Проточная ячейка со встроенным коллектором Российский патент 2021 года по МПК G01N35/08 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Настоящая заявка является обычной заявкой и испрашивает приоритет по дате подачи предварительной заявки на патент США №62/666,897, поданной 4 мая 2018 г. и озаглавленной «Flow Cell with Integrated Manifold" («Проточная ячейка со встроенным коллектором»), содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.

Уровень техники

Многие приборы, использующие микрожидкостные устройства, могут включать в себя множество реагентных лунок, содержащих разнообразные реагенты, причем каждая реагентная лунка соединена с поворотным переключающим клапаном. Поворотный клапан выравнивается в одну линию с каждым луночным каналом, чтобы выбрать любой из реагентов. Общую линию затем используют, чтобы направлять выбранные реагенты от поворотного клапана к впускному отверстию проточной ячейки. Аналиты, такие как сегменты ДНК, цепи нуклеиновых кислот и т.п., могут располагаться в проточном канале. Выбранные реагенты могут протекать через проточную ячейку, чтобы выполнять различные контролируемые химические реакции на аналитах.

В целях минимизации, а в некоторых случаях даже полного устранения перекрестной контаминации (загрязнения) реагентов, каждый реагент, используемый в последовательности химических реагентов, часто вымывают как из общей линии, внешней по отношению к проточной ячейке (т.е. внешней общей линии), так и из проточной ячейки до предварительно заданной эффективности промывания следующим реагентом (или промывочным реагентом) в последовательности.

Однако реагенты, используемые в таких химических реакциях, упорядоченных в заданной последовательности, могут быть очень дорогими. Кроме того, достижение таких уровней эффективности промывания в проточном канале проточной ячейки часто требует промывания через проточный канал объема реагента, который во много раз превышает рабочий объем проточного канала. Например, достижение эффективности промывания предварительно заданной концентрации реагента, расположенного в проточном канале, может включать в себя промывание через проточный канал объема этого реагента, который в 5-10 раз превышает рабочий объем проточного канала.

Одна из причин, по которым задействуют такие большие объемы реагентов и, тем самым, такие высокие коэффициенты промывания, состоит в том, что рабочий объем внешней общей линии в приборе часто велик по сравнению с рабочим объемом проточного канала. Часто рабочий объем общей линии, внешней по отношению к проточной ячейке, в два или более раз превышает рабочий объем самой проточной ячейки, причем обе они могут промываться для достижения значений эффективности промывания, применяемых для последующих химических реакций.

Помимо этого, путь потока через внешнюю общую линию и путь потока через проточный канал проточной ячейки часто находятся не в одной и той же плоскости. Например, общая линия может включать в себя фитинги, коллекторы, уровни, материалы и т.п., вызывающие резкие изгибы пути потока (например, под прямыми или большими углами) для подсоединения к проточной ячейке и/или поворотному клапану. Также, в качестве примера, реагентные лунки часто располагаются на уровне, отличном от проточной ячейки внутри прибора, а внешняя общая линия часто может делать поправку на эту разницу.

Эти изменения уровня и резкие изгибы часто могут способствовать образованию зон значительно более медленного потока (в данном документе - мертвых зон) по сравнению с потоком реагента через большую часть пути потока. Мертвые зоны могут быть зонами медленно движущегося ламинарного потока, водоворотов или завихрений, которые могут захватывать реагент и затруднять его вымывание. Эти мертвые зоны в некоторых случаях могут требовать значительной величины объема промывающего реагента для вымывания ранее расположенного реагента, который остается после предыдущей химической реакции (например, остаточный реагент), будучи захваченным в этих мертвых зонах. Кроме того, фитинги и другие механические соединения между общей линией и поворотным клапаном или между общей линией и проточной ячейкой могут также способствовать возникновению дополнительных мертвых зон, который могут увеличивать объем промывочного реагента, используемого для достижения определенной эффективности промывания.

Раскрытие сущности изобретения

В настоящем описании изобретения представлены примеры устройства и способа уменьшения, по сравнению с предшествующим уровнем техники, объема потока реагента (т.е. полного промывочного объема), применяемого для промывки проточной ячейки и достижения предварительно заданного уровня концентрации реагента (т.е. эффективности промывания) в проточном канале проточной ячейки. Более конкретно, в настоящем описании изобретения представлены примеры проточной ячейки, причем проточный канал имеет секцию детектирования (обнаружения) и коллекторную секцию, встроенные в него. Секция детектирования представляет собой зону проточного канала, в которой выполняются химические реакции между аналитами и различными реагентами. Коллекторная секция обеспечивает зону внутренней общей линии для потоков реагентов перед поступлением в секцию детектирования.

В настоящем описании изобретения представлены примеры, в которых коллекторная секция мала по сравнению с секцией детектирования, чтобы уменьшить полный промывочный объем, используемый для достижения определенной эффективности промывания. В настоящем описании изобретения представлены примеры, в которых коллекторная секция и секция детектирования находятся в одной и той же плоскости или являются планарными, чтобы способствовать сокращению мертвых зон потока реагента. Кроме того, в настоящем описании изобретения представлены примеры коллекторной секции, имеющей места соединения путей потока реагентов, образованные исключительно под острыми углами, также чтобы способствовать сокращению мертвых зон потока реагента.

Проточная ячейка в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения включает в себя множество впускных отверстий, имеющих такие размеры, чтобы обеспечить возможность приема потока реагента из одного из множества реагентов в проточную ячейку. Выпускное отверстие проточной ячейки имеет такие размеры, чтобы обеспечить возможность выпускания каждого потока реагента из проточной ячейки. Проточный канал проточной ячейки расположен между каждым впускным отверстием и выпускным отверстием и сообщается с ними по текучей среде. Проточный канал включает в себя коллекторную секцию и секцию детектирования. Коллекторная секция имеет множество ответвлений коллектора, сообщающихся по текучей среде с общей линией, причем каждое ответвление соединено с одним из каждого впускного отверстия. Секция детектирования сообщается по текучей среде с общей линией и выпускным отверстием. Секция детектирования выполнена с возможностью осуществления множества различных химических реакций между множеством реагентов и аналитами, расположенными в секции детектирования.

Прибор в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения включает в себя множество реагентных лунок. Каждая реагентная лунка выполнена с возможностью вмещения в себя реагента из множества реагентов, расположенных в ней. Множество клапанов прибора сообщаются по текучей среде с одной из каждой реагентной лунки. Каждый клапан выполнен с возможностью управления потоком реагента из реагентной лунки, с которой клапан сообщается по текучей среде. Проточная ячейка расположена внутри прибора. Проточная ячейка включает в себя множество впускных отверстий, выпускное отверстие и проточный канал, расположенный между ними. Каждое впускное отверстие сообщается по текучей среде с одним из каждого клапана, и каждое впускное отверстие имеет такие размеры, чтобы обеспечить возможность приема одного из каждого потока реагента. Выпускное отверстие имеет такие размеры, чтобы обеспечить возможность выпускания каждого потока реагента из проточной ячейки. Проточный канал сообщается по текучей среде с каждым впускным отверстием и выпускным отверстием. Проточный канал включает в себя коллекторную секцию и секцию детектирования. Коллекторная секция имеет множество ответвлений коллектора, сообщающихся по текучей среде с общей линией, причем каждое ответвление соединено с впускным отверстием. Секция детектирования сообщается по текучей среде с общей линией и выпускным отверстием. Секция детектирования выполнена с возможностью осуществления множества различных химических реакций между множеством реагентов и аналитами, расположенными в секции детектирования.

Способ в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения включает в себя подсоединение проточной ячейки к прибору. Проточная ячейка включает в себя множество впускных отверстий, выпускное отверстие и проточный канал, сообщающиеся между собой по текучей среде. Проточный канал включает в себя коллекторную секцию и секцию детектирования. Первый клапан из множества клапанов прибора приводится в действие для выбора первого реагента из множества реагентов. Каждый реагент расположен в соответствующей реагентной лунке прибора. Первый реагент прокачивают через первое впускное отверстие из множества впускных отверстий и через проточный канал проточной ячейки. Первую химическую реакцию осуществляют между первым реагентом и аналитами, расположенными в секции детектирования проточного канала. По меньшей мере часть первого реагента останется в проточном канале в качестве остаточного реагента после завершения первой химической реакции. Последующий клапан из множества клапанов приводится в действие для выбора последующего реагента из множества реагентов. Последующий реагент прокачивают через последующее впускное отверстие из множества впускных отверстий и через проточный канал для вымывания остаточного реагента из проточного канала. Остаточный реагент вымывают таким образом, чтобы концентрация по меньшей мере около 99,95 процентов последующего реагента, расположенного в секции детектирования, достигалась в полном промывочном объеме последующего реагента, который равен рабочему объему проточного канала, увеличенному в 2,5 раза или меньше.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет более полно понято из следующего подробного описания вместе с прилагаемыми чертежами.

На ФИГ. 1А показан пример вида в аксонометрии проточной ячейки, имеющей проточный канал, причем проточный канал включает в себя коллекторную секцию и секцию детектирования в соответствии с аспектами, раскрытыми в настоящем документе.

На ФИГ. 1В показан пример вида спереди проточной ячейки, представленной на ФИГ. 1А, в соответствии с аспектами, раскрытыми в настоящем документе.

На ФИГ. 2 показан пример вида в поперечном сечении проточной ячейки, представленной на ФИГ. 1В, взятого вдоль линии 2-2 в соответствии с аспектами, раскрытыми в настоящем документе.

На ФИГ. 3 показан пример увеличенного вида коллекторной секции, представленной на ФИГ. 2, в соответствии с аспектами, раскрытыми в настоящем документе.

На ФИГ. 4 показан пример различных графиков эффективности промывания в зависимости от коэффициентов промывания в соответствии с аспектами, раскрытыми в настоящем документе.

На ФИГ. 5 показан пример принципиальной схемы картриджа прибора, содержащего проточную ячейку, представленную на ФИГ. 2, в соответствии с аспектами, раскрытыми в настоящем документе.

На ФИГ. 6 показан пример структурной схемы прибора, содержащего картридж, представленный на ФИГ. 5, в соответствии с аспектами, раскрытыми в настоящем документе.

На ФИГ. 7 показан пример блок-схемы способа осуществления последовательности экспериментов с использованием проточной ячейки в соответствии с аспектами, раскрытыми в настоящем документе.

Осуществление изобретения

Ниже описаны некоторые примеры, чтобы обеспечить общее понимание принципов структуры, назначения, изготовления и использования способов, систем и устройств, раскрытых в настоящем документе. Один или более примеров иллюстрируются прилагаемыми чертежами. Специалистам в данной области техники понятно, что способы, системы и устройства, конкретно раскрытые в настоящем документе и изображенные на прилагаемых чертежах, представляют собой неограничивающие примеры, и что объем раскрытия настоящего изобретения определяется исключительно формулой изобретения. Признаки, изображенные или раскрытые в связи с одним примером, могут объединяться с признаками других примеров. Такие модификации и изменения предназначены для включения в объем раскрытия настоящего изобретения.

Термины «по существу», «приблизительно», «около», «относительно» или другие тому подобные термины, которые могут использоваться в настоящем описании, включая формулу изобретения, применяются для описания и учета небольших отклонений, например, вызванных изменениями в обработке, от эталона или параметра. Такие небольшие отклонения включают в себя также нулевое отклонение от эталона или параметра. Например, они могут относиться к величине, меньшей или равной ±10%, например, меньшей или равной ±5%, например, меньшей или равной ±2%, например, меньшей или равной ±1%, например, меньшей или равной ±0,5%, например, меньшей или равной ±0,2%, например, меньшей или равной ±0,1%, например, меньшей или равной ±0,05%.

Эффективность промывания в контексте данного документа представляет собой объемную процентную концентрацию промывающего реагента, который остается в зоне проточного канала, где находятся аналиты после операции промывания. Часто желаемая эффективность промывания, которой необходимо достичь, находится в диапазоне от 96% до 100% концентрации промывающего реагента в проточном канале в зависимости от параметров подлежащей выполнению химической реакции.

Рабочий объем в контексте данного документа представляет собой внутренний объем компонента в пределах пути потока реагента. Таким образом, рабочий объем проточного канала представляет собой полный внутренний объем проточного канала проточной ячейки. Также, коэффициент промывания в контексте данного документа представляет собой объем реагента, промываемого через компонент, выраженный в единицах рабочего объема этого компонента. Таким образом, полный промывочный объем представляет собой рабочий объем, умноженный на коэффициент промывания.

Таким образом, например, если для достижения предварительно заданной эффективности промывания требуется, чтобы через проточный канал промывался реагент, объем которого в 10 раз превышает рабочий объем проточного канала, коэффициент промывания реагента для достижения этой эффективности промывания равен 10 (или 10 в единицах рабочего объема). Кроме того, если этот проточный канал имеет рабочий объем 5 микролитров, полный промывочный объем для достижения этой эффективности промывания равен 50 микролитрам (т.е. 5 микролитрам (рабочий объем) × 10 (коэффициент промывания).

На ФИГ. 1А-4 изображены различные примеры проточной ячейки в соответствии с аспектами, раскрытыми в настоящем документе. На ФИГ. 5-6 изображены различные примеры прибора в соответствии с аспектами, раскрытыми в настоящем документе. На ФИГ. 7 изображены различные примеры способа в соответствии с аспектами, раскрытыми в настоящем документе.

На ФИГ. 1А и 1В показаны вид в аксонометрии (ФИГ. 1 А) и вид спереди (ФИГ. 1В) проточной ячейки 100, имеющей проточный канал 102. Проточный канал 102 включает в себя коллекторную секцию 104 и секцию 106 детектирования (лучше всего видны на ФИГ. 2) в соответствии с аспектами, раскрытыми в настоящем документе. Коллекторная секция 104 и секция 106 детектирования соединены в единое целое и сообщаются по текучей среде внутри проточной ячейки 100.

Проточная ячейка 100 на ФИГ. 1А и 1В также включает в себя верхний слой 108, определяющий верхнюю поверхность 116 проточного канала 102, и нижний слой 110, определяющий нижнюю поверхность 118 проточного канала 102. Промежуточный слой 112 расположен между верхним слоем 108 и нижним слоем 110. Промежуточный слой 112 определяет геометрию проточного канала 102.

Верхний, нижний и промежуточный слои 108, 110, 112 могут быть выполнены из стекла, кремния, полимера или другого материала, способного отвечать требованиям применения любого из слоев 108, 110 и 112. Примерами полимера, который может быть использован в любом из трех слоев 108, 110 и 112, служат поликарбонат, полиметилметакрилат, полиимид, полиэтилентерефталат, полиэфир, циклоолефиновый сополимер (ЦОСП) и циклоолефиновый полимер (ЦОП). ЦОСП и ЦОП являются примерами оптически чистых полимеров, которые часто применяют в верхних и нижних слоях 108, 110. Три слоя 108, 110, 112 могут состоять из одних и тех же материалов или из разных материалов.

Три слоя 108, 110, 112 могут быть скреплены при помощи различных адгезивов, таких как адгезивы, чувствительные к давлению или активируемые при нагревании. Кроме того, слои 108, 110, 112 могут быть скреплены термически или посредством лазерной сварки.

Промежуточный слой 112 изображен на ФИГ. 1А и 1В в качестве единственного слоя. Однако промежуточный слой 112 может представлять собой пакет слоев, скрепленных для формирования геометрии проточного канала 102. Помимо этого, при наличии пакета слоев, коллекторная секция 104 может быть выполнена с высотой, отличной от высоты секции 106 детектирования. Например, промежуточный слой 112 может состоять из пакета из 6 слоев, причем нижние три слоя пакета образуют коллекторную секцию, а весь пакет из 6 слоев образует секцию детектирования.

Проточный канал 102 проточной ячейки 100 включает в себя высоту 114 зазора. Высота 114 зазора определяется расстоянием между нижней поверхностью 118 проточного канала и верхней поверхностью 116 проточного канала. Высота 114 зазора, как показано на ФИГ. 1А и 1В, является по существу постоянной на всем протяжении проточного канала 102. В качестве примера, высота 114 зазора в некоторых проточных каналах 102 может находиться в диапазоне от приблизительно 10 микрон до приблизительно 100 микрон. Например, высота 114 зазора может составлять приблизительно 10 микрон, приблизительно 20 микрон, приблизительно 50 микрон, приблизительно 60 микрон и приблизительно 100 микрон.

На ФИГ. 2 показан вид в поперечном сечении проточной ячейки 100, представленной на ФИГ. 1В, взятого вдоль линии 2-2 в соответствии с аспектами, раскрытыми в настоящем документе. Проточная ячейка 100 включает в себя множество впускных отверстий 120, 122, 124, 126, 128, 130 (далее - 120-130) и по меньшей мере одно выпускное отверстие 132, причем проточный канал 102 расположен между ними.

Каждое впускное отверстие 120-130 имеет такие размеры, чтобы обеспечить возможность приема потока (или пути потока) реагента (пути потока представлены стрелками 134, 136, 138, 140, 142, 144 (далее - 134-144) из одного из множества реагентов 146, 148, 150, 152, 154, 156 (далее - 146-156) (лучше всего видны на ФИГ. 5) в проточную ячейку 100. Выпускное отверстие 132 имеет такие размеры, чтобы обеспечить возможность выпускания каждого пути 134-144 потока реагента из проточной ячейки 100.

Проточный канал 102 расположен между каждым впускным отверстием 120-130 и выпускным отверстием 132 и сообщается с ними по текучей среде. Проточный канал 102 включает в себя коллекторную секцию 104 и секцию 106 детектирования, которые соединены в единое целое и сообщаются по текучей среде друг с другом.

Коллекторная секция 104 имеет множество ответвлений 160, 162, 164, 166, 168, 170 (далее - 160-170) коллектора, сообщающихся по текучей среде с общей линией 172. Каждое ответвление (160-170) соответствующим образом соединено с одним из каждого впускного отверстия (120-130). Секция 106 детектирования сообщается по текучей среде с общей линией 172 и выпускным отверстием 132. Секция 106 детектирования выполнена с возможностью осуществления множества различных химических реакций между множеством реагентов 146-156 и аналитов (не показаны), расположенных в секции 106 детектирования. Аналиты могут представлять собой сегменты ДНК, олигонуклеотиды, другие цепи нуклеиновых кислот и т.п.

Нижняя поверхность 118 проточного канала 102 фактически представляет собой верхнюю поверхность нижнего слоя 110 проточной ячейки 100. Нанолунки (не показаны) могут быть сформированы в виде выемок в нижней поверхности 118 для захвата аналитов. В альтернативном варианте осуществления нижняя поверхность 118 может быть выполнена с покрытием при помощи поверхностной обработки для захвата аналитов. Также, для захвата аналитов может применяться комбинация нанолунок и поверхностной обработки.

Реагенты 146-156 могут использоваться для выполнения большого количества различных контролируемых химических реакций на аналитах, расположенных внутри секции 106 детектирования. Например, по путям 134-144 потока каждого реагента 146-156 можно доставлять идентифицируемую метку (такую как флуоресцентно-меченая молекула нуклеотида и т.п.), которая может использоваться для мечения аналитов. После этого возбуждающий свет может излучаться через верхний слой 108 на аналиты, заставляя флуоресцентные метки, которыми помечены аналиты, флуоресцировать, испуская фотоны света. Испускаемые фотоны света могут быть детектированы модулем 266 детектирования прибора 200 (лучше всего виден на ФИГ. 6) в процессе детектирования. (Следует отметить, что в данном конкретном примере модуль 266 детектирования представляет собой модуль получения изображения, используемый в процессе получения изображения). Электронная схема устройства внутри прибора 200 может затем обрабатывать и передавать сигналы данных, полученные от этих детектированных фотонов. Сигналы данных могут затем подвергаться анализу для выявления свойств аналитов.

Хотя модуль 266 детектирования изображен в данном примере как модуль получения изображения, используемый для детектирования фотонов света, для детектирования других видов детектируемых свойств, относящихся к аналитам, могут применяться и другие виды модулей и схем детектирования. Например, детектируемые свойства, относящиеся к аналитам, могут включать в себя электрические заряды, магнитные поля, электрохимические свойства, изменения рН и т.п. Кроме того, модуль 266 детектирования может, без ограничения, включать в себя сенсорные устройства, которые могут встроены в проточную ячейку 100, установлены в приборе снаружи по отношению к проточной ячейке 100, или представлять собой их комбинацию.

На ФИГ. 3 показан увеличенный вид коллекторной секции 104, представленной на ФИГ. 2, в соответствии с аспектами, раскрытыми в настоящем документе. Предпочтительно, коллекторная секция 104 имеет объем и геометрию, которые значительно уменьшают, по сравнению с уже существующими методами, количество потока реагента (т.е. полного промывочного объема), применяемого для промывки проточной ячейки 100 и достижения предварительно заданного уровня концентрации реагента (т.е. эффективности промывания) (лучше всего видно на графиках 180, 182 и 184 на ФИГ. 4) в проточном канале 102 проточной ячейки 100.

Один такой пример геометрии, уменьшающей коэффициент промывания для достижения желаемой эффективности промывания, заключается в способе, при помощи которого ответвления 160-170 коллектора соединяются с общей линией 172. Более конкретно, ответвления 160-170 коллектора коллекторной секции 104 сообщаются по текучей среде с общей линией 172 через множество тройниковых соединений 174, направляющих каждый путь 134-144 потока или реагент через общую линию 172 в секцию 106 детектирования. В показанных вариантах реализации тройниковые соединения 174 образуют острые углы 176 между ответвлениями 160-170, которые содержат пути потока из множества путей 134-144 потока реагентов 146-156. В некоторых вариантах осуществления все тройниковые соединения 174 могут представлять собой только острые углы 176 или только некоторые из тройниковых соединений 174 могут образовывать острые углы 176.

Общая линия 172 изображена на ФИГ. 3 в виде единственной общей линии, которая осуществляет сообщение по текучей среде между ответвлениями 160-170 коллектора и секцией 106 детектирования. Однако общая линия 172 может также представлять собой множество общих линий, осуществляющих сообщение по текучей среде между ответвлениями 160-170 коллектора и секцией 106 детектирования проточного канала 102.

Благодаря формированию мест соединений 174 в виде острых углов 176 (т.е. углов, которые меньше 90 градусов), количество мертвых зон потока в каждом месте соединения можно уменьшить по сравнению с их количеством в предшествующем уровне техники. Иными словами, склонность путей 134-144 потока к образованию завихрений, водоворотов, зон медленного ламинарного потока и т.п. значительно снижается, поскольку имеется меньше резких изгибов, вокруг которых могут проходить пути потока. Поскольку промывание мертвых зон может быть затруднено, сокращение этих мертвых зон также уменьшает коэффициент промывания, используемый для достижения предварительно заданной эффективности промывания.

Другой пример геометрии, уменьшающей коэффициент промывания для достижения желаемой эффективности промывания, заключается в том, что коллекторная секция 104 и секция 106 детектирования проточного канала 102 находятся по существу в одной и той же плоскости или являются планарными. По этой причине в проточном канале 102 отсутствуют нарушения непрерывности или изменения уровня, которые могут быть причиной мертвых зон потока, таких как завихрения, водовороты и т.п.

Объем коллекторной секции 104 также способствует уменьшению коэффициента промывания и увеличению эффективности промывания, поскольку рабочий объем коллекторной секции 104 меньше, чем рабочий объем секции 106 детектирования. Более конкретно, в некоторых вариантах осуществления, коллекторная секция 104 может иметь рабочий объем, который по меньшей мере приблизительно в 10 раз меньше, чем рабочий объем секции 106 детектирования. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, коллекторная секция 104 может иметь рабочий объем, который по меньшей мере приблизительно в 20, 50 или 100 раз меньше, чем рабочий объем секции 106 детектирования. Благодаря небольшому рабочему объему коллекторной секции 104 меньше количество реагента, который необходимо вымывать, чтобы минимизировать, а в некоторых случаях даже полностью устранить перекрестную контаминацию реагентов.

Проточная ячейка 100 включает в себя множество впускных отверстий 120-130, причем каждое впускное отверстие 120-130 имеет такие размеры, чтобы обеспечить возможность приема пути 134-144 потока от одного из множества реагентов 146-156 в проточную ячейку 100. Поскольку во многих вариантах реализации каждое впускное отверстие 120-130 может принимать только один реагент 146-156, то пути 134-144 потоков реагентов могут располагаться отдельно, когда они являются внешними по отношению к проточной ячейке, и не иметь внешних общих линий, которые могут быть загрязнены другими реагентами. Другими словами, в приборе 200 (лучше всего виден на ФИГ. 5 и 6), который включает в себя проточную ячейку 100, коллекторная секция 104 проточного канала 102 может быть только одна общая зона в приборе 200, где различные пути 134-144 потока различных реагентов 146-156 направляют вместе перед втеканием в секцию 106 детектирования проточного канала 102.

Это означает, что только проточный канал 102 проточной ячейки 100, расположенной в приборе 200, может нуждаться в промывании для уменьшения, а в некоторых случаях полного устранения перекрестной контаминации реагентов, поскольку реагенты 146-156 имеют отдельные пути 134-144 потока, внешние по отношению к проточной ячейке 100. Это также означает, что коэффициент промывания, используемый для достижения предварительно заданной эффективности промывания для проточной ячейки 100, может быть таким же, как коэффициент промывания, используемый для прибора 200, включающего в себя проточную ячейку 100.

На ФИГ. 4 показаны различные графики 180, 182, 184 эффективности промывания в зависимости от коэффициентов промывания в соответствии с аспектами, раскрытыми в настоящем документе. Эффективность промывания в контексте данного документа представляет собой объемную процентную концентрацию промывающего реагента, который остается в зоне проточного канала, где находятся аналиты (такой как, например, секция детектирования) после операции промывания. Коэффициент промывания в контексте данного документа представляет собой объем реагента, промываемого через компонент, выраженный в единицах рабочего объема этого компонента.

Более конкретно, на ФИГ. 4 изображены три графика 180, 182, 184. График 180 представляет собой графическое изображение зависимости эффективности промывания от коэффициента промывания проточного канала 102 проточной ячейки 100 в соответствии с аспектами, раскрытыми в настоящем документе, причем высота 114 зазора составляет 100 микрометров, а расход промывающего реагента составляет 1500 микролитров в минуту. График 182 представляет собой графическое изображение зависимости эффективности промывания от коэффициента промывания проточного канала 102 проточной ячейки 100 в соответствии с аспектами, раскрытыми в настоящем документе, причем высота 114 зазора составляет 60 микрометров, а расход при промывании промывающим реагентом составляет 1500 микролитров в минуту. График 184 представляет собой графическое изображение зависимости эффективности промывания от коэффициента промывания проточного канала 102 проточной ячейки 100 в соответствии с аспектами, раскрытыми в настоящем документе, причем высота 114 зазора составляет 60 микрометров, а расход при промывании промывающим реагентом составляет 500 микролитров в минуту.

Из графиков 180, 182, 184 видно, что во всех случаях проточный канал 102 имеет такие рабочий объем и геометрию, что коэффициент промывания, используемый для достижения эффективности промывания, составляющей по меньшей мере приблизительно 99,95-процентную концентрацию реагента, расположенного в секции 106 детектирования, равен приблизительно 3 или меньше - например, приблизительно 2,5 или меньше, приблизительно 2,3 или меньше (в единицах рабочего объема). Кроме того, коэффициент промывания, равный 2,3, позволяет достигать эффективности промывания, составляющей по меньшей мере приблизительно 99,95% - например, по меньшей мере приблизительно 99,96%, по меньшей мере приблизительно 99,97%, по меньшей мере приблизительно 99,98%, по меньшей мере приблизительно 99,99%, по меньшей мере приблизительно 99,995%, или более высокой. Кроме того, коэффициент промывания, равный 2,5, позволяет достигать эффективности промывания, составляющей по меньшей мере приблизительно 99,95% - например, по меньшей мере приблизительно 99,96%, по меньшей мере приблизительно 99,97%, по меньшей мере приблизительно 99,98%, по меньшей мере приблизительно 99,99%, по меньшей мере приблизительно 99,995%, или более высокой. Кроме того, коэффициент промывания, равный 3,0, позволяет достигать эффективности промывания, составляющей по меньшей мере приблизительно 99,95% - например, по меньшей мере приблизительно 99,96%, по меньшей мере приблизительно 99,97%, по меньшей мере приблизительно 99,98%, по меньшей мере приблизительно 99,99%, по меньшей мере приблизительно 99,995%, или более высокой. Кроме того, коэффициент промывания, равный 2,0, позволяет достигать эффективности промывания, составляющей по меньшей мере приблизительно 99% - например, по меньшей мере приблизительно 99,1%, по меньшей мере приблизительно 99,2%, по меньшей мере приблизительно 99,3%, по меньшей мере приблизительно 99,4%, по меньшей мере приблизительно 99,5%, или более высокой. В сравнении с этим, во многих случаях уже существующие проточные каналы могут характеризоваться коэффициентами промывания, составляющими 4-5 единиц рабочего объема уже существующего проточного канала для достижения по меньшей мере приблизительно 99,95 процентов эффективности промывания.

Низкий коэффициент промывания (например, 2,5 или меньше) для достижения такой высокой эффективности промывания (например, 99,95 или больше) может быть обусловлен несколькими характеристиками проточной ячейки 100. Например, коллекторная секция 104 и секция 106 детектирования представляют собой составляющую часть проточного канала 102 внутри проточной ячейки 100 и находятся в одной и той же плоскости или являются планарными. Кроме того, в качестве примера, каждое впускное отверстие 120-130 проточной ячейки 100 может принимать только один реагент 146-156 так, чтобы пути 134-144 потоков реагентов не были направлены по совместному маршруту до коллекторной секции 104. Помимо этого, в качестве примера, ответвления 160-170 коллектора коллекторной секции 104 могут образовывать острые углы в местах соединений 174. Также в качестве примера, коллекторная секция 104 имеет рабочий объем, который по меньшей мере приблизительно в 10 раз меньше, чем рабочий объем секции 106 детектирования.

Кроме того, поскольку для каждого реагента 146-156 имеется только одно впускное отверстие 120-130, реагенты могут располагаться отдельно в приборе 200 (лучше всего виден на ФИГ. 5 и 6), включающем в себя проточную ячейку 100. Соответственно, коллекторная секция 104 проточного канала 102 включает в себя единственную общую зону в приборе 200, где различные пути 134-144 потока различных реагентов 146-156 направляются вместе перед втеканием в секцию 106 детектирования проточного канала 102.

В связи с этим графики 180, 182, 184 для проточной ячейки 100 могут оставаться по существу неизменными независимо от типов соединений по текучей среде, используемых прибором 200 для соединения реагентов 146-156 с проточной ячейкой 100. Например, соединения по текучей среде между реагентными лунками и проточной ячейкой 100 могут быть выполнены жестко при помощи металлических трубок, которые являются по существу прямыми и ровными, или соединения могут быть выполнены при помощи трубок, изогнутых в соответствии с различными уровнями между реагентными лунками и проточной ячейкой 100.

На ФИГ. 5 показан пример принципиальной схемы картриджа 202 и прибора 200, причем картридж 202 содержит проточную ячейку 100 в соответствии с аспектами, раскрытыми в настоящем документе. В данном конкретном примере прибор 200 представляет собой прибор для секвенирования на основе картриджа, причем картридж 202 прибора 200 для секвенирования включает в себя проточную ячейку 100 и различные компоненты для управления реагентами. Кроме того, картридж 202 может быть выполнен с возможностью отсоединения от прибора 200 в качестве модуля, а проточная ячейка 100 может быть или не быть выполнена с возможностью отсоединения от картриджа 202.

Однако проточную ячейку 100 и детали для управления реагентами не нужно сопрягать с прибором 200 при посредстве картриджа 202. Напротив, они могут быть автономными компонентами, устанавливаемыми отдельно в приборе 200. Кроме того, компоненты для управления реагентами могут не быть отсоединяемыми по отдельности от прибора, тогда как проточная ячейка 100 может быть выполнена с возможностью отсоединения от прибора.

Картридж 200 прибора 200 включает в себя множество реагентных лунок 204, 206, 208, 210, 212, 214 (далее - 204-214), причем каждая реагентная лунка выполнена с возможностью вмещения в себя реагента из множества реагентов 146, 148, 150, 152, 152, 156, расположенных в ней. Множество луночных каналов 216, 218, 220, 222, 224, 226 (далее - 216-226) проходят от каждой соответствующей реагентной лунки 204-214 к соответствующему впускному отверстию 120-130 проточной ячейки 100, причем каждое впускное отверстие сообщается по текучей среде только с одним реагентом 146-156.

Реагенты 146-156 могут быть любыми из нескольких типов или комбинаций реагентов в зависимости от типа и последовательности химических реакций, подлежащих выполнению в проточной ячейке. Например, реагенты 146-156 могут относиться к следующим типам:

• реагент 146 может представлять собой встраивающую смесь, которая является смесью химических веществ, встраивающей флуоресцентно-меченые нуклеотиды в нити ДНК;

• реагент 148 может представлять собой сканирующую смесь, которая является смесью химических веществ, стабилизирующей нити ДНК в процессе детектирования;

• реагент 150 может представлять собой отщепляющую смесь, которая является смесью химических веществ, ферментативным путем отщепляющей флуоресцентно-меченые нуклеотиды от нитей ДНК;

• реагент 152 может представлять собой первый промывочный буфер, который является смесью реагентов для промывки, удаляющих активные реагенты из проточной ячейки;

• реагент 154 может представлять собой второй промывочный буфер, который является другой смесью реагентов для промывки, удаляющих активные реагенты из проточной ячейки;

• реагент 156 может представлять собой воздух.

Картридж также включает в себя множество клапанов 228, 230, 232, 234, 236, 238 (далее - 228-238), расположенных в луночных каналах 216-226. Каждый клапан 228-238 сообщается по текучей среде с одной из каждой реагентной лунки 204-214. Каждый клапан 228-238 выполнен с возможностью управления путем 134, 136, 138, 140, 142, 144 потока реагента из реагентной лунки 204-214, с которой клапан 228-238 сообщается по текучей среде. В конкретном примере, показанном на ФИГ. 5, клапаны представляют собой пережимные клапаны. Однако могут также применяться и другие типы клапанов, например, электромагнитные клапаны, шаровые клапаны и т.п. В конкретной конфигурации на ФИГ. 5 прибор 200 не включает в себя поворотный клапан, который выбирал бы различные реагенты 146-156 и объединял пути 133-144 потоков реагентов в общую линию перед поступлением в проточную ячейку 100.

Проточная ячейка 100 расположена внутри прибора 200 и может быть или не быть выполнена с возможностью отсоединения от картриджа 202. Кроме того, проточная ячейка 100 может также быть выполнена с возможностью отсоединения от прибора 200, если картридж 202 не использовался.

Проточная ячейка 100 включает в себя множество впускных отверстий 120, 122, 124, 126, 128, 130 и выпускное отверстие 132. Каждое впускное отверстие 120-130 сообщается по текучей среде с соответствующим клапаном 228-238 по соответствующему луночному каналу 216-226. Каждое впускное отверстие 120-130 имеет такие размеры, чтобы обеспечить возможность приема одного из каждого пути 134-144 потока реагента соответственно. Луночные каналы 216-226 могут быть выполнены в разнообразных конфигурациях. Например, луночные каналы 216-226 могут представлять собой преимущественно металлические трубки, жестко соединяющие реагентные лунки 204-214 с впускными отверстиями 120-130. В альтернативном варианте осуществления луночные каналы 216-226 могут представлять собой пластмассовые трубки, соединяющие реагентные лунки 204-214 с впускными отверстиями 120-130. Выпускное отверстие 132 проточной ячейки 100 имеет такие размеры, чтобы обеспечить возможность выпускания каждого пути 134-144 потока реагента из проточной ячейки 100.

Проточная ячейка 100 включает в себя проточный канал 102, расположенный между каждым впускным отверстием 120-130 и выпускным отверстием 132 и сообщающийся с ними по текучей среде. Проточный канал 102 включает в себя коллекторную секцию 104 и секцию 106 детектирования.

Коллекторная секция 104 имеет множество ответвлений 160, 162, 164, 166, 168, 170 коллектора, сообщающихся по текучей среде с общей линией 172. Каждое ответвление 160-170 соответствующим образом соединено с одним из каждого впускного отверстия 120-130.

Секция 106 детектирования сообщается по текучей среде с общей линией 172 и выпускным отверстием 132. Секция 106 детектирования выполнена с возможностью осуществления множества различных химических реакций между множеством реагентов 146-156 и аналитами, расположенными в секции 106 детектирования.

Пути 134-144 потоков реагентов располагаются отдельно друг от друга, пока не поступят в проточную ячейку 100. В связи с этим коллекторная секция 104 проточного канала 102 включает в себя единственную общую зону в приборе 200, где различные пути 134-144 потока различных реагентов 146-156 направляют вместе перед втеканием в секцию 106 детектирования проточного канала 102. Соответственно, только проточный канал 102 необходимо промывать, чтобы минимизировать, а в некоторых случаях даже полностью устранить перекрестную контаминацию реагентов между химическими реакциями. Это помогает уменьшить коэффициент промывания и, таким образом, полный промывочный объем промывающего реагента, используемого для достижения предварительно заданного уровня концентрации промытого реагента (эффективности промывания) в проточном канале 102.

Помимо этого, снаружи от проточной ячейки 100, где пути 134-144 потоков реагентов располагаются отдельно друг от друга, пути потоков реагентов могут протекать более чем через один уровень. Например, реагентные ячейки 146-156 могут располагаться внутри прибора 200 на более высоком уровне, чем проточная ячейка 100. Однако внутри проточной ячейки 100, где пути 134-144 потоков реагентов могут сливаться, коллекторная секция 104 и секция 106 детектирования проточного канала 102 находятся по существу в одной и той же плоскости или являются планарными. Это способствует сокращению потенциальных мертвых зон внутри проточного канала 102 и, таким образом, также помогает уменьшить коэффициент промывания, используемый для достижения предварительно заданной эффективности промывания.

Выпускное отверстие 132 проточной ячейки 100 сообщается по текучей среде с первым пережимным клапаном 240 насоса. Первый пережимной клапан 240 насоса сообщается по текучей среде со вторым пережимным клапаном 242 насоса.

Встроенный насос 244 (такой как шприцевой насос, или аналогичный) также расположен на картридже 202. Несмотря на то, что встроенный насос 244 может принадлежать к другим типам насосов, в настоящем документе он будет называться шприцевым насосом 244. Шприцевой насос 244 подсоединен по тройниковой схеме между первым пережимным клапаном 240 насоса и вторым пережимным клапаном 242 насоса. Как первый пережимной клапан 240 насоса, так и второй пережимной клапан 242 насоса открывается и закрывается прибором 200, чтобы присоединять или отсоединять шприцевой насос 244 от проточной ячейки 100.

Шприцевой насос 244 включает в себя плунжер 246 с возвратно-поступательным движением, расположенный в цилиндре 248, имеющем цилиндрический канал 250. Плунжер 246 вводят внутрь цилиндрического канала 250 с образованием уплотнения плунжерно-цилиндровой пары. Плунжер 246 приводится в движение прибором 200, чтобы совершать возвратно-поступательное движение внутри цилиндрического канала 250 и перекачивать реагент из реагентных лунок 204-214 в бак 252 для отходов.

На ФИГ. 6 показана структурная схема прибора 200, содержащего выполненный с возможностью отсоединения картридж 202, представленный на ФИГ. 5, в соответствии с аспектами, раскрытыми в настоящем документе. Прибор 200 включает в себя док-станцию 260 для вставки картриджа 202. Различные электрические и механические узлы внутри прибора 200 взаимодействуют с картриджем 202 для управления картриджем 202 во время операций секвенирования, выполняемых прибором 200.

Прибор 200 может включать в себя, помимо прочего, один или более процессоров 262, которые должны выполнять команды программы, хранящейся в запоминающем устройстве 264, для осуществления операций секвенирования. Процессоры 262 осуществляют электронную связь, помимо прочего, с модулем 266 детектирования, узлом 268 привода шприцевого насоса и узлом 270 привода пережимных клапанов.

Предусмотрен пользовательский интерфейс 272, позволяющий пользователям управлять и контролировать работу прибора 200. Интерфейс 274 связи передает данные и другую информацию между прибором 200 и удаленными компьютерами, сетями и т.п.

Узел 268 привода шприцевого насоса включает в себя двигатель 276 шприцевого насоса, соединенный с выдвижным валом 278. Выдвижной вал 278 приводится в движение двигателем 276 шприцевого насоса между выдвинутым и втянутым положениями, чтобы перемещать плунжер 246 возвратно-поступательно внутри цилиндрического канала 250 цилиндра 248 на шприцевом насосе 244.

Узел 270 привода пережимных клапанов включает в себя набор из восьми пневматически приводимых в действие двигателей 280 пережимных клапанов. Шесть из приводных двигателей 280 пережимных клапанов механически соединены с пережимными клапанами 228-238. Два из приводных двигателей 280 пережимных клапанов механически соединены с первым и вторым пережимными клапанами 240, 242 насоса. Приводные двигатели 280 пережимных клапанов могут использовать давление воздуха, чтобы сжимать или разжимать эластичную центральную часть пережимных клапанов 228-238, 240, 242 для пневматического открытия и закрытия пережимных клапанов. В альтернативном варианте осуществления приводные двигатели 280 пережимных клапанов могут иметь электрический привод.

Модуль 266 детектирования содержит все камеры и фотоприемные датчики, позволяющие детектировать фотоны света, испускаемые из аналитов в проточной ячейке 100. Электронная схема устройства (не показана) внутри прибора 200 может затем обрабатывать и передавать сигналы данных, полученные из этих детектированных фотонов. Сигналы данных могут затем подвергаться анализу для выявления свойств аналитов.

На ФИГ. 7 показан пример способа выполнения последовательности экспериментов с использованием проточной ячейки 100 в соответствии с аспектами, раскрытыми в настоящем документе. В способе используется прибор 200, имеющий проточную ячейку 100. Прибор 200 включает в себя множество реагентных лунок 204-214, содержащих множество реагентов 146-156. Каждая реагентная лунка 204-214 сообщается по текучей среде с единственным впускным отверстием из множества впускных отверстий 120-130 на проточной ячейке 100 так, чтобы пути 134-144 потоков реагентов не сливались, пока не поступят в проточную ячейку 100. Проточная ячейка 100 включает в себя проточный канал 102, имеющий коллекторную секцию 104, соединенную в единое целое с секцией 106 детектирования. Коллекторная секция 104 принимает реагенты 146-156 и направляет их через общую линию 172 в секцию 106 детектирования. Аналиты расположены в секции 106 детектирования, причем между аналитами и реагентами 146-156 выполняется множество химических реакций. Благодаря геометрии прибора 200 и проточной ячейки 100, коэффициент промывания (в единицах рабочего объема) и, таким образом, величина потока реагента (т.е. полный промывочный объем), используемого для промывки проточной ячейки 100 и достижения предварительно заданного уровня концентрации реагента (т.е. эффективности промывания) в проточном канале 102 проточной ячейки 100 уменьшается по сравнению с проточными ячейками предшествующего уровня техники.

Способ начинается (на этапе 300) путем подсоединения проточной ячейки 100 к прибору 200. Проточная ячейка 100 включает в себя множество впускных отверстий 120-130, выпускное отверстие 132 и проточный канал 102, сообщающиеся между собой по текучей среде. Проточный канал 102 включает в себя коллекторную секцию 104 и секцию 106 детектирования. Некоторыми геометрическими и архитектурными характеристиками проточной ячейки 100 и прибора 200, уменьшающими коэффициент промывания и увеличивающими эффективность промывания, являются следующие:

• коллекторная секция 104 и секция 106 детектирования могут находиться в одной и той же плоскости;

• рабочий объем коллекторной секции 104 может быть по меньшей мере приблизительно в 10 раз меньше, чем рабочий объем секции 106 детектирования;

• ответвления 160-170 коллектора коллекторной секции 104 могут образовывать острые углы в местах соединений 174;

• каждое впускное отверстие 120-130 может принимать один реагент 146-156, протекающий по одному пути 134-144 потока реагентов.

Коллекторная секция 104 проточного канала 102 может включать в себя единственную общую зону в приборе 200, где различные пути 134-144 потока различных реагентов 146-156 направляют вместе перед втеканием в секцию 106 детектирования проточного канала 102.

Выполнение способа продолжается (на этапе 302) посредством приведения в действие первого клапана из множества клапанов 228-238 прибора 200 для выбора первого реагента из множества реагентов 146-156. Каждый реагент расположен в реагентной лунке 204-214 прибора 200.

Выполнение способа продолжается (на этапе 304) посредством прокачивания первого реагента через первое впускное отверстие из множества впускных отверстий 120-130 и через проточный канал 102 проточной ячейки 100. Прокачивание может осуществляться при помощи разнообразных подходящих насосов. В примере, показанном на ФИГ. 5, насос представляет собой шприцевой насос 244.

Выполнение способа продолжается (на этапе 306) посредством выполнения первой химической реакции между первым реагентом и аналитами, расположенными в секции 106 детектирования проточного канала 102. После завершения первой химической реакции часть первого реагента останется в проточном канале в качестве остаточного реагента. Может оказаться необходимым вымыть этот остаточный реагент по меньшей мере из секции 106 детектирования проточного канала 102 в целях минимизации, а в некоторых случаях даже полного устранения перекрестной контаминации с другими реагентами из множества реагентов 146-156, используемых в предварительно заданной последовательности химических реакций.

Выполнение способа продолжается (на этапе 308) посредством приведения в действие последующего клапана из множества клапанов 228-238 для выбора последующего реагента из множества реагентов 146-156.

Выполнение способа продолжается (на этапе 310) посредством прокачивания последующего реагента через последующее впускное отверстие из множества впускных отверстий 120-130 и через проточный канал 102 для вымывания остаточного реагента из проточного канала 102 так, чтобы концентрация, составляющая по меньшей мере около 99,95 процента (т.е. эффективность промывания, составляющая по меньшей мере около 99,95 процента) последующего реагента, расположенного в секции 106 детектирования, достигалась в полном промывочном объеме последующего реагента, равном приблизительно 2,5 рабочего объема (т.е. коэффициент промывания составляет приблизительно 2,5) проточного канала 102 или меньше. Этот низкий коэффициент промывания, равный 2,5, и высокая эффективность промывания, равная 99,95 процентов, достигаются вследствие, по меньшей мере частично, характеристик, раскрытых выше (на этапе 300). В альтернативном варианте осуществления (на этапе 310), для некоторых последующих реагентов, в способе может использоваться коэффициент промывания, равный приблизительно 2,0 или меньше, для вымывания остаточного реагента из проточного канала 102 так, чтобы достигалась концентрация, составляющая по меньшей мере приблизительно 99 процентов (т.е. эффективность промывания, составляющая по меньшей мере приблизительно 99 процентов) последующего реагента.

Выполнение способа продолжается затем (на этапе 312) посредством выполнения последующей химической реакции между последующим реагентом и аналитами, расположенными в секции 106 детектирования после того, как была достигнута концентрация, составляющая по меньшей мере приблизительно 99,95 процента (или, в альтернативном варианте осуществления, для некоторых последующих реагентов, по меньшей мере приблизительно 99 процентов) последующего реагента, расположенного в секции 106 детектирования. После завершения последующей химической реакции часть последующего реагента останется в проточном канале в качестве остаточного реагента. Может оказаться необходимым вымыть этот остаточный реагент по меньшей мере из секции 106 детектирования проточного канала 102 в целях минимизации, а в некоторых случаях даже полного устранения перекрестной контаминации с другими реагентами из множества реагентов 146-156, используемых в предварительно заданной последовательности химических реакций.

Способ затем выполняется с помощью итераций (как показано на этапе 314) путем возвращения (к этапу 308) для повторения приведения в действие последующего клапана (этап 308), прокачивания последующего реагента (этап 310) и выполнения последующей химической реакции (этап 312) для предварительно заданной последовательности реагентов из множества реагентов 146-156 в предварительно заданной последовательности химических реакций.

При каждой итерации (этап 314) выполнение способа может продолжаться различными путями в зависимости от типа выбранного реагента. Более конкретно, выполнение способа может продолжаться на основе эффектов функционального характера, вызванных химическими реакциями между аналитами и различными реагентами.

Например, выполнение способа может продолжаться посредством встраивания флуоресцентно-меченых нуклеотидов в аналиты, включающие в себя нити ДНК (т.е. аналиты нитей ДНК). Это может достигаться при помощи встраивающей смеси, такой как реагент 146, или аналогичный.

Также, в качестве примера, выполнение способа может продолжаться посредством стабилизации аналитов нитей ДНК в процессе детектирования. Это может достигаться при помощи сканирующей смеси, такой как реагент 148, или аналогичный.

Также, в качестве примера, выполнение способа может продолжаться посредством ферментативного отщепления флуоресцентно-меченых нуклеотидов от аналитов нитей ДНК. Это может достигаться при помощи отщепляющей смеси, такой как реагент 150, или аналогичный.

Не каждый промывающий реагент потребует эффективности промывания около 99,95 процента или больше (или, в альтернативном варианте осуществления, для некоторых последующих реагентов, эффективности промывания около 99 процентов или больше) перед выполнением химической реакции между этим реагентом и аналитами, расположенными в проточном канале 102. Например, если в последовательности использовались два промывочных буферных реагента, для второго промывочного буфера может потребоваться эффективность промывания, составляющая только около 96 процентов или больше. Также, например, если реагент представляет собой воздух, который может использоваться для проведения запланированных испытаний на месте, эффективность промывания может составлять только около 96 процентов. Однако в любой данной последовательности реагентов большинство последующих реагентов скорее всего может потребовать эффективности промывания 99,95 процента или больше (или, в альтернативном варианте осуществления, для некоторых следующих реагентов, эффективности промывания около 99 процентов или больше). Это в особенности может иметь место, когда последующие реагенты не являются промывочными буферами или воздухом. Более конкретно, это может иметь место, когда последующие реагенты представляют собой одну из встраивающей смеси, отщепляющей смеси и сканирующей смеси.

Благодаря обеспечению возможности достижения значений эффективности промывания, составляющих по меньшей мере около 99,95 процента с коэффициентами промывания около 2,5 или меньше (или, в альтернативном варианте осуществления, для некоторых последующих реагентов, по меньшей мере около 99 процентов с коэффициентами промывания около 2,0 или меньше) (особенно для реагентов, не являющихся промывочными буферами или воздухом), потребление дорогостоящих реагентов уменьшается и время, затраченное на выполнение последовательности контролируемых химических реакций, значительно сокращается по сравнению с предшествующим уровнем техники. Благодаря обеспечению возможности достижения значений эффективности промывания, составляющих по меньшей мере около 99,95 процента с коэффициентами промывания около 2,5 или меньше (и в этом случае также, с реагентами, не являющимися промывочными буферами или воздухом), потребление таких дорогостоящих реагентов еще больше уменьшается и время, затраченное на выполнение последовательности контролируемых реакций, еще больше сокращается.

Следует понимать, что, как предполагается, все комбинации вышеописанных концепций и дополнительных концепций, подробнее рассмотренных ниже (при условии, что такие концепции не являются взаимно несовместимыми), являются частью объекта изобретения, раскрытого в настоящем документе. В частности, все комбинации заявленного объекта изобретения, появляющиеся в конце настоящего описания, рассматриваются как составляющие часть объекта изобретения, раскрытого в настоящем документе.

Хотя вышеприведенное описание было раскрыто со ссылкой на конкретные примеры, следует понимать, что могут быть внесены многочисленные изменения, не отступающие от существа и объема раскрытых идей изобретения. Соответственно, предполагается, что изобретение не ограничивается раскрытыми примерами, но обладает полным объемом, определяемым формулировками нижеследующей формулы изобретения.

Изобретение относится к микрожидкостным устройствам. Проточная ячейка содержит множество впускных отверстий, причем каждое впускное отверстие из множества впускных отверстий имеет такие размеры, чтобы обеспечить возможность приема потока реагента от соответствующего реагента из множества реагентов в проточную ячейку; выпускное отверстие, имеющее такие размеры, чтобы обеспечить возможность выпускания потока реагента из проточной ячейки; и проточный канал, расположенный между каждым впускным отверстием из множества впускных отверстий и выпускным отверстием и сообщающийся с ними по текучей среде, содержащий: коллекторную секцию, имеющую множество ответвлений коллектора, сообщающихся по текучей среде с общей линией, причем каждое ответвление коллектора из множества ответвлений коллектора соединено с соответствующим впускным отверстием из множества впускных отверстий, и секцию детектирования, сообщающуюся по текучей среде с общей линией и выпускным отверстием, причем секция детектирования выполнена с возможностью осуществления множества различных химических реакций между множеством реагентов и аналитами, расположенными в секции детектирования, причем множество ответвлений коллектора коллекторной секции имеет первую высоту, а секция детектирования имеет вторую высоту, из которых первая высота меньше второй высоты, при этом коллекторная секция имеет рабочий объем, который по меньшей мере приблизительно в 10 раз меньше, чем рабочий объем секции детектирования. Техническим результатом является увеличение эффективности промывания, уменьшение количества реагентов и сокращение времени на выполнение последовательности контролируемых реакций. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Проточная ячейка, содержащая:

множество впускных отверстий, причем каждое впускное отверстие из множества впускных отверстий имеет такие размеры, чтобы обеспечить возможность приема потока реагента от соответствующего реагента из множества реагентов в проточную ячейку;

выпускное отверстие, имеющее такие размеры, чтобы обеспечить возможность выпускания потока реагента из проточной ячейки;

и проточный канал, расположенный между каждым впускным отверстием из множества впускных отверстий и выпускным отверстием и сообщающийся с ними по текучей среде, содержащий:

коллекторную секцию, имеющую множество ответвлений коллектора, сообщающихся по текучей среде с общей линией, причем каждое ответвление коллектора из множества ответвлений коллектора соединено с соответствующим впускным отверстием из множества впускных отверстий,

и секцию детектирования, сообщающуюся по текучей среде с общей линией и выпускным отверстием, причем секция детектирования выполнена с возможностью осуществления множества различных химических реакций между множеством реагентов и аналитами, расположенными в секции детектирования,

причем множество ответвлений коллектора коллекторной секции имеет первую высоту, а секция детектирования имеет вторую высоту, из которых первая высота меньше второй высоты, при этом коллекторная секция имеет рабочий объем, который по меньшей мере приблизительно в 10 раз меньше, чем рабочий объем секции детектирования.

2. Проточная ячейка по п. 1, в которой коллекторная секция и секция детектирования проточного канала являются по существу планарными.

3. Проточная ячейка по п. 1, в которой множество ответвлений коллектора сообщаются по текучей среде с общей линией через множество тройниковых соединений, причем каждое из множества тройниковых соединений направляет соответствующий поток реагента через общую линию в секцию детектирования, при этом по меньшей мере одно тройниковое соединение образует острый угол между соответствующими ответвлениями коллектора.

4. Проточная ячейка по п. 1, в которой проточный канал имеет такие рабочий объем и геометрию, что коэффициент промывания, используемый для достижения эффективности промывания, составляющей по меньшей мере приблизительно 99,95-процентную концентрацию реагента, расположенного в секции детектирования, равен приблизительно 2,5 или меньше.

5. Проточная ячейка по п. 1, содержащая:

верхний слой, определяющий верхнюю поверхность проточного канала; нижний слой, определяющий нижнюю поверхность проточного канала; и промежуточный слой, определяющий геометрию проточного канала.

6. Проточная ячейка по п. 5, содержащая высоту зазора, определяемую расстоянием между нижней поверхностью проточного канала и верхней поверхностью проточного канала, причем высота зазора является по существу постоянной на всем протяжении проточного канала и находится в диапазоне от приблизительно 60 микрон до 100 микрон.

7. Проточная ячейка по п. 1, в которой проточный канал имеет такие рабочий объем и геометрию, что коэффициент промывания, используемый для достижения эффективности промывания, составляющей по меньшей мере приблизительно 99-процентную концентрацию реагента, расположенного в секции детектирования, равен приблизительно 2,0 или меньше.

8. Проточная ячейка по п. 1, в которой:

множество реагентов происходит из множества соответствующих реагентных лунок, расположенных в одном из картриджа или прибора, и

одно из картриджа или прибора содержит множество клапанов, внешних по отношению к проточной ячейке, причем каждый клапан расположен между соответствующей реагентной лункой из множества соответствующих реагентных лунок и соответствующим впускным отверстием из множества впускных отверстий так, что каждый клапан выполнен с возможностью управления потоком реагента от соответствующей реагентной лунки из множества соответствующих реагентных лунок.

9. Прибор, оснащенный проточной ячейкой, содержащий:

множество реагентных лунок, причем каждая реагентная лунка из множества реагентных лунок выполнена с возможностью вмещения в себя реагента;

множество клапанов, причем каждый клапан из множества клапанов сообщается по текучей среде с соответствующей реагентной лункой из множества реагентных лунок, и каждый клапан из множества клапанов выполнен с возможностью управления потоком реагента от соответствующей реагентной лунки из множества реагентных лунок;

и проточную ячейку, выполненную с возможностью соединения по текучей среде с прибором, причем проточная ячейка содержит:

множество впускных отверстий, причем каждое впускное отверстие сообщается по текучей среде с соответствующим клапаном из множества клапанов, при этом каждое впускное отверстие из множества впускных отверстий имеет такие размеры, чтобы обеспечить возможность приема потока реагента от соответствующей реагентной лунки из множества реагентных лунок;

выпускное отверстие, имеющее такие размеры, чтобы обеспечить возможность выпускания потока реагента из проточной ячейки;

и проточный канал, расположенный между каждым впускным отверстием из множества впускных отверстий и выпускным отверстием и сообщающийся с ними по текучей среде, содержащий:

коллекторную секцию, имеющую множество ответвлений коллектора, сообщающихся по текучей среде с общей линией, причем каждое ответвление соединено с впускным отверстием из множества впускных отверстий,

и секцию детектирования, сообщающуюся по текучей среде с общей линией и выпускным отверстием, причем секция детектирования выполнена с возможностью осуществления множества различных химических реакций между множеством реагентов и аналитами, расположенными в секции детектирования,

причем множество ответвлений коллектора коллекторной секции имеет первую высоту, а секция детектирования имеет вторую высоту, из которых первая высота меньше второй высоты, при этом коллекторная секция имеет рабочий объем, который по меньшей мере приблизительно в 10 раз меньше, чем рабочий объем секции детектирования.

10. Прибор по п. 9, в котором коллекторная секция проточного канала включает в себя единственную общую зону, в которой предусмотрено совместное направление путей потока реагентов перед втеканием в секцию детектирования проточного канала.

11. Прибор по п. 9, в котором коллекторная секция и секция детектирования проточного канала являются по существу планарными.

12. Прибор по п. 9, в котором множество ответвлений коллектора сообщаются по текучей среде с общей линией через множество тройниковых соединений, направляющих каждый поток реагента через общую линию в секцию детектирования, при этом тройниковые соединения образуют только острые углы между ответвлениями коллектора.

13. Прибор по п. 9, в котором проточный канал имеет такие рабочий объем и геометрию, что коэффициент промывания, используемый для достижения эффективности промывания, составляющей по меньшей мере приблизительно 99,95-процентную концентрацию реагента, расположенного в секции детектирования, равен приблизительно 2,5 или меньше.

14. Прибор по п. 11, содержащий:

верхний слой, определяющий верхнюю поверхность проточного канала;

нижний слой, определяющий нижнюю поверхность проточного канала;

промежуточный слой, определяющий геометрию проточного канала; и

высоту зазора, определяемую расстоянием между нижней поверхностью проточного канала и верхней поверхностью проточного канала, причем высота зазора является по существу постоянной на всем протяжении проточного канала.

15. Прибор по п. 9, в котором проточная ячейка расположена внутри прибора.

16. Способ использования проточной ячейки, включающий в себя следующие этапы:

подсоединяют проточную ячейку к прибору, причем проточная ячейка включает в себя множество впускных отверстий, выпускное отверстие и проточный канал, сообщающиеся между собой по текучей среде, причем проточный канал содержит коллекторную секцию и секцию детектирования;

приводят в действие первый клапан из множества клапанов прибора для выбора первого реагента из множества реагентов, причем каждый реагент расположен в реагентной лунке одного из картриджа или прибора;

прокачивают первый реагент через первое впускное отверстие из множества впускных отверстий и через проточный канал проточной ячейки;

осуществляют первую химическую реакцию между первым реагентом и аналитами, расположенными в секции детектирования проточного канала, причем по меньшей мере часть первого реагента остается в проточном канале в качестве остаточного реагента после завершения первой химической реакции;

приводят в действие последующий клапан из множества клапанов для выбора последующего реагента из множества реагентов;

и прокачивают последующий реагент через последующее впускное отверстие из множества впускных отверстий и через проточный канал для вымывания остаточного реагента из проточного канала так, чтобы концентрация, составляющая по меньшей мере около 99,95 процента реагента, расположенного в секции детектирования, достигалась в последующем реагенте с использованием полного промывочного объема последующего реагента, равного или меньшего, чем приблизительно 2,5 рабочего объема проточного канала.

17. Способ по п. 16, включающий в себя следующий этап:

осуществляют последующую химическую реакцию между последующим реагентом и аналитами, расположенными в секции детектирования проточного канала, после того, как была достигнута концентрация, составляющая по меньшей мере приблизительно 99,95 процента последующего реагента, расположенного в секции детектирования, причем по меньшей мере часть последующего реагента остается в проточном канале в качестве второго остаточного реагента после завершения последующей химической реакции.

18. Способ по п. 17, включающий в себя повторение приведения в действие последующего клапана, прокачивание последующего реагента и осуществление последующей химической реакции.

19. Способ использования проточной ячейки, включающий в себя следующие этапы:

подсоединяют проточную ячейку к прибору, причем проточная ячейка включает в себя множество впускных отверстий, выпускное отверстие и проточный канал, сообщающиеся между собой по текучей среде, причем проточный канал содержит коллекторную секцию и секцию детектирования, причем коллекторная секция имеет первую высоту, а секция детектирования имеет вторую высоту, из которых первая высота меньше второй высоты, при этом коллекторная секция имеет рабочий объем, который по меньшей мере приблизительно в 10 раз меньше, чем рабочий объем секции детектирования;

приводят в действие первый клапан из множества клапанов прибора для выбора первого реагента из множества реагентов, причем каждый реагент расположен в реагентной лунке одного из картриджа или прибора;

прокачивают первый реагент через первое впускное отверстие из множества впускных отверстий и через проточный канал проточной ячейки;

осуществляют первую химическую реакцию между первым реагентом и аналитами, расположенными в секции детектирования проточного канала, причем по меньшей мере часть первого реагента остается в проточном канале в качестве остаточного реагента после завершения первой химической реакции;

приводят в действие последующий клапан из множества клапанов для выбора последующего реагента из множества реагентов;

и прокачивают последующий реагент через последующее впускное отверстие из множества впускных отверстий и через проточный канал для вымывания остаточного реагента из проточного канала так, чтобы концентрация, составляющая по меньшей мере около 99,95 процента реагента, расположенного в секции детектирования, достигалась в последующем реагенте с использованием полного промывочного объема последующего реагента, равного или меньшего, чем приблизительно 2,5 рабочего объема проточного канала.