Картридж для проведения биохимических реакций Российский патент 2023 года по МПК B01L3/00 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Варианты осуществления настоящей заявки на изобретение относятся в целом к системам и способам создания образцов для биохимического анализа и/или проведения биохимических реакций и, более конкретно, к системам и способам с использованием поворотного клапана.

[0002] Различные биохимические протоколы включают проведение большого числа управляемых реакций на поверхностях подложки или внутри специально предназначенных для этого реакционных камер. Управляемые реакции могут проводиться для анализа биологического образца или подготовки биологического образца к последующему анализу. Анализ может идентифицировать или выявлять свойства химических веществ, вовлеченных в эти реакции. Например, при матричном циклическом анализе нуклеотидной последовательности (например, секвенировании путем синтеза (от англ. sequencing-by-synthesis - SBS)) осуществляют секвенирование плотной матрицы фрагментов ДНК (например, матричных нуклеиновых кислот) в ходе повторяющихся циклов ферментативной обработки. После каждого цикла может быть захвачено изображение, которое впоследствии анализируют вместе с другими изображениями с целью определения последовательности фрагментов ДНК. При другом биохимическом неизвестный аналит с идентифицируемой меткой (например, флуоресцентной меткой) может быть подвергнут действию матрицы известных зондов, имеющих в матрице предварительно заданные адреса. Наблюдение за химическими реакциями, происходящими между зондами и неизвестным аналитом, может помочь в идентификации или выявлении свойств аналита.

[0003] Имеется общая потребность в системах, автоматически осуществляющих анализы, подобные описанным выше, которые бы позволили уменьшить трудозатраты или участие пользователя. В настоящее время в большинстве систем требуется отдельное приготовление биологического образца пользователем перед загрузкой этого биологического образца в систему для анализа. Может оказаться желательным, чтобы пользователь загружал в систему один или более биологических образцов, выбирал тип анализа, подлежащего осуществлению системой, и получал его результаты через заданный период времени, например, один день или менее. По меньшей мере некоторые системы, используемые в настоящее время, не способны выполнять определенные протоколы, такие как полное секвенирование генома, которые давали бы данные с достаточным уровнем качества и в определенном ценовом диапазоне.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] В соответствии с одним вариантом осуществления предложена система, включающая гидравлическую сеть с каналом для образца, реакционной камерой и резервуаром. Канал для образца проточно сообщается с отверстием для образца, предназначенным для приема биологического образца. Система также включает насосный узел, предназначенный находиться в проточном сообщении с гидравлической сетью. Система также включает поворотный клапан, в котором имеется проточный канал и который выполнен с возможностью поворота между первым и вторым положениями клапана. Проточный канал гидравлически связывает реакционную камеру и канал для образца, когда поворотный клапан находится в первом положении клапана, и гидравлически связывает резервуар и реакционную камеру, когда поворотный клапан находится во втором положении клапана. Насосный узел вызывает поток биологического образца к реакционной камере, когда поворотный клапан находится в первом положении клапана, и вызывает поток компонента реакции из резервуара к реакционной камере, когда поворотный клапан находится во втором положении клапана.

[0005] В одном варианте осуществления предложен способ, включающий поворачивание поворотного клапана, в котором имеется проточный канал, в первое положение клапана. Когда клапан находится в своем первом положении, проточный канал находится в проточном сообщении с реакционной камерой. Данный способ может также включать протекание биологического образца из канала для образца или первого резервуара через проточный канал в реакционную камеру, когда поворотный клапан находится в первом положении клапана. Этот способ также может включать поворачивание поворотного клапана во второе положение клапана. Во втором положении клапана проточный канал может гидравлически связывать второй резервуар и реакционную камеру. Способ также может включать протекание компонента реакции из второго резервуара в реакционную камеру. В реакционной камере компонент реакции вступает во взаимодействие с биологическим образцом.

[0006] В одном вариантом осуществления предложена система, включающая систему управления потоками, снабженную гидравлической сетью и насосным узлом, находящимся в проточном сообщении с гидравлической сетью. Гидравлическая сеть включает канал для образца, предназначенный для приема биологического образца, множество резервуаров и реакционную камеру. Система также включает поворотный клапан, в котором имеется проточный канал. Поворотный клапан выполнен с возможностью поворота в различные свои положения для установления гидравлической связи реакционной камеры с каналом для образца или с одним из резервуаров. Система также включает устройство обнаружения, которое выполнено с возможностью обнаружения световых сигналов из реакционной камеры во время осуществления протокола анализа. Система также включает системный контроллер, который выполнен с возможностью управления поворотным клапаном и насосным узлом для протекания биологического образца из канала для образца в реакционную камеру. Системный контроллер также выполнен с возможностью управления поворотным клапаном, насосным узлом и устройством обнаружения в ходе множества циклов протокола, при этом каждый из циклов протокола включает: (а) поворачивание поворотного клапана в соответствующее первому резервуару положение клапана, при котором реакционная камера находится в проточном сообщении с первым резервуаром из множества резервуаров; (b) управление насосным узлом для вызывания потока текучей среды из первого резервуара в реакционную камеру; (с) поворачивание поворотного клапана в соответствующее второму резервуару положение клапана, при котором реакционная камера находится в проточном сообщении со вторым резервуаром из множества резервуаров; (d) управление насосным узлом для вызывания потока текучей среды из второго резервуара в реакционную камеру; и (е) управление устройством обнаружения для обнаружения световых сигналов из реакционной камеры в то время, как текучая среда из второго резервуара протекает через реакционную камеру, или после того, как текучая среда из второго резервуара протекала через реакционную камеру.

[0007] В соответствии с одним вариантом осуществления предложен способ, включающий обеспечение микрожидкостного тела и поворотного клапана. Микрожидкостное тело имеет сторону тела и гидравлическую сеть, включающую подающее отверстие и питающее отверстие. Подающее отверстие выходит на сторону тела. Поворотный клапан установлен с возможностью поворота на стороне тела. В поворотном клапане имеется первое отверстие канала, второе отверстие канала и проточный канал, проходящий между первым отверстием канала и вторым отверстием канала. Способ также включает поворачивание поворотного клапана в первое положение клапана, при котором первое отверстие канала находится в проточном сообщении с подающим отверстием микрожидкостного тела. Способ также включает протекание биологического образца через первое отверстие канала в проточный канал, когда поворотный клапан находится в первом положении клапана. Способ также включает поворачивание поворотного клапана во второе положение клапана с биологическим образцом внутри проточного канала так, что первое отверстие канала герметизируется стороной тела. Способ также включает осуществление операции термоциклирования с изменением температуры биологического образца в проточном канале до выбранной температуры.

[0008] В соответствии с одним вариантом осуществления предложена система, включающая микрожидкостное тело, имеющее сторону тела и гидравлическую сеть, включающую подающее отверстие и питающее отверстие. Подающее отверстие выходит на сторону тела. Система также включает поворотный клапан, установленный с возможностью поворота на стороне тела. В поворотном клапане имеется первое отверстие канала, второе отверстие канала и проточный канал, проходящий между первым отверстием канала и вторым отверстием канала. Поворотный клапан выполнен с возможностью поворота между первым и вторым положениями клапана. Первое отверстие канала находится в проточном сообщении с подающим отверстием микрожидкостного тела, когда поворотный клапан находится в первом положении клапана. Первое отверстие канала герметизировано микрожидкостным телом, когда поворотный клапан находится во втором положении клапана. Система также включает насосный узел, который выполнен с возможностью вызывать поток текучей среды через подающее отверстие в проточный канал, когда поворотный клапан находится в первом положении клапана. Система также включает термоциклер, который позиционируется относительно поворотного клапана и выполнен с возможностью управления температурой, воздействие которой испытывает текучая среда внутри проточного канала, когда поворотный клапан находится во втором положении клапана.

[0009] В соответствии с одним вариантом осуществления предложена система, включающая микрожидкостное тело, в котором имеется гидравлическая сеть, имеющая входное отверстие, выходное отверстие и резервуар для образца. Система также включает поворотный клапан, соединенный с возможностью поворота с микрожидкостным телом. В поворотном клапане имеется первый участок канала и второй участок канала. Первый участок канала гидравлически связывает входное отверстие и резервуар для образца, когда поворотный клапан находится в первом положении клапана. Второй участок канала гидравлически связывает выходное отверстие и резервуар для образца, когда поворотный клапан находится в первом положении клапана. Система также включает насосный узел, выполненный с возможностью обеспечения потока текучей среды через входное отверстие и первый участок канала в резервуар для образца, когда поворотный клапан находится в первом положении клапана. Поворотный клапан выполнен с возможностью перемещения во второе положение клапана, в котором резервуар для образца герметизирован поворотным клапаном. Система также может включать термоциклер, который позиционируется относительно микрожидкостного тела для подвода тепловой энергии к резервуару для образца, когда поворотный клапан находится во втором положении клапана.

[0010] В соответствии с одним вариантом осуществления предложена система, включающая микрожидкостное тело, в котором имеется гидравлическая сеть, включающая резервуар для образца и отдельный аналитический канал. Аналитический канал проходит между первым и вторым отверстиями. Гидравлическая сеть также включает питающее отверстие. Система также может включать термоциклер, который позиционируется относительно зоны терморегуляции микрожидкостного резервуара. Аналитический канал проходит через зону терморегуляции. Термоциклер выполнен с возможностью подвода тепловой энергии к зоне терморегуляции. Система также включает поворотный клапан, который соединен с возможностью поворота с микрожидкостным телом и выполнен с возможностью перемещения между первым и вторым положениями клапана. В поворотном клапане имеется соединительный канал и отдельный проточный канал. Соединительный канал гидравлически связывает резервуар для образца и первое отверстие аналитического канала, а проточный канал гидравлически связывает второе отверстие аналитического канала и питающее отверстие, когда поворотный клапан находится в первом положении клапана. Поворотный клапан выполнен с возможностью перемещения во второе положение клапана для герметизации первого и второго отверстий аналитического канала.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] Фиг. 1 представляет собой схематичное изображение системы, выполненной в соответствии с одним вариантом осуществления, которая предназначена для проведения по меньшей мере одного из биохимического анализа или подготовки образца.

[0012] Фиг. 2 – вид сверху системы управления потоками, выполненной в соответствии с одним вариантом осуществления, которая может быть использована с системой по фиг. 1.

[0013] Фиг. 3 – разрез клапанного механизма в первом состоянии или положении, который может быть использован с системой управления потоками по фиг. 2.

[0014] Фиг. 4 – разрез клапанного механизма по фиг. 3 во втором состоянии или положении.

[0015] Фиг. 5 – разрез клапанного механизма в первом состоянии или положении, который может быть использован с системой управления потоками по фиг. 2.

[0016] Фиг. 6 – разрез клапанного механизма по фиг. 5 во втором состоянии или положении.

[0017] Фиг. 7 – разрез клапанного механизма в первом состоянии или положении, который может быть использован с системой управления потоками по фиг. 2.

[0018] Фиг. 8 – разрез клапанного механизма по фиг. 7 во втором состоянии или положении.

[0019] Фиг. 9 – разрез поворотного клапана, установленного в микрожидкостном теле в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0020] Фиг. 10 – вид сверху микрожидкостного тела по фиг. 9.

[0021] Фиг. 11 – разрез узла обнаружения, который может быть использован для обнаружения предусмотренных реакций в реакционной камере.

[0022] Фиг. 12 – блок-схема способа в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0023] Фиг. 13 – вид сверху поворотного клапана, выполненной в соответствии с одним вариантом осуществления, который установлен с возможностью поворота на микрожидкостном теле.

[0024] Фиг. 14 – разрез поворотного клапана по фиг. 13, установленного с возможностью поворота на микрожидкостном теле.

[0025] На фиг. 15А-15L показаны различные угловые положения поворотного клапана на разных стадиях протокола анализа.

[0026] Фиг. 16 – вид сверху поворотного клапана, выполненного в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0027] Фиг. 17 – вид сверху поворотного клапана по фиг. 16 во время осуществления протокола амплификации.

[0028] Фиг. 18 – вид сверху поворотного клапана, выполненной в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0029] На фиг. 19 показан способ в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0030] Фиг. 20 – вид в перспективе системы управления потоками, выполненной в соответствии с одним вариантом осуществления, которая включает поворотный клапан и микрожидкостное тело.

[0031] Фиг. 21 – вид в перспективе системы управления потоками по фиг. 20, когда поворотный клапан находится в предназначенном для протокола амплификации положении.

[0032] Фиг. 22 – местный разрез системы управления потоками по фиг. 20.

[0033] Фиг. 23 – схематичное изображение системы, выполненной в соответствии с одним вариантом осуществления, которая предназначена для проведения по меньшей мере одного из биохимического анализа или подготовки образца.

[0034] Фиг. 24 – вид сверху системы управления потоками, выполненной в соответствии с одним вариантом осуществления, в которой использованы соединительные каналы.

[0035] Фиг. 25 – перспективное изображение с частичным пространственным разделением деталей системы управления потоками по фиг. 24.

[0036] Фиг. 26 – вид в перспективе снизу поворотного клапана в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0037] Фиг. 27 – вид в перспективе сбоку поворотного клапана по фиг. 26.

[0038] Фиг. 28 – разрез поворотного клапана по фиг. 26.

[0039] Фиг. 29 – увеличенный разрез поворотного клапана по фиг. 26.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0040] Описанные здесь варианты осуществления могут быть использованы для осуществления предусмотренных реакций с целью подготовки образца и/или проведения биохимических анализов. Употребляемый здесь термин «биохимический анализ» может включать по меньшей мере один из биологического анализа или химического анализа. Фиг. 1 представляет собой схематичное изображение системы 100, предназначенной для проведения биохимического анализа и/или подготовки образца. Система 100 включает в себя основной прибор 102 и съемный картридж 104, который выполнен с возможностью устанавливаться съемным образом на основном приборе 102. Основной прибор 102 и съемный картридж 104 могут быть выполнены с возможностью взаимодействовать друг с другом для переноса биологического образца в различные местоположения внутри системы 100, для осуществления предусмотренных реакций, в которых принимает участие биологический образец, с целью подготовки биологического образца к последующему анализу и, необязательно, для обнаружения одного или более событий в биологическом образце. Эти события могут указывать на предусмотренные реакции в биологическом образце. Съемный картридж 104 может быть подобен интегрированному микрожидкостному картриджу, например, картриджам, показанным и описанным в предварительной заявке на патент США № 62/003264, поданной 27 мая 2014 года, которая во всей полноте включена сюда по ссылке. Однако описываемые здесь варианты осуществления не ограничиваются интегрированными устройствами и могут быть также использованы в более крупных системах.

[0041] Хотя далее описание приводится со ссылкой на основной прибор 102 и съемный картридж 104, показанные на фиг. 1, следует понимать, что основной прибор 102 и съемный картридж 104 поясняют лишь один примерный вариант осуществления системы 100 и что существуют другие варианты осуществления. Например, основной прибор 102 и съемный картридж 104 включают различные компоненты и признаки, которые, совместно, выполняют ряд операций по приготовлению биологического образца и/или проведению анализа биологического образца. В проиллюстрированном варианте осуществления и основной прибор 102, и съемный картридж 104 способны выполнять определенные функции. Однако следует понимать, что основной прибор 102 и съемный картридж 104 могут выполнять разные функции и/или могут совместно выполнять такие функции. Например, в проиллюстрированном варианте осуществления съемный картридж 104 предназначен для обнаружения предусмотренных реакций при помощи узла обнаружения (например, устройства визуализации). В альтернативных вариантах осуществления узел обнаружения может входить в состав основного прибора 102. В качестве другого примера, в проиллюстрированном варианте осуществления основой прибор 102 является «сухим» прибором, не подающим, не принимающим и не обменивающимся жидкостями со съемным картриджем 104. В альтернативных вариантах осуществления основной прибор 102 может, например, подавать в съемный картридж 104 реагенты или другие жидкости, в последствие расходуемые (например, используемые в предусмотренных реакциях) съемным картриджем 104.

[0042] Употребляемое здесь понятие «биологический образец» может включать одно или более биологических или химических веществ, таких как нуклеозиды, нуклеиновые кислоты, полинуклеотиды, олигонуклеотиды, белки, ферменты, полипептиды, антитела, антигены, лиганды, рецепторы, полисахариды, углеводы, полифосфаты, нанопоры, органеллы, липидные слои, клетки, ткани, организмы и/или биологически активное(ые) химическое(ие) соединение(я), такие как аналоги или миметики вышеперечисленных веществ. В некоторых случаях биологический образец может включать цельную кровь, лимфатическую жидкость, сыворотку крови, плазму крови, пот, слезы, слюну, мокроту, цереброспинальную жидкость, околоплодную жидкость, семенную жидкость, вагинальные выделения, серозную жидкость, синовиальную жидкость, перикардиальную жидкость, перитонеальную жидкость, плевральную жидкость, транссудаты, экссудаты, кистозную жидкость, желчь, мочу, желудочную жидкость, кишечную жидкость, образцы фекалий, жидкости, содержащие единственные или множественные клетки, жидкости, содержащие органеллы, флюидизированные (т.е. приведенные в текучее состояние) ткани, флюидизированные организмы, жидкости, содержащие многоклеточные организмы, биологические мазки и биологические смывы.

[0043] В некоторых вариантах осуществления биологический образец может включать добавленный материал, такой как вода, деионизированная вода, физиологические растворы, кислые растворы, основные растворы, растворы детергентов и/или рН буферы. Добавленный материал также может включать реагенты, которые будут использоваться в ходе предусмотренного протокола анализа для проведения биохимических реакций. Например, добавленные жидкости могут включать материал для проведения множественных циклов полимеразной цепной реакции (ПЦР) с биологическим образцом.

[0044] Однако, следует понимать, что подвергаемый анализу биологический образец может находиться в другой форме или ином состоянии, чем биологический образец, загружаемый в систему 100. Например, биологический образец, загружаемый в систему 100, может включать цельную кровь или слюну, которую в дальнейшем подвергают обработке (например, посредством процедур разделения или амплификации) для получения подготовленных нуклеиновых кислот. Затем подготовленные нуклеиновые кислоты могут быть проанализованы (например, количественном методом с помощью ПЦР или секвенированы с помощью SBS) системой 100. Соответственно, когда термин «биологический образец» используется при описании первой операции, такой как ПЦР, и снова используется при описании последующей второй операции, такой как секвенирование, следует понимать, что биологический образец во второй операции может быть модифицирован относительно биологического образца до или во время первой операции. Например, этап секвенирования (например, SBS) может осуществляться на нуклеиновых кислотах-ампликонах, которые были получены из матричных нуклеиновых кислот, которые были амплифицированы на предшествующем этапе амплификации (например, ПЦР). В этом случае ампликоны являются копиями матриц, и ампликоны присутствуют в большем количестве по сравнению с количеством матриц.

[0045] В некоторых вариантах осуществления система 100 может автоматически подготовить образец к биохимическому анализу на основе вещества, обеспечиваемого пользователем (например, цельной крови или слюны). Однако, в других вариантах осуществления система 100 может проводить анализ биологических образцов, частично или предварительно приготовленных для анализа пользователем. Например, пользователем может обеспечиваться раствор, содержащий нуклеиновые кислоты, которые уже были выделены из цельной крови и/или амплифицированы.

[0046] Употребляемый здесь термин «предусмотренная реакция» охватывает изменение по меньшей мере одного (одной) из химических, электрических, физических или оптических свойств (или величин) интересующего аналита. В конкретных вариантах осуществления предусмотренная реакция представляет собой событие ассоциативного связывания (например, встраивание биомолекулы с флуоресцентной меткой в интересующий аналит). Предусмотренная реакция может представлять собой событие диссоциативного связывания (например, высвобождение биомолекулы с флуоресцентной меткой из интересующего аналита). Предусмотренная реакция может представлять собой химическое превращение, химическое изменение или химическое взаимодействие. Предусмотренная реакция также может состоять в изменении электрических свойств. Например, предусмотренная реакция может представлять собой изменение концентрации ионов в растворе. Примерные реакции включают, но не ограничены ими, химические реакции, такие как восстановление, окисление, присоединение, отщепление, перегруппировка, эстерификация, амидирование, этерификация, циклизация или замещение; взаимодействия связывания, при которых первое химическое вещество связывается со вторым химическим веществом; реакции диссоциации, в которых два или более химических вещества отделяются друг от друга; флуоресценцию; люминесценцию; биолюминесценцию; хемилюминесценцию; и биологические реакции, такие как репликация нуклеиновой кислоты, амплификация нуклеиновой кислоты, гибридизация нуклеиновой кислоты, лигирование (сшивание) нуклеиновой кислоты, фосфорилирование, ферментативный катализ, связывание с рецептором или связывание с лигандом. Предусмотренная реакция также может представлять собой присоединение или отсоединение протона, например, обнаружимое как изменение рН окружающего раствора или окружающей среды. Дополнительной предусмотренной реакцией может быть обнаружение потока ионов через мембрану (например, природную или синтетическую двухслойную мембрану), например, по мере того, как ионы проходят через мембрану, ток прерывается, и это прерывание может быть обнаружено. Также может быть использовано считывание полей заряженных меток, а также тепловое считывание и другие аналитические методы считывания или измерения, известные в данной области техники.

[0047] В конкретных вариантах осуществления предусмотренная реакция включает встраивание молекулы с флуоресцентной меткой в аналит. Аналит может быть олигонуклеотидом, а молекула с флуоресцентной меткой может быть нуклеотидом. Предусмотренная реакция может быть обнаружена, когда на олигонуклеотид с меченым нуклеотидом направляется возбуждающее излучение, и флуорофор испускает поддающийся обнаружению (детектируемый) флуоресцентный сигнал. В альтернативных вариантах осуществления обнаруженная флуоресценция является результатом хемилюминисценции или биолюминисценции. Предусмотренная реакция также может увеличивать (ферстеровский) резонансный перенос энергии флуоресценции (FRET), например, за счет приведения флуорофора-донора в непосредственную близость к флуорофору-акцептору, уменьшать FRET за счет разделения флуорофоров – донора и акцептора, повышать флуоресценцию путем отделения гасителя от флуорофора или снижать флуоресценцию путем сближения гасителя и флуорофора.

[0048] Употребляемый здесь термин «компонент реакции» охватывает любое вещество, которое может быть использовано для получения предусмотренной реакции. Например, компоненты реакции включают реагенты, катализаторы, такие как ферменты, реагенты для реакции, пробы, продукты реакции, другие биомолекулы, соли, металлические кофакторы, хелатирующие агенты и буферные растворы (например, буфер гидрогенизации). Компоненты реакции могут быть доставлены, индивидуально в растворах или объединенными в одной или более смеси, к различным местоположениям в гидравлической сети. Например, компонент реакции может быть доставлен в реакционную камеру, где иммобилизован биологический образец. Компоненты реакции могут взаимодействовать с биологическим образцом непосредственно или опосредованно. В некоторых вариантах осуществления съемный картридж 104 предварительно загружен одним или более компонентами реакции, необходимыми для осуществления предусмотренного протокола анализа. Предварительная загрузка может происходить в одном месте (например, на производственном предприятии) перед получением картриджа 104 пользователем (например, на предприятии заказчика).

[0049] В некоторых вариантах осуществления основной прибор 102 может быть выполнен с возможностью взаимодействия с одним съемным картриджем 104 за сеанс. После сеанса съемный картридж 104 может быть заменен другим съемным картриджем 104. В других вариантах осуществления основной прибор 102 может быть выполнен с возможностью взаимодействия с более чем одним съемным картриджем 104 за сеанс. Употребляемый здесь термин «сеанс» включает осуществление по меньшей мере одного из подготовки образца и/или протокола биохимического анализа. Подготовка образца может включать разделение, выделение, модификацию и/или амплификацию одного или более компонентов биологического образца с тем, чтобы подготовленный биологический образец был пригоден для анализа. В некоторых вариантах осуществления сеанс может включать непрерывную активность, в ходе которой проводят некоторое число управляемых реакций до тех пор, пока (а) не будет проведено предусмотренное число реакций; (b) не будет обнаружено предусмотренное число событий; (с) не истечет предусмотренный период системного времени; (d) отношение сигнала к шуму не упадет до предусмотренного порога; (е) не будет идентифицирован целевой компонент; (f) не будет обнаружен отказ или сбой системы; и/или (g) не будет исчерпан один или более ресурсов для проведения реакций. В качестве альтернативы, сеанс может включать приостановку активности системы на некоторый период времени (например, минуты, часы, дни, недели) и последующее завершение сеанса до тех пор, пока не произойдет по меньшей мере одно из (а)-(g).

[0050] Протокол анализа может включать последовательность операций по проведению предусмотренных реакций, обнаружению предусмотренных реакций и/или анализу предусмотренных реакций. В совокупности съемный картридж 104 и основной прибор 102 могут включать компоненты, необходимые для выполнения этих различных операций. Операции протокола анализа могут включать жидкостные операции, операции терморегулирования, операции обнаружения и/или механические операции. Жидкостная операция включает управление потоком текучей среды (например, жидкости или газа) через систему 100, которое может производиться основным прибором 102 и/или съемным картриджем 104. Например, жидкостная операция может включать управление насосом для вызывания потока биологического образца или компонента реакции в реакционную камеру. Операция терморегулирования может включать управление температурой предусмотренной части системы 100. Например, операция терморегулирования может включать повышение или понижение температуры зоны полимеразной цепной реакции (ПЦР), где хранится жидкость, включающая биологический образец. Операция обнаружения может включать управление активацией детектора или контроль активности детектора по обнаружению заданных свойств, величин или характеристик биологического образца. В качестве одного примера, операция обнаружения может включать захват изображения предусмотренной области, которая включает в себя биологический образец, для обнаружения флуоресцентного излучения из предусмотренной области. Операция обнаружения может включать управление источником света для освещения биологического образца или управление детектором для наблюдения за биологическим образцом. Механическая операция может включать управление движением или положением предусмотренного компонента. Например, механическая операция может включать управление двигателем для перемещения управляющего клапаном компонента в основном приборе 102, который функционально взаимодействует с подвижным клапаном в съемном картридже 104. В некоторых случаях одновременно может происходить комбинация различных операций. Например, детектор может захватывать изображения реакционной камеры по мере того, как насос управляет потоком текучей среды через реакционную камеру. В некоторых случаях могут происходить одновременно различные операции, направленные на разные биологические образцы. Например, первый биологический образец может подвергаться амплификации (например, ПЦР), тогда как второй биологический образец может подвергаться обнаружению.

[0051] Подобные или идентичные гидравлические (струйные) элементы (например, каналы, отверстия, резервуары и т.д.) могут быть обозначены по-разному для более четкого различения этих гидравлических элементов. Например, отверстия могут именоваться отверстиями резервуаров, подающими отверстиями, отверстиями сети, питающими отверстиями и т.д. Следует понимать, что если два или более гидравлических элемента обозначены по-разному (например, канал резервуара, канал для образца, проточный канал, соединительный канал), не обязательно, чтобы эти гидравлические элементы отличались конструктивно. Кроме того, пункты формулы изобретения могут быть дополнены такими обозначениями для более четного различения таких гидравлических элементов в формуле изобретения.

[0052] Употребляемый здесь термин «жидкость» означает вещество, которое относительно несжимаемо и обладает способностью течь и принимать форму контейнера или канала, в котором удерживается это вещество. Жидкость может быть на водной основе и включать полярные молекулы, создающие поверхностное натяжение, которое удерживает жидкость. Жидкость также может включать неполярные молекулы, такие как в веществе на масляной основе или неводном веществе. Подразумевается, что ссылки на жидкость в настоящей заявке могут охватывать жидкость, которая была образована объединением двух или более жидкостей. Например, отдельные растворы реагентов могут быть позднее объединены для проведения предусмотренных реакций.

[0053] Съемный картридж 104 выполнен с возможностью съемно взаимодействовать или разъемно соединяться с основным прибором 102. В данном контексте, когда термины «съемно взаимодействует» или «разъемно соединен» (или подобные им) используются для описания взаимоотношения между съемным картриджем и основным прибором, эти термины подразумеваются означающими, что соединение между съемным картриджем и основным прибором является легкоразъемным без разрушения основного прибора. Следовательно, съемный картридж может быть разъемно подсоединен к основному прибору электрически таким образом, чтобы электрические контакты основного прибора не разрушались. Съемный картридж может быть разъемно подсоединен к основному прибору механически таким образом, чтобы детали основного прибора, удерживающие съемный картридж, не разрушались. Съемный картридж может быть разъемно подсоединен к основному прибору гидравлически таким образом, чтобы отверстия основного прибора не разрушались. Основной прибор не считается «разрушенным», если требуется, например, только простая настройка компонента (например, повторное выставление) или простая замена (например, замена сопла). Компоненты (например, съемный картридж 104 и основной прибор 102) могут быть легкоразъемными, когда компоненты могут быть отделены друг от друга без чрезмерных усилий или значительного количества времени, затрачиваемых на разделение компонентов. В некоторых вариантах осуществления съемный картридж 104 и основной прибор 102 могут быть легкоразъемными без разрушения либо съемного картриджа 104, либо основного прибора 102.

[0054] В некоторых вариантах осуществления съемный картридж 104 может быть необратимо модифицирован или частично поврежден во время сеанса работы с основным прибором 102. Например, контейнеры, в которых содержатся жидкости, могут включать крышки из фольги, которые прокалываются для обеспечения возможности течения жидкости через систему 100. В таких вариантах осуществления крышки из фольги могут разрушаться, поэтому может оказаться необходимой замена поврежденного контейнера на другой контейнер. В конкретных вариантах осуществления съемный картридж 104 является одноразовым картриджем, так что съемный картридж 104 может быть заменен и, необязательно, выброшен после однократного использования.

[0055] В других вариантах осуществления съемный картридж 104 может использоваться для более чем одного сеанса, будучи соединенным с основным прибором 102, и/или может быть снят с основного прибора 102, снова загружен реагентами и опять установлен на основной прибор 102 для проведения дополнительных предусмотренных реакций. Следовательно, съемный картридж 104 в некоторых случаях может быть восстановлен, так что один и тот же съемный картридж 104 может быть использован с разными расходными материалами (например, компонентами реакции и биологическими образцами). Восстановление может быть осуществлено на производственном предприятии после снятия картриджа с основного прибора, находящегося на предприятии заказчика.

[0056] Как показано на фиг. 1, съемный картридж 104 включает в себя гидравлическую сеть 106, которая может удерживать и направлять через себя текучие среды (например, жидкости или газы). Гидравлическая сеть 106 включает множество взаимосвязанных гидравлических элементов, которые способны хранить текучую среду и/или позволять текучей среде протекать через них. Неограничивающие примеры гидравлических элементов включают каналы, отверстия каналов, полости, модули хранения, резервуары модулей хранения, реакционные камеры, резервуары для отходов, камеры обнаружения, многоцелевые камеры для реакций и обнаружения, и т.д. и т.п. Гидравлические элементы могут быть гидравлически связаны друг с другом предусмотренным образом с тем, чтобы система 100 была способа осуществлять подготовку и/или анализ образца.

[0057] Употребляемый здесь термин «гидравлически связаны» (или подобный ему) относится к двум пространственным областям, соединенным друг с другом так, что жидкость или газ может быть направлена между этими двумя пространственными областями. В некоторых случаях гидравлическая связь позволяет направлять текучую среду между двумя пространственными областями туда и обратно. В других случаях гидравлическая связь является однонаправленной, так что существует только одно направление течения между двумя пространственными областями. Например, аналитический резервуар может быть гидравлически связан с каналом так, что жидкость может быть перенесена в этот канал из аналитического резервуара. Однако, в некоторых вариантах осуществления может оказаться невозможным направлять текучую среду по каналу обратно в аналитический резервуар. В конкретных вариантах осуществления гидравлическая сеть 106 выполнена с возможностью приема биологического образца и направления биологического образца на подготовку образца и/или анализ образца. Гидравлическая сеть 106 может направлять биологический образец и другие компоненты реакции в резервуар для отходов.

[0058] Один или более вариантов осуществления могут включать удерживание биологического образца (например, матричной нуклеиновой кислоты) на предусмотренном месте, где осуществляется анализ биологического образца. Употребляемый здесь термин «удерживаемый», когда он используется по отношению к биологическому образцу, включает по существу прикрепление биологического образца к некоторой поверхности или заключение биологического образца в предусмотренном для этого пространстве. Употребляемый здесь термин «иммобилизованный», когда он используется по отношению к биологическому образцу, включает по существу прикрепление биологического образца к некоторой поверхности в или на твердой подложке. Иммобилизация может включать прикрепление биологического образца к поверхности на молекулярном уровне. Например, биологический образец может быть иммобилизован на поверхности субстрата с использованием адсорбционных методов, включая нековалентные взаимодействия (например, электростатические силы, силы Ван-дер-Ваальса и дегидратацию гидрофобных поверхностей раздела), и методов ковалентного связывания, в которых функциональные группы или линкеры облегчают прикрепление биологического образца к поверхности. Иммобилизация биологического образца на поверхности субстрата может быть основана на свойствах поверхности субстрата, жидкой среды, переносящей биологический образец, и свойствах самого биологического образца. В некоторых случаях поверхность субстрата может быть функционализирована (например, модифицирована химически или физически) для облегчения иммобилизации биологического образца на поверхности субстрата. Поверхность субстрата может быть сначала модифицирована для того, чтобы функциональные группы связались с поверхностью. Затем эти функциональные группы могут связываться с биологическим образцом для иммобилизации биологического образца на ней. В некоторых случаях биологический образец может быть иммобилизован на поверхности при помощи геля, например, как описано в патентных публикациях США №№ 2011/0059865 А1 и 2014/0079923 А1, каждая из которых во всей своей полноте включена сюда по ссылке.

[0059] В некоторых вариантах осуществления нуклеиновые кислоты могут быть иммобилизованы на поверхности и амплифицированы с использованием мостиковой амплификации. Пригодные способы мостиковой амплификации описаны, например, в патенте США № 5641658, WO 07/010251, патенте США № 6090592, патентной публикации США № 2002/0055100 А1, патенте США № 7115400, патентной публикации США № 2004/0096853 А1, патентной публикации США № 2004/0002090 А1, патентной публикации США № 2007/0128624 А1 и патентной публикации США № 2008/0009420 А1, каждая из которых включена сюда во всей полноте. Другим пригодным способом амплификации нуклеиновых кислот на поверхности является амплификация по типу катящегося кольца (RCA), например, с использованием способов, более подробно изложенных далее. В некоторых вариантах осуществления нуклеиновые кислоты могут быть прикреплены к поверхности и амплифицированы с использованием одной или более пар праймеров. Например, один из праймеров может находиться в растворе, а другой праймер может быть иммобилизован на поверхности (например, присоединен 5'-концом). Например, молекула нуклеиновой кислоты может гибридизироваться с одним из праймеров на поверхности с последующим удлинением иммобилизованного праймера с получением первой копии нуклеиновой кислоты. Затем находящийся в растворе праймер гибридизируется с первой копией нуклеиновой кислоты, которая может быть удлинена с использованием в качестве матрицы первой копии нуклеиновой кислоты. Необязательно, после получения первой копии нуклеиновой кислоты исходная молекула нуклеиновой кислоты может гибридизироваться со вторым иммобилизованным праймером на поверхности и может быть удлинена в то же время или после того, как удлинен находящийся в растворе праймер. В любом из вариантов осуществления повторяемые раунды удлинения (например, амплификации) с использованием иммобилизованного праймера и находящегося в растворе праймера обеспечивают множественные копии нуклеиновой кислоты. В некоторых вариантах осуществления биологический образец может удерживаться в заданном пространстве с компонентами реакции, предназначенными к использованию во время амплификации биологического образца (например, ПЦР).

[0060] Один или более изложенных здесь вариантов осуществления может предназначаться для осуществления протокола анализа, который представляет собой или включает протокол амплификации (или ПЦР). В ходе протокола амплификации температура биологического образца в резервуаре или канале может быть изменена с целью амплификации биологического образца (например, ДНК биологического образца). Например, биологический образец может проходить (1) стадию предварительного нагревания до примерно 95°С за примерно 75 секунд; (2) стадию денатурации при примерно 95°С за примерно 15 секунд; (3) стадию ренатурации-удлинения при примерно 59°С за примерно 45 секунд; и (4) стадию выдерживания температуры на примерно 72°С в течение примерно 60 секунд. Варианты осуществления могут предусматривать проведение множественных циклов амплификации. Отмечается, что вышеприведенный цикл описывает лишь один конкретный вариант осуществления и что альтернативные варианты осуществления могут включать модификации этого протокола амплификации.

[0061] Изложенные здесь способы и системы могут использовать чипы, имеющие элементы с любой из множества различных плотностей, включая, например, по меньшей мере примерно 10 элементов/см², 100 элементов/см², 500 элементов/см², 1000 элементов/см², 5000 элементов/см², 10000 элементов/см², 50000 элементов/см², 100000 элементов/см², 1000000 элементов/см², 5000000 элементов/см² или более. Изложенные здесь способы и аппараты могут включать компоненты или устройства обнаружения с разрешением, по меньшей мере достаточным для различения отдельных элементов при одной или более из этих приведенных в качестве примера плотностей.

[0062] В проиллюстрированном варианте осуществления съемный картридж 104 включает корпус 110 картриджа, имеющий множество сторон 111-114 корпуса. Стороны 111-114 корпуса включают нестыковочные стороны 111-113 и стыковочную сторону 114. Стыковочная сторона 114 предназначена для взаимодействия с основным прибором 102. В проиллюстрированном варианте осуществления корпус 110 картриджа образует по существу единую конструкцию. В альтернативных вариантах осуществления корпус 110 картриджа может быть образован одним или более субкомпонентами, которые объединяются пользователем системы 100. Субкомпоненты могут быть объединены до того, как съемный картридж 104 будет съемно установлен на основном приборе 102, или после того, как один из субкомпонентов съемно установлен на основном приборе 102. Например, модуль 150 хранения может удерживаться первым подкорпусом (не показан), а остальные компоненты съемного картриджа 104 (например, гидравлическая сеть и устройство визуализации) могут включать второй подкорпус (не показана). Первый и второй подкорпуса могут объединяться с образованием корпуса 110 картриджа.

[0063] Гидравлическая сеть 106 удерживается в корпусе 110 картриджа и включает множество отверстий 116 для образца, выходящих на нестыковочную сторону 112. В альтернативных вариантах осуществления отверстия 116 для образца могут располагаться вдоль нестыковочных сторон 111 или 113 или могут располагаться вдоль стыковочной стороны 114. Каждое из отверстий 116 для образца предназначено для приема биологического образца. Только в качестве примера, биологический образец может представлять собой цельную кровь или слюну. В некоторых вариантах осуществления биологический образец может представлять собой нуклеиновые кислоты и другие материалы (например, реагенты, буферы и т.д.) для проведения ПЦР. Хотя на фиг. 1 показано три отверстия 116 для образца, варианты осуществления могут включать одно отверстие для образца, два отверстия для образца или более трех отверстий для образца.

[0064] Гидравлическая сеть 106 также включает отверстие 118 гидравлического соединения, выходящее на стыковочную сторону 114 и открывающееся наружу корпуса 110 картриджа. Отверстие 118 гидравлического соединения предназначено для установления гидравлической связи с системным насосом 119 основного прибора 102. Отверстие 118 гидравлического соединения находится в проточном сообщении с каналом 133 насоса, представляющим собой часть гидравлической сети 106. Во время работы системы 110 системный насос 119 выполнен с возможностью обеспечивать отрицательное давление, вызывающее поток текучей среды по каналу 133 насоса и через остальную часть гидравлической сети 106. Например, системный насос 119 может вызывать течение биологического образца от отверстия 116 для образца в область 132 подготовки образца, где биологический образец может быть подготовлен к последующему анализу. Системный насос 119 может вызывать течение биологического образца из области 132 подготовки образца в реакционную камеру 126, где проводятся операции обнаружения, направленные на получение данных (например, данных изображения) о биологическом образце. Системный насос 119 также может вызывать поток текучей среды из резервуаров 151, 152 модуля 150 хранения в реакционную камеру 126. После проведения операций обнаружения системный насос 119 может вызывать поток текучей среды в резервуар 128 для отходов.

[0065] Помимо гидравлической сети 106, съемный картридж 104 может включать один или более механических интерфейсов 117, которые могут управляться основным прибором 102. Например, съемный картридж 104 может включать клапанный узел 120, в котором имеется множество клапанов 121-123 управления потоком, функционально соединенных с гидравлической сетью 106. Каждый из клапанов 121-123 управления потоком может представлять собой механический интерфейс 117, управляемый основным прибором 102. Например, клапаны 121-123 управления потоком могут избирательно приводиться в действие или управляться основным прибором 102, в сочетании с избирательным включением системного насоса 119, для управления потоком текучей среды в гидравлической сети 106.

[0066] Например, в проиллюстрированном варианте осуществления гидравлическая сеть 106 включает канал 131 для образца, находящийся по потоку непосредственно за отверстиями 116 для образца и в проточном сообщении с ними. На фиг. 1 показан только один канал 131 для образца, но альтернативные варианты осуществления могут включать множественные каналы 131 для образца. Канал 131 для образца может включать область 132 подготовки образца. В клапанном узле 120 имеется пара канальных клапанов 121, 122, которые также могут быть названы клапанами управления потоком. Канальные клапаны 121, 122 могут избирательно приводиться в действие основным прибором 102 для задерживания или блокирования потока текучей среды через канал 131 для образца. В конкретных вариантах осуществления канальные клапаны 121, 122 могут приводиться в действие для создания уплотнения, которое удерживает предусмотренный объем жидкости в области 132 подготовки образца канала 131 для образца. Предусмотренный объем в области 132 подготовки образца может содержать биологический образец.

[0067] Клапанный узел 120 также может включать подвижный клапан 123. Подвижный клапан 123 имеет корпус 138 клапана, который может включать по меньшей мере один проточный канал 140, проходящий между соответствующими отверстиями. Корпус 138 клапана способен двигаться между различными положениями, совмещая свои отверстия с соответствующими отверстиями гидравлической сети 106. Например, одно из положений подвижного клапана 123 может определять тип текучей среды, которая поступает в реакционную камеру 126. В первом положении подвижный клапан 123 может совмещаться с соответствующим отверстием канала 131 для образца и обеспечивать поступление биологического образца в реакционную камеру 126. Во втором положении подвижный клапан 123 может совмещаться с одним или более соответствующими отверстиями резервуарных каналов 161, 162, которые находятся в проточном сообщении соответственно с резервуарами 151, 152 модуля 150 хранения. Каждый из резервуаров 151, 152 предназначен для хранения компонента реакции, который может быть использован для проведения предусмотренных реакций. Резервуарные каналы 161, 162 находятся ниже по потоку за и в проточном сообщении с резервуарами 151, 152 соответственно. В некоторых вариантах осуществления подвижный клапан 123 может перемещаться отдельно в различные положения для совмещения с соответствующими отверстиями резервуарных каналов.

[0068] В проиллюстрированном варианте осуществления подвижный клапан 123 является поворотным клапаном (или вращающимся клапаном), выполненным с возможностью поворота вокруг оси 142. Подвижный клапан 123 может быть подобен поворотному клапану 216 (показанному на фиг. 2). Однако, следует понимать, что альтернативные варианты осуществления могут включать подвижные клапаны, которые не поворачиваются в различные положения. В таких вариантах осуществления подвижный клапан может скользить в одном или более линейных направлениях для совмещения с соответствующими отверстиями. Поворотные клапаны и клапаны линейного движения, описываемые здесь, могут быть подобны устройствам, описанным в Международной заявке № PCT/US2013/032309, поданной 15 марта 2013 г., которая во всей полноте включена сюда по ссылке.

[0069] В некоторых вариантах осуществления биологический образец освещается источником 158 света основного прибора 102. В качестве альтернативы, источник 158 света может быть встроен в съемный картридж 104. Например, биологический образец может включать один или более флуорофоров, которые обеспечивают испускание света при возбуждении светом с надлежащей длиной волны. В проиллюстрированном варианте осуществления в съемном картридже 104 имеется оптический путь 154. Оптический путь 154 предназначен предоставлять возможность осветительному свету 156 от источника 158 света основного прибора 102 подать на биологический образец, находящийся в реакционной камере 126. Таким образом, реакционная камера может иметь одну или более оптически прозрачных сторон или окон. Оптический путь 154 может включать один или более оптических элементов, таких как линзы, отражатели, оптоволоконные линии и т.п., которые активно направляют осветительный свет 156 в реакционную камеру 126. В одном из примерных вариантов осуществления источник 158 света может быть светоизлучающим диодом (светодиодом, СИД). Однако, в альтернативных вариантах осуществления источник 158 света может включать светогенерирующие устройства других типов, такие как лазеры или лампы.

[0070] В некоторых вариантах осуществления узел 108 обнаружения включает детектор 109 изображений и реакционную камеру 126. Детектор 109 изображений предназначен для обнаружения предусмотренных реакций в реакционной камере 126. В некоторых вариантах осуществления детектор 109 изображений может позиционироваться относительно реакционной камеры 126 для обнаружения световых сигналов (например, поглощения, отражения/преломления или испускания света) из реакционной камеры 126. Детектор 109 изображений может включать одно или более устройств визуализации, таких как камера на приборах с зарядовой связью (ПЗС) или формирователь изображений на комплементарных структурах металл-оксид-полупроводник (КМОП). В некоторых вариантах осуществления детектор 109 изображений может обнаруживать световые сигналы, испускаемые при хемилюминесценции. В других вариантах осуществления узел 108 обнаружения может не ограничиваться назначениями визуализации. Например, узел 108 обнаружения может представлять собой один или более электродов, которые регистрируют электрическое свойство жидкости.

[0071] Как указано здесь, основной прибор 102 выполнен с возможностью функционального взаимодействия со съемным картриджем 104 и управления различными операциями в съемном картридже 104 для проведения предусмотренных реакций и/или получения данных о биологическом образце. Для этого стыковочная сторона 114 предназначена позволять или обеспечивать возможность основному прибору 102 управлять работой одного или более компонентов съемного картриджа 104. Например, стыковочная сторона 114 может включать множество отверстий 171-173 для доступа, которые позволяют основному прибору 102 управлять клапанами 121-123. Стыковочная сторона 114 также может включать отверстие 174 для доступа, предназначенное для приема термоциклера 186 (например, термического или теплопередающего блока) основного прибора 102. В проиллюстрированном варианте осуществления термоциклер 186 представляет собой термоблок. Отверстие 174 для доступа проходит вдоль канала 131 для образца. Как показано, отверстия 171-174 для доступа выходят на стыковочную сторону 114.

[0072] В некоторых вариантах осуществления гидравлическая сеть 106 и клапанный узел 123 могут образовывать систему 164 управления потоками. Система 164 управления потоками может включать компоненты, совместное функционирование которых обеспечивает управление потоком одной или более текучих сред через систему 100 или, более конкретно, съемный картридж 104 с целью выполнения одной или более предусмотренных операций. В других вариантах осуществления система 164 управления потоками может включать дополнительные компоненты, такие как системный насос 119. Система 164 управления потоками может быть подобной или идентичной системе 200 управления потоками (показанной на фиг. 2).

[0073] Основной прибор 102 имеет управляющую сторону 198, выполненную с возможностью разъемного сопряжения со стыковочной стороной 114 съемного картриджа 104. Стыковочная сторона 114 съемного картриджа 104 и управляющая сторона 198 основного прибора 102 могут совместно образовывать системный интерфейс 195. Системный интерфейс 195 представляет собой общую границу между съемным картриджем 104 и основным прибором 102, по которой осуществляется функциональное взаимодействие съемного картриджа 104 и основного прибора 102. Более конкретно, основной прибор 102 и съемный картридж 104 функционально состыкованы вдоль системного интерфейса 195 так, что основной прибор 102 может управлять различными элементами съемного картриджа 104 через стыковочную сторону 114. Например, основной прибор 102 может иметь один или более управляющих компонентов, которые управляют соответствующими компонентами съемного картриджа 104.

[0074] В некоторых вариантах осуществления основной прибор 102 и съемный картридж 104 функционально сопряжены так, что основной прибор 102 и съемный картридж 104 прикреплены друг к другу на системном интерфейсе 195 с установлением по меньшей мере одной из электрической связи, тепловой связи, оптической связи, клапанной связи или гидравлической связи через системный интерфейс 195. В проиллюстрированном варианте осуществления основной прибор 102 и съемный картридж 104 выполнены с возможностью наличия электрической связи, тепловой связи, клапанной связи и оптической связи. Более конкретно, посредством электрической связи основной прибор 102 и съемный картридж 104 могут передавать данные и/или электроэнергию. Посредством тепловой связи основной прибор 102 и съемный картридж 104 могут передавать и/или получать друг от друга тепловую энергию, а посредством оптической связи основной прибор 102 и съемный картридж 104 могут передавать световые сигналы (например, осветительный свет).

[0075] В проиллюстрированном варианте осуществления системный интерфейс 195 является односторонним интерфейсом 195. Например, управляющая сторона 198 и корпусная сторона 114 являются в целом плоскими и обращены в противоположных направлениях. Системный интерфейс 195 является односторонним, так что съемный картридж 104 и основной прибор 102 функционально соединены друг с другом только посредством стыковочной стороны 114 и управляющей стороны 198. В альтернативных вариантах осуществления системный интерфейс может представлять собой многосторонний интерфейс. Например, по меньшей мере 2, 3, 4 или 5 сторон съемного картриджа могут быть стыковочными сторонами, которые выполнены с возможностью соединения с основным прибором. Множественные стороны могут быть плоскими и могут располагаться перпендикулярно или противоположно друг другу (например, окружая весь прямоугольный объем или его часть).

[0076] Для управления операциями съемного картриджа 104 основной прибор 102 может включать приводы 181-183 клапанов, выполненные с возможностью функционального взаимодействия с клапанами 121-123 управления потоком, термоциклер 186, выполненный с возможностью подвода и/или отвода тепловой энергии в/от области 132 подготовки образца, и контактный набор 188 электрических контактов. Основной прибор 102 также может включать источник 158 света, расположенный вдоль управляющей стороны 198. Основной прибор 102 также может включать системный насос 119 с расположенным на управляющей стороне 198 управляющим отверстием 199.

[0077] Система 100 также может включать запорный механизм 176. В проиллюстрированном варианте осуществления запорный механизм 176 включает вращающуюся задвижку 177, которая выполнена с возможностью зацепления за зацепляющий задвижку элемент 178 съемного картриджа 104. В качестве альтернативы, съемный картридж 104 может включать вращающуюся задвижку 177, а основной прибор 102 может включать зацепляющий задвижку элемент 178. Когда съемный картридж 104 установлен на основном приборе 102, задвижку 177 можно повернуть и завести за зацепляющий задвижку элемент 178. Кулачковый эффект, создаваемый запорным механизмом 176, может толкать или приводить съемный картридж 104 к основному прибору 102 для надежного закрепления на нем съемного картриджа 104.

[0078] Основной прибор 102 может включать пользовательский интерфейс 125, выполненный с возможностью ввода пользователем для проведения предусмотренного протокола анализа и/или выполненный с возможностью передачи пользователю информации об анализе. Пользовательский интерфейс 125 может быть встроен в основной прибор 102. Например, пользовательский интерфейс 125 может включать сенсорный экран, закрепленный на корпусе основного прибора 102 и предназначенный для выявления прикосновения пользователя и места прикосновения относительно информации, отображаемой на сенсорном экране. В качестве альтернативы, пользовательский интерфейс 125 может располагаться удаленно по отношению к основному прибору 102.

[0079] Основной прибор 102 также может включать системный контроллер 180, выполненный с возможностью управления работой по меньшей мере одного из приводов 181-183 клапанов, термоциклера 186, контактного набора 188, источника 158 света или системного насоса 119. Системный контроллер 180 показан концептуально как совокупность электронных модулей, однако он может быть реализован с использованием любого сочетания плат со специализированными аппаратными средствами, процессоров, процессоров цифровых сигналов (DSP) и т.д. В качестве альтернативы, системный контроллер 180 может быть реализован с использованием серийного персонального компьютера (ПК) с единственным процессором или множественными процессорами, с распределенными между этими процессорами функциональными операциями. Кроме того, описанные ниже электронные модули могут быть реализованы с использованием гибридной конфигурации, в которой определенные модульные функции выполняются при помощи специализированных аппаратных средств, тогда как остальные модульные функции выполняются при помощи серийного ПК, и т.п.

[0080] Системный контроллер 180 может включать множество электронных модулей 190-193, выполненных с возможностью управления работой определенных компонентов основного прибора 102 и/или съемного картриджа 104. Например, электронный модуль 190 может представлять собой модуль 190 управления потоками, предназначенный для управления потоком текучих сред через гидравлическую сеть 106. Модуль 190 управления потоками может быть функционально соединен с приводами 181-183 клапанов и системным насосом 119. Модуль 190 управления потоками может избирательно приводить в действие приводы 181-183 клапанов и системный насос 119, чтобы вызывать поток текучей среды по одному или более путям и/или блокировать поток текучей среды по одной или более путям.

[0081] Лишь в качестве примера, привод 183 клапана может, вращаясь, входить в контакт с подвижным клапаном 123. Привод 183 клапана может включать вращающийся двигатель 189, выполненный с возможностью приведения в движение (например, поворачивания) привода 183 клапана. Модуль 190 управления потоками может приводить в действие привод 183 клапана для перемещения подвижного клапана 123 в первое угловое положение. Когда подвижный клапан 123 находится в первом угловом положении, модуль 190 управления потоками может приводить в действие системный насос 119, тем самым затягивая биологический образец из области 132 подготовки образца в реакционную камеру 126. Затем модуль 190 управления потоками может приводить в действие привод 183 клапана для перемещения подвижного клапана 123 во второе угловое положение. Когда подвижный клапан 123 находится во втором угловом положении, модуль 190 управления потоками может приводить в действие системный насос 119, тем самым затягивая один или более компонентов реакции из соответствующего(их) резервуара(ов) в реакционную камеру 126. В некоторых вариантах осуществления системный насос 119 может быть выполнен с возможностью обеспечения положительного давления с тем, чтобы активно прокачивать текучую среду в противоположном направлении. Подобные операции можно использовать для добавления множественных жидкостей в один общий резервуар, тем самым смешивая эти жидкости в резервуаре. Следовательно, отверстие 118 гидравлического соединения может позволять текучей среде (например, газу) выходить из корпуса 110 картриджа или может принимать текучую среду в корпус 110 картриджа.

[0082] Системный контроллер 180 также может включать модуль 191 терморегуляции. Модуль 191 терморегуляции может управлять термоциклером 186 для подвода и/или отвода тепловой энергии из области 132 подготовки образца. В одном конкретном примере термоциклер 186 может повышать и/или понижать температуру, воздействие которой испытывает биологический образец в канале 131 для образца, в соответствии с протоколом ПЦР. Хотя это не показано, система 100 может включать дополнительные тепловые устройства, которые размещены смежно с областью 132 подготовки образца.

[0083] Системный контроллер 180 также может включать модуль 192 обнаружения, выполненный с возможностью управления узлом 108 обнаружения для получения данных о биологическом образце. Модуль 192 обнаружения может управлять работой узла 108 обнаружения посредством контактного набора 188. Например, узел 108 обнаружения может быть подсоединен с возможностью связи к контактному набору 188 электрических контактов 196 вдоль стыковочной стороны 114. В некоторых вариантах осуществления электрические контакты 196 могут быть гибкими контактами (например, контактами пого или контактными стержнями), способными перепозиционироваться к и от стыковочной стороны 114. Электрические контакты 196 выходят наружу корпуса картриджа и электрически соединены с узлом 108 обнаружения. Электрические контакты 196 могут именоваться контактами ввода-вывода (I/O). Когда основной прибор 102 и съемный картридж 104 функционально сопряжены, модуль 192 обнаружения может управлять узлом 108 обнаружения для получения данных в заданные моменты времени или в течение заданных периодов времени. Например, модуль 192 обнаружения может управлять узлом 108 обнаружения для захвата изображения реакционной камеры 126, когда к биологическому образцу присоединен флуорофор. Может быть получено некоторое число изображений.

[0084] Необязательно, системный контроллер 180 включает модуль 193 анализа, выполненный с возможностью анализа данных для предоставления пользователю системы 100 по меньшей мере частичных результатов. Например, модуль 193 анализа может анализировать данные изображения, предоставленные детектором 109 изображений. Такой анализ может включать идентификацию последовательности нуклеиновых кислот биологического образца.

[0085] Системный контроллер 180 и/или электронные модули 190-193 могут включать одно или более логических устройств, в том числе один или более микроконтроллеров, процессоров, компьютеров с сокращенным набором команд (RISC), специализированных интегральных схем (ASIC), программируемых пользователем вентильных матриц (FPGA), логических схем и любых других схем, пригодных для выполнения описываемых здесь функций. В одном примерном варианте осуществления системный контроллер 180 и/или электронные модули 190-193 выполняют набор хранящихся в них команд с целью осуществления одного или более протоколов анализа. Запоминающие элементы могут быть в виде источников информации или физических элементов памяти внутри основного прибора 102 и/или съемного картриджа 104. Протоколы, выполняемые аналитической системой 100, могут предназначаться осуществлять, например, количественный анализ ДНК или РНК, анализ белков, секвенирование ДНК (например, секвенирования путем синтеза (SBS)), подготовку образца и/или подготовку библиотеки фрагментов для секвенирования.

[0086] Набор команд может включать различные команды, предписывающие системе 100 выполнять конкретные операции, такие как способы и процессы различных вариантов осуществления, описываемых здесь. Набор команд может быть в виде программы системы программного обеспечения. Употребляемые здесь термины «программное обеспечение» и «встроенное программное обеспечение» являются взаимозаменяемыми и включат любую компьютерную программу, предназначенную для реализации компьютером и хранящуюся в памяти, включая оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ), электронно-стираемое ППЗУ и энергонезависимое ОЗУ (энергонезависимую память с произвольным доступом, NVRAM). Перечисленные типы памяти являются лишь примерами и, таким образом, не ограничивают типы памяти, пригодные для хранения компьютерной программы.

[0087] Программное обеспечение может иметь различные формы, такие как системное программное обеспечение или прикладное программное обеспечение. Кроме того, программное обеспечение может быть в виде набора отдельных программ или программного модуля в составе более крупной программы или части программного модуля. Кроме того, программное обеспечение может включать модульное программирование в виде объектно-ориентированного программирования. После получения данных обнаружения, эти данные обнаружения могут быть автоматически обработаны системой 100, обработаны в ответ на ввод данных пользователем или обработаны в ответ на запрос, сделанный другой машиной обработки информации (например, удаленный запрос по каналу связи).

[0088] Системный контроллер 180 может быть соединен с другими компонентами или подсистемами системы 100 посредством каналов связи, которые могут быть аппаратно-реализованными или беспроводными. Системный контроллер 180 также может быть соединен с возможностью связи с внешними системами или серверами. Системный контроллер 180 может принимать вводы или команды пользователя от пользовательского интерфейса (не показан). Пользовательский интерфейс может включать клавиатуру, мышь, панель с сенсорным экраном и/или систему распознавания голоса и т.п.

[0089] Системный контроллер 180 также может служить для обеспечения возможностей обработки, таких как хранение, интерпретирование и/или исполнение команд программного обеспечения, а также управление всем функционированием системы 100. Системный контроллер 180 может быть выполнен и запрограммирован с возможностью управления данными и/или особенностями энергоснабжения различных компонентов. Хотя системный контроллер 180 представлен на фиг. 1 как единая конструкция, понятно, что системный контроллер 180 может включать множественные отдельные компоненты (например, процессоры), которые распределены по системе 100 в разных местах. В некоторых вариантах осуществления один или более компонентов могут быть объединены (интегрированы) с основным прибором, и один или более компонентов могут располагаться на удалении от основного прибора.

[0090] Фиг. 2 представляет собой вид сверху системы 200 управления потоками, выполненной в соответствии с одним вариантом осуществления. Система 200 управления потоками может быть частью системы (не показана) подготовки образца и/или анализа образца, такой как система 100 (показанная на фиг. 1). В некоторых вариантах осуществления система 200 управления потоками целиком находится в интегрированном устройстве, таком как съемный картридж 104 (фиг. 1). В других вариантах осуществления система 200 управления потоками может быть частью стандартной системы (например, настольной системы). На фиг. 2 компоненты системы 200 управления потоками расположены на локализованном участке. В других вариантах осуществления компоненты системы 200 управления потоками могут быть отдалены друг от друга и распределены по разным участкам.

[0091] В проиллюстрированном варианте осуществления система 200 управления потоками включает гидравлическую сеть 202, выполненную с возможностью организации одного или более потоков текучих сред (например, газа или жидкости) через нее. Гидравлическая сеть 202 имеет некоторое расположение взаимно соединенных гидравлических элементов. Гидравлические элементы могут быть выполнены с возможностью направления текучей среды в предусмотренные области в пределах гидравлической сети 202, где, например, текучая среда может быть подвергнута воздействию заданных условий и/или претерпевать предусмотренные реакции. Гидравлические элементы могут избирательно соединяться друг с другом одним или более клапанов так, что во время работы один или более гидравлических элементов могут быть отсоединены относительно одного или более других гидравлических элементов.

[0092] В проиллюстрированном варианте осуществления гидравлическая сеть 202 включает отверстия 204А-204D для образца и каналы 206А-206D для образца, находящиеся в проточном сообщении соответственно с отверстиями 204А-204D для образца. Каналы 206А-206D для образца проходят от соответствующих отверстий 204А-204D для образца до общего стыка или пересечения 209. Гидравлическая сеть 202 также включает объединенный канал 208 для образца, проходящий от стыка 209 до подающего отверстия 210 (показано на фиг. 9). Поворотный клапан 216 расположен над подающим отверстием 210.

[0093] Гидравлическая сеть 202 также включает питающее отверстие 226 (показано на фиг. 9) и питающий канал 224, отходящий от питающего отверстия 226. Питающий канал 224 проходит между питающим отверстием 226 и проточной кюветой 320 гидравлической сети 202. В проточной кювете 320 имеется входное отверстие 322, выходное отверстие 324 и простирающаяся между ними реакционная камера 326. Во время работы текучая среды может протекать от питающего канала 224 через входное отверстие 322 и выходить из реакционной камеры 326 через выходное отверстие 324. По выходе из реакционной камеры 326 текучая среда может поступать в резервуар 330 для отходов гидравлической сети 202. На фиг. 2 резервуар 330 для отходов показан как небольшой прямоугольник, однако следует понимать, что объем резервуара 330 для отходов может быть больше, чем, например, резервуаров 240-244.

[0094] Хотя текучая среда протекает через реакционную камеру 326, эта текучая среда может взаимодействовать с присутствующим внутри реакционной камеры 326 материалом (например, аналитами). В реакционной камере 326 могут детектироваться предусмотренные реакции. Например, узел обнаружения (не показан) может располагаться смежно с реакционной камерой 326 и обнаруживать световые сигналы из реакционной камеры 326.

[0095] В проиллюстрированном варианте осуществления отверстия 204А-204D для образца выходят на сторону или поверхность 214 микрожидкостного тела 212, так что отверстия 204А-204D для образца открыты наружу микрожидкостного тела 212. Каналы 206А-206D для образца и объединенный канал 208 для образца проходят через микрожидкостное тело 212 (например, внутри него). Подающее отверстие 210 может выходить на сторону 214 тела. В качестве альтернативы, подающее отверстие 210 может выходить на нижнюю (не показана) или боковую сторону микрожидкостного тела 212. Следовательно, каналы 206А-206D для образца находятся в проточном сообщении с одним единственным отверстием, таким как подающее отверстие 210. Однако в альтернативных вариантах осуществления каналы 206А-206D для образца могут находиться в проточном сообщении с отдельными подающими отверстиями, выходящими на сторону 214 тела. В таких альтернативных вариантах осуществления каждый канал для образца может проходить между соответствующим отверстием для образца и соответствующим подающим отверстием.

[0096] В проиллюстрированном варианте осуществления гидравлическая сеть 202 также включает множество каналов 220 резервуаров. Каждый из каналов 220 резервуара гидравлически расположен между отверстием 222 резервуара (показано на фиг. 10) и резервуаром 240. Отверстия 222 резервуаров выходят на сторону 214 тела. Аналогично подающему отверстию 210, отверстия 222 резервуаров могут быть закрыты поворотным клапаном 216. Необязательно, гидравлическая сеть 202 может включать канал 228 резервуара, который гидравлически расположен между общим каналом 208 для образца и резервуаром 230.

[0097] В проиллюстрированном варианте осуществления система 200 управления потоками включает микрожидкостное тело 212. Микрожидкостное тело 212 может представлять собой физическую конструкцию, образующую гидравлические элементы гидравлической сети 202. Например, микрожидкостное тело 212 может включать уложенные друг на друга слои печатной платы (ПП), из которых один или более слоев вытравлены или отформованы с образованием одного или более каналов (например, каналов 206А-206D для образца, общего канала 208 для образца, каналов 220, 228 резервуаров и питающего канала 224) и одного или более отверстий (например, отверстий 204А-204D для образца, отверстий 222 резервуаров, подающего отверстия 210 и питающего отверстия 226) гидравлической сети 202. Проточная кювета 320 может быть прикреплена к микрожидкостному телу 212. Подобные микрожидкостные тела показаны и описаны в предварительной заявке на патент США № 62/003264 и предварительной заявке на патент США № 61/951462. Каждая из этих предварительных заявок во всей полноте включена сюда по ссылке. Альтернативно или дополнительно, к слоям ПП могут быть использованы другие материалы, такие как стекло или пластик. В альтернативных вариантах осуществления микрожидкостное тело 212 может быть совокупно образовано из множественных компонентов тела. В некоторых случаях гидравлическая сеть 202, по меньшей мере частично, образована системой трубок.

[0098] Поворотный клапан 216 выполнен с возможностью поворота вокруг оси 299 в различные положения клапана (например, угловые положения) для гидравлической связи различных каналов гидравлической сети 202. Поворотный клапан 216 может быть скользящим образом сопряжен со стороной 214 тела и может быть позиционирован закрывающим ряд отверстий, выходящих на сторону 214 тела, таких как отверстия 222 резервуаров, подающее отверстие 210 и питающее отверстие 226. Поворотный клапан 216 включает по меньшей мере один проточный канал 218 (показан на фиг. 9), предназначенный для гидравлического соединения различных каналов. Например, когда поворотный клапан 216 находится в первом положении клапана, проточный канал 218 может гидравлически соединять канал 208 для образца с питающим каналом 224. Когда поворотный клапан 216 находится во втором угловом положении, проточный канал 218 может гидравлически соединять один из каналов 220 резервуаров с питающим каналом 224.

[0099] Каждое из отверстий 204А-204D для образца выполнено с возможностью приема соответствующего биологического образца. Например, пользователь системы 200 управления потоками, такой как техник или лаборант, может загружать (например, пипеткой) биологический образец в одно или более отверстий 204А-204D для образца. Биологические образцы могут быть взяты у одного и того же индивида (например, человека) или могут принадлежать разным множественным индивидам из некоторой популяции. Следует понимать, что биологический образец может быть взят у других видов, таких как животные, растения, бактерии или грибы. В проиллюстрированном варианте осуществления отверстия 204А-204D для образца выполнены с возможностью доступа к ним снаружи системы 200 управления потоками. В альтернативных вариантах осуществления отверстия 204А-204D для образца могут быть частью более крупной гидравлической сети, так что биологические образцы доставляются к отверстиям 204А-204D для образца через эту более крупную гидравлическую сеть.

[00100] Как показано на фиг. 2, каждый из каналов 206А-206D для образца может включать область 232 подготовки образца. В проиллюстрированном варианте осуществления каналы 206А-206D для образца имеют соответствующие волнообразные или извилистые траектории вдоль соответствующей области 232 подготовки образца. Эти соответствующие волнообразные или извилистые траектории могут обеспечивать наличие большего объема биологического образца в области 234 терморегуляции. В альтернативных вариантах осуществления область 232 подготовки образца может иметь иные размеры, нежели другие участки соответствующего канала для образца. Например, область 232 подготовки образца может образовывать широкую камеру или лунку с увеличенной глубиной.

[00101] В области 232 подготовки образца биологический образец может подвергаться процессу подготовки биологического образца к последующим реакциям и/или анализу. Например, биологический образец может испытывать воздействие изменения давления и/или температуры. В качестве альтернативы или в дополнение, биологический образец может быть смешан с одним или более компонентами реакции в пределах области 232 подготовки образца. В некоторых вариантах осуществления система 200 управления потоками может включать полосу или зону 236 терморегуляции (показана пунктирной линией), проходящую вдоль области 234 терморегуляции, которая расположена смежно с областями 232 подготовки образца каналов 206А-206D для образца. В некоторых вариантах осуществления полоса 236 терморегуляции может представлять собой гибкий нагреватель ПП, такой как гибкий нагреватель ПП, описанный в предварительной заявке на патент США № 61/951462, которая во всей полноте включена сюда по ссылке. Гибкий нагреватель ПП может проходить вдоль области 234 терморегуляции и включать в себя электропроводные дорожки, выделяющие тепло, когда по ним пропускают электрический ток.

[00102] Полоса 236 терморегуляции предназначена для регулирования температуры биологических образцов в соответствующих каналах 206А-206D для образца вдоль области 234 терморегуляции. Регулирование температуры может осуществляться в ходе протокола амплификации, при котором биологические образцы испытывают увеличение/уменьшение температуры в соответствии с заданным графиком (планом) с целью амплификации биологического образца. В таких вариантах осуществления биологические образцы могут загружаться в отверстия 204А-204D для образца вместе со смесью реагентов для амплификации (например, ПЦР). В качестве альтернативы, смесь для амплификации может быть доставлена отдельно в области 232 подготовки образца посредством гидравлической сети 202. Например, области 232 подготовки образца могут быть в проточном сообщении с другим каналом (не показан), по которому может доставляться смесь для амплификации.

[00103] В некоторых вариантах осуществления система 200 управления потоками включает узел или модуль 238 хранения. Как показано, узел 238 хранения включает множество резервуаров 240-244. Каждый из резервуаров 240-244 предназначен для размещения в нем компонента реакции, который может быть использован в ходе заданного протокола анализа (например, протокола SBS). Каждый из резервуаров 240-244 может быть проточном сообщении с соответствующим отверстием через один из каналов 220 резервуаров. Как описано здесь, поворотный клапан 216 выполнен с возможностью поворота в различные положения клапана в соответствии с заданным графиком (планом) для установления гидравлического соединения питающего канала 224 с другими каналами гидравлической сети 202.

[00104] В некоторых вариантах осуществления система 200 управления потоками также может включать канальные клапаны 246, 248. Как показано, каждый из каналов 206А-206D для образца соединен с парой канальных клапанов 246, 248. Соответствующая каждому каналу 206А-206D для образца область 232 подготовки образца проходит между соответствующей парой канальных клапанов 246, 248. Каждая пара канальных клапанов 246, 248 предназначена для герметизации соответствующего биологического образца в пределах области 232 подготовки образца, когда биологический образец подвергается воздействию различных условий. Например, канальные клапаны 246, 248 могут герметизировать между собой соответствующий биологический образец во время термоциклирования биологического образца в соответствии с протоколом ПЦР.

[00105] Для вызывания течения через гидравлическую сеть 202 система 200 управления потоками может включать насосный узел 332. В проиллюстрированном варианте осуществления система 200 управления потоками включает только один насос, который расположен ниже по потоку от реакционной камеры 326 и прокачивает или засасывает текучую среду по гидравлической сети 202. В альтернативных вариантах осуществления для продвижения текучей среды по гидравлической сети 202 может использоваться один или более насосов. Например, один или более насосов могут быть гидравлически подсоединены выше по потоку относительно резервуаров 240-243 и/или резервуара 244. Отверстия 204А-204D для образца также могут быть гидравлически соединены с находящимся выше по потоку наносом, вызывающим поток биологического образца в канал 208 для образца.

[00106] На фиг. 3-8 показаны различные клапанные механизмы, посредством которых система 200 управления потоками (фиг. 2) может управлять (например, регулировать) поток через гидравлическую сеть 202 (фиг. 2). Более конкретно, на фиг. 3 и 4 показан разрез клапанного механизма 250, который включает канальный клапан 246. Хотя дальнейшее описание относится к канальному клапану 246, канальный клапан 248 (фиг. 2) и другие клапаны могут иметь подобные или аналогичные признаки. Как показано, микрожидкостное тело 212 включает множество слоев 252-254, уложенных стопкой друг на друга. Слои 252-254 могут представлять собой слои печатной платы (ПП). Один или более из слоев 252-254 могут быть протравлены так, что когда слои 252-254 уложены друг на друга, микрожидкостное тело 212 образует канал 206 для образца. Канал 206 для образца включает клапанную или внутреннюю полость 256.

[00107] Канальный клапан 246 выполнен с возможностью регулирования потока текучей среды по каналу 206 для образца. Например, канальный клапан 246 может обеспечивать максимальный зазор, так что текучая среда может течь беспрепятственно. Канальный клапан 246 также может препятствовать потоку текучей среды по нему. Употребляемый здесь термин «препятствовать» может охватывать замедление потока текучей среды или полное блокирование потока текучей среды. Как показано, в канале 206 для образца имеются первое и второе отверстия 258, 260, находящиеся в проточном сообщении с клапанной полостью 256. Канал предназначен для протекания текучей среды в клапанную полость 256 через первое отверстие 258 и наружу из клапанной полости 256 через второе отверстие 260. В проиллюстрированном варианте осуществления канальный клапан 246 представляет собой гибкую мембрану, способную изгибаться между первым и вторым состояниями. На фиг. 3 гибкая мембрана показана в первом состоянии, а на фиг. 4 – во втором состоянии. В конкретных вариантах осуществления гибкая мембрана представляет собой гибкий слой. Гибкий слой выполнен с возможностью вдавливания его в клапанную полость 256 и перекрывания первого отверстия 258 для блокировки потока текучей среды через него. В альтернативных вариантах осуществления канальный клапан 246 может быть иным физическим элементом, способным перемещаться между различными состояниями или положениями для регулировки потока текучей среды.

[00108] Система 200 управления потоками (фиг. 2) также может включать привод 262 клапана, выполненный с возможностью приведения в действие канального клапана 246. Например, привод 262 клапана может изгибать гибкую мембрану между первым и вторым состояниями. Привод 262 клапана включает вытянутый корпус 264, такой как штифт или стержень, проходящий через отверстие или проем 266 для доступа. Отверстие 266 для доступа обеспечивает непосредственный доступ привода 262 клапана к канальному клапану 246, являющемуся в проиллюстрированном варианте осуществления гибкой мембраной. На фиг. 5 привод 262 клапана показан в первом состоянии или положении. На фиг. 6 привод 262 клапана показан во втором состоянии или положении. Во втором положении привод 262 клапана сопряжен с канальным клапаном 246, будучи продвинутым на некоторое расстояние к первому отверстию 258. Привод 262 клапана может деформировать канальный клапан 246 так, что канальный клапан 246 закрывает первое отверстие 258. По этой причине поток текучей среды через первое отверстие 258 блокируется канальным клапаном 246.

[00109] На фиг. 5 и 6 показан разрез клапанного механизма 270, включающего канальный клапан 272. В некоторых вариантах осуществления канальный клапан 246 (фиг. 2) может быть заменен на канальный клапан 272. Клапанный механизм 270 может быть подобен клапанному механизму 250. Например, клапанный механизм включает канальный клапан 272 и привод 274 клапана. Привод 274 клапана имеет удлиненное тело 276, такое как сопло, которое проходит через отверстие или проем 278 для доступа. Отверстие 278 для доступа может образовывать закрытую или герметичную камеру. В примерном варианте осуществления канальный клапан 272, который может представлять собой гибкую мембрану, приводится в действие пневматически приводом 274 клапана. Более конкретно, привод 274 клапана выполнен с возможностью подачи текучей среды (например, воздуха) для повышения давления в герметичной камере, тем самым вызывая деформацию канального клапана 272. Когда канальный клапан 272 деформирован, этот канальный клапан может закрывать отверстие 277 канала 279 для образца, тем самым блокируя поток через канал 279 для образца.

[00110] На фиг. 7 и 8 показан клапанный механизм 280, включающий канальный клапан 282. Клапанный механизм 280 может иметь аналогичные признаки, что и клапанные механизмы 250 (фиг. 3), 270 (фиг. 5). Канальный клапан 282 соединен с возможностью поворота с приводом 284 клапана. Канальный клапан 282 представляет собой плоское тело, которому придана форма, позволяющая протекать через канал 286 для образца в первом угловом положении (показано на фиг. 7) и блокировать поток через канал 286 для образца во втором угловом положении (показано на фиг. 8). Более конкретно, находясь во втором угловом положении, канальный клапан 282 может закрывать отверстие 288.

[00111] На фиг. 9 показан разрез поворотного клапана 216, функционально сопряженного с приводом 290 клапана. Поворотный клапан 216 скользящим образом сопряжен со стороной 214 микрожидкостного тела 212. Привод 290 клапана выполнен с возможностью поворота поворотного клапана 216 вокруг оси 299 в предусмотренные положения клапана (или угловые положения) для установления гидравлической связи между различными каналами гидравлической сети 202 (фиг. 1). Поворотный клапан 216 включает корпус 292 клапана, имеющий жидкостную сторону 294 и рабочую сторону 296. Рабочая сторона 296 может включать механический интерфейс 298, выполненный с возможностью взаимодействия с приводом 290 клапана. В проиллюстрированном варианте осуществления механический интерфейс 298 включает плоское тело или ребро, совпадающее с осью 299. Привод 290 клапана включает прорезь 300, выполненную с возможностью приема механического интерфейса 298, так что привод 290 клапана функционально взаимодействует с поворотным клапаном 216. Более конкретно, привод 290 клапана может входить в зацепление с поворотным клапаном 216 так, что привод 290 клапана способен поворачивать поворотный клапан 216 вокруг оси 299.

[00112] Сторона 214 тела имеет подающее отверстие 210 и питающее отверстие 226. На стороне 214 тела также имеются отверстия 222А-222Е резервуаров (показаны на фиг. 10). Проточный канал 218 проходит между первым и вторым отверстиями 306, 308 канала. Первое и второе отверстия 306, 308 канала выходят на жидкостную сторону 294 корпуса 292 клапана. В примерном варианте осуществления поворотный клапан 216 включает только два отверстия 306, 308 канала и только один проточный канал 218. Однако, в других вариантах осуществления, поворотный клапан 216 может включать более чем два отверстия канала и/или более чем один проточный канал. Такие варианты осуществления могут предусматривать гидравлическое соединение более двух каналов в одном угловом положении поворотного клапана 216.

[00113] Как показано на фиг. 9, питающее отверстие 226 совмещено и гидравлически связано с отверстием 308 канала, а подающее отверстие 210 совмещено и гидравлически связано с отверстием 306 канала. В зависимости от углового положения поворотного клапана 216, отверстие 306 канала может быть также гидравлически связано с одним из отверстий 222А-222Е резервуаров. Как указано выше, поворотный клапан 216 выполнен с возможностью поворота вокруг оси 299. В некоторых вариантах осуществления питающее отверстие 226 и отверстие 308 канала расположены так, что питающее отверстие 226 и отверстие 308 канала совмещены с осью 299. Более конкретно, ось 299 проходит через каждое из питающего отверстия 226 и отверстия 308 канала.

[00114] Когда привод 290 клапана функционально соединен с поворотным клапаном 216, привод 290 клапана может прикладывать усилие 310 привода в направлении против стороны 214 тела. В таких вариантах осуществления усилие 310 привода может быть достаточным для герметизации проточного канала 218 между отверстиями 306, 308 канала и для герметизации отверстий 222 резервуаров и/или подающего отверстия 210.

[00115] Соответственно, поворотный клапан 216 в первом угловом положении может гидравлически связывать питающее отверстие 226 и подающее отверстие 210, а во втором угловом положении гидравлически связывать питающее отверстие 226 и соответствующее отверстие 222 резервуара. Когда поворотный клапан 216 поворачивается между различными угловыми положениями, поворотный клапан 216 фактически изменяет путь течения в гидравлической сети.

[00116] Текучая среда может течь по проточному каналу 218 в любом направлении. Например, системный насос (не показан), такой как системный насос 119 (фиг. 1), может находиться в проточном сообщении с питающим отверстием 226. Системный насос может создавать усилие всасывания, проталкивающее текучую среду через подающее отверстие 210 (или соответствующее отверстие 222 резервуара) в проточный канал 218 и через питающее отверстие 226. В качестве альтернативы, системный насос может обеспечивать положительное давление, перемещающее текучую среду в проточном канале 218, в результате чего текучая среда проходит через питающее отверстие 226 в проточный канал 218 и через подающее отверстие 210 (или соответствующее отверстие 222 резервуара).

[00117] Фиг. 10 представляет собой вид сверху стороны 214 тела, иллюстрирующий подающее отверстие 210, питающее отверстие 226 и отверстия 222А-222Е резервуаров. На фиг. 10 проточный канал 218 представлен в двух разных угловых положениях, однако понятно, что проточный канал 218 может иметь и другие угловые положения. Угловые положения проточного канала 218 соответствуют положениям поворотного клапана 216 (фиг. 2). Отверстия 222А-222Е резервуаров гидравлически связаны с соответствующими резервуарами посредством соответствующих каналов резервуаров. Например, отверстие 222А резервуара гидравлически связано с резервуаром 243; отверстие 222В резервуара гидравлически связано с резервуаром 242; отверстие 222С резервуара гидравлически связано с резервуаром 241; отверстие 222D резервуара гидравлически связано с резервуаром 240; и отверстие 222Е резервуара гидравлически связано с резервуаром 244. Как описано выше, в зависимости от углового положения поворотного клапана 216 (фиг. 2), проточный канал 218 может гидравлически связывать питающее отверстие 226 с подающим отверстием 210 или с одним из соответствующих отверстий 222А-222Е резервуаров.

[00118] В таблице 1 показаны различные стадии протокола секвенирования путем синтеза (SBS). В примерном варианте осуществления резервуар 244 содержит буфер гидрогенизации, резервуар 243 содержит раствор нуклеотидов, резервуар 242 содержит промывочный раствор, а резервуаре 241 содержит расщепляющий раствор. Хотя в таблице 1 представлен график для протокола SBS, следует понимать, что в зависимости от желаемого протокола анализа возможны различные графики. В нижеследующем примере биологические образцы были амплифицированы в пределах соответствующей области 232 подготовки образца (фиг. 2) в соответствии с протоколом ПЦР.

[00119] На стадии 1 проточный канал 218 имеет положение клапана, которое гидравлически связывает подающее отверстие 210 и питающее отверстие 226. На стадии 1 канальные клапаны 246, 248 (фиг. 2), соединенные с каналом 206А образца, деактивированы (например, в первом состоянии), позволяя первому биологическому образцу протекать через канал 206А для образца и канал 208 для образца. Однако, канальные клапаны 246, 248, соединенные с каналами 206В-206D для образца, активированы, герметизируя второй, третий и четвертый биологические образцы в соответствующей области 232 подготовки образца. Следовательно, на стадии 1 насосный узел 332 (фиг. 2) может вызывать поток первого биологического образца в проточный канал 218. На стадии 2 поворотный клапан 216 поворачивается во второе положение клапана, при этом первый биологический образец удерживается в проточном канале 218, так что проточный канал 218 гидравлически связывает отверстие 222Е резервуара и питающее отверстие 226. Во втором положении клапана насосный узел 332 может вызывать поток текучей среды по проточному каналу 218, так что первый биологический образец затекает через отверстие 222Е резервуара в буфер гидрогенизации.

[00120] На стадии 3 поворотный клапан 216 поворачивается обратно в первое положение клапана, канальные клапаны 246, 248 избирательно приводятся в действие с тем, чтобы предоставить второму биологическому образцу возможность затекать в проточный канал 218, тогда как третий и четвертый биологические образцы герметизированы в областях 232 подготовки образца. На стадии 4 поворотный клапан 216 поворачивается назад во второе положение клапана, при этом в проточном канале 218 удерживается второй биологический образец, который добавляется к буферу гидрогенизации с первым биологическим образцом. На стадиях 5-8 третий и четвертый биологические образцы извлекаются из соответствующих областей подготовки образца и добавляются к буферу гидрогенизации. Следовательно, четыре биологических образца могут храниться в одном резервуаре с буфером гидрогенизации. При нахождении в резервуаре 243, с биологическими образцами и буфером гидрогенизации могут проходить реакции, подготавливающие биологические образцы к SBS-секвенированию.

[00121] На стадии 9 насосный узел 332 вытягивает объединенные биологические образцы/буфер гидрогенизации через отверстие 222Е резервуара, через проточный канал 218, через питающее отверстие 226 в реакционную камеру 326 (фиг. 2). Биологические образцы могут быть иммобилизованы на поверхностях, образующих реакционную камеру. Например, могут образовываться кластеры, включающие биологические образцы. Стадии 10-13 составляют цикл секвенирования. На стадии 10 поворотный клапан 216 может находиться в третьем положении клапана, так что через проточный канал 218 в реакционную камеру может быть затянут раствор нуклеотидов. В это время нуклеотиды могут встраиваться в соответствующие биологические образцы (например, ренатурированные праймеры в матричные нуклеиновые кислоты). На стадии 11 поворотный клапан 216 может находиться в четвертом положении клапана, так что через реакционную камеру может протекать промывочный раствор, увлекающий из реакционной камеры раствор нуклеотидов. После стадии 11 может быть снято изображение реакционной камеры детектором изображений, таким как устройство 404 обнаружения (фиг. 11). Цвет света, излучаемого кластерами, может быть использован для идентификации оснований, встроенных в кластеры. На стадии 12 поворотный клапан 216 может находиться в четвертом положении клапана, так что через реакционную камеру может протекать расщепляющий раствор, и флуорофоры (и, если они присутствуют, обратимые фрагменты-терминаторы) могут быть удалены из кластеров. На стадии 13 поворотный клапан 216 может снова находиться в третьем положении клапана и через реакционную камеру может протекать промывочный раствор, чтобы удалять расщепляющий раствор. Стадии 10-13 могут повторяться до завершения секвенирования и/или до тех пор, пока не израсходуются реагенты.

Таблица 1

Отверстие Тип текучей среды, протекающей по проточному каналу Направление течения Стадия 1 210 1-й биологический образец К питающему отверстию 226 Стадия 2 222Е 1-й биологический образец От питающего отверстия 226 Стадия 3 210 2-й биологический образец К питающему отверстию 226 Стадия 4 222Е 2-й биологический образец От питающего отверстия 226 Стадия 5 210 3-й биологический образец К питающему отверстию 226 Стадия 6 222Е 3-й биологический образец От питающего отверстия 226 Стадия 7 210 4-й биологический образец К питающему отверстию 226 Стадия 8 222Е 4-й биологический образец От питающего отверстия 226 Стадия 9 222Е Объединенные биологические образцы + буфер гидрогенизации К питающему отверстию 226 Стадия 10 222А Раствор нуклеотидов К питающему отверстию 226 Стадия 11 222В Промывочный раствор К питающему отверстию 226 Стадия 12 222С Расщепляющий раствор К питающему отверстию 226 Стадия 13 222В Промывочный раствор К питающему отверстию 226 Повторение стадий 10-13 до завершения обнаружения

[00122] На фиг. 11 показан разрез части узла 400 обнаружения. В проиллюстрированном варианте осуществления узел 400 обнаружения выполнен заодно с проточной кюветой 320. Более конкретно, узел обнаружения включает в себя устройство 404 обнаружения, которое расположено смежно с проточной кюветой 320 и реакционной камерой 326. Проточная кювета 320 может быть смонтирована на устройстве 404 обнаружения. В проиллюстрированном варианте осуществления проточная кювета 320 прикреплена непосредственно к устройству 404 обнаружения при помощи одного или более крепежных механизмов (например, клея, связки, крепежных деталей и т.п.). В некоторых вариантах осуществления проточная кювета 320 может быть разъемно соединена с устройством 404 обнаружения. В конкретных вариантах осуществления устройство 404 обнаружения выполнено с возможностью обнаружения световых сигналов из реакционной камеры 326. Следовательно, устройство 404 обнаружения в некоторых вариантах осуществления может именоваться детектором изображений.

[00123] В проиллюстрированном варианте осуществления устройство 404 обнаружения включает основание 425 устройства. В конкретных вариантах осуществления основание 425 устройства включает множество наложенных друг на друга слоев (например, слой кремния, слой диэлектрика, слой металла-диэлектрика и т.д.). Основание 425 устройства может включать сенсорный массив 424 светочувствительных датчиков 440, световодный массив 426 световодов 462 и реакционный массив 428 реакционных углублений 408 с соответствующими реакционными участками 414. В определенных вариантах осуществления эти компоненты расположены так, что каждый светочувствительный датчик 440 совмещается с одним световодом 462 и одним реакционным участком 414. Однако, в других вариантах осуществления, один светочувствительный датчик 440 может принимать фотоны по более чем одному световоду 462 и/или от более чем одного реакционного участка 414. Используемый здесь один светочувствительный датчик может включать один пиксель или более чем один пиксель. Устройство 404 обнаружения может быть изготовлено с использованием технологии комплементарных структур металл-оксид-полупроводник (КМОП). В конкретных вариантах осуществления устройство 404 обнаружения представляет собой КМОП-детектор изображений.

[00124] Отмечается, что термин «массив» или «подмассив» не обязательно охватывает любой и каждый элемент определенного типа, которые может иметь устройство обнаружения. Например, сенсорный массив 424 может не включать любой и каждый светочувствительный датчик в устройстве 404 обнаружения. Напротив, устройство 404 обнаружения может включать другие светочувствительные датчики (например, другой(ие) массив(ы) светочувствительных датчиков). В качестве другого примера, световодный массив 426 может не включать любой и каждый световод устройства обнаружения. Напротив, могут иметься другие световоды, которые выполнены по-иному, чем световоды 462, или которые имеют иные взаимосвязи с другими элементами устройства 404 обнаружения. По этой причине, если явно не указано иное, термин «массив» может включать или не включать все подобные элементы устройства обнаружения.

[00125] В проиллюстрированном варианте осуществления проточная кювета 320 включает боковую стенку 406 и проточную крышку 410, опирающуюся на боковую стенку 406 и другие боковые стенки (не показаны). Боковые стенки соединены с поверхностью 412 детектора и проходят между проточной крышкой 410 и поверхностью 412 детектора. В некоторых вариантах осуществления боковые стенки образованы слоем отверждаемого клея, которых скрепляет проточную крышку 410 с устройством 404 обнаружения.

[00126] Проточной кювете 320 приданы такие размеры и форма, что между проточной крышкой 410 и устройством 404 обнаружения существует реакционная камера 326. Как показано, реакционная камера 326 может иметь высоту H₁. Лишь в качестве примера, высота H₁ может составлять примерно 50-400 мкм (микрон) или, более конкретно, примерно 80-200 мкм. В проиллюстрированном варианте осуществления высота Н₁ составляет примерно 100 мкм. Проточная крышка 410 может включать материал, прозрачный для возбуждающего света 401, поступающего в реакционную камеру 326 извне узла 400 обнаружения. Как показано на фиг. 7, возбуждающий свет 401 достигает проточной крышки 410 под непрямым углом. Однако, это является лишь иллюстрацией, так как возбуждающий свет 401 может достигать проточной крышки 410 под разными углами. Реакционной камере 326 приданы такие размеры и форма, что текучая среда направляется вдоль поверхности 412 детектора. Высота Н₁ и другие размеры реакционной камеры 326 могут быть подобраны так, чтобы поддерживать по существу равномерный поток текучей среды вдоль поверхности 412 детектора. Размеры реакционной камеры 326 также могут выполнены для контроля образования пузырьков.

[00127] Боковые стенки 406 и проточная крышка 410 могут быть отдельными компонентами, соединяемыми друг с другом. В других вариантах осуществления боковые стенки 406 и проточная крышка 410 могут быть изготовлены как единое целое, так что боковые стенки 406 и проточная крышка 410 образованы из сплошного куска материала. В качестве примера, проточная крышка 410 (или проточная кювета 320) может содержать прозрачный материал, такой как стекло или пластик. Проточная крышка 410 может образовывать по существу прямоугольный блок с плоской наружной поверхностью и плоской внутренней поверхностью, который ограничивает реакционную камеру 326. Этот блок может быть установлен на боковых стенках 406. В качестве альтернативы, проточная кювета 320 может быть вытравлена с образованием проточной крышки 410 и боковых стенок 406. Например, в прозрачном материале может быть вытравлено углубление. Когда протравленный материал установлен на устройстве 404 обнаружения, углубление может становиться реакционной камерой 326.

[00128] Устройство 404 обнаружения имеет поверхность 412 детектора, которая может быть функционализирована (например, химически или физически модифицирована надлежащим образом для проведения предусмотренных реакций). Например, поверхность 412 детектора может быть функционализирована и может включать множество реакционных центров 414 с иммобилизованными на них одной или более биомолекулами. Поверхность 412 детектора снабжена массивом реакционных углублений или реакционных углублений 408 с открытыми сторонами. Каждое из реакционных углублений 408 может включать один или более реакционных центров 414. Реакционные углубления 408 могут быть образованы, например, выемкой или изменением глубины вдоль поверхности 412 детектора. В других вариантах осуществления поверхность 412 детектора может быть по существу плоской.

[00129] Как показано на фиг. 11, реакционные центры 414 могут быть распределены вдоль поверхности 412 детектора с некоторым рисунком. Например, реакционные центры 414 могут располагаться на поверхности 412 детектора рядами и колонками подобным микроматрице образом. Однако понятно, что возможно использование различных рисунков расположения реакционных центров. Реакционные центры могут включать биологические или химические вещества, испускающие световые сигналы. Например, биологические или химические вещества реакционных центров могут испускать излучение в ответ на действие возбуждающего света 401. В конкретных вариантах осуществления реакционные центры 414 включают кластеры или колонии биомолекул (например, нуклеиновых кислот), иммобилизованные на поверхности 412 детектора.

[00130] Фиг. 12 представляет собой блок-схему способа 470. В некоторых вариантах осуществления способ 470 может включать подготовку биологического образца и/или обнаружение предусмотренных реакций биологического образца для анализа. Например, в способе 470 могут быть задействованы конструкции или аспекты различных вариантов осуществления (например, систем и/или способов), описываемых здесь. В различных вариантах осуществления некоторые этапы могут быть пропущены или добавлены, некоторые этапы могут быть объединены, некоторые этапы могут осуществляться одновременно, некоторые этапы могут осуществляться параллельно, некоторые этапы могут быть разбиты на множественные этапы, некоторые этапы могут осуществляться в другом порядке, либо некоторые этапы или последовательности этапов могут осуществляться повторно итерационным образом.

[00131] Способ 470 может быть реализован или осуществлен с использованием системы управления потоками, подобной или идентичной системе 200 управления потоками (фиг. 2). Способ 470 включает поворачивание (на этапе 472) поворотного клапана в первое положение клапана. В поворотном клапане имеется по меньшей мере один проточный канал. В первом положении клапана проточный канал может находиться в проточном сообщении с каналом для образца (или другим резервуаром системы управления потоками) и в проточном сообщении с реакционной камерой, так что проточный канал гидравлически связывает канал для образца и реакционную камеру. Например, поворотный клапан может иметь первое и второе отверстия канала. Первое отверстие канала может совмещаться с отверстием (например, подающим отверстием или отверстием резервуара), а второе отверстие канала может совмещаться с питающим отверстием. Когда поворотный клапан находится в первом положении клапана, другие отверстия могут быть герметизированы поворотным клапаном, при этом поток текучих сред через эти другие отверстия блокируется.

[00132] Способ 470 также может включать протекание (на этапе 474) биологического образца из канала для образца (или первого резервуара) в проточный канал, когда поворотный клапан находится в первом положении клапана. Например, биологический образец может течь через подающее отверстие в проточный канал поворотного клапана. В качестве другого примера, биологический образец может размещаться в резервуаре, таком как резервуар, содержащий буфер гидрогенизации. Биологический образец (вместе с буфером гидрогенизации) может поступать через отверстие резервуара в проточный канал.

[00133] Необязательно, биологический образец может продолжать течение (на этапе 476) в реакционную камеру. В качестве альтернативы, способ 470 может включать поворачивание (на этапе 478) поворотного клапана во второе положение клапана, при этом биологический образец находится в проточном канале. Во втором положении клапана проточный канал может быть гидравлически связан с другим резервуаром, таким как резервуар, содержащий буфер гидрогенизации. На этапе 480 биологический образец внутри проточного канала может быть вынужден затекать (например, под действием насосного узла) в этот резервуар. Способ 470 может включать повторение этапов 472, 474, 478 и 480 до тех пор, пока каждый из биологических образцов не окажется в общем резервуаре. На этапе 482 биологические образцы вместе с буфером гидрогенизации могут одновременно протекать по проточному каналу в реакционную камеру.

[00134] Таким образом, один или более биологических образцов могут быть направлены в реакционную камеру при помощи поворотного клапана. В альтернативных вариантах осуществления у биологического образца (или образцов) имеется прямой канал, ведущий в реакционную камеру, и образец не протекает через поворотный клапан. Необязательно, способ 470 может включать циклическое повторение предусмотренных операций с целью проведения предусмотренных реакций, например, операций, описанных со ссылкой на таблицу 1. Например, поворотный клапан может быть повернут (на этапе 484) в другое положение клапана для гидравлической связи реакционной камеры с предусмотренным резервуаром. На этапе 486 компонент реакции может затекать в реакционную камеру для взаимодействия в ней с биологическим(и) образцом(ами). Необязательно, на этапе 488 способ 470 включает обнаружение предусмотренных реакций в реакционной камере. Затем способ 470 может возвращаться к этапу 484.

[00135] Фиг. 13 представляет собой вид сверху поворотного клапана 500, выполненного в соответствии с одним вариантом осуществления, установленного с возможностью поворота на стороне 502 микрожидкостного тела 504. Поворотный клапан 500 может иметь признаки, подобные признакам поворотного клапана 216 (фиг. 2). Микрожидкостное тело 504 включает множество резервуаров 506-510, выполненных с возможностью содержания компонентов реакции и/или биологических образцов. Более конкретно, в резервуарах 506-509 содержатся первый, второй, третий и четвертый биологические образцы (или жидкости пробы). В резервуаре 510 находится буфер гидрогенизации. Каждый из резервуаров 506-510 гидравлически связан с соответствующим отверстием через соответствующий канал 516-520 резервуара, которые представлены линиями на фиг. 13. Как показано, эти отверстия включают отверстия резервуаров или подающие отверстия 526-530, выходящие на сторону 502 тела и находящиеся в проточном сообщении с резервуарами 506-510. В микрожидкостном теле 504 также имеется питающее отверстие 524 (показано на фиг. 13), выходящее на сторону 502 тела.

[00136] Поворотный клапан 500 включает корпус 512 клапана с жидкостной стороной 513 (показана на фиг. 14), контактирующей со стороной 502 тела, и противоположной рабочей стороной 514. В корпусе 512 клапана имеются первый, второй, третий и четвертый проточные каналы 536-539. Каждый из проточных каналов 536-539 предназначен для удерживания биологического образца во время протокола амплификации или ПЦР. Каждый из проточных каналов 536-539 имеет общее для каналов отверстие (или выходное отверстие) 544, расположенное в центре. В других вариантах осуществления проточные каналы 536-539 не имеют общего для каналов отверстия. Общее отверстие 544 каналов расположено на оси 542, вокруг которой поворачивается поворотный клапан 500. Проточные каналы 536-539 имеют соответствующие первые отверстия каналов (или входные отверстия) 546-549. Таким образом, каждый из проточных каналов 536-539 проходит от соответствующего первого отверстия 546-549 канала до общего отверстия 544 каналов. Аналогично поворотному клапану 216 (фиг. 2), поворотный клапан 500 выполнен с возможностью поворота в различные положения клапана для установления гидравлической связи между резервуарами и каналами. Однако, в отличие от поворотного клапана 216, поворотный клапан 500 может быть использован во время протокола амплификации. Более конкретно, корпус 512 клапана может соприкасаться с термоциклером 570 (показан на фиг. 14), пока биологические образцы удерживаются в проточных каналах 536-539.

[00137] В некоторых вариантах осуществления проточные каналы 536-539 могут быть снабжены антидиффузионными сегментами 545. Антидиффузионные сегменты 545 выполнены с возможностью снижения вероятности диффузии, происходящей, когда биологический образец внутри проточных каналов 536-539 подвергается протоколу ПЦР. Например, проточные каналы 536-539, показанные на фиг. 13, имеют нелинейные траектории и размеры, изменяющиеся вдоль траектории. Более конкретно, проточные каналы 536-539 имеют извилистые или волнистые траектории, отклоняющиеся то вперед, то назад по мере прохождения проточного канала от соответствующего первого отверстия канала до общего отверстия 544 каналов. Первые отверстия 546-549 канала расположены радиально снаружи. Помимо формы проточных каналов 536-539, проточные каналы 536-539 имеют размеры, уменьшающиеся по мере прохождения проточного канала 536-539 от соответствующего первого отверстия канала до общего отверстия 544 каналов. В других вариантах осуществления антидиффузионные сегменты 545 не имеют извилистой траектории. Сегменты проточных каналов 536-539, не включающие антидиффузионные сегменты 545, могут быть названы областью 543 подготовки образца, которая представляет собой ту часть соответствующего проточного канала, где биологический образец может подвергаться воздействию различных условий, таких как изменения температуры. Однако следует понимать, что при по меньшей мере некоторых вариантах осуществления биологический образец также может присутствовать в антидиффузионных сегментах 545.

[00138] На фиг. 14 показан боковой разрез поворотного клапана 500, когда на рабочей стороне 514 установлен термоциклер 570. В некоторых вариантах осуществления термоциклер 570 может оказывать монтажное усилие 572, прижимающее корпус 512 клапана к стороне 502 микрожидкостного тела 504. Хотя на фиг. 14 это не показано, корпус 512 клапана может включать один или более механических интерфейсов (например, неплоские поверхностные элементы, такие как штифты), вступающие в контакт с термоциклером 570. Термоциклер 570 выполнен с возможностью управления температурой проточных каналов 536-539. В конкретных вариантах осуществления термоциклер 570 может одновременно управлять температурой каждого из проточных каналов 536-539. В других вариантах осуществления термоциклер 570 может избирательно соприкасаться не со всеми проточными каналами за один раз.

[00139] Как показано на фиг. 14, общее отверстие 544 каналов гидравлически связано с питающим отверстием 524. Ось 542 проходит через общее отверстие 544 каналов и питающее отверстие 524. Первое отверстие 547 проточного канала 537 гидравлически связано с отверстием 527 резервуара. Однако, первое отверстие 549 проточного канала 539 герметизировано стороной 502 тела. Следовательно, в положении клапана, показанном на фиг. 14, текучая среда (например, текучая среда, содержащая биологический образец) может протекать из резервуара 507 (фиг. 13) в проточный канал 537.

[00140] На фиг. 15А-15L на виде сверху поворотного клапана 500 показаны различные положения клапана, в которых могут происходить разные операции. Для подготовки к протоколу амплификации системный контроллер, такой как системный контроллер 180 (фиг. 1), выполнен с возможностью избирательного управления насосным узлом (не показан) и поворотным клапаном 500. Насосный узел может быть подобен насосному узлу 332 и включать один или более проточных насосов. В некоторых вариантах осуществления один насос может находиться ниже по потоку относительно поворотного клапана 500 и предназначаться для проталкивания текучих сред через общее отверстие 544 каналов (фиг. 15А).

[00141] Необязательно, проточные каналы 536-539 (фиг. 15А) могут быть заправлены текучей средой перед приемом биологического образца. Например, на фиг. 15А-15D показано первое отверстие соответствующего проточного канала, гидравлически связанного с отверстием 530 резервуара, находящимся в проточном сообщении с резервуаром 510. Таким образом, первое отверстие каждого проточного канала может быть индивидуально соединено с резервуаром 510. Когда проточный канал проточно сообщается с резервуаром 510, системный контроллер может избирательно приводить в действие насосный узел для создания потока компонента реакции в резервуаре 510, в результате чего компонент реакции затекает в соответствующий проточный канал.

[00142] Следовательно, после фиг. 15D, каждый из проточных каналов 536-539 заправлен компонентом реакции. Хотя компонент реакции ассоциируется с резервуаром 510, для заправки проточных каналов 536-539 могут быть использованы другие компоненты реакции. Например, проточные каналы 536-539 могут гидравлически связываться с отдельным резервуаром (не показан), содержащим, например, воду или буферный раствор. В проиллюстрированном варианте осуществления каждый из проточных каналов 536-539 по отдельности соединяется с резервуаром 510. В альтернативных вариантах осуществления один или более проточных каналов 536-539 могут одновременно соединяться с резервуаром 510 или с отдельными резервуарами.

[00143] После того, как проточные каналы 536-539 заправлены, в проточные каналы 536-539 (фиг. 15Е) может быть загружен биологический образец из резервуаров 506-509 (фиг. 15Е) соответственно. Например, как показано на фиг. 15Е, проточный канал 538 гидравлически связью с отверстием 528 резервуара и, следовательно, находится в проточном сообщении с резервуаром 508. В это время проточные каналы 536, 537 и 539 закрыты стороной 502 тела. Насосный узел может вызывать поток биологического образца в резервуаре 508 с тем, чтобы биологический образец затекал в проточный канал 538. Количество потока может определяться количеством текучей среды в резервуаре 508. После того, как биологический образец загружен в проточный канал 538, поворотный клапан 500 может быть избирательно повернут, и насосный узел, подобным же образом, может быть избирательно приведен в действие для загрузки биологических образцов, находящихся в резервуарах 506, 507 и 509, в проточные каналы 536, 537 и 539 соответственно, как показано на фиг. 15F-15Н.

[00144] С биологическими образцами, загруженными в соответствующие проточные каналы 536-539, поворотный клапан 500 может быть избирательно повернут так, что каждое из первых отверстий 546-549 каналов закрывается (или герметизируется) стороной 502 микрожидкостного тела 504. Положение клапана, в котором первые отверстия 546-549 каналов герметизированы, показано на фиг. 15I. Затем на термоциклер 570 (фиг. 14) может быть подана команда циклического изменения температуры в соответствии с предусмотренным протоколом амплификации. Хотя проточные каналы 536-539 герметизированы только с одного конца, насосный узел и антидиффузионные сегменты 545 могут предотвращать перемещение и/или диффузию биологического образца (например, затвор ПЦР) в или через питающее отверстие 524 (фиг. 14).

[00145] После протокола амплификации биологические образцы могут быть загружены в общий резервуар. Например, как показано на фиг. 15J-15L, биологические образы, находящиеся в проточных каналах 536-538, могут быть гидравлически соединены с резервуаром 510. Насосный узел может быть избирательно приведения в действие, чтобы вызвать поток биологического образца в резервуар 510. Хотя это не показано, проточный канал 536 также может быть гидравлически соединен с резервуаром 510 с тем, чтобы находящийся в проточном канале 536 биологический образец мог быть загружен в резервуар 510. Следовательно, каждый из биологических образцов из резервуара 506-509 может быть загружен в общий резервуар 510 после протокола амплификации. Затем насосный узел может быть избирательно приведен в действие для создания потока смешанных биологических образцов через питающее отверстие 524. Биологические образцы могут быть гидравлически доставлены в реакционную камеру, такую как реакционная камера 326 (фиг. 2). Затем биологические образцы могут претерпевать предусмотренные реакции, как описано здесь. В конкретных вариантах осуществления биологические образцы могут быть использованы во время протокола SBS.

[00146] Фиг. 16 представляет собой вид сверху поворотного клапана 600, выполненного в соответствии с одним вариантом осуществления, установленного на стороне 616 микрожидкостного тела 618. Поворотный клапан 600 может иметь аналогичные признаки, что и поворотный клапан 216 (фиг. 2) и поворотный клапан 500 (фиг. 13). Поворотный клапан 600 включает корпус 602 клапана с проточными каналами 604-606. Каждый из проточных каналов 604-606 проходит между первым отверстием (или входным отверстием) 608 канала и вторым отверстием (или выходным отверстием) 610 канала. В отличие от клапана 500, проточные каналы 604-606 не находятся в проточном сообщении с общим отверстием каналов.

[00147] В проиллюстрированном варианте осуществления каждый из проточных каналов 604-606 находится в проточном сообщении с предшествующим каналом 612 и последующим каналом 614. На фиг. 16 поворотный клапан 600 находится в таком своем положении, что каждый из проточных каналов 604-606 может принимать биологический образец из соответствующего предшествующего канала 612. Например, проточные каналы 604-606 могут одновременно принимать соответствующие биологические образцы. Поток биологических образцов в проточные каналы 604-606 может быть создан общим насосом. Например, последующие каналы 614 могут сливаться и находиться в гидравлической связи с одним насосом. В качестве альтернативы, с проточными каналами 604-606 могут быть гидравлически соединены отдельные насосы.

[00148] Фиг. 17 представляет собой вид сверху поворотного клапана 600 после поворачивания этого поворотного клапана в такое его положение, в котором первое и второе отверстия 608, 610 каждого из проточных каналов 604-606 герметизированы стороной 616 микрожидкостного тела 618. В положении клапана, показанном на фиг. 17, термоциклер (не показан) может соприкасаться с корпусом 602 клапана для управления температурой, воздействие которой испытывается внутри проточных каналов 604-606. По этой причине биологические образцы могут подвергаться протоколу амплификации, как описано здесь. В отличие от варианта осуществления, показанного на фиг. 13-15, проточные каналы 604-606 герметизированы с обоих концов, чтобы уменьшить вероятность диффузии и смещения затвора ПЦР.

[00149] Фиг. 18 представляет собой вид сверху поворотного клапана 620, выполненного в соответствии с одним вариантом осуществления. Поворотный клапан 620 может быть подобен или идентичен поворотному клапану 600 (фиг. 16) и включать множество проточных каналов 624-626. Как показано, поворотный клапан 620 разделен на три области или зоны 634-636 терморегуляции. Области 634-636 терморегуляции в форме секторов показаны пунктирными линиями. Каждая область 634-636 терморегуляции имеет разный диапазон температуры, регулируемой одним или более термоциклерами (не показаны). Более конкретно, после того, как биологические образцы загружены в проточные каналы 624-626, поворотный клапан 620 может быть избирательно повернут в различные положения. Проточный канал в области 634 терморегуляции может испытывать воздействие температуры, предусмотренной для денатурации нуклеиновых кислот. Проточный канал в области 635 терморегуляции может испытывать воздействие температуры, предусмотренной для стадии ренатурации-удлинения, а проточный канал в области 636 терморегуляции может испытывать воздействие температуры, предусмотренной для стадии предварительного нагревания и/или выдерживания температуры. Системный контроллер может избирательно поворачивать поворотный клапан 620 в три различных положения клапана для циклической обработки биологических образцов с прохождением через множественные стадии ПЦР амплификации. Таким образом, в отличие от проточных каналов поворотного клапана 600, в проточных каналах 624-626 поддерживаются разные температуры.

[00150] Фиг. 19 представляет собой блок-схему способа 650. В некоторых вариантах осуществления способ 650 может включать подготовку биологического образца и, необязательно, обнаружение предусмотренных реакций биологического образца для анализа. Например, в способе 650 могут быть использованы конструкции или аспекты различных вариантов осуществления (например, систем и/или способов), описываемых здесь, такие как варианты осуществления, описанные со ссылкой на фиг. 13-18. В различных вариантах осуществления некоторые этапы могут быть пропущены или добавлены, некоторые этапы могут быть объединены, некоторые этапы могут осуществляться одновременно, некоторые этапы могут осуществляться параллельно, некоторые этапы могут быть разбиты на несколько этапов, некоторые этапы могут осуществляться в другом порядке, либо некоторые этапы или последовательности этапов могут осуществляться повторно итерационным образом.

[00151] Способ 650 может включать обеспечение (на этапе 652) микрожидкостного тела и поворотного клапана. Микрожидкостное тело может иметь сторону тела и гидравлическую сеть, которая включает подающее отверстие, такое как отверстия 526-529 резервуаров, и питающее отверстие. Подающее отверстие может выходить на сторону тела. Поворотный клапан может быть установлен с возможностью поворота на стороне тела и иметь первое отверстие канала, второе отверстие канала и проточный канал, проходящий между первым отверстием канала и вторым отверстием канала. В некоторых вариантах осуществления может быть использованы множественные проточные каналы, причем эти проточные каналы имеют отдельные вторые отверстия каналов, такие как в вариантах осуществления, описанных со ссылкой на фиг. 16-18, или имеют общее второе отверстие канала, такое как в варианте осуществления, описанном со ссылкой на фиг. 13-15. В таких вариантах осуществления с одним общим вторым отверстием канала это второе отверстие канала может быть названо общим отверстием каналов.

[00152] Способ 650 может включать поворачивание (на этапе 654) поворотного клапана в первое положение клапана, в котором первое отверстие канала находится в проточном сообщении с подающим отверстием микрожидкостного тела. Способ 650 также может включать протекание (на этапе 656) биологического образца через первое отверстие канала в проточный канал, когда поворотный клапан находится в первом положении клапана. Биологический образец может течь в направлении от первого отверстия канала ко второму отверстию канала. Протекание (на этапе 656) может включать избирательное регулирование расхода и/или длительности течения с тем, чтобы биологический образец по существу не протекал за второе отверстие канала или питающее отверстие. В вариантах осуществления, предусматривающих наличие множественных проточных каналов, как в поворотном клапане 500, этапы 654 и 656 могут повторяться до тех пор, пока в каждом из проточных каналов не будет находиться соответствующий биологический образец. Однако, поворачивание (на этапе 654) для каждого проточного канала не происходит в одно и то же положение клапана. Более конкретно, когда биологический образец вынуждают затекать в соответствующий проточный канал, другие проточные каналы могут быть герметизированы с одного конца или с обоих концов.

[00153] Способ 650 также может включать поворачивание (на этапе 658) поворотного клапана во второе положение клапана с биологическим образцом внутри проточного канала так, что первое отверстие канала герметизируется стороной тела, и осуществление (на этапе 660) операции термоциклирования с изменением температуры биологического образца в проточном канале до выбранной температуры. Осуществление (на этапе 660) может происходить в соответствии с предусмотренным графиком (планом). Например, график может предусматривать выполнение операции ПЦР с целью амплификации биологического образца для последующего анализа.

[00154] Необязательно, после осуществления (на этапе 660) биологический образец или биологические образцы могут быть загружены (на этапе 662) в резервуар. Например, резервуар может заключать в себе раствор буфера гидрогенизации, подготавливающий биологический образец к последующему анализу. На этапе 664 биологический образец (или объединенные биологические образцы) может (могут) быть подан(ы) в реакционную камеру для последующего анализа на этапе 666.

[00155] Фиг. 20 представляет собой вид в перспективе системы 700 управления потоками, выполненной в соответствии с одним вариантом осуществления, которая включает микрожидкостное тело 702 и поворотный клапан 704. В отличие от поворотных клапанов 500 (фиг. 13), 600 (фиг. 16) и 620 (фиг. 18) амплификация происходит не только внутри поворотного клапана 704. Напротив, амплификация происходит, по меньшей мере частично, внутри микрожидкостного тела 702. Более конкретно, микрожидкостное тело 702 имеет первую сторону 706 тела (показана на фиг. 22) и вторую сторону 708 тела (показана на фиг. 22), обращенные в противоположных направлениях. В микрожидкостном теле 702 имеется гидравлическая сеть 705, включающая множество резервуаров 711-714 для образцов, множество подающих каналов 721-724 с соответствующими входными отверстиями 731-734 и общим выходным отверстием 736. Входные отверстия 731-734 и выходное отверстие 736 выходят на первую сторону 706 тела (фиг. 22).

[00156] Поворотный клапан 704 установлен с возможностью поворота на микрожидкостном теле 702 вдоль первой стороны 706 тела. В проиллюстрированном варианте осуществления поворотный клапан 704 имеет первый участок 726 канала и второй участок 728 канала. Первый и второй участки 726, 728 канала могут выходить на жидкостную сторону 709 (показана на фиг. 22) поворотного клапана 704. В качестве альтернативы, первый и второй участки 726, 728 канала могут проходить между соответствующими отверстиями каналов, выходящими на жидкостную сторону 709. Первый и второй участки 726, 728 канала являются отдельными друг от друга и проходят только вдоль части жидкостной стороны 709. В примерном варианте осуществления второй участок 728 канала находится в проточном сообщении с выходным отверстием 736 в любом угловом положении поворотного клапана 704.

[00157] На фиг. 20 поворотный клапан 704 показан в предусмотренном положении, в котором резервуар 711 для образца находится в проточном сообщении с насосным узлом. Более конкретно, первый участок 726 канала гидравлически размещен между входным отверстием 731 и резервуаром 711 для образца. Второй участок 728 канала гидравлически размещен между резервуаром 711 для образца и выходным отверстием 736. По этой причине подающий канал 721 находится в проточном сообщении с питающим каналом 756 через первый участок 726 канала, резервуар 711 для образца и второй участок 728 канала.

[00158] Хотя это не показано, система 700 управления потоками может включать насосный узел, предназначенный для создания потока текучей среды через входное отверстие 731 и первый участок 726 канала в резервуар 711 для образца. Текучая среда может включать биологический образец, который загружен, например, в находящийся на удалении резервуар (не показан), находящийся в проточном сообщении с подающим каналом 721. Течение текучей среды и размеры резервуара для образца могут быть рассчитаны так, чтобы биологический образец по существу не выходил из резервуара 711 для образца через второй участок 728 канала. После того, как биологический образец загружен в резервуар 711 для образца, поворотный клапан 704 может быть избирательно повернут так, чтобы первый участок 726 канала и второй участок 728 канала были гидравлически связаны с резервуаром 712 для образца. В резервуар 712 для образца может быть загружен биологический образец, поступающий из подающего канала 722. Точно так же, в резервуары 713 и 714 для образцов могут быть загружены соответствующие биологические образцы.

[00159] Фиг. 21 представляет собой вид в перспективе системы 700 управления потоками после того, как в резервуары 711-714 загружены соответствующие биологические образцы. В некоторых вариантах осуществления поворотный клапан 704 включает газовые резервуары 741-744, которые показаны на фиг. 20. В ходе протокола амплификации газовые резервуары 741-744 предназначены совмещаться с резервуарами 711-714 для образцов. Например, как показано на фиг. 22, резервуар 711 для образца и газовый резервуар 741 объединены и образуют камеру 751 подготовки образца. Газ, находящийся в газовом резервуаре 741, может выполнять функцию газового балласта в камере 751 подготовки образца. После термоциклирования биологические образцы могут протекать по питающему каналу 756 (фиг. 20), находящемуся в проточном сообщении с выходным отверстием 736. Как описано здесь, биологические образцы могут быть направлены в реакционную камеру, такую как реакционная камера 326 (фиг. 2), где могут происходить и быть детектированы предусмотренные реакции.

[00160] На фиг. 23 представлен схематичный вид системы 800, выполненной в соответствии с одним вариантом осуществления. Система 800 может иметь аналогичные признаки, что и система 100 (фиг. 1). Например, система 800 включает систему 802 управления потоками, имеющую гидравлическую сеть 804. Гидравлическая сеть 804 может включать ряд взаимосвязанных каналов, отверстий, резервуаров и других пространственных областей, предназначенных для содержания или перемещения по ним текучей среды. Например, гидравлическая сеть 804 включает поворотные клапаны 806, 808. Поворотный клапан 806 предназначен для его использования на этапе подготовки образца, а поворотный клапан 808 предназначен для его использования на стадии анализа образца. Поворотные клапаны 806, 808 гидравлически соединены промежуточным каналом 810 гидравлической сети 804. Гидравлическая сеть 804 также включает питающий канал 812, реакционную камеру 814 и резервуар 816 для отходов. Система 802 управления потоками включает насосный узел 818, находящийся в проточном сообщении с гидравлической сетью 804. В проиллюстрированном варианте осуществления насосный узел 818 включает один насос, однако в других вариантах осуществления может включать множественные насосы. Система 800 может включать микрожидкостное тело (не показано) со стороной 819 тела. Поворотные клапаны 806, 808 установлены с возможностью поворота на стороне 819 тела. Микрожидкостное тело также может включать или образовывать промежуточный канал 810 и питающий канал 812.

[00161] Гидравлическая сеть 804 также включает множество аналитических каналов 821-824 и множество резервуаров 831-834 для образцов. Каждый из аналитических каналов 821-824 проходит между соответствующими первым и вторым отверстиями 826, 828 и предназначается для установления гидравлической связи соответствующего резервуара для образца с промежуточным каналом 810. Как показано, аналитические каналы 821-824 проходят через область 825 терморегуляции. В проиллюстрированном варианте осуществления аналитические каналы 821-824 имеют волнообразные траектории при прохождении через область 825 терморегуляции. Части аналитических каналов 821-824, проходящие через область 825 терморегуляции, могут составлять области 827 подготовки образца. В качестве альтернативы или дополнительно к нелинейным траекториям, аналитические каналы 821-824 могут иметь разные размеры, чтобы вмещать предусмотренный объем соответствующих биологических образцов.

[00162] Поворотный клапан 806 выполнен с возможностью движения между множественными положениями клапана. Поворотный клапан 806 включает соединительный канал 840 и проточный канал 842. Соединительный канал 840 и проточный канал 842 выполнены с возможность гидравлически связывать один из резервуаров 831-834 для образца с промежуточным каналом 810. Например, как показано на фиг. 23, соединительный канал 840 гидравлически связывает отверстие 853 (или подающее отверстие) резервуара 833 для образца с первым отверстием 826 аналитического канала 823. Одновременно, проточный канал 842 гидравлически связывает второе отверстие 828 с промежуточным отверстием 856. Промежуточное отверстие 856 выходит на сторону 819 тела и находится в проточном сообщении с промежуточным каналом 810.

[00163] Соответственно, системный контроллер (не показан) может избирательно поворачивать поворотный клапан 806 для установления гидравлической связи резервуаров 831-834 для образцов с соответствующими аналитическими каналами 831-824. Системный контроллер может избирательно управлять насосным узлом 818 для создания потока биологических образцов в резервуарах для образца так, чтобы биологические образцы располагались в областях 827 подготовки образцов аналитических каналов 821-824.

[00164] Когда биологический образец (или образцы) находится в соответствующем аналитическом канале, поворотный клапан 806 может быть повернут системным контроллером в другое положение клапана, в котором первое и второе отверстия 826, 828 каждого из аналитических каналов 821-824 закрыты или герметизированы стороной 819 тела. При герметизированном(ых) аналитическом(их) канале(ах) биологический(ие) образец(образцы) может подвергаться протоколу амплификации. Например, смежно с областью 825 терморегуляции может располагаться термоциклер (не показан), подводящий тепловую энергию в соответствии с протоколом амплификации. В конкретных вариантах осуществления каждый из биологических образцов может быть размещен в области 825 терморегуляции в одно и то же время. В альтернативных вариантах осуществления биологические образцы могут быть размещены в области 825 терморегуляции в разное время.

[00165] После того, как биологические образцы амплифицированы, поворотный клапан 806 может быть возвращен в надлежащие положения клапана для загрузки соответствующего биологического образца в проточный канал 842. С биологическим образцом, расположенным в проточном канале 842, поворотный клапан может быть повернут в другое положение, в котором проточный канал 842 находится в проточном сообщении с резервуаром 835. Резервуар 835 может содержать, например, раствор буфера гидрогенизации. Биологический образец может быть загружен в резервуар 835. Необязательно, поворотный клапан 806 и насосный узел 818 могут эксплуатироваться аналогичным образом для загрузки биологических образцов из других аналитических каналов в резервуар 835. Затем биологические образцы могут быть направлены на другую стадию. Например, биологические образцы могут протекать по проточному каналу 842, через промежуточное отверстие 856 в промежуточный канал 810. В альтернативных вариантах осуществления биологические образцы могут быть направлены к поворотному клапану 808 без предварительной загрузки в резервуар 835.

[00166] Как показано на фиг. 23, поворотный клапан 808 включает проточный канал 870 и множество резервуаров 871-878 для реагентов. После того, как биологические образцы были подготовлены при помощи поворотного клапана 806, биологические образцы могут быть перенесены в реакционную камеру 814. Необязательно, перед доставкой биологических образцов в реакционную камеру 814, поворотный клапан 808 может быть повернут так, чтобы гидравлически связать один или более резервуаров 871-878 для реагентов с реакционной камерой 814. Более конкретно, проточный канал 870 может быть повернут в положение, предусмотренное для гидравлической связи одного из резервуаров 871-878 для реагентов с реакционной камерой 814. По этой причине поворотный клапан 808 может быть использован для подготовки реакционной камеры 814 к приему биологических образцов. Например, резервуары 871-878 для реагентов могут содержать кластерообразующие реагенты, ферменты и/или захватывающие зонды.

[00167] После того, как биологические образцы доставлены в реакционную камеру 814, поворотный клапан 808 может быть избирательно повернут в различные положения клапана. Например, поворотный клапан 808 может поворачиваться в соответствии с заданным циклом по повторной доставке компонентов реакции для проведения протокола SBS. Этот цикл может быть подобен циклу, показанному в таблице 1 выше. Таким образом, поворотный клапан 808 может быть использован для подготовки реакционной камеры к приему биологического образца и/или к проведению протокола анализа.

[00168] Фиг. 24 и 25 поясняют другой вариант осуществления, в котором используется поворотный клапан, снабженный соединительным каналом. Фиг. 24 представляет собой вид сверху системы 900 управления потоками, а фиг. 25 – вид в перспективе с частичным пространственным разделением деталей системы 900 управления потоками. Как показано, система 900 управления потоками включает микрожидкостное тело 902 с противоположными первой и второй сторонами 904, 906 тела (фиг. 25). Микрожидкостное тело 902 включает множество проточных каналов 908 и множество резервуаров 910 для образца. Каждый из проточных каналов 908 предназначен для установления гидравлической связи с соответствующим резервуаром 910 для образца. Проточные каналы 908 могут иметь такие же форму и размер, как у проточных каналов 536-539 (фиг. 13).

[00169] Система 900 управления потоками также включает поворотный клапан 912. Поворотный клапан 912 включает множество соединительных каналов 913-916, предназначенных для установления гидравлической связи соответствующих проточных каналов 908 и резервуаров 910 для образца. В конкретных вариантах осуществления каждый из соединительных каналов 913-916 является канавкой с открытой стороной снаружи поворотного клапана 912. В альтернативных вариантах осуществления соединительные каналы 913-916 не являются «открытосторонними», а, вместо этого, проходят между первым и вторым отверстиями, открывающимися наружу. Например, соединительный канал 916 на фиг. 24 гидравлически связывает соответствующий резервуар 910 для образца с соответствующим проточным каналом 908 в зависимости от углового положения поворотного клапана 912. Когда биологический образец протекает по соединительному каналу 913, другие соединительные каналы 914-916 гидравлически не связаны с соответствующим резервуаром 910 для образца. Более конкретно, другие соединительные каналы 914-916 герметизированы поворотным клапаном 912.

[00170] Аналогично тому, что описано в других вариантах осуществления, термоциклер (не показан) может изменять температуру, воздействие которой испытывают биологические образцы внутри проточных каналов 908. Например, одна или обе из сторон 904, 906 тела могут соприкасаться с термоциклером. После выполнения протокола амплификации биологические образцы могут быть доставлены в другую пространственную область для дополнительной модификации/подготовки и/или анализа.

[00171] Как описано выше в различных вариантах осуществления, поворотный клапан и микрожидкостное тело могут включать различные гидравлические элементы, совместно содействующие управлению потоком одной или более текучих сред предусмотренным образом. Следует понимать, что вышеприведенные варианты осуществления носят лишь пояснительный, а не ограничительный характер. Например, вышеописанные варианты осуществления (и/или их аспекты) могут быть использованы в сочетании друг с другом. Кроме того, могут быть проделаны многочисленные модификации, направленные на согласование конкретной ситуации или материала со сведениями из различных вариантов осуществления без выхода за рамки их объема.

[00172] На фиг. 26-29 приведены различные изображения поворотного клапана 950, выполненного в соответствии с одним вариантом осуществления. Поворотный клапан 950 может быть использован в качестве поворотного клапана в различных вариантах осуществления, таких как поворотный клапан 216 (фиг. 2). На фиг. 26 и 27 приведены перспективные изображения поворотного клапана 950 соответственно снизу и сбоку. Поворотный клапан 950 имеет жидкостную сторону 952 и рабочую сторону 954. Рабочая сторона 954 включает механический интерфейс 956, предназначенный для взаимодействия с приводом клапана (не показан).

[00173] На фиг. 28 изображен разрез поворотного клапана 950. Как показано, поворотный клапан 950 снабжен крышкой-корпусом 960 и боковой крышкой 964, которые закреплены в фиксированных положениях друг относительно друга. Крышка-корпус 960 образует полость 962 клапана, боковая крышка 964 закрывает один конец полости 962 клапана с жидкостной стороны 952. Поворотный клапан 950 также включает вращающийся вал 966, снабженный механическим интерфейсом 956, клапанной пружиной 968, коллектором 970 и сжимаемой мембраной 972, которые распложены в полости 962 клапана. Вращающийся вал 966 предназначен для поворачивания коллектора 970 и сжимаемой мембраны 972 вдоль боковой крышки 964 вокруг оси 978.

[00174] Коллектор 970 прикреплен к вращающемуся валу 966 с одной стороны и к сжимаемой мембране 972 – с противоположной стороны. Клапанная пружина 968 может отклонять или прижимать коллектор 970 и сжимаемую мембрану 972 ко внутренней поверхности боковой крышки 964. В конкретных вариантах осуществления сжимаемая мембрана 972 может быть из полипропилена или иного подобного материала. Как показано на фиг. 26, в боковой крышке 964 имеется центральное проточное отверстие 980, дренажное отверстие 981 и наружные проточные отверстия 982. На фиг. 26 боковая крышка 964 является частично прозрачной, чтобы показать центральное проточное отверстие 980, дренажное отверстие 981 и наружные проточные отверстия 982. Показано всего девять наружных проточных отверстий 982, но в других вариантах осуществления может предусматриваться наличие иного числа отверстий.

[00175] Фиг. 29 представляет собой увеличенный разрез поворотного клапана 950, на котором показано взаимодействие коллектора 970, сжимаемой мембраны 972 и боковой крышки 964. Как показано, боковая крышка 964 и сжимаемая мембрана 972 могут образовывать между собой смазочный резервуар 990. Смазочный резервуар 990 может располагаться вокруг оси 978. В некоторых вариантах осуществления также может быть предусмотрено наличие наружного смазочного резервуара 991. Смазочные резервуары 990 также показаны на фиг. 26. Дренажное отверстие 981 находится в проточном сообщении со смазочным резервуаром 990 с тем, чтобы в резервуар 990 можно было загружать смазку. Как показано, коллектор 970 и сжимаемая мембрана 972 образуют между собой проточный канал 984. Когда вращающийся вал 966 поворачивает коллектор 970 со сжимаемой мембраной 972, проточный канал 984 поворачивается вместе с ними. Силы трения, препятствующие повороту, могут быть уменьшены благодаря наличию сжимаемой мембраны 972 и смазочного резервуара 980. Таким образом, срок службы поворотного клапана 950 может быть больше, чем у других известных клапанов.

[00176] В соответствии с одним вариантом осуществления предложена система, включающая гидравлическую сеть, имеющую канал для образца, реакционную камеру и резервуар. Канал для образца находится в проточном сообщении с отверстием для образца, выполненным с возможностью приема биологического образца. Эта система также включает насосный узел, выполненный с возможностью быть в проточном сообщении с гидравлической сетью. Система также включает поворотный клапан, который имеет проточный канал и выполнен с возможностью поворота между первым и вторым положениями клапана. Проточный канал гидравлически связывает реакционную камеру и канал для образца, когда поворотный клапан находится в первом положении клапана, и гидравлически связывает резервуар и реакционную камеру, когда поворотный клапан находится во втором положении клапана. Насосный узел вызывает поток биологического образца к реакционной камере, когда поворотный клапан находится в первом положении клапана, и вызывает поток компонента реакции из резервуара к реакционной камере, когда поворотный клапан находится во втором положении клапана.

[00177] В одном аспекте насосный узел может включать системный насос, находящийся в проточном сообщении с реакционной камерой и расположенный ниже по потоку относительно реакционной камеры.

[00178] В другом аспекте поворотный клапан может быть выполнен с возможностью удерживания биологического образца в проточном канале при поворачивании поворотного клапана из первого положения клапана во второе положение клапана. Насосный узел может выполнен с возможностью вызывать поток биологического образца в резервуар, когда поворотный клапан находится во втором положении клапана.

[00179] Необязательно, канал для образца может представлять собой первый канал для образца, а биологический образец может представлять собой первый биологический образец. Гидравлическая сеть может включать второй канал для образца со вторым биологическим образцом. Поворотный клапан может быть выполнен с возможностью поворота в такое третье положение клапана, что проточный канал находится в проточном сообщении со вторым каналом для образца. Насосный узел может быть выполнен с возможностью вызывать поток второго биологического образца во втором канале для образца в проточный канал, при этом поворотный клапан выполнен с возможностью удерживания второго биологического образца в проточном канале при поворачивании поворотного клапана из третьего положения клапана во второе положение клапана. Насосный узел может быть выполнен с возможностью вызывать поток второго биологического образца в нем в резервуар, когда поворотный клапан находится во втором положении клапана. В некоторых вариантах осуществления насосный узел может быть выполнен с возможностью вызывать поток первого и второго биологических образцов из резервуара к реакционной камере.

[00180] В другом аспекте резервуар может представлять собой первый резервуар. Гидравлическая сеть может дополнительно включать второй резервуар, при этом поворотный клапан может быть выполнен с возможностью перемещения в такое третье положение клапана, что проточный канал гидравлически связывает второй резервуар и реакционную камеру.

[00181] В другом аспекте канал для образца может представлять собой первый канал для образца, а гидравлическая сеть включает второй канал для образца. Необязательно, каждый из первого и второго каналов для образца могут быть в проточном сообщении с поворотным клапаном через общее подающее отверстие. Необязательно, система также может включать канальный клапан, соединенный с каналом для образца. Канальный клапан может быть выполнен с возможностью перемещения между первым и вторым положениями соответственно для блокирования потока и разрешения потока через канал для образца.

[00182] В другом аспекте поворотный клапан может поворачиваться вокруг оси. Гидравлическая сеть может включать питающее отверстие, которое совмещено с этой осью и гидравлически связывает проточный канал и реакционную камеру.

[00183] В другом аспекте гидравлическая сеть также может включать канал для реагента. Канал для образца и канал для реагента могут быть в проточном сообщении с общим подающим отверстием, расположенным выше по потоку относительно проточного канала. Подающее отверстие может гидравлически связывать канал для образца и канал для реагента с проточным каналом.

[00184] В другом аспекте система может включать узел обнаружения, выполненный с возможностью обнаружения предусмотренных реакций в реакционной камере. Необязательно, узел обнаружения включает детектор изображений, который может быть расположен так, чтобы обнаруживать световые сигналы из реакционной камеры. Необязательно, детектор изображений может иметь фиксированное местоположение относительно гидравлической сети.

[00185] В другом аспекте система включает системный контроллер, который может быть выполнен с возможностью автоматического управления поворотным клапаном и насосным узлом для проведения повторяющихся циклов протокола секвенирования путем синтеза (SBS).

[00186] В одном варианте осуществления предложен способ, который включает поворачивание поворотного клапана с проточным каналом в первое положение клапана. В первом положении клапана проточный канал находится в проточном сообщении с реакционной камерой. Способ также может включать протекание биологического образца из канала для образца или первого резервуара через проточный канал в реакционную камеру, когда поворотный клапан находится в первом положении клапана. Способ также может включать поворачивание поворотного клапана во второе положение клапана. Во втором положении клапана проточный канал может гидравлически связывать второй резервуар и реакционную камеру. Способ также может включать протекание компонента реакции из второго резервуара в реакционную камеру. В реакционной камере компонент реакции взаимодействует с биологическим образцом.

[00187] В одном аспекте способ может включать обнаружение предусмотренных реакций между компонентом реакции и биологическим образцом в реакционной камере. Необязательно, обнаружение предусмотренных реакций может включать обнаружение световых сигналов из реакционной камеры. Световые сигналы могут указывать на предусмотренные реакции.

[00188] В другом аспекте способ также включает отдельное протекание множества биологических образцов в резервуар и, тем самым, объединение биологических образцов в нем. Биологические образцы могут одновременно протекать по проточному каналу в реакционную камеру, когда поворотный клапан находится в первом положении клапана.

[00189] В другом аспекте способ также включает поворачивание поворотного клапана в третье положение клапана и протекание промывочного раствора из третьего резервуара в реакционную камеру. Способ также может включать поворачивание поворотного клапана во второе положение клапана и протекание компонента реакции из второго резервуара в реакционную камеру. Необязательно, способ включает выполнение повторяющихся циклов протокола секвенирования путем синтеза (SBS).

[00190] В другом аспекте способ также включает амплификацию биологического образца в канале для образца или в резервуаре перед подачей биологического образца через проточный канал в реакционную камеру.

[00191] В одном варианте осуществления предложена система, которая включает систему управления потоками с гидравлической сетью и насосным узлом, находящимся в проточном сообщении с гидравлической сетью. Гидравлическая сеть включает канал для образца, выполненный с возможностью приема биологического образца, множество резервуаров и реакционную камеру. Система также включает поворотный клапан с проточным каналом. Поворотный клапан выполнен с возможностью поворота в различные положения клапана для гидравлической связи реакционной камеры с каналом для образца или с одним из резервуаров. Система также включает устройство обнаружения, выполненное с возможностью обнаружения световых сигналов из реакционной камеры в ходе протокола анализа. Система также включает системный контроллер, выполненный с возможностью управления поворотным клапаном и насосным узлом для создания потока биологического образца из канала для образца в реакционную камеру. Системный контроллер также выполнен с возможностью управления поворотным клапаном, насосным узлом и устройством обнаружения во время множества циклов протокола, при этом каждый из циклов протокола включает: (а) поворачивание поворотного клапана в соответствующее первому резервуару положение клапана, так что реакционная камера находится в проточном сообщении с первым резервуаром из множества резервуаров; (b) управление насосным узлом для вызывания потока текучей среды из первого резервуара в реакционную камеру; (с) поворачивание поворотного клапана в соответствующее второму резервуару положение клапана, так что реакционная камера находится в проточном сообщении со вторым резервуаром из множества резервуаров; (d) управление насосным узлом для вызывания потока текучей среды из второго резервуара в реакционную камеру; и (е) управление устройством обнаружения для обнаружения световых сигналов из реакционной камеры, когда текучая среда из второго резервуара протекает через реакционную камеру, или после того, как текучая среда из второго резервуара протекала через реакционную камеру.

[00192] В другом аспекте канал для образца может включать область подготовки образца. Система также может включать термоциклер, выполненный с возможностью управления температурой биологического образца в области подготовки образца. Системный контроллер может управлять термоциклером для амплификации биологического образца в области подготовки образца перед протеканием биологического образца из канала для образца в реакционную камеру.

[00193] Необязательно, каждый из циклов протокола включает поворачивание поворотного клапана в соответствующее третьему резервуару положение клапана, так что реакционная камера находится в проточном сообщении с третьим резервуаром из множества резервуаров, и управление насосным узлом для вызывания потока текучей среды из третьего резервуара в реакционную камеру.

[00194] В другом аспекте устройство обнаружения включает КМОП-детектор изображений. В другом аспекте с устройством обнаружения соединена проточная кювета. Проточная кювета может образовывать реакционную камеру. Необязательно, проточная кювета закреплена в фиксированном положении относительно устройства обнаружения.

[00195] В другом аспекте система управления потоками включает микрожидкостное тело, которое имеет сторону тела. Сторона тела может включать множество отверстий, выходящих на эту сторону тела, при этом поворотный клапан герметизирует множество отверстий, когда проточный канал гидравлически связан с по меньшей мере одним из других отверстий. В конкретных вариантах осуществления система предназначена для выполнения протокола секвенирования путем синтеза (SBS).

[00196] В соответствии с одним вариантом осуществления предложен способ, который включает обеспечение микрожидкостного тела и поворотного клапана. Микрожидкостное тело имеет сторону тела и гидравлическая сеть, включающую подающее отверстие и питающее отверстие. Подающее отверстие выходит на сторону тела. Поворотный клапан установлен с возможностью поворота на стороне тела. Поворотный клапан имеет первое отверстие канала, второе отверстие канала и проточный канал, проходящий между первым отверстием канала и вторым отверстием канала. Способ также включает поворачивание поворотного клапана в первое положении клапана, в котором первое отверстие канала находится в проточном сообщении с подающим отверстием микрожидкостного тела. Способ также включает протекание биологического образца через первое отверстие канала в проточный канал, когда поворотный клапан находится в первом положении клапана. Способ также включает поворачивание поворотного клапана во второе положение клапана с биологическим образцом внутри проточного канала, так что первое отверстие канала герметизировано стороной тела. Способ также включает выполнение операции термоциклирования с изменением температуры биологического образца в проточном канале до выбранной температуры.

[00197] В другом аспекте микрожидкостное тело может включать отверстие резервуара, выходящее на сторону тела и находящееся в проточном сообщении с резервуаром. Способ также может включать поворачивание поворотного клапана для совмещения первого отверстия канала и отверстия резервуара и вызывание потока биологического образца в проточном канале через первое отверстие канала в резервуар. Необязательно, способ включает вызывание потока биологического образца из резервуара через проточный канал и через питающее отверстие микрожидкостного тела.

[00198] В другом аспекте второе отверстие канала может быть совмещено с питающим отверстием, когда поворотный клапан находится во втором положении клапана.

[00199] В другом аспекте второе отверстие канала может быть герметизировано стороной тела, когда поворотный клапан находится во втором положении клапана.

[00200] В другом аспекте первое отверстие канала представляет собой первое входное отверстие, а проточный канал представляет собой первый проточный канал. Поворотный клапан может включать второе входное отверстие и второй проточный канал. Второй проточный канал может проходить между вторым входным отверстием и вторым отверстием канала.

[00201] В другом аспекте первое отверстие канала представляет собой первое входное отверстие, а второе отверстие канала представляет собой первое выходное отверстие. Поворотный клапан может включать второе входное отверстие и второе выходное отверстие с проходящим между ними проточным каналом.

[00202] В другом аспекте поворотный клапан может иметь жидкостную сторону и рабочую сторону, обращенные в противоположных направлениях. Термоциклер может соприкасаться с рабочей стороной для управления температурой биологического образца.

[00203] В другом аспекте способ может включать вызывание потока биологического образца из резервуара через проточный канал и через питающее отверстие микрожидкостного тела в реакционную камеру. Способ также может включать обнаружение световых сигналов из реакционной камеры. Необязательно, реакционная камера имеет удаленное местоположение относительно поворотного клапана.

[00204] В другом аспекте реакционную камеру включает проточная кювета. Обнаружение световых сигналов из реакционной камеры может включать обнаружение световых сигналов с использованием детектора изображений, соединенного с проточной кюветой. Необязательно, детектор изображений и проточная кювета скреплены друг с другом.

[00205] В соответствии с одним вариантом осуществления предложена система, которая включает микрожидкостное тело, имеющее сторону тела и гидравлическую сеть, которая включает подающее отверстие и питающее отверстие. Подающее отверстие выходит на сторону тела. Система также включает поворотный клапан, установленный с возможностью поворота на стороне тела. Поворотный клапан имеет первое отверстие канала, второе отверстие канала и проточный канал, проходящий между первым и вторым отверстиями канала. Поворотный клапан выполнен с возможностью поворота между первым и вторым положениями клапана. Первое отверстие канала находится в проточном сообщении с подающим отверстием микрожидкостного тела, когда поворотный клапан находится в первом положении клапана. Первое отверстие канала герметизировано микрожидкостным телом, когда поворотный клапан находится во втором положении клапана. Система также включает насосный узел, выполненный с возможностью вызывать поток текучей среды через подающее отверстие в проточный канал, когда поворотный клапан находится в первом положении клапана. Система также включает термоциклер, который позиционируется относительно поворотного клапана и выполнен с возможностью управления температурой, воздействие которой испытывает текучая среда в проточном канале, когда поворотный клапан находится во втором положении клапана.

[00206] В одном аспекте микрожидкостное тело может включать отверстие резервуара, выходящее на сторону тела и находящееся в проточном сообщении с резервуаром. Поворотный клапан может быть поворачивающимся в третье положение клапана, в котором первое отверстие канала и отверстие резервуара совмещаются. Насосный узел может быть выполнен с возможностью вызывать поток текучей среды в проточном канале через отверстие резервуара в резервуар. Необязательно, насосный узел выполнен с возможностью вызывать поток текучей среды из резервуара через проточный канал и питающее отверстие микрожидкостного тела.

[00207] В другом аспекте поворотный клапан выполнен с возможностью поворота вокруг оси. Второе отверстие канала и питающее отверстие могут быть совмещены с этой осью.

[00208] В другом аспекте проточный канал может являться первым проточным каналом. Поворотный клапан может включать второй проточный канал, проходящий между соответствующими отверстиями канала.

[00209] В другом аспекте система включает реакционную камеру, проточно сообщающуюся с питающим отверстием, и устройство обнаружения, размещенное для обнаружения предусмотренных реакций в реакционной камере. Необязательно, реакционная камера имеет удаленное местоположение относительно поворотного клапана. Необязательно, система включает проточную кювету с реакционной камерой. Детектор может представлять собой детектор изображений, который позиционируется смежно с проточной кюветой. В некоторых вариантах осуществления детектор изображений и проточная кювета могут быть скреплены друг с другом.

[00210] В соответствии с одним вариантом осуществления предложена система, которая включает микрожидкостное тело с гидравлической сетью, которая имеет входное отверстие, выходное отверстие и резервуар для образца. Система также включает поворотный клапан, соединенный с возможностью поворота с микрожидкостным телом. В поворотном клапане имеется первый участок канала и второй участок канала. Первый участок канала гидравлически связывает входное отверстие и резервуар для образца, когда поворотный клапан находится в первом положении клапана. Второй участок канала гидравлически связывает выходное отверстие и резервуар для образца, когда поворотный клапан находится в первом положении клапана. Система также включает насосный узел, выполненный с возможностью создания потока текучей среды через входное отверстие и первый участок канала в резервуар для образца, когда поворотный клапан находится в первом положении клапана. Поворотный клапан выполнен с возможностью перемещения во второе положение клапана, в котором резервуар для образца герметизирован поворотным клапаном. Система также может включать термоциклер, который позиционируется относительно микрожидкостного тела для подвода тепловой энергии к резервуару для образца, когда поворотный клапан находится во втором положении клапана.

[00211] В одном аспекте поворотный клапан может включать замкнутый газовый резервуар. Замкнутый газовый резервуар может быть совмещен с резервуаром для образца, когда поворотный клапан находится во втором положении клапана. Замкнутый газовый резервуар и резервуар для образца могут объединяться с образованием реакционной камеры.

[00212] В другом аспекте система также включает питающий канал, находящийся в проточном сообщении с выходным отверстием. Питающий канал может гидравлически связывать выходное отверстие с реакционной камерой. Система включает реакционную камеру и устройство обнаружения, которое позиционировано для обнаружения предусмотренных реакций в реакционной камере.

[00213] В другом аспекте реакционная камера может иметь удаленное местоположение относительно поворотного клапана. Необязательно, система может включать проточную кювету с реакционной камерой. Устройство обнаружения может представлять собой детектор изображений, который позиционируется смежно с проточной кюветой.

[00214] В соответствии с одним вариантом осуществления предложена система, которая включает микрожидкостное тело с гидравлической сетью, которая имеет резервуар для образца и отдельный аналитический канал. Аналитический канал проходит между первым и вторым отверстиями. Гидравлическая сеть также включает питающее отверстие. Система также может включать термоциклер, который позиционируется смежно с областью терморегуляции микрожидкостного тела. Аналитический канал проходит через область терморегуляции. Термоциклер выполнен с возможностью подвода тепловой энергии к области терморегуляции. Система также включает поворотный клапан, соединенный с возможностью поворота с микрожидкостным телом и выполненный с возможностью поворота между первым и вторым положениями клапана. Поворотный клапан имеется соединительный канал и отдельный проточный канал. Соединительный канал гидравлически связывает резервуар для образца и первое отверстие аналитического канала, а проточный канал гидравлически связывает второе отверстие аналитического канала и питающее отверстие, когда поворотный клапан находится в первом положении клапана. Поворотный клапан выполнен с возможностью перемещения во второе положение клапана для герметизации первого и второго отверстий аналитического канала.

[00215] В одном аспекте проточный канал может быть выполнен с возможностью приема биологического образца из аналитического канала. Поворотный клапан может быть выполнен с возможностью поворота в третье положение клапана, в котором проточный канал гидравлически связан с резервуаром. Биологическому образцу может быть предоставлена возможность течения через проточный канал в резервуар.

[00216] В другом аспекте система включает реакционную камеру, которая находится в проточном сообщении с питающим отверстием и устройством обнаружения, которое позиционировано для обнаружения предусмотренных реакций в реакционной камере. Необязательно, реакционная камера может иметь удаленное местоположение относительно поворотного клапана. Необязательно, система также включает проточную кювету с реакционной камерой. Устройство обнаружения может представлять собой детектор изображений, который позиционируется смежно с проточной кюветой.

[00217] Используемое здесь упоминание какого-либо элемента или этапа в единственном числе следует понимать как не исключающее множественного числа упомянутых элементов или этапов, если такое исключение не указано в явном виде. Кроме того, ссылки на «один вариант осуществления» не следует трактовать как исключающие существование дополнительных вариантов осуществления, которые также включают указанные признаки. Кроме того, если явно не указано противоположное, варианты осуществления «включающие» или «имеющие» какой-либо элемент или множество элементов, обладающих конкретным свойством, могут включать дополнительные элементы независимо от того, обладают они этим свойством или нет.

[00218] Следует отметить, что конкретная компоновка компонентов (например, число, типы, размещение и т.п.) в проиллюстрированных вариантах осуществления может быть модифицировано в различных альтернативных вариантах осуществления. В различных вариантах осуществления может быть использовано иное число некоего данного модуля или блока, может быть использован другой тип или типы некоего данного модуля или блока, некий данный модуль или блок может быть добавлен, или же некий данный модуль или блок может быть исключен.

[00219] Следует понимать, что приведенное выше описание предназначено для пояснения, а не для ограничения. Например, описанные выше варианты осуществления (и/или его аспекты) могут быть использованы в сочетании друг с другом. Кроме того, может быть произведено множество модификаций, направленных на адаптацию конкретной ситуации или материала к сведениям различных вариантов осуществления и не выходящих за рамки их объема. Размеры, типы материалов, ориентации различных компонентов, а также число и положения различных компонентов, описанных здесь, предназначены задавать параметры определенных вариантов осуществления, которые ни коим образом не являются ограничительными, а, напротив, являются лишь примерными вариантами осуществления. Специалистам в данной области техники по прочтении приведенного описания станет очевидным множество других вариантов осуществления и модификаций в рамки существа и объема формулы изобретения. Следовательно, патентоспособный объем изобретения определяется с учетом прилагаемой формулы изобретения, наряду с полным объемом эквивалентов, на которые эта формула изобретения дает право.

[00220] Употребляемая в описании фраза «в одном примерном варианте осуществления» и подобные ей означает, что описываемый вариант осуществления является лишь примером. Эта фраза не подразумевает ограничения объекта изобретения этим вариантом его осуществления. Другие варианты осуществления объекта изобретения могут не включать указанную особенность или конструкцию. В прилагаемой формуле изобретения термины «включающий» и «в котором» использованы как языковые эквиваленты соответствующих терминов «содержащий», «включающий в себя» и «при этом». Кроме того, в прилагаемой формуле изобретения термины «первый», «второй» и «третий» и т.д. использованы только как маркеры и не предназначены для наложения числовых ограничений на перечисляемые объекты. Кроме того, ограничения прилагаемой формулы изобретения не изложены в формате «средство плюс функция» и не предусматривают интерпретации на основании § 112(f) раздела 35 Свода законов США, если только и пока в таких ограничениях формулы не используется в явном виде выражение «средство для», за которым следует указание функционального назначения без дальнейшей конструкции.

Изобретение относится в целом к созданию образцов для биохимического анализа и/или проведения биохимических реакций. Картридж для проведения биохимических реакций содержит: микрожидкостное тело, содержащее отверстие для образца, выполненное с возможностью приема биологического образца, канал для образца, находящийся в проточном сообщении с отверстием для образца, промежуточный канал, питающий канал и резервуар для реагентов; первый поворотный клапан, установленный с возможностью поворота на микрожидкостном теле и содержащий первый проточный канал и промежуточное отверстие, причем первый поворотный клапан гидравлически связывает первый проточный канал с каналом для образца в первом положении первого поворотного клапана и гидравлически связывает первый проточный канал с еще одним отверстием во втором положении первого поворотного клапана; второй поворотный клапан, установленный с возможностью поворота на микрожидкостном теле и содержащий второй проточный канал, гидравлически связанный с питающим каналом, причем второй поворотный клапан гидравлически связывает второй проточный канал с первым поворотным клапаном через промежуточный канал в первом положении второго поворотного клапана и гидравлически связывает второй проточный канал с резервуаром для реагентов во втором положении второго поворотного клапана. Технический результат – обеспечение выполнения секвенирования генома с повышением качества анализов. 11 з.п. ф-лы, 29 ил., 1 табл.

1. Картридж для проведения биохимических реакций, содержащий:

микрожидкостное тело, содержащее:

отверстие для образца, выполненное с возможностью приема биологического образца,

канал для образца, находящийся в проточном сообщении с отверстием для образца,

промежуточный канал,

питающий канал и

резервуар для реагентов;

первый поворотный клапан, установленный с возможностью поворота на микрожидкостном теле и содержащий первый проточный канал и промежуточное отверстие, причем первый поворотный клапан гидравлически связывает первый проточный канал с каналом для образца в первом положении первого поворотного клапана и гидравлически связывает первый проточный канал с еще одним отверстием во втором положении первого поворотного клапана; и

второй поворотный клапан, установленный с возможностью поворота на микрожидкостном теле и содержащий второй проточный канал, гидравлически связанный с питающим каналом, причем второй поворотный клапан гидравлически связывает второй проточный канал с первым поворотным клапаном через промежуточный канал в первом положении второго поворотного клапана и гидравлически связывает второй проточный канал с резервуаром для реагентов во втором положении второго поворотного клапана.

2. Картридж по п. 1, в котором резервуар для реагентов является первым резервуаром для реагентов, а микрожидкостное тело дополнительно содержит второй резервуар для реагентов, при этом второй поворотный клапан гидравлически связывает второй проточный канал со вторым резервуаром для реагентов в третьем положении второго поворотного клапана.

3. Картридж по п. 1, в котором микрожидкостное тело дополнительно содержит еще один резервуар, при этом первый поворотный клапан гидравлически связывает первый проточный канал с этим резервуаром в третьем положении первого поворотного клапана.

4. Картридж по п. 1, в котором микрожидкостное тело дополнительно содержит резервуар для отходов.

5. Картридж по п. 1, дополнительно содержащий насосный узел.

6. Картридж по п. 1, в котором питающий канал гидравлически связан с реакционной камерой.

7. Картридж по п. 1, в котором микрожидкостное тело содержит область терморегуляции.

8. Картридж по п. 1, в котором первый поворотный клапан содержит жидкостную сторону и рабочую сторону, при этом рабочая сторона содержит механический интерфейс.

9. Картридж по п. 1, дополнительно содержащий проточную кювету с реакционной камерой, гидравлически связанной с питающим каналом.

10. Картридж по п. 9, в котором проточная кювета содержит проточную крышку, включающую материал, прозрачный для возбуждающего света.

11. Картридж по п. 1, дополнительно содержащий узел обнаружения, причем узел обнаружения содержит детектор изображений и реакционную камеру, при этом детектор изображений обнаруживает генерируемые одной или более реакциями световые сигналы из массива реакционных углублений в реакционной камере.

12. Картридж по п. 11, в котором детектор изображений представляет собой формирователь изображений на комплементарных структурах металл-оксид-полупроводник.