２８を有することができる。
【0069】
図示の実施形態において、フロー制御システム２００はマイクロ流体制御構体２１２を有する。マイクロ流体制御構体２１２は、流体ネットワーク２０２の流体素子を画定する物理的構体とすることができる。例えば、マイクロ流体制御構体２１２は積層したＰＣＢ層を有し、これらのＰＣＢ層において、１つ又は複数の層は、流体ネットワーク２０２の１つ又は複数のチャンネル（例えば、試料チャンネル２０６Ａ〜２０６Ｄ、共通試料チャンネル２０８、リザーバチャンネル２２０，２２８及びフィードチャネル２２４）、並びに１個又は複数個の通口（例えば、試料通口２０４Ａ〜２０４Ｄ、リザーバ通口２２２、サプライ通口２１０及びフィード通口２２６）をエッチング又は整形する。フローセル３２０は、マイクロ流体制御構体２１２に固定することができる。このようなマイクロ流体制御構体は、米国仮出願第６２／００３，２６４号及び同第６１／９５１，４６２号に図示及び記載されている。これら各米国仮出願は、参照により全体が本明細書に組み入れられるものとする。ＰＣＢ層に代えて又は付加して、他の材料、例えば、ガラス又はプラスチックを使用することができる。代替的実施形態において、マイクロ流体制御構体２１２は、集合的に複数の構体コンポーネントから形成することができる。幾つかの場合において、流体ネットワーク２０２は少なくとも部分的に管材によって形成することができる。
【0070】
回転バルブ２１６は、軸線２９９周りに異なるバルブ位置に回転して、流体ネットワーク２０２の異なるチャンネルを流体的に接続するよう構成する。回転バルブ２１６は、構体側面２１４に摺動可能に連結することができ、また構体側面２１４に開口する多数の通口、例えば、リザーバ通口２２２、サプライ通口２１０、及びフィード通口２２６をカバーするよう位置決めすることができる。回転バルブ２１６は、離散した個別チャンネルを流体的に接続するよう構成した少なくとも１個のフローチャンネル２１８（図９に示す）を有する。例えば、回転バルブ２１６が第１バルブ位置にあるとき、フローチャンネル２１８は試料チャンネル２０８をフィードチャネル２２４に流体的に接続することができる。回転バルブ２１６が第２回転位置にあるとき、フローチャンネル２１８は１個のチャンネル又はリザーバチャンネル２２０をフィードチャネル２２４の流体的に接続することができる。
【0071】
試料通口２０４Ａ〜２０４Ｄそれぞれは、対応の生物試料を受容するよう構成する。例えば、例えば、検査技師又は研究所職員のようなフロー制御システム２００のユーザーは、生物試料を１個又は複数個の試料通口２０４Ａ〜２０４Ｄ内に装填する（ピペット注入）することができる。生物試料は、同一個体（例えば、人間）のものとする、又は集団からの多数の異なる個体からのものとすることができる。生物試料は、当然のことながら、動物、植物、細菌、又は真菌のような他の種からのものとすることができる。図示の実施形態において、試料通口２０４Ａ〜２０４Ｄは、フロー制御システム２００の外側からアクセスできるよう構成する。代替的実施形態において、試料通口２０４Ａ〜２０４Ｄは、より大規模な流体ネットワークの一部とすることができ、これにより生物試料を大規模流体ネットワーク経由で試料通口２０４Ａ〜２０４Ｄ内に送給する。
【0072】
図２に示すように、試料チャンネル２０６Ａ〜２０６Ｄのそれぞれは、試料調製領域２３２を有することができる。図示の実施形態において、試料チャンネル２０６Ａ〜２０６Ｄは、対応の試料調製領域２３２に沿って対応の波状又は蛇行経路を有する。波状又は蛇行経路は、より多くの量の生物試料が温度制御エリア２３４内に存在できるようにする。代替的実施形態において、試料調製領域２３２は対応の試料チャンネルの他の部分とは異なる寸法を有することができる。例えば、試料調製領域２３２は、広いチャンバ又は増大した深さを有するウェルを形成することができる。
【0073】
試料調製領域２３２において、生物試料は、その後の反応及び／又は解析のために試料調製の処理を受けることができる。例えば、生物試料は、圧力及び／又は温度の変化を受けることができる。代替的又は付加的に、生物試料は、試料調製領域２３２内で１種類又は複数種類の反応成分と混合することができる。幾つかの実施形態において、フロー制御システム２００は、試料チャンネル２０６Ａ〜２０６Ｄの試料調製領域２３２に隣接する温度制御エリア２３４に沿って延在する温度制御ストリップ又はバンド２３６（破線で示す）を有することができる。幾つかの実施形態において、温度制御ストリップ２３６は、米国仮出願第６１／９５１，４６２号（参照によって全体が本明細書に組み入れられる）に記載の可撓性ＰＣＢヒータのような、可撓性ＰＣＢヒータとすることができる。可撓性ＰＣＢヒータは、温度制御エリア２３４に沿って延在させ、また電流を通電するとき発熱する導電性配線を有することができる。
【0074】
熱制御ストリップ２３６は、熱制御エリア２３４に沿う対応の試料チャンネル２０６Ａ〜２０６Ｄ内の生物試料の温度を制御するよう構成する。温度は、増幅プロトコール中に制御され、生物試料が所定スケジュールに従って温度上昇／低下を受けて生物試料を増幅できるようにする。このような実施形態において、生物試料を試薬の増幅（例えば、ＰＣＲ）ミックスとともに試料通口２０４Ａ〜２０４Ｄに装填することができる。代案として、この増幅ミックスは、別個に流体ネットワーク２０２経由で試料調製領域２３２に送給することができる。例えば、試料調製領域２３２は、増幅ミックスを送給できる他のチャンネル（図示せず）に流体連通することができる。
【0075】
幾つかの実施形態において、フロー制御システム２００は、保存アセンブリ又はモジュール２３８を有する。図示のように、保存アセンブリ２３８は、複数個のリザーバ２４０〜２４４を有する。各リザーバ２４０〜２４４は、所定分析プロトコール（例えば、ＳＢＳプロトコール）中に使用し得る反応成分を保有するよう構成する。各リザーバ２４０〜２４４はリザーバチャンネル２２０のうち１つに対応する通口に流体連通することができる。本明細書に記載のように、回転バルブ２１６は、所定スケジュールに従って異なるバルブ位置に回転するよう構成し、フィードチャネル２２４を流体ネットワーク２０２の別チャンネルに流体的に接続する。
【0076】
幾つかの実施形態において、フロー制御システム２００は、さらに、チャンネルバルブ２４６，２４８を有することができる。図示のように、試料チャンネル２０６Ａ〜２０６Ｄそれぞれは、１対のチャンネルバルブ２４６，２４８に接続する。各試料チャンネル２０６Ａ〜２０６Ｄの対応する試料調製領域２３２は、対応する対におけるチャンネルバルブ２４６，２４８間に延在する。チャンネルバルブ２４６，２４８の各対は、生物試料が異なる条件に晒されるとき試料調製領域２３２内の対応する生物試料を封止するよう構成する。例えば、チャンネルバルブ２４６，２４８は、生物試料がＰＣＲプロトコールの熱サイクリングに晒されるとき、対応の生物試料をチャンネルバルブ２４６，２４８間に封止することができる。
【0077】
流体ネットワーク２０２全体にわたりフローを誘導するため、フロー制御システム２００はポンプアセンブリ３３２を有する。図示の実施形態において、フロー制御システム２００は、反応チャンバ３２６の下流に配置し、流体ネットワーク２０２に流体を吸引する単一ポンプのみを有する。代替的実施形態において、１個又は複数個のポンプを使用して、流体ネットワーク２０２に流体を圧送することができる。例えば、１個又は複数個のポンプをリザーバ２４０〜２４３及び／又はリザーバ２４４に対する上流に流体的に配置することができる。試料通口２０４Ａ〜２０４Ｄは、さらに、生物試料の試料チャンネル２０８に向かうフローを誘導する上流ポンプに流体的に接続することができる。
【0078】
図３〜８は、フロー制御システム２００（図２参照）が流体ネットワーク（図２参照）におけるフローを制御（例えば、調節）できる異なるバルブ調節機構を示す。より具体的には、図３及び４は、チャンネルバルブ２４６を有するバルブ調節機構２５０の断面を示す。以下はチャンネルバルブ２４６についての説明であるが、チャンネルバルブ２４８（図２参照）及び他のバルブも同様又は同一の特徴を有することができる。図示のように、マイクロ流体制御構体２１２は互いに並置積層させた複数個の層２５２〜２５４を有する。層２５２〜２５４はプリント回路板（ＰＣＢ）層とすることができる。１つ又は複数の層２５２〜２５４はエッチングし、このエッチングは、層２５２〜２５４を互いに並置積層させるとき、マイクロ流体制御構体２１２が試料チャンネル２０６を形成するように行う。試料チャンネル２０６はバルブ又は内部キャビティ２５６を有する。
【0079】
チャンネルバルブ２４６は、試料チャンネル２０６における流体のフローを調節するよう構成する。例えば、チャンネルバルブ２４６は、流体が阻害されることなしに流動できる最大クリアランスを可能にする。チャンネルバルブ２４６は通過する流体のフローを阻害することもできる。本明細書に使用する用語「阻害する」は、流体フローを緩慢にすること又は流体フローを完全に遮断することを含む。図示のように、試料チャンネル２０６は、バルブキャビティ２５６に流体連通する第１通口２５８及び第２通口２６０を有する。試料チャンネルは、流体を第１通口２５８経由でバルブキャビティ２５６内に流入させ、また第２通口２６０経由でバルブキャビティ２５６から流出させるよう構成する。図示の実施形態において、チャンネルバルブ２４６は、第１状態と第２状態との間で撓むことができる可撓性薄膜を構成する。可撓性薄膜は、図３で第１状態にあり、また図４で第２状態にある。特別な実施形態において、可撓性薄膜は可撓層とする。可撓層は、バルブキャビティ２５６内に押し込んで第１通口２５８をカバーして、第１通口における流体のフローをブロックするよう構成する。代替的実施形態において、チャンネルバルブ２４６は、異なる状態又は位置間で移動して流体のフローを調節できる他の物理的素子とすることができる。
【0080】
フロー制御システム２００（図２参照）は、さらに、チャンネルバルブ２４６を作動させる構成としたバルブアクチュエータ２６２を有することができる。例えば、バルブアクチュエータ２６２は可撓性薄膜を第１状態と第２状態との間で撓ませることができる。バルブアクチュエータ２６２は、アクセス孔又は開口２６６に貫通する支柱又はロッドのような細長本体２６４をする。アクセス孔２６６は、バルブアクチュエータ２６２が、図示の実施形態では可撓性薄膜であるチャンネルバルブ２４６に直接係合できるようにする。図６において、バルブアクチュエータ２６２は第２状態又は第２位置にある。この第２位置において、バルブアクチュエータ２６２はチャンネルバルブ２４６に係合し、第１通口２５８に向かって或る距離移動している。バルブアクチュエータ２６２はチャンネルバルブ２４６を変形し、これによりチャンネルバルブ２４６は第１通口２５８をカバーする。このようにして、第１通口２５８経由の流体フローはチャンネルバルブ２４６によってブロックされる。
【0081】
図５及び６は、チャンネルバルブ２７２を有するバルブ調節機構２７０の断面を示す。幾つかの実施形態において、チャンネルバルブ２４６（図２参照）をチャンネルバルブ２７２に置き換えることができる。バルブ調節機構２７０はバルブ調節機構２５０と同様のものとすることができる。例えば、バルブ調節機構はチャンネルバルブ２７２及びバルブアクチュエータ２７４を有する。バルブアクチュエータ２７４はノズルのような細長本体２７６を有し、この細長本体２７６をアクセス孔又は開口２７８内に突入させる。アクセス孔２７８は閉鎖又は封止したチャンバを構成することができる。例示的実施形態において、可撓性薄膜とすることができるチャンネルバルブ２７２をバルブアクチュエータ２７４によって空気圧的に作動する。より具体的には、バルブアクチュエータ２７４は、流体（例えば、空気）を供給して閉鎖チャンバ内の圧力を増加し、これによりチャンネルバルブ２７２を変形させる。チャンネルバルブ２７２が変形したとき、チャンネルバルブは試料チャンネル２７９の通口２７７をカバーし、これにより試料チャンネル２７９におけるフローをブロックすることができる。
【0082】
図７及び８は、チャンネルバルブ２８２を有するバルブ調節機構２８０を示す。バルブ調節機構２８０は、バルブ調節機構２５０（図３参照）及びバルブ調節機構２７０（図５参照）と同様の特徴を有することができる。チャンネルバルブ２８２はバルブアクチュエータ２８４に回転可能に係合する。チャンネルバルブ２８２は、第１回転位置（図７に示す）にあるとき試料チャンネル２８６におけるフローを可能にし、また第２回転位置（図８に示す）にあるとき試料チャンネル２８６におけるフローをブロックできる形状の平面状本体とする。より具体的には、チャンネルバルブ２８２は第２回転位置にあるとき通口２８８をカバーすることができる。
【0083】
図９は、バルブアクチュエータ２９０に動作可能に係合する回転バルブ２１６の断面を示す。回転バルブ２１６は、マイクロ流体制御構体２１２の構体側面２１４に摺動可能に係合する。バルブアクチュエータ２９０は、回転バルブ２１６を軸線９９周りに指定バルブ位置（又は回転位置）に回転して、流体ネットワーク２０２（図１参照）の異なるチャンネルを流体的に接続するよう構成する。回転バルブ２１６は、流体制御側面２９４及び操作側面２９６を有する弁本体２９２を有する。操作側面２９６は、バルブアクチュエータ２９０に係合するよう構成した機械的インタフェース（接合部分）２９８を有することができる。図示の実施形態において、機械的インタフェース２９８は、軸線２９９に一致する平面状本体又はフィンを有する。バルブアクチュエータ２９０は機械的インタフェース２９８を収容する構成とした溝孔３００を有し、これによりバルブアクチュエータ２９０は回転バルブ２１６に動作可能に係合する。より具体的には、バルブアクチュエータ２９０が回転バルブ２１６に係合し、バルブアクチュエータ２９０が回転バルブ２１６を軸線２９９周りに回転させることができる。
【0084】
構体側面２１４は、サプライ通口２１０及びフィード通口２２６を有する。構体側面２１４は、さらに、リザーバ通口２２２Ａ〜２２２Ｅ（図１０に示す）を有する。フローチャンネル２１８は、第１チャンネル通口３０６と第２チャンネル通口３０８との間に延在する。第１及び第２のチャンネル通口３０６，３０８は弁本体２９２の流体制御側面２９４に開口する。例示的実施形態において、回転バルブ２１６は、２個のみのチャンネル通口３０６，３０８と、１個のみのフローチャンネル２１８を有する。しかし、他の実施形態において、回転バルブ２１６は２個より多いチャンネル通口及び／又は１個より多いフローチャンネルを有することができる。このような実施形態によれば、回転バルブ２１６の単一回転位置で２個より多いチャンネルを流体的に接続することができる。
【0085】
図９に示すように、フィード通口２２６はチャンネル通口３０８に整列して流体的に接続され、またサプライ通口２１０はチャンネル通口３０６に整列して流体的に接続される。回転バルブ２１６の回転位置に基づいて、チャンネル通口３０６は、さらに、リザーバ通口２２２Ａ〜２２２Ｅのうち１つに流体的に接続することができる。上述したように、回転バルブ２１６は軸線２９９周りに回転するよう構成する。幾つかの実施形態において、フィード通口２２６及びチャンネル通口３０８は軸線２９９に整列するよう位置決めする。より具体的には、軸線２９９は、フィード通口２２６及びチャンネル通口３０８のそれぞれを貫通する。
【0086】
バルブアクチュエータ２９０が回転バルブ２１６に動作可能に係合するときには、バルブアクチュエータ２９０が構体側面２１４に向かう方向にアクチュエータ力３１０を加えることができる。このような実施形態において、アクチュエータ力３１０は、チャンネル通口３０６，３０８間のフローチャンネル２１８を封止し、またリザーバ通口２２２及び／又はサプライ通口２１０を封止するのに十分なものとなり得る。
【0087】
したがって、回転バルブ２１６は、第１回転位置において、フィード通口２２６及びサプライ通口２１０を流体的に接続し、また第２回転位置において、フィード通口２２６及び対応のリザーバ通口２２２を流体的に接続する。回転バルブ２１６が異なる回転位置間で回転するとき、回転バルブ２１６は、流体ネットワークの流路を効果的に変化する。
【0088】
流体はフローチャンネル２１８をいずれかの方向に流動することができる。例えば、システムポンプ１１９（図１参照）のようなシステムポンプ（図示せず）はフィード通口２２６に流体連通することができる。システムポンプは吸引力を発生し、流体をサプライ通口２１０経由でフローチャンネル２１８内に引き込み、またフィード通口２２６を通過させる。代案として、システムポンプは流体をフローチャンネル２１８内に変位させる正圧を供給することができ、これにより、流体をフィード通口２２６経由でフローチャンネル２１８内に流入させ、またサプライ通口２１０（又は対応のリザーバ通口２２２）を通過させることができる。
【0089】
図１０は、構体側面２１４を上から見下ろした図であり、サプライ通口２１０、フィード通口２２６、及びリザーバ通口２２２Ａ〜２２２Ｅを示す。図１０において、フローチャンネル２１８は、２つの回転位置を代表して示すが、フローチャンネル２１８は他の回転位置をとることができることを理解されたい。フローチャンネル２１８の回転位置は、回転バルブ２１６（図２参照）のバルブ位置に相関する。リザーバ通口２２２Ａ〜２２２Ｅは、対応のリザーバチャンネルにより対応のリザーバに流体的に接続される。例えば、リザーバ通口２２２Ａはリザーバ２４３に流体的に接続され、リザーバ通口２２２Ａはリザーバ２４３に流体的に接続され、リザーバ通口２２２Ｂはリザーバ２４２に流体的に接続され、リザーバ通口２２２Ｃはリザーバ２４１に流体的に接続され、リザーバ通口２２２Ｄはリザーバ２４０に流体的に接続され、またリザーバ通口２２２Ｅはリザーバ２４４に流体的に接続される。上述したように、回転バルブ２１６（図２参照）の回転位置に基づいて、フローチャンネル２１８は、フィード通口２２６をサプライ通口２１０に、又は対応のリザーバ通口２２２Ａ〜２２２Ｅのうち１つに流体的に接続することができる。
【0090】
表１は、シークエンシング・バイ・シンセシス（ＳＢＳ）プロトコールの種々の段階を示す。例示的実施形態において、リザーバ２４４は水素化緩衝液を含み、リザーバ２４３はヌクレオチド溶液を含み、リザーバ２４２は洗浄溶液を含み、またリザーバ２４１は開裂溶液を含む。表１はＳＢＳプロトコールのスケジュールを提示するが、所望分析プロトコールに基づいて様々なスケジュールを設けることができることを理解されたい。以下の実施例において、生物試料はＰＣＲプロトコールに従って対応の試料調製領域２３２（図２参照）内で増幅されている。
【0091】
段階１において、フローチャンネル２１８は、サプライ通口２１０及びフィード通口２２６を流体的に接続するバルブ位置を有する。段階１において、試料チャンネル２０６Ａに接続したチャンネルバルブ２４６，２４８（図２参照）を不作動状態（例えば、第１状態）にし、第１生物試料が試料チャンネル２０６Ａ及び試料チャンネル２０８に流れることを可能にする。しかし、試料チャンネル２０６Ｂ〜２０６Ｄに接続したチャンネルバルブ２４６，２４８は作動状態にして、第２、第３、及び第４の生物試料を対応する試料調製領域２３２内に封止する。したがって、段階１において、ポンプアセンブリ３３２（図２参照）は、第１生物試料のフローをフローチャンネル２１８に誘導することができる。段階２において、第１生物試料をフローチャンネル２１８内に保存したまま、回転バルブ２１６を第２バルブ位置に回転し、これによりフローチャンネル２１８はリザーバ通口２２２Ｅ及びフィード通口２２６を流体的に接続する。この第２バルブ位置において、ポンプアセンブリ３３２は、フローチャンネル２１８内の流体のフローを誘導し、第１生物試料をリザーバ通口２２２Ｅ経由で水素化緩衝液内に流入させる。
【0092】
段階３において回転バルブ２１６を回転して第１バルブ位置に戻し、またチャンネルバルブ２４６，２４８を選択的に作動して、第３及び第４の生物試料を試料調製領域２３２内に封止したまま第２生物試料をフローチャンネル２１８内に流入できるようにする。第４段階で、第２生物試料をフローチャンネル２１８内に保存したまま回転バルブ２１６を回転して第２バルブ位置に戻し、第２生物試料を、第１生物試料を含む水素化緩衝液に添加する。段階５〜８中に第３及び第４の生物試料を対応の試料調製領域から取り出して、水素化緩衝液に添加する。したがって、第４生物試料は、水素化緩衝液を有する単一リザーバ内に保存することができる。リザーバ２４４内に存在する間に、生物試料及び水素化緩衝液で、ＳＢＳシークエンシング用に生物試料を調整する反応を生ずる。
【0093】
段階９において、ポンプアセンブリ３３２は、統合した生物試料／水素化緩衝液を、リザーバ通口２２２Ｅ、フローチャンネル２１８、フィード通口２２６を経由して反応チャンバ３２６（図２参照）内に引き込む。生物試料は、反応チャンバを画定する表面に固定化することができる。例えば、生物試料を含むクラスターを形成することができる。段階１０〜１３は、シークエンシング・サイクルを表す。段階１０において、回転バルブ２１６を第３バルブ位置にし、ヌクレオチド溶液をフローチャンネル２１８経由で反応チャンバ内に引き込むことができる。この時点で、ヌクレオチドが対応の生物試料（例えば、鋳型核酸にアニーリングされたプライマー）に組み込まれる。段階１１において回転バルブ２１６を第４バルブ位置にし、洗浄溶液を反応チャンバに通過させ、ヌクレオチド溶液を伴って反応チャンバから流出させることができる。段階１１において、反応チャンバを撮像検出器、例えば検出デバイス４０４（図１１参照）によって画像化する。クラスターから発せられた光の色を使用して、クラスターが組み込んだ塩基を同定することができる。段階１２において、回転バルブ２１６を第４バルブ位置にし、開裂溶液を反応チャンバに流し、また蛍光色素分子（及び、もし存在するならば、可逆的ターミネーター部分）をクラスターから除去することができる。段階１３において、回転バルブ２１６を再び第３バルブ位置にし、洗浄溶液を反応チャンバに流して、開裂溶液を除去することができる。段階１０〜１３は、シークエンシングが完了するまで、及び／又は試薬が枯渇するまで繰り返すことができる。
【0094】
【表1】
【0095】
図１１は、検出アセンブリ４００の一部の断面を示す。図示の実施形態において、検出アセンブリ４００は、フローセル３２０に一体的に形成する。より具体的には、検出アセンブリは、フローセル３２０及び反応チャンバ３２６に隣接して位置決めした検出デバイス４０４を有する。フローセル３２０は検出デバイス４０４に取り付けることができる。図示の実施形態において、フローセル３２０は１つ又は複数の固定メカニズム（例えば、接着剤、ボンド、固定具等々）により検出デバイス４０４に直接付着する。幾つかの実施形態において、フローセル３２０は、検出デバイス４０４に取外し可能に連結することができる。特定実施形態において、検出デバイス４０４は、反応チャンバ３２６からの光信号を検出するよう構成する。したがって、検出デバイス４０４は、幾つかの実施形態において、撮像検出器を称することができる。
【0096】
図示の実施形態において、検出デバイス４０４はデバイス基部４２５を有する。特定実施形態において、デバイス基部４２５は、複数の積層レイヤ（例えば、シリコン層、誘電体層、金属−誘電体層等）を有する。デバイス基部４２５は、光センサ４４０のセンサアレイ４２４、光ガイド４６２のガイドアレイ４２６、及び対応する反応部位４１４を有する反応窪み４０８の反応アレイ４２８を有することができる。若干の実施形態において、コンポーネントは、各光センサ４４０が単一の光ガイド４６２及び単一の反応部位４１４に整列するよう配列する。しかし、他の実施形態において、単一の光センサ４４０が、１個より多い光ガイド４６２からの、及び／又は１つより多い反応部位４１４からの光子を受け取ることができる。本明細書で使用する単一光センサは、１個のピクセル又は１個より多いピクセルを有することができる。検出デバイス４０４は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）技術を用いて製造することができる。特定実施形態において、検出デバイス４０４は、ＣＭＯＳ撮像検出器とする。
【0097】
用語「アレイ」又は「サブアレイ」は、必ずしも検出デバイスを有する所定タイプの各アイテム及びすべてのアイテムを含まなくてもよい。例えば、センサアレイ４２４は、検出デバイス４０４に各光センサ及びすべての光センサを含まないものとすることができる。その代わり、検出デバイス４０４は、他の光センサ（例えば、光センサの別アレイ）を含むことができる。他の実施例として、ガイドアレイ４２６は、検出デバイスの各光ガイド及びすべての光ガイドを含まないものとすることができる。その代わり、光ガイド４６２とは異なる構成の他の光ガイド、又は検出デバイス４０４の他の素子と異なる関係性を有する他の光ガイドとすることができる。このようにして、他に明示しない限り、用語「アレイ」は、このような検出デバイスのアイテムをすべて含む又は含まないものとすることができる。
【0098】
図示の実施形態において、フローセル３２０は、側壁４０６と、並びに側壁４０６及び他の側壁（図示せず）によって支持されるフローカバー４１０とを有する。側壁は、検出器表面４１２に連結し、またフローカバー４１０と検出器表面４１２との間に延在する。幾つかの実施形態において、側壁は、フローカバー４１０を検出デバイス４０４に結合する硬化可能接着剤層から形成する。
【0099】
フローセル３２０は、反応チャンバ３２６がフローカバー４１０と検出デバイス４０４との間に存在するサイズ及び形状にする。図示のように、反応チャンバ３２６は高さＨ１を有することができる。単に例として、高さＨ１は、約５０〜４００μｍ（ミクロン）の間、とくに約８０〜２００μｍ（ミクロン）の間とすることができる。図示の実施形態において、高さＨ１は約１００μｍとする。フローカバー４１０は、検出アセンブリ４００の外部から反応チャンバ３２６内に伝播する励起光を透過する材料を含むことができる。図７に示すように、励起光４０１は直角でない角度でフローカバー４１０に入射する。しかし、これは単に説明目的のためだけのものであり、励起光は異なる角度でフローカバー４１０に入射することができる。反応チャンバ３２６は、検出器表面４１２に沿って流体を導くことができるサイズ及び形状にする。反応チャンバ３２６の高さＨ１及び他の寸法は、検出器表面４１２に沿う流体のほぼ均一なフローを維持するよう構成することができる。反応チャンバ３２６の寸法は、さらに、バブル形成を抑制するよう構成する。
【0100】
側壁４０６及びフローカバー４１０は、互いに連結する個別コンポーネントとすることができる。他の実施形態において、側壁４０６及びフローカバー４１０は、材料の連続ピースから形成されるよう一体形成することができる。例えば、フローカバー４１０（又はフローセル３２０）は、ガラス又はプラスチックのような透明材料を有することができる。フローカバー４１０は、反応チャンバ３２６を画定する平面状外面及び平面状内面を有する、ほぼ直方体ブロックを構成することができる。このブロックを側壁４０６に取り付けることができる。代案として、フローセル３２０をエッチングして、フローカバー４１０及び側壁４０６を画定する。例えば、窪みを透明材料にエッチングすることができる。エッチングした材料を検出デバイス４０４に取り付けるとき、窪みは反応チャンバ３２６となり得る。
【0101】
検出デバイス４０４は、官能化する（例えば、指定反応を行うため適正な方法で化学的又は物理的に修飾する）ことができる検出器表面４１２を有する。例えば、検出器表面４１２は、官能化し、また固定化した１種類又は複数種類の生体分子を有する複数の反応部位４１４を有することができる。検出器表面４１２は、反応窪み又は片面開放反応窪み４０８のアレイを有する。各反応窪み４０８は、１つ又は複数の反応部位４１４を有する。反応窪み４０８は、例えば、検出器表面４１２に沿う凹み又は深さ変化によって画定することができる。他の実施形態において、検出器表面４１２はほぼ平面状にすることができる。
【0102】
図１１に示すように反応部位４１４は、検出器表面４１２に沿ってパターン化して分布させることができる。例えば、反応部位４１４は、マイクロアレイに類似するように検出器表面４１２に沿う行列として配置することができる。しかし、反応部位の様々なパターンを使用できると理解されたい。反応部位は、光信号を発生する生物学的物質又は化学物質を含むことができる。例えば、反応部位における生物学的物質又は化学物質は、励起光４０１に応答して発光することができる。特別な実施形態において、反応部位４１４は、検出器表面４１２に固定化した生体分子（例えば、核酸）のクラスター又はコロニーを有する。
【0103】
図１２は方法４７０のフローチャートである。この方法は、生物試料を調製するステップ及び／又は解析用に生物試料の指定反応を検出するステップを有することができる。方法４７０は、例えば、本明細書に記載の実施形態（例えば、システム及び／又は方法）の構造又は態様を採用することができる。様々な実施形態において、若干のステップを同時に実施する、若干のステップを一斉に実施する、若干のステップを複数ステップに分割する、若干のステップを異なる順序で実施する、又は若干のステップ若しくは一連のステップを反復して再実施することができる。
【0104】
方法４７０は、フロー制御システム２００（図２参照）と類似又は同一のフロー制御システムを用いて実施又は実行することができる。方法４７０は、回転バルブを第１バルブ位置に回転するステップを有する。回転バルブは少なくとも１個のフローチャンネルを有する。第１バルブ位置において、このフローチャンネルは、試料チャンネル（又はフロー制御システムの他のリザーバ）に、また反応チャンバに流体連通し、フローチャンネルは、試料チャンネル及び反応チャンバを流体的に接続することができる。例えば、回転バルブは第１チャンネル通口及び第２チャンネル通口を有することができる。第１チャンネル通口は、通口（例えば、サプライ通口又はリザーバ通口）に整列し、また第２チャンネル通口はフィード通口に整列することができる。回転バルブが第１バルブ位置にあるとき、他の通口は回転バルブによって封止され、流体は他の通口に流れるのをブロックすることができる。
【0105】
方法４７０は、さらに、回転バルブが第１バルブ位置にあるとき生物試料を試料チャンネル（又は第１リザーバ）からフローチャンネルに流入させるステップ（４７４）を有する。例えば、生物試料はサプライ通口経由で回転バルブのフローチャンネルに流入することができる。他の実施例として、生物試料は、リザーバ、例えば水素化緩衝液を収容するリザーバ内に配置することができる。生物試料（水素化緩衝液とともに）リザーバ通口経由でフローチャンネルに流入することができる。
【0106】
随意的に、生物試料を反応チャンバ内に流入させ続けることができる（ステップ４７６）。代案として、方法４７０は、生物試料がフローチャンネル内に配置された状態のまま回転バルブを第２バルブ位置に回転するステップ（４７８）を有する。第２バルブ位置において、フローチャンネルは、他のリザーバ、例えば水素化緩衝液を収容するリザーバに流体的に接続することができる。ステップ４８０において、フローチャンネル内の生物試料がリザーバ内に流入するフローを誘導することができる（例えば、ポンプアセンブリによって）。方法４７０は、所望生物試料のそれぞれが共通リザーバ内に配置されるまで、ステップ４７２，４７４，４７８、及び４８０を繰り返す。ステップ４８２において、水素化緩衝液を伴う生物試料を同時にフローチャンネル経由で反応チャンバ内に進入させることができる。
【0107】
したがって、１つ又は複数の生物試料が反応チャンバ内に回転バルブを利用して反応チャンバに導くことができる。代替的実施形態において、生物試料（又は複数の生物試料）は反応チャンバへの直接チャネルを有し、回転バルブを流れることがないものとすることができる。随意的に、方法４７０は、指定反応を行わせるため、表１につき説明した操作のような指定操作の繰り返しを開始することができる。例えば、回転バルブは他のバルブ位置に回転し（ステップ４８４）、反応チャンバを指定リザーバに流体的に接続することができる。ステップ４８６において、反応成分は反応チャンバに流入し、生物試料と相互作用することができる。随意的に、ステップ４８８において、方法４７０は、反応チャンバ内における指定反応を検出する。方法４７０は、次にステップ４８４に復帰する。
【0108】
図１３は、マイクロ流体制御構体５０４の構体側面５０２に回転可能に取り付ける、本発明の実施形態による回転バルブ５００の平面図である。この回転バルブ５００は、回転バルブ２１６（図２参照）と類似する特徴を有することができる。マイクロ流体制御構体５０４は、反応成分及び／又は生物試料を保持するよう構成した複数個のリザーバ５０６〜５１０を有する。より具体的には、リザーバ５０６〜５０９は、それぞれ第１、第２、第３、及び第４の生物試料（又は試料液体）を保持する。リザーバ５１０は水素化緩衝液を有する。リザーバ５０６〜５１０のそれぞれは、図１３に直線で示す対応するリザーバチャンネル５１６〜５２０により対応する通口に流体的に接続する。図示のように、これら通口は、構体側面５０２に開口し、またリザーバ５０６〜５１０に流体連通するサプライ通口５２６〜５３０を含む。マイクロ流体制御構体５０４は、さらに、構体側面５０２に開口するフィード通口５２４（図１３に示す）を有する。
【0109】
回転バルブ５００は、構体側面５０２に係合する流体制御側面５１３及び反対側の操作側面５１４を有する弁本体５１２を備える。この弁本体５１２は、第１、第２、第３、及び第４のフローチャンネル５３６〜５３９を有する。各フローチャンネル５３６〜５３９は、増幅又はＰＣＲプロトコール中に生物試料を保持するよう構成する。各フローチャンネル５３６〜５３９は、中心に位置する共通チャンネル通口（又は流出通口）５４４を有する。他の実施形態において、フローチャンネル５３６〜５３９は同一のチャンネル通口を共有しないものとする。共通チャンネル通口５４４は、軸線５４２を有し、この軸線５４２の周りに回転バルブ５００が回転する。フローチャンネル５３６〜５３９は、第１チャンネル通口（又は流入通口）５４６〜５４９を有する。したがって、各フローチャンネル５３６〜５３９は、対応する第１チャンネル通口５４６〜５４９から共通チャンネル通口５４４まで延在する。回転バルブ２１６（図２参照）と同様に、回転バルブ５００は、異なるバルブ位置に回転してリザーバ及びチャンネルを流体的に接続するよう構成する。しかし、回転バルブ５００とは異なり、回転バルブ５００は増幅プロトコール中に使用する。より具体的には、弁本体５１２は、生物試料をフローチャンネル５３６〜５３９内に保持したまま、熱サイクラー５７０（図１４参照）に係合することができる。
【0110】
幾つかの実施形態において、フローチャンネル５３６〜５３９は、非拡散セグメント５４５を有することができる。この非拡散セグメント５４５は、フローチャンネル５３６〜５３９内の生物試料がＰＣＲプロトコールを受けるときに生ずる拡散の可能性を減少するよう構成する。例えば、図１３に示すフローチャンネル５３６〜５３９は、非線形経路を有し、また経路に沿って変化する寸法を有する。より具体的には、フローチャンネル５３６〜５３９は、フローチャンネルが対応の第１チャンネル通口から共通チャンネル通口５４４に向かって延在するにつれて、行ったり来たりの巻回をする蛇行経路又は波状経路を有する。第１チャンネル通口５４６〜５４９は、半径方向外方の場所をとる。フローチャンネル５３６〜５３９の形状の他に、フローチャンネル５３６〜５３９は、フローチャンネルが対応の第１チャンネル通口から共通チャンネル通口５４４に向かって延在するにつれて減少する寸法を有する。他の実施形態において、非拡散セグメント５４５は蛇行経路を持たないようにすることができる。非拡散セグメント５４５を含まないフローチャンネル５３６〜５３９のセグメントは、試料調製領域５４３と称することができ、この試料調製領域５４３は、対応のフローチャンネルにおける生物試料が温度変化のような異なる条件に晒される部分を表すものである。しかし、少なくとも幾つかの実施形態において、生物試料は非拡散セグメント５４５内にも存在し得ることを理解されたい。
【0111】
図１４は、熱サイクラー５７０を操作側面５１４に取り付けるときの回転バルブ５００の垂直断面図を示す。幾つかの実施形態において、熱サイクラー５７０は、弁本体５１２をマイクロ流体制御構体５０５の構体側面５０２に押し付ける取付け力５７２を付与することができる。図１４には示さないが、弁本体５１２は、熱サイクラー５７０が係合する１個又は複数個の機械的インタフェース（例えば、フィンのような非平面状形体）を有することができる。この熱サイクラー５７０は、フローチャンネル５３６〜５３９の温度を制御するよう構成する。特定の実施形態において、熱サイクラー５７０は、各フローチャンネル５３６〜５３９の温度を同時に制御する。他の実施形態において、熱サイクラー５７０は、一度にすべてのフローチャンネルではなく、フローチャンネルに選択的に係合することができる。
【0112】
図１４に示すように、共通チャンネル通口５４４はフィード通口５２４に流体的に接続する。軸線５４２は共通チャンネル通口５４４及びフィード通口５２４に貫通する。フローチャンネル５３７の第１チャンネル通口５４７は、リザーバ通口５２７に流体的に接続する。しかし、フローチャンネル５３９の第１チャンネル通口５４９は構体側面５０２によって封止される。したがって、図１４に示すバルブ位置において、流体（例えば、生物試料を含む流体）は、リザーバ５０７（図１３参照）からフローチャンネル５３７内に流入する。
【0113】
図１５Ａ〜１５Ｌは、回転バルブ５００の平面図であり、また異なる操作を生ずる異なるバルブ位置を示す。増幅プロトコール用に調製するため、システムコントローラ１８０（図１参照）のようなシステムコントローラは、ポンプアセンブリ（図示せず）及び回転バルブ５００を選択的に制御するよう構成する。ポンプアセンブリは、ポンプアセンブリ３３２に類似のものとし、また１つ又は複数のフローポンプを有することができる。幾つかの実施形態において、単一ポンプを回転バルブ５００の下流に設け、また流体を共通チャンネル通口５４４（図15Ａ参照）に引き込むよう構成することができる。
【0114】
随意的に、フローチャンネル５３６〜５３９（図１５Ａ参照）は、生物試料を収容する前に、流体をプライム注入することができる。例えば、図１５Ａ〜１５Ｄは、対応するフローチャンネルの第１チャンネル通口が、リザーバ５１０に流体連通するリザーバ通口５３０に流体的に接続される状態を示す。したがって、各フローチャンネルの第１チャンネル通口は、個別にリザーバ５１０に接続することができる。フローチャンネルがリザーバ５１０に流体連通するとき、システムコントローラは、ポンプアセンブリを選択的に作動させて、リザーバ５１０内の反応成分のフローを誘導し、反応成分を対応のフローチャンネルに流入させる。
【0115】
従って図１５Ｄの状態後、各フローチャンネル５３６〜５３９は、反応成分をプライム注入する。反応成分はリザーバ５１０に関連するが、他の反応成分を使用してフローチャンネル５３６〜５３９にプライム注入することができる。例えば、フローチャンネル５３６〜５３９は、例えば、水又は緩衝溶液を収容する別個のリザーバ（図示せず）に流体的に接続することができる。図示の実施形態において、各フローチャンネル５３６〜５３９は、個別にリザーバ５１０に接続する。代替的実施形態において、フローチャンネル５３６〜５３９のうち１つ又は複数を、リザーバ５１０又は別個のリザーバに同時に接続することができる。
【0116】
フローチャンネル５３６〜５３９がプライム注入された後、リザーバ５０６〜５０９（図１５Ｅ参照）からの生物試料をフローチャンネル５３６〜５３９内に装填することができる（図１５Ｅ参照）。例えば、図１５Ｅに示すように、フローチャンネル５３８を、リザーバ５０８に流体連通するリザーバ通口５２８に流体的に接続する。このとき、フローチャンネル５３６，５３７及び５３９は構体側面５０２によってカバーされる。ポンプアセンブリはリザーバ５０８内の生物試料のフローを誘導し、これにより生物試料はフローチャンネル５３８内に流入する。フローの量は、リザーバ５０８内の流体の量に基づくものとすることができる。生物試料がフローチャンネル５３８内に装填された後、回転バルブ５００を選択的に回転し、またポンプアセンブリを同様に選択的に作動させ、リザーバ５０６，５０７、及び５０９における生物試料を、それぞれ図１５Ｆ〜１５Ｈに示すように、フローチャンネル５３６，５３７、及び５３９内に導入させることができる。
【0117】
生物試料を各フローチャンネル５３６〜５３９内に装填した状態で、回転バルブ５００を選択的に回転し、各第１チャンネル通口５４６〜５４９をマイクロ流体制御構体５０４の構体側面５０２によってカバー（又は封止）する。第１チャンネル通口５４６〜５４９が封止されるバルブ位置を図１５Ｉに示す。次に、熱サイクラー５７０（図１４参照）を制御し、指定増幅プロトコールに従って温度変化のサイクルを開始することができる。フローチャンネル５３６〜５３９は、一方の端部のみを封止するが、ポンプアセンブリ及び非拡散セグメント５４５は、生物試料（例えば、ＰＣＲプラグ）のフィード通口５２４（図１４参照）への移動及び／又は拡散に抵抗を与えることができる。
【0118】
増幅プロトコール後、生物試料を共通リザーバ内に装填することができる。例えば、図１５Ｊ〜１５Ｌに示すように、フローチャンネル５３６〜５３８内の生物試料をリザーバ５１０に流体的に接続することができる。ポンプアセンブリを選択的に操作して、生物試料のリザーバ５１０内へのフローを誘導することができる。図示しないが、フローチャンネル５３６も流体的にリザーバ５１０に接続し、これによりフローチャンネル５３６内の生物試料をリザーバ５１０内に装填することができる。したがって、リザーバ５０６〜５０９からの各生物試料を、増幅プロトコール後に共通リザーバ５１０内に装填することができる。次に、ポンプアセンブリを選択的に作動させ、混合した生物試料のフィード通口へのフローを誘導することができる。生物試料は、反応チャンバ、例えば、反応チャンバ３２６（図２参照）に流体的に送給することができる。この後、生物試料は、上述したように指定反応を行うことができる。特別な実施形態において、生物試料はＳＢＳプロトコール中に使用することができる。
【0119】
図１６は、本発明の実施形態により形成し、マイクロ流体制御構体６１８の構体側面６１６に取り付ける回転バルブ６００の平面図である。回転バルブ６００は回転バルブ２１６（図２参照）及び回転バルブ５００（図１３参照）に類似の特徴を有することができる。回転バルブ６００は、フローチャンネル６０４〜６０６を有する弁本体６０２を備える。各フローチャンネル６０４〜６０６は、第１チャンネル通口（又は流入通口）６０８と第２チャンネル通口（又は流出通口６１０との間に延在する。回転バルブ５００とは異なり、フローチャンネル６０４〜６０６は、共通チャンネル通口に流体連通しない。
【0120】
図示の実施形態において、各フローチャンネル６０４〜６０６は、上流チャンネル６１２及び下流チャンネル６１４に流体連通する。図１６において、回転バルブ６００は、各フローチャンネル６０４〜６０６が対応の上流チャンネル６１２から生物試料を受容するバルブ位置にある。例えば、フローチャンネル６０４〜６０６は、対応する生物試料を同時に受容することができる。生物試料のフローチャンネル６０４〜６０６へのフローは、共通ポンプによって誘導することができる。例えば、下流チャンネル６１４は互いに合流させ、また単一ポンプに流体的に接続することができる。代案として、個別ポンプをフローチャンネル６０４〜６０６に流体的に接続することができる。
【0121】
図１７は、フローチャンネル６０４〜６０６それぞれの第１及び第２のチャンネル通口６０８，６１０がマイクロ流体制御構体６１８の構体側面６１６によって封止されるバルブ位置に回転バルブを回転した後の回転バルブ６００の平面図である。図１７に示すバルブ位置において、熱サイクラー（図示せず）を弁本体６０２に係合して、フローチャンネル６０４〜６０６内で受ける温度を制御する。このようにして、生物試料は上述のような増幅プロトコールを受けることができる。図１３〜１５に示す実施形態とは異なり、フローチャンネル６０４〜６０６は、ＰＣＲプラグが拡散及び移動する可能性を減少するため両側の端部を封止する。
【0122】
図１８は、本発明の実施形態により形成した回転バルブ６２０の平面図である。回転バルブ６２０は、回転バルブ６００（図１６参照）に類似又は同一のものとすることができ、また複数個のフローチャンネル６２４〜６２６を有することができる。図示のように、回転バルブ６００は、３つの温度制御エリア又はゾーン６３４〜６３６に分割する。温度制御エリア６３４〜６３６は、破線で示すパイ状エリアで表す。各温度制御エリア６３４〜６３６は、１個又は複数個の熱サイクラー（図示せず）によって制御する異なる温度レンジを表す。より具体的には、生物試料をフローチャンネル６２４〜６２６内に装填した後、回転バルブ６２０を選択的に異なる位置に回転することができる。温度制御エリア６３４内のフローチャンネルは、核酸を変性する指定温度に曝すことができる。温度制御エリア６３５内のフローチャンネルは、アニーリング延伸段階用の指定温度に曝し、また温度制御エリア６３６内のフローチャンネルは、予加熱及び／又は温度保持段階用の指定温度に曝すことができる。システムコントローラは、回転バルブ６２０を３つの異なるバルブ位置に選択的に回転して、生物試料に多重ＰＣＲ増幅段階のサイクル動作をさせることができる。したがって、回転バルブ６００フローチャンネルとは異なり、フローチャンネル６２４〜６２６は異なる温度に曝される。
【0123】
図１９は方法６５０を示すフローチャートである。幾つかの実施形態において、方法６５０は、生物試料を調製するステップと、及び随意的に、解析用に生物試料の指定反応を検出するステップとを有することができる。方法６５０は、例えば、上述したような種々の実施形態（例えば、システム及び／又は方法）、例えば、図１３〜１８につき説明した実施形態の構造又は態様を採用することができる。様々な実施形態において、若干のステップを省略又は付加する、若干のステップを組み合わせる、若干のステップを同時に実施する、若干のステップを一斉に実施する、若干のステップを複数ステップに分割する、若干のステップを異なる順序で実施する、又は若干のステップ又は一連のステップを反復して再実施することができる。
【0124】
方法６５０は、マイクロ流体制御構体及び回転バルブを準備するステップ（６５２）を有する。マイクロ流体制御構体は、構体側面と、リザーバ通口５２６〜５２９のようなサプライ通口、及びフィード通口を含む流体ネットワークとを有することができる。サプライ通口は構体側面に開口することができる。回転バルブは、構体側面に回転可能に取り付けることができ、また第１チャンネル通口、第２チャンネル通口、及び第１チャンネル通口と第２チャンネル通口との間に延在するフローチャンネルを有することができる。幾つかの実施形態において、多重のフローチャンネルを使用することができ、これらフローチャンネルは、図１６〜１８の実施形態におけるように個別の第２チャンネル通口を有する、又は図１３〜１５の実施形態におけるように第２チャンネル通口を共有することができる。第２チャンネル通口を共有する実施形態においては、第２チャンネル通口を共通チャンネル通口と称することができる。
【0125】
方法６５０は、第１チャンネル通口がマイクロ流体制御構体のサプライ通口に流体連通する第１バルブ位置に回転バルブを回転するステップ（６５４）を有する。方法６５０は、さらに、回転バルブが第１バルブ位置にあるとき、生物試料を第１チャンネル通口経由でフローチャンネル内に流入させるステップ（６５６）を有する。生物試料は、第１チャンネル通口から第２チャンネル通口に向かう方向に流動することができる。流入ステップ（６５６）は、流動の流量及び／又は持続時間を選択的に制御するステップを有し、この制御は、生物試料が第２チャンネル通口又はフィード通口をほぼ通り過ぎることがないように行う。回転バルブ５００のような複数のフローチャンネルを有する実施形態に対しては、ステップ６５４及び６５６は、各フローチャンネルが内部に対応の生物試料を有するようになるまで繰り返す。しかし、各フローチャンネルの回転ステップ（６５４）は同一バルブ位置においてではない。より具体的には、生物試料を対応するフローチャンネル内に流入させるとき、他のフローチャンネルは一方又は双方の端部を封止することができる。
【0126】
方法６５０は、さらに、フローチャンネル内の生物試料を伴って回転バルブを第２バルブ位置に回転し、第１チャンネル通口を構体側面によって封止するステップ（６５８）と、フローチャンネル内における生物試料の温度を選択温度に変化させる熱サイクリング操作を実施するステップ（６６０）とを有する。この実施ステップ（６６０）は、所定スケジュールに従うものとすることができる。例えば、このスケジュールは、ＰＣＲ操作を実行してその後の解析用に生物試料を増幅できるものとする。
【0127】
随意的に、この実施ステップ（６６０）後に、生物試料又は複数の生物試料をリザーバ内に装填する（ステップ６６２）。例えば、リザーバは、その後の解析用に生物試料を調製する水素化緩衝溶液を有することができる。ステップ６６４において、生物試料（又は組み合せた生物試料）を、その後の解析用に反応チャンバに送給する（ステップ６６６）。
【0128】
図２０は、マイクロ流体制御構体７０２及び回転バルブ７０４を備える、本発明の実施形態により形成したフロー制御システム７００の斜視図である。回転バルブ５００（図１３参照）、６００（図１６参照）、及び６２０（図１８参照）とは異なり、増幅は回転バルブ７０４内のみでは生じない。その代わり、増幅はマイクロ流体制御構体７０２内で少なくとも部分的に生ずる。より具体的には、マイクロ流体制御構体７０２は、第１構体側面７０６（図２２に示す）及び、これとは反対方向に対面する第２構体側面７０８（図２２に示す）を有する。マイクロ流体制御構体７０２は流体ネットワーク７０５を備え、この流体ネットワーク７０５は、複数個の試料リザーバ７１１〜７１４、対応の流入通口７３１〜７３４を有する複数個のサプライチャンネル７２１〜７２４、及び共通の流出通口７３６を含む。流入通口７３１〜７３４及び流出通口７３６は、第１構体側面７０６に開口する（図２２参照）。
【0129】
回転バルブ７０４は、第１構体側面７０６に沿ってマイクロ流体制御構体７０２に回転可能に取り付ける。図示の実施形態において、回転バルブ７０４は、第１チャンネルセグメント７２６及び第２チャンネルセグメント７２８を有する。これら第１及び第２のチャンネルセグメント７２６，７２８は、回転バルブ７０４の流体制御側面７０９に開口することができる。代案として、第１及び第２のチャンネルセグメント７２６，７２８は、流体制御側面７０９に開口する対応するチャンネル通口間に延在することができる。第１及び第２のチャンネルセグメント７２６，７２８は、互いに離間し、また流体制御側面７０９の一部分に沿ってのみ延在する。例示的実施形態において、第２チャンネルセグメント７２８は回転バルブ７０４のいずれの回転位置においても流出通口７３６に流体連通する。
【0130】
図２０は、試料リザーバ７１１がポンプアセンブリに流体連通する指定位置にある回転バルブ７０４を示す。より具体的には、第１チャネルセグメント７２６は、流入通口７３１と試料リザーバ７１１との間に流体的に介在する。第２チャンネルセグメント７２６は、試料リザーバ７１１と流出通口７３６との間に介在する。このようにして、サプライチャンネル７２１は、第１チャンネルセグメント７２６、試料リザーバ７１１、及び第２チャンネルセグメント７２８経由でフィードチャンネル７５６に流体連通する。
【0131】
図示しないが、フロー制御システム７００は、流入通口７３１及び第１チャンネルセグメント７２６経由で試料リザーバ７１１内に流入する流体のフローを誘導するよう構成したポンプアセンブリを備えることができる。流体は、例えば、サプライチャンネル７２１に流体連通する遠隔のリザーバ（図示せず）内に位置する生物試料を含むことができる。流体の流動及び試料リザーバの寸法は、生物試料が第２チャンネルセグメント７２８を経て試料リザーバ７１１からほぼ流出しないよう構成することができる。生物試料を試料リザーバ７１１内に装填した後、回転バルブ７０４を選択的に回転し、第１チャンネルセグメント７２６及び第２チャンネルセグメント７２８が試料リザーバ７１２に流体的に接続するようにする。試料リザーバ７１２には、サプライチャンネル７２２から流れる生物試料を装填することができる。同様にして、試料リザーバ７１３及び７１４に対応する生物試料を装填することができる。
【0132】
図２１は、試料リザーバ７１１〜７１４に対応する生物試料を装填した後のフロー制御システム７００の斜視図である。幾つかの実施形態において、回転バルブ７０４は、図２０に示すガスリザーバ７４１〜７４４を有する。増幅プロトコール中、ガスリザーバ７４１〜７４４は、試料リザーバ７１１〜７１４に整列するよう構成する。例えば、図２２に示すように、試料リザーバ７１１及びガスリザーバ７４１が組み合わさって試料調製チャンバ７５１を形成うる。ガスリザーバ７４１内のガスは、試料調製チャンバ７５１内でガスバラストとして機能することができる。熱サイクリング後、生物試料は、出口通口７３６に流体連通するフィードチャンネル７５６（図２０参照）に流れる。本明細書に記載したように、生物試料は、反応チャンバ３２６（図２参照）のような反応チャンバに導くことができる。
【0133】
図２３は、本発明の実施形態によって形成したシステム８００の概略図である。システム８００は、システム１００（図１参照）に類似の特徴を有することができる。例えば、システム８００は、流体ネットワーク８０４を有するフロー制御システム８０２を備える。流体ネットワーク８０４は、多数の相互接続したチャンネル、通口、リザーバ、流体フローを保持又は流すよう構成した他の空間的領域を有する。例えば、流体ネットワーク８０４は、回転バルブ８０６，８０８を有する。回転バルブ８０６は試料調製段階中に使用するよう構成し、回転バルブ８０８は試料解析段階中に使用するよう構成する。回転バルブ８０６，８０８は、流体ネットワーク８０４の中間チャンネル８１０によって流体的に接続する。流体ネットワーク８０４は、さらに、フィードチャンネル８１２、反応チャンバ８１４、及び廃棄リザーバ８１６を有する。フロー制御システム８０２は、流体ネットワーク８０４に流体連通するポンプアセンブリ８１８を有する。図示の実施形態において、ポンプアセンブリ８１８は単一ポンプを有するが、他の実施形態において複数のポンプを有することができる。システム８００は、構体側面８１９を有するマイクロ流体制御構体（図示せず）を備えることができる。回転バルブ８０６，８０８は構体側面８１９に回転可能に取り付ける。マイクロ流体制御構体は、さらに、中間チャンネル８１０及びフィードチャンネル８１２を有する又は画定することができる。
【0134】
流体ネットワーク８０４は、さらに、複数個の分析チャンネル８２１〜８２４及び複数個の試料リザーバ８３１〜８３４を有する。各分析チャンネル８２１〜８２４は、対応する第１通口８２６と第２通口８２８との間に延在し、また対応する試料リザーバを中間チャンネル８１０に流体的に接続する。図示のように、分析チャンネル８２１〜８２４は熱制御エリア８２５を貫通する。図示の実施形態において、分析チャンネル８２１〜８２４は熱制御エリア８２５を通る波状経路を有する。分析チャンネル８２１〜８２４の熱制御エリア８２５を貫通する部分は、試料調製領域８２７を構成することができる。非線形経路に代わって又は付加的に、分析チャンネル８２１〜８２４は、対応する生物試料の指定量を保持する異なる寸法にすることができる。
【0135】
回転バルブ８０６は、複数のバルブ位置間で移動するよう構成する。回転バルブ８０６は、ブリッジチャンネル８４０と、及びフローチャンネル８４２とを有する。ブリッジチャンネル８４０及びフローチャンネル８４２は、試料リザーバ８３１〜８３４のうち１つを中間チャンネル８１０に流体的に接続するよう構成する。例えば、図２３に示すように、ブリッジチャンネル８４０は、試料リザーバ８３３のリザーバ通口（又はサプライ通口）８５３を分析チャンネル８２３の第１通口８２６に流体的に接続する。同時に、フローチャンネル８４２が第２通口８２８を中間通口８５６に流体的に接続する。中間通口８５６は、構体側面８１９に沿って開口し、また中間チャンネル８１０に流体連通する。
【0136】
したがって、システムコントローラ（図示せず）は回転バルブ８０６を選択的に回転し、試料リザーバ８３１〜８３４をそれぞれ対応の分析チャンネル８２１〜８２４に流体的に接続する。システムコントローラは、ポンプアセンブリ８１８を制御して、試料リザーバ内における生物試料のフローを誘導し、生物試料を分析チャンネル８２１〜８２４の試料調製領域８２７内に配置する。
【0137】
生物試料（又は複数の試料）を対応する分析チャンネル内に配置するとき、回転バルブ８０６をシステムコントローラによって他のバルブ位置に回転し、分析チャンネル８２１〜８２４それぞれの第１及び第２の通口８２６，８２８を構体側面８１９によってカバー又は封止する。分析チャンネルが封止された状態で、生物試料は増幅プロトコールを受けることができる。例えば、熱サイクラー（図示せず）を熱制御エリア８２５に隣接配置し、増幅プロトコールに従って熱エネルギーを加えることができる。特別な実施形態において、各生物試料を同時に熱制御エリア８２５内に配置することができる。代替的実施形態において、生物試料は個別の時点で熱制御エリア８２５内に配置することができる。
【0138】
生物試料を増幅した後、回転バルブ８０６を対応のバルブ位置に戻し、対応の生物試料をフローチャンネル８４２内に装填することができる。生物試料をフローチャンネル８４２内に配置した状態で、回転バルブを他の位置に回転し、フローチャンネル８４２をリザーバ８３５に流体連通させる。リザーバ８３５は、例えば、水素化緩衝溶液を収容することができる。生物試料をこのリザーバ８３５に装填することができる。随意的に、回転バルブ８０６及びポンプアセンブリ８１８を同様にして動作させ、生物試料を他の分析チャンネルからリザーバ８３５内に装填する。生物試料はこの後、他の段階に向かわせることができる。例えば、生物試料は、フローチャンネル８４２、中間通口８５６経由で中間チャンネル８１０に流入することができる。代替的実施形態において、生物試料は、最初にリザーバ８３５内に装填されることなく、回転バルブ８０８に向かわせることができる。
【0139】
図２３に示すように、回転バルブ８０８は、フローチャンネル８７０と、及び複数個の試薬リザーバ８７１〜８７８とを有する。回転バルブ８０６を用いて、生物試料が調製された後に、生物試料を反応チャンバ８１４に移送することができる。随意的に、生物試料を反応チャンバ８１４に送給する前に、回転バルブ８０８を回転して試薬リザーバ８７１〜８７８のうち１つ又は複数を反応チャンバ８１４に流体的に接続することができる。より具体的には、フローチャンネル８７０を指定位置に回転して、試薬リザーバ８７１〜８７８のうち１つを反応チャンバ８１４に流体的に接続する。このように、回転バルブ８０８を使用して、生物試料を収容する反応チャンバ８１４を準備することができる。例えば、試薬リザーバ８７１〜８７８は、クラスター化試薬、酵素、及び／又はキャプチャプローブを含むことができる。
【0140】
生物試料を反応チャンバ８１４に送給した後、回転バルブ８０８を異なるバルブ位置に選択的に回転することができる。例えば、回転バルブ８０８は、所定サイクルに従って、ＳＢＳプロトコールを行うための反応成分を反復して送給することができる。サイクルは、上述の表１に示すサイクルと同様のものとすることができる。したがって、回転バルブ８０８を利用して、生物試料を収容する反応チャンバを準備する、及び／又は分析プロトコールを行うことができる。
【0141】
図２４及び２５は、ブリッジチャンネルを有する回転バルブを利用する他の実施形態を示す。図２４はフロー制御システム９００の平面図であり、また図２５はフロー制御システム９００の部分的な分解斜視図である。図示のように、フロー制御システム９００は、互いに反対向きの第１構体側面９０４及び第２構体側面９０６（図２５参照）を有するマイクロ流体制御構体９０２を備える。マイクロ流体制御構体９０２は、複数個のフローチャンネル９０８と、及び複数個の試料リザーバ９１０とを備える。各フローチャンネル９０８は対応の試料リザーバ９１０に流体的に接続するよう構成する。フローチャンネル９０８は、フローチャンネル５３６〜５３９（図１３参照）と同様の形状及びサイズとすることができる。
【0142】
フロー制御システム９００は、さらに、回転バルブ９１２を備える。回転バルブ９１２は、対応するフローチャンネル９０８及び試料リザーバ９１０を流体的に接続するよう構成した、複数個のブリッジチャンネル９１３〜９１６を有する。特別な実施形態において、各ブリッジチャンネル９１３〜９１６は、回転バルブ９１２の外部に沿って側面が開放した溝とする。代替的実施形態において、ブリッジチャンネル９１３〜９１６は側面が開放しないチャンネルとし、またその代わりに外部に開口する第１通口と第２通口との間に延在するチャンネルとする。例えば、図２４に示すブリッジチャンネル９１６は、回転バルブ９１２の回転位置に基づいて、対応する試料リザーバ９１０を対応するフローチャンネル９０８に流体的に接続する。生物試料がブリッジチャンネル９１３に流れるとき、他のブリッジチャンネル９１４〜９１６は、対応する試料リザーバ９１０には流体的に接続されない。より具体的には、他のブリッジチャンネル９１４〜９１６は回転バルブ９１２によって封止される。
【0143】
他の実施形態で説明したのと同様にして、熱サイクラー（図示せず）はフローチャンネル９０８内の生物試料が晒される温度を変化させることができる。例えば、構体側面９０４，９０６のうち一方又は双方に熱サイクラーを係合させることができる。増幅プロトコール後に、生物試料は、付加的修飾／調製、及び／又は解析のための他の空間的領域に送給することができる。
【0144】
種々の実施形態につき上述したように、回転バルブ及びマイクロ流体制御構体は、互いに連携して１つ又は複数の流体フローを指定様態で制御する異なる流体素子を有することができる。上述の実施形態は単に例示的なものであり、限定的ではないと理解されたい。例えば、上述の実施形態（及び／又はその態様）は互いに組み合せて使用することができる。さらに、多くの変更を行って、発明の範囲から逸脱することなく種々の実施形態の教示するものに特別な状況又は材料を適用することができる。
【0145】
図２６〜２９は、本発明の実施形態により形成した回転バルブ９５０の様々な図である。回転バルブ９５０は、回転バルブ２１６（図２参照）のような、種々の実施形態における回転バルブとして使用することができる。図２６及び２７のそれぞれは、回転バルブ９５０を底部側から見た斜視図及び側方から見た斜視図である。この回転バルブ９５０は、流体制御側面９５２及び操作側面９５４を有する。操作側面９５４は、バルブアクチュエータ（図示せず）に係合するよう構成した機械的インタフェース９５６を有する。
【0146】
図２８は回転バルブ９５０の断面図を示す。図示のように、回転バルブ９５０は、ハウジングカバー９６０と、互いに固着状態に固定する側面カバー９６４とを有する。ハウジングカバー９６０はバルブキャビティ９６２を画定し、また側面カバー９６４は流体制御側面９５２に沿ってバルブキャビティ９６２の一方の端部を閉鎖する。回転バルブ９５０は、さらに、バルブキャビティ９６２内にそれぞれ配置した機械的インタフェース９５６、バルブばね９６８、マニホルド本体９７０、及び圧縮可能薄膜９７２を含むロータシャフト９６６を有する。このロータシャフト９６６は、マニホルド本体９７０及び圧縮可能薄膜９７２を側面カバー９６４に沿って軸線９７８周りに回転するよう構成する。
【0147】
マニホルド本体９７０は、一方の側面をロータシャフト９６６に固定し、反対側の側面を圧縮可能薄膜９７２に固定する。圧縮ばね９６８は、マニホルド本体９７０及び圧縮可能薄膜９７２を側面カバー９６４の内側表面に対して偏倚又は押圧することができる。特別な実施形態において、圧縮可能薄膜９７２は、ポリプロピレン又は他の類似材料とすることができる。図２６に戻って説明すると、側面カバー９６４は、中心フロー通口９８０、ドレイン通口、及び外側フロー通口９８２を有する。この側面カバー９６４は、図２６において部分的に透明化して、中心フロー通口９８０、ドレイン通口、及び外側フロー通口９８２を示す。合計９個の外側フロー通口９８２を示すが、他の実施形態では異なる個数の通口を有することができる。
【0148】
図２９は、回転バルブ９５０の拡大断面図であり、マニホルド本体９７０、圧縮可能薄膜９７２、及び側面カバー９６４間における相互作用を示す。図示のように、側面カバー９６４及び圧縮可能薄膜９７２は、両者間に潤滑リザーバ９９０を画定することができる。潤滑リザーバ９９０は軸線９７８周りに延在することができる。幾つかの実施形態において、外側潤滑リザーバ９９１を設けることもできる。潤滑リザーバ９９０は図２６にも示す。ドレイン通口９８１は潤滑リザーバ９９０に流体連通し、潤滑剤をリザーバ９９０に装填できるようにする。図示のように、マニホルド本体９７０及び圧縮可能薄膜９７２は、両者間にフローチャンネル９８４を画定する。ロータシャフト９６６がマニホルド本体９７０を圧縮可能薄膜９７２とともに回転するとき、フローチャンネル９８４がともに回転する。回転に抗する摩擦力は、圧縮可能薄膜９７２及び潤滑リザーバ９８０に起因して減少する。したがって、回転バルブ９５０の耐用寿命は、既知のバルブよりも長くすることができる。
【0149】
本発明の実施形態によれば、試料チャンネル、反応チャンバ及びリザーバを有する流体ネットワークを備えるシステムを提供する。試料チャンネルは、生物試料を受容するよう構成した試料通口に流体連通する。システムは、さらに、流体ネットワークに流体連通するよう構成したポンプアセンブリを備える。システムは、さらに、フローチャンネルを有し、また第１バルブ位置と第２バルブ位置との間で回転するよう構成した、回転バルブを備える。フローチャンネルは、回転バルブが第１バルブ位置にあるとき、反応チャンバ及び試料チャンネルを流体的に接続し、また回転バルブが第２バルブ位置にあるとき、リザーバ及び試料チャンネルを流体的に接続する。ポンプアセンブリは、回転バルブが第１バルブ位置にあるとき生物試料を反応チャンバに向かわせるフローを誘導し、また回転バルブが第２バルブ位置にあるとき反応成分をリザーバから反応チャンバに向かわせるフローを誘導する。
【0150】
一態様において、ポンプアセンブリは、前記反応チャンバに流体連通しかつ前記反応チャンバに対して下流側に位置するシステムポンプを有することができる。
【0151】
他の実施形態において、前記回転バルブは、前記回転バルブが前記第１バルブ位置から前記第２バルブ位置に回転するにつれて、前記フローチャンネル内に前記生物試料を保持する構成とすることができる。前記ポンプアセンブリは、前記回転バルブが前記第２バルブ位置にあるとき、前記生物試料を前記リザーバ内に流入させるフローを誘導するよう構成することができる。
【0152】
随意的に、前記試料チャンネルは第１試料チャンネルとし、また前記生物試料は第１生物試料とすることができる。前記流体ネットワークは第２生物試料を有する第２試料チャンネルを含むことができる。前記回転バルブは、前記フローチャンネルが前記第２試料チャンネルに流体連通する第３バルブ位置に回転するよう構成することができる。前記ポンプアセンブリは、前記第２試料チャンネル内の第２生物試料を前記フローチャンネル内に流入させるフローを誘導する構成とし、この場合、前記回転バルブが前記第３バルブ位置から前記第２バルブ位置に回転するにつれて、前記フローチャンネル内に前記第２生物試料を保持するよう構成することができる。前記ポンプアセンブリは、前記回転バルブが前記第２バルブ位置にあるとき、前記フローチャンネルにおける前記第２生物試料を前記リザーバに流入させるフローを誘導する構成とすることができる。幾つかの実施形態において、前記ポンプアセンブリは、前記第１生物試料及び前記第２生物試料を前記リザーバから前記反応チャンバに向かわせるフローを誘導する構成とすることができる。
【0153】
他の態様において、前記リザーバは第１リザーバとすることができる。前記流体ネットワークは第２リザーバを有するものとすることができ、この場合、前記回転バルブは、前記フローチャンネルが前記第２リザーバ及び前記反応チャンバを流体的に接続する第３バルブ位置に移動する構成とする。
【0154】
他の態様において、前記試料チャンネルは第１試料チャンネルとし、また前記流体ネットワークは第２試料チャンネルを含むものとすることができる。随意的に、前記第１試料チャンネル及び第２試料チャンネルのそれぞれは、共通サプライ通口を介して前記回転バルブに流体連通することができる。随意的に、システムは、さらに、前記試料チャンネルに接続するチャネルバルブを備えることができる。前記チャネルバルブは、第１位置と第２位置との間で移動し、前記第１位置及び第２位置ではそれぞれ、前記試料チャンネルを通過するフローを阻止及び許可するよう構成する。
【0155】
他の態様において、前記回転バルブは軸線周りに回転することができる。前記流体ネットワークは、前記軸線に整列しかつ前記フローチャンネル及び前記反応チャンバを流体的に接続するフィード通口を有することができる。
【0156】
他の態様において、前記流体ネットワークは、さらに、試薬チャネルを有することができる。前記試料チャンネル及び前記試薬チャンネルは、前記フローチャンネルに対して上流側に配置した共通のサプライ通口に流体連通することができる。前記サプライ通口は、前記試料チャンネル及び前記試薬チャンネルを前記フローチャンネルに流体的に接続することができる。
【0157】
他の態様において、システムは、前記反応チャンバ内の指定反応を検出するよう構成した検出アセンブリを備えることができる。随意的に、前記検出アセンブリは、前記反応チャンバからの光信号を検出するよう位置決めできる撮像検出器を含む。随意的に、前記撮像検出器は、前記流体ネットワークに対する定位置をとることができる。
【0158】
他の態様において、システムは、前記回転バルブ及び前記ポンプアセンブリを自動的に制御して、シークエンシング・バイ・シンセシス（ＳＢＳ）プロトコールの反復サイクルを行うよう構成したシステムコントローラを備える。
【0159】
実施形態において、フローチャンネルを有する回転バルブを第１バルブ位置に回転するステップを有する方法を提供する。前記フローチャンネルは、前記第１バルブ位置にあるとき反応チャンバに流体連通する。本発明方法は、さらに、回転バルブが前記第１バルブ位置にあるとき、生物試料を試料チャンネル又は第１リザーバから前記フローチャンネルを経由して前記反応チャンバ内に流入させるステップを有することができる。本発明方法は、さらに、前記回転バルブを第２バルブ位置に回転するステップを有することができる。前記フローチャンネルは、前記第２バルブ位置にあるとき第２リザーバ及び前記反応チャンバを流体的に接続することができる。本発明方法は、さらに、前記第２リザーバからの反応成分を前記反応チャンバ内に流入させるステップを有する。前記反応成分は前記反応チャンバ内の生物試料と相互反応する。有する。
【0160】
一態様において、本発明方法は、前記反応チャンバ内における前記反応成分と前記生物試料との間の指定反応を検出するステップを有する。随意的に、前記指定反応を検出するステップは、前記反応チャンバからの光信号を検出するステップを含むことができる。前記光信号は前記指定反応の指標となり得る。
【0161】
他の態様において、本発明方法は、さらに、複数の前記生物試料を個別に前記リザーバ内に流入させて前記生物試料をリザーバ内で組み合わせるステップを有する。前記生物試料は、前記回転バルブが前記第１バルブ位置にあるとき、同時に前記フローチャンネル経由で前記反応チャンバ内に流入することができる。
【0162】
他の態様において、本発明方法は、さらに、前記回転バルブを第３バルブ位置に回転し、また第３リザーバからの洗浄溶液を前記反応チャンバ内に流入させるステップを有する。本発明方法は、さらに、前記回転バルブを前記第２バルブ位置に回転し、また前記第２リザーバからの前記反応成分を前記反応チャンバ内に導入させるステップを有することができる。随意的に、本発明方法は、シークエンシング・バイ・シンセシス(SBS)プロトコールの反復サイクルを実行するステップを有する。
【0163】
他の態様において、本発明方法は、さらに、前記生物試料を前記フローチャンネル経由で前記反応チャンバ内に流入させる前に、前記試料チャンネル又は前記リザーバ内の前記生物試料を増幅させるステップを有する。
【0164】
実施形態において、流体ネットワーク及び前記流体ネットワークに流体連通するポンプアセンブリを有するフロー制御システムを備えるシステムを提供する。前記流体ネットワークは、生物試料を受け入れるよう構成した試料チャンネル、複数個のリザーバ、及び反応チャンバを含むものとする。システムは、さらに、フローチャンネルを有する回転バルブを備える。回転バルブは、異なるバルブ位置に回転し、前記反応チャンバを前記試料チャンネルに、または前記リザーバのうち１つに流体的に接続するよう構成する。本発明システムは、さらに、分析プロトコール中に前記反応チャンバから光信号を検出するよう構成した検出デバイスを備える。本発明システムは、さらに、前記回転バルブ及び前記ポンプアセンブリを制御し、前記生物試料を前記試料チャンネルから前記反応チャンバに流入させるよう構成したシステムコントローラを備える。システムコントローラは、さらに、複数のプロトコールサイクル中に前記回転バルブ、前記ポンプアセンブリ及び前記検出デバイスを制御するよう構成し、前記プロトコールサイクルの各サイクルは、(a) 前記回転バルブを第１リザーバ-バルブ位置に回転して、前記反応チャンバを前記複数のリザーバのうち第１リザーバに流体連通させるステップと、(b) 前記ポンプアセンブリを制御して、流体を前記第１リザーバから前記反応チャンバ内に流入させるフローを誘導するステップと、(c) 前記回転バルブを第２リザーバ-バルブ位置に回転して、前記反応チャンバを前記複数のリザーバのうち第２リザーバに流体連通させるステップと、(d) 前記ポンプアセンブリを制御して、流体を前記第２リザーバから前記反応チャンバ内に流入させるフローを誘導するステップと、及び(e) 前記第２リザーバからの流体を前記反応チャンバに流入させる間に、又は前記第２リザーバからの流体を前記反応チャンバに通過させた後に前記反応チャンバから光信号を検出するステップとを含むものとする。
【0165】
一態様において、前記試料チャンネルは試料調製領域を含むものとすることができる。本発明システムは、さらに、前記試料調製領域内における生物試料の温度を制御するよう構成した熱サイクラーを備えることができる。前記システムコントローラは、前記熱サイクラーを制御して、前記生物試料を前記試料チャンネルから前記反応チャンバ内に流入させる前に、前記試料調製領域内の前記生物試料を増幅させることができる。
【0166】
随意的に、前記プロトコールサイクルの各サイクルは、さらに、前記回転バルブを第３リザーバ-バルブ位置に回転して、前記反応チャンバを前記複数個のリザーバのうち第３リザーバに連通させるステップと、及び前記ポンプアセンブリを制御して、流体を前記第３リザーバから前記反応チャンバ内に流入させるフローを誘導するステップとを有する。
【0167】
他の態様において、前記検出デバイスはＣＭＯＳ撮像検出器を有する。他の態様において、フローセルを前記検出デバイスに接続する。前記フローセルは前記反応チャンバを画定することができる。随意的に、前記フローセルは前記検出デバイスに対して定位置に固定する。
【0168】
他の態様において、前記フロー制御システムは、構体側面を有するマイクロ流体制御構体を含む。前記構体側面は、その構体側面に開口する複数個の通口を有し、前記フローチャンネルが前記複数個の通口のうち少なくとも１個に流体的に接続するとき他の前記複数個の通口を封止するよう構成する。特定実施形態において、本発明システムは、シークエンシング・バイ・シンセシス(SBS)プロトコールを実行するよう構成する。
【0169】
実施形態によれば、マイクロ流体制御構体及び回転バルブを準備する準備ステップを有する方法を提供する。前記マイクロ流体制御構体は構体側面及び流体ネットワークを有し、前記流体ネットワークはサプライ通口及びフィード通口を含む。前記サプライ通口は前記構体側面に開口する。前記回転バルブは前記構体側面に対して回転可能に取り付ける。前記回転バルブは、第１チャンネル通口、第２チャンネル通口、及び前記第１チャンネル通口と前記第２チャネル通口との間に延在するフローチャンネルを有する。本発明方法は、さらに、前記回転バルブを、前記第１チャンネル通口が前記マイクロ流体制御構体の前記サプライ通口に流体連通する第１バルブ位置に回転するステップを有する。本発明方法は、さらに、前記回転バルブが前記第１バルブ位置にあるとき、生物試料を前記第１チャンネル通口経由で前記フローチャンネルに流入させるステップを有する。本発明方法は、さらに、前記生物試料が前記フローチャンネル内に存在する状態で前記回転バルブを第２バルブ位置に回転して、前記第１チャンネル通口を前記構体側面によって封止するステップを有する。本発明方法は、さらに、熱サイクリング操作を行って、前記フローチャンネル内における生物試料の温度を選択温度に変化させるステップを有する。
【0170】
一態様において、前記マイクロ流体制御構体は、前記構体側面に開口してリザーバに流体連通するリザーバ通口を有することができる。本発明方法は、さらに、前記回転バルブを前記第１チャンネル通口及び前記リザーバ通口を整列させるよう回転して、前記フローチャンネル内の前記生物試料を前記第１チャンネル通口経由で前記リザーバ内に流入させるフローを誘導するステップを有する。随意的に、本発明方法は、さらに、前記リザーバから前記フローチャンネル及び前記マイクロ流体制御構体の前記フィード通口を経由する前記生物試料のフローを誘導するステップを有する。
【0171】
他の態様において、前記回転バルブが第２バルブ位置にあるとき、前記第２チャンネル通口は前記フィード通口に整列することができる。
【0172】
他の態様において、前記回転バルブが第２バルブ位置にあるとき、前記第２チャンネル通口は前記構体側面によって封止することができる。
【0173】
他の態様において、前記第１チャンネル通口は第１流入通口とし、前記フローチャンネルは第１フローチャンネルとする。前記回転バルブは第２流入通口及び第２フローチャンネルを有することができる。前記第２フローチャンネルは前記第２流入通口と前記第２チャンネル通口との間に延在することができる。
【0174】
他の態様において、前記第１チャンネル通口は第１流入通口とし、前記第２チャンネル通口は第１流出通口とする。前記回転バルブは第２流入通口及び第２流出通口を有し、フローチャンネルが前記第２流入通口と前記第２流出通口との間に延在することができる。
【0175】
他の態様において、前記回転バルブは互いに逆向きに対面する流体制御側面及び操作側面を有する。前記熱サイクラーは、前記操作側面に係合して前記生物試料の温度を制御することができる。
【0176】
他の態様において、本発明方法は、前記リザーバからの前記生物試料が前記フローチャンネル及び前記マイクロ流体制御構体の前記フィード通口を経由して反応チャンバ内に流入するフローを誘導するステップを有することができる。本発明方法は、さらに、前記反応チャンバからの光信号を検出するステップを有する。随意的に、前記反応チャンバは前記回転バルブに対して離れた位置をとるものとする。
【0177】
他の態様において、フローセルが前記反応チャンバを含むものとする。前記反応チャンバからの光信号を検出するステップは、前記フローセルに接続した撮像検出器を用いて、前記光信号を検出するステップを含むことができる。随意的に、前記撮像検出器及び前記フローセルは互いに固定する。
【0178】
本発明の実施形態において、構体側面及び流体ネットワークを有しするマイクロ流体制御構体であって、前記流体ネットワークはサプライ通口及びフィード通口を有する、該マイクロ流体制御構体を備えるシステムを提供する。前記サプライ通口は前記構体側面に開口するものとする。本発明システムは、さらに、前記構体側面に対して回転可能に取り付ける回転バルブを備える。前記回転バルブは、第１チャンネル通口、第２チャンネル通口、及び前記第１チャンネル通口と前記第２チャネル通口との間に延在するフローチャンネルを有する。前記回転バルブは、第１バルブ位置と第２バルブ位置との間で回転するよう構成する。前記第１チャンネル通口は、前記回転バルブが前記第１バルブ位置にあるとき前記マイクロ流体制御構体の前記サプライ通口に流体連通する。前記第１チャンネル通口は、前記回転バルブが前記第２バルブ位置にあるとき前記マイクロ流体制御構体によって封止されるものとする。本発明システムは、さらに、前記回転バルブが前記第１バルブ位置にあるとき、流体を前記サプライ通口経由で前記フローチャンネル内に流入させるフローを誘導する構成としたポンプアセンブリを備える。本発明システムは、さらに、前記回転バルブに対して位置決めされる熱サイクラーであって、前記回転バルブが前記第２バルブ位置にあるとき、前記フローチャンネル内の流体が受ける温度を制御するよう構成した、該熱サイクラーを備える。
【0179】
一態様において、前記マイクロ流体制御構体は、前記構体側面に開口してリザーバに流体連通するリザーバ通口を有することができる。前記回転バルブは、前記第１チャンネル通口及び前記リザーバ通口が整列する第３バルブ位置に回転することができる。前記ポンプアセンブリは、前記フローチャンネル内の前記流体を前記第リザーバ通口経由で前記リザーバ内に流入させるフローを誘導するよう構成することができる。随意的に、前記ポンプアセンブリは、前記リザーバからの前記流体が前記フローチャンネル及び前記マイクロ流体制御構体の前記フィード通口を経由するフローを誘導するよう構成する。
【0180】
他の態様において、前記回転バルブは軸線の周りに回転するよう構成する。前記第２チャンネル通口及び前記フィード通口は前記軸線に整列することができる。
【0181】
他の態様において、前記フローチャンネルは第１フローチャンネルとすることができる。前記回転バルブは、対応するチャンネル通口間に延在する第２フローチャンネルを有することができる。
【0182】
他の態様において、本発明システムは、前記フィード通口に流体連通する反応チャンバと、及び前記反応チャンバ内の指定反応を検出するよう位置決めした検出デバイスとを備える。随意的に、前記反応チャンバは前記回転バルブに対して離れた位置をとる。随意的に、本発明システムは、前記反応チャンバを有するフローセルを備える。前記検出デバイスは、前記フローセルに隣接して位置決めした撮像検出器とすることができる。幾つかの実施形態において、前記撮像検出器及び前記フローセルは互いに固定することができる。
【0183】
本発明の実施形態において、流入通口、流出通口、及び試料リザーバを含む流体ネットワークを有するマイクロ流体制御構体を備えるシステムを提供する。本発明システムは、さらに、前記マイクロ流体制御構体に回転可能に連結した回転バルブを備える。前記回転バルブは、第１チャンネルセグメント及び第２チャンネルセグメントを有する。前記第１チャンネルセグメントは、前記回転バルブが第１バルブ位置にあるとき前記流入通口及び試料リザーバを流体的に接続する。前記第２チャンネルセグメントは、前記回転バルブが第１バルブ位置にあるとき前記流出通口及び試料リザーバを流体的に接続する。本発明システムは、さらに、前記回転バルブが第１バルブ位置にあるとき、前記流入通口及び第１チャンネルセグメント経由で前記試料リザーバ内に流体を流入させる構成としたポンプアセンブリを備える。前記回転バルブは、前記試料リザーバが前記回転バルブによって封止される第２バルブ位置に移動するよう構成する。本発明システムは、さらに、前記回転バルブが前記第２バルブ位置にあるとき、熱エネルギーを前記試料リザーバに供給するよう前記マイクロ流体制御構体に対して位置決めした熱サイクラーを備える。
【0184】
一態様において、前記回転バルブは被包化したガスリザーバを有することができる。前記被包化したガスリザーバは、前記回転バルブが第２バルブ位置にあるとき、前記試料リザーバと整列することができる。前記被包化したガスリザーバ及び前記試料リザーバは反応チャンバを形成するよう組み合わせることができる。
【0185】
他の態様において、本発明システムは、さらに、前記流出通口に流体連通するフィードチャンネルを備える。前記フィードチャンネルは前記流出通口を反応チャンバに流体的に接続することができる。本発明システムは、前記反応チャンバと、及び前記反応チャンバ内の指定反応を検出するよう位置決めした検出デバイスとを備える。
【0186】
他の態様において、前記反応チャンバは前記回転バルブに対して離れた位置をとることができる。随意的に、本発明システムは、前記反応チャンバを有するフローセルを備える。前記検出デバイスは、前記フローセルに隣接して位置決めした撮像検出器とすることができる。
【0187】
本発明の実施形態において、試料リザーバ及び別個の分析チャンネルを含む流体ネットワークを有するマイクロ流体制御構体を備えるシステムを提供する。前記分析チャンネルは第１通口と第２通口との間に延在する。前記流体ネットワークは、さらにフィード通口を有する。本発明システムは、さらに、前記マイクロ流体制御構体の熱制御エリアに隣接して位置決めされる熱サイクラーを備える。前記分析チャンネルは前記熱制御エリアに貫通する。前記熱サイクラーは、熱エネルギーを前記熱制御エリアに供給するよう構成する。本発明システムは、さらに、前記マイクロ流体制御構体に回転可能に連結し、また第１バルブ位置と第２バルブ位置との間で移動するよう構成した回転バルブを備える。前記回転バルブは、ブリッジチャンネル及び別個のフローチャンネルを有する。前記回転バルブが第１バルブ位置にあるとき、前記ブリッジチャンネルは、前記ブリッジチャンネルは前記試料リザーバ及び前記分析チャンネルの第１通口を流体的に接続し、また前記フローチャンネルは前記分析チャンネルの第２通口及び前記フィード通口を流体的に接続する。前記回転バルブは、前記分析チャンネルの前記第１通口及び第２通口を封止する第２バルブ位置に移動するよう構成する。
【0188】
一態様において、前記フローチャンネルは前記分析チャンネルから生物試料を受け取るよう構成することができる。前記回転バルブは、前記フローチャンネルがリザーバに流体的に接続される第３バルブ位置に回転するよう構成することができる。前記生物試料は前記フローチャンネルを経由して前記リザーバ内に流入することができる。
【0189】
他の態様において、本発明システムは、さらに、前記フィード通口に流体連通する反応チャンバと、前記反応チャンバ内での指定反応を検出するよう位置決めした検出デバイスとを備える。随意的に、前記反応チャンバは前記回転バルブに対して離れた位置をとることができる。随意的に、本発明システムは、さらに、前記反応チャンバを有するフローセルを備える。前記検出デバイスは、前記フローセルに隣接して位置決めした撮像検出器とすることができる。
【0190】
本明細書に使用するように、単数形で表現され、単語「a」「an」が前置される要素又はステップは、明示しない限り、複数素子又は複数ステップを排除しないと理解されたい。さらに、「一実施形態」への言及は、記載される特徴を組み込んだ他の実施形態の存在を排除することを意図しない。他に明示しない限り、特定特性を有する１つの要素又は複数要素を「備える（comprising）」又は「有する（having）」実施形態は、その特性を有する又は有していない他の要素を含むことができる。
【0191】
当然のことながら、図示した実施形態のコンポーネントの特別な構成（例えば、個数、タイプ、配置等）は、種々の代替的実施形態においては変更することができる。種々の実施形態において、所与のモジュール若しくはユニットの異なる個数を採用することができ、所与のモジュール若しくはユニットの異なるタイプを採用することができ、所与のモジュール若しくはユニットを追加することができ、又は所与のモジュール若しくはユニットを省略することができる。
【0192】
上述の記載は説明を意図するもので、限定的なものではないことを理解されたい。例えば、上述の実施形態（及び／又は態様）は、互いに組み合わせて使用することができる。さらに、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の実施形態が教示するところに特別な状況又は材料を適用するための多くの変更を加えることができる。種々のコンポーネントの寸法、材料タイプ、向き、並びに本明細書に記載の種々のコンポーネントの個数及び位置は、若干の実施形態のパラメータを規定することを意図し、何ら限定的なものではなく、単なる例示的実施形態に過ぎない。本明細書を閲覧する際に、特許請求の精神及び範囲内における多くの他の実施形態及び変更例は、当業者には明らかであろう。したがって、特許可能な範囲は、添付の特許請求の範囲の請求項を参照し、並びにこのような請求項に記載の均等物の全範囲とともに決定されるべきものである。
【0193】
本明細書で使用するように、「例示的実施形態（exemplary embodiment）」等の語句は、記載された実施形態は単なる１つの実施例であることを意味する。この語句は、をその実施形態に限定することを意図しない。新規性要旨の他の実施形態は、記載の特徴又は構造を含まないことがあり得る。添付の特許請求の範囲において、用語「含む（including）」「において（in which）」は、対応する用語「備える（comprising）」「における（wherein）」という平明英語の均等物として使用する。さらに、以下の特許請求の範囲において、用語「第１（first）」、「第２（second）」、及び「第３（third）」等は、単なる名前付けとして使用するもので、対象物に対する数値要件を課することを意図しない。さらに、以下の特許請求の範囲の限定は、このような特許請求の範囲の限定が、他の構造がない機能表現が後続する語句「ための手段（means for）」を明確に使用しない限り、また使用するまでは、「means-plus-function」フォーマットで記述されず、米国特許法１１２条（ｆ）に基づいて解釈することを意図しない。