DE112022007032T5

DE112022007032T5 - Verfahren zum steuern des flüssigkeitstransports in einem strömungsweg eines biomolekül-analysators unter verwendung eines computers und biomolekülreinigungssystem

Info

Publication number: DE112022007032T5
Application number: DE112022007032.3T
Authority: DE
Inventors: Sayaka TEZUKA; Tatsuo Nakagawa
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2022-07-14
Filing date: 2022-07-14
Publication date: 2025-02-20
Also published as: GB2633945A; CN119173751A; GB202416619D0; JP7799061B2; JPWO2024013952A1; WO2024013952A1

Abstract

Um selbst ohne eine zusätzliche Strömungswegstruktur zu verhindern, dass Luft über eine Reinigungsmembran hinausläuft, schlägt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Steuern des Flüssigkeitstransports in einem Strömungsweg eines Biomolekülanalysators durch einen Computer vor. Der Biomolekülanalysator weist eine erste Kammer, die eine erste Flüssigkeit speichert, eine zweite Kammer, die eine zweite Flüssigkeit speichert, eine Membrankammer mit einer Reinigungsmembran und eine Abfallflüssigkeitskammer auf. Das Verfahren umfasst das Steuern des Transports der zweiten Flüssigkeit, bis sie zumindest über einen Zusammenführungspunkt zwischen einem ersten Strömungsweg, der von der ersten Kammer zur Abfallflüssigkeitskammer führt, und einem zweiten Strömungsweg, der von der zweiten Kammer ausgeht, hinausgelaufen ist, und das Ausstoßen eines Fluids, das von der ersten und der zweiten Flüssigkeit verschieden ist, aus dem zweiten Strömungsweg durch den Computer, das Steuern des Transports der ersten Flüssigkeit von der ersten Kammer über die Membrankammer zur Abfallflüssigkeitskammer durch den Computer und das Steuern des Transports der zweiten Flüssigkeit in der zweiten Kammer von der zweiten Kammer zur Membrankammer durch den Computer.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Flüssigkeitstransports in einem Strömungsweg eines Biomolekülanalysators durch einen Computer und ein Biomolekülreinigungssystem.
Technischer Hintergrund
Wenn Gene analysiert werden, werden beispielsweise eine Lysierung einer Probe und eine Reinigung und Amplifikation einer Nukleinsäure als Vorbehandlung ausgeführt und wird dann ein amplifiziertes Produkt nachgewiesen. Bei diesem Prozess tritt das Risiko einer Verunreinigung und einer komplizierten Probeneinstellung auf. Daher gab es herkömmlich einen allgemeinen Ablauf, bei dem eine Probe zu einer Umgebung gesendet wird, die mit einer Versuchseinrichtung in der Art eines Labors versehen ist, und ein Techniker mit spezialisiertem Wissen und Techniken eine Probeneinstellung und -messung zur Analyse von Daten ausführt. Dabei treten jedoch die Probleme auf, dass der Transport der Probe Zeit in Anspruch nimmt und dass hohe Geräte- und Laborkosten erforderlich sind, um die Versuchseinrichtung zu unterhalten. Zusätzlich ist es, falls eine Stapelverarbeitung eingeführt wird, um die Effizienz zu erhöhen, schwierig, eine Unterbrechung für eine dringende Probe vorzunehmen.
In den letzten Jahren ist auf verschiedenen Gebieten ein StoA(Sample-to-answer)-System aufgetreten, das vom Empfang einer Probe bis zur Ausführung einer Messung und Datenerfassung vollautomatisch arbeitet. Im StoA-System kann ein Strömungsweg-Chip verwendet werden, in den eine Kammer, ein Strömungsweg und ein Reagens integriert sind. Durch die Einführung des Strömungsweg-Chips können die folgenden Vorteile erhalten werden, nämlich (i) eine Messung kann durch einen Nichtfachmann leicht ausgeführt werden, (ii) Daten können in kurzer Zeit erfasst werden, (iii) es kann eine sehr tragbare Vorrichtung entwickelt werden, (iv) die bei einer Prozedur auftretende Variation wird verringert, und (v) die Lagerung eines Reagens wird erleichtert.
Die Anwendungsgebiete des StoA-Strömungsweg-Chips umfassen beispielsweise die Gerichtsmedizin, die In-vitro-Diagnose, die Identifikation von Tier- und Pflanzenarten, die Bioabwehr, die Medizin, die Biotechnologie, die Biowissenschaften, die Verteidigung, das öffentliche Gesundheitswesen und die Landwirtschaft, einschließlich möglicher Anwendungen. Falls eine Genanalyse an einem StoA-Strömungsweg-Chip ausgeführt wird, ist es wünschenswert, dass ein Teil des die Probe direkt berührenden Strömungswegs oder dieser gesamte Strömungsweg für jede Messung austauschbar ist, um zu verhindern, dass die Probe zwischen den Analysen gemischt wird. Zur Verringerung der Kosten des Einweg-Chips werden Maßnahmen in der Art eines Entwurfs, der leicht herzustellen ist, und der Verwendung eines kostengünstigen Materials ergriffen.
Bei einem solchen kostengünstigen Chip ist die Druckfestigkeit jedoch durch ein Ventil, die Chip-Bondstärke und dergleichen begrenzt. Im Fall von PTL 1 hat ein Strömungsweg-Chip beispielsweise eine einfache Struktur, bei der zwei thermoplastische Harze aneinander gebondet sind. Die Druckfestigkeit dieses Chips ist durch ein Ventil begrenzt, und es wird beschrieben, dass sie 68 kPa beträgt. Beispielsweise wird im Fall von PTL 2 beschrieben, dass die Druckfestigkeit des Strömungsweg-Chips 124 kPa beträgt. Dagegen beträgt bei großräumigen Strömungswegsystemen, beispielsweise in der Flüssigchromatographie, der für den Lösungstransport verwendbare Druck mehr als einige MPa. Im Fall von Spin-Säulen, die bei der Reinigung von Nukleinsäuren weit verbreitet verwendet werden, können Drücke bis zu 500 kPa angewendet werden. Wie vorstehend beschrieben, ist der Druck, der verwendet werden kann, wenn eine Probenverarbeitung im StoA-Strömungsweg-Chip ausgeführt wird, gewöhnlich geringer als jener in einem Tischsystem.
Beim StoA-System muss der Transport der Lösung bei begrenztem Raum und Druck automatisch erfolgen. Demgemäß ist es vorteilhaft, wenn sich im Strömungsweg keine Luftblasen befinden. Dies liegt daran, dass Bedenken bestehen, dass der Transport der Lösung durch die im Strömungsweg eingeschlossene Luft unvollständig wird oder dass dadurch ein unerwarteter Vorgang hervorgerufen wird. Um das durch das Vorhandensein von Luft in einem solchen Strömungsweg hervorgerufene Problem zu lösen, wird gemäß NPL 1 ein Material, durch das Luft entweicht, für den Strömungsweg verwendet. Gemäß NPL 2 und PTL 3 ist in einem Strömungsweg eine Struktur zum Entfernen von Luft installiert. Das Problem kann auch durch Komprimieren oder Bewegen der Luft unter hohem Druck gelöst werden.
Zitatliste
Patentliteratur

PTL 1: US-Patent Nr. 10233491
PTL 2: US-Patent Nr. 9354199
PTL 3: japanisches Patent Nr. 6613212

Nicht-Patentliteratur

NPL 1: „PDMS membranes with tunable gas permeability for microfluidic applications - RSC Advances (RSC Publishing) DOI:10.1039/C4RA1293B", RSC Adv., 2014, 4, 61415
NPL 2: „Integrated Microfluidic System for Rapid Forensic DNA Analysis: Sample Collection to DNA Profile/Analytical Chemistry (acs.org)", Anal. Chem. 2010, 82, 16, 6991-6999

Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei der Reinigung und Gewinnung von Nukleinsäuren unter Verwendung einer Reinigungsmembran beispielsweise aus Silika kann eine hohe Effizienz der Gewinnung mit einer einfachen Strömungswegstruktur erreicht werden. Falls dieses Reinigungsverfahren in einem Strömungsweg mit einem begrenzten Raum, wodurch Luft entweichen kann, ausgeführt wird, treten jedoch die folgenden Probleme auf. Wenn Luft in die Kammer eindringt, in der die Membran untergebracht ist, muss sie die Membrankammer durchqueren. Beispielsweise muss, nachdem ein Lysat durch eine Membran hindurchgetreten ist, wenn Luft durch die Membran hindurchtritt, während sie mit dem Lysat benetzt ist, der angewendete Druck einen durch den folgenden Ausdruck (1) definierten Laplace-Druck PL überschreiten.

[Math. 1] $P_{L} = \frac{4 γ cos θ}{d}$
Hier sind θ, d und γ der Kontaktwinkel zwischen der den Film benetzenden Flüssigkeit und dem Film, der Porendurchmesser der Membran bzw. die Oberflächenspannung der Flüssigkeit. Falls eine feinporige Silikamembran für die Reinigung verwendet wird, wird davon ausgegangen, dass der Laplace-Druck erheblich ist, weil d klein ist.
In dieser Hinsicht kann durch Bereitstellen einer Struktur zum Ablassen von Luft wie bei den in PTL 3, NPL 1 und NPL 2 offenbarten Techniken verhindert werden, dass Luft durch die Membran hindurchtritt.
Falls dieser Ansatz verwendet wird, muss jedoch eine zusätzliche Struktur im Strömungsweg bereitgestellt werden. Für diese zusätzliche Struktur gibt es Einschränkungen in Bezug auf die verwendbaren Materialien und Bedenken hinsichtlich einer Erhöhung der Kosten und Größe des Chips durch die Bereitstellung einer zusätzlichen Struktur.
Ferner bedeckt die in der Reinigungskammer installierte Reinigungsmembran im Fall von PTL 1 nicht die gesamte Oberfläche des Strömungswegs. Weil in diesem Fall die Luft bis über die Seite der Reinigungsmembran hinausläuft, tritt das vorstehend beschriebene Problem nicht auf. Weil der Anteil des in Kontakt mit der Membran stehenden Lysats abnimmt, bestehen jedoch Bedenken, dass die Rückgewinnungsrate abnimmt.
Angesichts dieser Situation schlägt die vorliegende Offenbarung eine Technik vor, um auch ohne eine zusätzliche Strömungswegstruktur zu verhindern, dass ein Fluid (Luft, Stickstoff und andere Gase) über eine Reinigungsmembran hinausläuft.
Lösung des Problems
Zur Lösung der vorstehenden Probleme sieht die vorliegende Offenbarung beispielsweise ein Verfahren zum Steuern des Flüssigkeitstransports in einem Strömungsweg eines Biomolekülanalysators durch einen Computer vor. Der Biomolekülanalysator weist eine erste Kammer, die eine erste Flüssigkeit speichert, eine zweite Kammer, die eine zweite Flüssigkeit speichert, eine Membrankammer mit einer Reinigungsmembran und eine Abfallflüssigkeitskammer auf. Das Verfahren umfasst das Steuern des Transports der zweiten Flüssigkeit, bis sie zumindest über einen Zusammenführungspunkt zwischen einem ersten Strömungsweg, der von der ersten Kammer zur Abfallflüssigkeitskammer führt, und einem zweiten Strömungsweg, der von der zweiten Kammer ausgeht, hinausgelaufen ist, und das Ausstoßen eines Fluids, das von der ersten und der zweiten Flüssigkeit verschieden ist, aus dem zweiten Strömungsweg durch den Computer, das Steuern des Transports der ersten Flüssigkeit von der ersten Kammer über die Membrankammer zur Abfallflüssigkeitskammer durch den Computer und das Steuern des Transports der zweiten Flüssigkeit in der zweiten Kammer von der zweiten Kammer zur Membrankammer durch den Computer.
Weitere Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden anhand der vorliegenden Beschreibung und der anliegenden Zeichnungen verständlich werden. Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden durch Elemente, Kombinationen verschiedener Elemente und Aspekte der folgenden detaillierten Beschreibung und der anliegenden Ansprüche erreicht und verwirklicht. Die vorliegende Beschreibung dient lediglich als Beispiel und soll den Geltungsbereich der Ansprüche oder Anwendungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Durch die Technologie der vorliegenden Offenbarung kann auch ohne eine zusätzliche Strömungswegstruktur verhindert werden, dass Luft über die Reinigungsmembran hinausläuft.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:

1 ein Diagramm eines Konfigurationsbeispiels eines Biomolekülanalysators 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform,
2 ein Diagramm einer abgeleiteten Form eines Teils des Biomolekülanalysators 100 und eines Strömungsweg-Chips 114,
3 ein Diagramm eines Beispiels einer Prozedur zur Ausführung einer biologischen Analyse unter Verwendung des Biomolekülanalysators 100,
4 ein Diagramm eines Beispiels der internen Konfiguration eines Computers 115,
5 ein Diagramm eines Konfigurationsbeispiels eines Reinigungssystems 301 mit einem Hauptteil eines Strömungsweg-Chips 114 gemäß einem ersten Beispiel, wobei es sich um einen Hauptteil des Strömungsweg-Chips 114 beim Abschluss oder bei der Ausführung einer Probenlysierungsprozedur 202 handelt,
6 ein Diagramm von Reinigungsprozessen I bis V gemäß dem ersten Beispiel,
7 ein Flussdiagramm, das dem in 6 dargestellten Prozess entspricht,
8 ein Diagramm zur Erklärung eines Reinigungsprozesses gemäß einem Vergleichsbeispiel,
9 ein Flussdiagramm eines Reinigungsprozesses gemäß 8,
10 eine schematische Ansicht einer Position einer Lösung während des Transports und ein Diagramm einer gemäß dem Experiment des ersten Beispiels gemessenen Druckänderung,
11 ein Diagramm eines Konfigurationsbeispiels eines Reinigungssystems 400 mit einem Hauptteil eines Strömungsweg-Chips 114 gemäß einem zweiten Beispiel, wobei es sich um einen Hauptteil des Strömungsweg-Chips 114 beim Abschluss oder bei der Ausführung einer Probenlysierungsprozedur 202 handelt,
12 ein Diagramm zur Erklärung der Reinigungsprozesse I bis V gemäß dem zweiten Beispiel,
13 ein Diagramm eines Konfigurationsbeispiels eines Reinigungssystems 500 mit einem Hauptteil eines Strömungsweg-Chips 114 gemäß einem dritten Beispiel, wobei es sich um einen Hauptteil des Strömungsweg-Chips 114 beim Abschluss oder bei der Ausführung einer Probenlysierungsprozedur 202 handelt,
14 ein Diagramm zur Erklärung der Reinigungsprozesse I bis V gemäß dem dritten Beispiel,
15 ein Flussdiagramm, das dem in 14 dargestellten Reinigungsprozess entspricht,
16 ein Diagramm eines Konfigurationsbeispiels eines Reinigungssystems 600 mit einem Hauptteil eines Strömungsweg-Chips 114 gemäß einem vierten Beispiel, wobei es sich um einen Hauptteil des Strömungsweg-Chips 114 beim Abschluss oder bei der Ausführung einer Probenlysierungsprozedur 202 handelt,
17 ein Diagramm zur Erklärung der Reinigungsprozesse I bis V gemäß dem vierten Beispiel,
18 ein Diagramm zur Erklärung der Reinigungsprozesse I bis V gemäß einem fünften Beispiel und
19 ein Diagramm zur Erklärung der Reinigungsprozesse I bis V gemäß einem sechsten Beispiel.

Beschreibung von Ausführungsformen
Die vorliegende Ausführungsform schlägt eine Technik zur Installation einer Reinigungsmembran, bei der keine Anforderung einer strukturellen Robustheit besteht, in einem Strömungsweg-Chip vor, indem bei jedem Beispiel der für den Flüssigkeitstransport im Strömungsweg-Chip erforderliche Druck verringert wird. Zuerst wird jedes Merkmal des Biomolekülanalysators gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, und es werden dann die jeweiligen Beispiele beschrieben. In den diese Anmeldung begleitenden Zeichnungen können funktionell gleiche Elemente mit den gleichen Zahlen bezeichnet sein. Es sei bemerkt, dass die anliegenden Zeichnungen dem Verständnis der vorliegenden Offenbarung dienen und nicht verwendet werden sollten, um die vorliegende Offenbarung einschränkend zu interpretieren, selbst wenn die anliegenden Zeichnungen spezifische Ausführungsformen und Implementationsbeispiele zeigen, die mit den Grundgedanken der vorliegenden Offenbarung vereinbar sind. Ferner wurde die vorliegende Ausführungsform detailliert genug beschrieben, damit Fachleute die vorliegende Offenbarung implementieren können, wobei jedoch zu verstehen ist, dass andere Implementierungen und Modi möglich sind und Änderungen an den Konfigurationen und Strukturen vorgenommen werden können und verschiedene Elemente ersetzt werden können, ohne vom Geltungsbereich und vom Grundgedanken der technischen Idee der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Daher sollte die folgende Beschreibung nicht als darauf beschränkt interpretiert werden.
In den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann der computergesteuerte Betrieb durch Software implementiert werden, die auf einem Computer für allgemeine Zwecke läuft, oder sie kann durch dedizierte Hardware oder eine Kombination von Software und Hardware implementiert werden.
(1) Merkmale des Biomolekülanalysators
<Strömungsweg-Chip>
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform bezieht sich „Strömungsweg-Chip (oder einfach Chip)“ auf eine Einweg- oder Mehrwegkartusche, worin sich ein Reagens, eine Kammer und ein Strömungsweg befinden. Im Strömungsweg-Chip kann sich eine Lösungstransport-Stromquelle befinden. Einige oder alle Reagenzien können sich im Chip befinden. Ein Teil der Kammer kann eine Temperatursteuerfunktion, eine Funktion zum Einfangen von Molekülen, eine Nachweisfunktion und eine Spannungsanlegefunktion aufweisen.
Das Material des Strömungsweg-Chips ist nicht besonders beschränkt, solange es sich dabei um ein auf dem technischen Gebiet allgemein verwendetes Material handelt. Beispielsweise wird Polypropylen, ein zyklisches Olefinpolymer (COP), ein zyklisches Olefincopolymer (COC), Polycarbonat, Polyethylenterephthalat oder Polyurethan vorzugsweise als Material mit einem kleinen DNA-Adsorptionsbetrag verwendet. Es ist auch wünschenswert, den Adsorptionsbetrag durch Modifizieren der Oberfläche, so dass sie negativ geladen ist, zu verringern. Beispiele anderer Materialien sind Metalle in der Art von Gold, Silber, Kupfer, Aluminium, Wolfram, Molybdän, Chrom, Platin, Titan und Nickel, Legierungen in der Art von Edelstahl, Hastelloy, Inconel, Monel und Duralumin, Silicium, Glasmaterialien in der Art von Glas, Quarzglas, geschmolzenem Quarz, synthetischem Quarz, Aluminiumoxid, Saphir, Keramik, Forsterit und lichtempfindlichem Glas, Kunststoffe in der Art von Polyesterharzen, Polystyrol, Polyethylenharzen, ABS-Harzen (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Harzen), Dimethylpolysiloxan (PDMS), Nylon, Acrylharzen, Fluorharzen, Polycarbonatharzen, Polyurethanharzen, Methylpentenharzen, Phenolharzen, Melaminharzen, Epoxidharzen und Vinylchloridharzen, Agarose, Dextran, Zellulose, Polyvinylalkohol, Nitrozellulose, Chitin, Chitosan oder eine Kombination davon.
Falls die Querschnittsfläche des Strömungswegs zu groß ist, bestehen Bedenken, dass Flüssigkeitsrückstände oder Probenverluste auftreten. Zusätzlich ist es schwierig, Druck auszuüben, falls die Querschnittsfläche zu groß ist. Andererseits tritt, wenn die Querschnittsfläche zu klein ist, das Problem auf, dass ein hoher Druck für den Transport der Lösung erforderlich ist oder die für den Transport der Lösung erforderliche Zeit lang wird. Daher kann die Querschnittsfläche des Strömungswegs im Bereich von 1 µm² bis 314 mm² liegen. Die Querschnittsfläche kann bei einer bevorzugteren Konfiguration im Bereich von 400 µm² bis 100 mm² liegen. Die Querschnittsfläche kann bei einer noch bevorzugteren Konfiguration im Bereich von 0,01 mm² bis 10 mm² liegen.
Falls die Länge des Strömungswegs zu gering ist, lassen sich nur schwer Elemente in der Art von Ventilen aufnehmen. Falls die Länge des Strömungswegs zu hoch ist, bestehen Bedenken, dass die Größe des Chips zunehmen kann. Daher kann die Länge des die Konfigurationen des Chips verbindenden Strömungswegs 1 µm bis 100 cm betragen. Ein bevorzugterer Bereich kann 1 mm bis 50 cm sein. Ein noch bevorzugterer Bereich kann 5 mm bis 30 cm sein.
<Kammer>
Die Kammer bedeutet einen Raum, in dem eine Flüssigkeit oder ein Feststoff gespeichert werden kann, wobei ihr Durchmesser gleich jenem des Strömungswegs oder größer als dieser ist. Das Reagens kann in der Kammer gespeichert werden, und PCR, Lyse, Reinigung oder dergleichen können in der Kammer ausgeführt werden.
Das Volumen der Kammer beträgt beispielsweise 0,01 µl bis 10 I. Wenn das Volumen größer als 10 I ist, lässt sich die Vorrichtung nur schwer tragen. Bei einem bevorzugteren Beispiel kann das Volumen der Kammer 0,1 µl bis 2 I betragen. Es sei bemerkt, dass nicht alle Kammern im Chip installiert sein müssen und auch im Vorrichtungshauptkörper oder einem anderen unabhängigen Chip bereitgestellt sein können.
Falls die Kammer im Chip installiert ist, kann das Volumen der Kammer 0,01 µl bis 50 ml betragen. Wenn das Volumen größer als 50 ml ist, wird der Chip groß, und es wird schwierig, ihn zu lagern.
Der Chip speichert in einer oder mehreren Reagenzspeicherkammern ein oder mehrere Reagenzien. Wenn diese Reagenzien zu einem nicht vorgesehenen Zeitpunkt gemischt werden, wird die Funktionsweise beeinträchtigt und können andere unerwartete Ergebnisse hervorgerufen werden. Daher ist es wünschenswert, dass diese Reagenzien bis unmittelbar vor der Verwendung durch einen Trennmechanismus mit einem Ventil, einem Film, Luft, einem Strömungsweg, der dünn genug ist, um ein spontanes Mischen zu verhindern, oder einer Kombination davon getrennt werden. Durch Isolieren des Reagens von der Außenluft können eine langfristige Lagerung und Tragbarkeit des Chips verwirklicht werden.
Ähnlich ist das Reagens, falls es außerhalb des Chips gespeichert wird (falls die Kammer außerhalb des Strömungsweg-Chips befestigt ist), wünschenswerterweise in einem von der Außenluft isolierten Zustand gespeichert und durch ein Ventil, einen Film, Luft oder dergleichen von anderen Komponenten des Reinigungssystems getrennt.
<Reinigungssystem>
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform bedeutet „Reinigungssystem“ ein System, bei dem eine im Strömungsweg-Chip bereitgestellte Reinigungsmembran und eine die Reinigungsmembran aufnehmende Membrankammer Biomoleküle, die im Lysat enthalten sind, das in der Lysekammer gespeichert ist, einfangen, und das Lysat anschließend mit einem in einer Waschpufferkammer gespeicherten Waschpuffer gewaschen wird.
Die Lysekammer und die Waschpufferkammer können außerhalb des Strömungsweg-Chips bereitgestellt sein, oder eine oder beide von ihnen können im Chip bereitgestellt sein.
Das Reinigungssystem kann dafür ausgelegt sein, selektiv spezifische Biomoleküle einzufangen. Beispielsweise kann DNA selektiv aus einer Proteine, DNA, Ionen und dergleichen enthaltenden Flüssigkeit extrahiert werden. Das Reinigungssystem kann ein Reinigungssystem zur Gewinnung eines Moleküls sein, das RNA, ein Biopolymer (Nukleinsäuren, Proteine, Lipide, Polysaccharide), ein Biomonomer (Aminosäuren, Lipide, Zucker, Nukleobasen) und ein Derivat davon in seiner Struktur enthält. Es kann ein System zur Gewinnung mehrerer Arten dieser Moleküle verwendet werden. Ein Beispiel ist ein System, das in der Lage ist, DNA und RNA zu gewinnen, und bei dem eine Silikamembran als Reinigungsmembran verwendet wird.
<Probentyp>
Die Probe, auf die das Reinigungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform einwirken soll, ist nicht besonders beschränkt, solange sie von einem Organismus stammt. Der Organismus, von dem die Probe stammt, ist nicht besonders beschränkt, und es kann eine Probe verwendet werden, die von einem Organismus in der Art eines Wirbeltiers (beispielsweise Säugetiere, Vögel, Reptilien, Fische, Amphibien und dergleichen), eines Wirbellosen (beispielsweise Insekten, Nematoden, Krebstiere und dergleichen), einer Pflanze, eines Protisten, eines Pilzes, eines Bakteriums oder eines Virus stammt.
Bei der Entnahme einer Probe kann ein Tupfer, ein Filterpapier, ein Tuch oder dergleichen als Träger verwendet werden. Die Probe kann zusammen mit dem Träger in das Reinigungssystem eingebracht werden.
<Lysat>
Wenn die Probe zur Membrankammer transportiert wird, muss sie in einer Form vorliegen, in der sie durch den Strömungsweg fließen kann. Falls sich die Probe in einem festen Zustand befindet (beispielsweise eine Tupferprobe), ist es daher bevorzugt, die feste Probe in einem Lysepuffer aufzulösen oder zu suspendieren, um ein flüssiges Lysat zu erhalten. Die Probe braucht nicht ganz aufgelöst zu werden. Eine Stelle, die nach der Lyse fest ist oder eine hohe Viskosität aufweist, kann in der Lysekammer verbleiben. Falls die Probe gasförmig ist (beispielsweise in Form von Luft, Atemluft und dergleichen), ist es bevorzugt, eine flüssige Probe durch Suspendieren in der Gasprobe enthaltener Zellen in einem Lösungsmittel zu erhalten. Präparationsverfahren, um eine Probe in ein Lysat zu überführen, sind auf dem Fachgebiet üblich und können von Fachleuten leicht verstanden werden. Beispielsweise kann der Lysepuffer ein chloriertes Material in der Art von Kalziumhypochlorid enthalten. Bei einem anderen Beispiel kann die Substanz enzymatische Aktivitäten in der Art von DNAase, RNAase, Protease und dergleichen enthalten. Der Lysepuffer kann, falls erforderlich, eine Substanz, welche die Freisetzung von Biomolekülen erleichtert, wie Chaotrope, ein Tensid und KOH, oder eine Substanz, welche die Bindung von Nukleinsäure an die Reinigungsmembran erleichtert, enthalten. Die Mischung kann, falls erforderlich, einem Prozess in der Art von Erwärmen und Umrühren unterzogen werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform bedeutet „Lysat“ eine Substanz, die durch Umwandeln einer von einem Organismus stammenden Probe in eine Flüssigkeit mit einer Viskosität von 100000 mPa·s oder weniger unter Verwendung eines Lysepuffers erhalten wird. Bei einem bevorzugteren Zustand kann das Lysat eine Viskosität von 10000 mPa·s oder weniger aufweisen. Bei einem noch bevorzugteren Zustand kann das Lysat eine Viskosität von 1000 mPa·s oder weniger aufweisen.
<Lösungstransportsteuerung>
Ein Ventil kann zur Steuerung des Transports der Lösung verwendet werden. Es kann eine Lösungssteuerung über den Strömungswegwiderstand geschehen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform (bei jedem Beispiel) wird der Luftdruck als Antrieb für den Lösungstransport verwendet. Der Luftdruck, eine mechanische Kompression, die Zentrifugalkraft oder dergleichen kann als Antrieb für den Lösungstransport verwendet werden.
Falls der für den Transport verwendete Druck zu hoch ist, überschreitet er die Druckfestigkeit des Chips. Falls der für den Transport verwendete Druck zu niedrig ist, wird die für den Transport benötigte Zeit lang, was zu einer Verlängerung der Messzeit führt. Daher kann der für den Transport verwendete Druck im Bereich von 0,1 kPa bis 1 MPa liegen. In einem schmaleren Bereich kann der Transport der Lösung bei 0,1 kPa bis 500 kPa und in einem noch schmaleren Bereich bei 0,1 kPa bis 200 kPa erfolgen. Die für den Transport verwendete Zeit kann bis zu 1 Stunde pro Schritt, 10 Minuten in einem schmaleren Bereich und 5 Minuten in einem noch schmaleren Bereich betragen. Falls die zu transportierende Flüssigkeitsmenge zu groß ist, nehmen die Zeit und der Druck, die für den Transport erforderlich sind, zu, und es nehmen auch die Kosten für den Chip und das Reagens zu. Daher kann die zu transportierende Flüssigkeitsmenge pro Reagens 1 I oder weniger, 10 ml oder weniger in einem schmaleren Bereich und 2 ml oder weniger in einem noch schmaleren Bereich betragen.
<Waschpuffer>
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform bedeutet „Waschpuffer“ eine Flüssigkeit, die für das Abwaschen von Substanzen, die an der Reinigungsmembran haften und für die nachfolgenden Schritte nicht benötigt werden, verwendet wird. Der Waschpuffer kann nicht in der Lage sein, alle nicht benötigten Substanzen abzuwaschen, und kann einige oder alle benötigten Substanzen abwaschen.
Entsprechend dem vorstehenden Ausdruck (1) kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Waschpuffer mit den folgenden Merkmalen verwendet werden. Erstens sind Waschpuffer geeignet, die eine höhere Verdampfungsgeschwindigkeit als das Lysat aufweisen. Zusätzlich ist es wünschenswert, dass das Lysat und der Waschpuffer verträglich sind. Ferner ist es wünschenswert, dass der Kontaktwinkel mit der Reinigungsmembran kleiner ist (die Benetzbarkeit niedriger ist) oder die Grenzflächenspannung niedriger ist als jene des Lysats. Beispiele von Waschpuffern, die eine solche Anforderung erfüllen, sind Ethanol und Isopropanol. Eine Flüssigkeit, die mindestens 10 % dieser Alkohole enthält, kann auch als Waschpuffer verwendet werden. Eine Lösung, welche die vorstehenden Bedingungen nicht erfüllt, kann auch verwendet werden.
Es können ein, zwei oder mehr als zwei Waschpuffer verwendet werden. Durch die Verwendung von zwei oder mehr Waschpufferarten kann das Waschen wirksamer ausgeführt werden. Diese Waschpuffer können in einer Kammer oder in zwei oder mehr Kammern gespeichert sein. Falls zwei oder mehr Waschpuffertypen verwendet werden, kann sich zwischen den zwei oder mehr Waschpuffertypen Luft befinden, oder dies kann nicht der Fall sein. Falls der zweite und die folgenden Waschpuffer eine höhere Verdampfungsrate, eine niedrigere Oberflächenspannung oder einen kleineren Kontaktwinkel in Bezug auf die Reinigungsmembran als der erste Waschpuffer haben, ist es jedoch wünschenswert, sie kontinuierlich zu transportieren.
<Reinigungsmembran>
Beispiele des Membrantyps umfassen eine Silikamembran. Andere Beispiele der Reinigungsmembran können ein festes Substrat umfassen, das hauptsächlich aus Zellulose, die DNA adsorbieren kann, carboxylierten Teilchen und einem Ionenaustauschharz besteht. Insbesondere kann eine Membran, an deren Oberfläche sich eine Hydroxylgruppe oder eine Silikagruppe befindet, verwendet werden. Die Membran kann beliebig sein, solange sie Teilchen halten kann, die 100 µm oder mehr aufweisen. Die Dicke der Membran beträgt vorzugsweise 1 µm oder mehr. Weil DNA wirksamer zurückgehalten werden kann, wenn die Membranporen feiner sind, kann eine Membran verwendet werden, die in der Lage ist, Teilchen mit 10 µm oder mehr, bevorzugter 1 µm oder mehr und noch bevorzugter 0,1 µm oder mehr festzuhalten.
Falls das Volumen der Reinigungsmembran zu gering ist, ist die adsorbierbare Biomolekülmenge verringert. Falls das Volumen der Reinigungsmembran andererseits zu hoch ist, bestehen Bedenken, dass im Reinigungsschritt oder einem nachfolgenden Schritt eine unbeabsichtigte Moleküladsorption auftritt oder dass die Transportwirksamkeit der Lösung beeinträchtigt wird. In jedem der später beschriebenen Beispiele wird eine Membran mit einer Fläche von 12,5 mm² verwendet. Beispielsweise kann auch eine Membran mit einer Fläche von 1 mm² bis 314 mm² verwendet werden, und die Größe der Membran ist nicht beschränkt.
<Nachweisverfahren>
Hinter dem vorliegenden Reinigungssystem wird eine Amplifikation durch PCR ausgeführt. Nach der Amplifikation wird ein Nachweis durch Kapillarelektrophorese (CE) ausgeführt. Bei anderen Beispielen können eine massiv parallele Sequenzierung (MPS), eine Pyrosequenzierung, eine Sanger-Sequenzierung, eine Nanoporen-Sequenzierung, eine Chromatographie, eine elektrische Messung, eine Spektroskopie, NMR, Restriktionsfragmentlängenpolymorphismus (RFLP) und dergleichen verwendet werden.
<Andere ergänzende Elemente>
In allen der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform dienenden Zeichnungen sind Komponenten, welche die gleiche Funktion aufweisen, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und es wird so weit wie möglich auf eine wiederholte Beschreibung von ihnen verzichtet. Nachstehend wird jedes Beispiel der vorliegenden Ausführungsform detailliert mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. Das Messverfahren, die Struktur der Vorrichtung, der Typ der Substanz und das in jedem Beispiel beschriebene Material sind Beispiele zur Verwirklichung des Gedankens der vorliegenden Ausführungsform und spezifizieren das Messprinzip, das Material und die Abmessungen der Vorrichtung usw. nicht streng. In jedem Beispiel beschriebene spezifische Druckwerte sind Beispiele zur Verwirklichung des Gedankens der vorliegenden Ausführungsform und spezifizieren sie nicht streng. Die spezifischen Probentypen und die Zusammensetzung und die Menge der Flüssigkeit eines in jedem Beispiel beschriebenen Reinigungssatzes sind Beispiele zur Verwirklichung des Gedankens der vorliegenden Ausführungsform und dienen nicht dazu, die chemische Zusammensetzung und die Zeit streng zu definieren. Spezifische Typen von Messobjekten und Lösungen und ihre Konzentrationen, die in jedem Beispiel beschrieben werden, sind Beispiele zur Verwirklichung des Gedankens der vorliegenden Ausführungsform und dienen nicht dazu, die chemische Zusammensetzung streng zu definieren.
<Konfigurationsbeispiel des Biomolekülanalysators>
1 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Biomolekülanalysators 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Der Biomolekülanalysator 100 weist einen Strömungsweg-Chip 114 und einen Computer 115 zur Ausführung einer Biomolekülanalyse auf.
Der Strömungsweg-Chip 114 weist eine Lysekammer 101 zum Einbringen und Lysieren einer gesammelten Probe, eine Membrankammer 108, in welche eine Reinigungsmembran 102 aufgenommen ist, eine Reaktionskammer 103 zum Amplifizieren von DNA, eine Abfallflüssigkeitskammer 107 und eine Öffnung 109, die in Fluidverbindung mit dem Bereich außerhalb des Chips steht, auf. Die Anordnung der Kammern im Strömungsweg-Chip 114 und die Strömungswegverbindung zwischen den Kammern unterscheiden sich bei jedem Beispiel. Daher werden die Kammeranordnung, die Strömungswegverbindung und der Vorgang des Transports des Lysats und des Waschpuffers später beschrieben.
Als Reinigungsmembran 102 wurde eine von Whatman vertriebene Glasfasermembran GF/F mit einem ausgeschnittenen Durchmesser von 4 mm installiert. Es können auch andere Membranen als Reinigungsmembran 102 verwendet werden. Der Durchmesser der Reinigungsmembran (die Länge in Längsrichtung im Fall eines Rechtecks) kann im Bereich von 0,1 mm bis 100 mm liegen.
Die Lösung wird durch Anwenden von Druck durch die Öffnung 109 transportiert, und ein Reagens, ein Amplifikationsprodukt und dergleichen können mit dem Bereich außerhalb des Chips ausgetauscht werden. Der Druck kann unter Verwendung eines außerhalb des Chips bereitgestellten Druckgenerators angewendet werden. Der Strömungsweg-Chip 114 gemäß 1 hat eine Kammern 104, 105 und 106 zur Aufnahme eines Reagens und dergleichen aufweisende Konfiguration. In Bezug auf die Membrankammer 108 sei bemerkt, dass das Volumen eines in der Nähe der Lysekammer 101 im durch die Membran abgetrennten Raum liegenden Abschnitts 10 µl beträgt und dass das Volumen eines Abschnitts in der Nähe der Abfallflüssigkeitskammer 107 10 µl beträgt. Die Lysepufferkammer 104 speichert einen Lysepuffer 110 zum Lysieren einer Probe. Die Waschpufferkammer 105 speichert einen Waschpuffer 111. Die Reagenskammer 106 speichert ein Eluat oder ein Reagens 112, das für eine Reaktion verwendet wird. Die vorstehenden Funktionen können teilweise in dieselbe Kammer integriert sein. Die Positionsbeziehung der vorstehend beschriebenen Chip-Komponenten ist nicht auf jene aus 1 beschränkt, und die Verbindung der Strömungswege kann von jener in 1 verschieden sein.
2 ist ein Diagramm, das einen Teil des Biomolekülanalysators 100 und eine abgeleitete Form des Strömungsweg-Chips 114 zeigt. In 2 sind die Lysepufferkammer 104, die Waschpufferkammer 105 und die Abfallflüssigkeitskammer 107 außerhalb des Strömungsweg-Chips 114 bereitgestellt. Durch die Verwendung einer solchen Form können Miniaturisierungsvorteile und eine Kostenverringerung des Strömungsweg-Chips 114 erreicht werden.
<Beispiel einer biologischen Analyseprozedur>
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Prozedur zum Ausführen einer biologischen Analyse unter Verwendung des Biomolekülanalysators 100 zeigt. Wie in 3 dargestellt ist, umfasst die biologische Analyse beispielsweise eine Probenempfangsprozedur 201, eine Probenlysierungsprozedur 202, eine Probenerzeugungsprozedur 203, eine Probenamplifikationsprozedur 204 und eine Probennachweisprozedur 205.
In der Probenempfangsprozedur 201 wird der Lysepuffer 110, bevor und nachdem die Probe in der Lysekammer 101 gespeichert wurde (Einbringen der Probe in die Lysekammer 101), von der Kammer 104 zur Lysekammer 101 transportiert.
Als nächstes wird in der Probenlysierungsprozedur 202 die Lyse eingeleitet. In der Probenerzeugungsprozedur 203 wird ein Lysat 113 von der Lysekammer 101 zur Reinigungsmembran 102 gesendet, um DNA an die Membran zu binden, und es wird eine Reinigung ausgeführt. Nach der Reinigung kann ein Schritt zum Trocknen des Waschpuffers oder dergleichen aufgenommen werden. Die eluierte DNA wird zur Reaktionskammer 103 transportiert.
In der Probenamplifikationsprozedur 204 wird die gereinigte DNA amplifiziert. In der Probennachweisprozedur 205 wird die Messung der amplifizierten DNA ausgeführt. Die Probennachweisprozedur 205 kann im Strömungsweg-Chip 114 ausgeführt werden. Alternativ kann die amplifizierte DNA zu einer Nachweiseinheit außerhalb des Strömungsweg-Chips 114 transportiert werden, wobei es sich um eine getrennt bereitgestellte Messeinheit handelt.
Es sei bemerkt, dass sie Prozeduren 201 bis 205 parallel ausgeführt werden können. Einige Prozeduren können fortgelassen werden, oder es können andere Prozeduren aufgenommen werden.
<Beispiel der internen Konfiguration und Steuervorgang des Computers 115>
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der internen Konfiguration des Computers 115 zeigt. Der Computer 115 weist einen Prozessor (nicht dargestellt), eine Benutzerschnittstelle 1151 und eine Datenbank (Speichervorrichtung) 1152 auf.
Die Benutzerschnittstelle 1151 weist eine Eingabebildschirmdarstellung und eine Ausgabebildschirmdarstellung auf. Die Benutzerschnittstelle 1151 kann Parameter empfangen, die sich auf die Implementationsprozedur aus 3 beziehen, beispielsweise Zeit, Temperatur, Druck, Durchflussrate, Prozedur und dergleichen jedes vom Benutzer ausgeführten Schritts, und die Parameter in der Datenbank 1152 speichern. Verschiedene Parameter können vorab in der Datenbank 1152 gespeichert werden.
Der Computer 115 kann das Öffnen und Schließen des Ventils des Strömungsweg-Chips 114, die Temperatursteuerung und die Steuerung des ausgeübten Drucks und der Durchflussrate auf der Grundlage verschiedener in der Datenbank 1152 gespeicherter Parameter ausführen. Ferner kann der Computer 115 automatisch alle in 3 dargestellten Implementationsprozeduren steuern. Es sei bemerkt, dass ein Teil der in 3 dargestellten Implementationsprozedur vom Benutzer unterstützt und implementiert werden kann.
(2) Beispiele
[Erstes Beispiel]
Ein erstes Beispiel wird mit Bezug auf die 5 bis 7 beschrieben.
<Konfigurationsbeispiel des Reinigungssystems 301, das einen Hauptteil des Strömungsweg-Chips 114 aufweist>
5 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Reinigungssystems 301 zeigt, das einen Hauptteil des Strömungsweg-Chips 114 gemäß dem ersten Beispiel, d. h. einen Hauptteil des Strömungsweg-Chips 114 beim Abschluss oder bei der Ausführung der Probenlysierungsprozedur 202, aufweist.
Das Reinigungssystem 301 weist eine Lysekammer 101, eine Waschpufferkammer 105, eine Abfallflüssigkeitskammer 107, eine Membrankammer 108, Ventile 302, 303, 304, 305 und 315, Strömungswege 306, 307, 308, 309, 310, 311 und 312, welche die Kammern verbinden, und eine Öffnung 109 auf. Die Anzahl der Öffnungen 109 kann nicht 1 sein, und eine Öffnung kann für jede Funktion installiert sein. Beispielsweise können dedizierte Öffnungen für die Strömungswege 311 bzw. 310 bereitgestellt sein.
Die Lysekammer 101 nimmt das Lysat 113 auf. Die Waschpufferkammer 105 nimmt den Waschpuffer 111 auf. Ein Flüssigkeitspegel-Nachweissensor 313 ist in der Abfallflüssigkeitskammer 107 installiert. Ein Flüssigkeitspegel-Nachweissensor 314 ist in der Lysekammer 101 installiert. Ein oder mehrere Flüssigkeitspegel-Nachweissensoren können installiert sein, oder dies kann nicht der Fall sein. Zusätzlich kann ein Flüssigkeitspegel-Nachweissensor in einer anderen Kammer der Lysekammer 101 oder der Abfallflüssigkeitskammer 107 installiert sein.
Wie in 5 dargestellt ist, sind der Strömungsweg 306, der von der Auslassöffnung der Lysekammer 101 ausgeht, und der Strömungsweg 307, der von der Auslassöffnung der Waschpufferkammer 105 ausgeht, an einem Verbindungspunkt (Zusammenführungspunkt) 316 zusammengeführt, so dass der Strömungsweg 308 gebildet ist, der zur Einlassöffnung der Membrankammer 108 führt. Der Strömungsweg 309, der von der Auslassöffnung der Membrankammer 108 ausgeht, führt zu einer Einlassöffnung im unteren Abschnitt (Bodenflächenabschnitt, wobei es sich nicht unbedingt um eine Bodenfläche handelt) der Abfallflüssigkeitskammer 107. Zwei Strömungswege 310 und 311 gehen von der Öffnung 109 aus. Der Strömungsweg 310 führt zu einem oberen Abschnitt (Oberflächenabschnitt, wobei es sich nicht unbedingt um eine obere Fläche handelt) der Abfallflüssigkeitskammer 107. Der Strömungsweg 311 führt zu einer Einlassöffnung der Waschpufferkammer 105. Der Strömungsweg 312 führt zu einem oberen Abschnitt (Oberflächenabschnitt, wobei es sich nicht unbedingt um eine obere Fläche handelt) der Abfallflüssigkeitskammer 107.
Wie in 5 dargestellt ist, ist das Ventil 302 im Strömungsweg 307 bereitgestellt. Das Ventil 303 ist im Strömungsweg 311 bereitgestellt. Das Ventil 304 ist im Strömungsweg 310 bereitgestellt. Das Ventil 305 ist im Strömungsweg 306 bereitgestellt. Das Ventil 315 ist im Strömungsweg 312 bereitgestellt.
<Reinigungsprozess>
6 ist ein Diagramm, das Reinigungsprozesse I bis V gemäß dem ersten Beispiel zeigt. 7 ist ein Flussdiagramm, das dem in 6 dargestellten Prozess entspricht. Der Computer (Prozessor) 115 steuert das Öffnen und Schließen jedes Ventils und den Transport des Lysats 113 und des Waschpuffers 111 durch Anwenden von Druck in jedem Prozess.
(i) Prozess I
Prozess I zeigt den Zustand während der Lyse oder unmittelbar nach Abschluss der Lyse in der Probenlysierungsprozedur 202. Die Ventile 302, 303, 304, 305 und 315 werden dann geschlossen (Schritt 701).
(ii) Prozess II
In Prozess II werden die Ventile 302, 303 und 315 geöffnet (Schritt 702). Der Waschpuffer 111 wird bei einem Druck von 30 kPa oder weniger während einer Zeit von 30 Sekunden oder weniger aus der Waschpufferkammer 105 entnommen und der Membrankammer 108 zugeführt (Schritt 703). Zu dieser Zeit bewegt sich die Luft im Strömungsweg 307 zum Strömungsweg 308 oder 306 und wird der Strömungsweg 307 mit dem Waschpuffer 111 gefüllt. Das Ausstoßen der Luft im Strömungsweg 307 in Prozess II ist wichtig, um einen kontinuierlichen Transport zu erreichen, ohne dass Luft zwischen dem Lysat 113 und dem Waschpuffer 111 eingeschlossen wird.
(iii) Prozess III
In Prozess III werden die Ventile 302, 303 und 315 geschlossen und werden die Ventile 305 und 304 geöffnet (Schritt 704). 900 µl des Lysats 113 werden 1 Minute lang bei einem angewendeten Druck von -60 kPa von der Lysekammer 101 über die Membrankammer 108 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 transportiert (Schritt 705). Die transportierte Menge (900 µl) des Lysats 113 wird auf der Grundlage des Flüssigkeitspegel-Nachweissensors 314 und der Anwendungszeit (1 Minute) eines vorbestimmten Drucks (60 kPa) durch den Computer 115 gesteuert.
(iv) Prozess IV
In Prozess IV werden die Ventile 304 und 305 geschlossen und werden die Ventile 302, 303 und 315 geöffnet (Schritt 706), bevor die dem Lysat 113 folgende Luft über den Verzweigungspunkt (Verbindungspunkt (Zusammenführungspunkt) 316) der Strömungswege 306 und 308 und des Strömungswegs 307 hinausgelaufen ist, und werden 500 µl des Waschpuffers 111 3 Minuten lang bei einem angewendeten Druck von 60 kPa von der Waschpufferkammer 105 über die Membrankammer 108 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 transportiert (Schritt 707). Die transportierte Menge (500 µl) des Waschpuffers 111 wird auf der Grundlage des Flüssigkeitspegel-Nachweissensors 314 und der Anwendungszeit (3 Minuten) des vorbestimmten Drucks (60 kPa) durch den Computer 115 gesteuert.
Durch Ausführen der in den Prozessen I bis IV dargestellten Vorgänge kann ein kontinuierlicher Transport erfolgen, ohne dass Luft zwischen dem Lysat 113 und dem Waschpuffer 111 eingeschlossen wird.
<Vergleichsbeispiel>
8 ist ein Diagramm zur Erklärung eines Reinigungsprozesses gemäß einem Vergleichsbeispiel. 9 ist ein Flussdiagramm des Reinigungsprozesses gemäß 8.
(i) Prozess I
Prozess I zeigt den Zustand während der Lyse oder unmittelbar nach Abschluss der Lyse in der Probenlysierungsprozedur 202 (Schritt 901). Zu dieser Zeit sind die Ventile 302, 303, 304 und 305 geschlossen.
(ii) Prozess II
In Prozess II werden die Ventile 304 und 305 geöffnet (Schritt 902). Das Lysat 113 wird von der Lysekammer 101 über die Membrankammer 108 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 transportiert (Schritt 903).
(iii) Prozess III
In Prozess III werden die Ventile 305 und 304 geschlossen, wenn der Transport des Lysats 113 abgeschlossen ist (Schritt 904).
(iv) Prozess IV
In Prozess IV werden die Ventile 302, 303 und 315 geöffnet (Schritt 904). Der Waschpuffer 111 wird von der Waschpufferkammer 105 über die Membrankammer 108 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 transportiert (Schritt 905).
(v) Prozess V
Prozess V zeigt den Zustand, nachdem der gesamte Waschpuffer 111 oder ein vorbestimmter Anteil davon über die Membrankammer 108 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 transportiert wurde.
Beim Reinigungsprozess gemäß dem Vergleichsbeispiel tritt die in den Strömungswegen 307 und 308 vorhandene Luft zwischen dem Lysat 113 und dem Waschpuffer 111 ein. Daher muss, damit der Waschpuffer 111 die Membran erreicht, der zwischen dem Lysat 113 und der Reinigungsmembran 102 erzeugte Laplace-Druck überschritten werden.
<Technische Wirkungen>
Um die technische Wirkung des Transportvorgangs des Lysats und des Waschpuffers gemäß dem ersten Beispiel zu bestätigen, wurde ein vergleichendes Experiment an dem für den Lösungstransport erforderlichen Druck unter Verwendung eines einfachen Strömungswegsystems in einem Fall, in dem Luft in den Strömungsweg eingetreten ist, und in einem Fall, in dem keine Luft in den Strömungsweg eingetreten ist, ausgeführt. Es sei bemerkt, dass die technischen Wirkungen hier auf der Grundlage der experimentellen Ergebnisse gemäß dem ersten Beispiel erörtert werden. Die hier erwähnten technischen Wirkungen gleichen jenen des zweiten bis vierten Beispiels und der abgeleiteten Beispiele, die später beschrieben werden.
(i) Experimentelle Bedingungen
Im Strömungswegsystem wurden ein gemäß einem Qiaamp-Untersuchungs-satz-DNA(QIK)-Protokoll von Qiagen präpariertes Lysat und ein QIK-Waschpuffer (AW1) verwendet. Das Lysat und der Waschpuffer wurden jeweils in ein 1,5-ml-Röhrchen eingebracht, durch eine Spritzenpumpe unter Druck gesetzt und zu einer Polycarbonatmembrankammer transportiert. Das Volumen der Lösung, das die Membrankammer aufnehmen kann, betrug etwa 20 µl. Die Membrankammer war mittig durch die Membran unterteilt, und das Volumen davor und das Volumen dahinter betrugen beide etwa 10 µl. Die Flüssigkeitskontaktfläche der Reinigungsmembran war auf 3,1 mm² gesetzt. Das Lysat und der Waschpuffer, die durch die Membrankammer hindurchgetreten waren, wurden durch ein hinter der Membrankammer installiertes Abfallflüssigkeitsröhrchen zurückgewonnen. Die Extrusionsgeschwindigkeit der Spritzenpumpe wurde auf 4 ml/min gesetzt.
Beim Transport (Prozedur A) nach der nicht dem ersten Beispiel entsprechenden Prozedur (Vergleichsbeispiel) wurden 100 µl des Lysats, 100 µl Luft und 500 µl des Waschpuffers (QIK-Waschpuffer AW1) nacheinander zur Membrankammer transportiert, und es wurde die zeitliche Änderung des Drucks gemessen. Um das Transportverfahren gemäß dem ersten Beispiel zu reproduzieren, wurden 100 µl des Lysats und 500 µl des Waschpuffers ohne eingeschlossene Luft in Prozedur B kontinuierlich transportiert. Als Membran wurde eine von Whatman hergestellte Glasfasermembran GF/F verwendet.
(ii) Experimentelle Ergebnisse
10 ist ein schematisches Diagramm, das die Position der Lösung während des Transports zeigt, und ein Diagramm, das die gemäß dem vorstehend beschriebenen Experiment gemessene Druckänderung zeigt. In 10 gibt eine unterbrochene Linie das Ergebnis von Prozedur A (Vergleichsbeispiel) an und gibt eine durchgezogene Linie das Ergebnis von Prozedur B (erstes Beispiel) an.
Weil die Extrusionsgeschwindigkeit der Spritzenpumpe größer war als die Bewegungsgeschwindigkeit der Lösung, nahm der Druck im Laufe der Zeit bis auf 20 kPa, kurz bevor das Lysat aus der Membran ausgetreten ist, zu, während das Lysat durch die Membran hindurchtrat (10 (durchgezogene Linie/gestrichelte Linie), Schritt (a) → (b)).
Bei Prozedur A bewegte sich der Flüssigkeitspegel nicht mehr, sobald das Lysat durch die Membran hindurchgetreten ist und Luft eindrang. Ferner begann Luft, wenn die Spritzenpumpe weiter gedrückt wurde, bei 80 kPa und darüber langsam die Membran zu durchqueren. Wenn 180 kPa erreicht wurden, erreichte der Waschpuffer die Membrankammer (10 (unterbrochene Linie), Schritt (c) → (d)). Es wurde bestätigt, dass der Waschpuffer die Membran durchquerte, und der Druck nahm schnell auf etwa 30 kPa ab, nachdem der Waschpuffer vollständig entfernt wurde (10 (unterbrochene Linie), Schritt (d)).
Bei Prozedur B wurde die Lösung nicht angehalten, wenn das Lysat durch die Membran hindurchtrat und der Waschpuffer in diese eindrang (10 (durchgezogene Linie), Schritt (b) → (c)). Der Druck überschritt 40 kPa nicht, bis der Waschpuffer ganz entfernt wurde. Der erforderliche Druck beim Transport des einzigen Waschpuffers wurde getrennt bestätigt, und der Transport wurde innerhalb von 40 kPa abgeschlossen (Daten nicht dargestellt).
(iii) Erörterung der experimentellen Ergebnisse
Wie vorstehend beschrieben, wurde durch die experimentellen Ergebnisse von Prozedur A (Vergleichsbeispiel) und Prozedur B (erstes Beispiel) bestätigt, dass der erforderliche Druck durch die Verwendung des Transportverfahrens gemäß dem ersten Beispiel auf 1/3 verringert werden konnte (das Gleiche gilt für andere später beschriebene Beispiele).
Der Grund, aus dem kein hoher Druck erforderlich ist, wenn Luft nach Entfernen des Waschpuffers eindringt, besteht darin, dass die Verdampfungsrate des Waschpuffers erheblich höher als jene des Lysats ist. Der Waschpuffer (QIK, AW1) besteht aus 50 Volumenprozent oder mehr Ethanol.
Bei diesem Beispiel wurden das Lysat und der Waschpuffer kontinuierlich transportiert, um den für den Transport der beiden Flüssigkeiten erforderlichen maximalen Druck zu verringern. Die Wirkung des vorliegenden Beispiels ist nicht auf den vorstehend beschriebenen Bausatz beschränkt. Die Zusammensetzung des Lysats oder des Waschpuffers kann abweichen. Falls die zweite Flüssigkeit (der Waschpuffer) durch die Probennachweisprozedur 205 ganz entfernt werden kann, werden die folgenden Anforderungen als Kombination der ersten Flüssigkeit (des Lysats) und der zweiten Flüssigkeit angegeben, wodurch die Druckverringerungswirkung einfacher erhalten werden kann.

(a) Die zweite Flüssigkeit hat eine höhere Verdampfungsrate als die erste Flüssigkeit,
(b) die zweite Flüssigkeit hat eine geringere Oberflächenspannung als die erste Flüssigkeit,
(c) die zweite Flüssigkeit hat einen höheren Kontaktwinkel mit der Membran als die erste Flüssigkeit, und
(d) die Viskosität der zweiten Flüssigkeit ist kleiner als jene der ersten Flüssigkeit.

Falls die Hauptkomponente der ersten Flüssigkeit Wasser ist, umfassen Beispiele der eine oder mehrere der vorstehend erwähnten Bedingungen erfüllenden zweiten Flüssigkeit eine Lösung, die 10 % oder mehr eines Alkohols mit vier oder weniger Kohlenstoffatomen enthält. Ein bevorzugteres Beispiel ist eine Lösung, die 30 % oder mehr eines Alkohols mit drei oder weniger Kohlenstoffatomen enthält. Ein noch bevorzugteres Beispiel ist eine Lösung, die 40 % oder mehr Ethanol enthält. Zusätzlich kann eine geeignete zweite Flüssigkeit entsprechend der Zusammensetzung der ersten Flüssigkeit ausgewählt werden, oder die erste Flüssigkeit kann entsprechend der Zusammensetzung der zweiten Flüssigkeit ausgewählt werden.
Gemäß dem ersten Beispiel (experimentelles Ergebnis) der vorliegenden Offenbarung kann der erforderliche Druck verringert werden. Durch Verringern des erforderlichen Drucks kann eine Reinigungsmembran hoher Dichte in einem strukturell schwachen Strömungsweg-Chip installiert werden. Hier umfassen Beispiele des strukturell schwachen Chips ein Ventil und einen Chip, die aneinander gebondet sind, und einen Chip, bei dem ein weiches Material verwendet wird. Die Herstellung eines strukturell schwachen Chips hat Vorteile in der Art einer Verringerung der Kosten und einer hohen Funktionalität des Chips. Zusätzlich kann eine chemische Reaktion, die durch Anwenden eines hohen Drucks behindert wird, durch Verringern des erforderlichen Drucks effizient fortschreiten. Ferner kann die Messung des Biomoleküls durch Anwenden eines hohen Drucks erleichtert werden.
Zusätzlich zur Verringerung des Drucks kann die für den Transport der Lösung erforderliche Zeit durch die Verwendung der Technologie der vorliegenden Offenbarung verkürzt werden. Durch die Verwendung der Technologie der vorliegenden Offenbarung kann verhindert werden, dass die Membran austrocknet, nachdem das Lysat hindurchgetreten ist und bevor gewaschen wird, so dass Vorteile in der Art einer Erhöhung der Biomolekülausbeute und der Wascheffizienz erreicht werden können.
(iv) Membranen für die DNA-Gewinnung
Im Biomolekülanalysator 100 kann eine sehr wirksame DNA-Gewinnung durch Installieren einer Membran hoher Dichte verwirklicht werden. Die „Teilchenretentionsgröße“ ist ein Index der Porenfeinheit. Diese Teilchenretentionsgröße bedeutet, dass Teilchen, deren Durchmesser gleich dem durch die Teilchenretentionsgröße festgelegten Wert oder größer als dieser ist, in der Membran festgehalten werden. Das heißt, dass die Membranporen umso feiner sind, je kleiner der Wert der Teilchenretentionsgröße ist. Die als Reinigungsmembran verwendete Membran kann eine Teilchenretentionsgröße von 100 µm oder darüber haben. Es ist beispielsweise wünschenswert, eine Membran mit feineren Poren als die von Whatman vertriebene „Fusion 5“-Membran zu verwenden. Beispiele einer Membran, die in der Lage ist, DNA mit einer höheren Effizienz zu gewinnen, umfassen eine von Whatman vertriebene als „GF/D“ bezeichnete Membran. Die Teilchenretentionsgröße dieser Membran beträgt 2,7 µm. Beispiele einer Membran, die in der Lage ist, DNA mit einer höheren Effizienz zu gewinnen, umfassen eine von Whatman vertriebene als „GF/F“ bezeichnete Membran. Die Teilchenretentionsgröße dieser Membran beträgt 0,7 µm.
Eine sehr wirksame DNA-Gewinnung durch Übereinanderschichten mehrerer Membranen verwirklicht werden. Im Fall von GF/F kann DNA beispielsweise durch Übereinanderschichten von zwei oder mehr Lagen effizienter als nur durch eine Lage gewonnen werden. Die Dicke der Membran beträgt wünschenswerterweise 0,001 mm oder mehr. Im Fall von GF/F beträgt die Dicke der Membran 0,6 mm.
(v) Membrankammer 108
Das Volumen der Membrankammer 108 ist 30 % des Volumens der Lysekammer 101 oder der Waschpufferkammer 105 oder kleiner als dieser Wert. Die Querschnittsfläche in der zur Strömungsrichtung des Strömungswegs, durch den zwei Flüssigkeiten gewöhnlich hindurchtreten, senkrechten Richtung beträgt 50 % der maximalen Querschnittsfläche der Kammer oder weniger. Das Volumen des Strömungswegs, durch den die beiden Flüssigkeiten gewöhnlich hindurchtreten, beträgt in Bezug auf jede der beiden Flüssigkeiten 50 % oder weniger. Daher werden das Lysat und der Waschpuffer vor der Abfallflüssigkeitskammer um nicht mehr als 50 % gemischt. Daher wird die Bindungswirksamkeit von DNA selbst dann nicht erheblich verringert, wenn die Lösung unter Verwendung der Technologie der vorliegenden Offenbarung transportiert wird.
Die Größe der Membrankammer 108 beträgt 0,1 µl bis 1 ml. Weil die Membrankammer 108 kleiner ist, ist der Verlust bei der Elution geringer. Daher ist eine geeignetere Größe der Membrankammer 108 wünschenswerterweise 0,1 µl bis 100 µl und noch bevorzugter 0,1 µl bis 30 µl.
(vi) Strömungsweg
Das Volumen des Strömungswegs 307 beträgt 0,1 µl bis 1 I (falls ein langer Strömungsweg verwendet wird, nimmt das Volumen des Strömungswegs zu). Falls das Volumen des Strömungswegs 307 größer als 1 I ist, benötigt der Transport der Lösung Zeit. Wenn das Volumen umgekehrt klein ist, muss die Breite des Strömungswegs verringert werden oder muss der Abstand zwischen den Kammern verkleinert werden und nimmt der Freiheitsgrad beim Entwurf ab. Wenn sich eine Kammer außerhalb des Chips befindet, ist das Volumen wünschenswerterweise groß. Falls der Strömungsweg zu dünn ist, treten Bedenken auf, dass ein unerwarteter Vorgang in der Art eines Verstopfens des Strömungswegs auftreten kann. Ein geeigneteres Volumen des Strömungswegs beträgt 1 µl bis 100 ml und bei einem anderen Beispiel 30 µl bis 100 ml.
Das Volumen des Strömungswegs 307 kann dem Volumen eines Raums 108_1 oberhalb der Reinigungsmembran 102 in der Membrankammer 108 gleichen oder größer als dieses sein.
Falls nach der Reinigung eine Trocknung geschieht, ist es wünschenswert, die Dicke des Strömungswegs bis zu einem gewissen Grad sicherzustellen. In diesem Fall beträgt die Dicke der Strömungswege 302 und 303 wünschenswerterweise 0,03 mm².
<Prozesswechselsteuerung>
(i) Steuerung unter Verwendung eines Flüssigkeitspegel-Nachweissensors
Ein Flüssigkeitspegel-Nachweissensor kann zum Wechseln zwischen den Prozessen I, II, III, IV und V in 6 verwendet werden. Beispielsweise werden die Flüssigkeitspegel-Nachweissensoren 313 und 314 verwendet, wenn von Prozess III zu Prozess IV gewechselt wird. Als Flüssigkeitspegel-Nachweissensoren 313 und 314 können Sensoren verwendet werden, die elektrisch, optisch, durch Schallwellen oder dynamisch nachweisen.
Falls der Flüssigkeitspegel-Nachweissensor 313 verwendet wird, kann, wenn von Prozess III zu Prozess IV gewechselt wird, ein Signal verwendet werden, das erhalten wird, wenn nachgewiesen wird, dass der Flüssigkeitspegel in der Abfallflüssigkeitskammer 107 den Bereich des Flüssigkeitspegel-Nachweissensors 313 überschreitet. Es sei bemerkt, dass der Flüssigkeitspegel-Nachweissensor 313 an einer Position installiert werden muss, an der der Flüssigkeitspegel in der Abfallflüssigkeitskammer 107 zu der Zeit nachgewiesen werden kann, zu der der Restanteil des Lysats 113 in der Lysekammer 101 kleiner als 10 % wird.
Falls der Flüssigkeitspegel-Nachweissensor 314 verwendet wird, kann, wenn von der Prozessprozedur II zur Prozessprozedur III gewechselt wird, ein Signal verwendet werden, das erhalten wird, wenn nachgewiesen wird, dass der Flüssigkeitspegel in der Lysekammer unter den Bereich des Flüssigkeitspegel-Nachweissensors 314 abfällt. Es sei bemerkt, dass der Flüssigkeitspegel-Nachweissensor 314 an einer Position installiert werden muss, an der der Flüssigkeitspegel zu der Zeit nachgewiesen werden kann, zu der der Restanteil des Lysats 113 in der Lysekammer 101 kleiner als 10 % wird.
(ii) Steuerung durch den Druck, die Zeit und dergleichen
Ein vorab festgelegter Druck und eine vorab festgelegte Zeit können verwendet werden, um zwischen den Prozessen I, II, III und IV in 6 zu wechseln. Der Druck und die Zeit können vom Bediener eingestellt werden. In der Lysekammer 101 oder dergleichen kann ein Mechanismus zum Messen der Viskosität bereitgestellt sein.
Ein Durchflussratensensor oder ein Drucksensor kann an einer spezifischen Stelle installiert sein, um eine Prozesswechselzeit festzulegen.
[Zweites Beispiel]
Ein zweites Beispiel wird mit Bezug auf die 7, 11 und 12 beschrieben.
<Konfigurationsbeispiel des Reinigungssystems 301, das einen Hauptteil des Strömungsweg-Chips 114 aufweist>
11 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Reinigungssystems 400 zeigt, das einen Hauptteil des Strömungsweg-Chips 114 gemäß dem zweiten Beispiel, d. h. einen Hauptteil des Strömungsweg-Chips 114 beim Abschluss oder bei der Ausführung der Probenlysierungsprozedur 202, aufweist.
Das Reinigungssystem 400 weist eine Lysekammer 101, eine Waschpufferkammer 105, eine Abfallflüssigkeitskammer 107, eine Membrankammer 108, Ventile 401, 402, 403, 404, 405 und 406, Strömungswege 407, 408, 409, 410, 411, 412 und 413, welche die Kammern verbinden, und eine Öffnung 109 auf. Die Anzahl der Öffnungen 109 kann nicht 1 sein, und eine Öffnung kann für jede Funktion installiert sein. Alternativ können beispielsweise dedizierte Öffnungen für die Strömungswege 413 bzw. 412 bereitgestellt sein. Die Lysekammer 101 nimmt das Lysat 113 auf. Die Waschpufferkammer 105 nimmt den Waschpuffer 111 auf.
Wie in 11 dargestellt ist, führt der von der Auslassöffnung der Lysekammer 101 ausgehende Strömungsweg 407 zur Einlassöffnung der Membrankammer 108. Der von der Auslassöffnung der Membrankammer 108 ausgehende Strömungsweg 408 und der von der Auslassöffnung der Waschpufferkammer 105 ausgehende Strömungsweg 409 sind an einem Verbindungspunkt (Zusammenführungspunkt) 414 zusammengeführt, so dass der Strömungsweg 410 gebildet ist, der zu einer Einlassöffnung an einem unteren Abschnitt (Bodenfläche, wobei es sich nicht unbedingt um die Bodenfläche handelt) der Abfallflüssigkeitskammer 107 führt. Der von der Öffnung 109 ausgehende Strömungsweg teilt sich an einem Verzweigungspunkt 415 in den Strömungsweg 412 und den Strömungsweg 413. Der Strömungsweg 413 führt zu einer Einlassöffnung der Waschpufferkammer 105. Der Strömungsweg 412 führt zu einem oberen Abschnitt (der oberen Fläche, wobei es sich nicht unbedingt um die obere Fläche handelt) der Abfallflüssigkeitskammer 107. Der Strömungsweg 411 führt auch zu einem oberen Abschnitt (der oberen Fläche, wobei es sich nicht unbedingt um eine obere Fläche handelt) der Abfallflüssigkeitskammer 107.
Wie in 11 dargestellt ist, ist das Ventil 401 im Strömungsweg 407 bereitgestellt. Das Ventil 402 ist im Strömungsweg 409 bereitgestellt. Das Ventil 403 ist im Strömungsweg 410 bereitgestellt. Das Ventil 404 ist im Strömungsweg 411 bereitgestellt. Das Ventil 405 ist im Strömungsweg 412 bereitgestellt. Das Ventil 406 ist im Strömungsweg 413 bereitgestellt.
<Reinigungsprozess>
12 ist ein Diagramm zur Erklärung der Reinigungsprozesse I bis V gemäß dem zweiten Beispiel. Das Flussdiagramm der Reinigungsprozesse ähnelt jenem aus 7.
(i) Prozess I
Prozess I zeigt den Zustand während der Lyse oder unmittelbar nach Abschluss der Lyse in der Probenlysierungsprozedur 202. Zu dieser Zeit sind die Ventile 401, 402, 403, 404, 405 und 406 geschlossen.
(ii) Prozess II
In Prozess II werden die Ventile 402, 406, 403 und 404 geöffnet. Der Waschpuffer 111 wird bei einem Druck von höchstens 60 kPa während höchstens 30 Sekunden aus der Waschpufferkammer 105 entnommen. Zu dieser Zeit bewegt sich die Luft im Strömungsweg 409 zum Strömungsweg 408 oder 410 und wird der Strömungsweg 409 mit dem Waschpuffer 111 gefüllt. Wie vorstehend beschrieben, ist das Ausstoßen der Luft im Strömungsweg 409 in Prozess II wichtig, um einen kontinuierlichen Transport zu erreichen, ohne dass Luft zwischen dem Lysat 113 und dem Waschpuffer 111 eingeschlossen wird.
(iii) Prozess III
In Prozess III werden die Ventile 402 und 406 geschlossen und werden die Ventile 401, 403 und 405 geöffnet. 900 µl des Lysats 113 werden 2 Minuten lang bei einem angewendeten Druck von -60 kPa von der Lysekammer 101 über die Membrankammer 108 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 transportiert.
(iv) Prozess IV
In Prozess IV werden die Ventile 403 und 405 geschlossen und die Ventile 402 und 406 geöffnet, sobald das gesamte Lysat 113 zur Membrankammer 108 transportiert worden ist. 500 µl des Waschpuffers 111 werden 3 Minuten lang bei einem angewendeten Druck von 60 kPa von der Waschpufferkammer 105 über die Membrankammer 108 zur Lysekammer 101 transportiert.
(v) Prozess V
Prozess V zeigt den Zustand in der Mitte des Transports des Waschpuffers 111 von der Waschpufferkammer 105 über die Membrankammer 108 zur Lysekammer 101.
(vi) Prozess VI
Prozess VI zeigt den Zustand, nachdem der gesamte Waschpuffer 111 oder ein vorbestimmter Anteil von diesem von der Waschpufferkammer 105 über die Membrankammer 108 zur Lysekammer 101 transportiert worden ist.
Durch die Verwendung der vorstehend beschriebenen Arbeitsprozedur können das Lysat 113 und der Waschpuffer 111 kontinuierlich transportiert werden, ohne Luft zwischen dem Lysat 113 und dem Waschpuffer 111 einzuschließen.
Selbstverständlich sind der Druck und die Zeit in Prozess III aus 12 nicht auf die vorstehend erwähnten Zahlenwerte beschränkt. Es muss eine Kombination von Zeit und Druck gegeben sein, bei der mindestens 90 % des Lysats 113 transportiert werden kann. Die Zeit und der Druck, die erforderlich sind, um fast das gesamte Lysat 113 von der Lysekammer 101 zur Reinigungsmembran 102 zu transportieren, können in einem Experiment getrennt festgestellt und in einem Implementationsprogramm festgelegt werden.
[Drittes Beispiel]
Ein drittes Beispiel wird mit Bezug auf die 13, 14 und 15 beschrieben.
<Konfigurationsbeispiel des Reinigungssystems 301, das einen Hauptteil des Strömungsweg-Chips 114 aufweist>
13 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Reinigungssystems 500 zeigt, das einen Hauptteil des Strömungsweg-Chips 114 gemäß dem dritten Beispiel, d. h. einen Hauptteil des Strömungsweg-Chips 114 beim Abschluss oder bei der Ausführung der Probenlysierungsprozedur 202, aufweist.
Das Reinigungssystem 500 weist eine Lysekammer 101, eine Waschpufferkammer 105, eine Abfallflüssigkeitskammer 107, eine Membrankammer 108, Ventile 501, 502, 503, 504 und 505, Strömungswege 506, 507, 508, 509, 510 und 511, welche die Kammern verbinden, und eine Öffnung 109 auf. Die Anzahl der Öffnungen 109 kann nicht 1 sein, und eine Öffnung kann für jede Funktion installiert sein. Beispielsweise können dedizierte Öffnungen in den Strömungswegen 510 bzw. 511 bereitgestellt sein. Die Lysekammer 101 nimmt das Lysat 113 auf. Die Waschpufferkammer 105 nimmt den Waschpuffer 111 auf.
Wie in 13 dargestellt ist, führt der Strömungsweg 506, der von der Auslassöffnung der Lysekammer 101 ausgeht, zu einer der beiden Einlassöffnungen (des oberen Abschnitts oder der oberen Fläche, wobei es sich nicht unbedingt um eine obere Fläche handelt) der Membrankammer 108. Der Strömungsweg 508, der von der Auslassöffnung der Membrankammer 108 ausgeht, führt zu einer Einlassöffnung im unteren Abschnitt (Bodenfläche, wobei es sich nicht unbedingt um eine Bodenfläche handelt) der Abfallflüssigkeitskammer 107. Der Strömungsweg 507, der von der Auslassöffnung der Waschpufferkammer 105 ausgeht, führt zur anderen Einlassöffnung der Membrankammer 108. Der Strömungsweg 511, der von der Öffnung 109 ausgeht, führt zu einer Einlassöffnung der Waschpufferkammer 105. Der andere Strömungsweg 510, der von der Öffnung 109 ausgeht, führt zu einem oberen Abschnitt (der oberen Fläche, wobei es sich nicht unbedingt um eine obere Fläche handelt) der Abfallflüssigkeitskammer 107. Der Strömungsweg 509 führt auch zu einem oberen Abschnitt (der oberen Fläche, wobei es sich nicht unbedingt um eine obere Fläche handelt) der Abfallflüssigkeitskammer 107.
Wie in 13 dargestellt ist, ist das Ventil 501 im Strömungsweg 506 bereitgestellt. Das Ventil 502 ist im Strömungsweg 507 bereitgestellt. Das Ventil 503 ist im Strömungsweg 509 bereitgestellt. Das Ventil 504 ist im Strömungsweg 510 bereitgestellt. Das Ventil 505 ist im Strömungsweg 511 bereitgestellt.
<Reinigungsprozess>
14 ist ein Diagramm zur Erklärung der Reinigungsprozesse I bis VI gemäß dem dritten Beispiel. 15 ist ein Flussdiagramm, das dem in 14 dargestellten Reinigungsprozess entspricht.
(i) Prozess I
Prozess I zeigt den Zustand während der Lyse oder unmittelbar nach Abschluss der Lyse in der Probenlysierungsprozedur 202 (Schritt 1501). Zu dieser Zeit sind die Ventile 501, 502, 503, 504 und 505 geschlossen.
(ii) Prozess II
In Prozess II werden die Ventile 501 und 504 geöffnet (Schritt 1502). 900 µl des Lysats 113 werden 2 Minuten lang bei einem angewendeten Druck von -60 kPa von der Lysekammer 101 über die Membrankammer 108 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 transportiert (Schritt 1503).
(iii) Prozesse III und IV
In Prozess III werden das Ventil 504 geschlossen und die Ventile 502 und 505 geöffnet, sobald das gesamte Lysat 113 zur Membrankammer 108 transportiert worden ist (Schritt 1504). Der Waschpuffer 111 wird 30 Sekunden lang bei einem angewendeten Druck von 30 kPa von der Waschpufferkammer 105 über die Membrankammer 108 zum Strömungsweg 506 transportiert (Schritt 1505). Zu dieser Zeit bewegt sich die sich im Raum 108_1 auf der Einlassöffnungsseite der Membrankammer 108 befindende Luft zum Strömungsweg 506, und der Raum 108_1 der Membrankammer 108 wird mit dem Waschpuffer 111 gefüllt. Ein Raum 108_2 auf der Auslassöffnungsseite der Membrankammer 108 wird mit dem Lysat 113 gefüllt. Wie vorstehend beschrieben, ist es wichtig, in Prozess IV die Luft in der Membrankammer 108 zum Strömungsweg 506 auszustoßen, um einen kontinuierlichen Transport zu erreichen, ohne die Luft zwischen dem Lysat 113 und dem Waschpuffer 111 einzuschließen.
(iv) Prozess V
Wenn der Waschpuffer beginnt, in den Strömungsweg 506 einzutreten, wird das Ventil 501 geschlossen und wird das Ventil 503 geöffnet (Schritt 1506). Der Waschpuffer 111 wird von der Waschpufferkammer 105 über die Membrankammer 108 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 transportiert (Schritt 1507).
(v) Prozess VI
Prozess VI zeigt den Zustand, nachdem der gesamte Waschpuffer 111 oder ein vorbestimmter Anteil von diesem von der Waschpufferkammer 105 über die Membrankammer 108 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 transportiert worden ist.
Durch die Verwendung der vorstehend beschriebenen Arbeitsprozedur können das Lysat 113 und der Waschpuffer 111 kontinuierlich transportiert werden, ohne Luft zwischen dem Lysat 113 und dem Waschpuffer 111 einzuschließen.
[Viertes Beispiel]
Ein viertes Beispiel wird mit Bezug auf die 15, 16 und 17 beschrieben.
<Konfigurationsbeispiel des Reinigungssystems 600, das einen Hauptteil des Strömungsweg-Chips 114 aufweist>
16 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Reinigungssystems 600 zeigt, das einen Hauptteil des Strömungsweg-Chips 114 gemäß dem vierten Beispiel, d. h. einen Hauptteil des Strömungsweg-Chips 114 beim Abschluss oder bei der Ausführung der Probenlysierungsprozedur 202, aufweist.
Das Reinigungssystem 600 weist eine Lysekammer 101, eine Waschpufferkammer 105, eine Abfallflüssigkeitskammer 107, eine Membrankammer 108, Ventile 601, 602, 603, 604, 605 und 606, Strömungswege 607, 608, 609, 610, 611, 612 und 613, welche die Kammern verbinden, und eine Öffnung 109 auf. Die Anzahl der Öffnungen 109 kann nicht 1 sein, und eine Öffnung kann für jede Funktion installiert sein. Beispielsweise können dedizierte Öffnungen für die Strömungswege 612 bzw. 613 bereitgestellt sein. Die Lysekammer 101 enthält das Lysat 113, und die Waschpufferkammer 105 enthält den Waschpuffer 111.
Wie in 16 dargestellt ist, sind der Strömungsweg 606, der von der Auslassöffnung der Lysekammer 101 ausgeht, und der Strömungsweg 608, der von der Auslassöffnung der Waschpufferkammer 105 ausgeht, an einem Verbindungspunkt (Zusammenführungspunkt) 614 zusammengeführt, so dass der Strömungsweg 308 gebildet ist. Der Strömungsweg 609 führt zu einer Einlassöffnung an einem oberen Abschnitt (obere Fläche, wobei es sich nicht unbedingt um eine obere Fläche handelt) der Membrankammer 108. Der Strömungsweg 610, der von einer Auslassöffnung ausgeht, die im unteren Abschnitt (der Bodenfläche, wobei es sich nicht unbedingt um eine Bodenfläche handelt) der Membrankammer 108 bereitgestellt ist, führt zu einer Einlassöffnung, die in einem unteren Abschnitt (der Bodenfläche, wobei es sich nicht unbedingt um eine Bodenfläche handelt) der Abfallflüssigkeitskammer 107 bereitgestellt ist. Der Strömungsweg 611, der von einer Auslassöffnung ausgeht, die in einem oberen Abschnitt (der oberen Fläche, wobei es sich nicht unbedingt um eine obere Fläche handelt) der Membrankammer 108 bereitgestellt ist, führt zu einem oberen Abschnitt (einer Seitenfläche, wobei es sich nicht unbedingt um eine Seitenfläche handelt und auch eine obere Fläche möglich ist) der Abfallflüssigkeitskammer 107. Der Strömungsweg 613, der von der Öffnung 109 ausgeht, führt zu einer Einlassöffnung der Waschpufferkammer 105. Der andere Strömungsweg 612, der von der Öffnung 109 ausgeht, führt zu einem oberen Abschnitt (der oberen Fläche, wobei es sich nicht unbedingt um eine obere Fläche handelt) der Abfallflüssigkeitskammer 107. Der Strömungsweg 615 führt auch zu einem oberen Abschnitt (der oberen Fläche, wobei es sich nicht unbedingt um eine obere Fläche handelt) der Abfallflüssigkeitskammer 107.
Wie in 16 dargestellt ist, ist das Ventil 601 im Strömungsweg 607 bereitgestellt. Das Ventil 602 ist im Strömungsweg 608 bereitgestellt. Das Ventil 603 ist im Strömungsweg 615 bereitgestellt. Das Ventil 604 ist im Strömungsweg 611 bereitgestellt. Das Ventil 605 ist im Strömungsweg 612 bereitgestellt. Das Ventil 606 ist im Strömungsweg 613 bereitgestellt.
<Reinigungsprozess>
17 ist ein Diagramm zur Erklärung der Reinigungsprozesse I bis V gemäß dem vierten Beispiel. Das Flussdiagramm des Reinigungsprozesses ähnelt jenem aus 15.
(i) Prozess I
Prozess I zeigt den Zustand während der Lyse oder unmittelbar nach Abschluss der Lyse in der Probenlysierungsprozedur 202. Zu dieser Zeit sind die Ventile 601, 602, 603, 604, 605 und 606 geschlossen.
(ii) Prozess II
In Prozess II werden die Ventile 601 und 605 geöffnet. 900 µl des Lysats 113 werden 2 Minuten lang bei einem angewendeten Druck von -60 kPa von der Lysekammer 101 über die Membrankammer 108 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 transportiert.
(iii) Prozess III
In Prozess III werden die Ventile 601 und 605 geschlossen und die Ventile 602, 606, 604 und 603 geöffnet, sobald das gesamte Lysat 113 zur Membrankammer 108 transportiert worden ist. Der Waschpuffer 111 wird 30 Sekunden lang bei einem angewendeten Druck von 30 kPa von der Waschpufferkammer 105 über die Membrankammer 108 zum Strömungsweg 611 transportiert.
(iv) Prozess IV und Prozess V
In Prozess IV wird das Ventil 604 geschlossen, sobald der Waschpuffer 111 in den Strömungsweg 611 eingetreten ist. Der Waschpuffer 111 wird von der Waschpufferkammer 105 über die Membrankammer 108 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 transportiert. Zu dieser Zeit bewegt sich die sich im Raum 108_1 auf der Einlassöffnungsseite der Membrankammer 108 befindende Luft über den Strömungsweg 611 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 und wird der Raum 108_1 der Membrankammer 108 mit dem Waschpuffer 111 gefüllt. Ein Raum 108_2 auf der Auslassöffnungsseite der Membrankammer 108 wird mit dem Lysat 113 gefüllt. Wie vorstehend beschrieben, ist es wichtig, in Prozess IV die Luft in der Membrankammer 108 über den Strömungsweg 611 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 auszustoßen, um einen kontinuierlichen Transport zu erreichen, ohne die Luft zwischen dem Lysat 113 und dem Waschpuffer 111 einzuschließen.
(v) Prozess VI
Prozess VI zeigt den Zustand, nachdem der gesamte Waschpuffer 111 oder ein vorbestimmter Anteil von diesem von der Waschpufferkammer 105 über die Membrankammer 108 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 transportiert worden ist.
Durch die Verwendung der vorstehend beschriebenen Arbeitsprozedur können das Lysat 113 und der Waschpuffer 111 kontinuierlich transportiert werden, ohne Luft zwischen dem Lysat 113 und dem Waschpuffer 111 einzuschließen.
[Fünftes Beispiel]
Ein fünftes Beispiel ist eine abgeleitete Form des ersten Beispiels. Ein Reinigungssystem 301' gemäß dem fünften Beispiel hat eine Konfiguration, bei der ein Ventil 701 zum Reinigungssystem 301 (siehe 6) gemäß dem ersten Beispiel hinzugefügt ist.
<Reinigungsprozess>
18 ist ein Diagramm zur Erklärung der Reinigungsprozesse I bis V gemäß dem fünften Beispiel.
(i) Prozess I
Prozess I zeigt den Zustand während der Lyse oder unmittelbar nach Abschluss der Lyse in der Probenlysierungsprozedur 202. Zu dieser Zeit sind die Ventile 302, 303, 304, 305 und 701 geschlossen.
(ii) Prozess II
In Prozess II werden die Ventile 305, 304 und 701 geöffnet. 900 µl des Lysats 113 werden 1 Minute lang bei einem angewendeten Druck von -60 kPa von der Lysekammer 101 über die Membrankammer 108 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 transportiert.
(iii) Prozess III
In Prozess III werden die Ventile 304 und 701 geschlossen, bevor die dem transportierten Lysat 113 folgende Luft 702 über den Verzweigungspunkt (Verbindungspunkt (Zusammenführungspunkt) 316 der Strömungswege) der Strömungswege 306 und 308 und des Strömungswegs 307 hinausgelaufen ist, und werden die Ventile 302 und 303 geöffnet. Der Waschpuffer 111 wird 30 Sekunden lang bei einem angewendeten Druck von 30 kPa von der Waschpufferkammer 105 über den Strömungsweg 306 zur Lysekammer 101 transportiert. Zu dieser Zeit bewegt sich die Luft im Strömungsweg 307 zum Strömungsweg 308 oder 306 und wird der Strömungsweg 307 mit dem Waschpuffer 111 gefüllt. Das Ausstoßen der Luft im Strömungsweg 307 in Prozess III ist wichtig, um einen kontinuierlichen Transport zu erreichen, ohne dass Luft zwischen dem Lysat 113 und dem Waschpuffer 111 eingeschlossen wird.
(iv) Prozess IV
In Prozess IV werden die Ventile 315 und 701 geöffnet. 500 µl des Waschpuffers 111 werden 3 Minuten lang bei 60 kPa von der Waschpufferkammer 105 über die Membrankammer 108 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 transportiert.
(v) Prozess V
Prozess V zeigt den Zustand, nachdem der gesamte Waschpuffer 111 oder ein vorbestimmter Anteil von diesem von der Waschpufferkammer 105 über die Membrankammer 108 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 transportiert worden ist.
Durch die Verwendung der vorstehend beschriebenen Arbeitsprozedur können das Lysat 113 und der Waschpuffer 111 kontinuierlich transportiert werden, ohne Luft zwischen dem Lysat 113 und dem Waschpuffer 111 einzuschließen.
[Sechstes Beispiel]
Ein sechstes Beispiel ist eine abgeleitete Form des zweiten Beispiels. Ein Reinigungssystem 400' gemäß dem sechsten Beispiel hat eine Konfiguration, bei der ein Ventil 801 zum Reinigungssystem 400 (siehe 11) gemäß dem zweiten Beispiel hinzugefügt ist.
<Reinigungsprozess>
19 ist ein Diagramm zur Erklärung der Reinigungsprozesse I bis V gemäß dem sechsten Beispiel.
(i) Prozess I
Prozess I zeigt den Zustand während der Lyse oder unmittelbar nach Abschluss der Lyse in der Probenlysierungsprozedur 202. Zu dieser Zeit sind die Ventile 401, 402, 403, 404, 405, 406 und 801 geschlossen.
(ii) Prozess II
In Prozess II werden die Ventile 401, 403, 405 und 801 geöffnet. 900 µl des Lysats 113 werden 2 Minuten lang bei einem angewendeten Druck von -60 kPa von der Lysekammer 101 über die Membrankammer 108 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 transportiert.
(iii) Prozess III
In Prozess III werden die Ventile 405 und 801 geschlossen und die Ventile 402, 406 und 404 geöffnet, sobald das gesamte Lysat 113 zur Membrankammer 108 transportiert worden ist. Der Waschpuffer 111 wird bei einem Druck von 30 kPa oder weniger während einer Zeit von 30 Sekunden oder weniger von der Waschpufferkammer 105 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 übertragen. Zu dieser Zeit bewegt sich die Luft im Strömungsweg 409 zum Strömungsweg 410 oder zur Abfallflüssigkeitskammer 107. Zu dieser Zeit bewegt sich die Luft im Strömungsweg 409 zum Strömungsweg 408 oder 410 und wird der Strömungsweg 409 mit dem Waschpuffer 111 gefüllt. Wie vorstehend beschrieben, ist es wichtig, in Prozess III die Luft im Strömungsweg 409 auszustoßen, um einen kontinuierlichen Transport zu erreichen, ohne die Luft zwischen dem Lysat 113 und dem Waschpuffer 111 einzuschließen.
(iv) Prozess IV
In Prozess IV wird das Ventil 403 geschlossen und wird das Ventil 801 geöffnet. 500 µl des Waschpuffers 111 werden 3 Minuten lang bei 60 kPa von der Waschpufferkammer 105 über die Membrankammer 108 zur Lysekammer 101 transportiert.
(v) Prozess V
Prozess V zeigt den Zustand, nachdem der gesamte Waschpuffer 111 oder ein vorbestimmter Anteil von diesem von der Waschpufferkammer 105 über die Membrankammer 108 zur Lysekammer 101 transportiert worden ist.
Durch die Verwendung der vorstehend beschriebenen Arbeitsprozedur können das Lysat 113 und der Waschpuffer 111 kontinuierlich transportiert werden, ohne Luft zwischen dem Lysat 113 und dem Waschpuffer 111 einzuschließen.
(3) Ergänzende Beschreibung von Beispielen
(i) Beim ersten Beispiel muss für einen kontinuierlichen Transport des Waschpuffers und des Lysats zur richtigen Zeit von Prozess III zu Prozess IV gewechselt werden, wie in 6 dargestellt ist. Falls die Transportzeit des Lysats 113 zu lang ist, dringt Luft in den Strömungsweg 308 ein. Falls die Transportzeit zu kurz ist, verbleibt eine große Menge des Lysats 113 in der Lysekammer 101, so dass die Ausbeute abnimmt. Daher muss der Transport mit hoher Reproduzierbarkeit ausgeführt werden oder muss die Transportzeit durch den Flüssigkeitspegel-Nachweissensor definiert werden.
In einem Fall, in dem der Probentyp variiert oder die Viskosität der Flüssigkeit hoch ist, ist die Reproduzierbarkeit des Transports des Lysats 113 jedoch gering. Bei Verwendung des Flüssigkeitspegel-Nachweissensors steigen die Kosten an, weil die Anzahl der Komponenten der Vorrichtung ansteigt. Es besteht auch das Risiko, dass der Flüssigkeitspegel-Nachweissensor nicht richtig arbeitet.
Andererseits können beim Wechsel von Prozess III zu Prozess IV beim zweiten Beispiel, wie in 11 gezeigt, beim Wechsel von Prozess II zu Prozess III beim dritten Beispiel, wie in 14 gezeigt, und beim Wechsel von Prozess II zu Prozess III beim vierten Beispiel, wie in 17 gezeigt, der Waschpuffer 111 und das Lysat 113 selbst dann kontinuierlich transportiert werden, wenn die für den Transport des Lysats 113 erforderliche Zeit überschritten wird. Daher kann bei diesen Beispielen selbst dann, wenn beim ersten Beispiel kein Flüssigkeitspegel-Nachweissensor verwendet wird, eine Konfiguration verwirklicht werden, bei der der Flüssigkeitspegel-Nachweissensor unnötig ist, während die Ausbeute aufrechterhalten wird.
(ii) Das Lysat 113 weist ein von einer Probe abgeleitetes Polymer, ein Teilchen, eine von einer Mischung mit einem Lysepuffer abgeleitete Ausfällung und dergleichen auf. Diese werden beim Transport des Lysats 113 von der Reinigungsmembran eingefangen, was zu einer Verringerung der Wirksamkeit des Transports des Waschpuffers 111 und des Eluats an der nachfolgenden Stufe oder zu einer Verringerung der Wirksamkeit des Transports des Fluids (Luft, Stickstoff und anderer Gase) beim Trocknen führen kann.
Daher wird der Waschpuffer 111 beim dritten Beispiel veranlasst, von der dem Lysat 113 entgegengesetzten Seite zu fließen. Dadurch wird auch bewirkt, dass beim Transport gegen ein an der Membran eingefangenes Objekt gedrückt wird, so dass ein glatter Transport verwirklicht wird.
(iii) Es ist beim dritten Beispiel, beim vierten Beispiel, beim fünften Beispiel (eine abgeleitete Form des ersten Beispiels) und beim sechsten Beispiel (eine abgeleitete Form des zweiten Beispiels) 4 nicht erforderlich, den Transport des Waschpuffers 111 auf mehrere Zeiten zu unterteilen. Daher braucht die Waschpufferkammer 105 keine mehreren Transportzeiten entsprechende Struktur aufzuweisen. Beispielsweise kann als Reagenskammer ein Reagenstransportpaket unter Verwendung eines Aktuators, wie in US 2006/134773 A1 gezeigt, verwendet werden. Beim fünften Beispiel (eine abgeleitete Form des ersten Beispiels) und beim sechsten Beispiel (eine abgeleitete Form des zweiten Beispiels) besteht jedoch, sofern nicht das Ventil 701 oder das Ventil 801 bereitgestellt ist, eine Möglichkeit, dass sich das Fluid (Luft, Stickstoff und andere Gase) zur Seite der Membrankammer 108 bewegt. Daher kann das Ventil 701 oder 801, wenngleich der Transport ohne dieses möglich ist, bereitgestellt werden, um einen noch stabileren Lösungstransport zu verwirklichen. Der Strömungsweg nach dem dritten Beispiel ist gewöhnlich länger als jener beim ersten Beispiel. Der Strömungsweg nach dem vierten Beispiel benötigt einen zusätzlichen Strömungsweg zu jenem des ersten Beispiels.
(4) Zusammenfassung von Beispielen
In jedem Beispiel können in einem Strömungsweg mit einer Reinigungsmembran zwei Arten von Lösungen kontinuierlich zu einer Stelle transportiert werden, an der die Membran installiert ist, ohne eine dedizierte Konfiguration zur Entfernung von Blasen in einem Strömungsweg-Chip zu installieren, und kann der für den Lösungstransport erforderliche Druck verringert werden. Dadurch kann die Anzahl der Gas-Flüssigkeit-Grenzflächen mit einem hohen Laplace-Druck verringert werden oder auf null gesetzt werden. Ferner kann das Volumen des Fluids (Luft, Stickstoff und anderer Gase), das in einem nassen Zustand der Membran transportiert werden muss, verringert oder auf null gesetzt werden.
(i) Gemäß dem ersten Beispiel (siehe 5 und 6) weist das Reinigungssystem (der Biomolekülanalysator) 301 einen Strömungsweg auf, in dem sich die Membrankammer 108 zwischen der Lysekammer (ersten Kammer) 101 und der Waschpufferkammer (zweiten Kammer) 105 und der Abfallflüssigkeitskammer 107 befindet. Der Computer 115 steuert den Transport des Waschpuffers (der zweiten Flüssigkeit) 111, bis der Waschpuffer zumindest über den Zusammenführungspunkt 316 zwischen den Strömungswegen 306 bis 309 (erster Strömungsweg), die von der Lysekammer 101 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 führen, und dem Strömungsweg 307 (zweiten Strömungsweg), der von der Waschpufferkammer (zweiten Kammer) 105 ausgeht, hinausgelaufen ist, und stößt das Fluid (Luft, Stickstoff und andere Gase) aus dem Strömungsweg 307 (zweiten Strömungsweg) aus. Als nächstes steuert der Computer 115 den Transport des Lysats (der ersten Flüssigkeit) 113 von der Lysekammer (ersten Kammer) 101 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 über die Membrankammer 108. Dann steuert der Computer 115 den Transport des Waschpuffers (der zweiten Flüssigkeit) 111 in der Waschpufferkammer (zweiten Kammer) 105 von der Waschpufferkammer (zweiten Kammer) 105 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 über die Membrankammer 108. Dies ermöglicht den kontinuierlichen Transport des Lysats 113 und des Waschpuffers 111 zur Abfallflüssigkeitskammer 107, ohne Luft während des Lösungstransports zwischen dem Lysat 113 und dem Waschpuffer 111 einzumischen. Weil das Fluid (Luft, Stickstoff und andere Gase) nicht gemischt wird, kann der Druck während des Lösungstransports verringert werden (siehe 10). Daher kann der Strömungsweg, selbst wenn er strukturell etwas schwach ist, verwendet werden und können die Herstellungskosten des Reinigungssystems 301 verringert werden.
(i) Gemäß dem zweiten Beispiel (siehe 11 und 12) weist das Reinigungssystem (der Biomolekülanalysator) 400 den Strömungsweg auf, bei dem sich die Membrankammer 108 zwischen der Lysekammer (ersten Kammer) 101 und der Waschpufferkammer (zweiten Kammer) 105 befindet. Die Membrankammer 108 und die Waschpufferkammer 105 sind mit der Abfallflüssigkeitskammer 107 verbunden. Der Computer 115 steuert den Transport des Waschpuffers (der zweiten Flüssigkeit) 111, bis der Waschpuffer zumindest über den Zusammenführungspunkt 414 zwischen den Strömungswegen 407 bis 408 (erster Strömungsweg), die von der Lysekammer (ersten Kammer) 101 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 führen, und dem Strömungsweg 409 (zweiten Strömungsweg), der von der Waschpufferkammer (zweiten Kammer) 105 ausgeht, hinausgelaufen ist, und stößt das Fluid (Luft, Stickstoff und andere Gase) aus dem Strömungsweg 409 (zweiten Strömungsweg) aus. Als nächstes steuert der Computer 115 den Transport des Lysats (der ersten Flüssigkeit) 113 von der Lysekammer (ersten Kammer) 101 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 über die Membrankammer 108. Dann steuert der Computer 115 den Transport des Waschpuffers (der zweiten Flüssigkeit) 111 in der Waschpufferkammer (zweiten Kammer) 105 von der Waschpufferkammer (zweiten Kammer) 105 zur Lysekammer (ersten Kammer) 101 über die Membrankammer 108. Dies ermöglicht den Transport des Lysats 113 zur Abfallflüssigkeitskammer 107 und dann den kontinuierlichen Transport des Waschpuffers 111 zur Lysekammer 101, ohne ein Fluid (Luft, Stickstoff und andere Gase) zwischen dem Lysat 113 und dem Waschpuffer 111 während des Lösungstransports einzumischen. Weil das Fluid (Luft, Stickstoff und andere Gase) nicht gemischt wird, kann der Druck während des Lösungstransports verringert werden (ähnlich dem ersten Beispiel, siehe 10). Daher kann der Strömungsweg, selbst wenn er strukturell etwas schwach ist, verwendet werden und können die Herstellungskosten des Reinigungssystems 400 verringert werden.
(iii) Gemäß dem dritten Beispiel (siehe 13 und 12) weist das Reinigungssystem (der Biomolekülanalysator) 500 einen Strömungsweg auf, bei dem die Membrankammer eine Einlassöffnung, die zur Lysekammer (ersten Kammer) 101 führt, eine zweite Einlassöffnung, die zur Waschpufferkammer (zweiten Kammer) 105 auf der stromaufwärts gelegenen Seite führt, und eine Auslassöffnung, die zur Abfallflüssigkeitskammer 107 führt, aufweist. Der Strömungsweg 506 (erste Strömungsweg), der von der Lysekammer (ersten Kammer) 101 ausgeht, führt zur ersten Einlassöffnung der Membrankammer 108. Der Strömungsweg 507 (zweite Strömungsweg), der von der Waschpufferkammer (zweiten Kammer) 105 ausgeht, führt zur zweiten Einlassöffnung der Membrankammer 108. Der Strömungsweg 508 (dritte Strömungsweg), der von der Auslassöffnung der Membrankammer 108 ausgeht, führt zur Abfallflüssigkeitskammer 107. Der Computer 115 transportiert das Lysat (die erste Flüssigkeit) 113 von der Lysekammer (ersten Kammer) 101 über die Membrankammer 108 zur Abfallflüssigkeitskammer 107. Als nächstes transportiert der Computer 115 den Waschpuffer (die zweite Flüssigkeit) von der Waschpufferkammer (zweiten Kammer) 105 über die zweite Einlassöffnung der Membrankammer 108 zum Raum 108_1 zwischen der ersten und der zweiten Einlassöffnung der Membrankammer 108 und der Reinigungsmembran der Membrankammer 108 und stößt den Waschpuffer (die zweite Flüssigkeit) 111 in einem Zustand, in dem der Raum 108_1 mit dem Waschpuffer (der zweiten Flüssigkeit) 111 gefüllt ist, aus der ersten Einlassöffnung der Membrankammer 108 auf die Seite des Strömungswegs 506 (ersten Strömungswegs) aus. Dann transportiert der Computer 115 den Waschpuffer (die zweite Flüssigkeit) in einem Zustand, in dem sich der Waschpuffer (die zweite Flüssigkeit) 111 auf der Seite des Strömungswegs 506 (des ersten Strömungswegs) befindet, von der Waschpufferkammer (zweiten Kammer) über die Membrankammer 108 zur Abfallflüssigkeitskammer 107. Dies ermöglicht den kontinuierlichen Transport des Lysats 113 und des Waschpuffers 111 zur Abfallflüssigkeitskammer 107, ohne ein Fluid (Luft, Stickstoff und andere Gase) während des Lösungstransports zwischen dem Lysat 113 und dem Waschpuffer 111 einzumischen. Weil das Fluid (Luft, Stickstoff und andere Gase) nicht gemischt wird, kann der Druck während des Lösungstransports verringert werden (ähnlich dem ersten Beispiel, siehe 10). Daher kann der Strömungsweg, selbst wenn er strukturell etwas schwach ist, verwendet werden und können die Herstellungskosten des Reinigungssystems 500 verringert werden.
(iv) Gemäß dem vierten Beispiel (siehe 16 und 17) weist das Reinigungssystem (der Biomolekülanalysator) 600 einen Strömungsweg auf, in dem eine Membrankammer 108 eine Reinigungsmembran 102, eine Einlassöffnung, durch die eine Lysekammer (erste Kammer) 101 und eine Waschpufferkammer (zweite Kammer) 105 über einen Strömungsweg 609 verbunden sind, eine Kommunikationsöffnung mit einer Abfallflüssigkeitskammer 107 und eine Auslassöffnung aufweist. Der Strömungsweg des Reinigungssystems (Biomolekülanalysators) 600 weist die Strömungswege 607 bis 609 (den ersten Strömungsweg), die von der Lysekammer (ersten Kammer) 101 ausgehen und zur Einlassöffnung der Membrankammer 108 führen, einen Strömungsweg 608 (zweiten Strömungsweg), der sich von der Waschpufferkammer (zweiten Kammer) 105 zu einem Zusammenführungspunkt 614 auf den Strömungswegen 607 bis 609 (dem ersten Strömungsweg) erstreckt, einen Strömungsweg 611 (Kommunikationsströmungsweg), der zur Kommunikationsöffnung führt, die in einem ersten Raum 108_1 zwischen der Einlassöffnung der Membrankammer 108 und der Reinigungsmembran und der Abfallflüssigkeitskammer 107 bereitgestellt ist, und einen Strömungsweg 610 (dritten Strömungsweg), der von der Auslassöffnung der Membrankammer 108 bereitgestellt ist und zur Abfallflüssigkeitskammer 107 führt, auf. Der Computer 115 transportiert das Lysat (die erste Flüssigkeit) 113 von der Lysekammer (ersten Kammer) 101 über die Membrankammer 108 zur Abfallflüssigkeitskammer 107. Als nächstes transportiert der Computer 115 den Waschpuffer (die zweite Flüssigkeit) 113 durch die Einlassöffnung der Membrankammer 108 von der Waschpufferkammer (zweiten Kammer) 105 zum ersten Raum 108_1 und zum Strömungsweg 611 (Kommunikationsströmungsweg). Dann transportiert der Computer 115 den Waschpuffer (die zweite Flüssigkeit) 111 in einem Zustand, in dem der erste Raum 108_1 und der Strömungsweg 611 (Kommunikationsströmungsweg) mit dem Waschpuffer (der zweiten Flüssigkeit) 111 gefüllt sind, von der Waschpufferkammer (zweiten Kammer) 105 über die Membrankammer 108 zur Abfallflüssigkeitskammer 107. Dies ermöglicht den kontinuierlichen Transport des Lysats 113 und des Waschpuffers 111 zur Abfallflüssigkeitskammer 107, ohne ein Fluid (Luft, Stickstoff und andere Gase) während des Lösungstransports zwischen dem Lysat 113 und dem Waschpuffer 111 einzumischen. Weil das Fluid (Luft, Stickstoff und andere Gase) nicht gemischt wird, kann der Druck während des Lösungstransports verringert werden (ähnlich dem ersten Beispiel, siehe 10). Daher kann der Strömungsweg, selbst wenn er strukturell etwas schwach ist, verwendet werden und können die Herstellungskosten des Reinigungssystems 600 verringert werden.
Bezugszeichenliste

100: Biomolekülanalysator
101: Lysekammer
102: Reinigungsmembran
103: Reaktionskammer
104: Lysepufferkammer
105: Waschpufferkammer
106: Reagenskammer
107: Abfallflüssigkeitskammer
108: Membrankammer
109: Öffnung
114: Strömungsweg-Chip
115: Computer
301, 301', 400, 400', 500, 600: Reinigungssystem
313, 314: Flüssigkeitspegel-Nachweissensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 10233491 [0006]
US 9354199 [0006]
JP 6613212 [0006]
US 2006/134773 A1 [0161]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

PDMS membranes with tunable gas permeability for microfluidic applications - RSC Advances (RSC Publishing) DOI:10.1039/C4RA1293B“, RSC Adv., 2014, 4, 61415 [0006]
Integrated Microfluidic System for Rapid Forensic DNA Analysis: Sample Collection to DNA Profile/Analytical Chemistry (acs.org)“, Anal. Chem. 2010, 82, 16, 6991-6999 [0006]

Claims

Verfahren zum Steuern des Flüssigkeitstransports in einem Strömungsweg eines Biomolekülanalysators durch einen Computer, wobei der Biomolekülanalysator eine erste Kammer, die eine erste Flüssigkeit speichert, eine zweite Kammer, die eine zweite Flüssigkeit speichert, eine Membrankammer mit einer Reinigungsmembran und eine Abfallflüssigkeitskammer aufweist, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Steuern des Transports der zweiten Flüssigkeit, bis die zweite Flüssigkeit zumindest über einen Zusammenführungspunkt zwischen einem ersten Strömungsweg, der von der ersten Kammer zur Abfallflüssigkeitskammer führt, und einem zweiten Strömungsweg, der von der zweiten Kammer ausgeht, hinausgelaufen ist, und Ausstoßen eines Fluids, das von der ersten und der zweiten Flüssigkeit verschieden ist, aus dem zweiten Strömungsweg durch den Computer, Steuern des Transports der ersten Flüssigkeit von der ersten Kammer zur Abfallflüssigkeitskammer über die Membrankammer durch den Computer und Steuern des Transports der zweiten Flüssigkeit in der zweiten Kammer von der zweiten Kammer zur Membrankammer durch den Computer.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Membrankammer zwischen der ersten und der zweiten Kammer und der Abfallflüssigkeitskammer angeordnet ist und das Verfahren ferner Folgendes aufweist: Steuern des weiteren Transports der zur Membrankammer transportierten zweiten Flüssigkeit zur Abfallflüssigkeitskammer durch den Computer.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Membrankammer zwischen der ersten und der zweiten Kammer angeordnet ist und das Verfahren ferner Folgendes aufweist: Steuern des weiteren Transports der zur Membrankammer transportierten zweiten Flüssigkeit zur ersten Kammer durch den Computer.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Computer ausgelegt ist, den angewendeten Druck und das Öffnen und Schließen eines Ventils ansprechend auf eingegebene Informationen über Durchflussraten der ersten und der zweiten Flüssigkeit zu steuern und jeden Transport der ersten und der zweiten Flüssigkeit auszuführen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Membrankammer zwischen der ersten und der zweiten Kammer und der Abfallflüssigkeitskammer angeordnet ist und der Computer ausgelegt ist, (i) die zweite Flüssigkeit durch Schließen eines ersten Ventils, das näher zur ersten Kammer als zum Zusammenführungspunkt im ersten Strömungsweg bereitgestellt ist, Öffnen eines zweiten Ventils, das im zweiten Strömungsweg bereitgestellt ist, und Anwenden eines Drucks auf die Flüssigkeit zu transportieren, so dass sie zumindest über den Zusammenführungspunkt hinausläuft, (ii) dann die erste Flüssigkeit durch Schließen des zweiten Ventils, Öffnen des ersten Ventils und Anwenden eines Drucks auf die Flüssigkeit von der ersten Kammer über die Membrankammer zur Abfallflüssigkeitskammer zu transportieren, und (iii) ferner die zweite Flüssigkeit durch Schließen des ersten Ventils, erneutes Öffnen des zweiten Ventils und Anwenden eines Drucks auf die Flüssigkeit von der zweiten Kammer über die Membrankammer zur Abfallflüssigkeitskammer zu transportieren.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Membrankammer zwischen der ersten und der zweiten Kammer angeordnet ist und der Computer ausgelegt ist, (i) die zweite Flüssigkeit durch Schließen eines ersten Ventils, das zwischen der ersten Kammer und der Membrankammer bereitgestellt ist, Öffnen eines zweiten Ventils, das im zweiten Strömungsweg bereitgestellt ist, und eines dritten Ventils, das zwischen dem Zusammenführungspunkt und der Abfallflüssigkeitskammer bereitgestellt ist, und Anwenden eines Drucks auf die Flüssigkeit zu transportieren, so dass sie zumindest über den Zusammenführungspunkt hinausläuft, (ii) dann die erste Flüssigkeit durch Schließen des zweiten Ventils, Öffnen des ersten und des dritten Ventils und Anwenden eines Drucks auf die Flüssigkeit von der ersten Kammer über die Membrankammer zur Abfallflüssigkeitskammer zu transportieren, und (iii) ferner die zweite Flüssigkeit durch Schließen des dritten Ventils, Öffnen des ersten und des zweiten Ventils und Anwenden eines Drucks auf die Flüssigkeit von der zweiten Kammer über die Membrankammer zur ersten Kammer zu transportieren.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Membrankammer zwischen der ersten und der zweiten Kammer und der Abfallflüssigkeitskammer angeordnet ist und der Computer ausgelegt ist, (i) die erste Flüssigkeit durch Öffnen eines ersten Ventils, das zwischen dem Zusammenführungspunkt und der ersten Kammer bereitgestellt ist, und eines zweiten Ventils, das zwischen dem Zusammenführungspunkt und der Membrankammer bereitgestellt ist, Schließen eines dritten Ventils, das im zweiten Strömungsweg bereitgestellt ist, und Anwenden eines Drucks auf die Flüssigkeit von der ersten Kammer über die Membrankammer zur Abfallflüssigkeitskammer zu transportieren, um einen Strömungsweg vom dritten Ventil zu einer Einlassöffnung der Abfallflüssigkeitskammer mit der ersten Flüssigkeit zu füllen, (ii) dann die zweite Flüssigkeit durch Schließen des zweiten Ventils, Öffnen des ersten und des dritten Ventils und Anwenden eines Drucks auf die Flüssigkeit zu transportieren, so dass sie zumindest über den Zusammenführungspunkt hinausläuft, und (iii) ferner die zweite Flüssigkeit durch Schließen des ersten und des zweiten Ventils, Öffnen des dritten Ventils und Anwenden eines Drucks auf die Flüssigkeit von der zweiten Kammer über die Membrankammer zur Abfallflüssigkeitskammer zu transportieren.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Membrankammer zwischen der ersten und der zweiten Kammer angeordnet ist und der Computer ausgelegt ist, (i) die erste Flüssigkeit durch Öffnen eines ersten Ventils, das zwischen der ersten Kammer und der Membrankammer bereitgestellt ist, eines zweiten Ventils, das zwischen der Membrankammer und dem Zusammenführungspunkt bereitgestellt ist, und eines dritten Ventils, das zwischen dem Zusammenführungspunkt und der Abfallflüssigkeitskammer bereitgestellt ist, Schließen eines vierten Ventils, das im zweiten Strömungsweg bereitgestellt ist, und Anwenden eines Drucks auf die Flüssigkeit von der ersten Kammer über die Membrankammer zur Abfallflüssigkeitskammer zu transportieren, (ii) dann so zu transportieren, dass zumindest über den Zusammenführungspunkt hinausgelaufen wird, (iii) dann die zweite Flüssigkeit durch Schließen des zweiten Ventils, während ein Zustand aufrechterhalten wird, in dem ein Raum zwischen der Reinigungsmembran und einer ersten Flüssigkeitsauslassöffnung der Membrankammer und ein Strömungsweg zwischen der ersten Flüssigkeitsauslassöffnung und dem zweiten Ventil mit der ersten Flüssigkeit gefüllt ist, Öffnen des dritten und des vierten Ventils und Anwenden eines Drucks auf die Flüssigkeit von der zweiten Kammer zur Abfallflüssigkeitskammer zu transportieren, um ein von der ersten und der zweiten Flüssigkeit, die im zweiten Strömungsweg enthalten sind, verschiedenes Fluid zur Abfallflüssigkeitskammer auszustoßen, und (iv) ferner die zweite Flüssigkeit durch Schließen des dritten Ventils, Öffnen des ersten, des zweiten und des vierten Ventils und Anwenden eines Drucks auf die Flüssigkeit über die Membrankammer von der zweiten zur ersten Kammer zu transportieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mit der Membrankammer verbundene erste Strömungsweg eine Querschnittsfläche von 314 mm² oder weniger aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Reinigungsmembran in der Lage ist, Teilchen mit 0,1 µm oder mehr zurückzuhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Bestandteil der Reinigungsmembran Silika ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Flüssigkeit (i) ein Biopolymer, das eine Nukleinsäure, ein Protein, ein Lipid oder ein Polysaccharid enthält, oder ein Biomonomer, das eine Aminosäure, ein Lipid, einen Zucker oder eine Nukleobase enthält, und (ii) eine Substanz mit einem Molekül, das in seiner Struktur ein Derivat des Biopolymers oder des Biomonomers aufweist, enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Flüssigkeit eine höhere Verdampfungsrate, eine niedrigere Oberflächenspannung oder einen höheren Kontaktwinkel in Bezug auf eine Membran als die erste Flüssigkeit aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Flüssigkeit ein Lysat ist, die zweite Flüssigkeit ein Waschpuffer ist und das Fluid Luft ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Computer ausgelegt ist, die erste und die zweite Flüssigkeit bei einem Druck, der niedriger ist als ein Druck, der erforderlich ist, damit das Fluid durch die Reinigungsmembran hindurchtritt, zu transportieren, nachdem die erste Flüssigkeit durch die Reinigungsmembran hindurchgetreten ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Computer ausgelegt ist, die Zeiten des Wechsels des Transports der ersten und der zweiten Flüssigkeit durch einen Flüssigkeitspegel-Nachweissensor, die Zeit, den Druck oder eine Kombination davon festzulegen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Volumen des zweiten Strömungswegs gleich dem Volumen eines ersten Raums zwischen der Reinigungsmembran und einer Einlassöffnung der Membrankammer oder größer als dieses ist.
Verfahren zum Steuern des Flüssigkeitstransports in einem Strömungsweg eines Biomolekülanalysators durch einen Computer, wobei der Biomolekülanalysator eine erste Kammer, die eine erste Flüssigkeit speichert, eine zweite Kammer, die eine zweite Flüssigkeit speichert, eine Membrankammer mit einer Reinigungsmembran und eine Abfallflüssigkeitskammer aufweist, die Membrankammer eine erste Einlassöffnung, eine zweite Einlassöffnung und eine Auslassöffnung aufweist, ein erster Strömungsweg, der von der ersten Kammer ausgeht, zur ersten Einlassöffnung der Membrankammer führt, ein zweiter Strömungsweg, der von der zweiten Kammer ausgeht, zur zweiten Einlassöffnung der Membrankammer führt und ein dritter Strömungsweg, der von der Auslassöffnung der Membrankammer ausgeht, zur Abfallflüssigkeitskammer führt, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Transportieren der ersten Flüssigkeit von der ersten Kammer zur Abfallflüssigkeitskammer über die Membrankammer durch den Computer, Transportieren der zweiten Flüssigkeit von der zweiten Kammer zu einem ersten Raum zwischen der ersten und der zweiten Einlassöffnung der Membrankammer und der Reinigungsmembran über die zweite Einlassöffnung der Membrankammer durch den Computer und Ausstoßen der zweiten Flüssigkeit aus der ersten Einlassöffnung der Membrankammer zur Seite des ersten Strömungswegs in einem Zustand, in dem der erste Raum mit der zweiten Flüssigkeit gefüllt ist, und Transportieren der zweiten Flüssigkeit von der zweiten Kammer über die Membrankammer zur Abfallflüssigkeitskammer durch den Computer in einem Zustand, in dem sich die zweite Flüssigkeit auf der Seite des ersten Strömungswegs befindet.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Computer ausgelegt ist, den angewendeten Druck und das Öffnen und Schließen eines Ventils ansprechend auf eingegebene Informationen über Durchflussraten der ersten und der zweiten Flüssigkeit zu steuern und jeden Transport der ersten und der zweiten Flüssigkeit auszuführen.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Computer ausgelegt ist, (i) die erste Flüssigkeit durch Öffnen eines ersten Ventils, das im ersten Strömungsweg bereitgestellt ist, Schließen eines zweiten Ventils, das im zweiten Strömungsweg bereitgestellt ist, und Anwenden eines Drucks auf die Flüssigkeit von der ersten Kammer über die Membrankammer zur Abfallflüssigkeitskammer zu transportieren, (ii) die zweite Flüssigkeit durch Öffnen des ersten und des zweiten Ventils und Anwenden eines Drucks auf die Flüssigkeit in einem Zustand, in dem ein zweiter Raum zwischen der Reinigungsmembran der Membrankammer und der Auslassöffnung mit der ersten Flüssigkeit gefüllt ist, aus der ersten Einlassöffnung zur Seite des ersten Strömungswegs auszustoßen, während der erste Raum der Membrankammer mit der zweiten Flüssigkeit gefüllt wird, und (iii) ferner die zweite Flüssigkeit durch Schließen des ersten Ventils und Anwenden eines Drucks auf die Flüssigkeit in einem Zustand, in dem sich die zweite Flüssigkeit auf der Seite des ersten Strömungswegs befindet, von der zweiten Kammer über die Membrankammer zur Abfallflüssigkeitskammer zu transportieren.
Verfahren zum Steuern des Flüssigkeitstransports in einem Strömungsweg eines Biomolekülanalysators durch einen Computer, wobei der Biomolekülanalysator eine erste Kammer, die eine erste Flüssigkeit speichert, eine zweite Kammer, die eine zweite Flüssigkeit speichert, eine Membrankammer mit einer Reinigungsmembran und eine Abfallflüssigkeitskammer aufweist, ein erster Strömungsweg, der von der ersten Kammer ausgeht, zu einer Einlassöffnung der Membrankammer führt, ein zweiter Strömungsweg, der von der zweiten Kammer ausgeht, an einem Zusammenführungspunkt mit dem ersten Strömungsweg verbunden ist, und ferner ein Kommunikationsströmungsweg, der einen ersten Raum zwischen der Einlassöffnung der Membrankammer und der Reinigungsmembran und die Abfallflüssigkeitskammer verbindet, bereitgestellt ist, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Transportieren der ersten Flüssigkeit von der ersten Kammer über die Membrankammer zur Abfallflüssigkeitskammer durch den Computer, Transportieren der zweiten Flüssigkeit von der zweiten Kammer zum ersten Raum und zum Kommunikationsströmungsweg von der Einlassöffnung der Membrankammer durch den Computer und Transportieren der zweiten Flüssigkeit von der zweiten Kammer über die Membrankammer zur Abfallflüssigkeitskammer durch den Computer in einem Zustand, in dem der erste Raum und der Kommunikationsströmungsweg mit der zweiten Flüssigkeit gefüllt sind.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Computer ausgelegt ist, den angewendeten Druck und das Öffnen und Schließen eines Ventils ansprechend auf eingegebene Informationen über Durchflussraten der ersten und der zweiten Flüssigkeit zu steuern und jeden Transport der ersten und der zweiten Flüssigkeit auszuführen.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Computer ausgelegt ist, (i) die erste Flüssigkeit durch Öffnen eines ersten Ventils, das im ersten Strömungsweg bereitgestellt ist, Schließen eines zweiten Ventils, das im zweiten Strömungsweg bereitgestellt ist, und Anwenden eines Flüssigkeitszufuhrdrucks von der ersten Kammer über die Membrankammer zur Abfallflüssigkeitskammer zu transportieren, (ii) den ersten Raum der Membrankammer und den Kommunikationsströmungsweg durch Schließen des ersten Ventils in einem Zustand, in dem ein zweiter Raum zwischen der Reinigungsmembran und einer Auslassöffnung der Membrankammer mit der ersten Flüssigkeit gefüllt ist, und Öffnen eines zweiten Ventils, das im zweiten Strömungsweg bereitgestellt ist, und eines dritten Ventils, das im Kommunikationsströmungsweg bereitgestellt ist, und Anwenden eines Flüssigkeitszufuhrdrucks mit der zweiten Flüssigkeit zu füllen, und (iii) ferner die zweite Flüssigkeit durch Schließen des dritten Ventils und Anwenden eines Flüssigkeitszufuhrdrucks von der zweiten Kammer über die Membrankammer zur Abfallflüssigkeitskammer zu transportieren, während ein Zustand aufrechterhalten wird, in dem sich die zweite Flüssigkeit im Kommunikationsströmungsweg befindet.
Biomolekülreinigungssystem, aufweisend: einen Biomolekülanalysator mit einem Strömungsweg und einen Computer, der ausgelegt ist, den Flüssigkeitstransport im Strömungsweg zu steuern, wobei der Biomolekülanalysator Folgendes aufweist: eine erste Kammer, die eine erste Flüssigkeit speichert, eine zweite Kammer, die eine zweite Flüssigkeit speichert, eine Abfallflüssigkeitskammer und eine Membrankammer mit einer Reinigungsmembran, die zwischen der ersten und der zweiten Kammer und der Abfallflüssigkeitskammer angeordnet ist, wobei der Computer ausgelegt ist, Folgendes auszuführen: Steuern des Transports der zweiten Flüssigkeit, bis die zweite Flüssigkeit zumindest über einen Zusammenführungspunkt zwischen einem ersten Strömungsweg, der von der ersten Kammer zur Abfallflüssigkeitskammer führt, und einem zweiten Strömungsweg, der von der zweiten Kammer ausgeht, hinausgelaufen ist, und Ausstoßen eines Fluids, das von der ersten und der zweiten Flüssigkeit verschieden ist, aus dem zweiten Strömungsweg, Steuern des Transports der ersten Flüssigkeit von der ersten Kammer über die Membrankammer zur Abfallflüssigkeitskammer und Steuern des Transports der zweiten Flüssigkeit in der zweiten Kammer von der zweiten Kammer über die Membrankammer zur Abfallflüssigkeitskammer.
Biomolekülreinigungssystem, aufweisend: einen Biomolekülanalysator mit einem Strömungsweg und einen Computer, der ausgelegt ist, den Flüssigkeitstransport im Strömungsweg zu steuern, wobei der Biomolekülanalysator Folgendes aufweist: eine erste Kammer, die eine erste Flüssigkeit speichert, eine zweite Kammer, die eine zweite Flüssigkeit speichert, eine Membrankammer mit einer Reinigungsmembran, die zwischen der ersten und der zweiten Kammer angeordnet ist, und eine Abfallflüssigkeitskammer, wobei der Computer ausgelegt ist, Folgendes auszuführen: Steuern des Transports der zweiten Flüssigkeit, bis die zweite Flüssigkeit zumindest über einen Zusammenführungspunkt zwischen einem ersten Strömungsweg, der von der ersten Kammer zur Abfallflüssigkeitskammer führt, und einem zweiten Strömungsweg, der von der zweiten Kammer ausgeht, hinausgelaufen ist, und Ausstoßen eines Fluids, das von der ersten und der zweiten Flüssigkeit verschieden ist, aus dem zweiten Strömungsweg, Steuern des Transports der ersten Flüssigkeit von der ersten Kammer über die Membrankammer zur Abfallflüssigkeitskammer und Steuern des Transports der zweiten Flüssigkeit in der zweiten Kammer von der zweiten Kammer über die Membrankammer zur ersten Kammer.
Biomolekülreinigungssystem, aufweisend: einen Biomolekülanalysator mit einem Strömungsweg und einen Computer, der ausgelegt ist, den Flüssigkeitstransport im Strömungsweg zu steuern, wobei der Biomolekülanalysator Folgendes aufweist: eine erste Kammer, die eine erste Flüssigkeit speichert, eine zweite Kammer, die eine zweite Flüssigkeit speichert, eine Membrankammer mit einer Reinigungsmembran, einer ersten Einlassöffnung, einer zweiten Einlassöffnung und einer Auslassöffnung, eine Abfallflüssigkeitskammer, einen ersten Strömungsweg, der von der ersten Kammer ausgeht und zur ersten Einlassöffnung der Membrankammer führt, einen zweiten Strömungsweg, der von der zweiten Kammer ausgeht und zur zweiten Einlassöffnung der Membrankammer führt, und einen dritten Strömungsweg, der von der Auslassöffnung der Membrankammer ausgeht und zur Abfallflüssigkeitskammer führt, wobei der Computer ausgelegt ist, Folgendes auszuführen: Transportieren der ersten Flüssigkeit von der ersten Kammer über die Membrankammer zur Abfallflüssigkeitskammer, Transportieren der zweiten Flüssigkeit von der zweiten Kammer zu einem ersten Raum zwischen der ersten und der zweiten Einlassöffnung der Membrankammer und der Reinigungsmembran über die zweite Einlassöffnung der Membrankammer und Ausstoßen der zweiten Flüssigkeit aus der ersten Einlassöffnung der Membrankammer zur Seite des ersten Strömungswegs in einem Zustand, in dem der erste Raum mit der zweiten Flüssigkeit gefüllt ist, und Transportieren der zweiten Flüssigkeit von der zweiten Kammer über die Membrankammer zur Abfallflüssigkeitskammer in einem Zustand, in dem sich die zweite Flüssigkeit auf der Seite des ersten Strömungswegs befindet.
Biomolekülreinigungssystem, aufweisend: einen Biomolekülanalysator mit einem Strömungsweg und einen Computer, der ausgelegt ist, den Flüssigkeitstransport im Strömungsweg zu steuern, wobei der Biomolekülanalysator Folgendes aufweist: eine erste Kammer, die eine erste Flüssigkeit speichert, eine zweite Kammer, die eine zweite Flüssigkeit speichert, eine Abfallflüssigkeitskammer, eine Membrankammer mit einer Reinigungsmembran, einer Einlassöffnung, einer Kommunikationsöffnung mit der Abfallflüssigkeitskammer und einer Auslassöffnung, einen ersten Strömungsweg, der von der ersten Kammer ausgeht und zur Einlassöffnung der Membrankammer führt, einen zweiten Strömungsweg, der von der zweiten Kammer ausgeht und sich zu einem Zusammenführungspunkt mit dem ersten Strömungsweg erstreckt, einen Kommunikationsströmungsweg, der die Kommunikationsöffnung und die Abfallflüssigkeitskammer verbindet, wobei der Kommunikationsströmungsweg in einem ersten Raum zwischen der Einlassöffnung der Membrankammer und der Reinigungsmembran bereitgestellt ist, und einen dritten Strömungsweg, der von der Auslassöffnung der Membrankammer ausgeht und zur Abfallflüssigkeitskammer führt.
Biomolekülreinigungssystem nach Anspruch 27, wobei der Computer ausgelegt ist, Folgendes auszuführen: Transportieren der ersten Flüssigkeit von der ersten Kammer über die Membrankammer zur Abfallflüssigkeitskammer, Transportieren der zweiten Flüssigkeit von der zweiten Kammer zum ersten Raum und zum Kommunikationsströmungsweg über die Einlassöffnung der Membrankammer und Transportieren der zweiten Flüssigkeit von der zweiten Kammer über die Membrankammer zur Abfallflüssigkeitskammer in einem Zustand, in dem der erste Raum und der Kommunikationsströmungsweg mit der zweiten Flüssigkeit gefüllt sind.