(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】2016511001
(43)【公表日】20160414
(54)【発明の名称】核酸配列決定機器中のフローセルを浄化するための装置及び方法
(51)【国際特許分類】
   C12Q 1/68 20060101AFI20160318BHJP
   C12M 1/00 20060101ALN20160318BHJP
【FI】
   !C12Q1/68 Z
   !C12M1/00 A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】15
(21)【出願番号】2016501241
(86)(22)【出願日】20140311
(85)【翻訳文提出日】20151112
(86)【国際出願番号】US2014023474
(87)【国際公開番号】WO2014159409
(87)【国際公開日】20141002
(31)【優先権主張番号】13/802,957
(32)【優先日】20130314
(33)【優先権主張国】US
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US
(71)【出願人】
【識別番号】515259100
【氏名又は名称】インテリジェント バイオ−システムズ,インコーポレイティド
【住所又は居所】アメリカ合衆国,マサチューセッツ 02451,ウォルサム,ベアー ヒル ロード 34
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100077517
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 敬
(74)【代理人】
【識別番号】100087871
【弁理士】
【氏名又は名称】福本 積
(74)【代理人】
【識別番号】100087413
【弁理士】
【氏名又は名称】古賀 哲次
(74)【代理人】
【識別番号】100117019
【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 陽一
(74)【代理人】
【識別番号】100150810
【弁理士】
【氏名又は名称】武居 良太郎
(74)【代理人】
【識別番号】100197169
【弁理士】
【氏名又は名称】柴田 潤二
(72)【発明者】
【氏名】トーマス ハジェロット
【住所又は居所】アメリカ合衆国,マサチューセッツ 02492,ニーダム,スティーブンス ロード 82
(72)【発明者】
【氏名】エドモンド ダブリュ.ゴラスキ
【住所又は居所】アメリカ合衆国,マサチューセッツ 02142,ケンブリッジ,メモリアル ドライブ 100,アパートメント 5−21シー
【テーマコード(参考)】
4B029
4B063
【Fターム(参考)】
4B029AA07
4B029AA08
4B029CC01
4B029CC02
4B029FA15
4B029GB01
4B029GB02
4B029GB04
4B029GB05
4B029GB10
4B063QA01
4B063QA13
4B063QA18
4B063QQ42
4B063QQ52
4B063QR32
4B063QR35
4B063QS02
4B063QS10
4B063QS32
4B063QS39
(57)【要約】
可動式フローセルを備えた核酸配列決定装置を操作する方法。該方法は、入口ポートと出口ポートを備えた流路を有するフローセルを提供すること、及び、該入口ポートから該出口ポートまで第一液体試薬で該流路を充填すること、を含む。該方法は、入口通路と出口通路とを有するステーションブロックを提供すること、入口通路と流体連通した該入口ポート及び出口通路と流体連通した該出口ポートとを備えた該ステーションブロック上に該フローセルを載せること、気泡を該入口ポートへと導入すること、該気泡が該流路を通って出口通路へと移動するため、及び、第二液体試薬で該流路を充填するために該入口通路から該入口ポートへ第二液体試薬を運搬すること、並びに該ステーションブロックから該フローセルを除くこと、も含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
入口ポート及び出口ポートを備えた流路を含むフローセルを提供すること;
該入口ポートから該出口ポートまで、第一液体試薬で、該流路を充填すること;
入口通路及び出口通路を備えたステーションブロックを提供すること;
該入口通路と流体連通した該入口ポート及び該出口通路と流体連通した該出口ポートを配置するために、該ステーションブロック上に該フローセルを載せること;
気泡を該入口ポートへ導入すること;
該気泡が該流路を通って該出口通路へと移動するため、及び、第二液体試薬で該通路を充填するために、該入口通路から該入口ポートへ第二液体試薬を移動すること;及び、
該ステーションブロックから該フローセルを除くこと、
を含む、1又は数個の可動式フローセルを備えた核酸配列決定装置を操作する方法。
【請求項2】
該気泡を該入口ポートへと導入すること、が:
該ステーションブロック上に該フローセルを載せる前に、該入口通路の上端において、気体スペースを提供すること;及び、
それによって気泡を形成するために、該フローセルを該ステーションブロックに載せる際に、該気体スペース中の気体を捕捉すること、
を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
該気泡を該入口ポートへと導入することが、該第二試薬の前の該入口ポートへ該気泡を移動するために、該第二液体試薬を該入口ポートへ移動すること、をさらに含む、請求項2に記載の方法。
【請求項4】
該入口通路の該先端における該気体スペースを提供することが、該ステーションブロック上に該フローセルを載せる前に、該第二液体試薬の一部を蒸発すること、を含む、請求項2に記載の方法。
【請求項5】
該第二液体試薬の該一部を蒸発することが、約7.5〜約15秒の期間、華氏約140度〜150度の温度で、該ステーションブロックを加熱すること、を含む、請求項4に記載の方法。
【請求項6】
該入口通路の該先端に該気体スペースを提供することが、該ステーションブロック上に該フローセルを載せる前に、加圧した気体を該入口通路へ運搬すること、を含む、請求項2に記載の方法。
【請求項7】
該入口通路の該先端に該気体スペースを提供することが、該ステーションブロック上に該フローセルを載せる前に、該入口通路の該先端から該第二液体試薬の一部を排出すること、を含む、請求項2に記載の方法。
【請求項8】
該入口通路の該先端に該気体スペースを提供することが、該ステーションブロック上に該フローセルを載せる前に、該入口通路の該先端から該第二液体試薬の一部を汲み上げること、を含む、請求項2に記載の方法。
【請求項9】
該入口通路の該先端から該第二液体試薬の一部を汲み上げることが、可変−置換チャンバを用いて該第二液体試薬の該一部を除去すること、を含む、請求項8に記載の方法。
【請求項10】
該気泡が該流路を通って該出口通路へと移動するため、及び、該第二液体試薬で該流路を充填するために、該入口通路から該入口ポートへ該第二液体試薬を移動することが、該出口通路の下流に配置された吸い上げポンプを操作すること、を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項11】
入口ポート及び出口ポートを備えた流路を含むフローセルを提供すること;
第一入口通路及び第一出口通路を備えた第一ステーションブロックを提供すること;
該第一入口通路と流体連通した該入口ポート及び該第一出口通路と流体連通した該出口ポートを配置するために、該第一ステーションブロック上に該フローセルを載せること;
該流路を該第一液体試薬で満たすために、該第一入口通路から該入口ポートへ、第一液体試薬を汲み上げること;
該第一ステーションブロックから該第一フローセルを除去すること;
入口ポート及び出口ポートを備えた第二ステーションブロックを提供すること;
該第二入口通路と流体連通した該入口ポート及び該第二出口通路と流体連通した該出口ポートを配置するために、該第二ステーションブロック上に該フローセルを載せること;
気泡を該入口ポートへ導入すること;
該気泡が該入口ポートから該第二出口通路へ移動するため、及び、第二液体試薬で該流路を充填するために、該第二入口通路から該入口ポートへ第二液体試薬を汲み上げること;及び、
該ステーションブロックから該フローセルを除くこと、
を含む、1又は数個の可動式フローセルを備えた核酸配列決定装置を操作する方法。
【請求項12】
該気泡を該入口ポートへ導入することが;
該第二ステーションブロック上に該フローセルを載せる前に、該第二入口通路の上端で気体スペースを提供すること;及び
該気泡を形成するために、該第二ステーションブロックへ該フローセルを載せる際に、該気体スペース中のガスを捕捉すること、を含む請求項11に記載の方法。
【請求項13】
該気泡を該入口ポートへ導入することが、該第二液体試薬の前の該入口ポートへ該気泡を移動するために、該第二液体試薬を該入口ポートへ汲み上げること、をさらに含む、請求項12に記載の方法。
【請求項14】
該入口通路の該先端の気体スペースを提供することが、該第二ステーションブロック上に該フローセルを載せる前に、該第二液体試薬の一部を蒸発すること、を含む、請求項12に記載の方法。
【請求項15】
該第二液体試薬の一部を蒸発することが、約7.5〜約15秒の期間、華氏約140度〜150度の温度で、該ステーションブロックを加熱すること、を含む、請求項14に記載の方法。
【請求項16】
該第二入口通路の該先端に該気体スペースを提供することが、該第二ステーションブロック上に該フローセルを載せる前に、加圧した気体を該入口通路へ運搬すること、を含む、請求項12に記載の方法。
【請求項17】
該第二入口通路の該先端に該気体スペースを提供することが、該第二ステーションブロック上に該フローセルを載せる前に、該第二入口通路の該先端から該第二液体試薬の一部を吸い取ること、を含む、請求項12に記載の方法。
【請求項18】
該第二入口通路の該先端に該気体スペースを提供することが、該第二ステーションブロック上に該フローセルを載せる前に、該第二入口通路の該先端から該第二液体試薬の一部を汲み上げること、を含む、請求項12に記載の方法。
【請求項19】
該第二入口通路の該先端から該第二液体試薬の一部を汲み上げることが、可変−置換チャンバを用いて該第二液体試薬の一部を除去すること、を含む、請求項18に記載の方法。
【請求項20】
該気泡が該流路を通って出口通路へ移動するため、及び、第二液体試薬で該流路を充填するために、該第二入口通路から該入口ポートへ第二液体試薬を汲み上げることが、該出口通路の下流に配置された汲み上げポンプを操作すること、を含む、請求項11に記載の方法。
【請求項21】
第一液体試薬を汲み上げる工程、及び、第二液体試薬を汲み上げる工程が、第一出口通路及び第二出口通路に流体連通された一つの汲み上げポンプを操作すること、を含む、請求項11に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、2014年3月14日に提出された、表題「核酸配列決定装置のフローセルを浄化するための装置及び方法」の米国出願番号13/802,957の利益に関連し、主張するものであり、その内容は、完全に及び全ての目的のために参照によって本明細書に取り入れられる。
【0002】
本発明は、ヌクレオチド配列における核酸の同一性を決定するための装置に関し、及び、とりわけ、例としては、合成やその他の工程によって配列決定を実施するためのフローセルを使用する装置に関する。
【背景技術】
【0003】
関連する技術の記述
過去25年に渡って、産生されてジーンバンク(GeneBank)に蓄積されたDNA配列情報の量は、指数関数的に成長してきた。多くの次世代配列決定技術は、合成による配列決定(SBS)の形態を使用し、特に、制御された方法において、チップに結合された単鎖DNAの鋳型の配列を読み取るために、デザインされたヌクレオチド及びDNAポリメラーゼが使用される。他の次世代配列決定技術は、核酸配列を決定するために、天然ヌクレオチド及び/又はポリメラーゼ、あるいは、標識されたオリゴヌクレオチド及びライゲーション酵素が使用されうる。高スループットを達成するために、それぞれが単独又は複数の分子である、何百万ものこのような鋳型スポットが、配列決定チップ全体に配列され、それらの配列は独立して読み取られ、記録される。高スループット配列決定を実施するという欲求は、より速く処理し、コストを下げるという要求から生じる。しかしながら、商業的な高スループットシステムは、大規模な配列決定(例えば、10〜100ギガ塩基)のコストを下げる一方、より小規模な配列決定(例えば、100メガ塩基〜1ギガ塩基)では、コストがかかり、不都合なものにする。
【0004】
近年、従来のデバイスよりも小さい規模で配列決定を実施するための装置が開発されている。より小さな規模の配列決定操作を実施するための代表的な装置や方法は、米国特許公報第2010/0323350(出願通し番号第12/719,469、2010年3月8日提出)、第2010/0152050(出願通し番号第12/704,842、2010年2月12日提出)及び、第2009/0298131(出願通し番号12/370,125、2009年2月12日提出)に記載されている。前述のものは、参照によって、本明細書に取り込まれる。このような装置は、「組み立てライン」型システムを利用するものであり、比較的小さい数多くのフローセルを同時に処理するために、回転台の形態に配置されてもよい。操作中、それぞれのフローセルは、一連の処理ステーション中を物理的に移動する。これらの処理ステーションの一部は、フローセルを一掃し、新しい試薬でそれが満たされ、一方で他のものは、フローセルを撮影するため、又は、実質的な処理を伴わないフローセルが保持された働いていないステーションとして使用される。他の処理ステーションもまた提供されうる。これらの装置は、高スループットSBS運用を提供する一方で、試薬や他の処理コストを有意に節約することを提供する。この新世代の装置は、以前のデバイスが提供できたものよりもさらに迅速に好転し、低減したコストで、様々な目的のために使用するためのSBS操作に対して、公衆のアクセスが拡大することが期待されている。
【0005】
配列決定装置、特に、小規模配列決定操作のための可動式フローセルを使用する装置の技術の状態を改善する必要性が引き続き存在する。
【0006】
概要
一実施形態において、1又は数個の可動式フローセルを有する核酸配列決定を行う装置を操作するための方法が提供される。該方法は、入口ポート及び出口ポートを備えた流路を有するフローセル提供すること、及び、第一液体試薬で該入口ポートから該出口ポートまでの流路を満たすこと、を含む。該方法は、入口通路及び出口通路を備えたステーションブロックを提供すること、並びに、入口通路と流体連通している入口ポートと出口通路と流体連通している出口ポートに配置するために該ステーションブロック上にフローセルを置くことも含んでいる。該方法は、ガス状の泡を入口ポートへ導入し、該ガス状の泡を、流路を通って、出口通路へと移動するため、及び、第二液体試薬で流路を満たすために、入口通路から入口ポートへ第二液体試薬を運搬すること、及び、ステーションブロックからフローセルを取り除くことも含んでいる。
【0007】
他の実施態様において、1又は数個の可動性フローセルを有する核酸配列決定装置を操作するための他の方法が提供される。この実施態様は、入口ポートと出口ポートを備えた流路を有するフローセルを提供し、第一入口通路と第一出口通路を備えた第一ステーションブロックを提供すること、及び、第二入口通路と第二出口通路を備えた第二ステーションブロックを提供することを含んでいる。該工程は、第一入口通路と流体連通した入口ポート及び第一出口通路と流体連通した出口ポートに配置するために第一ステーションブロック上にフローセルを置くこと、第一液体試薬で流路を満たすために、第一入口通路から該入口ポートへ第一液体試薬をくみ上げること、及び、該ステーションブロックから該フローセルを除去することを含んでいる。該方法は、第二入口通路と流体連通した入口ポート及び第二流路と流体連通した出口ポートに配置するために、第二ステーションブロック上にフローセルを置くこと、ガス状の泡を入口ポートへと導入し、ガス状の泡を入口ポートから第二出口通路へと移動するため、及び、第二液体試薬で流路を満たすために、第二入口通路から入口ポートへ第二液体試薬をくみ上げること、及び、第一ステーションブロックからフローセルを除去すること、をさらに含んでいる。
【0008】
本発明のこの要約の列挙は、本出願又はいかなる関連する出願又は関連しない出願の特許請求の範囲を限定するために意図されていない。特許請求の範囲に係る発明に対する他の側面、実施態様、改変及び特徴は、本明細書中の開示の観点において、当業者にとって明らかなものである。
【0009】
代表的な実施形態のより良い理解は、参照番号が類似の部分を示す、添付の図の参照によって理解されうる。図は代表的なものであって、いかなる方法において特許請求の範囲を限定することを意図されない。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】図1は、配列決定装置の模式的な正面図である。
【図2】図2は、図1の配列決定装置の他の模式的な図である。
【図3】図3は、代表的なフローセルを載せている代表的なステーションブロックの横断面側面図である。
【図4】図4は、代表的なステーションブロックとフローセルの入口側の詳細図である。
【図5】図5は、図4のフローセルの平面図である。
【図6】図6は、他の代表的なステーションブロックの入口側の詳細図である。
【図7】図7は、さらに他の代表的なステーションブロックの入口側の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
詳細な説明
本明細書中で述べる代表的な実施態様は、小規模の合成による配列決定(SBS)装置で使用されるフローセルから、試薬を浄化するための装置及び方法に関する。本明細書中で記述される実施態様は、前述の出願において特に有用であると考えられる一方、該装置及び方法の他の使用は、本開示の観点及び本発明の実施において、当業者にとっては明らかでありうる。例えば、実施態様は、流体がフローセルに導入される処理するステーションブロックから定期的にフローセルを解放する他の種類の装置において有用であることを見出しうる。このように、以下の例は、本発明の範囲の例を限定することを意図するものではない。
【0012】
図1は、複数のフローセルで小規模SBS処理を同時に実施するために構成された装置の正面概略図である。該装置は、主要処理チャンバ100,試薬チャンバ102及び撮像チャンバ104を含む。チャンバは、当該技術分野において知られているような、自動操作中に、侵入を防止するために外部ハウジングによって覆われても良い。区画化されたチャンバの使用及び図1に示された特定のレイアウトが、全ての実施態様において必要とされるというわけではないことはいうまでもない。
【0013】
主要な処理チャンバ100は、回転モータ108によって回転される回転台106を含んでいる。回転台106は、フローセル110を円形経路の周辺の様々な処理ステーション、例えば、1又は数個のステーションブロック112及び撮像ステーション114等、に運搬するために構成されている。回転台106及び回転モータ108は、アクチュエータ118によって垂直方向に駆動されるエレベータプラットフォーム116の上に据え付けられてもよい。回転台106は、ステーションブロック112の上部でフローセル110と正確に向きが合わせられると、ステーションブロック112上のフローセル110に配置するために、アクチュエータ118は、回転台106を下部へ移動する。エレベータプラットフォーム116は、ステーションブロック112の上部にフローセル110を固定するために、1又は数個のクランプ120、例えば、バネ付きプランジャ等を含んでも良い。
【0014】
撮像ステーション114は、カメラ122によって撮影するために、フローセル110を保持し、操作する独立した可動式プラットフォームを含んでいても良い。様々な光学デバイスは、撮像ステーション114、例えばレンズ124、光源126(例えば、LED、レーザー等のバンク)、光源フィルタ128及び、ある波長の光をフィルタ除去するためのダイクロイックミラー130等、と併用されてもよい。
【0015】
それぞれのステーションブロック112は、例えば、加熱、冷却、液体試薬の導入、アイドリング等の1又は数個の操作を実行するために構成されてもよい。1又は数個のステーションブロック112は、フローセル110中を液体試薬が通過するために構成される。この終わりに、試薬チャンバ102が、1又は数個の試薬コンテナ132、及び1又は数個の廃棄コンテナ134を保持する。それぞれの試薬コンテナ132は、供給ホース136のシステムによって、1又は数個のステーションブロック112に連結される。1又は数個のポンプ138(例えば、シリンジポンプ、ペリスタポンプ等)は、試薬をステーションブロック112に運搬するために使用される。この場合、単一のポンプ138は、吸引ホース140のシステムによってステーションブロック112と連結される。ポンプ138は、廃棄ホース142によって、使用した試薬を廃棄コンテナ134へと運搬する。
【0016】
図2は、回転台106がどのように複数のステーションブロック112に横たわっているかを図示したものである。回転台106上でのフローセルの角又は放射状の位置を調節することなく、回転台106がステーションブロック112に沿ってフローセルを連続的に動かすことができるように、ステーションブロック112は回転台の回転中心200の周りに放射状パターンに配置されている。図2は、それぞれ独自の試薬コンテナ132を備えたステーションブロック112、及び、一つの廃棄コンテナ134に使用した試薬を運搬する一つのポンプ138を図示している。他の実施態様は、異なった数の試薬コンテナ132、廃棄コンテナ134及びポンプ138を使用してもよい。実施態様は、非円形運搬システム、例えば、ステーションブロック112の直線に沿ってフローセル110を動かすための直線のアクチュエータ等であってもよいことも想像される。
【0017】
上述される機器の操作の詳細と同様、機器の構成の多くの可能な変形は、2010年3月8日に提出された同時係属中の米国出願12/719,469(公報番号 US2010/0323350)(これ以降、「Gordonら」)に記載されており、参照によって本明細書中に取り入れられる。変形例は、フローセル中の試薬を移動するために、試薬コンテナ132中において加圧を使用すること、フローセル110を離れた後に試薬をリサイクルすること等を含む。他の変形や修飾は、本開示の観点において当業者にとっては明らかなものでありうる。
【0018】
機器で使用される試薬は、とりわけ適用によって変わっても良い。試薬の例としては、Gordonらや、他の者において記述されたものが含まれる。例えば、試薬は:核酸配列決定試薬、ヌクレオチド「カクテル」及びポリメラーゼ混合物、脱ブロッキング(切断)試薬(酵素、又は、ポリメラーゼによって核酸伸長を許容するための保護基を除去することができる化合物)、標識除去(切断)試薬(酵素又は蛍光標識を除去する能力を有する化合物)、洗浄試薬、洗浄バッファー、ブロッキングバッファー、切断試薬捕捉剤(cleaving agent scavengers)、脱酸素剤(oxygen scavengers)、精製水、その他、を含んでもよい。他のバージョンの機器は、他の試薬を使用してもよく、他の実施態様は、反対に記述されているところを除いて、前述のリスト又は本明細書中で特に特定された他の試薬に限定されることは意図されていない。
【0019】
図3は、一過性に可動式のフローセル110を載せるためのステーションブロック112を図示する。ステーションブロック112は入口ホース302から試薬を受け入れる入口通路302、及び使用した試薬を出口ホース306へ導く出口通路304を含む。ステーションブロック112の上部表面は、フローセル110を受けるために構成されており、好適には、平坦に加工される。もし望まれるなら、ステーションブロック112とフローセル110は、ステーションブロック112上の所望の場所にフローセル110を配置するのを助けるための対応する構造(例えば、ピン及び穴)を含んでも良い。ステーションブロック112の上部表面は、Gordonらに記載される様に、1又は数個のシール、例えば、入口経路300及び出口経路304の周囲に径方向に間隔を空けて配置された内部及び外部Oリング308、310等を含んでもよい。ステーションブロック112もまた、ステーションブロックを所望の温度に維持するために、ワイヤ314等を介して電源と通信している抵抗加熱、又は、熱電加熱/冷却温度制御エレメント312を含んでもよい。熱電対(図示しない)は、ステーションブロックの温度フィードバック制御を提供するために、ステーションブロック112若しくは温度制御エレメント312に組み込まれる、又は関係付けられてもよい。
【0020】
代表的なフローセル110は、基板316及び上蓋318を含む。上蓋318は、上蓋318と基板316との間に流路322を提供するスペーサーフィルム320によって、基板316に結合される。スペーサーフィルム320は、流路322の周囲あたりの流路シールを形成してもよい。基板316は、入口ポート324と出口ポート326を含む。示されるように、フローセル110がステーションブロック112の上に載せられ、直接位置合わせするように配置されるとき、入口ポート324と出口ポート326は、入口通路300及び出口通路304とそれぞれ流体連通するように配置される。上蓋318は、好適には、ヌクレオチドを配列決定する染料等を検出するために使用される照射(radiation)に対して透明である。例えば、上蓋318は、透明なガラス板を含んでもよい。この構成の変形は、他の実施態様においても使用されてもよい。例えば、スペーサーフィルム320は、基板316の上面の、粘着層若しくは隆起(ridge)と置き換えられてもよく、又は、流路322が、基板及び/又は上蓋318の溝として加工、エッチング又は他の方法で形成されてもよい。他の変形及び修飾は、Gordonらに記載されており、また、他の変形及び修飾は、本開示の観点における当業者にとって明らかである。
【0021】
Gordonら、に記載されているように、フローセル110は、一連のステーションブロック112とフローセル110とを連続的に結合することによって処理されている。いくつかの又は全てのステーションブロックにおいて、試薬は、ステーションブロック112において所望される特別な操作を導くために、フローセルへくみ上げられてもよい。操作が完了した後、フローセル110はステーションブロック112から除去され、隣へ移動される。それぞれのステーションブロック112由来の試薬は、隣のステーションブロック112においてくみ上げられた試薬によって流されるまで、フローセル110の流路322に残存する。例えば、あるステーションブロック112において、流路322へ汲み上げられる核酸配列決定試薬は、それを流すために、洗浄バッファーが、隣のステーションブロック112に導入されるまで、場所に残ってもよい。Gordonらは、液体がステーションブロック112の間のフローセル110から流出することを防ぐために、バルブ、水平流路又は、小さい寸法を備えた構成であってもよいと説明する。Gordonらは、ステーションブロック112からフローセル110が除去される時にいつでも、試薬が試薬コンテナ132へ逆流することを防止すること、例えば、例えば、このような流れを防止すための同様のチェックバルブを使用すること、を好適に記載している。Gordonらに示されるものと同様なデバイスの使用において、入口ポート324と出口ポート326の小さい寸法は、連続するステーションブロック112の間を移動する時に、試薬がフローセル110に残ることを防ぐのに十分であることが、見出されている。
【0022】
前述の操作−つまり、ステーションブロック112における流体レベルの維持、及び、移動中に試薬がフローセル110から漏れることを防止すること−は、一連の処理工程中に、フローセル110に空気が導入されることを防止する。実際に、この結果は、フローセル110中の何百万もの任意の核酸が、流路322を通過する気泡によって潜在的に作られうる乱流によって取り除かれる、又は、流されることを防止することが望ましいと考えられた。機器はフローセル110に固定されたそれぞれの核酸配列の位置を正確にマッピングすることを信頼しているので、このような妨害は、機器によって収集されたデータの正確性と有用性を低下する。さらに、核酸を空気に暴露することは、それらを乾かすことができ、さらなる有用な化学的反応を防止することで、それらを「殺す」ことができることがよく知られている。
【0023】
先行する着想とは逆に、1又は数個の試薬の流れの間のフローセル110に気泡を故意に導入することは、研究されている核酸の集団が、気泡によって「殺され」たり、置換されたり、又は除去されたりするいかなるリスクを克服する特に有益な効果を備えうる。この集団のサイズは、最小限度であってもよく、実質的に検出感度以下でさえあってもよいと考えられてもいる。
【0024】
フローセル110へ気泡を導入する工程は、今や、代表的なステーションブロック112とフローセル110の入口側の詳細図である図4に関連して記載される。本プロセスにおいて、液体試薬400は、ステーションブロックの入口通路300に提供される。従来の操作においては、液体試薬400は、ステーション112の上面402に可能な限り近くなるように入口通路300を満たし、そして、Oリング308、310によって連結された領域に存在するように入口通路300を過剰に充填してもよい。図4の工程において、しかしながら、気体が充填されている液体試薬400の上部にある入口通路300に、気体スペース406を残しながら、液体試薬400の上限404(例えば、メニスカス(meniscus)又は泡の層)が距離hによって表面上部からスペースを有するよう、液体試薬400は低くされている。気体スペース406中の気体は、周囲を取り巻く空気、液体試薬400から放出される気体、又は他の気体状物資(例えば、精製された酸素)を含んでもよい。
【0025】
気体スペース406が入口通路300中に形成されると、ポンプ138又は他の手段(例えば、重力の流れ、試薬コンテナ132における加圧ガス、等)が、入口ポート324を介してフローセル110に液体試薬400を移動する。Oリング308、310又は他のシールは、気体が漏れ出ることを防止する。このように、図5に示されるように、流入する液体試薬400は、液体試薬400の前方の流路322に泡500としての気体を搬送する。
【0026】
流路322を気泡500が通過することは、いくつかの利益を提供することが期待される。第一に、泡500は、流入する液体試薬と排出する使用された液体試薬502との間の物理的バリアとして働くことが期待される。これは、2つの試薬が直接接触すること、及び混合することを最小化し、それによって、使用された試薬502が新しい試薬400に向かって逆流すること及び散乱することを阻害する。加えて、流入する液体試薬400のメニスカス504は、排出する液体試薬502が残存する粒子、分子及び液滴を除去するためのワイパーとして働きうる。流入する液体試薬400の分子の表面張力が、残余する試薬粒子及び液滴をメリスカス504の前方へ動かすのに十分であれば、この現象は発生しうる。図5は、凸型メリスカス504を有する、流入する液体試薬400を記載しているが、同様の現象は、メリスカス504が凸型であれば起こりうる。前述の説明は、期待される操作上の現象を説明する一つの努力であることはいうまでもないが、本発明は、いかなる操作の特定の理論に限定されることを意図するものではない。
【0027】
混合及び逆流の減少、並びに流入するメニスカスの可能な排除効果は、流路322から使用された試薬をより効率的に浄化することで試薬の無駄がさらに減少することが期待される。以前の方法では、浄化工程は、浄化工程中の間混合することで説明し、そのため、新旧の試薬の混合物を含まない流路322であることを確かめるのに十分になるまで流入する試薬を流し続ける。試薬400、502を分離するために気泡500を使用することによって、流路322から古い試薬を完全に除去するために従来行っていることと同じくらい長く試薬を流し続けることは必要無いであろう。この目的に対抗するために、ある実施態様では、流入する液体試薬400と排出する試薬502の主要な体積(つまり、残存粒子、液滴等を除く全て)との間の接触を完全に防ぐことが期待される、少なくとも約2μLの量を有する気泡500を導入してもよい。他の実施態様では、流路322のサイズに依存した異なるサイズ、及び他の寸法を有する気泡500を使用してもよい。空気の泡の寸法(流路322における幅方向で測定された)は、2つの液体が完全に分離されるように、最も広い場所における流路322の幅と等しい、又はそれより大きい時、最もよい結果が得られることが期待される。しかしながら、他のサイズが使用されてもよく、一つの気泡500が、複数の小さな泡、又は、一連の大きな泡と置き換わってもよいと考えられる。
【0028】
気泡500は、任意の最適な方法を使用して形成されてもよいと考えられる。非限定的例示が以下に記載される。
【0029】
図4の実施態様において、気体スペース406は、フローセル110がステーションブロック112の上に載せられる前に、液体試薬400の一部を蒸発することによる従来のステーションブロックを使用することによって形成されてもよい。通常の使用において、1又は数個のステーションブロック112は、典型的には摂氏37度〜70度(華氏98度〜158度)の間の温度まで加熱されてもよい。このような場合、しかしながら、加熱されたステーションブロック112は、一般的には常に使用され、そして、一つのフローセル110を除去し、それを他と置き換えるのにかかるのと同じ時間だけ、使用されない。このように、通常の使用においては、新しいフローセル110がステーションブロック112の上に置かれる前に、液体試薬400の適切な量を蒸発させるのに不十分な時間である(そして、もし蒸発させるための時間があれば、泡の産生を防止するために再充填を必要とする問題が想定される)。
【0030】
計画的に気体スペース406を形成するために、所望の体積の気体スペース406を形成するために蒸発を誘導するために十分な時間、フローセル110の非存在下でステーションブロック112は加熱されてもよい。この工程は、液体試薬400から気体を除去する助けにも成りえて、それは、撮影又は化学反応中、流路322において後の気泡の形成を防止するために有益となり得る。気体の除去が起こるところで、液体試薬400の上限404で微細気泡の層となり、これらが上述の除去する機能を援助しうる。加熱をすることなく(つまり、周囲の温度にて)所望の蒸発が誘導されることが可能であるが、より好適には、既存の温度制御エレメント312、又は液体試薬400を直接集中して加熱する専用の加熱エレメント(例えば、入口通路300の周囲にある分離ヒーター)を使用した加熱を誘導することが、実用的には必要となりうる。例えば、図3で示されるような既存の温度制御エレメント312は、ステーションブロック112上にフローセル110を載せる前に、約15秒間、約摂氏65度(約華氏150度)の温度にて操作することによって、気体スペース406を得るために、十分な蒸発を誘導するために使用されうる。他の実施形態においては、この例示から逸脱してもよい。例えば、他の実施形態では、約7.5〜約15秒の期間、約華氏140度〜約150度の温度で操作してもよい。
【0031】
図6は、液体試薬400の上部の気体スペース406を形成するための他の実施態様を説明している。図6において、ステーションブロック112は、入口通路300と流体連通した補助流路600を含んでいる。補助流路600は、バルブ602、及び、空気ポンプ604若しくは窒素シリンダー等の加圧ガス源と結合している。フローセル110が、ステーションブロック112と結合されるとき、バルブ602は、所望のサイズの気泡を形成するために十分な空気(又は他の気体)を許容するために開放される。図6の別の実施形態は、補助流路600を使用する代わりに、それぞれのフローセル110がそれぞれのステーションブロック112の上に載せられる前に、入口通路300から液体試薬400の量を排出するための孔であってもよい。本実施形態において、バルブ602は、リザーバ606に対して液体試薬400を排出する、又は元の試薬コンテナ132に戻すために開放されてもよい。
【0032】
気体スペース406を作製するための他の代表的な実施態様は、図7に示される。本明細書では、ステーションブロック112は、入口通路300と流体連通するように配置された可変−置換チャンバ700を含む。可変−置換チャンバ700の容積は、ピストン702によって制御される。ピストン702は、ソレノイド(solenoid)若しくは駆動モータ等の専用の駆動装置によって、又は、他の手段によって操作されてもよい。使用において、フローセル110がステーションブロック112から除去される度に、ピストン702は、可変−置換チャンバ700の容積を拡大するために動かされ、それによって、入口通路300中の液体試薬400の一部を可変−置換チャンバ700へと送り出し、そして、入口通路300には気体スペース406が残る。これは、ポンプ138が、フローセル110への液体試薬400の流動を開始するために操作する前、その間、又はその後に実施されうる。ピストン702は、フローセル110が移動されるまで、可変−置換チャンバ700を収縮状態に維持し、その後、回転が再び開始する。可変−置換チャンバ700が、シリンジ様の装置、ピストンやクランプ等によって圧縮される柔軟な嚢(bladder)を含んでもよいことはいうまでもない。
【0033】
他の実施態様は、気体スペース406を作製するための他の方法及び機構を使用してもよい。例えば、入口通路300の上流に配置されたポンプは、気体スペース406を作り出すために、液体試薬400を後方に引くために逆にポンプで排出されてもよい。あるいは、試薬コンテナ132が入口通路300の下部に位置する場合、バルブ制御の元、液体試薬400は重力によって逆に流されてもよい。
【0034】
他の実施態様において、気泡500は、フローセル110中に直接導入されてもよい。例えば、フローセル110へ気体を導入する専用の分離したステーションブロック112において、気体は、入口ポート324へ直接注入される。他の例では、フローセル110は、流路322へ気体を注入するために、入口ポート324から分離した、専用のポートを含んでもよい。さらに他の例として、フローセル110は、ステーションブロックからステーションブロックまで移動するとき、又は、使用した試薬502の一部若しくは全てを抜き取るために重力を使用して、所定の位置で傾けられるとき、フローセル110は、廃棄トレイ若しくはリザーバへ試薬が落ちるようにデザインされてもよい。さらに他の例において、空気は、ポンプが新しい試薬400を流路322へ排出することをちょうど始めるとき、フローセル入口ポート324においてシールを瞬間的に破ることにより導入されてもよい。
【0035】
流路322へ気泡500を提供するための他の変形及び修飾は、本開示の観点において、当業者にとって自明である。方法及び装置の実施態様は、Gordonらに記載されるような可動式フローセルよりも、むしろ固定されたフローセルを有する配列決定装置において使用するために適用させてもよいことはいうまでもない。
【0036】
本開示は、単独又は複数で使用されうる、多くの新しく、有益で、非自明的な特徴及び/又は特徴の組み合わせを記載する。実施態様は、本明細書中では、全て代表的なものであり、本発明の範囲を限定するために意図されたものではない。本明細書中に記載される発明は、修正されたり、様々な方法及び同等な方法で応用されることが可能であり、そして、そのような修正や応用は、本開示の範囲及び添付の特許請求の範囲に含まれることが意図されていることはいうまでもない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】