Система наноанализа
Предложены картридж и система для наноанализа. Картридж имеет кристалл, формирующий по меньшей мере одну ячейку для образцов, с множеством нанотрубок, проходящих между парой смежных ячеек для образцов, причем нанотрубки выполнены с возможностью приема линеаризованных молекул. После линеаризации, молекулы в наноканалах отображают через прозрачную подложку, на которой размещен кристалл. Перемещение молекул через наноканалы может быть начато и остановлено, а картридж может быть перемещен для облегчения отображения молекул.
ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Любые и все заявки, для которых установлен международный или внутренний приоритет в формуляре заявки, поданном вместе с данной заявкой, настоящим включены посредством ссылки в настоящую заявку в рамках статьи 37 CFR 1.57.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее полезная модель относится к области нанотехнологии и, в частности, к линеаризующим молекулам в каналах для наножидкости.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Биополимеры, такие как геномная ДНК, часто выполнены в форме полугибких сплетенных полимерных цепочек. Эти макромолекулы обычно имеют произвольную конфигурацию витков в свободном растворе. Для немодифицированной дцДНК в биологическом растворе персистентная длина (параметр, задающий его жесткость) обычно составляет приблизительно 50 нм. Для достижения единообразного и точного получения характеристик ДНК и других биополимеров необходима линеаризация полимера. Кроме того, для облегчения получения характеристик макромолекул и биополимеров, таких как ДНК, последовательности и части макромолекул могут быть маркированы, например с использованием флуоресцентных методик мечения. Однако, оптические методики составления карт для биополимеров были затруднены низкой плотностью потока информации для оптических карт, а обычные методики обеспечивают только возможности с низкой производительностью.
Таким образом, необходимы система и способ линеаризации и оптического картографирования, которые обеспечивают точное и высокопроизводительное получение характеристик макромолекул.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Согласно некоторым особенностям система для наножидкости содержит картридж, имеющий первую емкость для текучей среды; вторую емкость для текучей среды; и множество наноканалов, образующих проход для потока текучей среды между первой и второй емкостями для текучей среды; электрод, связанный с первой емкостью для текучей среды и выполненный с возможностью контакта в ней с текучей средой; электрод, связанный со второй емкостью для текучей среды и выполненный с возможностью контакта в ней с текучей средой; причем картридж имеет верхнюю часть и нижнюю часть, первая емкость для текучей среды выполнена с возможностью доступа с верхней части картриджа для добавления в нее текучей среды, а наноканалы содержат обзорное окно, видимое с нижней части картриджа для обеспечения возможности отображения меченых молекул в наноканалах.
В некоторых примерах реализации система для наножидкости содержит по меньшей мере одну опорную метку, выполненную с возможностью обнаружения с нижней части картриджа, имеющей постоянное положение по отношению к наноканалам.
В некоторых примерах реализации система для наножидкости дополнительно содержит переходную область, расположенную в проходе для потока текучей среды между первой емкостью и наноканалами и содержащую конструкции по меньшей мере для частичного выпрямления свернутых или спутанных полимеров с обеспечением облегчения перемещения полимеров в наноканалы в линейной форме.
Некоторые особенности, описанные в настоящей заявке, содержат устройство для анализа биополимеров, содержащее наножидкостной кристалл, имеющий по меньшей мере десять сформированных в нем параллельных наноканалов; оптически прозрачное покрытие, уплотненное к кристаллу и формирующее одну сторону наноканалов; носитель, в который установлен кристалл и который имеет верхнюю и нижнюю стороны; первую емкость для текучей среды, доступную с верхней стороны носителя; и вторую емкость для текучей среды; причем наноканалы соединены с первой и второй емкостями для текучей среды и образуют между ними проход.
В некоторых примерах реализации устройство дополнительно содержит конструкцию для перемещения биополимеров из первой емкости для текучей среды в наноканалы.
В некоторых примерах реализации конструкция для перемещения биополимеров содержит первый электрод, имеющий электрический контакт с первой емкостью для текучей среды, и второй электрод, имеющий электрический контакт со второй емкостью для текучей среды, так что после подачи питания на первый и второй электроды, заряженные биополимеры в первой емкости для текучей среды оказываются перемещены в наноканалы по направлению ко второй емкости для текучей среды. В некоторых примерах реализации заряженные биополимеры электростатически перемещены в наноканалы.
В некоторых примерах реализации конструкция для перемещения биополимеров прикладывает гидравлическое давление к первой емкости для текучей среды.
В некоторых примерах реализации устройство дополнительно содержит отображающее устройство, выполненное с возможностью отображения биополимеров в наноканалах через оптически прозрачное покрытие.
В некоторых примерах реализации отображающее устройство выполнено с возможностью отображения только части наноканалов за один раз, дополнительно содержит сканирующую конструкцию для изменения части наноканалов, отображаемых для обеспечения возможности получения множества изображений, которые совместно охватывают необходимую область отображения наноканалов.
В некоторых примерах реализации устройство дополнительно содержит по меньшей мере один контроллер в указанном устройстве, который функционально связан с конструкциями для перемещения биополимеров, сканирующей конструкцией и отображающим устройством, причем указанный по меньшей мере один контроллер запрограммирован на (a) приведение в действие конструкции для перемещения биополимеров для перемещения биополимеров в наноканалы в линеаризованной форме; (b) поддержание биополимеров в постоянном положении и линеаризованной форме в наноканалах с одновременным управлением сканирующей конструкцией и отображающим устройством для отображения области изображения; и последующее (c) повторение этапов (a) и (b) по меньшей мере один раз.
В некоторых примерах реализации устройство дополнительно содержит установочную конструкцию на носителе, выполненную с возможностью выравнивания носителя и кристалла с получением их заданного взаимного положения относительно отображающего устройства.
В некоторых примерах реализации на носителе установлено более одного наножидкостного кристалла. В некоторых примерах реализации устройство содержит множество первых емкостей для текучей среды и вторых емкостей для текучей среды, причем наноканалы соединены с указанным множеством первых емкостей для текучей среды и вторых емкостей для текучей среды и образуют проход для текучей среды между ними. В некоторых примерах реализации множество первых емкостей для текучей среды и вторых емкостей для текучей среды выполнены в виде сетки.
В некоторых примерах реализации наноканалы соединены с одной первой емкостью для текучей среды и множеством вторых емкостей для текучей среды и образуют проход для текучей среды между ними. В некоторых примерах реализации множество первых электродов имеет контакт с первой емкостью для текучей среды.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 показан перспективный вид примера реализации картриджа для наноанализа.
На фиг.2 показан вид в разрезе картриджа по фиг.1.
На фиг.3 показан перспективный вид части примера реализации системы для наноанализа.
На фиг.4A показан вид в разрезе части примера реализации системы для наноанализа.
На фиг.4B показан вид в разрезе примера реализации картриджа для наноанализа.
На фиг.5 показан вид примера реализации наноструктур для наноанализа.
На фиг.6 показан перспективный вид примера реализации системы для наноанализа.
На фиг.7 показана структурная схема примера реализации управляющей системы для системы наноанализа.
На фиг.8 показана блок-схема процесса для отображения линеаризованных молекул, которые проходят через наноканалы.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
В представленном в настоящей заявке описании приведена ссылка на прилагаемые чертежи, которые формируют часть этой заявки. Иллюстративные примеры реализации, раскрытые в подробном описание, чертежи и формула полезной модели не следует считать ограничительными. Могут быть использованы другие примеры реализации, а также могут быть реализованы другие изменения без выхода за рамки сущности и объема настоящего полезной модели, представленного в настоящей заявке. Будет полностью понятно, что особенности настоящего полезной модели, в целом описанные в настоящей заявке и показанные на чертежах, могут быть реализованы, заменены, объединены и сконструированы в широком множестве различных конфигураций, каждая из которых рассмотрена явным образом и составляет часть данного описания.
Следует понимать, что конкретные особенности настоящего полезной модели, которые для краткости описаны в настоящей заявке в контексте отдельных примеров реализации, могут быть выполнены в сочетании в одном примере реализации. В противном случае, различные особенности настоящего полезной модели, которые для краткости описаны в контексте одного примера реализации, могут быть также выполнены по отдельности или в любом подсочетании. Кроме того, ссылка на значения, приведенные в диапазонах, включает каждое значение в таком диапазоне.
Если не сформулировано иное, технические и научные термины, использованные в настоящей заявке, имеют такое же значение, которое обычно понятно специалисту в области техники, к которой относится данное полезная модель.
Согласно использованию в настоящей заявке, термин "канал" означает область, обозначенную границами. Такие границы могут являться электрическими, химическими, магнитными и т.п. Термин "наноканал" использован для пояснения того, что конкретные каналы считают наноразмерными при конкретных размерах. Также согласно использованию в настоящей заявке, наножидкость может означать систему для текучей среды, имеющую компоненты, размеры которых являются наноразмерными. Согласно использованию в настоящей заявке, наноанализ может относится к анализу макромолекулы или биополимера, такого как ДНК или РНК, с использованием наноразмерной структуры, такой как наноканал, например система для наножидкости.
Согласно использованию в настоящей заявке, термин "ДНК" относится к ДНК любой длины (например, от 0,1 тысячи пар оснований до 1 миллиона пар оснований). ДНК может представлять собой высокочистый продукт, сырьевой или полу-сырьевой материал. ДНК может быть получена от биологического источника или может представлять собой синтетическую ДНК.
Согласно использованию в настоящей заявке "образец" может содержать, например, кровь, сыворотку крови, плазму крови, мокроту, промывную жидкость, цереброспинальную жидкость, мочу, сперму, пот, слезы, слюну и т.п. Согласно использованию в настоящей заявке, термины "кровь", "плазма крови" и "сыворотка крови" недвусмысленно охватывают его доли или обрабатываемые части. Аналогичным образом, если образец взят из биопсии, тампона, мазка и т.д., то термин "образец" недвусмысленно охватывает обрабатываемую долю или часть, полученную из биопсии, мазка и т.д.
На фиг.1 показан перспективный вид примера реализации картриджа 100. Картридж 100 имеет верхнюю часть 101, нижнюю часть 102 и установочную особенность 105, сформированную в периметре картриджа 100 или в качестве его части. Верхняя часть 101 содержит вогнутую область 110, в которой расположено множество ячеек 120 для образцов. Установочная особенность 105 может быть образована постоянной формой или периметром картриджа 100. Картридж 100 может быть выполнен с возможностью вставки или использования в системе или устройстве для выполнения наноанализа, в котором важна ориентация картриджа. Система или устройство может содержать принимающую часть для размещения картриджа 100, причем принимающая часть имеет размер и форму, соответствующие внешнему периметру картриджа 100, который содержит установочную особенность 105, так что картридж 100 может быть только вставлен в приемную область системы или устройства в конкретной ориентации. Установочная деталь 105 может иметь любую форму, такую как вырез, угол, выступ или любую другую схожую особенность, поскольку установочная особенность приводит к образованию картриджа 100, который выполнен несимметричным относительно по меньшей мере одной оси. В некоторых примерах реализации, картридж может иметь более одной установочной особенности 105, которые в совокупности формируют периметр картриджа 100, который выполнен симметричным вокруг по меньшей мере одной оси.
Вогнутая область 110 содержит кромку 115, которая проходит вокруг периметра вогнутой области 110 и образует поверхность для уплотнения вогнутой области, путем, например, размещения соответствующей части устройства для наноанализа, которая содержит уплотняющий элемент. Данная особенность будет более подробно описана далее.
Множество ячеек 120 для образцов образовано частично посредством ячеистой конструкции 124 и имеет отверстие, доступное с верхней части 101 картриджа 100 для добавления образца к каждой из множества ячеек 120 для образцов. В некоторых примерах реализации ячеистая конструкция 124 формирует часть границы ячеек 120 для образцов, а часть границы ячеек 120 для образцов выполнена открытой для приема образца.
В некоторых примерах реализации ячейки 120 для образцов могут быть выполнены в виде решетки. В некоторых примерах реализации ячейки для образцов могут быть выровнены во множество рядов, разделенных частью ячеистой конструкции 124, в которой сформирована наноструктурная стенка 126, причем вертикальные ряды разделены посредством ячеистой конструкции 124, в которой отсутствуют наноканалы 128. Количество горизонтальных и вертикальных рядов может изменяться. В некоторых примерах реализации количество горизонтальных или вертикальных рядов может составлять 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 30, 40, 50 или большее количество.
В некоторых примерах реализации одна наноструктурная стенка 126 формирует часть границы каждой ячейки 120 для образцов 120. В частности, одна наноструктурная стенка 126 связана с парой смежных ячеек 120 для образцов, расположенных в смежных строках, поскольку между ними расположена часть ячеистой конструкции 124.
Ячеистая конструкция 124 и наноструктурные стенки 126 могут быть предпочтительно сформированы из кремния или кремнийсодержащего материала. Использование кремниевого кристалла или кремниевого материала обеспечивает более простое, более прочное и более точное формование наноканалов 128 в наноструктурной стенке 126. В некоторых примерах реализации ячеистая конструкция 124 может быть сформирована из любого материала, в котором могут быть сформированы наноструктуры, такие как германий, оксид германия, нитрид, молибден, сульфид молибдена, сульфид вольфрама, углерод, карбид, стекло, кварц, кварцевое стекло или любого другого подходящего материала. В некоторых примерах реализации ячеистая конструкция 124 и наноструктурная стенка 126 могут быть сформированы из одной кремниевой пластины или кристалла, который прикреплен к носителю, такому как картридж 100, для использования в отображающей системе.
Множество наноканалов 128 сформированы в каждой наноструктурной стенке 126. Каждая наноструктура может содержать 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 75, 100, 200, 300, приблизительно 500, приблизительно 1000, приблизительно 2000, приблизительно 3000, приблизительно 4000, приблизительно 5000, приблизительно 10000, приблизительно 50000, приблизительно 100000 или большее количество наноканалов. Наноканалы 128 сформированы для создания прохода для текучей среды от ячейки 120 для образцов к другой ячейке 120 для образцов в смежном горизонтальном ряду. Множество наноканалов 128 может представлять собой туннели, трубки, канавки или похожие структуры, которые формируют проход от ячейки 120 для образцов к другой. Наноканалы 128 могут быть сформированы посредством множества процессов, таких как травление, наращивание, наслоение или посредством любого другого подходящего способа. Согласно описанию, представленному в настоящей заявке, наноканалы 128 могут быть предпочтительно сформированы как множество параллельных канавок в наноструктурной стенке 126 с открытой частью канавки, направленной к нижней части 102 картриджа 100.
Согласно фиг.2, кристалл 103 соединен с нижней стороной 102 картриджа 100 для выравнивания с вогнутой областью 110 или расположений ниже нее. Кристалл 103 содержит подложку 122, ячеистую конструкцию 124 и наноструктурную стенку 126, и другие связанные компоненты. Для формирования кристалла 103 ячеистая конструкция 124 может быть сформирована на подложке 122 или прикреплена к ней. В некоторых примерах реализации подложка 122 формирует часть, такую как дно, ячейки 120 для образцов. Предпочтительно наноканалы 128 сформированы в наноструктурной стенке 126 таким образом, что одна граница наноканалов 128 представляет собой подложку 122. Согласно приведенному далее подробному описанию, подложка выполнена предпочтительно прозрачной поверх канала для обеспечения возможности отображения содержимого наноканалов 128 с нижней части 102 картриджа 100.
В некоторых примерах реализации картридж 100 может иметь более одной вогнутой области 110, каждая из которых выровнена или расположена поверх кристалла 103. Таким образом, картридж может иметь более одного кристалла 103 для использования для наноанализа множества образцов с использованием одного картриджа 100.
Ячеистая конструкция 124 может быть сформирована непосредственно на подложке 122 или подложка 122 может быть приклеена к ячеистой конструкции 124, причем подложка 122 формирует поверхность, например нижнюю поверхность ячеек 120 для образцов. Согласно приведенному выше описанию, в некоторых примерах реализации ячейки 120 для образцов выполнены в двух горизонтальных рядах, причем ячейки 120a для образцов расположены в первом горизонтальном ряде, а ячейки 120b для образцов расположены во втором горизонтальном ряде. Ячейка 120a для образцов предпочтительно расположена вплотную к ячейке 120b для образцов, с наноструктурной стенкой 126, содержащей множество наноканалов 128, поделенных на два. Таким образом, образец, содержащий макромолекулу или биополимер, размещенный в ячейке 120a для образцов, может быть перенесен, перемещен, смещен, вытеснен или другим образом направлен из ячеек 120a для образцов в ячейки 120b для образцов через множество наноканалов 128, процесс будет пояснен далее более подробно. В некоторых примерах реализации ячейки 120b для образцов могут иметь форму, отличную от ячеек 120а для образцов для визуального отличия ячеек 120а для образцов от ячеек 120b для образцов.
В некоторых примерах реализации кристалл 103 может содержать сеть из ячеек 120a и 120b для образцов, разделенных посредством наноструктурной стенки 126, расположенной любым необходимым образом. Ячейки 120a для образцов и 120b могут быть выровнены в линию в виде кольцевого рисунка или любым другим необходимым образом, а не в виде сетки из горизонтальных и вертикальных рядов согласно приведенному выше описанию. В некоторых примерах реализации ячейки 120a для образцов могут быть ограничены более одной наноструктурной стенки 126, имеющей сформированные в ней наноканалы 128. Например, в некоторых примерах реализации одна ячейка 120 для образцов ограничена более одной ячейкой 120b для образцов, так что макромолекула или биополимер, размещенный в ячейке 120a для образцов, может быть перенесен в более чем одну смежную ячейку 120b для образцов.
В некоторых примерах реализации кристалл 103 может содержать одиночную, круглую, квадратную, овальную, треугольную или имеющую другую форму ячейки 120a для образцов, ограниченной посредством соответствующим образом сформованной наноструктурной стенки 126, имеющей сформированные в ней наноканалы 128 и отделяющей ячейку 120a для образцов от окружающих ячеек 120b для образцов. Например, одна круглая ячейка 120a для образцов может быть окружена кольцевой наноструктурной стенкой 126, так что макромолекула или биополимер, размещенный в ячейке 120b для образцов, может быть перенесен в виде излучающего образца через наноканалы 128 в наноструктурной стенке 126 в одну концентрическую ячейку 120b для образцов или во множество окружающих ячеек 120b для образцов.
В некоторых примерах реализации кристалл 103 может содержать одну ячейку 120b для образцов, отделенную по меньшей мере от одной ячейки 120b для образцов посредством стенки 126 наноканала, которая содержит области наноканалов 128. Например, в некоторых примерах реализации кристалл 103 содержит одну ячейку 120a для образцов, ограниченную на одной стороне стенкой 126 наноканала, которая имеет три области наноканалов 128 и промежуточные области без наноканалов 128. Области наноканала 128 расположены в стенке 126 наноканала для создания пути потока через стенку 126 наноканала в трех соответствующих ячейках 120b для образцов. В некоторых примерах реализации данная конструкция может быть изменена в противоположную сторону, так что три ячейки 120a для образцов отделены от одной ячейки 120b для образцов посредством наноструктурной стенки 126, имеющей соответствующие области наноканала 128. Количество и конструкция ячеек 120a и 120b для образцов приведены в настоящей заявке только в качестве примера, а специалисту в области техники будет понятно, что другие количества или конструкции ячеек 120a и 120b для образцов не выходят за рамки объема настоящего полезной модели.
В некоторых примерах реализации подложка 122 может иметь метки совмещения (не показаны), отпечатанные, выгравированные или другим образом размещенные на этой подложке. Метки совмещения могут быть расположены на нижней стороне подложки, а именно на стороне подложки 122, соответствующей нижней части 102 картриджа 100, или, другими словами, на стороне подложки, которая не контактирует с ячеистой конструкцией 124. Метки совмещения предпочтительно обеспечивают опорные метки для выравнивания и/или регулирования осветительных и оптических отображающих устройств, которые могут быть использованы для отображения молекул, которые совершают перемещение через наноканалы 128 согласно приведенному далее описанию.
На фиг.3 показан пример реализации части системы для выполнения наноанализа. Согласно чертежу, система имеет верхний блок 330 и платформу 340. Верхний блок 330 соединен с системой для наноанализа или устройством посредством шарнира или другого подвижного соединения. Шарнирное соединение обеспечивает возможность перемещения верхнего блока 330 от платформы 340, что обеспечивает пространство для вставки картриджа 300 в выемку 342. Верхний блок 330 может быть затем перемещен посредством шарнирного соединения для приведения верхнего блока 330 в непосредственную близость с платформой 340 и картриджем 300. Верхний блок 330 выполнен с возможностью контакта с картриджем 300 по меньшей мере в одной кромке 315 и может формировать уплотнение с использованием этой кромки 315. Верхний блок 330 образует уплотняющую поверхность (не показана), которая взаимодействует с кромкой 315 для создания воздухонепроницаемого и/или водонепроницаемого уплотнения вокруг вогнутой части 310.
Платформа 340 сформирована с выемкой 342, выполненной с возможностью приема картриджа 300. Выемка 342 имеет размер и профилирована таким образом, что соответствует размеру и форме картриджа 300, так что картридж 300 может быть вставлен в выемку 342. Предпочтительно выемка имеет установочную особенность 345, которая соответствует установочной особенности 305 на картридже 300 для обеспечения надлежащей ориентации и/или выравнивания в выемке 342 и платформе 340.
В некоторых примерах реализации верхний блок 330 содержит формирователь движущей силы. В некоторых примерах реализации формирователь движущей силы содержит элемент создания давления (не показан), который выполнен с возможностью применения перепада давлений или разницы между смежными ячейками для образцов. Верхний блок 330 может образовывать уплотняющий элемент (не показан) для герметизации конкретных ячеек 120a для образцов. Перепад давления может быть достаточным для вытеснения молекул из ячейки 120a для образцов к смежной ячейке 120b для образцов через наноструктурную стенку 126. Элемент формирования давления может подавать пневматическое давление, гидравлическое давление или другое подходящее давление к ячейкам 120a для образцов.
На фиг.4A описан вид в разрезе примера реализации части системы и картриджа, использованного для наноанализа. Картридж 400 изображен в контакте с верхним блоком 430. Верхний блок 430 контактирует с вогнутой частью 410. Картридж 400 прикреплен к кристаллу 403. Кристалл 403, ячейки 420 для образцов, ячеистая конструкция 424 и подложка 422 могут быть выполнены аналогично описанным в настоящей заявке.
В некоторых примерах реализации движущая сила может представлять собой электрическое поле, создаваемое посредством по меньшей мере одного электрода. В некоторых примерах реализации верхний блок 430 содержит отрицательные электроды 435 и положительные электроды 436, которые поддержаны посредством верхнего блока 430 и которые проходят по направлению вниз от верхнего блока 430. Отрицательные электроды 435 и положительные электроды 436 соединены с верхним блоком 430 таким образом, что конец каждого электрода 435 и 436 расположен для выравнивания с одной ячейкой 420a или 420b для образцов. Таким образом, если верхний блок 430 контактирует или расположен в непосредственной близости к картриджу 400, то один отрицательный электрод 435 будет размещен в одной ячейке 420a для образцов, а один положительный электрод 436 будет размещен в одной ячейке 420b для образцов. Данная конструкция обеспечивает возможность создания электрического поля через наноструктурную стенку 426, причем электрическое поле может электрофоретически вытеснять биополимеры или макромолекулы, такие как ДНК, из ячейки 420a для образцов, через наноканалы 428, сформированные в наноструктурной стенке 426, и в смежную ячейку 420b для образцов. Несмотря на то, что ДНК в целом имеет отрицательный заряд, в некоторых примерах реализации ДНК может быть перемещена от одной ячейки 420a для образцов к другой ячейке 420b для образцов через наноканалы 428 по направлению к положительному электроду 436. Несмотря на то, что электроды 435 и 436 описаны как электроды, имеющие конкретную полярность, специалисту в области техники будет понятно, что полярность электродов может быть изменена на противоположную, например в зависимости от интересуемой макромолекулы или биополимера.
Верхний блок 430 может содержать уплотняющий элемент 438, выполненный с возможностью контакта с периметром или границей вогнутой части 410 картриджа 400. В некоторых примерах реализации уплотняющий элемент 438 может представлять собой прокладку, кольцевое уплотнение или любую подходящую конструкцию. Предпочтительно наличие надежного уплотнения между верхним блоком 430 и кромкой 415 для предотвращения испарения образца из ячеек 420a и 420b для образцов во время процесса электрофареза. Испарение даже небольшого количества образца или текучей среды, содержащейся в образце, может иметь негативные воздействия на транспортировку биополимеров или макромолекул через наноканалы 428.
На фиг.4B описан вид в разрезе примера реализации части системы и картриджа, используемого для наноанализа. Согласно чертежу, подложка 422 может содержать электродные части 437 и 438. Электродные части 437 и 438 сформированы в подложке или через нее и образуют токопроводящий путь от источника напряжения или тока, расположенного за пределами картриджа, к ячейкам 420a и 420b для образцов. Электродные части 437 и 438 могут представлять собой проводящие электроды, встроенные в стеклянную подложку, сформированные как единое целое с этой подложкой или расположенные в сквозных отверстиях в этой подложке. По меньшей мере часть, например верхняя поверхность, электродных частей 437 и 438 выполнена с возможностью контакта с текучей средой или жидким образцом, который размещен в ячейках 420a для образцов. Аналогично отрицательному электроду 435 и положительному электроду 436 по фиг.4A, электродные части 437 и 438 могут создавать электрическое поле в ячейках 420a для образцов и 420b, достаточное для электрофоретического вытеснения или переноса молекул, таких как молекулы ДНК, от одной ячейки 420a для образцов к смежной ячейке 420b для образцов через наноструктурную стенку 426. Путем выполнения электродных частей 437 и 438 как единое целое с подложкой 422, электрическое поле может быть приложено к ячейкам 420a и 420b для образцов с использованием источника напряжения или тока, расположенного в платформе 340 или в другом положении под картриджем 400. Например, платформа 340 может иметь контактные площадки (не показаны), которые размещены в выемке 342 и выровнены с электродными частями 437 и 438 таким образом, что при вставке картриджа 400 в выемку 342 между контактными площадками и электронными частями 437 и 438 образован электрический контакт.
Согласно приведенному выше описанию, ячейки 420a и 420b для образцов могут быть выполнены в виде различных рисунков или сетки. В некоторых примерах реализации одна ячейка 420a для образцов может быть связана более чем с одним электродом. Например, кристалл 403 может иметь одну ячейку 420a для образцов, расположенную вплотную к трем ячейкам 420b для образцов, разделенных наноструктурной стенкой 426, имеющей области наноканалов 428 согласно приведенному в настоящей заявке описанию. По меньшей мере три электрода 435 или электродных частей 437 могут быть связаны с одной ячейкой 420a для образцов, расположенной таким образом, что один электрод 435 или электродная часть 437 соответствует одной из трех смежных ячеек 420b для образцов. В некоторых примерах реализации кристалл 403 может иметь три ячейки 420a для образцов, расположенные вплотную к одной ячейке 420b для образцов согласно приведенному в настоящей заявке описанию. Один электрод 435 или электродная часть 437 могут быть связаны с каждой из ячеек 420a для образцов, а по меньшей мере три электрода 436 или электродные части 438 могут быть связаны с одной ячейкой 420b для образцов, расположенной таким образом, что один электрод 436 или электродная часть 438 соответствует одной из трех смежных ячеек 420b для образцов. В некоторых примерах реализации, в которых кристалл 403 содержит одну ячейку 420a или 420b для образцов, один электрод 435, 436 или электродная часть 437, 438 могут быть связаны с одной ячейкой 420a или 420b для образцов. Конструкции электродов 435, 436, электродных частей 437, 438 и ячеек 420a, 420b для образцов приведены только в качестве примера, а объем настоящего полезной модели не ограничен ими. На фиг.5 показан пример реализации наноканалов, используемых для наноанализа. Описаны компоненты примера реализации наноструктурной стенки 526. Наноструктурная стенка 526 расположена вплотную к ячейке 520 для образцов. Ячейка для образцов может быть заполнена жидким образцом, содержащим макромолекулу или биополимер. Перемещение молекул ДНК через на неструктурную стенку 526 описано в настоящей заявке в качестве примера, а примеры реализации настоящего полезной модели не ограничены этим.
Наноструктурная стенка 526 может быть поделена на две области: переходную область 550a и область 550b наноканала. Переходная область 550a содержит область 551 кромки, по меньшей мере один подводящий канал 553, область 554 штифтов и по меньшей мере один релаксационный канал 557. Область 551 кромки расположена вплотную к ячейке 520 для образцов и представляет собой выступающую часть по отношению к ячейке 520 для образцов. Область кромки представляет собой первую часть наноструктурной стенки 526, с которой молекула ДНК сталкивается при перемещении, смещении или вытеснении другим образом от одной ячейки 520 для образцов к другой с использованием, например, электрофареза. Область 551 кромки образует переходную область для молекул ДНК, выходящих из ячейки 520 для образцов и входящих в последующие области наноструктурной стенки 526. Свернутая в спираль или спутанная молекула 552 ДНК, вытесненная из ячейки 520 для образцов, изображена в области 551 кромки. Область 551 кромки может иметь глубину, составляющую от приблизительно 0,1 микрон до приблизительно 10 микрон согласно результатам измерений от верхней поверхности ячеистой конструкции 524. Область кромки может составлять от приблизительно 0,5 микрон до приблизительно 1000 микрон в длину, причем длина задана в направлении, пересекающем наноструктурную стенку 526 от одной ячейки 520 для образцов к другой. В некоторых примерах реализации область кромки составляет приблизительно 1,5 микрона в глубину и приблизительно 15 микрон в длину. Размеры, представленные в настоящей заявке, приведены только в качестве примера, причем размер может быть истолкован как любое значение в пределах указанных диапазонов.
Вплотную к области 551 кромки расположен по меньшей мере один подводящий канал 553. Подводящие каналы 553 сосредотачивают или направляют свернутые в спираль или переплетенные молекулы 552 ДНК в область 554 штифтов. Один или большее количество подводящих каналов 553 проходят параллельно друг другу и представляют собой широкие каналы по сравнению с наноканалами 528. Подводящие каналы 553 могут иметь ширину, составляющую от приблизительно 0,05 микрон до приблизительно 25 микрон или любое значение между указанными значениями, причем ширину следует рассматривать в направлении, перпендикулярном длине согласно приведенному выше описанию. Подводящие каналы 553 могут иметь глубину, составляющую от приблизительно 20 нм до приблизительно 1000 нм или любое значение в указанном диапазоне. В некоторых примерах реализации подводящий канал составляет приблизительно 50 нм в глубину и приблизительно 1,5 микрона в ширину.
Подводящие каналы 553 приводят к области 554 штифтов. Область 554 штифтов содержит дно 556, которое в некоторых примерах реализации контактирует с нижней поверхностью подводящих каналов 553. Область 554 штифтов также содержит один или большее количество штифтов 555. Штифты 555 могут представлять собой кремневые конструкции, которые вставлены по всей области штифтов, причем штифты 555 проходят от дна 556 области штифтов к верней части, которая выступает над дном 556. В некоторых примерах реализации верхняя часть области штифтов расположена в той же плоскости, что и верхняя поверхность ячеистой конструкции 524, и может контактировать с подложкой (не показана). Штифты 555 могут иметь любую форму, а именно штифты могут иметь форму сечения, которая является круглой, квадратной, ромбовидной, овальной, прямоугольной или любую другую необходимую форму. Штифты 555 могут изменяться от одного к другому по размеру, форме, высоте и расстоянию от других штифтов 555. Штифты 555 могут быть расположены на равном расстоянии или неравном расстоянии друг от друга по всей области 554 штифтов. В некоторых примерах реализации область 554 штифтов может содержать две области штифтов 555, причем первая область содержит штифты первого размера, формы и/или высоты, а вторая область штифтов содержит штифты 555 второго размера, формы и/или высоты, отличного от первого размера.
Штифты 555 в области 554 штифтов имеют размер, сформованы и расположены для распутывания, разматывания или выпрямления другим способом переплетенных или свернутых в спираль биополимеров или макромалекул. Например, размер штифтов 555 и расстояние между штифтами создают извилистый путь потока, через который свернутая в спираль или переплетенная молекула 552 ДНК не могут пройти. Таким образом, поскольку движущая сила, такая как электрическое поле, приложена через наноструктурную стенку 526, свернутая в спираль или переплетенная молекула 552 ДНК механически пропущена для развертывания, поскольку молекула взаимодействует со штифтами 555. В некоторых примерах реализации, расстояние между штифтами 555 первой области больше, чем расстояние между штифтами 555 второй области. Таким образом, первая область использует первоначальное распутывание или развертывание до достижения молекулами второй области. Во второй области, молекулы пропущены через более узкие пространства, которые используют дальнейшее распутывание или развертывание молекул. Расстояние между штифтами может изменяться. Например, расстояние между двумя штифтами может составлять приблизительно 25 нм, приблизительно 50 нм, приблизительно 100 нм, приблизительно 150 нм, приблизительно 200 нм, приблизительно 250 нм, приблизительно 300 нм, приблизительно 350 нм, приблизительно 400 нм, приблизительно 450 нм/ приблизительно 500 нм, приблизительно 1000 нм, приблизительно 2000 нм, приблизительно 3000 нм, приблизительно 4000 нм, приблизительно 5000 нм или может быть расположено в диапазоне между любыми двумя из указанных значений. В некоторых примерах реализации, расстояние между штифтами составляет приблизительно 0,1 микрон до приблизительно 2,5 микрон.
Штифты могут иметь высоту, которая представляет собой расстояние от дна 556 до их верхних поверхностей, составляющее от приблизительно 20 нм до приблизительно 5000 нм или любое значение между указанными значениями. В некоторых примерах реализации штифты может иметь ширину, диаметр или размер в длину в зависимости от их формы, составляющий от приблизительно 50 нм до приблизительно 10000 нм или любое значение между указанными значениями. В некоторых примерах реализации штифты 555 имеют высоту, составляющую приблизительно 50 нм, и ширину, диаметр или размер в длину, составляющий от приблизительно 200 нм до приблизительно 5000 нм,
Область 554 штифтов соединяет множество релаксационных каналов 557. Релаксационные каналы 557 представляют собой каналы, которые выполняют функцию входных отверстий для множества наноканалов 528. В некоторых примерах реализации, релаксационные каналы 557 представляют собой воронкообразные каналы. Релаксационные каналы 557 имеют более широкий размер в конце, расположенном вплотную к области 554 штифтов, и более узкий размер в конце, расположенном близко к наноканалам 528. Релаксационные каналы 557 принимают развернутые и распутанные или частично развернутые и распутанные молекулы и помогают в дальнейшей линеаризации молекул, поскольку молекулы входят во множество наноканалов 528. Линеаризованная молекула 558 ДНК показана входящей в один наноканал 528 из соответствующего релаксационного канала 557. Релаксационные каналы 557 могут составлять от приблизительно 10 до приблизительно 5000 микрон в длину, от приблизительно 20 нм до 300 нм в глубину и приблизительно 50-1000 нм в ширину. В некоторых примерах реализации, релаксационные каналы 557 могут составлять приблизительно 80 микрон в длину, 50 нм в глубину и 300 нм в ширину в их наиболее широком месте.
Множество наноканалов 528 принимают линеаризованные молекулы ДНК и выполнены таким размером, что только линеаризованные молекулы могут быть вмещены и транспортированы или перемещены через наноканалы 528. Наноканалы 528 могут составлять от приблизительно 20 нм до приблизительно 300 нм в ширину, приблизительно 30 до приблизительно 300 нм в глубину и от приблизительно 10 до приблизительно 10000 микрон в длину. В некоторых примерах реализации наноканалы составляют приблизительно 45 ни в ширину, приблизительно 45 нм в глубину и приблизительно 350 микрон в длину.
На фиг.6 описана система для наноанализа, использующая картридж согласно описанию настоящей заявки. В частности, система 600 использована для оптического анализа биополимеров или макромолекул, которые совершают перемещение через множество наноканалов. В некоторых примерах реализации биополимер или макромолекула были обозначены, окрашены или маркированы для обеспечения возможности оптического отображения биополимера или макромолекулы. В некоторых примерах реализации ДНК может быть предпочтительно маркирована с использованием флуоресцентных меток и отображена с использованием системы 600.
Система 600 содержит верхний блок 630 и платформу 640, выполненные аналогично описанным в настоящей заявке. Картридж 100 может быть размещен в принимающей части платформы 640. Система 600 также содержит источники 660 освещения, осветительные оптические средства 670, отображающие оптические средства 680 и отображающее устройство 690.
Источники освещения 660 могут представлять собой лазеры, источники видимого света, источники инфракрасного света, источники ультрафиолетового света или любое их сочетание, подходящее для облучения флуоресцентного маркера для другой метки. В некоторых примерах реализации источники освещения могут представлять собой три лазера, длины волн которых составляют соответственно 473 нм, 532 нм и 635 нм. Осветительные оптические средства 670 могут содержать группы отражающих и/или преломляющих элементов, фокусирующих элементов и фильтрующих элементов для отображения биополимеров или макромолекул, которые совершают перемещение через наноканалы 528. Отображающие оптические средства 680 размещены в целом под уровнем платформы 640 и выполнены с возможностью получения изображения или картинок биополимеров и/или макромолекул в наноканалах 528. Согласно приведенному выше описанию, подложка 122 на картридже 100 обращена книзу при наличии выемки в платформе 640 и выполнена прозрачной или полупрозрачной. Прозрачность подложки 122 обеспечивает возможность освещения освещающим лучем линеризованных молекул 558, проходящих через наноканалы 528. Прозрачная подложка 122 также обеспечивают возможность отображения линеаризованных, освещенных молекул, которые проходят через наноканалы 528.
Отображающее устройство 690, такое как камера, матрица с зарядовой связью, инфракрасный или ультрафиолетовый датчик или другое отображающее устройство, соединено с отображающими оптическими средствами 680. Отображающее устройство 690 выдает выходной сигнал, соответствующий отображаемым линеаризованным молекулам, зарегистрированным в отображающем устройстве 690, которое может быть использовано в дальнейшем анализе.
В некоторых примерах реализации платформа 640 установлена с возможностью удаления. Платформа 640 может быть соединена с системой перемещающих двигателей, которые выполнены с возможностью перемещения платформы и, таким образом, картриджа 100 в плоскости x-y. В некоторых примерах реализации, верхний блок 630 установлен с возможностью удаления и выполнен с возможностью перемещения картриджа в плоскости x-y. Таким образом, перемещение верхнего блока 630 использует перемещение картриджа 100 посредством взаимодействия между верхним блоком 630 и кромкой вогнутой части картриджа. В некоторых примерах реализации платформа 640 и верхний блок 630 выполнены с возможностью перемещения картриджа 100 в направлении x-y.
Перемещение платформы 640 и/или верхнего блока может быть предпочтительным для отображения множества наноканалов 528. Например, поскольку источник 660 освещения сфокусирован на конкретное место в конкретном наноканале 528, то смежные наноканалы 528 могут быть не освещены и, таким образом, отображающее устройство 690 не может быть выполнено с возможностью отображения линеаризованных молекул в смежных наноканалах 528. В некоторых примерах реализации отображающие оптические средства 680 и отображающее устройство выполнены с возможностью отображения только очень небольшой области, например части одиночных наноканалов 528. Может быть необходимо отображать только небольшую часть наноканала 528 или нескольких наноканалов 528 для создания высококачественного изображения. Таким образом, для отображения линеаризованных молекул во всем множестве наноканалов 528, платформа 640 и/или верхний блок 630 может совершать перемещение для приведения другой части некоторых наноканалов 528 или смежных наноканалов 528 в поле обзора отображающего устройства 690.
На фиг.7 показан пример реализации управляющей системы для системы или устройства наноанализа. Управляющая система 700 содержит контроллер 762, память 764 и обрабатывающую систему 766 для обработки изображений. Контроллер 762 имеет связь с памятью 764 и обрабатывающей системой 766 для обработки изображений. Контроллер содержит процессор и внутреннюю память или кэш-память. Память 764 может содержать машиночитаемые инструкции для приведения в действие контроллера 762 и/или управляющей системы 700. Память 764 может сохранять данные изображений, полученные от отображающего устройства 790. Обрабатывающий модуль 766 для обработки изображений может содержать процессор и память и может быть выполнен с возможностью получения данных изображений из памяти 764 или отображающего устройства 790 и возможностью анализа, оценки, считывания, интерпретирования или другой обработки этих данных изображений. Обрабатывающий модуль 766 для обработки изображений может быть выполнен с возможностью оценки молекул, перемещающихся через наноканалы 428, и возможностью выполнения приблизительных определений идентичности молекул, конкретных генных последовательностей, обозначенных или маркированных на молекулах, или возможностью выполнения множества других процессов оценки и идентификации молекул, отображенных в наноканалах 428.
Контроллер 762 также имеет связь с источниками освещения 760, осветительными оптическими средствами 770, отображающими оптическими средствами 780, отображающим устройством 790, по меньшей мере одним двигателем 792 для перехода x-y и формирователем 794 движущей силы. Контроллер 762 выполнен с возможностью включения или выключения осветительных источников 760 и возможностью управления интенсивностью источников освещения 760. Контроллер 762 может быть выполнен с возможностью управления направлением, фокусированием или фильтрацией освещающего луча путем управления осветительными оптическими средствами 770.
Контроллер 762 выполнен с возможностью управления отображающими оптическими средствами 780, например, путем управления фокусированием, фильтрацией, полем обзора или любым другим необходимым параметром. Контроллер 762 отправляет сигналы на отображающее устройство 790 и принимает их от него. Например, контроллер 762 может управлять захватом изображений, диафрагмой, глубиной резкости, фокусом, делением диафрагмы, временем экспозиции, выдержкой, ИСО, уровнем белого, яркостью, контрастом или регулировать любой другой параметр, связанный с отображающим устройством 790.
Контроллер 762 выполнен с возможностью отправки управляющих сигналов по меньшей мере на один двигатель 792 для перехода x-y, такой как описан в настоящей заявке. Например, контроллер 762 может быть выполнен с возможностью управления работой двигателя для перехода x-y 792 в платформе 340 для перемещения картриджа 300 для приведения частей наноканалов в поле обзора отображающего устройства 790 как это необходимо.
Контроллер может быть выполнен с возможностью выдачи или подачи управляющих сигналов на формирователь 794 движущей силы, Формирователь движущей силы может быть похож на электроды или элементы для создания давления, описанные в настоящей заявке.
В некоторых примерах реализации, контроллер 762 приводит в действие отображающую систему путем управления и координирования времени работы источников освещения 760, формирователя 794 движущей силы, отображающего устройства 790 и других частей управляющей системы 700. Например, в некоторых примерах реализации контроллер может выдавать сигнал на формирователь 794 движущей силы для возбуждения перемещения биополимеров или макромолекул в картридже согласно описанию настоящей заявки. По истечению некоторого количества времени контроллер 762 может прекращать выдачу сигнала или может выдавать сигнал прерывания для прекращения приложения движущей силы от формирователя 794 движущей силы. После удаления движущей силы, контроллер 762 может выдавать сигнал на источники освещения 760 для освещения части наноканалов, которая может внутри иметь линеаризованные биополимеры или макромолекулы. До тех пор, пока источники освещения 760 являются активными, контроллер 762 может выдавать сигнал на отображающие оптические средства и отображающее устройство 790 для отображения части наноканалов. После получения изображения части наноканалов, контроллер 762 может выдавать сигнал на источники освещения 760 для их выключения и на двигатель 792 для перехода х-у для перемещения картриджа на конкретную величину. После перемещения картриджа, контроллер 762 может повторно подать питание на источники освещения 760 и выдать сигнал на отображающее устройство 790 для получения другого изображения. Процесс может повторяться столько раз, сколько это необходимо для получения изображения всех наноканалов или как необходимо. Данный процесс будет описан более подробно по фиг.8.
На фиг.8 показана блок-схема процесса отображения линеаризованных молекул, которые проходят через наноканалы. Процесс 800 отображения молекул в наноканалах начинается на этапе 802, согласно которому образец, содержащий маркированный, обозначенный или помеченный полимер, такой как ДНК, добавляют к первой емкости или ячейке 420a для образцов. Буферный раствор или другая текучая среда может быть добавлена ко второй емкости или ячейке 420b для образцов для облегчения электрофореза биополимера или макромолекулы. После добавления образца, часть верхнего блока 430 контактирует с картриджем 400 с формированием уплотнения вокруг вогнутой области 410 для предотвращения испарения образца. В некоторых примерах реализации верхний блок содержит отрицательный и положительный электроды 435 и 436. После перемещения верхнего блока в некоторое положение, отрицательные электроды 435 контактируют с образцом в первой емкости или ячейке 420a для образцов, а положительный электрод 436 может контактировать с буферным раствором или текучей средой во второй емкости или ячейке 420b для образцов. В некоторых примерах реализации электродные части 437 и 438 подложки 422 контактируют с образцом и буферным раствором. В некоторых примерах реализации верхний блок 430 содержит элемент для создания давления согласно приведенному выше описанию, который установлен в необходимое положение, в котором верхний блок 430 контактирует с картриджем 400.
Процесс переходит к этапу 804, согласно которому движущую силу прикладывают к ячейкам 420a и 420b для образцов. Согласно приведенному выше описанию, в некоторых примерах реализации это реализовано путем приложения электрического поля к ячейкам для образцов путем использования, например, отрицательного и положительного электродов 435 и 436 и/или электродных частей 436 и 437 подложки. В некоторых примерах реализации это реализовано путем приложения перепада давления через наноструктурную стенку 426, достаточного для вытеснения молекул из первой емкости во вторую емкость через наноканалы 428.
Процесс 800 переходит к этапу 806, согласно которому движущую силу удаляют после предварительно заданного количества времени. После удаления движущей силы на этапе 806, происходит прекращение перемещения, выталкивания или переноса молекул через наноструктурную стенку 426 и, в частности наноканалы 428, а молекулы сохраняют свои положения в наноканалах 428. Предварительно заданное количество времени может быть определено на основании интересуемого биополимера или макромолекулы. В некоторых примерах реализации предварительно заданное количество времени может быть определено на основании отображающего устройства, например на основании размера поля обзора отображающего устройства. Время приложения движущей силы может составлять 1 микросекунду, 5 микросекунд, 10 микросекунд, 20 микросекунд, 50 микросекунд, 0,1 секунда, 0,5 секунд, 1 секунда, 2 секунды, 3 секунды, 4 секунды, 5 секунд, 10 секунд, 15 секунд, 20 секунд, 25 секунд, 30 секунд, 45 секунд, 60 секунд, 90 секунд, 120 секунд, 5 минут, 10 минут, 15 минут, 20 минут или большее количество времени, или любое количество времени между указанными значениями.
Процесс 800 переходит к этапу 808, согласно которому по меньшей мере часть из предварительно заданной области наноканалов отображают через прозрачную подложку 422 или обзорное окно на нижней стороне картриджа 400. Отображение части предварительно определенной области использует источники освещения и отображающее устройство согласно описанию настоящей заявки. В некоторых примерах реализации, например, первая часть отображенных наноканалов 428 может содержать множество наноканалов между первой парой ячеек 420a и 420b для образцов. В некоторых примерах реализации первая отображенная часть может содержать одиночные наноканалы 428 или может содержать только подгруппу наноканалов 428 между первой парой ячеек 420a и 420b для образцов. Будет понятно, что отображенная часть может быть изменена без выхода за рамки объема настоящего полезной модели.
Процесс 800 переходит к этапу 810, согласно которому картридж 400 перемещен для приведения другой части наноканалов 428, отличной от ранее отображенной части, в положение отображения. Согласно приведенному выше описанию, верхний блок 330 или платформа 340 может быть перемещена для размещения наноканалов 428 в положении отображения. В некоторых примерах реализации осветительные оптические средства могут быть приведены в действие для направления освещающего луча в различной части наноканалов 428, которые могут быть затем отображены. В некоторых примерах реализации, например, отображенная вторая часть может содержать множество наноканалов между второй парой ячеек 420a и 420b для образцов, В некоторых примерах реализации вторая отображенная часть может содержать другой одиночный наноканал 428 или подгруппу наноканалов между первой парой ячеек 420a и 420b для образцов, отличных от тех, которые были ранее отображены. Специалисту в области техники будет понятно, что вторая часть отображенных наноканалов 428 может изменяться без выхода за пределы объема данного полезной модели.
Процесс 800 переходит к этапу 812 принятия решения, согласно которому устанавливают, была ли отображена каждая часть предварительно заданной области наноканалов. Область, которую необходимо отобразить, может иметь конкретную длину каждого из наноканалов 428, проходящего между каждой парой ячеек 420a и 420b для образцов картриджа 400. Если предварительно определенная область не была полностью отображена, то процесс возвращается к этапу 810, согласно которому отображение частей области наноканалов продолжают до тех пор, пока не отображена вся предварительно заданная область.
Если предварительно заданная область была полностью отображена, то процесс 800 переходит в этап 814 принятия решения, согласно которому устанавливают, весь ли образец был отображен. В некоторых примерах реализации весь образец отображен после того, как существенная часть или конкретное количество всех интересуемых молекул, введенных в отделение для образцов, было проведено через наноканалы 428. Конкретное количество всех интересуемых молекул, которые должны проходить наноканалы 428, может быть определено на основании типа отображаемой молекулы, объема ячеек для образцов или любого другого необходимого параметра. В некоторых примерах реализации контроллер может определять, когда была отображена достаточная часть образца на основании интерпретации данных изображения. Таким образом, если контроллер получил информацию об отображении достаточного количества интересуемых молекул, то он может определить, что нет необходимости в дальнейшем отображении образца.
Если весь образец не был отображен или если установлено, что необходимо дальнейшее отображение, то процесс 800 возвращается к этапу 804, согласно которому движущую силу прикладывают к ячейкам 420a и 420b для образцов, линеаризованные молекулы перемещают в и/или через наноканалы 428, а движущую силу удаляют по истечению предварительно заданного периода времени. Данный процесс продолжается до тех пор, пока не отображен весь образец или не установлена необходимость дальнейшего отображения, и причем процесс 800 заканчивается на этапе 716.
Специалисту в области техники будет понятно, что этапы процесса 800 не должны быть выполнены в точно заданном порядке. Кроме того, специалисту в области техники будет понятно, что процессы могут быть выполнены параллельно и что в одном процессе нет ни одного этапа, который обязательным образом прерывает выполнение этапов в другом процессе. В некоторых примерах реализации процессы возникают параллельным образом, причем этапы от одного процесса, приводящие к образованию или инициирующие этапы из другого процесса или этапы от одного процесса, инициированы посредством этапов от другого процесса.
Технология работает с множеством сред вычислительных систем общего назначения или конструкций. Примеры хорошо известных вычислительных систем, сред и/или конструкций, которые могут подходить для использования с настоящим полезная модельм, включают, но не ограничены, персональные компьютеры, серверные компьютеры, карманные или портативные устройства, многопроцессорные системы, процессорные системы, программируемая бытовые электронные устройства, сетевые персональные компьютеры, миникомпьютеры, контроллеры, микроконтроллеры, универсальные ЭВМ, распределенные вычислительные среды, которые содержат любую из описанных выше систем или т.п.
Согласно использованию в настоящей заявке, инструкции относятся к реализуемым с использованием компьютера этапам для обработки информации в системе. Инструкции могут быть реализованы в программном обеспечении, программно-аппаратных средствах или аппаратных средствах и включать любой тип программируемого этапа, выполняемого компонентами системы.
Согласно использованию в настоящей заявке, процессор может представлять собой любой обычный однокристальный или многокристальный процессор общего назначения, такой как процессор Pentium®, процессор Core 13, 15 или 17, процессор 8051, AMD процессор серии FX, процессор MIPS®, процессор Atom, процессор Alpha® или любой другой необходимый или подходящий процессор. Кроме того, процессор может представлять собой любой обычный процессор специального назначения, такой как процессор для цифровой обработки сигналов или графический процессор. Процессор обычно имеет обычные шины адресов, обычные шины данных и по меньшей мере одну обычную управляющую шину.
Система состоит из различных модулей, которые подробно описаны. Специалисту в области техники должно быть понятно, что каждый из модулей содержит различные подпрограммы, процедуры, присваиваемые операторы и макросы. Каждый из модулей обычно отдельно откомпилирован и связан с отдельной исполняемой программой. Таким образом, описание каждого из модулей использовано для удобства описания функциональных возможностей предпочтительной системы. Таким образом, процессы, которые реализованы каждым из модулей, могут быть произвольным образом перераспределены на один из других модулей, объединенных вместе в одном модуле или сделаны доступными, например, в совместно используемой динамически подключаемой библиотеке.
Система может быть использована применительно к различным операционным системам, таким как Linux®, UNIX® или Микроsoft: Windows®.
Система может быть написана на любом обычном языке программирования, таком как C, C++, BASIC, Pascal или Java, и работать под обычной операционной системой. C, C++, BASIC, Pascal, Java и FORTRAN представляют собой языки программирования, которые удовлетворяют промышленным стандартам и для которых может быть использовано множество коммерческих компиляторов для создания выполняемого кода. Кроме того, система может быть написана с использованием интерпретируемых языков программирования, таких как Peri, Python или Ruby.
Специалистам должно быть в полной мере понятно, что различные иллюстративные логические блоки, модули, схемы и описанные этапы алгоритма в связи с примерами реализации, раскрытыми в настоящей заявке, могут быть реализованы в качестве электронных аппаратных средств, компьютерного программного обеспечения или их сочетания. Для ясной иллюстрации этой взаимозаменяемости аппаратных средств и программного обеспечения, различные иллюстративные компоненты, блоки, модули, схемы и этапы описаны выше в целом в терминах их функциональных возможностей. Реализованы ли такие функциональные возможности в качестве аппаратных средств или программного обеспечения зависит от конкретного применения и конструктивных ограничений, накладываемых на всю систему. Квалифицированные изобретатели могут реализовать описанные функциональные возможности различными способами для каждого конкретного применения, однако такие решения реализации не должны быть интерпретированы как причина выхода за пределы объема настоящего полезной модели.
Различные иллюстративные логические блоки, модули и схемы, описанные в связи с примерами реализации, раскрытыми в настоящей заявке, могут быть реализованы или выполнены с использованием процессора общего назначения, процессора для цифровой обработки сигналов (DSP), специализированной интегральной схемы (ASIC), программируемой логической микросхемы (FPGA) или другого программируемого логического устройства, схемы на дискретных компонентах или транзисторной логической схемы, дискретных аппаратных компонентов или любого их сочетания, предназначенного для выполнения функций, описанных в настоящей заявке. Процессор общего назначения может представлять собой микропроцессор, однако в качестве альтернативного варианта процессор может представлять собой любой обычный процессор, контроллер, микроконтроллер или конечный автомат. Процессор может также быть реализован в качестве сочетания вычислительных устройств, например сочетания процессора для цифровой обработки сигналов (DSP) и микропроцессора, множества микропроцессоров, по меньшей мере одного микропроцессора в сочетании с ядром процессора для цифровой обработки сигналов (DSP) или любой другой такой конфигурации.
По меньшей мере в одном показательном примере реализации описанные функции и способы могут быть реализованы в аппаратных средствах, программном обеспечении или программно-аппаратных средствах, выполняемых на процессоре, или любом их сочетании. При реализации в виде программного обеспечения, функции могут быть сохранены или переданы в качестве по меньшей мере одной инструкции или кода на машиночитаемом носителе. Машиночитаемые носители содержат запоминающую среду ЭВМ и среду связи, в том числе любую среду, которая облегчает передачу компьютерной программы от одного места в другое. Носитель данных может представлять собой любой доступный носитель, доступ к которому может быть получен посредством компьютера. В качестве примера, а не ограничения, такие машиночитаемые носители могут содержать RAM, ROM, EEPROM/ CD-ROM или другое запоминающее устройство на оптических дисках, запоминающее устройство на магнитных дисках или другие магнитные запоминающие устройства или любой другой носитель, который может быть использован для переноса или хранения необходимого программного кода в форме инструкций или структур данных и доступ к которому может быть получен посредством компьютера. Кроме того, любое соединение подходящим образом названо машиночитаемым носителем. Например, если программное обеспечение передано с веб-сайта, сервера или другого удаленного источника с использованием коаксиального кабеля, волоконно-оптического кабеля, витой пары, цифровой абонентской линии (DSL) или беспроводных технологий, таких как инфракрасная волна, радиоволна и микроволна, то затем коаксиальный кабель, волоконно-оптический кабель, витая пара, DSL или беспроводные технологии, такие как инфракрасная волна, радиоволна и микроволна, включены в определение среды. Диск и диск согласно использованию в настоящей заявке содержит компакт-диск (CD), лазерный диск, оптический диск, цифровой универсальный диск (DVD), гибкий диск и Blu-ray диск, причем диски обычно воспроизводят данные магнитным образом, а оптическим образом диски воспроизводят данные с использованием лазеров. Вышеописанные сочетания должны быть также включены в объем машиночитаемых носителей.
Приведенное выше описание подробно описывает конкретные примеры реализации системы, устройства и способа, раскрытых в настоящей заявке. Однако, следует принять во внимание, что нет разницы насколько подробно вышеописанная информация приведена в тексте, системы, устройства и способы могут быть применены множеством способов. Кроме того, согласно приведенному выше описанию, следует отметить, что конкретная терминология при описании конкретных признаков или особенностей настоящего полезной модели не должна означать, что эта терминология уточнена в настоящей заявке для ее ограничения наличием любых конкретных характеристик признаков или особенностей терминологии, с которыми эта терминология связана.
Специалистам в уровне техники следует принять во внимание, что различные модификации и изменения могут быть выполнены без выхода за рамки объема описанной терминологии. Такие модификации и изменения расположены в пределах объема примеров реализации. Специалисту в области техники следует понимать, что части, включенные в одном примере реализации, являются взаимозаменяемыми с другими примерами реализации; по меньшей мере одна часть из описанного примера реализации может быть включена с другими описанными примерами реализации в любом сочетании. Например, любые из различных компонентов, описанных в настоящей заявке и/или показанных на чертежах, могут быть объединены, заменены или исключены из других примеров реализации.
В отношении использования по существу любых терминов настоящей заявки во множественном и/или единственной числе, специалисты области техники могут преобразовать термины во множественном числе в термины в единственном числе и/или преобразовывать термины в единственном числе в термины во множественных термины в засимимости от контекста и/или применения. Различные преобразования единственное число/множественное число могут быть явным образом заданы для обеспечения ясности.
Специалистам в области техники будет понятно, что в целом термины, использованные в настоящей заявке, следует считать "открытыми" терминами (например, термин "включающий" должен быть интерпретирован как "включающий без ограничения", термин "имеющий" должен быть истолкован как "имеющий по меньшей мере", а термин "содержит" должен быть истолкован как "содержит, но без ограничения" и т.д.). Специалистам в области техники будет также понятно, что если задан конкретный номер введенной ссылки в пункте, то смысл будет явным образом цитирован в формуле полезной модели, а при отсутствии такой ссылки отсутствует раскрытие какого-либо смысла. Например, для облегчения понимания, приведенная далее прилагаемая формула полезной модели может содержать использование вводных фраз "по меньшей мере один" и "один или более" для введения ссылок в пунктах. Однако, использование таких фраз не должно означать, что введение ссылки в пункте посредством неопределенных артиклей "a" или "an" ограничивает любой конкретный пункт, содержащий такую введенную в пункте ссылку, примерами реализации, содержащими только такую ссылку, даже если этот же пункт содержит вводные фразы "один или большее количество" или "по меньшей мере один" и неопределенные артикли, такие как "a" или "an" (например "a" и/или "an" обычно должны быть истолкованы как "по меньшей мере один" или "один или большее количество"); то же самое верно и для использования определенных артиклей, используемых для введения ссылок в пунктах. Кроме того, даже если конкретный номер введенной в пункте ссылки пункта цитирован явным образом, то специалистам в области техники будет понятно, что такая ссылка должна быть обычно истолкована как по меньшей мере цитированный номер (например, явная ссылка из "двух ссылок" без других модификаторов обычно означает по меньшей мере две ссылки или две и большее количество ссылок). Кроме того, в примерах, в которых использован условный аналог фразе "по меньшей мере один из A, B и C и т.д.", такая конструкция обычно предназначена для того, чтобы специалист в области техники смог понять условное обозначение (например, "система, имеющая по меньшей мере один из A, B и C" будет включать, без ограничения, системы, которые имеют только A, только B, только C, вместе A и B, вместе A и C, вместе B и C и/или вместе A, B и C и т.д.). В примерах, в которых использован условный аналог фразе "по меньшей мере один из A, B или C и т.д.", такая конструкция обычно предназначена для того, чтобы специалист в области техники смог понять условное обозначение (например, "система, имеющая по меньшей мере один из A, B или C" будет включать, без ограничения, системы, которые имеют только А, только B, только C, совместно A и B, совместно A и C, совместно B и C, и/или совместно A, B и C и т.д.). Специалистам в области техники также будет понятно, что фактически любое дизъюнктивное слово и/или фразу, отражающую два или большее количество альтернативных терминов в описании, формуле полезной модели или чертежах, следует понимать с учетом возможностей включения одного из терминов, ни одного из терминов или обоих терминов. Например, фраза "A или B" следует понимать как включающую возможности "A" или "B" или "A и B".
Несмотря на то, что в настоящей заявке были раскрыты различные особенности и примеры реализации, специалисту области техники будет очевидны другие особенности и примеры реализации. Различные особенности и примеры реализации, раскрытые в настоящей заявке, приведены для иллюстративных целей и не являются ограничительными.
1. Система для наножидкости, содержащая:
картридж, содержащий:
первую емкость для текучей среды;
вторую емкость для текучей среды и
множество наноканалов, образующих проход для потока текучей среды между первой и второй емкостями для текучей среды;
электрод, связанный с первой емкостью для текучей среды и выполненный с возможностью контакта в ней с текучей средой;
электрод, связанный со второй емкостью для текучей среды и выполненный с возможностью контакта в ней с текучей средой;
причем картридж имеет верхнюю часть и нижнюю часть, первая емкость для текучей среды выполнена с возможностью доступа с верхней части картриджа для добавления в нее текучей среды, а наноканалы содержат обзорное окно, видимое с нижней части картриджа для обеспечения возможности отображения меченых молекул в наноканалах.
2. Система для наножидкости по п.1, дополнительно содержащая:
по меньшей мере одну опорную метку, выполненную с возможностью обнаружения с нижней части картриджа, имеющей постоянное положение по отношению к наноканалам.
3. Система для наножидкости по п.1, дополнительно содержащая:
переходную область, расположенную в проходе для потока текучей среды между первой емкостью и наноканалами и содержащую конструкции по меньшей мере для частичного выпрямления свернутых или спутанных полимеров с обеспечением облегчения перемещения полимеров в наноканалы в линейной форме.
4. Устройство для анализа биополимеров, содержащее:
наножидкостной кристалл, имеющий по меньшей мере десять сформированных в нем параллельных наноканалов;
оптически прозрачное окно, расположенное поверх наноканалов;
носитель, в который установлен кристалл и который имеет верхнюю сторону и нижнюю сторону;
первую емкость для текучей среды, доступную с верхней стороны носителя; и
вторую емкость для текучей среды;
причем наноканалы соединены с первой и второй емкостями для текучей среды и образуют между ними проход для текучей среды.
5. Устройство по п.4, дополнительно содержащее конструкцию для перемещения биополимеров из первой емкости для текучей среды в наноканалы.
6. Устройство по п.5, в котором конструкция для перемещения биополимеров содержит первый электрод, имеющий электрический контакт с первой емкостью для текучей среды, и второй электрод, имеющий электрический контакт со второй емкостью для текучей среды, так что после подачи питания на первый и второй электроды заряженные биополимеры в первой емкости для текучей среды оказываются перемещены в наноканалы по направлению ко второй емкости для текучей среды.
7. Устройство по п.5, в котором конструкция для перемещения биополимеров прикладывает гидравлическое давление к первой емкости для текучей среды.
8. Устройство по п.5, дополнительно содержащее отображающее устройство, выполненное с возможностью отображения биополимеров в наноканалах через оптически прозрачное покрытие.
9. Устройство по п.5, в котором конструкция для перемещения биополимеров прикладывает гидравлическое всасывание ко второй емкости для текучей среды.
10. Устройство по п.8, в котором отображающее устройство выполнено с возможностью отображения только части наноканалов за один раз, дополнительно содержит сканирующую конструкцию для изменения части наноканалов, отображаемых для обеспечения возможности получения множества изображений, которые совместно охватывают необходимую область отображения наноканалов.
11. Устройство по п.8, дополнительно содержащее по меньшей мере один контроллер в указанном устройстве, который функционально связан с конструкцией для перемещения биополимеров, сканирующей конструкцией и отображающим устройством, причем указанный по меньшей мере один контроллер запрограммирован на
(a) приведение в действие конструкции для перемещения биополимеров для перемещения биополимеров в наноканалы в линеаризованной форме;
(b) поддержание биополимеров в постоянном положении и линеаризованной форме в наноканалах с одновременным управлением сканирующей конструкцией и отображающим устройством для отображения области изображения; и последующее
(c) повторение этапов (a) и (b) по меньшей мере один раз.
12. Устройство по п.4, дополнительно содержащее установочную конструкцию на носителе, выполненную с возможностью выравнивания носителя и кристалла с получением их заданного взаимного положения относительно отображающего устройства.
13. Устройство по п.4, в котором на носителе установлено более одного наножидкостного кристалла.
14. Устройство по п.4, содержащее множество первых емкостей для текучей среды и вторых емкостей для текучей среды, причем наноканалы соединены с указанным множеством первых емкостей для текучей среды и вторых емкостей для текучей среды и образуют проход для текучей среды между ними.
15. Устройство по п.14, в котором указанное множество первых емкостей для текучей среды и вторых емкостей для текучей среды выполнено в виде сетки.
16. Устройство по п.4, в котором наноканалы соединены с одной первой емкостью для текучей среды и множеством вторых емкостей для текучей среды и образуют проход для текучей среды между ними.
17. Устройство по п.5, в котором множество первых электродов имеет контакт с первой емкостью для текучей среды.
