KR102016185B1 - 핵산의 자동화된 크기 선택 - Google Patents

Abstract

서열 분석 기술들을 위한 DNA 라이브러리들의 생성을 포함한 광범위한 응용들을 갖는 핵산 분자들의 크기 선택을 위한 장치 및 방법들. 전기영동을 제어하기 위해 촬상으로부터 귀환 및 표적 단편의 진행을 검출하는 촬상 기술을 이용하는 다수의 핵산 시료들의 크기 선택을 위한 자동 고속 처리 시스템(high throughput system). 적시의 핵산 추출들을 위한 예측 알고리즘들은 요구되는 크기 범위들의 크기 선택된 핵산 분자들을 제공하도록 생성된다.

Description

핵산의 자동화된 크기 선택{AUTOMATED SIZE SELECTION OF NUCLEIC ACIDS}

관련 출원에 대한 참조

본 출원은 “Method and Apparatus for Automated Size Selection of Nucleic Acids”라는 발명의 명칭으로 2011년 6월 16일에 출원된 미국특허출원 제61/497586호로부터의 파리 조약에 대한 우선권을 주장하며, 이 미국특허출원은 사실상 참조로서 본 명세서에 포함된다. 미국을 위해, 본 출원은 Method and Apparatus for Automated Size Selection of Nucleic Acids라는 발명의 명칭으로 2011년 6월 16일에 출원된 미국특허출원 제61/497586호의 35 U.S.C. §119 하에서의 이점을 주장하며, 이 미국특허출원은 사실상 참조로서 본 명세서에 포함된다.

본 발명은 핵산의 자동화된 크기 선택에 관한 것이다. 본 발명의 양태들은 크기에 따라 핵산을 선택하는 데 유용한 방법들 및 장치를 제공한다.

DNA 또는 RNA와 같은 핵산을 크기별로 선택하는 것이 바람직할 수 있는 광범위한 응용들이 존재한다. 예를 들어, 크기 선택은, 서열 분석 및 기타 응용들에서 이용하기 위한 DNA 라이브러리들의 생성에 이용된다.

DNA 크기 선택을 위한 다양한 기법들이 존재한다. 이들 기법들 중 일부는 바람직하지 못하게도 노동 집약적이다. DNA 크기 선택을 위한 한 가지 방법은 겔에서 DNA를 함유한 시료의 전기영동을 수행하는 것이다. 상이한 크기들의 DNA는 겔에서 상이한 이동도들을 가지므로, 전기영동은 DNA를 크기별로 상이한 밴드들로 분리한다. 원하는 크기 범위의 DNA를 함유한 밴드가 식별될 수 있고, 그 후, 겔로부터 수작업으로 잘라낸다. 그러면, 원하는 DNA가 겔로부터 추출될 수 있다.

몇몇 전기영동 시스템들은 겔에 형성되는 웰들을 포함한다. DNA는 전기영동에 의해 웰들에 흘려질 수 있다. 인비트로젠 E-겔 및 론자 플래시 겔™이 그러한 웰들을 제공한다.

Y-채널 크기 선택 기계류는 DNA 크기 선택을 위한 다른 기술이다. 예들로는, 세이지피핀 프렙™ 및 캘리퍼 XT™ 기계류가 있다. 이들 기계류는, 원하는 크기 범위의 DNA를 측 채널로 우회시키고 우회된 DNA를 분자량 제거 필터(molecular weight cut-off filter)에 대해 수집함으로써, 시료로부터 원하는 크기 범위의 DNA를 추출할 수 있다.

베크먼 쿨터로부터 입수할 수 있는 고체 상태 가역 고정화 비드들(Solid Phase Reversible Immobilization Beads: SPRI) 비드들 및 기타의 것들은 특정 크기의 DNA를 가둔 후, 세정 및 pH 변경 후에 그 DNA를 방출할 수도 있다.

고속 처리(high-throughput)를 제공할 수 있는 DNA 크기-선택 기술에 대한 요구가 남아있다. 감소된 노동으로 정확한 DNA 크기-선택을 제공할 수 있는 DNA 크기 선택 기술에 대한 요구가 남아있다.

본 발명은 핵산의 자동화된 크기 선택을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 함께 적용될 수도 있는 다수의 양태들을 갖는다. 양태들 중 일부는 독립적인 응용들을 갖는다. 일 양태는 핵산들의 자동화된 크기-선택을 위한 장치를 제공한다. 다른 양태는 핵산들의 자동화된 크기-선택을 위한 장치를 제어하기 위한 컴퓨터 시스템을 제공한다. 다른 양태는 핵산들의 자동화된 크기-선택을 위한 방법들을 제공한다. 핵산들은 DNA 및/또는 RNA를 포함할 수도 있다. 다른 양태는 특히 핵산들의 자동화된 크기 선택에 유용한 카트리지들을 제공한다.

일 예시적 실시예에서, 핵산들은 아가로스 채널들 내에 DNA 시료들을 개별적으로 로딩함으로써 크기 선택되며, 각각의 채널은 그 채널의 일 단부의 로딩 웰 및 하류의 추출 웰을 갖는다. 전기영동은 로딩 후의 핵산들에 대해 수행되며, 핵산들은 추출 웰을 향해 그들이 이동할 때 크기별로 분리된다. 채널은 이 과정 중에 규칙적인 간격들로 촬상되며, 소프트웨어 알고리즘은 영상들을 이용하여, 참조 밴드들을 식별하고 희망 핵산 조각들이 추출 웰에 도달할 시간을 예측한다. 채널 전류는 또한 DC 전압의 펄스폭 변조를 통해 개별적으로 제어될 수 있어, 인접한 시료들이 상이한 속력들로 흐르고 있다면, 어떠한 두 개의 시료들도 동시에 추출될 필요가 없도록 추출 시간들이 변경될 수 있다.

본 발명의 다른 양태는 DNA, RNA 등과 같은 핵산들의 크기-선택을 위한 방법들을 제공한다. 이러한 방법들은, 전기영동에 의해 채널을 따라 시료로부터 핵산들을 이동시키는 단계; 채널을 따르는 핵산들의 참조 단편의 진행을 자동으로 감시하는 단계; 감시에 기초하여, 채널 내의 추출 웰에서의 핵산들의 표적 단편의 도달 추정 시간을 추정하는 단계; 및 도달 추정 시간에 추출 웰로부터 표적 단편을 함유한 유체를 추출하는 단계를 포함한다. 참조 단편은 표적 단편과 동일할 수도 있고 또는 상이할 수도 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 참조 단편은 시료에 (시료 내에 원래 존재하든 사이즈 마커로서 시료에 추가되든) 풍부한 핵산들을 포함할 수도 있으며, 표적 단편은 참조 단편의 것과는 상이한 크기들을 갖는 핵산들을 포함할 수도 있다. 채널을 따르는 표적 단편의 진행은 참조 단편의 진행으로부터 추론될 수도 있다. 예를 들어, 표적 단편은 특정 비율만큼 참조 단편에 선행하거나 후행하는 것으로 알려져 있을 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 핵산들의 표적 단편은 관심 핵산 분자에 결합된 연결자를 포함하며, 핵산들의 참조 단편은 관심 핵산 분자에 결합되지 않은 연결자를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 방법들은 채널을 따르는 핵산들의 복수의 참조 단편들의 진행을 자동으로 감시하는 단계를 포함할 수도 있다. 복수의 참조 단편들은 공지된 크기들의 DNA 또는 RNA 래더를 포함할 수도 있다.

몇몇 실시예들에서, 감시하는 것은, 시간 간격을 두고, 채널의 영상들을 획득하는 것, 및 참조 단편에 대응하는 영상들에서의 영역들을 식별하는 것을 포함한다. 영상들은, 예를 들어 채널을 보도록 실장된 카메라에 의해 획득될 수도 있다. 카메라는 다수의 채널들을 동시에 촬상할 수도 있다. 다수의 채널들에서 참조 단편들(상이한 채널들에 대해 반드시 동일할 필요는 없음)의 진행은 동일한 세트의 영상들을 이용하여 감시될 수도 있다. 표적 단편의 도달 추정 시간은 몇몇 경우들에 있어서 영상들 중 2개 이상의 영상들에서 참조 단편의 위치들 사이의 차이들에 기초하여 표적 단편의 평균 속도를 기초로 추정될 수도 있다. 영상들은 고명암비 영상들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 영상들은 고명암비 센서를 사용하여 획득될 수도 있고, 또는 2개 이상의 상이한 노출들로부터 수집될 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 영상들은 10비트 또는 12비트 이상의 비트 깊이를 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 영상들 각각을 획득하는 것은, 채널의 복수의 상이한 노출들을 획득하도록 촬상 디바이스를 조작하는 것 및 영상을 생성하도록 복수의 상이한 노출들을 조합하는 것을 포함하며, 영상은 복수의 상이한 노출들 중 임의의 것보다 높은 명암비를 갖는다.

몇몇 실시예들은 표적 단편의 크기 또는 크기 범위를 특정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 표적 단편의 크기 또는 크기 범위는 절대적으로 또는 참조 단편들 중 하나 이상에 대해 상대적으로 특정될 수도 있다. 예를 들어, 표적 단편의 크기 또는 크기 범위는 특정 비율만큼 참조 단편에 선행하거나 또는 후행하는 것으로 특정될 수도 있다. 몇몇 실시예들은 추출 웰에서 표적 단편에 대한 도달 시간을 예정하는 것; 도달 예정 시간을 도달 추정 시간과 비교하는 것; 및 도달 예정 시간과 도달 추정 시간 사이의 임의의 차이에 기초하여 전기영동 신호의 하나 이상의 전기영동 파라미터들을 조절하는 것을 포함한다. 이러한 실시예들에서, 상이한 채널들에서의 표적 단편들은 상이한 시간들에 추출 웰들에 도달하게 될 수도 있다(예정 시간에 각각의 채널에 이용되는 피펫을 운반하는 로봇과 같은 단일 매커니즘을 이용하여 표적 단편들의 추출을 용이하게 한다). 또한, 이러한 실시예들에서, 상이한 채널들에서의 표적 단편들은 동시에 추출 웰들에 도달하게 될 수도 있다(예정 시간에 여러 채널들에 동시에 이용되는 다중 채널 피펫을 운반하는 로봇과 같은 다중 채널 매커니즘을 이용하여 표적 단편들의 추출을 용이하게 한다).

하나 이상의 전기영동 파라미터들을 조절하는 것은, 전기영동 신호의 듀티 사이클(duty cycle)를 조절하는 것, 전기영동 신호의 전위들을 조절하는 것, 또는 전기영동 신호를 정의하는 다른 파라미터들을 조절하는 것을 포함할 수도 있다.

몇몇 실시예들에서, 방법은, 영상 분석에 의해 하나 이상의 채널들 내의 추출 웰 및/또는 로딩 웰의 위치를 판정한다. 이것은, 상이한 채널들 내의 추출 웰들이 상이한 위치들에 있는 시스템들을 가능하게 하며, 또한 추출 웰들 및/또는 로딩 웰들의 위치들에서 변형들의 자동 보상을 용이하게 한다.

본 발명의 다른 양태는 핵산들의 크기-선택을 위한 장치를 제공한다. 장치는, 제1 및 제2 단부들과 채널 내의 추출 웰을 갖춘 채널; 채널에 전기영동 신호를 전달하여 채널을 따라 시료로부터 핵산들을 이동시키도록 접속된 전기영동 전원; 채널을 촬상하도록 실장된 촬상 디바이스; 촬상 디바이스로부터 영상들을 획득하도록 접속된 제어기를 포함하되, 제어기는, 영상들의 분석에 의해 채널을 따르는 핵산들의 참조 단편의 진행을 자동으로 감시하고; 감시에 기초하여, 채널 내의 추출 웰에서의 핵산들의 표적 단편의 도달 추정 시간을 추정하고; 도달 추정 시간에 추출 웰로부터 표적 단편을 함유한 유체를 추출하도록 매커니즘을 조작하도록 구성된다.

촬상 디바이스는 전자 카메라를 포함할 수도 있다. 카메라는 핵산과 결속된 염료의 방출 대역 외부의 광을 감쇠시키는 필터를 갖출 수도 있다.

몇몇 실시예들에서, 매커니즘은 시료를 채널 내의 로딩 웰 내에 이송하고 추출 웰로부터 유체를 추출하도록 조작가능한 피펫을 포함하는 로봇 시스템을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 피펫은 다수의 시료들을 다수의 채널들 내에 동시에 도입할 수 있거나 다수의 채널들 내의 추출 웰들로부터 유체들을 동시에 추출할 수 있는 다중 채널 피펫을 포함한다.

몇몇 실시예들에서, 채널은 대향하는 제1 및 제2 측부들을 갖는 신장된 홈 및 홈 내의 전기영동 매질을 포함하고, 제1 및 제2 측부들은 제1 및 제2 측부들을 따라 길이방향으로 연장된 단차들을 갖고, 전기영동 매질은 홈을 단차들까지 충진한다.

전기영동 매질은, 예를 들어 아가로스 겔, 아크릴아미드 겔, 변성 아크릴아미드 겔 등과 같은 겔을 포함할 수도 있다.

몇몇 실시예들에서, 제어기는 영상들 중 하나 이상의 영상 분석에 의해 채널 내의 추출 웰의 위치를 판정하고 피펫 선단을 추출 웰의 판정된 위치로 이동시키도록 구성된다.

몇몇 실시예들에서, 제어기는, 추출 웰에서의 표적 단편의 도달 추정 시간을 추출 웰에서의 표적 단편의 희망 도달 시간에 비교하고, 희망 도달 시간과 도달 추정 시간 사이의 임의의 차이에 기초하여 전기영동 신호의 하나 이상의 전기영동 파라미터들을 조절하도록 전기영동 전원을 제어하도록 구성된다.

몇몇 실시예들에서, 제어기는, 추출 웰에서의 표적 단편의 도달 추정 시간과 희망 도달 시간 사이의 차이를 포함하는 오차 신호에 기초하여 하나 이상의 전기영동 파라미터들의 비례 귀환 제어(proportional feedback control)에 의해 채널을 따른 핵산들의 이동 속도를 제어하도록 구성된다.

몇몇 실시예들에서, 제어기는 추출 웰에서의 표적 단편의 희망 도달 시간을 생성하도록 구성된 예정표를 포함한다.

장치는, 전기영동 전원을 제어하여, 추출 웰에서의 표적 단편의 도달 추정 시간과 추출 웰에서의 표적 단편의 희망 도달 시간 사이의 차이를 나타내는 오차 신호에 응답하여 채널을 따르는 표적 단편의 평균 속도를 변화시키도록 구성된 비례 귀환 제어기를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 제어기는, 채널로의 전기영동 신호의 인가를 일시적으로 중지시킴으로써 도달 추정 시간과 희망 도달 시간 사이의 차이를 감소시키도록 구성된다.

본 발명의 다른 양태는 핵산들의 크기 선택에 이용되는 카세트를 제공한다. 카세트는 판 내에 채널이 형성된 판을 포함하며, 채널은 대향하는 제1 및 제2 측부들을 갖는 신장된 홈 및 홈 내의 전기영동 매질을 포함하되, 제1 및 제2 측부들은 단차들을 갖고, 전기영동 매질은 홈을 단차들까지 충진한다. 판은 하나 이상의 구멍들, 홈들 또는 로봇에 대해 공지된 위치 내로 판을 고정시키기 위한 다른 특징부들을 가질 수도 있다. 채널은 채널을 따르는 이격된 위치들에 로딩 웰 및 추출 웰 모두를 포함할 수도 있다. 판은 선택적으로 채널 아래의 적어도 일부분이 투명할 수도 있다.

본 발명의 추가 양태들 및 본 발명의 예시적 실시예들의 특징들이 첨부한 도면에 예시되고/되거나 후술된다.

첨부한 도면은 본 발명의 비제한적인 예시적 실시예들을 도시한다.
도 1은 예시적 실시예에 따라 핵산을 크기-선택하는 방법을 예시한다.
도 1a는 대안의 예시적 방법을 예시한다.
도 2는 일 채널의 영상을 개략적으로 예시한다.
도 2a는 채널을 따르는 위치의 함수로서의 밀도를 예시한 도표이다.
도 3은 사전 결정된 크기의 DNA에 대응하는 피크를 식별하는 방법을 예시한다.
도 4는 예시적 실시예에 따른 장치를 예시한다.
도 5는 예시적 로봇을 도시한다.
도 5a는 예시적 덱(deck)을 도시한다.
도 5b는 예시적 카메라 조립체를 도시한다.
도 6은 예시적 그래픽 디스플레이의 스크린 샷이다.
도 7은 예시적 채널 판의 평면도이다.
도 7a는 개별 채널의 단면이다.
도 7b는 로딩 또는 추출 웰들을 형성하는 데 유용한 예시적 콤(comb)을 도시한다.
도 7c는 다른 실시예에 따른 예시적 채널 판의 평면도이다.
도 7d는 소스 및 추출 웰들을 형성하기 위해 결합되는 콤들을 갖는 채널 판의 사시도이다.

다음의 설명 전반에 걸쳐서, 당업자에게 더욱 철저한 이해를 제공하도록 구체적인 세부사항들이 설명된다. 그러나, 주지된 구성요소들은 개시물을 불필요하게 모호하지 않게 하기 위해 상세히 도시되거나 설명되지 않을 수도 있다. 따라서, 설명 및 도면은, 제한적인 관점이 아니라, 예시의 관점에서 고려되어야 한다.

본 발명의 일 양태는 다수의 핵산 시료들의 크기-선택을 위한 자동화된 방법을 제공한다. 이 방법은 추출 시간을 측정하고 희망하는 크기 범위의 크기-선택된 핵산들을 제공하도록 예측 알고리즘들과 관련하여 촬상하는 것을 이용한다. 이 방법은 하나 이상의 전기영동 채널들, 하나 이상의 전기영동 채널들의 영상들을 획득하는 카메라, 및 시료들을 대응하는 채널들에 도입하여 그 채널들로부터 크기-선택된 핵산들을 추출하기 위한 피펫을 포함하는 로봇을 포함하는 자동화된 장치와 관련하여 유리하도록 실행될 수 있다. 채널들은, 예를 들어 아가로스 겔(agarose gel) 또는 아크릴아미드 겔로 충진될수도 있다. 채널들은 각각 채널 내의 로딩 웰 및 채널을 따라 로딩 웰로부터 이격된 추출 웰을 가질 수도 있다.

다음의 설명은 DNA를 크기-선택하는 데 이용되는 예시적 실시예들의 구성 및 동작을 설명한다. 예를 들어, DNA는 RNA로부터 도출된 cDNA를 포함할 수도 있다. 크기-선택될 DNA는 10bp 내지 10kbp의 범위에 있는 크기를 가질 수도 있다. 그러나, 본 발명은 RNA와 같은 다른 핵산들의 크기-선택에 응용될 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 핵산들은 전단 핵산들을 포함한다.

도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 방법(10)을 예시한다. 블록(11)에서, DNA가 전기영동에 의해 이동될 수 있는 매질을 함유한 채널 내의 로딩 웰에, DNA를 함유한 시료가 도입된다. DNA를 함유한 시료는 DNA와 함께 로딩 웰에 도입되는 염료(예컨대, SYBR 그린™ 염료 또는 브롬화 에티듐)를 또한 포함할 수도 있다. 염료의 기능은 매질에서 DNA의 검출 또는 촬상을 용이하게 하는 것이다. 몇몇 실시예들에서, 시료 내의 DNA 분자들은 DNA 서열 분석과 같은 후속의 응용들에 유용할 수도 있는 연결자(adapter)를 포함할 수도 있다. 매질은, 예를 들어 아가로스 또는 아크릴아미드 겔을 포함할 수도 있다. 블록(12)에서, 전기영동이 개시된다. 전기영동은 채널의 대향하는 단부들에 있는 전극들 사이에 전기 전위차를 인가함으로써 수행될 수도 있다. 전위차는, 예를 들어 DC 전기 전위, 펄스형 DC 전기 전위 또는 불균형 AC 전기 전위를 포함할 수도 있다. 인가된 전기 전위는 DNA를 로딩 웰로부터 채널을 따라 추출 웰을 향해 이동시킨다. 상이한 크기들의 DNA는 채널에서 상이한 이동도들을 가지며, 그에 따라 DNA가 크기-분리되게 된다.

선택적 블록(13)은, 상이한 크기들의 DNA의 농도들이 검출될 수 있는 채널을 따라 DNA를 충분히 멀리 이동시키도록 지연을 제공한다. 블록(14)은 희망하는 크기 범위의 표적 DNA의 채널을 따르는 위치를 판정하는 것을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 블록(14)은 카메라를 사용하여 채널의 일련의 영상들을 획득하는 것, 영상(들)에서 하나 이상의 공지된 크기들의 DNA에 대응하는 하나 이상의 지표들을 검출하는 것, 그리고 그 지표(들)의 위치(들)에 기초하여 표적 DNA의 위치를 판정하는 것을 포함한다. 블록(14)의 출력은 표적 DNA의 채널을 따르는 일련의 위치들이다.

크기 조정 참조물(들)(예컨대, 지표들)은, 그것이 DNA 래더(ladder)이든 아니면 전기영동도에 존재할 것으로 예상되는 내재적인 특징이든, 실행 시간에 또는 실행 시간 전에 특정될 수도 있다. 이용된 크기 참조물이 DNA 래더이면, 시료를 로딩 웰들 내에 로딩하기 전에 그 시료에 그 DNA 래더가 추가될 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 크기 참조물은 시료에 내재적으로 존재한다. 예를 들어, miRNA로부터 도출된 cDNA 시료를 크기-선택하기 위해, 시료는 cDNA+연결자 조각들(예컨대, 109bp의 크기를 가짐)뿐 아니라 연결자-연결자 조각들(예컨대, 80bp의 크기를 가짐) 모두를 포함할 수도 있다. 연결자-연결자 조각들은 크기 참조물로서 이용될 수도 있다.

표적 DNA의 크기-범위는 입력 시료의 전기영동도 프로파일에 의존적이거나 독립적인 크기들을 갖는 단편들의 적출을 허용하는 다양한 방식들로, 예를 들어 절대적으로 또는 주어진 참조물(들)에 대해 상대적으로, 특정될 수도 있다. 예를 들어 입력 시료가 약 250bp의 예상된 피크 중심을 갖는 전단 유전체 DNA이면, 표적 단편의 이동도 범위가 피크 중심에 대해 상대적으로 (예컨대, 피크-중심 이동도의 110% 내지 90%로) 특정될 수도 있거나 표적은 피크 중심의 실제 이동도와는 무관하게 절대 크기 범위(예컨대, 150bp 내지 200bp)로서 특정될 수도 있다.

블록(15)은 채널을 따르는 표적 DNA의 평균 속도를 판정한다. 블록(15)은, 예를 들어 위치들이 판정된 영상들 사이의 경과 시간으로 표적 DNA의 2개의 위치들의 차이를 제산하는 정도로 단순할 수도 있다. 블록(15)은 2개보다 많은 위치들을 고려할 수도 있다. 예를 들어, 블록(15)은 복수의 속도들의 중간값을 평균하거나 찾을 수도 있다.

블록(16)은 추출 웰에서의 표적 DNA의 도달 시간을 추정한다. 이 판정은 추출 웰의 공지된 사전 결정된 위치에 기초할 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 추출 웰의 위치는, 블록(15)에서 획득된 영상들(아니면 추출 웰을 위치시킬 목적으로 획득된 별도의 영상들)에 추출 웰의 영상을 위치시킴으로써 블록(17)에서 판정된다. 이 영상 인식은 모델-기반일 수도 있다(즉, 채널의 영상이 영상에서 무엇처럼 보일 것으로 예상되는지, 각각의 채널이 영상 내의 어디에서 발견될 것으로 예상되는지, 그리고 추출 웰의 영상이 그 영상에서 무엇처럼 보일 것으로 예상되는지는 미리 공지되어 있다). 추출 웰을 위치시키는 것은, 예를 들어 영상에서 추출 웰의 모델 영상과의 상관성이 최대화되는 위치를 찾는 것을 포함할 수도 있다. 보다 간단한 다른 실시예들에서, 영상에 추출 웰을 위치시키는 것은 영상 내의 추출 웰에 대응하는 하나 이상의 모서리들을 위치시키는 것을 포함한다.

예를 들어, 도달 추정 시간은 이동 추정 시간을 현재 시간에 추가함으로써 획득될 수도 있다. 추정된 이동 시간은, 블록(15)에서 추정되는 바와 같이, 예를 들어 추출 웰의 위치와 표적 DNA의 현재 위치 사이의 거리를 표적 DNA의 현재 속도로 제산함으로써 판정될 수도 있다.

블록(18)은 도달 추정 시간에 추출 웰로부터 표적 DNA를 추출한다. 블록(18)은, 예를 들어 도달 추정 시간 또는 도달 추정 시간 전에 피펫을 추출 웰 내에 배치하고 도달 추정 시간에 추출 웰로부터의 유체를 피펫 내로 회수하도록 피펫을 운반하는 로봇을 제어하는 것을 포함할 수도 있다. 그 후, 로봇은 추가 처리를 위해 유체를 보유하거나 전달할 수 있는 저장조(reservoir) 내에 수집된 유체를 분주할 수도 있다.

방법(10)은 변동 범위를 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 표적 DNA의 속도 및/또는 위치에 관한 정보가 표적 DNA의 속도를 제어하도록 적용된다. 실행 시간 전기영동도로부터 획득된 위치 정보 및 시간 정보는 귀환 루프에서 추출 웰에의 표적 DNA 단편의 도달 시간 외에도 그 표적 DNA 단편의 전기영동 속도를 제어하는 데 이용된다.

예를 들어 추출 웰에서의 표적 DNA의 도달 추정 시간을 조절하기 위해 귀환 제어가 적용될 수 있다. 도달 추정 시간은, 예를 들어 전기영동장의 듀티 사이클(duty cycle) 및/또는 전압을 조절하고/하거나 전기영동장의 인가를 1회 이상 정지시킴으로써 조절될 수도 있다. 듀티 사이클을 조절함으로써 표적 DNA의 속도를 조절하는 실시예들은, 듀티 사이클과 속도 사이의 관계가 선형 또는 거의 선형인 경향이 있으므로 유리할 수 있다. 이것은 제어를 단순화시킨다. 전기영동 속도 및 추출 예정은 임의적인 수의 시료들에 대해 동시에 제어될 수도 있다. 일 실시예에서, 추출 예정은 동시에 흘려진 96개의 시료들을 처리한다.

도 1a는, 표적 DNA에 대한 도달 예정 시간을 예정하는 블록(19) 및 블록(16)으로부터의 도달 추정 시간을 표적 DNA에 대한 도달 예정 시간과 비교하는 블록(20)을 포함한다는 점을 제외하면, 방법(10)과 유사한 대안의 예시적 방법(10A)을 예시한다. 블록(21)은 블록(20)으로부터 제어 신호를 수신하고, 그 제어 신호에 기초하여 전기영동 파라미터들을 조절한다. 루프(22)는 표적 DNA가 그 예정 시간에 추출 웰에 도달하도록 표적 DNA의 진행을 제어하기에 충분한 비율로 주기적으로 반복될 수도 있다.

블록(21)에서, 전기영동 파라미터들은, 적절하다면, 표적 DNA의 진행을 지연시키거나 표적 DNA의 진행을 가속시키거나 표적 DNA의 현재 진행 속도를 유지시키도록 조절될 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 조절은 단지 제어 신호의 표시(즉, 도달 추정 시간이 도달 예정 시간 전인지 아니면 그 후인지)에 의존한다. 다른 실시예들에서, 조절은 도달 추정 시간과 도달 예정 시간 사이의 차이의 크기(또는 등가적으로, 추정된 속도와 표적 DNA가 예정 시간에 추출 웰에 도달하게 하는 속도 사이의 차이의 크기)에 적어도 부분적으로 기초한다.

통상적인 경우들에 있어서, 표적 DNA는 특정 크기를 갖지는 않고, 소정 범위의 크기들을 갖는다. 따라서, 표적 DNA는 DNA 단편의 크기 범위에 뿐 아니라 전기영동 파라미터들에 의해서도 판정되는 길이를 갖는 시간 창 동안 추출 웰에 도달할 것이다. 몇몇 실시예들에서, 표적 단편은 초기에 특정될 수도 있으며, 또한 그 단편이 추출될 때까지 계속해서 조절될 수도 있다.

표적 DNA가 추출 웰에 도달하는 시간을 통한 제어는, 다수의 전기영동 채널들이 동시에 조작되고 있는 경우에 있어서 효과적으로 적용될 수도 있다. 예를 들어, 복수의 채널들 각각에 있어서 DNA의 전기영동은 상이한 채널들에서의 예정 시간들이 상이하도록 각각의 채널에서의 표적 DNA로 하여금 그 예정 시간에 추출 웰에 도달하게 제어될 수도 있다. 상이한 채널들에서의 표적 DNA는 동일할 수 있거나 상이할 수 있다. 이것은, 2개의 추출 웰들로부터 동시에 유체를 추출하기 위해 로봇의 동일한 피펫을 요구할 필요 없이 채널들 각각으로부터 로봇을 이용한 표적 DNA추출을 용이하게 할 수 있다. 예정 시간들은 로봇이 예정 추출들 각각을 행하는 데 충분한 시간이 있다는 것을 보장하도록 할당될 수도 있다.

전기영동 속도를 통한 제어는, 전기영동 속도 면에서 채널들 사이의 변동(예를 들어, 전기영동 매질에서의 불균일들 또는 상이한 채널들에서 이용되는 전기영동 매질에서의 기타 차이들에 의해 야기됨)을 보상하도록 적용될 수도 있다. 제어는, 또한 채널들 사이에서 추출 웰의 위치 면에서의 차이들을 보상하도록 적용될 수도 있다. 제어는 또한 상이한 채널들에 대한 표적 DNA에서의 차이들을 보상하도록 적용될 수도 있다.

몇몇 실시예들은 다중 채널 로봇을 채용한다. 예를 들어, 이러한 로봇은 복수의 피펫들을 구비하되, 이 복수의 피펫들은 그들의 선단들이 복수의 추출 웰들 내에 동시에 삽입될 수 있도록 배열된다. 예를 들어, 로봇은 8개, 16개, 또는 몇몇 다른 개수의 피펫들을 가질 수도 있다. 이러한 몇몇 실시예들에서, 채널들은 나란히 배열되며, 로봇은 유체를 N개의 인접한 로딩 웰들 내에 동시에 도입하거나 유체를 N개의 인접한 추출 웰들로부터 동시에 제거하도록 구성될 수도 있다.

다중 채널 로봇을 사용하는 몇몇 실시예들에서, 복수의 채널들에서의 전기영동은 복수의 채널들 내의 표적 DNA로 하여금 동일한 예정 시간에 추출 웰들에 도달하게 하도록 제어된다. 표적 DNA는 복수의 채널들 사이에서 상이할 수도 있다. 로봇은, 그 후, 복수의 채널들의 추출 웰들 내에 피펫 선단들을 예정 시간에 배치하고 유체를 추출 웰들로부터 동시에 추출하도록 제어될 수도 있다. 이러한 실시예들은 상이한 도달 예정 시간들이 채널들의 그룹들에 할당되게 한다. 각각의 그룹 내의 개별 채널들에서의 전기영동은 그룹 내의 각각의 채널 내의 표적 DNA로 하여금 그 그룹에 대해 예정된 시간에, 대응하는 추출 웰에 도달하도록 개별적으로 제어될 수도 있다. 채널들의 상이한 그룹들에 대한 예정 시간들은 로봇이 예정 추출들을 행할 시간을 갖도록 간격을 둘 수도 있다. 이러한 실시예들은 고속 처리(high throughput) 전기영동을 제공할 수 있다.

전술된 원리들은 동일한 시료로부터 2개 이상의 단편들을 추출하기를 희망하는 상황들에 또한 적용될 수도 있다. 이러한 응용들에 대해, 전기영동은 제1 표적 단편을 추출 웰에 가져 오고 제1 표적 단편을 추출하도록 수행될 수도 있다. 후속으로, 제2 단편을 추출 웰에 가져 오도록 추가 전기영동이 수행될 수도 있다. 그 후, 제2 단편이 추출될 수도 있다. 희망 시, 제1 및 제2 표적 단편들은 서로 단리된 상태로 유지될 수도 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 표적 단편들 각각은 추출 웰로부터 별도의 목적지 웰에 이송될 수도 있다. 희망 시, 다수의 단편들을 동일한 시료로부터 동일한 목적지 웰에 이송하는 것이 또한 가능하다.

몇몇 응용들에서, 동일한 시료로부터 3개 이상의 단편들이 추출될 수도 있다. 2개 이상의 표적 단편들이 동일한 시료로부터 추출되는 경우, 표적 단편들 각각의 추출은 개별적으로 예정될 수도 있다. 제1 표적 단편이 제1 예정 시간에 채널로부터 추출된 후, 제2 예정 시간에서의 추출을 위해 제2 표적 단편을 추출 웰에 가져 오도록 그 채널에 대한 전기영동 파라미터들이 제어될 수도 있다.

몇몇 실시예들에서, 전기영동은 복수의 채널들에서 대응하는 복수의 제1 표적 단편들을 제1 시간에 그 복수의 채널들 내의 추출 웰들에 가져 오도록 제어된다. 그 후, 제1 표적 단편들을 대응하는 목적지 웰들에 이송하도록 다중 채널 피펫 또는 다른 다중 채널 추출 매커니즘이 적용될 수도 있다. 그 후, 제2 표적 단편들을 채널들 내의 추출 웰들에 동시에 가져 오도록 복수의 채널들에서의 전기영동이 제어될 수도 있다. 제1 표적 단편들과 제2 표적 단편들 사이의 간격이 상이한 채널들 사이에서 반드시 동일한 것이어야 할 필요는 없다. 전기영동은 제2 표적 단편을 몇몇 채널들에서 타 채널들에 비해 더 빠르게 추출 웰을 향해 이동시키도록 제어될 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 전기영동은 제2 표적 단편들을 복수의 채널들 내의 추출 웰들에 동시에 가져 오도록 하여 제2 표적 단편들이 다중 채널 피펫을 사용하여 동시에 추출될 수 있도록 제어된다.

도 2는 일 채널(24)의 영상을 개략적으로 예시한다. 채널(24)은 각각의 단부에 완충액 저장조(25A, 25B)를 갖는 적합한 전기영동 매질의 스트립(25)을 포함한다. 로딩 웰(26A)은 완충액 저장조(25A)의 근처에 있는 매질(25) 내에 위치한다. 추출 웰은 로딩 웰(26A)로부터 완충액 저장조(25B)를 향해 이격된 위치에 있는 매질(25)에 위치한다.

또한, 도 2에는, 전기영동에 의해 로딩 웰(26A)로부터 매질(25)을 따라 운반된 DNA의 다양한 밴드들이 도시되어 있다. 상이한 크기들의 DNA가 전기영동 하에서 상이한 속도로 이동하기 때문에, 상이한 위치들에 있는 밴드들은 상이한 크기들의 DNA를 나타낸다. 상이한 밴드들은 영상에서 상이한 밀도들을 가질 수도 있다. 밴드들은 모두 시료 내에 존재하는 DNA를 나타낼 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 공지된 크기 또는 공지된 크기들의 세트의 DNA(예컨대, DNA 래더)는 표적 DNA의 위치를 판정하는 데 이용될 수 있는 크기 규모를 제공할 목적으로 시료에 추가될 수도 있다.

몇몇 실시예들에서, DNA 래더들과 같은 크기 조정 참조물들은 입력 시료들과 동일한 채널(24)에 흘려진다. 이것은, 크기 조정 참조물들 및 시료들이 개별 채널들에 흘려지는 실시예들에 비해 크기 조정의 정확도를 보장한다.

도 2a는 채널(24)을 따르는 위치의 함수로서 밀도를 예시한 도표이다. 곡선(27) 내의 피크들은 도 2에 도시된 밴드들의 위치들에 대응한다. 전술된 방법들은 곡선(27)에서의 표적 DNA에 대응하는 피크를 식별할 수 있거나 표적 DNA에 대해 공지된 크기 관계(들)를 갖는 DNA에 대응하는 하나 이상의 다른 피크들의 위치들로부터 표적 DNA의 현재 위치를 추론할 수 있다.

몇몇 실시예들은 예정표를 제공한다. 예정표는, 예를 들어 소프트웨어로 구현될 수도 있다. 예정표는 다음을 예정할 수도 있다: 채널들(24) 내의 소스 웰들(26A) 내로의 시료들의 이송, 채널들(24)에서의 전기영동의 개시, 및 추출 웰들(26B)로부터의 표적 단편들의 추출. 몇몇 실시예들에서, 예정표는 시료들이 채널들(24)에 흘려지는 동안 동작하며, 표적 단편의 진행(또는 표적 단편에 대해 공지된 관계를 갖는 밴드)의 감시에 대응하여 표적 단편들의 추출을 재예정할 수도 있다. 예정은 채널에서의 전기영동의 개시 시간으로부터 표적 단편이 가능하게는 소스 웰(26A)로부터 대응하는 추출 웰(26B)로 진행할 수 있는 최단 주기보다 긴 주기만큼 이격되어 있는 시간-슬롯에서 표적 단편의 추출을 초기에 예정할 수도 있다. 이 초기 예정에 이용되는 시간 주기는 몇몇 실시예들에서 소스 웰(26A)로부터 추출 웰(26B)까지 측정된 거리에 기초하여 판정될 수도 있다. 시간 주기는 전기영동 파라미터들의 가용 범위 내에서 달성 가능한 최대 속도보다 적은, 표적 단편의 상정된 평균 속도에 기초하여 생성될 수도 있다. 상정된 평균 속도는 전기영동이 수행되고 있는 매질의 특성 및 표적 단편의 크기에 대한 함수일 수도 있다.

몇몇 실시예들에서, 표적 단편의 추출에 대한 예정표에 의해 예정된 주기의 길이는 가변적이며, 표적 단편에 포함된 핵산의 크기들에 의존한다(더 큰 크기 범위를 포함하는 표적 단편은 크기의 범위가 작은 표적 단편보다 추출하는 데 더 오래 걸릴 것이다). 몇몇 실시예들에서, 표적 단편의 추출 시작 및 중지 시간들은 표적 단편의 선두(leading) 및 선미(trailing) 가장자리들의 추출 웰에의 도달 추정 시간들에 기초하여 조절된다.

몇몇 실시예들에서, 예정표는 상이한 채널들(24)로부터의 표적 단편들의 추출에 걸리는 시간들 사이의 충돌들을 감시한다. 이러한 몇몇 실시예들에서, 충돌의 경우(즉, 상이한 채널들(24)로부터의 표적 단편들의 추출에 할당된 주기들이 중접하는 경우), 예정표는 충돌을 제거하도록 채널들(24) 중 하나로부터의 표적 단편의 추출에 대한 예정 시간을 수정할 수 있다. 추출 예정 시간의 변경은, 채널(24)에서 표적 단편의 진행을 제어하여 표적 단편이 재예정된 시간에 추출 웰에 도달하도록 재예정된 채널(24)에서의 전기영동 파라미터들의 변경을 자동으로 야기할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 채널(24)에 대한 전기영동 파라미터들은, 표적 단편의 선두 가장자리가 대응하는 추출 웰(26B)에 도달하고 추출이 개시될 때, 전기영동의 속도가 증가하도록 제어되어, 전체 표적 단편을 추출하기 위해 추출이 계속되어야 하는 시간을 감소시킨다.

도 3은 채널(24)에서 사전 결정된 크기의 DNA에 대응하는 피크를 식별하는 방법(30)을 예시한다. 블록(32)은 공지된 전기영동 파라미터들을 이용하여 소정 시간 주기 동안 채널에 전기영동을 적용한다. 블록(33)은 블록(33)의 말미에 채널의 영상을 획득한다. 블록(34)은 표적 DNA에 대한 공지된 특성들에 기초하여 채널을 따르는 위치들의 범위를 식별한다. 예를 들어, 채널을 따르는 위치를 DNA 크기에 관련시키는 사전 결정된 교정 곡선(35)이 제공될 수도 있다. 몇몇 실시예들에서는, 복수의 상이한 교정 곡선들(35)이 제공된다. 상이한 교정 곡선들은 채널들(24)에서 이용될 수도 있는 상이한 매질들에 적용될 수도 있다.

블록(34)은 표적 DNA가 발견될 것으로 예상되는 위치 또는 위치들의 범위를 추정한다. 추정된 위치는 전기영동이 수행된 시간의 길이, 채널(24) 내의 매질, 전기영동 파라미터들, 및 표적 DNA의 특성들(특히, 크기)의 함수일 수 있다. 조작자는 표적 DNA에 대한 크기 또는 크기 범위를 입력할 수도 있다. 블록(34)은 표적 DNA에 대응하는 곡선(27) 내의 피크의 예상 위치를 식별하기 위해, 적절한 교정 곡선(35)을 이용할 수 있다. 블록(36)은 범위(37)(도 2a 참조)를 설정하고, 범위(37) 내의 곡선(27)에서 피크를 검색한다. 피크가 (예컨대, 블록(39)로부터의 결과 "예"에 의해 판단된 바와 같이) 성공적으로 검출되면, 피크는 표적 DNA의 초기 위치로서 식별된다. 일단 표적 DNA에 대응하는 피크가 일 영상에서 식별되었으면, 그 피크는 그것이 채널을 따라 퍼질 때 후속하는 영상들을 통해 추적될 수도 있다. 전기영동도 프로파일의 주요 특징들은 실행 시간에 식별될 수도 있으며, 빠르게 이동하는 크기 참조물들이 시야 외부로 이동할 때 크기 무결성을 유지하는 데 도움을 주는 데 이용될 수도 있다.

방법(30)은 DNA 래더 및/또는 시료의 DNA에 대응하는 하나 이상의 피크들을 식별하도록 적용될 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 전술된 바와 같이, 표적 DNA와는 상이한 하나 이상의 피크들이 식별되고 추적된다. 표적 DNA의 현재 위치는 그러한 피크들과 관련하여 식별될 수도 있다. 예를 들어, 사용자는 표적 DNA가 하나 이상의 그러한 피크들에 선행하거나 또는 후행할 것으로 예상되는 양을 특정할 수도 있다.

도 4는 예시적 실시예에 따른 장치(40)를 예시한다. 장치(40)는 로봇(42)에 의해 필드(43) 내의 희망 위치들 위로 위치될 수 있는 피펫(44)을 포함하는 로봇(42)을 포함한다. 예를 들어, 로봇(42)은, 단일 채널 피펫 펌프를 지지하고 또한 완충액 로딩 선 및 선단 주입 메커니즘을 지지하는 XYZ 단을 포함할 수도 있다. 소스 판(45)은 복수의 소스 웰들(45A)을 포함한다. 목적지 판(46)은 복수의 목적지 웰들(46A)을 포함한다. 복수의 채널들(47)은 필드(43) 내에 제공된다.

로봇(42)은 피펫(44)의 위치를 제어할 수 있는 제어기(42A)를 포함한다. 제어기(42A)는, 예를 들어 스테이션(48A)에서 피펫 선단(48)을 들어올리고, 피펫 선단을 선택된 소스 웰(45A) 위에 배치하고, 피펫 선단을 소스 웰(45A) 내로 낮추어 유체를 피펫 선단(45A) 내로 회수하고, 피펫 선단을 들어 올려 선택된 채널(47)의 로딩 웰 위에 재배치하고, 피펫 선단을 로딩 웰 내로 낮추고, 피펫을 조작하여 유체를 소스 웰 내로 분주하고, 피펫 선단을 들어 올려 피펫 선단을 사용된 피펫 선단들에 대한 저장 영역으로 이동시키고, 사용된 피펫 선단을 분리함으로써, 채널을 로딩하도록 로봇(42)을 제어할 수도 있다.

제어기(42A)는, 예를 들어 스테이션(48A)에서 피펫 선단(48)을 들어올리고, 피펫 선단을 표적 DNA의 추정된 도달 직전에, 선택된 채널 내의 추출 웰 위에 배치하고, 피펫 선단을 채널의 추출 웰 내로 낮추고, 유체를 표적 DNA의 예상된 도달에 대응하는 시간 주기 동안 피펫 선단(45A) 내로 회수하고, 피펫 선단을 들어 올려 목적지 웰(46A) 위에 재배치하고, 피펫 선단을 목적지 웰 내로 낮추고, 피펫을 조작하여 유체를 목적지 웰 내에 분주하고, 피펫 선단을 들어 올려 피펫 선단을 사용된 피펫 선단들에 대한 저장 영역으로 이동시키고, 사용된 피펫 선단을 분리함으로써, 채널로부터 표적 DNA를 취출하도록 로봇(42)을 제어할 수도 있다.

본 명세서에서 설명되는 바와 같은 장치는 임의의 합리적인 수의 시료들을 처리하도록 구성될 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 장치는 동시에 96개의 시료들에 대한 자동화된 크기 선택을 제공한다. 다른 예시적 실시예들에서, 장치는 동시에 다수의 96개의 시료들을 처리한다. 다른 예시적 실시예들은 다른 수들의 시료들을 처리하도록 구성된다.

로봇(42)으로서 사용하는 데 적합한 로봇들은 상업적으로 입수 가능하다. 로봇(42)으로서 사용하는 데 적합한 로봇들은 또한 당업자에게 공지된 방식들로 상업적으로 입수 가능한 소자들로부터 제조될 수도 있다.

장치(40)는, 예를 들어 채널들(47)의 영상들을 획득하도록 배열된 카메라를 포함할 수도 있는 촬상 디바이스(50)를 포함한다. 촬상 디바이스(50)는 고 명암비(high dynamic range) 촬상 디바이스를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 카메라(50) 또는 카메라(50)로부터 영상들을 수신하도록 접속된 제어기는 상이한 노출 시간들에서 취해진 영상들을 획득하고 조합하여 검출 가능한 명암비를 확장하도록 구성될 수도 있다. 이것은 가장 밝은 밴드들을 포화시키지 않고서도 흐릿한 밴드들이 가시적이 되게 한다.

광원(52)은 채널들(47)을 조명하여 채널들을 따라 퍼지는 핵산들의 촬상을 용이하게 한다. DNA가 염료와 결속된 경우, 광원은 염료의 흡수 대역(예컨대, 염료의 형광단(fluorophore)을 여기시키는 파장에 대응하는 대역)에 대응하는 광을 방출할 수도 있다. 광원(52)은 이 범위 외의 파장들을 차단하는 필터를 포함할 수도 있다. 예를 들어, SYBR 그린™ 염료는 488 nm의 광을 흡수한다. 광원은 청색 광을 방출할 수도 있다. 예를 들어, 광원은 청색 LED들의 어레이를 포함할 수도 있다. 대안으로 또는 추가로, 광원은 UV 광을 방출할 수도 있다. 카메라(50)는 염료의 형광을 우선적으로 허용하는 필터를 포함할 수도 있다. 예를 들어, SYBR 그린™ 염료는 520 nm의 광을 방출한다. 카메라는 520 nm 의 광을 통과시키지만 다른 파장들의 광을 감쇠시키는 대역통과 또는 노치 필터를 가질 수도 있다.

예를 들어, 카메라는 카메라가 채널들(47)로부터 고정된 거리에 있도록 로봇(42)의 구성소자에 고정될 수도 있다. 원형(prototype) 실시예에서, 카메라(50) 및 LED 조명기(52)는 로봇(42)의 Y축 팔(arm)에 고정된다.

다중 채널 전기영동 전원(54)은 채널들(47)에 걸쳐서 전기영동 전위들을 제공하도록 구성된다. 전원(54)은 단일 기구 또는 복수의 개별 기구들을 포함할 수도 있다. 제어기(55)가 접속되어, 카메라(50)로부터 영상들을 수신하여 전원(54)를 제어하고 로봇(42)의 행동들을 조정한다. 사용자 인터페이스(56)는 사용자들이 장치(40)의 동작을 안내하는 정보 및 제어 입력들을 제공하게 한다.

예시적 시스템의 동작 시, 소스 및 목적지 판들(45, 46)은 피펫 선단들을 포함하는 2개의 선단 박스들과 함께 로딩된다. 채널들(47)을 포함하는 판들은 덱(deck) 상에 설정되고, 전극 어레이들은 그들의 전극들이 채널 판의 단부들에서 채널들(47)과 전기 접촉하도록 배치된다. 몇몇 실시예들에서, 전극들은 그들을 각각의 채널의 각각의 단부에 있는 완충액 웰들 내에 도입시키는 구조체에 실장된다. 예를 들어, 장치는 각각의 채널에 대응하는 제1 및 제2 전극들을 가지는 힌지형 틀을 포함할 수도 있다. 제1 및 제2 전극들은 힌지형 틀 상에 실장될 수도 있고, 힌지형 틀은 제1 및 제2 전극들이 채널의 제1 및 제2 완충액 저장조들 내로 돌출된 제1 위치와 제1 및 제2 전극들이 제1 및 제2 완충액 저장조들로부터 제거된 제2 위치 사이에서 이동 가능할 수도 있다.

제어 소프트웨어는 시료들(전체 96개 이하 또는 이상의 웰 판)의 위치, 시료들의 유형 및 채널 판(들)의 위치들로 구성된다.

실행(run)이 개시될 때, 채널 판들 내의 완충액 웰들이 충진된다. 시료들이 순차적으로 (예컨대, 로봇에 의해 채널들(47) 내의 로딩 웰들 내로) 로딩되고, 전기영동이 개시된다. 일 실시예에서, 온보드 카메라(50)는 각각의 채널(47) 내에 추출 웰을 위치시키는 데 사용되어, 추출 웰들의 위치를 수작업으로 구성하도록 하는 요건을 회피시킨다. 이것은 그들의 채널들(47) 내의 상이한 위치들에 추출 웰들을 제공할 가능성을 촉진한다.

몇몇 실시예들은 피펫 선단의 Y 위치를 측정하고 그리고/또는 설정하는 매커니즘을 포함한다. 피펫 선단의 정확한 위치를 아는 것은, 작은 웰들 내에서 핵산 시료들의 정확한 로딩 및 취출을 용이하게 한다. 이러한 매커니즘은, 상이한 피펫 선단들의 단부들이 피펫에 실장될 때 로봇에 대해 다소 상이한 위치들에 있을 수 있기 때문에 유용하다. 예시적 실시예에서, 그 매커니즘은 스위치(예를 들어, 마이크로스위치, 근접 스위치 등일 수 있음)를 포함하는데, 이러한 스위치는 피펫 선단이 그 스위치에 대해 사전 결정된 위치에 있을 때 상태를 변화시킨다. 스위치는 로봇의 필드 내의 편리한 위치에 있을 수도 있다.

몇몇 실시예들에서, 스위치는 새로운 피펫 선단들의 공급부 근처에 위치되어 스위치를 거슬러 피펫 선단을 가져오도록 로봇을 이동시킴으로써 각각의 새로운 피펫 선단의 Y 위치가 설정될 수도 있다. 이러한 실시예들에서, 피펫 선단은 스위치 근처에 배치될 수도 있으며, 그 후, 스위치가 상태를 변화시킬 때까지 스위치를 향해 Y 방향으로 이동될 수도 있다. 이 매커니즘은 선단이 로딩된 후 각각의 피펫 선단의 단부의 위치를 개별적으로 측정하는 데 이용될 수도 있다. 측정된 위치는 상이한 피펫 선단들에서의 약간의 오정렬을 보상하는 데 이용될 수도 있다. 예시된 시스템(40)은 피펫 선단이 Y 방향(채널들(47)에 평행한 방향)으로 스위치를 가압할 때 전환하도록 배열된 스위치(49)를 포함한다.

도 5는 예시적 로봇을 도시한다. 도 5는 제어기들 및 전원들을 수용하는 하부 덱, 그리고 채널 판들 및 전극들을 수용하는 상부 덱을 도시한다. 그 위에는 펌프를 구비한 피펫 헤드, 완충액 전달 시스템, 그리고 채널들을 촬상하기 위한 카메라 및 조명들이 있다.

도 5a는 예시적 덱을 도시한다. 도 5a는 정위치에 덱을 보유하는 덱 위치 지정 판들을 도시한다. 선단 박스들, 소스 부위들, 목적지 판들 및 채널 판들이 모두 덱에 실장된다. 적어도 소스 부위들, 목적지 판들 및 채널 판들은 덱으로부터 탈착가능하다. 위치 지정 핀들을 거슬러 판들을 유지하도록 스프링 핀들이 제공되어, 판들이 덱에 설치될 때 소스 웰들, 목적지 웰들 및 채널들이 공지된 위치들에 있을 것이다.

도 5b는 카메라(50) 및 LED 어레이들(52)을 포함하는 예시적 카메라 시스템을 도시한다. LED 어레이들(52)은 몇몇 실시예들에서 LED들 중 청색 필터들에 의해 덮어지는 청색 LED들과 같은 청색광 발광 광원들을 포함한다.

예시적 실시예에서, 제어기(55)는 소프트웨어로 제공된 명령들을 실행하도록 구성된 프로세서를 포함한다. 소프트웨어는 사용자에 의해 입력된 데이터에 기초하여 실행 프로토콜(어떤 채널들에서, 어떤 순서로, 어떤 샘플이 흘려지고 어떤 목적지 웰들에서 각각의 추출이 끝날 지)을 생성한다. 이것은 사용자에게 그래픽 방식으로 전달된다.

도 6은 예시적 그래픽 표시부의 스크린 샷이다. 도 6은 표시부 중간-열을 도시한다. 시료들은 하부 좌측에서 시작하여 순차적으로 로딩되었으며, 처음 2개 반의 판들이 실행들을 완료했다. 우측의 나머지 시료들은 실행 중이며, 각각의 채널의 상태는 가장 최근 영상에 기초하여 그래픽 방식으로 도시된다. 상측 도표는 사용자에 의해 선택된 채널에 대한 전기영동도이며, 이것은 크기 참조 피크(59A) 및 표적 영역(59B)을 도시한다.

전술된 바와 같이 로봇과 함께 이용될 수도 있지만 다른 응용들을 가질 수도 있는 본 발명의 다른 양태는 핵산들의 분리에 사용하기 위한 채널 판들을 제공한다. 몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 채널들이 판 상에 제공된다. 판은, 예를 들어, 전술된 바와 같이, 로봇의 필드 내에 탈착 가능하게 배치될 수도 있다. 평판들(예컨대, 평판 겔들)에 대향하도록 채널들 내에 DNA 분리 매질을 제공하는 것은, 하나의 시료로부터 다른 시료로의 교차 오염 가능성이 감소한다는 이점을 갖는다.

도 7은 예시적 채널 판(80)의 평면도이다. 판(80)은 판(80)이 로봇 또는 다른 장치의 필드에 반복적으로 위치되게 하는 위치 지정 핀들 또는 다른 위치 지정 특징부들을 수용하는 홀들(도 7a 참조) 또는 노치들(도 7c 참조)과 같은 지정 특징부들(81)을 포함한다. 복수의 채널들(24)은 판(80)을 따라 연장된다. 각각의 채널(24)은 적합한 전기영동 매질의 스트립(25)을 포함한다. 완충액 저장조(25A, 25B)는 스트립(25)의 각각의 단부에 제공된다. 로딩 웰(26A)은 완충액 저장조(25A) 근처에서 스트립(25)에 위치된다. 추출 웰(26B)은 로딩 웰(26A)로부터 완충액 저장조(25B)를 향해 이격된 위치에서 스트립(25)에 위치된다. 몇몇 응용들에서, 상이한 채널들의 추출 웰들(26B)은 서로 정렬되지만, 이것은 의무적이지는 않다. 몇몇 응용들에서, 상이한 채널들(24)에서 스트립(25)을 따라 상이한 위치들에 추출 웰들(26B)을 제공하는 것이 편리할 수도 있다.

도 7a는 개별 채널(24)의 단면이다. 채널(24)은 스트립(25)의 어느 측에 작은 단차 가장자리를 선택적으로 갖는다. 예시된 실시예에서, 단차들(83)이 도시된다. 단차들(83)은 모서리들(84)을 제공한다. 모서리들(84)은 서로 평행한 스트립(25)을 따라 길이 방향으로 이어진다. 예시된 실시예에서, 모서리들(84)은 판(80)의 평탄한 상측 및 하측 표면들(84A, 84B)에 평행하다. 매질(86)(예를 들어, 아가로스 겔, 아크릴아미드 겔 등)은 모서리들(84)의 수준까지 스트립(25)을 충진한다. 단차들(83)은 스트립(85) 내의 물질(86)의 상측 표면을 스트립(25)의 길이를 따라 평탄하게 하는 것을 돕는다. 물질(86)이 스트립(25) 내에 도입될 때 모서리들(84)의 존재는 물질(86)의 표면 장력이 물질(86)의 표면에 반월판(meniscus)을 형성하는 경향을 감소시키는 것을 돕는다. 소형 디보트들 또는 오목부들(89)(도 7c 참조)과 같은 선택적 특징부들은 물질(86)을 정위치에 기계적으로 고정하기 위해 스트립(25)의 단부들 근처에서 스트립(25)의 벽들에 형성될 수도 있다.

채널(24)의 치수는 변화될 수도 있다. 예시적 실시예에서, 스트립(25)은 약 6 내지 12 mm, 바람직하게는 8 내지 10 mm 범위의 깊이를 갖는다. 예시적 실시예에서, 스트립(25)은 약 3 내지 11 mm, 바람직하게는 4 내지 7 mm의 폭을 갖는다. 그러나, 본 명세서에서 설명되는 원리들은 다른 치수들의 채널에 적용될 수도 있다.

판(80)은 적합한 가요성 물질 또는 다른 전기 절연 물질로 제조될 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 판(80)은 사출 성형되지만, 판(80)은 또한 기계 가공이나 임의의 다른 적합한 방식으로 제조될 수도 있다.

판(80)은 완충액 저장조들(25A, 25B)을 일시적으로 억누르거나 충진하고 적합한 양의 경화성 물질(86)을 스트립들(25) 내에 유입시킴으로써 제조될 수도 있다. 바람직하게는, 각각의 완충액 저장조의 전체 체적은 물질(86)이 완충액 저장조들 내에 흐를 수 없도록 물질(86)이 주조되는 동안 충진된다. 예를 들어, 아가로스 겔은 스트립들(25) 내에 유입될 수도 있는데, 그 동안 겔은 액체 형태이고, 그 후에 스트립들(25)에 경화되도록 허용될 수도 있다. 각각의 스트립 내에 도입되는 물질(86)의 양은 물질의 표면이 겨우 모서리들(84)의 수준에 있는 정도일 수도 있다.

로딩 및 추출 웰들은 물질이 스트립들(25) 내에 주조되고 있는 동안 물질(86)에 형성될 수도 있다. 다른 실시예들에서, 로딩 및/또는 추출 웰들은 물질(86)이 경화된 후에 형성될 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 로딩 및/또는 추출 웰들은 스트립들(25)을 따르는 적절한 위치들에 로딩 및/또는 추출 콤들을 배치함으로써 형성된다. 도 7b는 예시적 콤(87)을 도시한다. 각각의 콤(87)은 일련의 핀들(87)을 포함한다. 콤(87)은 핀들(87A)이 콤(87)에 의해 교차되는 채널들(24)의 스트립들(25) 내로 돌출하도록 배열되도록 스트립들(25)에 대해 횡방향으로 판(80) 상에 배치될 수도 있다.

판(80)은 로딩 웰들 및/또는 추출 웰들을 형성하기 위해 바람직한 정렬로 콤들(87)을 배치하도록 위치 지정 특징부들(88)을 포함할 수도 있다. 위치 지정 특징부들(88)의 다수의 세트들은 스트립들(25)을 따르는 상이한 위치들에 추출 웰들을 형성하는 것을 용이하게 하도록 제공될 수도 있다. 전술된 바와 같이, 수행될 분리에 맞춰지는 위치에 추출 웰들을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 로딩 웰(26A)과 추출 웰(26B) 사이의 분리 채널의 최상의 길이는 DNA 또는 다른 표적 핵산의 길이 및 희망하는 분리 정도에 의존한다.

추출 웰들을 형성하기 위한 콤(87)은 로딩 웰들을 형성하는 데 사용된 핀들(87A)보다 다소 넓은 핀들(87A)을 가질 수도 있다. 스트립들(25)의 전체 폭을 연장시키지 않는 로딩 웰들(26A)을 제공하는 것은 로딩 웰의 측면들에서의 시료의 손실을 회피시키는 것을 돕는다. 추출 웰들(26B)은 스트립들(25)의 전체 폭을 연장하거나 또는 스트립들(25)의 전체 폭을 거의 연장할 수도 있다.

실시예들의 범위는 로딩 웰들이 추출 웰들보다 넓은 채널들을 제공한다. 예시적인 일 특정 실시예에서, 로딩 웰은 1.2 x 3.5 x 9 mm의 치수를 가지며, 추출 웰은 1.2 x 5.5 x 9 mm(즉, 로딩 웰보다 2 mm 넓은) 치수를 가진다. 1.2 x 3.5 x 9 mm의 치수를 갖는 로딩 웰은 37.8 ㎕에 달하는 부피를 갖는 시료가 로딩되게 한다. 1.2 x 5.5 x 9 mm의 치수를 갖는 추출 웰은 59.4 ㎕에 달하는 체적이 회수되게 한다.

콤들(87)은 웰들을 형성하는 핀들(87A)이 그들의 실장 틀들에서 약간(예컨대, 약 0.25 mm) '부유'할 수 있도록 설계될 수도 있다. 이것은 물질(86)이 경화된 후 콤들(87)을 제거하는 것을 용이하게 한다.

하나 이상의 채널들(24)을 포함하는 판(80)은 무균 패키징에 제공되는 사전 제조된 카세트의 형태로 제공될 수도 있다. 패키징은, 예를 들어 박리되어 채널들(24)을 노출시킬 수 있는 무균 덮개를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 카세트는 로딩 및/또는 추출 웰들 내에 삽입되는 콤들을 제공받을 수도 있다. 사용자는 사용 전에 콤들을 제거할 수도 있다.

도 7c는 다른 실시예에 따른 예시적 채널 판의 평면도이다.

도 7d는 채널들(24) 내로 전기영동 매질을 주조하기 위한 제조 중에 삽입되는 콤들(87-1, 87-2)을 갖는 채널 판의 사시도이다. 콤(87-1)은 몇몇 실시예들에서 콤(87-2)보다 좁은 핀들을 가질 수도 있다.

카메라가 복수의 채널들을 촬상하고 각각의 채널들에서 하나 이상의 참조 단편들의 진행을 동시에 추적하기 위한 편리한 도구를 제공하지만, 다른 도구들이 카메라 대신에 사용될 수도 있다. 예를 들어, 채널을 따르는 위치의 함수로서 핵산의 농도를 측정하도록 1-D 선 스캐너가 제공될 수 있다. 또한, 카메라가 위에서 채널들을 보는 것은 강제적인 것이 아니다. 몇몇 실시예들에서, 채널들을 가지는 트레이들은 적어도 그들 중에서 채널들 하부에 있는 부분들이 투명하며, 카메라는 판들을 통해 아래로부터 채널들을 본다.

용어 해석

문맥상 다른 방식을 명확히 요구하지 않는다면, 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서:

· "포함하다(comprise)", "포함하는(comprising)" 등은, 배타적 또는 철저한 관점과는 반대로, 즉 "포함하지만 제한되지는 않는"의 관점인 포괄적인 의미로 이해되어야 한다.

· "접속된", "연결된" 또는 이들의 임의의 파생어는, 직접적이든 간접적이든, 2개 이상의 구성요소들 사이에서의 임의의 접속 또는 연결을 의미하며; 구성요소들 사이의 연결 또는 접속은 물리적, 논리적, 또는 이들의 조합일 수 있다.

· "본 명세서에서", "위", "아래" 및 유사한 의미의 단어들은, 본 명세서를 설명하는 데 사용될 때, 본 명세서의 임의의 특정 부분들이 아니라 전체로서 본 명세서를 지칭할 것이다.

· 2개 이상의 항목들의 목록을 참조함에 있어서 "또는"은 단어의 다음 해석들 모두를 포괄한다: 목록 내의 항목들 중 임의의 항목, 목록 내의 모든 항목들, 및 목록 내의 항목들의 임의의 조합.

· 단수형태의 표현(“a”, “an”, “the”)은 또한 임의의 적절한 복수형태의 의미를 포함한다.

본 명세서 및 임의의 첨부한 청구범위(존재 시)에서 사용된 "수직방향", "횡방향", "수평방향", "상향", "하향", "전방", 후방", "내향", "외향", "수직방향", "수평방향", "좌측", "우측", "전면", "후면", "상측", "하측", "아래", "위", "밑" 등의 방향을 나타내는 단어는 설명되고 예시된 장치의 특정 배향에 의존한다. 본 명세서에서 설명된 주제는 다양한 대안의 배향들을 상정할 수도 있다. 따라서, 이들 방향의 용어들은 엄격히 정의되지는 않으며, 협소하게 해석되어서는 안 된다.

본 발명의 실시예들은 특정하게 설계된 하드웨어, 구성가능한 하드웨어, 데이터 프로세서들 상에서 실행할 수 있는 소프트웨어(선택적으로 '펌웨어'를 포함할 수도 있음)의 마련에 의해 구성된 프로그래밍가능 데이터 프로세서들, 본 명세서에서 상세히 설명된 바와 같은 방법의 하나 이상의 단계들을 수행하도록 특정하게 프로그래밍, 구성, 또는 구조화된 특수 목적 컴퓨터들 또는 데이터 프로세서들 및/또는 이들 중 2개 이상의 것의 조합들을 이용하여 구현될 수도 있다. 특정하게 설계된 하드웨어의 예들로는, 논리 회로들, 사용자 주문형 반도체들("application-specific integrated circuits: ASICs"), 고밀도 집적회로들("large scale integrated circuits: LSIs"), 초고밀도 집적회로들("very large scale integrated circuits: VLSIs") 등이 있다. 구성가능한 하드웨어의 예들로는, 프로그래밍가능 어레이 논리("programmable array logic: PALs"), 프로그래밍가능 논리 어레이들("programmable logic arrays: PLAs") 및 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이들("field programmable gate arrays: FPGAs")과 같은 하나 이상의 프로그래밍가능 논리 소자들이 있다. 프로그래밍가능 데이터 프로세서들의 예들로는, 마이크로프로세서들, 디지털 신호 프로세서들("DSPs"), 내장형 프로세서들, 그래픽 프로세서들, 매스 코프로세서들, 범용 컴퓨터들, 서버 컴퓨터들, 클라우드 컴퓨터들, 메인프레임 컴퓨터들, 컴퓨터 워크스테이션들 등이 있다. 예를 들어, 디바이스에 대한 제어 회로 내의 하나 이상의 데이터 프로세서들은 프로세서들에 액세스가능한 프로그램 메모리에서 소프트웨어 명령들을 실행함으로써 본 명세서에서 설명된 바와 같은 방법들을 구현할 수도 있다.

프로세싱은 중앙집중형일 수도 있고, 또는 분산형일 수도 있다. 프로세싱이 분산형인 경우, 소프트웨어 및/또는 데이터를 포함하는 정보는 중앙집중식으로 유지될 수도 있고, 또는 분산될 수도 있다. 이러한 정보는, 근거리 통신망(LAN), 광역 통신망(WAN), 또는 인터넷, 유선 또는 무선 데이터 링크들, 전자기 신호들, 또는 다른 데이터 통신 채널과 같은 통신 네트워크에 의해 상이한 기능 기구들 사이에서 교환될 수도 있다.

예를 들어, 프로세스들 또는 블록들이 주어진 순서로 나타내지지만, 대안의 예들은, 상이한 순서로, 단계들을 갖는 루틴들을 수행할 수도 있고, 또는 블록들을 갖는 시스템들을 채용할 수도 있으며, 몇몇 프로세스들 또는 블록들은, 대안의 또는 서브조합들을 제공하도록 삭제, 이동, 추가, 세분, 조합, 및/또는 변경될 수도 있다. 이들 프로세스들 또는 블록들 각각은 상이한 여러 가지 방식들로 구현될 수도 있다. 또한, 프로세스들 또는 블록들이 때때로 연속적으로 수행되는 것으로 도시되지만, 이들 프로세스들 또는 블록들은 그 대신에 동시에 수행될 수도 있고, 또는 상이한 시간에 수행될 수도 있다. 추가로, 구성요소들이 때때로 순차적으로 수행되는 것으로 도시되지만, 그들은 그 대신에 동시에 또는 상이한 순차들로 수행될 수도 있다.

소프트웨어 및 다른 모듈들은, 서버들, 워크스테이션들, 개인 컴퓨터들, 내장형 프로세서들, 프로세스 제어기들, 태블릿 컴퓨터들, 및 본 명세서에서 설명된 목적들에 적합한 기타 디바이스들에 상주할 수도 있다.

본 발명은 또한 프로그램 제품의 형태로 제공될 수도 있다. 프로그램 제품은, 데이터 프로세서에 의해 실행될 때, 그 데이터 프로세서로 하여금, 본 발명의 방법을 실행하게 하는 컴퓨터 판독가능 명령들의 세트를 운반한는 임의의 비일시적 매체를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 컴퓨터 판독가능 명령들은, 컴퓨터가, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 로봇식 핵산 크기 조정 시스템을 제어하고/하거나 본 명세서에서 설명된 바와 같은 핵산 크기 조정 시스템에서의 동작들을 예정하도록 프로그래밍할 수도 있다. 본 발명에 따른 프로그램 제품들은 다양한 형태들 중 임의의 형태일 수도 있다. 프로그램 제품은, 예를 들어 자기 데이터 저장 매체들(플로피 디스켓, 하드디스크 드라이브를 포함함), 광학 데이터 저장 매체들(CD ROM, DVD를 포함함), 전자 데이터 저장 매체들(ROM, 플래시 RAM, EPROM, 하드웨어 내장된 또는 프로그래밍된 칩들(예컨대, EEPROM 반도체 칩)을 포함함), 나노기술 메모리와 같은 비일시적 매체들을 포함할 수도 있다. 프로그램 제품 상의 컴퓨터 판독가능 신호들은 선택적으로 압축될 수도 있고 또는 암호화될 수도 있다.

몇몇 실시예들에서, 본 발명은 소프트웨어로 구현될 수도 있다. 더욱 명료하게, "소프트웨어"는 프로세서 상에서 실행되는 임의의 명령들을 포함하며, 펌웨어, 상주 소프트웨어, 마이크로코드 등을 포함할 수도 있다(그러나, 이들로 제한되지는 않는다). 처리용 하드웨어 및 소프트웨어 양측 모두는 당업자에게 공지된 바와 같이 전체적으로 또는 부분적으로 중앙집중형 또는 분산형(또는 이들의 조합)일 수도 있다. 예를 들어, 소프트웨어 및 다른 모듈들은 로컬 메모리를 통해, 네트워크를 통해, 분산형 컴퓨팅 상황에서의 브라우저 또는 다른 애플리케이션을 통해, 또는 전술된 목적들에 적합한 다른 수단을 통해 접근가능할 수도 있다.

구성소자(예컨대, 소프트웨어 모듈, 프로세서, 조립체, 디바이스, 회로 등)가 위와 같이 지칭되는 경우, 다르게 지시되지 않는다면, 그 구성소자에 대한 언급("수단"에 대한 언급을 포함함)은, 본 발명의 예시된 예시적 실시예들에서의 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 등가이지 않은 구성소자들을 포함하는 설명된 구성소자의 기능을 수행하는 임의의 구성소자(즉, 기능적으로 등가임)를 그 구성소자의 등가물들로서 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

시스템들, 방법들 및 장치의 특정 예들은, 예시의 목적들을 위해 본 명세서에 설명되어 있다. 이들은 단지 예시들에 불과하다. 본 명세서에서 제공되는 기술은 전술된 예시적 시스템들 외의 시스템들에 적용될 수 있다. 본 발명의 실행 내에서 많은 변경들, 수정들, 추가들, 생략들 및 치환들이 가능하다. 본 발명은, 특징들, 구성요소들 및/또는 동작들을 등가의 특징들, 구성요소들 및/또는 동작들과 교체함으로써; 상이한 실시예들로부터의 특징들, 구성요소들 및/또는 동작들을 혼합하고 일치시킴으로써; 본 명세서에서 설명된 바와 같은 실시예들로부터의 특징들, 구성요소들 및/또는 동작들을 다른 기술의 특징들, 구성요소들 및/또는 동작들과 조합함으로써; 그리고/또는 설명된 실시예들로부터의 특징들, 구성요소들 및/또는 동작들을 조합하는 것을 생략함으로써 획득된 변형들을 포함하는, 당업자에게 명백한 설명된 실시예들에 대한 변형들을 포함한다.

따라서, 이후에 소개되는 다음의 첨부한 청구범위 및 청구항들이 합리적으로 추론될 수도 있는 그러한 모든 변경들, 치환들, 추가들, 생략들 및 하위조합들을 포함하는 것으로 해석되는 것으로 의도된다. 청구범위의 범주는 예시들에서 설명된 바람직한 실시예들에 의해 제한되어서는 안 되지만, 전체적으로 설명과 부합하는 가장 넓은 범위의 해석을 부여 받아야 한다.

다수의 예시적 양태들 및 실시예들이 전술되었지만, 당업자라면, 그들의 어떤 변경들, 치환들, 추가들 및 하위조합들을 인지할 것이다. 따라서, 이하에서 소개되는 다음의 첨부한 청구범위 및 청구항들은 그러한 모든 변경들, 치환들, 추가들 및 하위조합들을 포함하는 것으로 해석되는 것으로 의도된다.

Claims (91)

1. 핵산들의 크기-선택을 위한 방법으로서,
   전기영동에 의해 채널을 따라 시료로부터 핵산들을 이동시키는 단계;
   상기 채널을 따라 이동하는 상기 핵산들의 참조 단편을 자동으로 감시하는 단계;
   상기 감시하는 단계에 기초하여, 상기 핵산들의 표적 단편의 크기를 특정하고, 상기 표적 단편의 크기에 기초하여 상기 채널 내의 추출 웰에서 상기 핵산들의 표적 단편의 도달 시간을 추정하는 단계; 및
   상기 도달 시간에 상기 추출 웰로부터 상기 표적 단편을 함유하는 유체를 추출하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 참조 단편은 상기 표적 단편과는 상이하고,
   상기 표적 단편의 상기 도달 시간을 추정하는 단계는 상기 추출 웰에서의 상기 참조 단편의 추정된 도달 시간과 상기 추출 웰에서의 상기 표적 단편의 추정된 상기 도달 시간 사이의 차이를 추정하는 단계를 포함하는, 방법.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 감시하는 단계는, 시간 간격을 두고, 상기 채널의 영상들을 획득하는 단계 및 영상들 내에서 상기 참조 단편에 대응하는 영역들을 식별하는 단계를 포함하는, 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 표적 단편의 상기 도달 시간을 추정하는 단계는 2개 이상의 영상들에서 상기 참조 단편의 위치들 사이의 차이들에 기초하여 상기 표적 단편의 평균 속도를 판정하는 단계를 포함하는, 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 채널을 따라 상기 핵산들을 이동시키는 단계 이전에, 상기 핵산들을 염료와 조합하는 단계를 포함하는, 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 염료는 형광단(fluorophore)을 포함하는, 방법.
8. 제7항에 있어서,
   각각의 상기 영상들을 획득하는 단계는 상기 채널의 복수의 상이한 노출들을 획득하도록 촬상 디바이스를 조작하는 단계 및 상기 영상을 생성하기 위해 상기 복수의 상이한 노출들을 조합하는 단계를 포함하되,
   상기 영상은 상기 복수의 상이한 노출들 중 임의의 노출보다 큰 명암비(dynamic range)를 갖는, 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 영상들을 획득하는 동안 UV 광으로 상기 채널을 조명하는 단계를 포함하는, 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 UV 광은 상기 염료의 흡수 대역에 대응하는 파장을 포함하는, 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 도달 시간을 추정한 이후에, 상기 추출 웰에서의 상기 표적 단편에 대한 도달 시간을 예정하는 단계;
    예정된 상기 도달 시간을 추정된 상기 도달 시간과 비교하는 단계; 및
    예정된 상기 도달 시간과 추정된 상기 도달 시간 사이의 임의의 차이에 기초하여 전기영동 신호의 하나 이상의 전기영동 파라미터들을 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전기영동 파라미터들을 조절하는 단계는 상기 전기영동 신호의 듀티 사이클(duty cycle)를 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
13. 제11항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전기영동 파라미터들을 조절하는 단계는 상기 전기영동 신호의 전위를 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
14. 제11항에 있어서,
    예정된 상기 도달 시간과 추정된 상기 도달 시간 사이의 차이를 포함하는 오차 신호에 기초하여 상기 하나 이상의 전기영동 파라미터들의 비례 귀환 제어(proportional feedback control)에 의해 상기 채널을 따르는 상기 핵산들의 이동 속도를 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
15. 제11항에 있어서,
    상기 채널로의 전기영동 신호의 인가를 일시적으로 중지시킴으로써 추정된 상기 도달 시간과 예정된 상기 도달 시간 사이의 차이를 감소시키는 단계를 포함하는, 방법.
16. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 핵산들의 참조 단편을 자동으로 감시하는 단계는
    영상 분석에 의해 상기 채널 내의 상기 추출 웰의 위치를 판정하는 단계를 포함하는, 방법.
17. 제16항에 있어서,
    상기 도달 시간은 상기 영상 분석에 의해 판정된 상기 추출 웰의 위치에 부분적으로 의존하여 추정되는, 방법.
18. 삭제
19. 제17항에 있어서,
    상기 표적 단편의 선두(leading) 및 선미(trailing)의 상기 추출 웰에서의 도달 시간을 추정하는 단계 및 상기 표적 단편의 상기 선두 및 선미의 상기 추출 웰에서의 추정된 상기 도달 시간에 기초하여 상기 표적 단편의 추출을 위한 시작 및 정지 시간들을 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
20. 제19항에 있어서,
    상기 표적 단편의 상기 선두가 상기 추출 웰에 도달할 때, 전기영동의 속도가 증가하도록 상기 채널에 대한 상기 전기영동을 자동으로 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
21. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 채널은 복수의 채널들 중 하나이고,
    상기 방법은 상기 복수의 채널들에서 복수의 시료들을 처리하도록 동시에 수행되는, 방법.
22. 제21항에 있어서,
    상기 복수의 채널들 각각의 전기영동 파라미터들은 독립적으로 제어되는, 방법.
23. 제22항에 있어서,
    상기 복수의 시료들을 상기 복수의 채널들 내로 이송하는 피펫을 포함하는 로봇 시스템을 조작하는 단계를 더 포함하는, 방법.
24. 제23항에 있어서,
    상기 추출 웰로부터 상기 표적 단편을 함유한 상기 유체를 추출하는 단계는 상기 추출 웰 내에 피펫 선단을 배치하도록 상기 로봇 시스템을 조작하는 단계, 상기 추출 웰로부터 상기 유체를 회수하도록 상기 피펫을 조작하는 단계, 및 제거된 상기 유체를 목적지 웰에 이송하도록 상기 로봇 시스템을 조작하는 단계를 포함하는, 방법.
25. 제24항에 있어서,
    상기 채널들 중 제1 채널에 대한 상기 표적 단편의 추정된 상기 도달 시간이 제2 채널에 대한 상기 표적 단편의 추정된 상기 도달 시간과는 상이하도록 상기 제1 및 제2 채널들에서의 상기 핵산들의 이동을 자동으로 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
26. 제23항에 있어서,
    상기 피펫은 다중 채널 피펫을 포함하고,
    상기 추출 웰로부터 상기 표적 단편을 함유한 상기 유체를 추출하는 단계는, 상기 다중 채널 피펫의 상기 채널들에 대한 피펫 선단들을 대응하는 복수 개의 상기 채널들의 상기 추출 웰들 내에 배치하도록 상기 로봇 시스템을 조작하고, 상기 추출 웰들로부터 상기 유체를 회수하도록 상기 피펫을 조작하며, 제거된 상기 유체를 대응하는 복수 개의 목적지 웰들에 이송하도록 상기 로봇 시스템을 조작함으로써, 상기 복수 개의 채널들에 대해 동시에 수행되는, 방법.
27. 제26항에 있어서,
    상기 복수 개의 채널들 각각에 대한 상기 표적 단편들의 추정된 상기 도달 시간이 동일하도록 상기 복수 개의 채널들에서의 상기 핵산들의 이동을 자동으로 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
28. 제27항에 있어서,
    상기 복수 개의 채널들에 대한 표적 단편들은 복수 개의 상이한 표적 단편들을 포함하는, 방법.
29. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 핵산의 상기 표적 단편은 관심 핵산 분자에 결합되는 연결자를 포함하고,
    상기 핵산들의 상기 참조 단편은 상기 관심 핵산 분자에 결합되지 않는 연결자를 포함하는, 방법.
30. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 감시하는 단계는 상기 채널을 따른 상기 핵산들의 복수 개의 참조 단편들의 진행을 자동으로 감시하는 단계를 포함하며, 상기 참조 단편은 상기 핵산들의 상기 복수 개의 참조 단편들 중 하나인, 방법.
31. 제30항에 있어서,
    상기 핵산들의 상기 복수 개의 참조 단편들은 공지된 크기들의 DNA 또는 RNA 래더(ladder)를 포함하는, 방법.
32. 삭제
33. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 핵산들은 적어도 제1 표적 단편 및 제2 표적 단편을 포함하며,
    상기 추정하는 단계 및 추출하는 단계는,
    상기 채널 내의 상기 추출 웰에서의 상기 제1 표적 단편의 도달 시간을 추정하는 단계;
    상기 제1 표적 단편의 추정된 상기 도달 시간에 상기 추출 웰로부터 상기 제1 표적 단편을 함유한 유체를 추출하는 단계;
    상기 채널에서 전기영동을 계속하는 단계;
    상기 채널 내의 상기 추출 웰에서 상기 제2 표적 단편의 도달 시간을 추정하는 단계; 및
    상기 제2 표적 단편의 추정된 상기 도달 시간에 상기 추출 웰로부터 상기 제2 표적 단편을 함유한 유체를 추출하는 단계를 포함하는, 방법.
34. 제33항에 있어서,
    상기 제1 표적 단편을 함유한 상기 유체 및 상기 제2 표적 단편을 함유한 상기 유체를 별도의 목적지 웰들로 이송하는 단계를 포함하는, 방법.
35. 제33항에 있어서,
    상기 제1 표적 단편을 함유한 상기 유체 및 상기 제2 표적 단편을 함유한 상기 유체를 동일한 목적지 웰로 이송하는 단계를 포함하는, 방법.
36. 제35항에 있어서,
    상기 제1 표적 단편을 추출하기 위한 제1 예정 시간을 예정하는 단계 및 상기 제2 표적 단편을 추출하기 위한 제2 예정 시간을 예정하는 단계를 포함하는, 방법.
37. 제36항에 있어서,
    상기 제1 예정 시간에 상기 제1 표적 단편을 상기 추출 웰에 가져 오도록 상기 채널에 대한 하나 이상의 전기영동 파라미터들을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
38. 제36항에 있어서,
    상기 제1 표적 단편이 추출된 후, 상기 제2 예정 시간에 상기 제2 표적 단편을 상기 추출 웰에 가져 오도록 상기 채널에 대한 하나 이상의 전기영동 파라미터들을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
39. 제33항에 있어서,
    상기 핵산들은 복수 개의 표적 단편들을 포함하고, 상기 복수 개의 표적 단편들은 복수의 상이한 시간들에 상기 채널의 상기 추출 웰로부터 추출되는, 방법.
40. 제21항에 있어서,
    상기 복수 개의 채널들 중 각각의 채널에서의 상기 핵산들은 복수 개의 표적 단편들을 포함하고, 상기 채널들 중 각각의 채널에서의 상기 복수 개의 표적 단편들은 복수의 시간들에 상기 추출 웰로부터 추출되는, 방법.
41. 제40항에 있어서,
    공통의 제1 예정 시간에 상기 복수 개의 채널들의 상기 복수 개의 표적 단편들 중 제1 표적 단편들을 상기 추출 웰에 가져 오도록 상기 채널들에 대한 하나 이상의 전기영동 파라미터들을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
42. 제41항에 있어서,
    상이한 시간들에 상기 복수 개의 채널들의 상기 복수 개의 표적 단편들 중 제1 표적 단편들을 상기 추출 웰들에 가져 오도록 상기 채널들에 대한 하나 이상의 전기영동 파라미터들을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
43. 제41항에 있어서,
    공통의 제2 예정 시간에 상기 복수 개의 채널들의 상기 복수 개의 표적 단편들 중 제2 표적 단편들을 상기 추출 웰들에 가져 오도록 상기 채널들에 대한 하나 이상의 전기영동 파라미터들을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
44. 제42항에 있어서,
    상이한 시간들에 상기 복수 개의 채널들의 상기 복수 개의 표적 단편들 중 제2 표적 단편들을 상기 추출 웰들에 가져 오도록 상기 채널들에 대한 하나 이상의 전기영동 파라미터들을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
45. 핵산들의 크기-선택을 위한 방법으로서,
    핵산들을 함유한 시료들을 복수 개의 채널들 내에 로딩하되, 각각의 채널은 추출 웰을 포함하는 것인 단계;
    상기 핵산들을 전기영동에 의해 상기 추출 웰들을 향해 이동시키는 단계;
    상기 핵산들의 표적 단편의 크기를 특정하고, 상기 표적 단편의 크기에 기초하여 상기 채널 내의 추출 웰에서 상기 핵산들의 표적 단편의 도달 시간을 추정하는 단계;
    대응하는 추출 웰들을 향하여 이동하는 상기 표적 단편들을 감시하는 단계; 및
    상기 표적 단편들로 하여금 상기 도달 시간들에 상기 추출 웰들에 도달하게 하도록 상기 감시하는 단계에 기초하여 상기 채널들에서 전기영동을 독립적으로 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
    
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