JP6871905B2 - アッセイを実行するための流体システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、臨床診断ツールの分野に関する。

分子試験および免疫アッセイ技法の自動化の複雑性を前提として、患者近傍試験環境において臨床的に使用可能な適正な性能を提供する、製品が欠けている。典型的分子試験は、正確な用量の試薬、サンプル導入、ＤＮＡまたはＲＮＡを抽出するための細胞の溶解、精製ステップ、およびその後続検出のための増幅を伴う、種々のプロセスを含む。これらのプロセスのうちのいくつかを自動化する、中央検査室ロボットプラットフォームが存在するが、短いターンアラウンドタイムを要求する多くの試験のために中央検査室は、必要とされる時間要件において結果を提供することができない。

しかしながら、臨床環境において、合理的費用で正確な信頼性のある結果を提供するシステムを実装することは困難である。種々の分子試験技法の複雑な性質を前提として、結果は、試験パラメータが慎重に制御されない場合、または環境条件が理想的ではない場合、誤差を被る。

分子技法が、以前の参照方法より低い濃度における非常に優れた感度レベルを有するという事実は、偽陽性を伴う誤発信を回避しながら、臨床的に関連する結論を得ることをより困難にしている。本問題を最小限にするために、特に、病原微生物の検出の場合、試験は、定量化能力を有していなければならない。したがって、十分なデータを総合し、信頼性のある結論にするために、ますます、多重アッセイおよび試験のアレイを行う必要がある。マイクロアレイ免疫アッセイ等の技法は、非常に高度の多重化能力を提供するが、その主要な制限は、結果を得る速度が遅いことであって、これは、多くの場合、患者管理に良い影響を及ぼさない。

流体試験システムおよび使用方法が、提示される。各試験施設の同時流体制御は、試験時間を短縮し、種々の試験施設間の再現可能結果を得る確率を向上させることができる。

ある実施形態では、流体試験システムは、マイクロ流体チャネルと、第１のチャンバと、第２のチャンバとを含む。マイクロ流体チャネルは、マイクロ流体チャネルを通して流体の導入および／または抽出のための１つのみのポートを有する。第１のチャンバは、マイクロ流体チャネルの終端端部に配置される。第２のチャンバは、流体チャネルに結合され、第２のチャンバへの各開口部が、動作の間、重力ベクトルと略平行に整列されるよう構成されるように整列される。

例示的方法が、説明される。本方法は、液体がマイクロ流体チャネルに結合される第１のチャンバ内に貯蔵される１つまたはそれを上回る試薬に到達するまで、液体をマイクロ流体チャネルの唯一のポートを通して流動させるステップを含む。その後、本方法は、１つまたはそれを上回る試薬の少なくとも一部を液体内に再懸濁させ、標的液体を形成するステップを含む。標的液体が、次いで、マイクロ流体チャネルを通して、第１のチャンバから離れるように流動される。本方法は、次いで、標的液体がマイクロ流体チャネルに結合される第２のチャンバを通して流動するように、標的液体をマイクロ流体チャネル内で往復して流動させるステップを含む。本方法は、標的液体中の１つまたはそれを上回る再懸濁された試薬の少なくとも一部と第２のチャンバ内に配置される１つまたはそれを上回る試薬を反応させるステップと、標的液体をマイクロ流体チャネルからマイクロ流体チャネルの唯一のポートを介して流動させるステップとを含む。

別の実施形態では、流体試験システムは、マイクロ流体チャネルと、複数のチャンバと、マイクロ流体チャネルの終端端部に配置されるチャンバとを含む。マイクロ流体チャネルは、マイクロ流体チャネルを通して流体の導入および／または抽出のための１つのみのポートを有する。複数のチャンバはそれぞれ、複数のチャンバのそれぞれの長さが重力ベクトルと略平行に整列されるように、直列配列においてマイクロ流体チャネルに結合される。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
流体試験システムであって、
１つのみのポートを有するマイクロ流体チャネルと、
前記マイクロ流体チャネルの終端端部に配置される第１のチャンバと、
前記マイクロ流体チャネルに結合される第２のチャンバであって、前記第２のチャンバは、前記第２のチャンバへの各開口部が、動作の間、重力ベクトルと略平行に整列されるよう構成されるように整列される、第２のチャンバと、
を備える、流体試験システム。
（項目２）
前記マイクロ流体チャネルに結合される１つまたはそれを上回る液体感知面積をさらに備える、項目１に記載の流体試験システム。
（項目３）
前記１つまたはそれを上回る液体感知面積のうちの少なくとも１つは、所定の量の液体を前記第２のチャンバの中に投与するように構成される、項目２に記載の流体試験システム。
（項目４）
前記流体チャネルに結合され、１つまたはそれを上回る試薬を含むように構成される第３のチャンバをさらに備える、項目１に記載の流体試験システム。
（項目５）
前記第３のチャンバは、前記１つまたはそれを上回る試薬を含有するフリーズドライ丸薬を含むように定寸される、項目４に記載の流体試験システム。
（項目６）
前記第２のチャンバは、１つまたはそれを上回る試薬を含む可撤性要素を備える、項目１に記載の流体試験システム。
（項目７）
前記１つまたはそれを上回る試薬は、前記可撤性要素の表面上にコーティングされる、項目６に記載の流体試験システム。
（項目８）
前記１つまたはそれを上回る試薬は、捕捉抗体を含む、項目７に記載の流体試験システム。
（項目９）
前記１つまたはそれを上回る試薬は、単鎖または二本鎖ＤＮＡを含む、項目７に記載の流体試験システム。
（項目１０）
前記第２のチャンバは、光学照会を可能にするための少なくとも１つの透明壁を含む、項目１に記載の流体試験システム。
（項目１１）
前記第２のチャンバは、複数のビーズを含む、項目１に記載の流体試験システム。
（項目１２）
前記マイクロ流体チャネルは、複数のマイクロ流体チャネルに分裂されるように構成され、前記複数のマイクロ流体チャネルはそれぞれ、個別の第１のチャンバおよび個別の第２のチャンバに結合される、項目１に記載の流体試験システム。
（項目１３）
前記流体チャネルに結合された第３のチャンバをさらに備え、前記第３のチャンバは、前記第３のチャンバを通して移動する流体を混合するように構成される、項目１に記載の流体試験システム。
（項目１４）
前記第２のチャンバは、５０マイクロリットル未満の流体体積を有する、項目１に記載の流体試験システム。
（項目１５）
方法であって、
液体が流体チャネルに結合される第１のチャンバ内に貯蔵される１つまたはそれを上回る試薬に到達するまで、前記液体を前記流体チャネルの唯一のポートを通して流動させるステップと、
前記１つまたはそれを上回る試薬の少なくとも一部を前記液体内に再懸濁させ、標的液体を形成するステップと、
前記標的液体を前記流体チャネルを通して前記第１のチャンバから離れるように流動させるステップと、
前記標的液体が前記流体チャネルに結合される第２のチャンバを通して流動するように、前記標的液体を前記流体チャネル内で往復して流動させるステップと、
前記標的液体内の前記１つまたはそれを上回る再懸濁された試薬の少なくとも一部と前記第２のチャンバ内に配置される１つまたはそれを上回る試薬とを反応させるステップと、
前記標的液体を前記流体チャネルから前記流体チャネルの唯一のポートを介して流動させるステップと、
を含む、方法。
（項目１６）
前記第２のチャンバへの各開口部は、重力ベクトルと略平行に整列される、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
前記標的液体を前記流体チャネル内で往復して流動させるステップは、前記標的液体を前記流体チャネルの２つの場所間で往復して流動させるステップを含む、項目１５に記載の方法。
（項目１８）
前記流体チャネルの２つの場所のそれぞれにおいて前記液体の存在を感知するステップをさらに含む、項目１５に記載の方法。
（項目１９）
前記標的液体を前記流体チャネル内で往復して流動させるステップは、前記標的液体を第３のチャンバを通して流動させ、前記標的流体が前記第３のチャンバを通して流動するにつれて、前記標的液体を混合するステップを含む、項目１５に記載の方法。
（項目２０）
前記第２のチャンバからの光学信号を測定するステップであって、前記光学信号は、前記第２のチャンバ内の前記１つまたはそれを上回る再懸濁された試薬の濃度と関連付けられる、ステップをさらに含む、項目１５に記載の方法。
（項目２１）
第２の液体を前記流体チャネルの唯一のポートを通して流動させるステップと、
前記第２の液体が前記第２のチャンバを通して流動するように、前記第２の液体を前記流体チャネル内で往復して流動させるステップと、
前記第２の液体を前記流体チャネルから前記流体チャネルの唯一のポートを介して流動させるステップと、
をさらに含む、項目１５に記載の方法。
（項目２２）
前記第２の液体は、洗浄緩衝剤である、項目２１に記載の方法。
（項目２３）
前記反応させるステップは、前記標的液体内の前記１つまたはそれを上回る再懸濁された試薬の少なくとも一部と前記第２のチャンバ内に配置される１つまたはそれを上回る試薬とを結合するステップを含む、項目１５に記載の方法。
（項目２４）
流体試験システムであって、
１つのみのポートを有するマイクロ流体チャネルと、
複数のチャンバであって、前記複数のチャンバの各チャンバは、前記複数のチャンバのそれぞれの長さが重力ベクトルと略平行に整列されるように、直列配列で前記マイクロ流体チャネルに結合される、複数のチャンバと、
前記マイクロ流体チャネルの終端端部に配置されるチャンバと、
を備える、流体試験システム。
（項目２５）
前記複数のチャンバの所与のチャンバへの各開口部は、流路に沿って前記重力ベクトルと実質的に整列される、項目２４に記載の流体試験システム。
（項目２６）
前記複数のチャンバの各チャンバは、５０マイクロリットル未満の流体体積を有する、項目２４に記載の流体試験システム。
（項目２７）
前記マイクロ流体チャネルに沿って複数の液体感知面積をさらに備える、項目２４に記載の流体試験システム。
（項目２８）
前記複数の液体感知面積は、前記複数のチャンバと所与のパターンで前記マイクロ流体チャネルに沿って配列される、項目２７に記載の流体試験システム。
（項目２９）
前記所与のパターンは、前記液体感知面積の隣接するものの間に前記複数のチャンバの異なる数のチャンバを有することを含む、項目２８に記載の流体試験システム。

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する、付随の図面は、本発明の実施形態を図示し、説明とともに、さらに、本発明の原理を説明し、当業者が、本発明を成すことおよび使用することを可能にする役割を果たす。

図１Ａは、ある実施形態による、試験カートリッジシステムのグラフィカル表現である。 図１Ｂは、ある実施形態による、試験カートリッジシステムの別の図を表す。 図２は、ある実施形態による、流体試験装置を図示する。 図３は、ある実施形態による、複数の流体試験装置を図示する。 図４Ａ−４Ｂは、いくつかの実施形態による、流体試験装置の図を図示する。 図５は、ある実施形態による、別の流体試験装置を図示する。 図６は、ある実施形態による、例示的流体試験方法を図示する。

本発明の実施形態が、付随の図面を参照して、説明されるであろう。

具体的構成および配列が論じられるが、これは、例証的目的のためだけに行なわれることを理解されたい。当業者は、他の構成および配列も、本発明の精神ならびに範囲から逸脱することなく、使用されることができることを認識するであろう。本発明はまた、種々の他の用途において採用されることができることも、当業者に明白となるであろう。

本明細書では、「一実施形態」、「ある実施形態」、「ある例示的実施形態」等の言及は、説明される実施形態が、特定の特徴、構造、または特性を含んでもよいが、全ての実施形態が必ずしも、特定の特徴、構造、または特性を含まなくてもよいことを示すことに留意されたい。また、そのような語句は、必ずしも同じ実施形態を指しているとは限らない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、実施形態に関連して説明されるが、明示的に説明されるかどうかにかかわらず、他の実施形態に関連して、そのような特徴、構造、または特性に影響を及ぼすことは、当業者の知識の範囲内であることが提示される。

本明細書に説明されるいくつかの実施形態は、免疫アッセイ、ＰＣＲ、ＤＮＡハイブリダイゼーション等の種々の分子試験を行なうための試験カートリッジシステム内に統合されたマイクロ流体装置に関する。ある実施形態では、試験カートリッジは、そのような試験を行なうために必要な構成の全てを単一の使い捨てパッケージに統合する。試験カートリッジは、試験カートリッジ内で生じる反応に関連するデータを提供する、外部測定システムによって分析されるように構成されてもよい。一実施形態によると、試験カートリッジは、各試験チャンバを用いて光学検出を行うための透明窓を伴う複数の試験チャンバを含む。

一実施例では、単一試験カートリッジは、所与のサンプルを用いて一連の免疫アッセイを行なうように使用されてもよい。試験カートリッジは、免疫アッセイを行なうためにカートリッジ内に統合されたシールされたチャンバ内に保持される、必要緩衝剤、試薬、および標識の全てを含有する。

分子診断器具類の主要な制限の１つは、交互汚染、同伴飛沫汚染等の汚染と関連付けられた問題である。本明細書に説明される実施形態は、設計によって、実質的に、器具へのサンプルの汚染を排除する。

一実施形態では、試験カートリッジは、製造プロセスの際にシールされた内蔵液体または乾燥された試薬をもたらす。試薬および導入されるサンプルは、環境または器具の任意の部品と接触しない。試験カートリッジの本特徴はまた、多くの検査室および病院にとって、その使用後、製品を安全に廃棄するためにも重要である。

一連の試験を行うために、試験カートリッジは、複数の試験チャンバならびに複数の流体チャネルを含有する。流体チャネルは、種々の試験チャンバをともに接続し、液体を試験カートリッジの他の部分に移送するように設計されてもよい。流体チャネルは、流体チャネルに沿って接続されるチャンバ内で免疫アッセイを行うことを促進するように設計されてもよい。

試験カートリッジシステムの構成要素に関するいくつかの詳細は、図を参照して本明細書に説明される。各物理的構成要素の例証は、限定を意味するものではなく、当業者は、本明細書の説明を前提として、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、構成要素のいずれかを再配列または別様に改変する方法を認識するであろうことを理解されたい。試験カートリッジシステムのより詳細な説明は、同時係属中の米国特許出願第１３／８３６，８４５号（本開示は参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に見出され得る。

図１Ａは、ある実施形態による、例示的試験カートリッジシステム１００を図示する。試験カートリッジシステム１００は、種々の流体チャンバ、チャネル、およびリザーバを格納し得る、カートリッジ筐体１０２を含む。サンプルは、ある実施形態によると、サンプルポート１０４を介して、カートリッジ筐体１０２の中に導入されてもよい。ある実施例では、サンプルポート１０４は、固体、半固体、または液体サンプルを受容する。サンプルポート１０４はまた、サンプルをカートリッジ筐体１０２内のチャンバまたは流体チャネルの中に注入するために、注射器の針を受容するように設計されてもよい。別の実施形態では、カートリッジ筐体１０２は、サンプルを導入するための１つを上回る入口を含む。カートリッジシステム１００の種々のチャンバおよびチャネルについてのさらなる詳細は、同時係属中の米国特許出願第１３／８３６，８４５号に見出され得る。

ある実施形態によると、カートリッジシステム１００は、カートリッジ筐体１０２内のガイド１０６に沿って側方に移動する、移送チャンバを含んでもよい。本移送チャンバは、種々の流体ポートと移送チャンバとを整列させ、カートリッジシステム１００の種々の流体チャネルおよびチャンバ全体を通して流体の移動を制御するために使用されてもよい。

カートリッジシステム１００は、ある実施形態によると、１つまたはそれを上回る貫通孔１０８を含む。貫通孔１０８は、カートリッジシステム１００のより薄い部分上に位置してもよい。一実施例では、このより薄い部分は、カートリッジ筐体１０２内の流体チャンバの多くから離れて位置する。貫通孔１０８は、種々の試薬が貫通孔１０８内に設置され、孔を効果的に「プラグ栓」することを可能にする。したがって、試薬は、貫通孔１０８内にぴったりと嵌合する、小プラグ上に配置されてもよい。試薬の実施例として、固定化抗体、タンパク質、酵素、および単鎖または二本鎖ＤＮＡもしくはＲＮＡが挙げられ得る。ガスケットシールが、プラグの縁の周囲に使用され、実質的漏出防止嵌合を確実にしてもよい。これらのプラグのさらなる詳細は、図４を参照して以下に説明される。

図１Ｂは、ある実施形態による、例示的試験カートリッジシステム１００の背面の図を図示する。多数の流体チャネルが、カートリッジ筐体１０２内に見られ得る。一実施例では、これらの流体チャネルは、マイクロ流体チャネルであって、チャネルを通して流動する流体は、層流形態にある。したがって、マイクロ流体チャネルの寸法は、例えば、５ｍｍ^２未満、１ｍｍ^２未満、１０，０００μｍ^２未満、５，０００μｍ^２未満、１，０００μｍ^２未満、または５００μｍ^２未満の断面を有してもよい。

ある実施形態によると、種々の流体試験面積が、カートリッジ筐体１０２内に組み込まれる。例えば、試験面積１１０は、複数の流体試験装置を含んでもよく、それぞれ、試験カートリッジ１００の他側からの貫通孔１０８のうちの１つと整列される、開口部１１２を有する。したがって、開口部１１２はそれぞれ、試薬とプラグ栓されると、種々の生物学的および化学試験のための試験チャンバを画定する。これらの試験は、いくつか挙げると、免疫アッセイ、酵素相互作用、細胞応答、またはＤＮＡハイブリダイゼーションを伴ってもよい。行われることになる他の試験は、本明細書の本開示を前提として、当業者に明白となるであろう。試験面積１１０に図示される試験装置のそれぞれに関するさらなる詳細は、図２を参照して以下に説明される。

別の流体面積１１４は、ある実施形態によると、直列配列に接続される、複数のチャンバを含む。これらのチャンバは、希釈のため、かつ正確な投与濃度をシステム内の他のチャンバおよび流体チャネルに提供するために使用されてもよい。図示される流体面積１１４に関するさらなる詳細は、図５を参照して以下に説明される。他の種々の流体チャネル１１６も同様に、示され、カートリッジ筐体１０２内の種々のチャンバ間に流体を誘導するために、および、種々のチャンバから試験面積１１０または流体面積１１４に示されるチャネルのいずれかへ／その逆に流体を誘導するために、使用されてもよい。

図２は、ある実施形態による、流体試験装置２００の実施例を図示する。重力ベクトルもまた、流体試験装置２００が一実施例に従って最大有効性のために使用されるように設計される配向を提供するために示されている。他の配向も同様に、可能性として考えられ得るが、他の配向は、望ましくない気泡をチャネル内に形成させ得る。

流体試験装置２００は、ある実施形態によると、１つのみのポート２０４を有する、マイクロ流体チャネル２０２を含む。マイクロ流体チャネル２０２の他端は、閉鎖されたチャンバ２１６で終端する。本閉鎖されたチャンバは、流体がポート２０４を介してマイクロ流体チャネル２０２を通して押動されるにつれてマイクロ流体チャネル２０２内に閉じ込められた空気のためのリザーバとして作用する。閉鎖されたチャンバ２１６の含有は、通気口を使用して空気がシステムから逃散することを可能にする必要性に取って代わる。通気口を有していないことは、漏出および汚染の確率の低減等、利点を提供する。

マイクロ流体チャネル２０２は、マイクロ流体チャネル２０２の長さに沿って配置される、１つまたはそれを上回るチャンバまたは拡大面積を有してもよい。例えば、マイクロ流体チャネル２０２は、２０６ａおよび２０６ｂ等の１つまたはそれを上回るチャネル拡大部２０６を含んでもよい。チャネル拡大部２０６ａおよび２０６ｂは、液体感知面積として作用してもよい。したがって、チャネル拡大部２０６ａおよび２０６ｂは、１つまたはそれを上回る外部光学プローブと併用され、液体がチャネル拡大部２０６ａおよび２０６ｂ内に存在するかどうかを判定してもよい。本判定は、試験カートリッジシステム１００の他の機能のアクティブ化のために使用されてもよい。別の実施形態では、チャネル拡大部２０６ａおよび２０６ｂは、パターン化された抵抗センサ等の統合されたセンサを含み、流体の存在または流率を示してもよい。

マイクロ流体チャネル２０２はまた、混合チャンバ２０８と結合されてもよい。ある実施形態では、混合チャンバ２０８は、マイクロ流体チャネル２０２より大きい断面寸法を有する。このより大きい断面寸法は、混合チャンバ２０８内の流体形態がもはや層流ではなく、乱流となるように選定されてもよい。ポート２０４に印加された圧力を変動させることによって、サンプル溶液は、混合チャンバ２０８内を往復して移動され、したがって、流体の受動混合を提供してもよい。ある実施形態によると、混合チャンバ２０８は、混合チャンバ２０８への開口部が重力ベクトルと実質的に整列されるように整列される。本整列は、流体が混合されるにつれたチャンバ内の気泡の生成を低減させることに役立つ。

マイクロ流体チャネル２０２はまた、試験チャンバ２１０を含む。一実施例では、試験チャンバ２１０は、マイクロ流体チャネル２０２内の混合チャンバ２０８よりさらに下流に位置する。試験チャンバ２１０は、図１Ａに図示される貫通孔１０８のうちの１つにわたって整列されてもよい。したがって、試薬は、図４に図示されるようにプラグ挿入を使用して試験チャンバ２１０の片側を「プラグ栓」することによって、試験チャンバ２１０の中に設置されてもよい。試験チャンバ２１０の幾何学形状は、試験チャンバ２１０内の種々の試薬と相互作用するための大表面積を可能にする。例えば、試験チャンバ２１０の直径は、標準的サイズの９６ウェルプレート、２４ウェルプレート、４８ウェルプレート、または３８４ウェルプレートの単一プレートのものに実質的に類似するように選定されてもよい。試験チャンバ２１０内の流体体積は、５０μＬ未満であってもよい。一実施例では、試験チャンバ２１０内の流体体積は、１０〜３０μＬである。試験チャンバ２１０の体積は、５０μＬサンプル溶液によって完全に充填されるために十分に大きく設計されてもよい。ある実施形態では、試験チャンバ２１０の開口部は、重力ベクトルと略平行に整列される。開口部がこのように整列されると、チャンバは、流体がチャンバを下から充填し得るように、流体チャネルに沿って設置され得る。試験チャンバ２１０をこのように充填することによって、気泡の発生が低減され得る。一実施形態では、試験チャンバ２１０は、複数のビーズを含み、試薬相互作用のための表面積を増加させてもよい。ポート２０４に印加された圧力を変動させることによって、サンプル溶液が、試験チャンバ２１０内で往復して移動され、試験チャンバ２１０内で固定化された試薬とサンプル溶液内の試薬との間の相互作用を最大限にし得る。

試験チャンバ２１０のより大きい断面寸法が、試験チャンバ２１０内の流体形態がもはや層流ではなく、乱流となるように選定されてもよい。本乱流は、試験チャンバ２１０内の固定化された試薬と溶液内の試薬との間の反応運動を増加させる。ある実施形態によると、試験チャンバ２１０は、試験チャンバ２１０への開口部が重力ベクトルと実質的に整列されるように整列される。本整列は、サンプル溶液が試験チャンバ２１０内で往復して移動されるにつれたチャンバ内の気泡の生成を低減させることに役立つ。

試験チャンバ２１０内の試薬相互作用の検出は、試験カートリッジシステム１００が設置される分析器に結合される外部光学源および光検出器を使用して生じてもよい。したがって、試験チャンバ２１０の任意の壁またはカバーは、光学検出を可能にするために透明であってもよい。一実施例では、光検出器は、１つまたはそれを上回る波長における試験チャンバ２１０内の液体を通した吸収率を測定する。別の実施例では、光検出器は、試験チャンバ２１０内の蛍光化合物から発生される蛍光信号を測定する。ある実施形態では、蛍光測定は、試験チャンバ２１０の真下から行われる。試験チャンバ２１０は、例えば、電気化学、電気機械的、表面プラズモン共鳴、時間分解蛍光等の他の検出手段のために適合されてもよい。

貯蔵チャンバ２１２が、マイクロ流体チャネル２０２に沿って、試験チャンバ２１０のさらに下流に位置してもよい。貯蔵チャンバ２１２は、フリーズドライまたは凍結乾燥された検体等、乾燥化学物質を含んでもよい。別の実施例では、貯蔵チャンバ２１２は、乾燥試薬２１４または生物学的サンプルを含む。生物学的サンプルは、貯蔵チャンバ２１２内でフリーズドライされてもよい。そのような生物学的または化学化合物は、使用前に、長期間にわたって貯蔵チャンバ２１２内に貯蔵されてもよい。貯蔵チャンバ２１２の寸法は、一実施形態によると、通常、約数ミリメートルの直径である、乾燥された試薬２１４（乾燥された化学ビーズ等）のサイズに具体的に適合するように設計されてもよい。一実施例では、貯蔵チャンバ２１２に向かって引き出される流体は、乾燥された試薬２１４と混合し、該試薬を該流体中で再懸濁させる。再懸濁された試薬を有する液体は、次いで、分析のために試験チャンバ２１０に向かって引き戻されてもよい。

マイクロ流体チャネル２０２に沿った種々のチャンバは、用途および行われている試験に応じて、方略的に設置されてもよい。例えば、図２に図示される装置では、緩衝液体が、印加された正圧を介して、ポート２０４を通して貯蔵チャンバ２１２にぐるっと回って押進され、乾燥された試薬２１４を緩衝剤溶液中に再懸濁させ、試験溶液を形成し得る。次に、試験溶液は、ポート２０４に印加された負圧を介して、または以前に印加された正圧を解放することによって、マイクロ流体チャネル２０２を通して引き戻されてもよい。試験溶液は、チャネル拡大部２０６ａまで戻されてもよい。この後、流体は、チャネル拡大部２０６ａと貯蔵チャンバ２１２との間を複数回往復して押進され、混合チャンバ２０８および試験チャンバ２１０の両方を通して通過してもよい。このように、流体は、試験チャンバ２１０内の捕捉された試薬と相互作用しながら、混合チャンバ２０８を介して、混合され続ける。免疫アッセイの実施例では、捕捉抗体が、試験溶液中に存在するタンパク質が捕捉抗体に導入される間、試験チャンバ２１０内に固定化される。結合反応は、陽性試験結果を示し得る（かつ蛍光信号を生成する）。いったん試験溶液が試験チャンバ２１０を通して十分な回数導入されると、ポート２０４から引き出されてもよく、異なる洗浄溶液が、試験チャンバ２１０内の任意の非結合材料を洗い流すために導入されてもよい（例えば、偽陽性を排除する試みとして）。洗浄溶液は、貯蔵チャンバ２１２を通して通過する必要なく、試験チャンバ２１０内の検体にわたって導入されることができる。これは、貯蔵チャンバ２１２内に残された乾燥化学物質のいずれかの可能性として考えられる再懸濁を回避するため、有利である。これは、流体試験装置２００の一例示的使用にすぎず、チャンバの配列は、用途に基づいて変更されてもよいことを理解されたい。

図３は、ある実施形態による、同一入力流体チャネル３０２に接続される、複数の流体試験装置を図示する。入力流体チャネル３０２は、液体の導入および排出のための、そして圧力を液体に印加する、またはそこから解放するための単一ポート３０４を含む。入力流体チャネル３０２は、単一流体チャネルが複数の流体チャネルに分裂される、流体分岐合流点３０６に結合されてもよい。一実施例では、複数の流体チャネルはそれぞれ、その独自の試験装置３０８を与える。３つのみの試験装置３０８が、入力流体チャネル３０２に接続されるように図示されるが、任意の数およびタイプの流体試験装置が入力流体チャネル３０２に結合されてもよいことを理解されたい。

各試験装置３０８内の貯蔵チャンバ３１０は、他の貯蔵チャンバ３１０と全く異なる濃度の試薬または異なる試薬を含んでもよい。同様に、各試験装置３０８内の試験チャンバ３１２の中に設置される試薬は、他の試験チャンバ３１２と全く異なる濃度の試薬または異なる試薬を含んでもよい。このように、実験の多重化されたアレイが、同一入力流体チャネル３０２から行われてもよい。

図４Ａおよび４Ｂは、ある実施形態による、流体試験装置２００の一部である試験チャンバ２１０内に試薬挿入体４０２を設置するための手順を図示する。図４Ａおよび４Ｂにおける例証は、流体システムの設計をいかようにも限定することを意図するものではなく、単に、試薬挿入体４０２が使用され得る方法を実証するために提供されることを理解されたい。

試薬挿入体４０２は、筐体４０１の背面上の孔４０４内にぴったりと嵌合するように成形されてもよい一方、孔４０４は、筐体４０１の正面側上の試験チャンバ２１０内に整列される。試薬挿入体は、ガスケットシールをその縁の周囲に含み、孔４０４内に設置された後、任意の流体漏出を防止することに役立ち得る。試薬挿入体４０２の片側は、試験チャンバ２１０内で使用されるべき種々の試薬を含んでもよい。例えば、試薬挿入体４０２は、免疫アッセイにおいて使用されるべき具体的捕捉抗体を有する、表面を含んでもよい。試薬は、試薬挿入体４０２の表面上でフリーズドライされてもよい、または挿入体４０２の上部にコーティングされてもよい。挿入体４０２は、流体と接触すると溶解する、保護コーティングを含んでもよい。一実施形態によると、試薬挿入体４０２は、異なる試薬挿入体と交換されるために、随時、孔４０４から除去されてもよい。試薬挿入体４０２は、当業者によって理解されるであろうように、任意の保定構造または接着剤を用いてカートリッジに固着されてもよい。

図５は、ある実施形態による、別の流体装置５００を図示する。マイクロ流体チャネル５０２は、１つのみのポート５０４を含み、マイクロ流体チャネル５０２に沿って直列に配列されるチャンバ５０６間に結合する。一実施例では、マイクロ流体チャネル５０２は、図５に図示されるように、その経路に沿って水平に整列されるチャンバ５０６を伴う、蛇行経路に追従する。各個々のチャンバは、その幅より長い長さを有するように画定されてもよく、長さは、示されるように、重力ベクトルと実質的に平行に整列される。加えて、チャンバ５０６のそれぞれの上部および底部における開口部も、重力ベクトルと整列される。ある実施形態によると、マイクロ流体チャネル５０２は、封入されたチャンバ５１０で終端する。封入されたチャンバ５１０は、液体がポート５０４を通して進入するにつれてマイクロ流体チャネル５０２を通して押進される空気のためのリザーバとして設計されてもよい。複数のチャンバの各チャンバは、２５０μｌ未満、１００μｌ未満、または５０μｌ未満の流体体積を有してもよい。

マイクロ流体チャネル５０２はまた、複数のチャネル拡大部５０８ａ−５０８ｅを含んでもよい。チャネル拡大部５０８ａ−５０８ｅは、図２および３を参照して前述のものと同様に作用してもよい。チャネル拡大部５０８ａ−５０８ｅは、隣接するチャネル拡大部間のチャンバ５０６の数が可変であるように、マイクロ流体チャネル５０２に沿って配列されてもよい。本文脈では、隣接するチャネル拡大部とは、マイクロ流体チャネル５０２の経路に沿ってそれらの間に別のチャネル拡大部を有していない、任意の２つのチャネル拡大部を説明する。言い換えると、流体がマイクロ流体チャネル５０２を辿って封入されたチャンバ５１０に向かって移動するにつれたチャネル拡大部５０８（ＣＥ）およびチャンバ５０６（ＣＨ）の例示的パターンは、ＣＥ；ＣＨ；ＣＥ；ＣＨ；ＣＨ；ＣＥ；ＣＨ；ＣＨ；ＣＨ；ＣＨ；ＣＥ；ＣＨ；ＣＨ；ＣＨ；ＣＨ；ＣＥとなる。

ある実施形態によると、流体装置５００は、希釈、試薬投与、または種々の混合ステップを行うために使用されてもよい。チャンバ５０６はまた、後の使用のために種々の流体を貯蔵するために使用されてもよい。例えば、異なる濃度の試薬溶液が、チャンバ５０６内に貯蔵されることができ、最低濃度は、チャンバ５０６の最左チャンバにあって、最右チャンバ内の最高濃度まで、右に行くほどチャンバ毎に濃度が上昇する。代替として、最高濃度は、チャンバ５０６の最左チャンバ内にあってもよく、チャンバ５０６の最右チャンバ内の最低濃度まで、右に行くほどチャンバ毎に濃度が低下する。

一実施例では、第１の液体は、チャネル拡大部５０８ａに到達する直前まで、ポート５０４を通して進入する。液体センサが、チャネル拡大部５０８ａにおいて使用され、第１の液体の存在を判定する。第１の液体が、チャネル拡大部５０８ａにあると判定されると、信号が、送信され、第１の液体における流動を停止させてもよい。その後、第２の液体が、さらに下流の異なるチャネル拡大部（５０８ｂ−５０８ｅのうちの任意の１つ）に到達するまで、ポート５０４を通して流動される。これは、繰り返され、他の液体が第２の液体に続いてもよい。このように、既知の濃度の２つまたはそれを上回る液体が、チャンバ５０６内に貯蔵されてもよい。

図６は、ある実施形態による、流体試験装置を使用するための方法６００を図示する、フローチャートである。方法６００に示されるステップは、包括的ではなく、他のステップが、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、同様に行われてもよいことを理解されたい。

ブロック６０２では、液体が、ある実施形態によると、貯蔵チャンバ内に貯蔵される試薬に到達するまで、流体チャネルを通して流動される（例えば、印加された圧力を介して）。液体は、流体チャネルの唯一の入力／出力ポートである、単一ポートを通して流体チャネルに進入してもよい。試薬は、例えば、任意の乾燥された試薬、フリーズドライ試薬、または液体によって溶解されることになる丸薬内に含有される試薬であってもよい。本ステップは、図２に図示されるように、液体が、貯蔵チャンバ２１２内の乾燥された試薬２１４に到達するまで、マイクロ流体チャネル２０２を通して移動することを説明し得る。

ブロック６０４では、試薬が、液体中に再懸濁される。一実施例では、液体は、試薬が緩衝剤中に溶解され、緩衝剤中で安定したままとなることを可能にする特性を有する緩衝溶液であってもよい。いったん試薬の大部分が溶解されると、液体は、プロセスの残りのステップに対して標的液体と称され得る。

ブロック６０６では、標的液体は、貯蔵チャンバから離れるように流動される。図２に図示される実施例では、標的液体は、マイクロ流体チャネルを通して貯蔵チャンバ２１２から離れるように引き戻されるであろう。

ブロック６０８では、標的液体は、ある実施形態によると、試験チャンバを通して横断するように、流体チャネル内で往復して流動される。本試験チャンバは、標的液体中の再懸濁された試薬と反応する、別の試薬のセットを含んでもよい。標的液体は、試験チャンバ内でのみ、または流体システムの他の部分も同様に通して、往復して移動されてもよい。例えば、図２を参照すると、標的液体は、標的液体が試験チャンバ２１０および混合チャンバ２０８の両方を横断するように、チャネル拡大部２０６ａと２０６ｂとの間で往復して移動されてもよい。液体を混合チャンバ２０８を通して複数回通過させることは、標的液体中の再懸濁された試薬のより良好な混合を提供するための随意のステップであり得る。液体はまた、チャネル拡大部２０６ａと貯蔵チャンバ２１２との間で往復して移動されてもよい。

ブロック６１０では、標的液体中の試薬は、第２のチャンバ内の試薬と反応する。本プロセスは、ブロック６０８において前述の液体の移動と同時に生じる。免疫アッセイの場合、捕捉抗体または抗原サンプルが、標的抗体／抗原が捕捉抗体／抗原に結合する間、第２のチャンバ内に固定化されてもよい。他の反応として、生物発光タンパク質を伴う色（例えば、吸収率）変化または反応をもたらす、酵素反応が挙げられ得る。

ブロック６１２では、標的液体は、ある実施形態によると、単一ポートによって、流体チャネルから流動される。標的液体は、負圧を単一ポートに印加し、したがって、標的液体を引き出すことを介して除去されてもよい。標的液体の除去に続いて、他の液体が、流体システムを通して導入されてもよい。例えば、種々の洗浄液体は、第２のチャンバを通して導入および流動され、任意の非結合材料を洗い流してもよい。

具体的実施形態の先述の説明は、本発明の一般概念から逸脱することなく、必要以上の検査を伴わずに、当技術分野内の知識を適用することによって、他者がそのような具体的実施形態を容易に修正し、および／または種々の用途のために適合させることができるという、本発明の一般的性質を十分に明らかにするであろう。したがって、そのような適合および修正は、本明細書で提示される教示および指導に基づいて、開示された実施形態の同等物の意味および範囲内であることを目的としている。本明細書の用語または表現が、教示および指導を踏まえて当業者によって解釈されるものであるように、本明細書の表現または用語は、限定ではなく説明の目的のためであることを理解されたい。

本発明の実施形態は、規定された機能およびその関係の実装を図示する、機能的構築ブロックを用いて前述された。これらの機能的構築ブロックの境界は、本明細書では、説明の便宜上、任意に定義されたものである。規定された機能およびその関係が適切に行われる限り、代替境界も、定義されることができる。

概要および要約の項は、本発明者によって想定されるような本発明の例示的実施形態の全てではないがそのうちの１つまたはそれを上回るものを記載し得、したがって、本発明および添付の請求項をいかようにも限定することを意図するものではない。

本発明の範疇および範囲は、上記の例示的実施形態のうちのいずれによっても限定されるべきではないが、以下の請求項およびそれらの同等物のみに従って定義されるべきである。

Claims (20)

1. 流体試験のために使用される筐体であって、
   流体試験配列を備え、前記流体試験配列は、
   １つのみのポートを有するマイクロ流体チャネルと、
   前記マイクロ流体チャネルの終端端部に配置される第１のチャンバと、
   前記筐体の一部として前記マイクロ流体チャネルに接続される第２のチャンバであって、前記第２のチャンバは、前記第１のチャンバとの直列配列にある、第２のチャンバと、
   試薬挿入体であって、前記試薬挿入体は、前記試薬挿入体の片側に試薬を有し、前記筐体の背面を通る貫通孔内にぴったりと嵌合するように成形され、前記貫通孔は、前記第２のチャンバと整列される、試薬挿入体と
   を備える、筐体。
2. 前記筐体の一部として前記マイクロ流体チャネルに接続される１つまたは複数の液体感知面積をさらに備え、前記１つまたは複数の液体感知面積は、前記マイクロ流体チャネルの長さに沿って配置される、請求項１に記載の筐体。
3. 前記筐体の一部として前記マイクロ流体チャネルに接続される第３のチャンバをさらに備え、前記第３のチャンバは、前記マイクロ流体チャネルの長さに沿って配置され、１つまたは複数の試薬を含むように構成される、請求項１に記載の筐体。
4. 前記第３のチャンバは、前記１つまたは複数の試薬を含有するフリーズドライ丸薬を含むように定寸される、請求項３に記載の筐体。
5. 前記１つまたは複数の試薬は、捕捉抗体を含む、請求項１に記載の筐体。
6. 前記１つまたは複数の試薬は、単鎖または二本鎖ＤＮＡを含む、請求項１に記載の筐体。
7. 前記第２のチャンバは、光学照会を可能にするための少なくとも１つの透明壁を含む、請求項１に記載の筐体。
8. 前記第２のチャンバは、複数のビーズを含む、請求項１に記載の筐体。
9. 前記マイクロ流体チャネルは、複数のマイクロ流体チャネルに分裂されるように構成され、前記複数のマイクロ流体チャネルはそれぞれ、前記筐体の一部として個別の第１のチャンバに接続され、前記個別の第１のチャンバは、前記複数のマイクロ流体チャネルの各々の終端端部に配置され、個別の第２のチャンバは、前記個別の第１のチャンバとの直列配列にある、請求項１に記載の筐体。
10. 前記筐体の一部として前記マイクロ流体チャネルに接続される第３のチャンバをさらに備え、前記第３のチャンバは、前記マイクロ流体チャネルの長さに沿って配置され、前記第３のチャンバを通して移動する流体を混合するように構成される、請求項１に記載の筐体。
11. 前記第２のチャンバは、５０マイクロリットル未満の流体体積を有する、請求項１に記載の筐体。
12. 方法であって、
    筐体の一部として流体チャネルに接続される第１のチャンバ内に貯蔵される１つまたは複数の試薬に液体が到達するまで、前記液体を前記流体チャネルの唯一のポートを通して流動させることと、
    前記１つまたは複数の試薬の少なくとも一部を前記液体内に再懸濁させ、標的液体を形成することと、
    前記標的液体を前記流体チャネルを通して前記第１のチャンバから離れるように流動させることと、
    前記筐体の一部として前記流体チャネルに接続される第２のチャンバを通して前記標的液体が流動するように、前記標的液体を前記流体チャネル内で往復して流動させることであって、前記第２のチャンバは、前記第１のチャンバとの直列配列にある、ことと、
    前記標的液体内の前記１つまたは複数の再懸濁された試薬の少なくとも一部を前記第２のチャンバ内に配置される試薬と反応させることと、
    前記標的液体を前記流体チャネルから外へ前記流体チャネルの前記唯一のポートを介して流動させることと
    を含む、方法。
13. 前記標的液体を前記流体チャネル内で往復して流動させることは、前記標的液体を前記流体チャネルの２つの場所間で往復して流動させることを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記流体チャネルの２つの場所のそれぞれにおいて前記液体の存在を感知することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記標的液体を前記流体チャネル内で往復して流動させることは、前記筐体の一部として前記流体チャネルに接続されかつ前記流体チャネルの長さに沿って配置される第３のチャンバを通して前記標的液体を流動させることと、前記標的流体が前記第３のチャンバを通して流動するにつれて、前記標的液体を混合することとを含む、請求項１２に記載の方法。
16. 前記第２のチャンバからの光学信号を測定することであって、前記光学信号は、前記第２のチャンバ内の前記１つまたは複数の再懸濁された試薬の濃度と関連付けられる、ことをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
17. 第２の液体を前記流体チャネルの前記唯一のポートを通して流動させることと、
    前記第２の液体が前記第２のチャンバを通して流動するように、前記第２の液体を前記流体チャネル内で往復して流動させることと、
    前記第２の液体を前記流体チャネルから外へ前記流体チャネルの前記唯一のポートを介して流動させることと
    をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
18. 前記第２の液体は、洗浄緩衝剤である、請求項１７に記載の方法。
19. 前記反応させることは、前記標的液体内の前記１つまたは複数の再懸濁された試薬の少なくとも一部を前記第２のチャンバ内に配置される１つまたは複数の試薬と結合することを含む、請求項１２に記載の方法。
20. 前記反応させることは、前記標的液体内の前記１つまたは複数の再懸濁された試薬の前記少なくとも一部を前記第２のチャンバ内で試薬挿入体の片側に配置される試薬と反応させることを含む、請求項１２に記載の方法。
    

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