样品处理模块阵列处理系统和方法技术方案

本文提供了用于大量生物样品的高通量处理的处理系统。这样的系统可包括：阵列支承组件，支承具有至少两个维度的阵列中的多个诊断化验模块；装载器，将多个诊断化验盒装载在多个诊断化验模块内。阵列支承组件可相对于装载器移动以便于装载和卸载，从而提供更有效的处理。

Sample Processing Module Array Processing System and Method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】样品处理模块阵列处理系统和方法
本申请总体涉及于2016年7月22日提交的名称为“MolecularDiagnosticAssaySystem(分子诊断化验系统)”的第15/217,920号美国专利申请，其通过引用以其整体并入本文用于所有目的。本非临时申请要求于2016年11月18日提交的第62/424,313号美国临时申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
本专利技术涉及用于进行多元化学或生物化学反应以及用于执行多元化学和/或生物化学化验的流体装置的领域。更具体地，本专利技术涉及配置用于进行多元化学和/或/生物化学反应以及检测多种化学和/或生化化合物的装置的处理系统。现代疾病诊断、病原体检测、基因发现、药物开发以及各种基因相关技术和研究越来越依赖于处理大量生物样品。一次处理一个样品的传统方法已变得越来越无法满足要求，特别是近年来，对大量样品同时进行化验的需求稳步增加。因此，需要执行高通量化验的化学/生物化学反应系统和装置。传统高通量方法可包括使用微阵列，诸如DNA微阵列，DNA微阵列通常是在其表面上附着于固体基质的DNA分子的二维阵列。DNA微阵列可提供有用的平台作为多路复用检测装置。例如，阵列的每个元件均具有用于识别或检测制备的流体样品中的独特互补DNA序列的独特DNA序列。这些DNA微阵列已从根本上改变了一次观察一个或几个基因或分子以观察通路、网络和基因的大集合和分子池的传统方法。目前可获得的此类DNA微阵列芯片通常基于来自溶液相中的流体样品的靶DNA或RNA分子与固定在阵列的固体基质上的探针DNA(例如寡核苷酸或cDNA)分子的杂交而运行。然而，阵列不提供检测低丰度靶的快速的、有成本效益的方式，低丰度靶可指示存在传染病或其他病原状态，这更典型地使用诸如实时PCR的敏感方法来检测。实时PCR系统检测在PCR过程期间积累的PCR产物，并且允许提高化验所执行的速度和效率，但这些系统通常受到以“批次”处理样品的需要的阻碍，从而导致延迟处理一些样品直到收集到足够的样品，以使整个过程更具成本效益，但这会导致周转时间增加。这种延迟和增加的成本导致效率降低和医疗保健成本的总体增加。样品制备是阻碍可执行大量诊断化验的速度的另一典型问题。尽管许多这样的系统在将流体样品引入实时PCR诊断化验装置之前需要单独处理流体样品，但近年来有进步，提供与单个分析装置或系统内的实时PCR分析相协调的自动化样品制备。一种这样的装置是在例如美国专利8,048,386、6,374,684和美国专利申请13/843,739和15/217,920中描述的、由Cepheid开发的GeneXpert装置，所述专利和专利申请均通过引用并入本文。当前的Cepheid系统作为单独的模块或小型系统的分组模块或大规模系统提供给终端用户。当前可用的小型系统提供包括少量模块的外壳，其中少量模块为例如2个、4个、8个或16个模块，而大规模系统可提供48个或80个模块。小型系统非常适合小规模操作，但不能提供大规模操作的高通量需求，诸如实验室或测试设施。尽管可商购的大型系统，包括Cepheid的Infinity48和80系统，提供了更高通量的诊断化验测试，但是这样的系统非常大，并且通常需要可通过允许输送这样的系统的、超大尺寸的门进入的大房间。这些类型的房间通常位于医院或实验室的干净环境中，并且通常必须专门构建或修改，以允许输送和安装系统。除了系统的相当高的成本之外，这也会需要巨大的资金成本，这会使得高通量分析系统的安装超出一些诊断测试中心和实验室的范围。这样的系统也非常大，并且由于在不移动现有设备或人员的情况下获得这样的设施中的占地面积会是困难且昂贵的，因此，一些设施依赖于尺寸过小的系统或多个较小的系统，这通常不能满足设施的高通量需求。这些问题会导致分析结果的积压或等待时间过长。例如，这样的设施从首次收集样品到向患者或医生报告所请求的诊断测试可能需要一到三天(或更长时间)，即使相关的诊断化验可能仅花费几个小时。使用“批量”处理的系统面临类似的延迟问题。这样的延误令人烦恼，特别是在试图诊断危及生命的疾病或筛查暴露于病原体或疾病爆发的个体时，其中不必要的延迟或隔离会危及生命，并提高整体医疗保健成本。因而，需要允许以更有效和快捷的方式处理大量样品的高通量处理系统。还需要能够进行改造以并入到特别注重访问、空间和成本的现有测试设施中的高通量处理系统。
技术实现思路
本专利技术涉及用于处理大量生物样品的高通量处理系统、装置和方法，具体涉及用于执行如本文所述的各种实施方式中详述的诊断化验的系统。在一些实施方式中，本专利技术提供了用于多个生物样品的高通量处理的处理系统，每个样品均位于多个诊断化验盒的相应盒内。该系统可包括阵列支承组件，该阵列支承组件适于支承具有至少两个维度的阵列中的多个诊断化验模块，其中该阵列通常为圆柱形阵列。在一些实施方式中，所述阵列具有圆柱形之外的形状，例如，阵列可以是椭圆形、六边形、八边形或适合于与本专利技术一起使用的其他几何形状。每个诊断化验模块均包括诊断化验系统，所述诊断化验系统适于接收诊断化验盒，并适于对所述盒内的生物样品进行诊断化验。该系统还可包括适于将多个诊断化验盒中的每个装载在所述阵列内的诊断化验模块内的装载器。所述阵列支承组件可相对于装载器移动，使得可通过相对于所述阵列移动所述装载器而将所述盒装载入所述阵列内的任何模块中。在一些实施方式中，所述阵列是沿其纵向轴线旋转的圆柱形阵列，以及装载器机构在邻近于圆柱形阵列的升降机中竖直平移。在一些实施方式中，本专利技术提供通过高通量处理系统处理多个生物样品的方法。这样的方法可包括：在高通量处理系统中接收多个诊断化验盒；以及用装载器将多个诊断化验盒中的每个装载入阵列支承件内的多个诊断化验模块的相应诊断化验模块中，所述阵列支承件限定具有至少两个维度的阵列。每个模块均包括诊断化验系统，所述诊断化验系统适于接收多个诊断化验盒中的诊断化验盒，并适于对相应盒内的生物样品进行诊断化验。装载的步骤可包括：相对于装载器移动阵列支承件，使得可通过与装载器组合移动所述阵列，将诊断化验盒装载在所述阵列内的任何诊断化验模块中。在一些实施方式中，所述阵列是由外壳包围的圆柱形阵列，以及该方法还可包括：通过迫使空气向上通过敞开中心柱，并且通过外壳内的阵列行之间的一个或更多个挡板引导冷却空气通过阵列的每行，冷却阵列的微环境。附图说明图1A提供了根据本专利技术的一些实施方式的用于执行大容量样品流的处理和诊断化验的高通量处理系统的整体图。图1B示出了根据一些实施方式的描绘图1A的高通量处理系统内的诊断化验模块和一个或多个诊断化验盒的示意图。图1C示出了根据一些实施方式的图1A的高通量处理系统的分解图。图1D示出了根据一些实施方式的可插入图1A的高通量处理系统的阵列的圆形层的诊断化验模块组件。图1E示出了根据一些实施方式的支承件和旋转致动器，以便于旋转图1A的高通量处理系统的阵列的圆形层。图1F示出了根据一些实施方式的图1E的支承件的分解图。图1G示出了根据一些实施方式的图1A的高通量处理系统的升降机组件的分解图。图1H示出了根据一些实施方式的图1A的高通量处理系统的底座和装载轨道的分解图。图2A至图2B描绘了根据一些实施方式的实验室技术人员将诊本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于多个生物样品的高通量处理的处理系统，每个生物样品均位于多个诊断化验盒的相应诊断化验盒内，所述系统包括：阵列支承组件，适于支承具有至少两个维度的阵列中的多个诊断化验模块，每个诊断化验模块均包括诊断化验系统，所述诊断化验系统适于接收所述多个诊断化验盒中的诊断化验盒，并适于对所述相应诊断化验盒内的所述生物样品进行诊断化验；以及装载器，适于在支承在所述阵列支承组件内的同时，将所述多个诊断化验盒装载在所述多个诊断化验模块内，其中，所述阵列支承组件能够相对于所述装载器移动，使得所述诊断化验盒能够通过与所述装载器组合相对于所述装载器移动所述阵列支承结构，而装载在所述阵列内的所述诊断化验模块中的任何一个中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.18 US 62/424,3131.一种用于多个生物样品的高通量处理的处理系统，每个生物样品均位于多个诊断化验盒的相应诊断化验盒内，所述系统包括：阵列支承组件，适于支承具有至少两个维度的阵列中的多个诊断化验模块，每个诊断化验模块均包括诊断化验系统，所述诊断化验系统适于接收所述多个诊断化验盒中的诊断化验盒，并适于对所述相应诊断化验盒内的所述生物样品进行诊断化验；以及装载器，适于在支承在所述阵列支承组件内的同时，将所述多个诊断化验盒装载在所述多个诊断化验模块内，其中，所述阵列支承组件能够相对于所述装载器移动，使得所述诊断化验盒能够通过与所述装载器组合相对于所述装载器移动所述阵列支承结构，而装载在所述阵列内的所述诊断化验模块中的任何一个中。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述诊断化验模块中的每个均适于执行彼此独立的诊断化验。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阵列支承组件配置为限定圆柱形阵列。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阵列包括多个水平行，以及所述装载器能够沿着基本竖直的轴线平移，以便能够在所述圆柱形阵列的水平行之间移动。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述装载器包括抓取器，所述抓取器适于将由所述抓取器支承的盒沿着水平轴线从所述抓取器内的抓取位置插入所述阵列的诊断化验模块内的装载位置。6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述抓取器还适于从所述装载位置对装载在所述阵列内的诊断化验模块中的盒进行卸载，并将远离所述相应模块运输所述盒。7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述抓取器还适于同时支承所述多个诊断化验盒中的至少两个盒，以便于以下步骤中的任意步骤：连续装载所述至少两个盒；从相应的装载位置连续卸载所述至少两个盒；从给定模块卸载所述至少两个盒中的一个盒，随后将所述至少两个盒中的另一盒装载在所述同一模块内；以及从给定模块卸载所述至少两个盒中的一个盒，随后将所述至少两个盒中的另一盒装载在不同模块内。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阵列支承结构包括由滑环分开的圆形框架堆，所述滑环通过旋转接头传输电力和通信数据，使得每个模块均具有直接电力和通信联接。9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述诊断化验模块中的每个均包括可再充电电源，所述可再充电电源通过近场能量传递而能够无线充电。10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阵列支承组件包括与所述阵列内的每个模块相关联的一个或更多个传感器，所述一个或更多个传感器适于确定所述模块在所述阵列内的位置。11.根据权利要求7所述的系统，还包括：控制器，具有输入和输出，所述控制器配置为响应于从所述一个或更多个传感器接收的、所述诊断化验模块可用于装载的输入，向所述装载器输出控制命令，以将诊断化验盒装载到所述多个诊断化验模块中的特定诊断化验模块中。12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述控制器配置成基于以下元素中的任意元素从多个可用的诊断化验模块确定优选的诊断化验模块：接近度、温度测量、负载平衡、热平衡、层之间或在相应层内的分布、化验的时间长度或其任何组合。13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述一个或更多个传感器还配置为获得诊断化验模块和装载在其中的相关盒中的每个的唯一ID。14.根据权利要求11所述的系统，其中，每个诊断化验模块均包括适于与所述控制器通信的无线通信单元。15.根据权利要求12所述的系统，其中，每个诊断化验模块的所述无线通信单元均配置为在将所述盒装载在所述相应模块中之后，向所述控制器传送诊断化验盒与所述多个诊断化验模块中的特定诊断化验模块相关联。16.根据权利要求12所述的系统，其中，所述控制器适于跟踪所述多个诊断化验模块中的哪个诊断化验模块与所述多个诊断化验盒中的每个诊断化验盒相关联。17.根据权利要求12所述的系统，其中，所述控制器适于向所述装载器输出命令，以将诊断化验盒装载到尚未与诊断化验盒相关联的诊断化验模块内。18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述控制器还适于在接收到已从与所述相应盒相关联的所述诊断化验模块接收到诊断结果的输入之后，向所述装载器输出用于卸载特定诊断化验盒的命令。19.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括设置在所述阵列支承件下方的废物容器，其中，所述装载器还适于卸载用过的诊断化验盒，以用于收集和丢弃在所述废物容器内。20.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括：装载轨道，将多个诊断化验盒传送到所述装载器。21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述装载轨道限定适于接收所述多个诊断化验盒的多个凹入部。22.根据权利要求21所述的系统，其中，每个凹入部均配置成将所述多个诊断化验盒中的每个相对于所述装载轨道保持在特定位置和/或方向，以便于在接收到诊断化验盒时通过所述装载器装载。23.根据权利要求20所述的系统，其中，所述装载器包括抓取器，所述抓取器适于在设置在特定装载位置时，抓取由所述装载轨道传送的诊断化验盒。24.根据权利要求20所述的系统，其中，所述阵列支承件限定圆柱形阵列，以及所述装载轨道是围绕所述圆柱形阵列旋转的环。25.根据权利要求24所述的系统，其中，所述环形装载轨道和所述圆柱形阵列围绕共同的纵向轴线旋转，以及所述环形装载轨道适于独立于所述圆柱形阵列旋转。26.根据权利要求20所述的系统，其中，所述装载轨道包括一个或更多个传感器，所述一个或更多个传感器适于检测何时将一个或更多个诊断化验盒放置在所述装载轨道中。27.根据权利要求26所述的系统，其中，所述装载轨道适于响应于检测到所述一个或更多个诊断化验盒，朝向所述装载器运输所述一个或更多个诊断化验盒。28.根据权利要求1所述的系统，还包括：空气冷却系统，引导空气通过所述阵列组件的中心柱，并通过所述阵列组件的每层，以便将所述整个阵列组件保持在合适温度范围内。29.根据权利要求28所述的系统，其中，所述合适温度范围在65至95华氏度之间，以便于PCR分析。30.根据权利要求28所述的系统，其中，所述空气冷却系统包括挡板，所述挡板位于所述阵列组件的每层之间，使得空气流至少部分地在所述层之间分开。31.根据权利要求28所述的系统，其中，所述空气冷却系统包括外部空气冷却器，所述外部空气冷却器与所述阵列组件的一层或更多层中的一个或更多个传感器通信地联接。32.根据权利要求1所述的系统，其中，所述诊断化验模块中的每个均固定地固定在所述阵列支承组件内，但仍保持可移除以允许修理和/或更换。33.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阵列支承组件限定圆柱形阵列，当固定在组装的系统内时，所述圆柱形阵列的直径为约34英寸或更小，高度为80英寸或更小，以便于通过标准尺寸的门口运输所述系统。34.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阵列支承组件包括限定敞开中心柱的多个堆叠的圆形框架。35.根据权利要求31所述的系统，其中，所述系统还包括集成冷却系统，所述集成冷却系统包括：一个或更多个冷却风扇，从所述敞开中心柱的底部朝向所述敞开中心柱的顶部向上吸入冷空气。36.根据权利要求32所...

【专利技术属性】
技术研发人员：布瑞恩·布利文，罗纳德·常，史蒂文·蒙哥马利，格雷戈里·莫特，
申请(专利权)人：塞弗德公司，
类型：发明
国别省市：美国,US