Канальная система для смешивания реактивов и соответствующий способ - RU2713089C1
Код документа: RU2713089C1
Чертежи
Описание
Перекрестная ссылка на родственную заявку
По настоящей заявке испрашивается приоритет согласно патентной заявке США №15/841102, поданной 13 декабря 2017 г., по которой испрашивался приоритет патентной заявки США №62/442772, поданной 5 января 2017 г., а также патентной заявки Великобритании №1704758.0, поданной 24 марта 2017 г., по которой также испрашивался приоритет патентной заявки США №62/442772, причем содержание всех этих предшествующих заявок в полном объеме включено в настоящий документ посредством ссылок.
Область техники
В рассматриваемой области техники были разработаны и продолжают появляться многочисленные инструменты для секвенирования исследуемых молекул, в частности, ДНК, РНК и других биологических образцов. До выполнения операций секвенирования, осуществляют приготовление образцов изучаемых молекул для формирования библиотеки или матрицы, которая затем будет смешана с реактивами и, в конечном итоге, введена в проточную кювету, где будет происходить прикрепление отдельных молекул на участках и их амплификация для повышения обнаружительной способности. Операция секвенирования включает повторение цикла этапов для связывания молекул на указанных участках, мечения связанных компонентов, получения изображения компонентов на указанных участках и обработки результирующих данных изображения.
В таких системах секвенирования, системы (или подсистемы) с текучей средой обеспечивают поток веществ (например, реактивов) под управлением управляющей системы, например, компьютера с хранимой программой и подходящих интерфейсов.
Раскрытие изобретения
Различные особенности одного или более вариантов реализации объекта, раскрытого в настоящем изобретении, проиллюстрированы на прилагаемых чертежах и изложены в нижеследующем описании. Другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут очевидными при изучении описания, чертежей и формулы изобретения.
В некоторых вариантах реализации предложена система, содержащая проточный канал, выполненный с возможностью соединения по текучей среде с проточной кюветой, для удержания представляющих интерес анализируемых веществ в системе анализа. Система может дополнительно содержать селекторный клапан, соединенный по текучей среде с проточными каналами, для выбора между множеством трубок для реактивов для осуществления операции анализа; обводную линию, отделенную от проточного канала, причем часть обводной линии выступает в качестве объема для смешивания; насос, выполненный с возможностью соединения по текучей среде с обводной линией и вытеснения текучих сред через обводную линию во время операции предварительного смешивания реактивов; и схему управления, функционально соединенную с селекторным клапаном и насосом, причем схема управления имеет один или более процессоров и память, хранящую или предназначенную для хранения машиноисполнимых инструкций, при исполнении которых одним или более процессорами, предусмотрена возможность управления одним или более процессорами для выполнения следующего: а) выбора селекторным клапаном между набором трубок для реактивов, относящихся к реактивам, подлежащим предварительному смешиванию; b) всасывания насосом текучей среды из каждой из выбранных трубок для реактивов и подачи текучих сред, всасываемых из соответствующих выбранных трубок для реактивов, поочередно в указанный объем для смешивания; с) перекачивания насосом всасываемых текучих сред в объеме для смешивания, полученных в результате этапа (b), через трубку целевого приемника; и d) циклического перемещения насосом всасываемых текучих сред в и из объема для смешивания и через трубку целевого приемника для дополнительного смешивания текучих сред.
В некоторых таких вариантах реализации, объем для смешивания может содержать или быть выполнен в форме змеевидного канала.
В некоторых вариантах реализации системы, такая система может дополнительно содержать целевой приемник, расположенный с возможностью принимать текучие среды, выбрасываемые через трубку целевого приемника, причем указанный целевой приемник может содержать молекулы ДНК, подлежащие секвенированию.
В некоторых вариантах реализации системы, насос может представлять собой или может содержать шприцевой насос.
В некоторых вариантах реализации системы, селекторный клапан может разрешать насосу всасывание воздуха в объем для смешивания до подачи текучих сред из выбранных трубок для реактивов в объем для смешивания.
В некоторых вариантах реализации системы, память может хранить или может быть предназначена для хранения дополнительных машиноисполнимых инструкций, при исполнении которых одним или более процессорами, предусмотрена возможность дополнительно управлять одним или более процессорами для обеспечения циклического перемещения насосом всасываемых текучих сред в и из объема для смешивания, с сохранением при этом объема воздуха, захваченного между насосом и текучими средами.
В некоторых вариантах реализации системы, память может хранить или может быть предназначена для хранения дополнительных машиноисполнимых инструкций, при исполнении которых одним или более процессорами, предусмотрена возможность дополнительно управлять одним или более процессорами для повторения этапа (b) один или более раз до выполнения этапа (с) или (d) для операции анализа.
В некоторых таких вариантах реализации системы, память может хранить или может быть предназначена для хранения дополнительных машиноисполнимых инструкций, при исполнении которых одним или более процессорами предусмотрена возможность дополнительно управлять одним или более процессорами для выполнения следующего: е) выбора селекторным клапаном трубки для дополнительного реактива, связанной с дополнительным реактивом; (f) всасывания насосом текучей среды из трубки для дополнительного реактива; и (g) подачи насосом всасываемой дополнительной текучей среды из трубки для дополнительного реактива в объем для смешивания, причем трубка для дополнительного реактива не входит в набор трубок для реактивов, задействованных в ходе этапа (а), причем этапы (е)-(g) выполняются между этапами (b) и (с).
В некоторых вариантах реализации системы, система может дополнительно содержать приемники для реактивов, содержащие по меньшей мере три реактива с различными относительными плотностями, которые подлежат предварительному смешиванию.
В некоторых вариантах реализации предложен способ, включающий этапы, на которых: (а) осуществляют операцию предварительного смешивания реактивов для двух или более реактивов; b) приводят в действие насос для обеспечения циклического движения всасываемых реактивов в и из объема для смешивания с целью смешивания реактивов; и с) приводят в действие насос для выбрасывания смешанных реактивов в целевой приемник. Операция предварительного смешивания реактивов на этапе (а) может включать: выдачу команды селекторному клапану для выбора первого реактива, приведение в действие насоса для всасывания части первого реактива из первого приемника в объем для смешивания, выдачу команды селекторному клапану для выбора второго реактива, и приведение в действие насоса для всасывания части второго реактива из второго приемника в объем для смешивания.
В некоторых вариантах реализации способа, объем для смешивания может содержать или может представлять собой змеевидный канал.
В некоторых вариантах реализации способа, целевой приемник может содержать молекулы ДНК, подлежащие секвенированию.
В некоторых вариантах реализации способа, операция предварительного смешивания реактивов на этапе (а) может дополнительно включать выдачу команды селекторному клапану для выбора третьего реактива и приведение в действие насоса для всасывания части третьего реактива из третьего приемника в объем для смешивания.
В некоторых таких вариантах реализации способа, операция предварительного смешивания реактивов на этапе (а) может дополнительно включать выбор и всасывание по меньшей мере одного из реактивов более одного раза до выполнения этапа (b). В некоторых таких вариантах реализации способа, операция предварительного смешивания на этапе (а) может быть повторена один или более раз до выполнения этапа (b).
В некоторых вариантах реализации способа, способ может дополнительно включать всасывание воздуха в объем для смешивания до всасывания первого реактива.
В некоторых вариантах реализации предложен способ, содержащий этапы, на которых: приводят в действие насос для всасывания газа в объем для смешивания; управляют селекторным клапаном для выбора, поочередно, множества жидких реактивов для операции анализа; приводят в действие, для каждого выбранного реактива, насос для всасывания выбранного реактива из соответствующего приемника, содержащего выбранный реактив, в змеевидный объем для смешивания; управляют селекторным клапаном для соединения по текучей среде змеевидного объема для смешивания с целевым приемником; обеспечивают циклическую работу насоса для перемещения реактивов туда и обратно между змеевидным объемом для смешивания и целевым приемником для смешивания реактивов, причем целевой приемник содержит представляющее интерес анализируемое вещество, подлежащее анализу в ходе операции анализа; и приводят в действие насос для выбрасывания смешанных реактивов в целевой приемник.
В некоторых вариантах реализации, способ может также включать выбор и всасывание каждого реактива более одного раза до выполнения циклической работы насоса для обеспечения движения реактивов.
В некоторых вариантах реализации такого способа, насос может быть использован для обеспечения циклического движения реактивов с некоторым объемом воздуха между насосом и реактивами.
В некоторых вариантах реализации такого способа, реактивы могут содержать по меньшей мере три реактива с различным относительными плотностями.
Различные особенности одного или более вариантов реализации объекта, раскрытого в настоящем изобретении, проиллюстрированы на прилагаемых чертежах и изложены в нижеследующем описании. Другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут очевидными при изучении описания, чертежей и формулы изобретения. Следует отметить, что относительные размеры на нижеследующих чертежах могут быть показаны не в масштабе.
Краткое описание чертежей
Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более понятными после прочтения нижеследующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые номера позиций относятся к схожим частям на всех чертежах, причем на чертежах изображено следующее.
На фиг. 1 представлена общая схема примерной системы секвенирования, в которой могут быть применены раскрытые в настоящем изобретении технологии.
На фиг. 2 представлена общая схема примерной системы с текучей средой, предусмотренной в системе секвенирования с фиг. 1.
На фиг. 3 представлена общая схема примерной системы обработки и управления, предусмотренной в системе секвенирования с фиг. 1.
На фиг. 4 в аксонометрии показан пример коллектора для реактивов с селекторными клапанами.
На фиг. 5 на виде сверху показан пример узла коллектора и клапанов с фиг. 4.
На фиг. 6А схематично показан примерный узел для всасывания и смешивания реактивов и матрицы образцов; а на фиг. 6В показано, согласно одному из примеров, то, как реактивы и матрица образцов будут наслаиваться друг на друга до смешивания.
На фиг. 7 схематично проиллюстрирован пример того, как реактивы, подлежащие смешиванию, могут по-отдельности всасываться в объем для смешивания.
На фиг. 8 схематично в сечении показан пример целевого приемного сосуда для смешанных реактивов и матрицы образцов, причем также показана сопловая трубка, выбрасывающая смешанные реактивы в приемник.
На фиг. 9А-9D показана примерная сопловая трубка, которая может быть использована при смешивании реактивов.
На фиг. 10 представлен график примерных циклов при всасывании и смешивании реактивов и матрицы образцов.
На фиг. 11 показана блок-схема, иллюстрирующая примерную логическую часть для всасывания и смешивания реактивов и матрицы образцов.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показан вариант реализации системы 10 секвенирования, предназначенной для обработки молекулярных образцов, которые могут быть подвержены секвенированию для определения их компонентов, порядка следования компонентов и, в целом, структуры образца. Система содержит инструмент 12, который принимает и обрабатывает биологический образец. Источник 14 образцов предоставляет образец 16, который во многих случаях будет содержать образец ткани. Источник образцов может представлять собой, например, физическое лицо или субъект, такой как человек, животное, микроорганизм, растение, или другой донор (в том числе, образцы окружающей среды), или любой другой субъект, который содержит представляющие интерес органические молекулы, последовательность которых необходимо определить. Система может быть использована в отношении образцов, отличных от тех, что взяты у организма, в том числе, синтезированных молекул. Во многих случаях, молекулы будут содержать ДНК, РНК или другие молекулы, имеющие пары оснований, последовательность которых может задавать гены и их варианты, имеющие конкретные функции, составляющие наибольший интерес.
Образец 16 вводят в систему 18 приготовления образцов/библиотеки. Данная система может изолировать, расщеплять и иным образом подготавливать образец для анализа. Результирующая библиотека содержит представляющие интерес молекулы с длинами, которые способствуют операции секвенирования. Далее, результирующую библиотеку подают в инструмент 12, где осуществляется операция секвенирования. На практике, библиотеку, которая иногда именуется матрицей, связывают с реактивами в ходе автоматического или полуавтоматического процесса, и далее вводят в проточную кювету до секвенирования. В некоторых таких вариантах реализации, библиотеку можно предварительно смешать с реактивами до ее направления в проточную кювету, например, библиотека может быть направлена через систему селекторного клапана, такую, которая будет раскрыта далее, и смешана в целевом приемнике до ее переноса в проточную кювету.
В варианте реализации, проиллюстрированном на фиг. 1, инструмент содержит проточную кювету или массив 20, куда помещается библиотека образцов. Проточная кювета имеет один или более каналов для текучей среды, обеспечивающих возможность осуществления химического секвенирования, в том числе крепления молекул библиотеки и амплификации на местах и участках, которые могут быть обнаружены во время операции секвенирования. Например, проточная кювета/массив 20 может содержать матрицы секвенирования, иммобилизованные на одной или более поверхностях в указанных местах или на указанных участках. «Проточная кювета» может содержать структурированный массив, например, микрорешетку, нанорешетку и т.д. На практике, места или участки могут быть расположены в виде регулярного, повторяющегося рисунка, сложного неповторяющегося рисунка или случайной структуры на одной или более поверхностях основы. Для обеспечения возможности осуществления химического секвенирования, в проточную кювету также могут быть введены различные вещества, в том числе, различные реактивы, буферы и другие реакционные среды, используемые для реакций, промывки и т.д. Вещества протекают через проточную кювету и могут контактировать с представляющими интерес молекулами на отдельных участках.
В инструменте проточная кювета 20 установлена на подвижном столе 22, который, в данном варианте реализации, выполнен с возможностью движения в одном или более направлениях, обозначенных номером позиции 24. Проточная кювета 20 может, например, быть предусмотрена в виде съемного или сменного картриджа, который может взаимодействовать с отверстиями на подвижном столе 22 или другими компонентами системы для обеспечения возможности подачи реактивов или других текучих сред в или из проточной кюветы 20. Указанный стол сопряжен с оптической системой 26 обнаружения, которая может направлять излучение или свет 28 в проточную кювету во время секвенирования. Оптическая система обнаружения может применять различные способы, такие как способы флуоресцентной микроскопии, для обнаружения анализируемого вещества, находящегося на участках проточной кюветы. В качестве неограничивающего примера, оптическая система 26 обнаружения может применять конфокальное строчное сканирование для создания данных прогрессивного пиксельного изображения, которые можно проанализировать для определения местоположения отдельных участков в проточной кювете и определения типа нуклеотида, который недавно прикрепился или связался с каждым участком. Также возможно применение других подходящих технологий получения изображений, например, технологий, в которых выполняют сканирование одной или более точек излучения вдоль образца, или технологий, применяющих метод пошагового получения изображения «step-and-shoot». Оптические системы 26 обнаружения и стол 22 могут взаимодействовать друг с другом для удержания проточной кюветы и системы обнаружения в статическом отношении с получением при этом изображения области, или, как отмечено, проточная кювета может быть отсканирована в любом подходящем режиме (например, в ходе точечного сканирования, строчного сканирования, пошагового сканирования «step-and-shoot»).
Хотя для получения изображений, или в более общем смысле, для обнаружения молекул на участках, могут быть использованы различные технологии, в предлагаемом изобретении возможно применение технологии конфокального формирования оптических изображений при длинах волн, которые обеспечивают возбуждение флуоресцентных меток. Метки, возбуждаемые в соответствии с их спектром поглощения, возвращают флуоресцентные сигналы согласно их спектру излучения. Оптическая система 26 обнаружения выполнена с возможностью перехвата таких сигналов, обработки данных пиксельного изображения при разрешении, которое позволяет анализировать излучающие сигналы участки, и обрабатывать и сохранять результирующие данные изображения (или данные, полученные на его основе).
В ходе операции секвенирования, циклические операции или процессы реализуются автоматически или полуавтоматически, когда реакции ускоряются, например, с единичными нуклеотидами или с олигонуклеотидами, с последующей промывкой, получением изображений и разблокировки при подготовке к следующему циклу. Библиотека образцов, приготовленная для секвенирования и иммобилизованная в проточной кювете, может претерпеть целый ряд таких циклов перед тем, как вся полезная информация будет извлечена из библиотеки. Оптическая система обнаружения может создавать данные изображения на основании сканов проточной кюветы (и ее участков) во время каждого цикла операции секвенирования с использованием электронных схем обнаружения (например, съемочных камер или электронных схем или чипов для формирования изображений). Далее, результирующие данные изображения могут быть проанализированы для определения местоположений отдельных участков в данных изображения, и для анализа и получения характеристик молекул, присутствующих на указанных участках, например, с учетом конкретного цвета или длины волны света (характеристического спектра излучения конкретной флуоресцентной метки), обнаруженных для конкретного местоположения, на что указывает группа или кластер пикселей в данных изображения в указанном месте. В случае секвенирования ДНК или РНК, например, четыре обычных нуклеотида могут быть представлены в виде различаемого спектра флуоресцентного излучения (длин волн или диапазона длин волн света). Затем, каждому спектру излучения может быть присвоено значение, соответствующее тому нуклеотиду. На основании этого анализа и за счет отслеживания циклических значений, определенных для каждого участка, можно определить для каждого участка отдельные нуклеотиды и их порядок. Далее эти последовательности могут быть дополнительно обработаны для сбора более длинных сегментов, в том числе, генов, хромосом и т.д. Используемые в данном описании понятия «автоматический» и «полуавтоматический» означают, что операции осуществляются посредством программирования системы или за счет конфигурации системы с незначительным взаимодействием или при отсутствии взаимодействия с человеком после запуска операций, или после запуска процессов, включающих в себя такие операции.
В проиллюстрированном варианте реализации, реактивы 30 втягиваются или всасываются в проточную кювету через клапанную систему 32. Клапанная система может получить доступ к реактивам из приемников или сосудов, в которых они хранятся, например, через пипетки или трубки (не показаны на фиг. 1). Клапанная система 32 может обеспечить возможность выбора реактивов на основании заданной последовательности осуществляемых операций. Клапанная система может дополнительно принимать команды для направления реактивов через проточные каналы 34 в проточную кювету 20. Выходные или отходящие проточные 36 каналы направляют использованные реактивы из проточной кюветы. В проиллюстрированном варианте реализации, насос 38 предназначен для обеспечения движения реактивов через систему. Насос может также выполнять другие полезные функции, например, измерение реактивов или других текучих сред через систему, всасываемого воздуха или других текучих сред, и т.д. Дополнительная клапанная система 40 ниже по потоку от насоса 38 обеспечивает возможность надлежащего направления использованного реактива в сосуды или приемники 42 для сбора отходов.
Инструмент дополнительно содержит разные электронные схемы, которые способствуют управлению работой различных компонентов системы, мониторингу их функционирования за счет обратной связи от датчиков, сбору данных изображений, и по меньшей мере обработке данных изображения. В варианте реализации, проиллюстрированном на фиг. 1, система 44 управления/наблюдения содержит управляющую систему 46 и систему 48 получения и анализа данных. Обе системы содержат один или более процессоров (например, схем цифровой обработки данных, таких как микропроцессоры, многоядерные процессоры, программируемые пользователем вентильные матрицы, или любых других подходящих схемы обработки) и схем 50 ассоциативной памяти (например, полупроводниковых запоминающих устройств, динамических запоминающих устройств, внутриплатных и/или внеплатных запоминающих устройств, и т.д.), которые могут хранить исполняемые машиной инструкции для управления, например, одним или более компьютерами, процессорами или другими похожими логическими устройствами для обеспечения конкретных функциональных возможностей. Специализированные или универсальные компьютеры могут по меньшей мере частично составлять управляющую систему и систему получения и анализа данных. Управляющая система может содержать, например, схему, предназначенную для (например, запрограммированную на) обработки команд для струйной автоматики, оптических приборов, управления столом и выполнения любых других полезных функций инструмента. Система 48 получения и анализа данных взаимодействует с оптической системой обнаружения для управления движением оптической системы обнаружения или указанного стола, или ими обоими, излучением света для циклического обнаружения, приемом и обработкой отраженных сигналов, и т.д. Инструмент также может содержать различные интерфейсы, обозначенные номером позиции 52, например, интерфейс оператора, который позволяет управлять и контролировать инструмент, переносить образцы, запускать автоматические или полуавтоматические операции секвенирования, составлять отчеты, и т.д. И наконец, в варианте реализации, показанном на фиг. 1, к инструменту могут быть подключены или с ним могут взаимодействовать внешние сети или системы 54, например, для анализа, управления, мониторинга, обслуживания или других действий.
Следует отметить, что хотя на фиг. 1 показана единственная проточная кювета и каналы для текучих сред, а также единственная оптическая система обнаружения, в некоторых инструментах может быть предусмотрено несколько проточных кювет и каналов для текучих сред. Например, в одном из вариантов реализации предлагаемого изобретения, предусмотрены две такие компоновки, для улучшения процесса секвенирования и повышения производительности. На практике, может быть предусмотрено любое количество проточных кювет и проточных каналов. Они могут использовать одни и те же или разные приемники для реактивов, приемники для сбора отходов, управляющие системы, системы анализа изображений, и т.д. В случаях, где это предусмотрено, множеством систем с текучей средой можно управлять индивидуально или можно управлять согласованно. Следует понимать, что выражение «соединенный по текучей среде» может быть использовано в данном документе для описания соединений между двумя или более компонентами, которые обеспечивают жидкостное сообщение между такими компонентами, в принципе так же, как и выражение «электрически соединенный» может быть использовано для описания электрического соединения между двумя или более компонентами. Выражение «расположенный по текучей среде между» может быть использовано, например, для описания конкретного порядка следования компонентов. Например, если компонент В расположен по текучей среде между компонентами А и С, то текучая среда, протекающая от компонента А к компоненту С, будет протекать через компонент В перед достижением компонента С.
На фиг. 2 показан пример системы с текучей средой, предусмотренной в системе секвенирования с фиг. 1. В варианте реализации, проиллюстрированном на данном чертеже, проточная кювета 20 содержит группу путей или дорожек 56А и 56В, которые могут быть сгруппированы парами для приема жидких веществ (например, реактивов, буферов, реакционных сред) во время операций секвенирования. Дорожки 56А соединены с общей линией 58 (первой общей линией), а дорожки 56В соединены со второй общей линий 60. Также предусмотрена обводная линия 62, обеспечивающая возможность перепуска текучих сред в обход проточной кюветы без вхождения в нее. Как упомянуто выше, группа сосудов или приемников 64 обеспечивают возможность хранения реактивов и других текучих сред, которые могут быть использованы во время операции секвенирования. Селекторный клапан 66 для реактивов механически соединен с двигателем или исполнительным механизмом (не показан) для обеспечения возможности выбора одного или более реактивов для их введения в проточную кювету. Далее, выбранные реактивы направляются в селекторный клапан 68 общей линии, который по аналогии содержит двигатель (не показан). В селекторный клапан общей линии может быть подана команда на выбор одной или более общих линий 58 и 60, или обеих линий, для обеспечения течения реактивов 64 в дорожки 56А и/или 56В управляемым образом, или обводной линии 62 для обеспечения течения одного или более реактивов через указанную обводную линию. Следует отметить, что обводная линия также может быть использована для выполнения других полезных операций, например, для обеспечения возможности заправки всех реактивов (и жидкостей) в селекторный клапан для реактивов (или селекторный клапан общей линии) без пропускания воздуха через проточную кювету, обеспечения возможности осуществления промывки (например, автоматической или полуавтоматической промывки) каналов для реактивов и трубок независимо от проточной кюветы, и обеспечения возможности выполнения диагностических функций (испытаний на подвод давления и объем подачи) в системе.
Использованные реактивы выходят из проточной кюветы через линии, соединенные между проточной кюветой и насосом 38. В проиллюстрированном варианте реализации, насос представляет собой шприцевой насос, имеющий пару шприцев 70, управляемых и совершающих движение посредством исполнительного механизма 72 для всасывания реактивов и других текучих сред и для выброса реактивов и текучих сред во время различных испытаний, циклов верификации и секвенирования. Насосный узел может содержать различные другие части и компоненты, в том числе клапанную систему, контрольно-измерительные приборы, исполнительные механизмы и т.д. (не показаны). В проиллюстрированном варианте реализации, датчики 74А и 74В давления измеряют давление на входных линиях насоса, а датчик 74С давления предназначен для измерения давлений на выходе шприцевого насоса.
Использованные в системе текучие среды попадают из насоса в селекторный клапан 76 для использованных реактивов. Это клапан обеспечивает возможность выбора одного из множества проточных каналов для использованных реактивов и других текучих сред. В проиллюстрированном варианте реализации, первый проточный канал ведет к первому приемнику 78 для использованных реактивов, а второй проточный канал ведет через расходомер 80 во второй приемник 82 для использованных реактивов. В зависимости от использованных реактивов, целесообразно предусмотреть сбор реактивов, или конкретных из реактивов, в отдельные сосуды для сбора отходов, при этом селекторный клапан 76 для использованных реактивов обеспечивает возможность такого управления.
Следует отметить, что клапанная система внутри насосного узла может обеспечить возможность всасывания, посредством насоса, различных текучих сред, в том числе, реактивов, растворителей, очистителей, воздуха и т.д., и их выброса или циркуляции через одну или более общих линий, обводную линию и проточную кювету. Кроме того, как отмечено выше, в одном из вариантов реализации настоящего изобретения предусмотрено два параллельных варианта исполнения системы с текучей средой, показанной на фиг. 2, которые находятся под общим управлением. Каждая из указанных систем с текучей средой может являться частью единственного инструмента секвенирования, и может параллельно выполнять функции, в том числе операции секвенирования, в различных проточных кюветах и с разными библиотеками образцов.
Системы с текучей средой могут работать под управлением управляющей системы 46, которая реализует предписанные протоколы для испытания, верификации, секвенирования и т.д. Предписанные протоколы будут созданы заранее и будут содержать ряд событий или операций для осуществления таких действий, как всасывание реактивов, всасывание воздуха, всасывание других текучих сред, выбрасывание таких реактивов, воздуха и текучих сред, и т.д. Протоколы обеспечат возможность согласования таких операций с текучими средами с другими операциями инструмента, такими как развитие реакций в проточной кювете, получение изображений проточной кюветы и ее участков, и т.д. В проиллюстрированном варианте реализации, управляющая система 46 использует один или более интерфейсов 84 клапанов, которые выполнены с возможностью выдачи командных сигналов для клапанов, а также интерфейс 86 насоса, предназначенный для управления работой исполнительного механизма насоса. Также могут быть предусмотрены различные схемы 88 ввода/вывода для приема сигналов обратной связи и обработки таких сигналов обратной связи, например, из датчиков 74А-74С давления и расходомера 80.
На фиг. 3 показаны конкретные функциональные компоненты системы 44 управления/наблюдения. Как показано на чертеже, схема 50 памяти хранит предписанные маршруты, которые исполняются во время операций испытания, подготовки к эксплуатации, диагностики неисправностей, обслуживания и секвенирования. Многие такие протоколы и маршруты могут быть реализованы и сохранены в схеме памяти, причем они могут обновляться или меняться время от времени. Как показано на фиг. 3, они могут включать в себя протокол 90 управления струйной автоматикой для управления различными клапанами, насосами или любыми другими исполнительными механизмами струйной автоматики, а также для приема и обработки сигналов обратной связи из датчиков струйной автоматики, например, клапанов, и датчиков давления и расходомеров. Протокол 92 управления столом обеспечивает возможность движения проточной кюветы по желанию, например, во время получения изображения. Протокол 94 управления оптической системой обеспечивает возможность выдачи команд в формирующие изображение компоненты для освещения частей проточной кюветы и приема отраженных сигналов для обработки. Протокол 96 получения и обработки изображений обеспечивает возможность по меньшей мере частичной обработки данных изображения для извлечения полезной информации для секвенирования. Другие протоколы и маршруты могут быть предусмотрены в одной и той же или в разных схемах памяти, как обозначено номером позиции 98. На практике, схема памяти может быть выполнена в виде одного или более запоминающих устройств, таких как энергозависимое и энергонезависимое запоминающие устройства. Это запоминающее устройство может быть предусмотрено внутри инструмента, при этом некоторые запоминающие устройства могут быть внешними.
Один или более процессоров 100 получают доступ к сохраненным протоколам и исполняют их в инструменте. Как отмечено выше, схема обработки данных может являться частью специализированных компьютеров, универсальных компьютеров или любой подходящей аппаратной, программно-аппаратной и программной платформы. Процессорами и работой инструмента может управлять человек - оператор - посредством интерфейса 101 оператора. Интерфейс оператора может обеспечить возможность осуществления испытаний, подготовки к эксплуатации, диагностики неисправностей и обслуживания, а также составления отчетов о любых проблемах, которые могут возникнуть в инструменте. Интерфейс оператора может также обеспечить возможность запуска и мониторинга операций секвенирования.
На фиг. 4 показан клапанный узел, предназначенный для выведения реактивов и текучих сред из приемников и подачи их в проточную кювету. Клапанный узел 102 содержит коллекторную структуру 104, в которой сформированы канавки для задания проточных каналов для реактивов и других текучих сред. Как можно видеть на фиг. 4, клапаны 66 и 68 приводятся в действие и управляются посредством двигателей 106 и 108. Один или более интерфейсов двигателя или соединений 110 подают питание и, при необходимости, выдают сигналы в или из двигателей. Как отмечено выше, двигателями (и, соответственно, клапанами) управляют посредством схемы управления во время испытания, подготовки к эксплуатации и обслуживания, а также во время операции секвенирования.
Проточные каналы для реактивов и текучих сред внутри коллектора соединены с трубками 112, которые, во время функционирования, выводят реактивы и другие текучие среды из соответствующих приемников (не показаны). Приточные каналы для реактивов и текучих сред, обозначенные, в целом, номером позиции 114 на фиг. 4, могут быть получены в ходе литья под давлением, травления или любого другого подходящего процесса для обеспечения возможности движения реактивов и текучих сред из трубок в клапаны, когда в раскрытый выше насос поступает команда на всасывание реактивов и текучих сред. По меньшей мере одна из трубок выполнена в виде сопловой трубки 116, что способствует смешиванию реактивов во время операции секвенирования (например, до реакций и получения изображений). Кроме того, на фиг. 4 также показан объем для смешивания, выполненный в виде канала 118, в который реактивы и текучие среды могут быть поданы и перемещены для смешивания. В некоторых вариантах реализации, объем для смешивания может представлять собой часть или всю обводную линию 62. Например, реактивы можно всасывать в обводную линию 62 в требуемой последовательности, но так, чтобы реактивы не пересекали всю длину обводной линии (что может привести к тому, что они будут направлены в сосуд для сбора отходов). После загрузки в обводную линию (или ее часть, служащую в качестве объема для смешивания) требуемой последовательности реактивов, конец обводной линии, через который были введены реактивы, может быть переключен, с использованием клапана, для соединения его по текучей среде с проточным каналом, ведущим, например, в целевой приемник, так что весь набор реактивов, загруженных в обводную линию, может быть далее вытеснен из обводной линии в целевой приемник. В других вариантах реализации, объем для смешивания может, например, представлять собой целевой приемник, например, целевой приемник, из которого подаются предварительно смешанные текучие среды, или отдельный целевой приемник, например, приемник, который является полностью пустым до подачи в него выбранных реактивов.
На фиг. 5 на виде сверху показан клапанный узел 102. Здесь снова, клапаны 66 и 68 видны в коллекторе и соединены с проточными каналами для реактивов и текучих сред. Селекторный клапан 66 для реактивов принимает реактивы из трубок, и направляет всасываемые текучие среды в селекторный клапан 68 общей линии. Канал 118 для смешивания соединен с селекторным клапаном общей линии для смешивания реактивов, как раскрыто ниже. Также, на фиг. 5 показаны отверстия 120, предусмотренные в коллекторе, для обеспечения возможности соединения коллектора с трубками. Одно из отверстий 120 (обозначенное номером позиции 122) будет соединено с сопловой трубкой для обеспечения возможности впрыскивания реактивов в целевой приемник, и для выведения реактивов из целевого приемника для смешивания. Целевой приемник, например, может представлять собой контейнер, трубку, или другой сосуд, предназначенный для вмещения реактивов. Целевой приемник может, например, быть использован в качестве временного рабочего объема, в который реактивы и/или другие материалы могут быть перенесены для подготовки их к подаче, например, путем смешивания, в проточную кювету. Таким образом, реактивы и другие текучие среды, после их подготовки в целевом приемнике, могут быть перенесены из целевого приемника в проточные кюветы.
Один из вариантов реализации канала 118 для смешивания и проточных каналов для реактивов согласно настоящему изобретению показан на фиг. 6А. Как отмечено выше, канал 118 для смешивания соединен с селекторным клапаном 68 общей линии, который, в свою очередь, соединен с выходом селекторного клапана 66 для реактивов. Канал 118 для смешивания также соединен с насосом 38 для обеспечения возможности всасывания и выбрасывания реактивов и текучих сред, как раскрыто ниже. В варианте реализации, проиллюстрированном на фиг. 6А, приемники или сосуды 124, 126 и 128 для реактивов содержат реактивы 130, 132 и 134, соответственно. Дополнительный или целевой приемник 136 содержит, в данном примере, предварительно подготовленную матрицу или библиотеку 138 образцов. Для операции смешивания реактивы 130, 132 и 134 предварительно смешиваются и далее связываются с матрицей 138. Для обеспечения такого предварительного смешивания, реактивы всасываются поочередно в канал 118 для смешивания через соответствующие проточные каналы, обозначенные на фиг. 6А номером позиции 140. Дополнительный проточный канал 142 обеспечивает возможность внесения реактивов в целевой приемник 136 совместно с матрицей. В проиллюстрированном варианте реализации, канал 118 для смешивания образует змеевидный внутренний объем, имеющий петли 144, которые обеспечивают возможность всасывания и смешивания требуемых количеств реактивов в относительно компактной области коллектора.
В одном из вариантов осуществления предлагаемого изобретения, реактивы 130, 132 и 134 имеют различные свойства текучих сред, которые создают проблему для смешивания. Например, плотности реактивов отличаются, причем могут существовать значительные различия между вязкостями и поверхностными натяжениями на границе с маслом для реактивов. В одном из вариантов реализации предлагаемого изобретения, например, вязкости различаются примерно в диапазоне от 1,5 сП до 50 сП, например, равны 2,4 сП, при температуре 25°С, а поверхностные натяжения на границе с маслом варьируются от 5,0 до примерно 19,2 дин/см. Матрица, для сравнения, может иметь другую плотность и меньшую вязкость (например, порядка 1 сП при температуре 25°С) и другое поверхностное натяжение на границе с маслом (например, порядка примерно 9,8 дин/см). На фиг. 6В проиллюстрирована слоистость реактивов и матрицы в целевом приемнике 136, когда они не смешаны. В проиллюстрированном варианте реализации, матрица составляет примерно 30% от общего объема, реактив 130 составляет примерно 22%, реактив 132 составляет примерно 42%, а реактив 134 составляет примерно 6%. В Данном контексте, понятие «примерно» означает, что приведенные значения не являются точными, и что фактическое значение может отличаться от этих приведенных значений в той мере, которая существенно не меняет рассматриваемую операцию.
Для автоматического смешивания реактивов и матрицы, система с текучей средой и ее управление обеспечивают возможность выборочного всасывания реактивов поочередно в канал для смешивания, их впрыскивания в целевой приемник, и их циклического выведения и повторного впрыскивания для смешивания. На фиг. 7 представлена предлагаемая в настоящем изобретении технология для всасывания реактивов. Как показано на чертеже, реактивы 130, 132 и 134 всасываются поочередно за счет управления клапаном 66. Посредством селекторного клапана общей линии, направляющего реактивы в канал для смешивания, происходит всасывание нескольких наборов объемов каждого реактива, обозначенных номерами позиций 146, 148, 150, 152 и 154. Для обеспечения возможности снижения скачков давления во время смешивания, насос может также всасывать некоторый объем воздуха до всасывания реактивов. Объем воздуха обеспечивает подушку, которая ограничивает положительные и отрицательные скачки давления во время смешивания. В варианте реализации, проиллюстрированном на фиг. 7, всасываемый воздух будет располагаться сверху слева от наборов реактивов. Кроме того, возможно всасывание жидкого буфера, который будет способствовать заправке, промывке и выгрузке реактивов. После всасывания, как показано на фиг. 7, клапанной системой управляют так, чтобы позволить насосу осуществить впрыскивание реактивов к матрице 138, которая будет предварительно загружена в приемник 136 матрицы, раскрытый выше, то есть, одним или обоими селекторными клапанами управляют для соединения по текучей среде объема для смешивания или канала для смешивания, например, змеевидного канала для смешивания, с целевым приемником.
В другой технологии, в которой три или более реактивов могут быть выбраны для смешивания в целевом приемнике, по меньшей мере два реактива, выбранные для смешивания, могут неоднократно вводиться поочередно в канал для смешивания, причем по меньшей мере один другой реактив, выбранный для смешивания, находиться в резерве, до тех пор пока реактивы, неоднократно вводимые поочередно в канал для смешивания, не будут полностью поданы в канал для смешивания. Далее, находящийся в резерве реактив может быть добавлен весь сразу в канал для смешивания. Например, если реактивы А и В подлежат неоднократному введению поочередно в канал для смешивания, с последующим введением реактива С, то реактивы в канале для смешивания будут, в целом, насаливаться в виде АВАВАВАВАВС, в отличие от последовательности АВСАВСАВСАВСАВС (которая будет получена, например, с помощью технологии, аналогичной той, что была рассмотрена со ссылкой на фиг. 7). Полагают, что такая технология является предпочтительной, поскольку она предотвращает или снижает вероятность образования для некоторых реактивов нежелательных побочных продуктов реакции. Например, находящийся в резерве реактив может конкретным образом вступать в реакцию с одним из остальных реактивов по-отдельности, но может иначе реагировать с двумя или более из остальных реактивов в сочетании. Последняя реакция может оказаться желательной и может возникнуть после тщательного смешивания реактивов, а первая реакция может происходить во время предварительного смешивания, когда реактивы могут быть по-прежнему относительно разделены на слои и способны смешиваться только с непосредственно примыкающим соседним реактивом. В другом примере, находящийся в резерве реактив может вступать в реакцию с материалом, который образует структуру канала для смешивания с образованием при этом нежелательного побочного продукта. Поскольку повторяющееся поочередное введение реактивов в канал для смешивания может потребовать несколько минут, например, 5 минут, 10 минут, 15 минут и больше, в зависимости от числа и количества каждого требуемого реактива, перенос на более поздний срок введения потенциально проблематичных реактивов до тех пор, пока остальные реактивы не будут поочередно введены в канал для смешивания, может существенно снизить количество времени, в течение которого находящийся в резерве реактив контактирует с другими реактивами и со структурой канала для смешивания, что, в свою очередь, уменьшает вероятность образования нежелательных побочных продуктов реакции. Очевидно, что в таких вариантах реализации, находящийся в резерве реактив может не воспользоваться преимуществами предварительного смешивания, как это происходит с другими реактивами, но снижение вероятности образования нежелательных побочных продуктов реакции может оказаться важнее отсутствия процесса предварительного смешивания в отношении находящегося в резерве реактива. В частности, если находящийся в резерве реактив представляет собой жидкость с более низкой вязкостью, то отсутствие предварительного смешивания в отношении находящегося в резерве реагента может по сути иметь небольшое влияние.
Использование объема для смешивания в виде канала, например, объема, который намного больше в длину, чем в ширину (например, его длина по меньшей мере в 10, 100, от 150 до 170, 160, 200 или 500 раз больше, чем его ширина), может обеспечить возможность сохранения относительно слоистой структуры периодически подаваемых реактивов относительно другу друга внутри канала за счет уменьшения площади межповерхностного контактного сопряжения между каждым слоем реактивов (реактивы представляют собой жидкости и, в связи с этим, вероятно, что с течением времени они будут в некоторой степени диффундировать друг в друга через эту границу, так что понятия «граница/площади контактного сопряжения», упомянутые в настоящем документе, следует рассматривать как теоретические по своей природе; однако, уменьшение таких теоретических площадей приведет к замедлению скорости диффузии). Более того, для реактивов, до некоторой степени являющихся неспособными к смешиванию друг с другом, объем для смешивания, который, например, имеет сферическую форму или который имеет большее отношение ширина/длина, может способствовать тому, что разные дозы реактивов, подаваемые в объем для смешивания, смогут свободно плавать внутри объема для смешивания и потенциально воссоединяться с ранее введенными дозами того же самого реактива, в результате чего они теряют слоистость, которая может быть получена в объеме для смешивания в виде канала. Например, канал для смешивания с диаметром приблизительно 2,25 мм или шириной приблизительно 360 мм его длины, может обеспечить предпочтительную слоистость в поданных реактивах во время процесса предварительного смешивания. После загрузки в объем для смешивания требуемых количеств многочисленных наборов реактивов, содержимое объема для смешивания может быть подано в целевой приемник (некоторая часть текучих сред в объеме для смешивания может быть потеряна в мертвом пространстве системы с текучей средой; общий объем реактивов, поданных в объем для смешивания, может быть откалиброван с учетом такой потери). После подачи в целевой приемник, поданные предварительно смешанные реактивы могут неоднократно всасываться из и выбрасываться обратно в целевой приемник для содействия дальнейшему смешиванию. В некоторых вариантах реализации, предварительно смешанные (или предварительно смешанные впоследствии) реактивы могут всасываться из целевого приемника и выталкиваться обратно в объем для смешивания до их выбрасывания обратно в целевой приемник. В результате, в таких вариантах реализации, предварительно смешанные реактивы имеют возможность многократного движения в и из объема для смешивания во время операции смешивания при всасывании/выбрасывании.
Было обнаружено, что использование канала для смешивания с сопловой трубкой способствует созданию вихря в целевом приемнике и обеспечивает отличное смешивание реактивов и матрицы, несмотря на существенные различия в свойствах текучих сред реактивов. Кроме того, такие структуры и технологии обеспечивает возможность автоматического смешивания при незначительном взаимодействии с человеком или при его отсутствии. Пример сопловой трубки для использования в этих технологиях показан на фиг. 8 и 9А-9С. Как показано на фиг. 8, сопловая трубка имеет вытянутое тело с центральным просветом (полостью), проходящим вдоль его длины, и наконечник 156 на его дистальном конце. Сопло предусмотрено на указанном наконечнике для уменьшения внутреннего диаметра трубки в этом месте и увеличения, тем самым, скорости текучих сред, всасываемых и выбрасываемых через трубку. В проиллюстрированном варианте реализации, сопло выполнено в виде вкладыша 158, зафиксированного в дистальном конце или наконечнике трубки. Другие структуры, такие как колпачки, обработанные механически, отформованные элементы, высаженные области и т.д., также могут образовывать указанное сопло.
В проиллюстрированном варианте реализации, трубка имеет номинальный наружный диаметр 160, равный примерно 0,126 дюйма (3,175 мм), и номинальный внутренний диаметр 162, равный 0,02 дюйма±0,001 дюйма (0,508 мм). Сопло, с другой стороны, имеет номинальный внутренний диаметр 164, равный 0,01 дюйма±0,001 дюйма (0,254 мм, хотя в некоторых вариантах реализации внутренний диаметр сопла может составлять в диапазоне от 0,2 до 0,28 мм). Очевидно, что для обеспечения требуемого смешивания могут быть использованы другие размеры и габариты. Кроме того, в проиллюстрированном варианте реализации, сопловый трубка 116 расположена на высоте 166 над дном приемника 138, равной примерно 2 мм. При впрыскивании реактивов в приемник, как обозначено номером позиции 168, завихрение внутри приемника увеличивается за счет повышения скорости движения реактивов через сопло, что способствует процессу смешивания в приемнике, как обозначено стрелкой 170 на фиг. 8. Затем, предусматривается возможность подъема смешанных реактивов в приемнике, как показано номером позиции 172.
На фиг. 9А показан более подробно дистальный конец сопловой трубки. Как можно у видеть на чертеже, номинальный внутренний диаметр 162 трубки уменьшен за счет соплового вкладыша 158, в данном случае приблизительно до половины внутреннего диаметра трубки (сопловый вкладыш, в данном примере, имеет трубчатую форму). Предлагаемая в данном изобретении форма дистального конца наиболее хорошо показана на фиг. 9В, 9С и 9D. Как показано на этих чертежах, сопловая трубка имеет многогранный нижний край, содержащий четыре грани 174, что внешне придает наконечнику соплового трубки клиновидную форму. Трубка имеет среднюю линию 176, а грани пересекаются в вершине 178, которая смещена или является эксцентричной относительно средней линии 176. Такая геометрия дистального конца снижает или исключает волочение или царапание приемника при опускании трубки в приемник, или при подъеме приемника вокруг трубки. Можно отметить, однако, что в проиллюстрированном варианте реализации, вкладыш имеет нижний контур, который совпадает с контуром наконечника (например, одной или более наклоненными гранями). Иначе говоря, вкладыш имеет форму, согласующуюся с многогранной или клиновидной формой дистального конца сопловой трубки. Кроме того, можно отметить, что в одном из вариантов предлагаемого изобретения трубка и сопло изготовлены из конструкционной пластмассы, например, полиээфирэфиркетона (ПЭЭК). Такие материалы могут обеспечить химическую устойчивость к реактивам и любым растворителям, используемым в процессе.
На фиг. 10 приведено графическое представление примерных циклов при всасывании, смешивании и выбрасывании реактивов и матрицы образцов, а на фиг. 11 показана блок-схема, иллюстрирующая примерную логическую часть для всасывания и смешивания реактивов и матрицы образцов. На фиг. 10, цикл всасывания, смешивания и выбрасывания реактивов обозначен номером позиции 180, причем давление, созданное насосом, обозначено осью 182, и время цикла обозначено осью 184. Отрицательные давления указывают на всасывание одного или более реактивов, а положительные давления указывают на выбрасывание. Можно считать, что процесс включает в себя последовательность 186 «переноса», за которой идет последовательность 196 «смешивания», как будет рассмотрено ниже.
Исходя из блок-схемы с фиг. 11, управляющая логика 204 может начаться с всасывания воздуха на этапе 206 для удаления имеющейся жидкости из проточных каналов, через которые могли быть направлены предыдущие смеси реактивов. Например, любая оставшаяся жидкость, находящаяся в проточном канале 142, связывающем селекторный клапан 66 для реактивов с целевым приемником 136, может всасываться в присутствии воздуха (то есть, в результате этого жидкость заменяется воздухом), так что любая новая смесь реактивов, которая впоследствии вводится в целевой приемник через проточный канал 142, не смешивается с оставшейся жидкостью. Далее осуществляется последовательность «переноса», которая начинается с последовательности «заправки», как обозначено номером позиции 208 на фиг. 11. На эту последовательность «заправки» указывает серия отрицательных давлений или событий всасывания, обозначенных совместно номером позиции 188 на фиг. 10. В целом, эти события обеспечивают возможность изначального введения реактивов в систему. Как более подробно продемонстрировано на фиг. 11, может быть осуществлено всасывание буфера, что обозначено номером позиции 210. Этот буфер может содержать жидкость, выбранную так, чтобы она была нереактивной или относительно инертной в отношении указанных реактивов, и могла быть использована в качестве несжимаемой рабочей текучей среды, проходящей, по меньшей мере частично, между насосом и реактивами, для обеспечения возможности более точного измерения реактивов в объеме для смешивания на следующих этапах, в случае если это требуется. Далее, возможно всасывание первого реактива во время события заправки, что обозначено номером позиции 212 на фиг. 11, с последующим всасыванием любого количества других реактивов, до всасывания последнего реактива на этапе 214. В одном из вариантов реализации предлагаемого изобретения, например, во время последовательности «заправки» осуществляется всасывание трех таких реактивов.
В соответствии с логической частью, проиллюстрированной на фиг. 11, далее реактивы, подлежащие смешиванию, всасываются в ходе последовательности 218 «переноса». Последовательность «переноса» продолжается всасыванием первого реактива, что обозначено номером позиции 220, с последующим всасыванием, поочередно, каждого из дополнительных реактивов до тех пор, пока не произойдет всасывание последнего реактива, что обозначено номером позиции 222. Как было упомянуто выше, в одном из вариантов реализации предлагаемого изобретения, три реактива всасываются в ходе данной последовательности. Как отмечено выше, в одном из вариантов реализации предлагаемого изобретения, целый ряд наборов реактивов всасывается относительно небольшими количествами для создания некоторой последовательности реактивов, и содействия, тем самым, предварительному смешиванию. Таким образом, на этапе 214 логической части можно определить, произошло ли всасывание всех наборов реактивов, и если нет, осуществляется возврат на этап 220 для продолжения всасывания дополнительных наборов. Также можно отметить, что в рассматриваемом варианте реализации, все наборы содержат все реактивы, выбранные для смешивания, однако это не всегда так. Кроме того, в разных наборах реактивы могут всасываться в различных объемах или количествах. После всасывания всех реактивов, управление может пойти дальше и выйти за пределы последовательности «переноса». Последовательность «переноса» проиллюстрирована в виде событий с отрицательным давлением, совместно обозначенных номером позиции 190 на фиг. 10.
Как показано на фиг. 11, и как будет понятно на основании отдельных событий с отрицательным (и положительным) давлением с фиг. 10, каждое последовательное всасывание (или выбрасывание) реактивов или предварительно смешанных реактивов предусматривает управление одним или более клапанами, раскрытыми выше, а также насосом. То есть, для всасывания отдельных реактивов, селекторный клапан для реактивов будет переключен для направления отрицательного давления в трубку для соответствующего приемника выбранного реактива. Насосом будут управлять по аналогии, для забора реактива (или воздуха или буфера или матрицы), и отправки всасываемых текучих сред в соответствии с предписанным протоколом. Протокол смешивания будет предварительно определен и сохранен в схеме памяти, раскрытой выше, и исполнен автоматически или полуавтоматически на основании операции секвенирования, также заданной в схеме памяти. Эти протоколы исполняются посредством схемы обработки и управления, которая, посредством подходящей интерфейсной схемы, управляет работой клапанов и насоса.
После всасывания всех реактивов, всасываемые текучие среды могут быть выведены в целевой приемник, как обозначено номером позиции 226 на фиг. 11. Как отмечено выше, в рассматриваемом варианте реализации, это происходит через сопловую трубку, где начинается смешивание за счет увеличения скорости движения реактивов через сопло и получаемого завихрения в целевом приемнике. На такой выброс в целевой приемник указывает событие 192 с отрицательным давлением на фиг. 10. В конкретных вариантах реализации, всасывание может быть осуществлено дополнительно, что обозначено номером позиции 228 на фиг. 11. После этого, может быть обеспечено выбрасывание всасываемых реактивов в целевой приемник. За данной последовательностью может следовать всасывание воздуха, обозначенное номером позиции 230 на фиг. 11, и событием 194 с отрицательным давлением на фиг. 10 (например, для удаления как можно большего количества жидкости из обводной линии, канала для смешивания, канала для матрицы и трубки). Также можно отметить, что в некоторых вариантах реализации, сопловая трубка, или приемник, или они оба могут двигаться относительно друг друга (например, вертикально) во время всасывания и выбрасывания с тем, чтобы дополнительно способствовать смешиванию слоистых образцов и реактивов.
После всасывания и частичного предварительного смешивания в объеме или канале для смешивания посредством раскрытых выше операций, осуществляют смешивание путем неоднократного движения реактивов в канале, и между каналом и целевым приемником через сопловую трубку. Для этого, в ходе последовательности 234 «смешивания» осуществляется ряд циклов смешивания. В этой последовательности, связанные реактивы и матрица всасываются на этапе 236 и выбрасываются обратно в целевой приемник на этапе 238. Логическая часть может многократно определять, выполнены ли на этапе 240 все из требуемых циклов смешивания, и продолжает до тех пор, пока все такие циклы не будут завершены. На графике, представленном на фиг. 10, эти циклы совместно обозначены номером позиции 198. Как можно видеть на чертеже, каждый из них включает в себя относительно короткое событие с отрицательным давлением, с последующим относительно коротким циклом с положительным давлением. Эти события эффективным образом обеспечивают всасывание связанных реактивов и матрицы в объем или канал для смешивания через сопловую трубку, и возврат постепенно смешиваемых реактивов и матрицы в целевой приемник через сопло. Поскольку в ходе данного процесса может быть вытеснен любой требуемый объем, в рассматриваемом варианте реализации, примерно 2000 мкл, всасывается из и выбрасывается в целевой приемник в каждом цикле смешивания, хотя в других вариантах реализации возможно перекачивание примерно 500 мкл или 1500 мкл, в зависимости от размера используемых проточных камер. В конце процесса смешивания, смешанные реактивы и матрица могут быть возвращены в целевой приемник для возобновления операции секвенирования.
Следует понимать, что использование, в случае наличия, порядковых индикаторов, например, (а), (b), (с), …, и т.д. в данном описании и формуле изобретения, не передает какой-либо конкретный порядок или последовательность, за исключением случаев, когда такой порядок или последовательность указана явно. Например, если имеется три этапа, обозначенные как (i), (ii) и (iii), то следует понимать, что эти этапы могут быть осуществлены в любом порядке (или даже одновременно, если нет противопоказаний), если не указано иное. Например, если этап (ii) предусматривает работу с элементом, который создается на этапе (i), то этап (ii) можно рассматривать как происходящий в некоторый момент после этапа (i). По аналогии, если этап (i) предусматривает работу с элементом, который создается на этапе (ii), то имеет место обратное.
Также следует понимать, что использование предлога «для», например, «клапан для переключения между двумя проточными каналами», можно заменить таким выражением как «предназначенный для», например, «клапан, предназначенный для переключения между двумя проточными каналами», и т.д.
Следует понимать, что такие понятия как «примерно», «приблизительно», «по существу», «номинальный» и т.д., в случае их применения в отношении количеств и аналогичных определяемых количественно свойств, включают в себя значения ±10% от приведенных значений, если не указано иное.
Следует понимать, что дополнительно к заявленным объектам, перечисленным в данном описании, под объем защиты настоящего изобретения также подпадают дополнительные варианты реализации.
Вариант реализации №1: Система, содержащая: проточную кювету для удержания представляющих интерес анализируемых веществ; селекторный клапан, соединенный с проточной кюветой для выбора множества реактивов для операции анализа; насос, соединенный с проточной кюветой и с обводной линией для вытеснения текучих сред через проточную кювету во время операции анализа и через обводную линию во время операции смешивания реактивов; объем для смешивания, сообщающийся по текучей среде с обводной линией, схему управления, соединенную с селекторным клапаном и с насосом для управления селекторным клапаном для выбора реактивов, подлежащих смешиванию, и управления насосом для всасывания выбранных реактивов из соответствующих приемников, поочередно в объем для смешивания, для обеспечения циклического движения всасываемых реактивов в объеме для смешивания с целью смешивания реактивов, и выбрасывания смешанных реактивов в целевой приемник.
Вариант реализации №2: Система в соответствии с вариантом реализации №1, в которой объем для смешивания содержит змеевидный канал.
Вариант реализации №3: Система в соответствии с вариантом реализации №1, в которой целевой приемник содержит молекулы ДНК, подлежащие секвенированию.
Вариант реализации №4: Система в соответствии с вариантом реализации №1, в которой насос содержит шприцевой насос.
Вариант реализации №5: Система в соответствии с вариантом реализации №1, содержащая клапан, выполненный с возможностью разрешения насосу всасывать воздух до всасывания реактивов.
Вариант реализации №6: Система в соответствии с вариантом реализации №5, в которой насос обеспечивает циклическое движение всасываемых реактивов с некоторым объемом воздуха между насосом и всасываемыми реактивами.
Вариант реализации №7: Система в соответствии с вариантом реализации №1, в которой реактивы содержат по меньшей мере три реактива с разными относительными плотностями.
Вариант реализации №8: Способ, включающий этапы, на которых: управляют селекторным клапаном для выбора первого реактива; приводят в действие насос для всасывания первого реактива из первого приемника в объем для смешивания; управляют селекторным клапаном для выбора второго реактива; приводят в действие насос для всасывания второго реактива из второго приемника в объем для смешивания; приводят в действие насос для обеспечения циклического движения всасываемых реактивов в объеме для смешивания с целью смешивания реактивов; и приводят в действие насос для выбрасывания смешанных реактивов в целевой приемник.
Вариант реализации №9: Способ в соответствии с вариантом реализации №8, в котором объем для смешивания содержит змеевидный канал.
Вариант реализации №10: Способ в соответствии с вариантом реализации №8, в котором целевой приемник содержит молекулы ДНК, подлежащие секвенированию.
Вариант реализации №11: Способ в соответствии с вариантом реализации №8, включающий, до приведения в действие насоса для обеспечения циклического движения всасываемых реактивов, управление селекторным клапаном для выбора третьего реактива, и приведение в действие насоса для всасывания третьего реактива из третьего приемника в объем для смешивания.
Вариант реализации №12: Способ в соответствии с вариантом реализации №11, включающий выбор и всасывание по меньшей мере одного из реактивов более одного раза до приведения в действие насоса для обеспечения циклического движения всасываемых реактивов.
Вариант реализации №13: Способ в соответствии с вариантом реализации №12, включающий выбор и всасывание всех реактивов более одного раза до приведения в действие насоса для обеспечения циклического движения всасываемых реактивов.
Вариант реализации №14: Способ в соответствии с вариантом реализации №8, включающий всасывание воздуха в объем для смешивания до всасывания первого реактива.
Вариант реализации №15: Способ в соответствии с вариантом реализации №14, в котором первый реактив выбирают для обеспечения мениска, который препятствует поступлению воздуха к реактивам во время всасывания или движения в объеме для смешивания.
Вариант реализации №16: Способ, включающий этапы, на которых: приводят в действие насос для всасывания газа в объем для смешивания; управляют селекторным клапаном для выбора, поочередно, множества реактивов для операции анализа; для каждого реактива, приводят в действие насос для всасывания выбранного реактива из соответствующего приемника в змеевидный объем для смешивания; обеспечивают циклическую работу насоса для движения реактивов в объеме для смешивания с целью смешивания реактивов; и приводят в действие насос для выбрасывания смешанных реактивов в целевой приемник, содержащий представляющее интерес анализируемое вещество, подлежащее анализу во время операции анализа.
Вариант реализации №17: Способ в соответствии с вариантом реализации №16, включающий выбор и всасывание каждого реактива более одного раза до обеспечения циклической работы насоса для движения реактивов.
Вариант реализации №18: Способ в соответствии с вариантом реализации №17, в котором первый реактив, выбранный и всасываемый, выбирают для обеспечения мениска, который препятствует поступлению воздуха к реактивам во время всасывания или движения в объеме для смешивания.
Вариант реализации №19: Способ в соответствии с вариантом реализации №16, в котором насос обеспечивает циклическое движение всасываемых реактивов с некоторым объемом воздуха между насосом и всасываемыми реактивами.
Вариант реализации №20: Способ в соответствии с вариантом реализации №16, в котором реактивы содержат по меньшей мере три реактива с различными относительными плотностями.
Следует понимать, что все комбинации приведенных выше концепций (при условии, что такие концепции не являются взаимно несовместимыми) рассматриваются как часть объекта настоящего изобретения, раскрытого в данном описании. В частности, все комбинации заявленных объектов, фигурирующих в конце данного описания, рассматриваются как часть заявленного объекта настоящего изобретения, раскрытого в данном описании. Следует также понимать, что в термины, используемые в явном виде в данном описании, которые могут также фигурировать в любом описании, входящем в данный документ посредством ссылки, вкладывается значение, согласующееся с конкретными концепциями, раскрытыми в настоящем описании.
Реферат
Настоящее изобретение относится к системе анализа, выполненной с возможностью осуществления операций в отношении анализируемого вещества, которое может вступать в соединение с несколькими реактивами до введения в проточную кювету. Инструмент может содержать объем, в который поочередно всасываются реактивы, подлежащие связыванию с анализируемым веществом. Указанный объем может быть выполнен в виде змеевидного канала в клапанном коллекторе, связанном с трубками для всасывания реактивов. Далее реактивы могут быть смешаны за счет циклической работы насоса для обеспечения движения реактивов внутри объема или канала для смешивания. Для этого реактивы всасываются из приемника в объем или канал для смешивания и выбрасываются обратно в приемник, причем данный процесс может быть осуществлен многократно для улучшения смешивания. Объем для смешивания представляет собой часть обводной линии. Технический результат - улучшение процесса секвенирования и повышение производительности. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 15 ил.
