(57)【要約】  本発明は、流体を解析する基板物質に関する。その流体は、弾性的であり、圧力を加えるとき基板物質内でサンプルが放射状に側面方向の運動をすることを可能にする。
2009501928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルにおける１つ又は複数の検体の存在、量又は同一性を調べるため１つ又は複数の流体サンプルを解析する基板物質であって、
(a)前記基板物質又は該基板物質の上若しくは該基板物質において規定される領域が、前記検体の少なくとも１つに特有な少なくとも１つの結合物質を具備し、
(b)前記基板物質は、弾性的で多孔性の物質を有し、
(c)前記基板物質に圧力を印加することにより、前記基板物質内の流体の放射的及び／又は側面方向の動きが実現されることができるという態様で、前記基板物質が圧力に敏感である、基板物質。
【請求項２】
乾燥状態にある前記基板物質における前記側面方向の変位が、外部圧力の印加なしで0以上100μm以下である、請求項１に記載の基板物質。
【請求項３】
湿潤状態にある前記基板物質における前記側面方向の変位が、500kPaの圧力を印加して10μm以上5 mm以下である、請求項１又は２に記載の基板物質。
【請求項４】
湿潤状態における前記基板物質の弾性係数が、0.5MPa以上5GPa以下である、請求項１乃至３のいずれかに記載の基板物質。
【請求項５】
前記基板物質が、
好ましくは、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、セルロースエステル、セルロースナイトレート、セルロースアセテート、セルロース又はこれらの混合物を有するグループからのアモルファスポリマと、
好ましくは、ポリアミド言い換えるとナイロン物質、ポリトリフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン又はこれらの混合物を有するグループからの半結晶性ポリマと、
好ましくは、ポリウレタン、ポリアクリル塩酸、ポリジメチルシロキサンといったシランベースのポリマ又はこれらの混合物を有するグループからのゴムと、
好ましくは、アガロースゲル、ポリアクリルアミドゲル若しくはポリアクリルアミドゲルの混合物又はこれらの混合物を有するグループからの流体溶媒マトリクスを備えるポリマネットワークであるゲルとを有するグループから選択される、請求項１乃至４のいずれかに記載の基板物質。
【請求項６】
本発明による基板物質を作る方法において、
(a)前記基板物質に少なくとも１つの結合物質をプリントするステップと、
(b)前記基板物質に前記結合物質を固定するステップと、
(c)前記基板物質を乾燥させるステップとを有し、
前記固定ステップ及び前記乾燥ステップが、逆順でも行われることができる、方法。
【請求項７】
サンプルにおける１つ又は複数の検体の存在、量又は同一性を調べるため１つ又は複数の流体サンプルを解析する方法において、
(a)請求項１乃至５のいずれかに記載の基板物質を与えるステップと、
(b)前記基板物質に、好ましくは前記基板物質上の１つ又は複数の規定された領域に、所定量のサンプル流体を追加するステップと、
(c)前記基板物質内の流体の放射的な側面方向の流れを実現するため、前記基板物質に圧力を印加するステップと、
(d)前記基板物質が前記圧力の印加前の形状に実質的に戻ることを可能にするため、前記基板物質における前記圧力を解放するステップと、
(e)オプションで、自由に前記印加ステップ及び前記解放ステップを繰り返すステップと、
(f)オプションで、前記サンプル流体を除去するステップ、及び／又は前記基板物質を洗浄するステップと、
(g)前記基板物質において生成されるいずれかの信号を読み出し、かつ該信号から、前記サンプルにおける前記１つ又は複数の検体の存在、量及び／又は同一性を決定するステップとを有する、方法。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれかに記載の基板物質を有するデバイスであって、前記デバイスが好ましくは前記基板物質に圧力を加える手段を具備する、デバイス。
【請求項９】
圧力を印加する手段が、
回転ピン、球、圧子といった機械的手段、
電極といった電気的手段、並びに／又は
コイル及び／若しくは磁気粒子といった磁気手段、を含む、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
請求項１乃至５のいずれかに記載の基板物質を組み込み、請求項７に記載の方法を実行するよう構成される、及び／又は、請求項８又は９に記載のデバイスを組み込むシステムであって、
分子診断に使用されるバイオセンサ、
血液又は唾液といった複雑な生体混合物におけるたんぱく質及び核酸の高速かつ良好な感度の検出、
化学、薬学又は分子生物学のための高スループットスクリーニングデバイス、
病院におけるオンサイトテスト又は中央研究所若しくは科学研究所における診断のため、例えば犯罪学などで使用されるDNA又はたんぱく質用の検査デバイス、
心臓学、感染症及び腫瘍学、食物、及び環境診断のためのDNA又はたんぱく質診断用のツール、
組み合わせ化学のためのツール、又は
解析デバイス、のうちの１つ又は複数の用途で使用される、システム。
【請求項１１】
検体のアクセス方向に垂直な方向に基板物質を動かすようデザインされる機構を有する前記検体のため流体サンプルを解析するデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体サンプルにおける１つ又は複数の検体を検出するデバイスの分野に関し、特に、水溶液における生体分子を検出するデバイスの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、流体における検体の検出、特に、水溶液における生体分子の検出に関する。その検出は通常、解析されるべき流体が、検出の対象である検体用の結合物質を含む基板物質に与えられるという態様で生じる。検体がDNAストランドである場合、斯かるキャプチャプローブは、対応するDNAストランドとすることができる。すると、通常、好ましくは光学蛍光ラベルといったラベルを具備する流体における検体が、結合物質によりキャプチャされることになり(２つの補完的なDNAストランドの場合、この処理はハイブリデーションと呼ばれる)、その流体が除去された後でさえその検体は残り続けることになる。その後、その検体は検出されることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
斯かる検出デバイスが、米国特許第6,849,408 B2号に開示され、ここでは参照により含まれる。しかしながら、米国特許第6,849,408 B2号に開示されるようなデバイス又は従来技術における他のデバイスでは、スルーゴーイング(through-going)チャネルから構成される基板物質が使用されている。これは、流体に一定量の検体がなければならないという欠点を持つ。なぜならば、その流体は、検出の間に基板物質全体にわたり拡散するものではないからである。
【０００４】
更に、大きな孔のついた(large-pore)ニトロセルロースといった基板物質が、その分野で知られている。これらの物質は、基板物質内での流体の側面方向の分散を可能にするが、この分散は制御されることができない。
【０００５】
従って、本発明の目的は、流体にごく微量の検体が存在している必要があるだけで、迅速な検出を可能にするデバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は本発明の請求項１に記載の基板物質により解決される。それによれば、サンプルにおける１つ又は複数の検体の存在、量又は同一性を調べるため１つ又は複数の流体サンプルを解析する基板物質が与えられる。
【０００７】
上記基板物質又は上記基板物質の上若しくは上記基板物質において規定される領域は、上記検体の少なくとも１つに特有な少なくとも１つの結合物質を具備する。
【０００８】
上記基板物質は、弾性的で多孔性の物質を有する。
【０００９】
上記基板物質に圧力を印加することにより、上記基板物質内の流体の放射的及び／又は側面方向の動きが実現されることができるという態様で、上記基板物質は圧力に敏感である。
【００１０】
本発明による基板物質は、従来技術に対して以下の利点を持つ。
【００１１】
基板物質内部で流体の放射的及び／又は側面方向の移動が可能となったことにより、基板物質内部の流体の好適な混合が実現されることができる。更に、流体の全量が、流体の存在する検体に対するすべての結合物質に届くことができるので(これは米国特許第6,849,408 B2号に示されるようなデバイスでは不可能である)、キャプチャ効率が増加され、従って、デバイスの感度が更に強化されることができる。結果として、生体分子の正確な検出がわずかな量の検体流体でさえ行われることができる。
【００１２】
他方で、基板物質に加えられる圧力の量を介して基板物質内部の放射的及び／又は側面方向の動きを制御することができる。
【００１３】
本発明の意味において、「弾性的」という用語は特に、物質の特性を表し、圧力が解放された場合、少なくとも部分的に弾性変形されることができること、即ち、その変形が少なくとも部分的に(又は完全に)可逆なもの(元の形、大きさ、寸法に戻ることができるもの)であることを表す。好ましくは、完全な可逆性が実現される。本発明の意味において「弾性的」という用語は特に、粘弾性的挙動、即ち、圧力が解放された後の復旧において、なんらかの遅延を示す物質(時間効果)が含まれることも意味する。
【００１４】
本発明の意味において、「圧力」という用語は、例えば厚み、(局所)体積、大きさ、間隙率又は密度の変化といった基板物質の特性の変化をもたらす、基板物質における外部刺激(例えば、機械力、電気又は磁気力、光、空気／ガス圧)を特に含む。
【００１５】
本発明の意味において、「側面方向及び／又は放射的動き」という用語は、特に
基板物質に圧力が印加される方向に原則垂直な方向における流体の動き、及び／又は
基板表面に原則平行な動き、及び／又は
力／圧力の少なくとも１つの成分が基板表面に垂直であること、及び／又は
流体運動が平行移動成分を含むこともできるが、流体運動の少なくとも１つの成分が側面方向であること、
を意味し及び／又は含む。
【００１６】
更に、本発明の目的は、請求項１１に記載のデバイスにより解決される。このため、前記検体のため流体サンプルを解析するデバイスが与えられ、そのデバイスは、検体のアクセス方向に垂直な方向に基板物質を動かすようデザインされる機構を有する。「アクセス方向」という用語は、図１における矢印Aで示されるように、原則基板に垂直な方向により規定される。「アクセス方向に垂直な方向」という用語は、平面にあるすべての方向により規定される。それは、本質的に上記で規定されたアクセス方向に垂直である。その機構は、例えば以下に示されるような様々な態様でデザインされることができる。従って、その機構は、基板を動かすために力を行使する機械、電気、磁気又は他のアプライアンスを有することができる。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態によれば、1mN以上50N以下からの力Fを基板物質に印加することにより、基板物質内の流体の放射的側面方向の動きが実現されることができるという態様で、基板物質は圧力に敏感である。この点に関して、力Fは、その表面領域における圧力により印加される力である。圧力及び力Fは、式p = F/Aにより接続される。即ち、力Fは、その力が印加される表面積Aで割られる。好ましくは、その力は、5mN以上5N以下であり、更に好ましくは、10mN以上1N以下であり、最も好ましくは50mN以上500mN以下である。
【００１８】
好ましい実施形態において、力が印加される表面領域Aは、基板物質全体の表面の一部にのみ適用される。圧力を印加するため使用される手段に応じて、Aは、100μm2以上から50mm2までの間で変化することができ、好ましくは、0.1mm2以上5mm2以下である。正方形領域でなくてもよい。
【００１９】
常に、動的に与えられることができるか、又はいずれかの支持構造により支配されることができるかのいずれかの反作用力(counter force)が存在することになることも、当業者には明らかであろう。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態によれば、乾燥状態にある(即ち、基板物質は、例えば水滴の形式で流体を適用する前はほぼ乾燥状態である)上記基板物質における上記側面方向の変位は、外部圧力の印加なしで0以上100μm以下である。これは、外圧を印加することなしに、その流体が、基板物質の内部で側面方向及び／又は放射的にある程度までのみ動くことになるという利点がある。これは、高い側面方向の分解能での高速な解析を可能にする。好ましくは、乾燥状態にある基板物質における外圧なしでの側面方向の変位が、50μm以下であり、最も好ましくは10μm以下である。
【００２１】
本発明の意味において「側面方向の変位」という用語は、その流体(又はその流体の一部)が、放射的及び／又は側面方向に基板物質の内部で動くことを特に意味する。例えば、乾燥状態にある多孔性のマルチディレクショナル(multidirectional)基板物質に置かれる水滴が吸い込まれ、１枚の紙に置かれるインク水滴から知られるような毛管力が原因で、スポットサイズが大きくなる。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態によれば、湿潤状態にある基板物質における外圧なしでの側面方向の変位は、0以上10μm以下であり、好ましくは5μm以下である。
【００２３】
本発明の好ましい実施形態によれば、湿潤状態にある前記基板物質における前記側面方向の変位は、500kPaの圧力を印加して10μm以上5 mm以下である。これは、単に基板物質に圧力を印加することにより、基板内部の流体の側面方向及び／又は放射的動きを制御することを可能にする。好ましくは、湿潤状態にある基板物質における側面方向の変位が、500kPaの圧力を印加して50μm以上1mm以下であり、より好ましくは100μm以上500μm以下である。
【００２４】
本発明の意味において、「湿潤状態」という用語は特に、基板物質のオープンな内部ボリューム(即ち、開孔)が実質的に流体で満たされている状態を含む。間隙径分布が100nmより大きい基板物質の場合、その用語は、少なくともすべての小さな(開)孔が満たされ、かつその流体が基板物質のようなスポンジの内部で実質的に接続された(又はリンクされた)ネットワークを形成する状態を含む。
【００２５】
本発明の好ましい実施形態によれば、湿潤状態にある基板物質における側面方向の変位が、10MPaの圧力を印加して10μm以上5mm以下である。これは、単に基板物質に圧力を印加することにより、基板内部の流体の側面方向及び／又は放射的動きを制御することを可能にする。好ましくは、湿潤状態にある基板物質における側面方向の変位が、10MPaの圧力を印加して50μm以上1mm以下であり、より好ましくは100μm以上500μm以下である。
【００２６】
本発明の好ましい実施形態によれば、500kPaの圧力を印加する際の基板物質の圧縮は、10μm以上500μm以下である。そうすることにより、良好な側面方向及び／又は放射的フローが実現されることができる。好ましくは、基板物質の圧縮は50μm以上300μmである。
【００２７】
本発明の好ましい実施形態によれば、500kPaの圧力を印加する際の基板物質の圧縮は、その厚みの2%以上50%以下である。
【００２８】
本発明の好ましい実施形態によれば、湿潤状態における上記基板物質の弾性係数Eは、0.5MPa以上5GPa以下である。そうすることにより、検体の高速かつ信頼性の高い検出が実現されることができる。好ましくは、基板物質の弾性係数Eは、1MPa以上1GPa以下であり、もっとも好ましくは5MPa以上100MPa以下である。
【００２９】
本発明の好ましい実施形態によれば、圧力を加えた後の湿潤状態にある基板物質内での流体の放射的側面方向の動きの速度は、1μm/s以上100m/s以下である。
【００３０】
本発明の好ましい実施形態によれば、基板物質は、平均孔サイズが0.1μm以上5μm以下の多孔性物質である。こうした物質が、実際うまくいくことがわかった(proven themselves)。
【００３１】
本発明の好ましい実施形態によれば、その基板物質の間隙率(即ち、オープンな内部ボリュームの総ボリュームに対する比)は、5%以上85%以下であり、より好ましくは20%以上70%以下であり、最も好ましくは40%以上60%以下である。本発明の意味において、「間隙率」という用語は、内部の閉じたボリュームを含まない。なぜなら、それは液体で満たされることはできないからである。
【００３２】
本発明の好ましい実施形態によれば、上記基板物質が、
好ましくは、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、セルロースエステル、セルロースナイトレート、セルロースアセテート、セルロース又はこれらの混合物を有するグループからのアモルファスポリマと、
好ましくは、ポリアミド言い換えるとナイロン物質、ポリトリフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン又はこれらの混合物を有するグループからの半結晶性ポリマと、
好ましくは、ポリウレタン、ポリアクリル塩酸、ポリジメチルシロキサンといったシランベースのポリマ又はこれらの混合物を有するグループからのゴムと、
好ましくは、アガロースゲル、ポリアクリルアミドゲル若しくはポリアクリルアミドゲルの混合物又はこれらの混合物を有するグループからの流体溶媒マトリクスを備えるポリマネットワークであるゲルとを有するグループから選択される。これらの物質は、本発明内で適切な物質であることが示される。
【００３３】
本発明は更に本発明による基板物質を作る方法に関する。その方法は、
(a)上記基板物質に少なくとも１つの結合物質をプリントするステップと、
(b)上記基板物質に上記結合物質を固定するステップと、
(c)上記基板物質を乾燥させるステップとを有し、
上記固定ステップ及び上記乾燥ステップが、逆順でも行われることができる。
【００３４】
本発明の意味において、「プリントする」という用語は、溶液中に結合物質を有する水滴のような小さな流体ボリュームが、マイクロピペット、インクジェット印刷等を含む技術を用いて、基板物質における所定の位置に正確にデポジット(deposit)されることを特に意味する。
【００３５】
本発明の意味において、「固定する」という用語は、化学反応が開始されることを特に意味する。その化学反応は、基板物質の内部表面と結合物質との結合(binding)を確立するものであり、例えば、UV光照射により開始される。
【００３６】
基板物質が一方で圧力に敏感であるが、他方で本発明の好ましい実施形態によれば、乾燥状態における側面方向の変位が比較的少ないという事実により、基板物質に結合物質を簡単にプリントすることが可能である。基板物質の製造の現場において、基板物質における結合物質の位置を制御するため、基板物質内部のフローはできるだけ少なくあるべきである。結果として、典型的な直径が50〜500μmの範囲にある、十分に規定されたサイズの小さなスポットが得られる。しかしながら、検体を適用するとき、基板物質の内部には良好なフローがあるべきである。これは、上述のような基板物質を提供することにより達成される。
【００３７】
本発明は更に、サンプルにおける１つ又は複数の検体の存在、量又は同一性を調べるため１つ又は複数の流体サンプルを解析する方法に関する。その方法は、
(a)上述した基板物質を与えるステップと、
(b)上記基板物質に、好ましくは上記基板物質上の１つ又は複数の規定された領域に所定量のサンプル流体を追加するステップと、
(c)上記基板物質内の流体の放射的な側面方向の流れを実現するため、上記基板物質に圧力を印加するステップと、
(d)上記基板物質が上記圧力の印加前の形状に実質的に戻ることを可能にするため、上記基板物質における上記圧力を解放するステップと、
(e)オプションで、自由に上記印加ステップ及び上記解放ステップを繰り返すステップと、
(f)オプションで、上記サンプル流体を除去するステップ、及び／又は上記基板物質を洗浄するステップと、
(g)上記基板物質において生成されるいずれかの信号を読み出し、かつ上記信号から、上記サンプルにおける上記１つ又は複数の検体の存在、量及び／又は同一性を決定するステップとを有する。
【００３８】
そうすることにより、わずかな量であっても、サンプルにおける検体の高速かつ信頼性の高い検出が実現可能である。当業者であれば、(b)から(e)までのいずれかのステップにおいて、又はそれらのステップの間、検体を結合物質に結合(bind)するのに適した状態(即ち、DNA検出の場合、混成)が実現されることができることを理解されるであろう。
【００３９】
本発明の好ましい実施形態によれば、その方法は更に、ステップ(d)と(e)との間にステップ(d2)を有する。ステップ(d2)は、上記基板物質において生成されるいずれかの信号を読み出し、かつ上記信号から、上記サンプルにおける上記１つ又は複数の検体の存在、量及び／又は同一性を決定するステップである。
【００４０】
本実施形態は、検体における特定種の高濃度と低濃度とを区別することを可能にする。前者の場合、初期に即ちステップ(d2)で信号を検出することができる。一方、後者の場合、更に検体に存在することができる「バックグラウンド信号」が除去される必要があり、解析はステップ(g)で行われる。そうすることにより、例えば、専用の信号が測定された場合、側面方向の流体変位に対するステップを繰り返すことを止めることで、その処理を更に一層短くすることができる。
【００４１】
本発明の好ましい実施形態によれば、ステップ(c)における圧力は、1s以上500s以下の時間で、好ましくは、5s以上50s以下の時間で印加される。
【００４２】
本発明の好ましい実施形態によれば、ステップ(c)における圧力は、100kPa以上10MPa以下であり、及び／又はステップ(c)における圧力は、1mN以上50N以下からの力Fを基板物質に印加するために選択される。
【００４３】
本発明の好ましい実施形態によれば、その方法は更に、ステップ(c)及び(d)の前、間又は後のいずれかに、
基板物質における流体のショック波をもたらす１つ又は複数の短圧力パルス(好ましい持続時間は数ミリ秒である)を適用する、
ステップ(c2)を有する。
【００４４】
本実施形態によれば、基板物質内部での混合が改善されることができる。
【００４５】
本発明は更に、上述の基板物質を有するデバイス及び／又は上述の方法を実行するよう構成されるデバイスに関する。本発明の好ましい実施形態によれば、上記デバイスが上記基板物質に圧力を加える手段を具備する。
【００４６】
本発明の好ましい実施形態によれば、圧力を印加する手段が、
回転ピン、球、圧子といった機械的手段、及び／又は
空気又はガス圧手段、及び／又は
電極といった電気的手段、及び／又は
コイル及び／又は磁気粒子といった磁気手段、を含む。
【００４７】
本発明の好ましい実施形態によれば、静電力を実行するため少なくとも１つの電極を動かすことにより、圧力が基板物質に適用されるという態様で、そのデバイスは電極のシステムを有する。
【００４８】
本発明の好ましい実施形態によれば、高周波AC場により静電力が電極に実行される。そうすることにより、水溶液の望ましくない電解が防止されることができる。
【００４９】
本発明の好ましい実施形態によれば、追加的な磁気粒子が基板物質内に埋め込まれ、基板物質への圧力の印加が、外部の電磁力を適用することにより実行される。
【００５０】
本発明の好ましい実施形態によれば、そのデバイスは、基板物質に圧力を印加するため、少なくとも１つのローリングピン又は球を有する。
【００５１】
本発明による基板物質、方法及び／又はデバイスは、広範な様々なシステム及び／又は用途に使用することができる。中でも、
分子診断のために使用されるバイオセンサ、
血液又は唾液といった複雑な生体混合物におけるたんぱく質及び核酸の高速かつ良好な感度の検出、
化学、薬学又は分子生物学のための高スループットスクリーニングデバイス、
病院におけるオンサイトテスト又は中央研究所若しくは科学研究所における診断のため、例えば犯罪学などで使用されるDNA又はたんぱく質用の検査デバイス、
心臓学、感染症及び腫瘍学、食物、及び環境診断のためのDNA又はたんぱく質診断用のツール、
組み合わせ化学のためのツール、又は
解析デバイス、のうちの１つ又は複数のシステム及び／又は用途で使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
請求項に記載された要素及び本発明に基づき開示された実施形態において使用される要素だけでなく、前述の要素は、サイズ、形状、物質選択及び技術概念に関するいずれかの特殊な例外に制限されることはない。その結果、適切な分野において知られた選択基準が制限なく適用されることができる。
【００５３】
本発明の対象に関する追加的な詳細、機能、特性及び利点が、従属項、図面並びに個別の図面及び実施例に関する以下の明細書に開示される。明細書は、例示的な態様で、本発明によるデバイスだけではなく、基板物質のいくつかの好ましい実施形態を示す。
【００５４】
図１は、本発明の第１の実施形態による基板物質１の非常に概略的な断面図を示す。上述の検出シーケンスにおいて、サンプル、例えば検体流体が基板物質に追加された後だが、その基板物質に圧力が印加される前の段階における基板物質が示される。圧力の印加は、この実施形態ではおよそ矢印Aに沿って実行される。
【００５５】
図２は、矢印Aに沿って圧力が印加された後の基板物質１の非常に概略的な断面図を示す。すると、この印加は、矢印Ｂ及びＣにより示されるような、基板物質内でのサンプルの放射状の側面方向の動きをもたらす。基板物質のその動きは、図２の奥行きでは図示されていないが、その動きが「紙状平面(paper plane)の外側」でも当然に起こりうるという意味で放射的であることに留意されたい。
【００５６】
図３は、図２とは異なる位置で圧力を加えた後の基板物質の非常に概略的な断面図を示す。ここでは、２つの位置で、即ち、矢印Ｄ及びＥの方向に、圧力が基板物質に印加され、矢印Ｆ及びＧに沿った側面方向の動きをもたらす。
【００５７】
図４は、本発明の第２の実施形態によるデバイス１０の非常に概略的な上面図を示す。デバイス１０において、特定の領域、つまり基板物質で例示的に符号２０ａ及び２０ｂで参照される２つの領域は、そのデバイスにより検出されることになる検体に特有な少なくとも１つの結合物質を具備する。結合物質それ自身の性質は、本発明の一部ではなく、その分野において知られるすべての技術及び方法が使用されることができる。しかしながら、通常結合物質は、例えば、単一のストランド化されたDNA又はRNA又はたんぱく質、特定のたんぱく質に対する抗体、又は酵素又は他の生体分子であろう。各領域２０ａ及び２０ｂ(及び符号を具備しないもの)は、異なる結合物質を具備するか、同じ結合物質の異なる濃度を具備することは言うまでもない。内部訂正目的のため、領域２０ａ及び２０ｂのいくつかは、同じ結合物質を持つことができる。
【００５８】
領域(うち２つは、符号２０ａ及び２０ｂで参照される)間の空間、例えば、例示的に符号３０又は４０で参照される領域は、結合物質を具備しない。
【００５９】
サンプルが検出されることとなるとき、そのサンプルがデバイス１０に置かれる。好ましくは、領域２０ａ及び２０ｂ等に置かれる。サンプルが基板物質に適用された後、そのサンプルは、上述したように領域２０ａ及び２０ｂ等に圧力を加えることにより、基板物質内に移動させられる。これは、理想的に言えば、基板物質内にサンプルが一様に分散することをもたらすことになる。その後、基板物質は、以前の形に戻るよう解放される。
【００６０】
流体内でのサンプルの分散を強化するために、圧力の印加が自由に繰り返されることができる。その後通常、サンプルは除去され、基板物質は洗浄される。
【００６１】
例えば領域２０ａの結合物質と選択的に結合する検体の場合、サンプルの除去後もその検体が存在し続けることになり、そして検出されることができる。これは、例えば、(検体が、蛍光ラベルでマークされる場合)蛍光により、又は他の適切な方法により発生することができる。
【００６２】
この実施形態において、領域２０ａ、２０ｂ、３０及び４０は、結合基板の存在という点においてのみ異なることに留意されたい。しかしながら、デバイス１０は、互いからこれらの領域を分離するマスク又はパターンを具備することもできる。
【００６３】
図５は、圧搾構成による機械的圧力を加える、本発明による第３の実施形態に基づくデバイス５０の概略的な断面図を示す。これを実現するために、(矢印で示されるように反対方向に回転する)２つのピン６０が、矢印Ｈ及びＩの方向に幾分基板物質７０に沿って動く。そうすることにより、基板物質７０内部での流体の非常に良好な側面方向の動きが、矢印Ｊの方向において「波状の」形式で実現されることができる。
【００６４】
図６は、回転ピン構成による機械的圧力を加える、本発明による第４の実施形態に基づくデバイス５０'の概略的な断面図を示す。このデバイスは、図５に示されるものと非常に類似する。(矢印Ｋの方向に図５と同じ態様で動く)ピンが１つだけ与えられる点、スラブ又はパネルの形式で剛体の「相手物(counterpart)」８０が存在するという点で異なる。そうすることにより、基板物質７０内部での流体の非常に良好な側面方向の動きが、矢印Ｌの方向において「波状の」形式で実現されることができる。
【００６５】
図５及び図６における回転ピン６０は、もちろん形式において楕円とすることもできる。楕円にすれば、いつでも非一様なフローをもたらす。追加的な実施形態は、へこみを持つピンを含む。
【００６６】
この点に関して、圧力が基板に印加されることができる様々な実施形態があることに留意されたい。
【００６７】
(図面には示されていない)本発明の別の実施形態は、圧子デバイスにおける１つ又は複数の球又は球状先端を用いる。圧子デバイスは、特定の点で基板物質に湾入する。これらの球は、例えば、単純に重力により作動される(即ち、落下する)ことができるが、もちろん、磁気アクチュエーションが使用されることもできる。重力によりもたらされる効果が使用される場合、その球は先端に非常に小さなボールの付いた重い塊として実現されることができる。磁力が使用される場合、球を再度持ち上げるのに磁極反転(pole reversal)が使用されることができる。
【００６８】
図７は、本発明の第５の実施形態によるデバイス１００の非常に概略的な断面図を示す。このデバイス１００において、基板物質３００への圧力の印加は、３つの電極２００、２１０及び２２０による静電力を介して行われる。好ましくは、各電極層の個別の電極セグメントが、従来技術で知られるように(各層がそれぞれ自身の行列を持つ)行列配置で接続される。
【００６９】
電極２１０が、(矢印により示されるように)電極２００又は２２０のいずれかに向かって動くことができるという態様で、電極２００、２１０及び２２０が与えられる。基板物質３００に圧力を印加するために、電極２１０は、電極２００に向かって動かされる。圧力を解放するために、電極２１０は、電極２２０に向かって動かされる。そうすることにより、基板物質への圧力の制御された印加が簡単に可能となる。それは、結果として、サンプルの迅速かつ信頼性の高い検出をもたらす。
【００７０】
別の好ましい実施形態において、電極は、(好ましくはセグメント化される)基板物質におけるトップの(及びボトムの、又は基板物質に組み込まれる)多孔層(検体流体に対する透過性のあるもの)として実現される。
【００７１】
例えば、近接する電極(基板物質のセグメント)を所定の時間シーケンシャルな態様で作動することにより実現される、蠕動運動として知られる態様で基板物質に接触することは、サンプル流体の分散を更に一層強化することになる。従って、本発明の追加的な実施形態によれば、蠕動運動を実現するため、近接する電極は、適切な態様で基板物質を具備する。
【００７２】
(図示省略されているが)本発明の更に追加的な実施形態によれば、基板物質に圧力を加えるのに磁気システムが使用される。これは、好ましくは、コイルペアを、好ましくは膜(membrane)の両側に螺旋電極がある形式で与えることにより実現される。引力磁場を適用することにより、圧力が基板に印加される。これを実現するため、１つのコイルが他のコイルを引っ張るか、多孔膜内部で不動の常磁性体粒子が引っ張られ、それにより膜と接触するかのいずれかが好ましい。本発明の更に追加的な実施形態では、スポンジのような、ポリマ多孔膜の弾力性により、反発力が与えられることができる。
【００７３】
上述された実施形態における要素及び特徴の特定の組み合わせは、例示に過ぎない。これらの教示を本願及び参照により含まれる特許／出願における他の教示と交換及び置換することも、明確に想定される。当業者は理解することになるので、当業者は、本書に述べられるものの変形、修正及び他の実現を、請求項に記載される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく思いつくことになるであろう。従って、前述の説明は、例示に過ぎず、限定として解釈されるものではない。本発明の範囲は、以下の請求項及びその均等の範囲により規定される。更に、明細書及び請求項において使用される参照符号は、請求項に記載される本発明の範囲を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１の実施形態による基板物質の非常に概略的な断面を示す図である。
【図２】圧力を加えた後の基板物質の非常に概略的な断面を示す図である。
【図３】図２とは異なる位置で圧力を加えた後の基板物質の非常に概略的な断面を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態によるデバイスの非常に概略的な上面を示す図である。
【図５】圧搾構成による機械的圧力を加える、本発明による第３の実施形態に基づくデバイスの概略的な断面を示す図である。
【図６】回転ピン構成による機械的圧力を加える、本発明による第４の実施形態に基づくデバイスの概略的な断面を示す図である。
【図７】本発明の第５の実施形態によるデバイスの非常に概略的な断面を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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