(57)【要約】生物学的材料のサンプルのために構成される回転可能なサンプルディスク。このサンプルディスクは、第１の生物学的材料を蓄積するための充填チャンバー、充填チャンバーよりもサンプルディスクの回転軸からより遠くのサンプルディスク中に位置決めされる複数の第１のサンプルチャンバー、複数の第２のサンプルチャンバーおよび複数の周縁充填チャネルを備え得る。第２のサンプルチャンバーの各々は、第１のサンプルチャンバーの各々との流体連絡を許容するように構成され得る。複数の周縁充填導管は、回転軸の周りのサンプルディスクの第１の回転の際に、第１の生物学的材料の充填チャンバーから複数の第１のサンプルチャンバーへの移動を許容するように構成され得る。サンプルディスク中の複数のサンプルチャンバーを装填する方法がまた、提供される。
2005532568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物学的材料のサンプルのために構成された回転可能なサンプルディスクであって、該サンプルディスクが、以下：
第１の生物学的材料を貯蔵するための充填チャンバーであって、該充填チャンバーが、サンプルディスク上で回転軸の周りの回転のために構成される、充填チャンバー；
該充填チャンバーより回転軸から遠くにあるサンプルディスク中に位置決めされる複数の第１のサンプルチャンバー；
複数の第２のサンプルチャンバーであって、第２のサンプルチャンバーの各々が、個々の第１のサンプルチャンバーとの流体連絡を許容するように構成され、該第２のサンプルチャンバーが該第１のサンプルチャンバーより該回転軸の近くに位置決めされる、複数の第２のサンプルチャンバー；および
該複数の第１のサンプルチャンバーに隣接して位置決めされる複数の周縁充填導管であって、該複数の周縁充填導管が、該回転軸の周りの該サンプルディスクの第１の回転に際し、該第１の生物学的材料の該充填チャンバーから該複数の第１のサンプルチャンバーへの移動を許容するよう構成される、複数の周縁充填導管
を備える、サンプルディスク。
【請求項２】
請求項１に記載の回転可能なサンプルディスクであって、該サンプルディスクが、複数の半径方向充填導管をさらに備え、半径方向充填導管の各々が、第２のサンプルチャンバーと第１のサンプルチャンバーとの間に位置決めされ、該第２のサンプルチャンバーと該第１のサンプルチャンバーとの間の流体連絡を許容する、サンプルディスク。
【請求項３】
請求項２に記載の回転可能なサンプルディスクであって、周縁充填導管の各々が、隣接する第１のサンプルチャンバーの間に位置決めされ、該隣接する第１のサンプルチャンバーの間の流体連絡を許容する、サンプルディスク。
【請求項４】
請求項３に記載の回転可能なサンプルディスクであって、前記複数の周縁充填導管が、該サンプルディスクの回転の際に、前記充填チャンバー中に含まれる前記第１の生物学的材料が該充填チャンバーから該周縁充填導管を通って前記第１のサンプルチャンバー中に流れるように構成される、サンプルディスク。
【請求項５】
請求項４に記載の回転可能なサンプルディスクであって、前記第１の生物学的材料が前記第１のサンプルチャンバー中に流れるようにされた後に、該第１の生物学的材料の該周縁充填導管を通る通過を選択的にブロックするための手段をさらに備える、サンプルディスク。
【請求項６】
請求項５に記載の回転可能なサンプルディスクであって、前記第１の生物学的材料の通過をブロックするための手段が、弾性的に変形可能な領域においてサンプルディスクの表面に対して区画デバイスを押す際に、隣接する第１のサンプルチャンバーの間の前記周縁充填導管が封鎖されるように構成される該弾性的に変形可能な領域を含む、サンプルディスク。
【請求項７】
請求項４に記載の回転可能なサンプルディスクであって、前記充填チャンバーが、前記第１の生物学的材料の該充填チャンバーへの進入を許容するためのオリフィスを備える、サンプルディスク。
【請求項８】
請求項４に記載の回転可能なサンプルディスクであって、前記第２のサンプルチャンバーの各々が、第２の生物学的材料の前記第２のサンプルチャンバーへの進入を許容するためのオリフィスを備える、サンプルディスク。
【請求項９】
請求項２に記載の回転可能なサンプルディスクであって、前記半径方向充填導管が、該サンプルディスクの回転の際に、第２の生物学的材料の第２のサンプルチャンバーから第１のサンプルチャンバーへの流体連絡を許容するように構成される、サンプルディスク。
【請求項１０】
請求項９に記載の回転可能なサンプルディスクであって、前記第１および第２の生物学的材料の前記第１のサンプルチャンバーから前記第２のサンプルチャンバーへの通過を選択的にブロックするための手段をさらに備える、サンプルディスク。
【請求項１１】
請求項１０に記載の回転可能なサンプルディスクであって、前記第１および第２の生物学的材料の前記第１のサンプルチャンバーから前記第２のサンプルチャンバーへの前記流体連絡を選択的にブロックするための前記手段が、物理的に変形して該第１のサンプルチャンバーと該第２のサンプルチャンバーとの間の前記半径方向充填導管を閉鎖する該サンプルディスクの表面を含む、サンプルディスク。
【請求項１２】
請求項１０に記載の回転可能なサンプルディスクであって、前記第１および第２の生物学的材料の前記第１のサンプルチャンバーから前記第２のサンプルチャンバーへの前記流体連絡を選択的にブロックするための前記手段が、前記半径方向流体導管に位置決めされる一方向バルブを含む、サンプルディスク。
【請求項１３】
請求項１に記載の回転可能なサンプルディスクであって、該サンプルディスクが、実質的に平坦な円形プレートを備える、サンプルディスク。
【請求項１４】
請求項１に記載の回転可能なサンプルディスクであって、該サンプルディスクが、熱的サイクリングデバイスのサンプルブロックに熱的に接続される、サンプルディスク。
【請求項１５】
請求項１４に記載の回転可能なサンプルディスクであって、前記サンプルブロックが、ユーザーにより規定されるプロフィールに従って該サンプルブロックの温度を高めおよび低下させるための温度制御ユニットに作動可能に接続される、サンプルディスク。
【請求項１６】
サンプルディスクに複数のサンプルチャンバーを装填するための方法であって、該方法が、以下：
サンプルディスクに充填チャンバー、複数の第１のサンプルチャンバー、および複数の第２のサンプルチャンバーを提供する工程；
該複数の第１のサンプルチャンバーに、回転軸の周りに該サンプルディスクを回転させることによって第１の生物学的材量を装填する工程であって、その結果該充填チャンバー中の第１の生物学的材料が該充填チャンバーを該第１のサンプルチャンバーと接続する複数の周縁充填導管を通って移動し、該複数の周縁充填導管が、隣接する第１のサンプルチャンバーの間に位置決めされる、工程；
複数の第２のサンプルチャンバーに第２の生物学的材料を提供する工程；ならびに
該第２の生物学的材料を、該回転軸の周りに該サンプルディスクを回転させ、その結果該第２の生物学的材料が該第２のサンプルチャンバーから複数の半径方向充填導管を通って該第１のサンプルチャンバー中に通ることにより、該第２のサンプルチャンバーから該第１のサンプルチャンバーへと輸送する工程
を包含する、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、前記複数の第２のサンプルチャンバーに第２の生物学的材料を提供する工程が、該第２の生物学的材料を該第２のサンプルチャンバー中のオリフィスを通って該第２のサンプルチャンバーへとピペッティングで移す工程を包含する、方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の方法であって、該方法が、前記複数のサンプルチャンバーに第１の生物学的材料を装填する工程と複数の第２のサンプルチャンバーに第２の生物学的材料を提供する工程との間に、隣接する第１のサンプルチャンバーを互いに隔離する工程を実施することをさらに包含する、方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、前記隣接する第１のサンプルチャンバーを隔離する工程が、前記周縁充填導管を変形し、その結果液体が隣接する第１のサンプルチャンバーの間を通り得ないことにより、実施される、方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の方法であって、該方法が、前記第２の生物学的材料を前記第２のサンプルチャンバーから前記第１のサンプルチャンバーへと輸送する工程の後に、該第１のサンプルチャンバーを該対応する第２のサンプルチャンバーから隔離する工程を実施することをさらに包含する、方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、前記第１のサンプルチャンバーを前記対応する第２のサンプルチャンバーから隔離する工程が、該第１のサンプルチャンバーと該第２のサンプルチャンバーとの間に位置決めされる前記半径方向充填導管を物理的に変形することにより実施される、方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法であって、前記第１のサンプルチャンバーを前記対応する第２のサンプルチャンバーから隔離する工程が、前記半径方向充填導管中に位置決めされる１方向バルブにより実施される、方法。
【請求項２３】
請求項１７に記載の方法であって、前記第１の生物学的材料が、試薬であり、前記第２の生物学的材料が、試験されるべきサンプルである、方法。
【請求項２４】
請求項１７に記載の方法であって、前記第１の生物学的材料が、試験されるべきサンプルであり、前記第２の生物学的材料が、試薬である、方法。
【請求項２５】
請求項１６に記載の方法であって、該方法が、前記サンプルディスク上で熱的サイクリングを実施する工程をさらに包含する、方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法であって、該方法が、熱的サイクリングを実施する工程と同時に、前記サンプルチャンバーの光学的特性を検出する工程をさらに包含する、方法。
【請求項２７】
請求項２５に記載の方法であって、前記熱的サイクリングが、前記サンプルディスクを前記回転軸上の位置から取り除くことなしに実施される、方法。
【請求項２８】
請求項２５に記載の方法であって、前記熱的サイクリングの工程が、サンプルブロックに作動可能に接続される温度制御ユニットにより前記サンプルディスクに熱的に接続される該サンプルブロックの温度を制御する工程を包含する、方法。
【請求項２９】
サンプルディスクを遠心分離により装填し、かつ熱的にサイクリングするための装置であって、該装置が、以下：
複数の第１のサンプルチャンバー、複数の第２のサンプルチャンバー、および所定体積の液体サンプルを貯蔵するためのリザーバーを有するサンプルディスク；
該サンプルディスクの回転軸の周りの該サンプルディスクの回転の際に該第１のサンプルチャンバーに液体サンプルを遠心分離により装填するための手段；ならびに
該複数の第１のサンプルチャンバーに該複数の第２のサンプルチャンバーから生物学的材料を遠心分離により装填するための手段；ならびに
該サンプルディスクの該複数の第１のサンプルチャンバーを熱的にサイクリングするための手段
を備える、装置。
【請求項３０】
請求項２９に記載の装置であって、前記熱的サイクリングのための手段が、前記サンプルディスクに熱的に接続されたサンプルブロックを含む、装置。
【請求項３１】
請求項３０に記載の装置であって、前記熱的サイクリングのための手段が、ユーザーにより定義されるプロフィールに従う前記サンプルブロックの前記温度を高めおよび低下させるための該サンプルブロックに作動可能に接続される温度制御ユニットをさらに備える、装置。
【請求項３２】
熱的サイクリング操作の間に生物学的材料のサンプルを含むように構成される装置であって、該装置が、以下：
回転軸の周りの回転のために構成されるマイクロカード；
該回転軸の周りの該マイクロカード中に位置決めされる複数の第１のサンプルチャンバー；
該回転軸の周りの該マイクロカード中に位置決めされる複数の第２のサンプルチャンバーであって、該第１のサンプルチャンバーよりも該回転軸により近接して位置決めされている、複数の第２のサンプルチャンバー；および
該マイクロカード中に形成される複数のチャネルであって、該複数のチャネルが、複数の周縁チャネルおよび複数の半径方向チャネルを含み、該周縁チャネルが、隣接する第１のサンプルチャンバーの間に位置決めされて該回転軸の周りの該マイクロカードの回転の際に第１の生物学的材料をリザーバーから該複数の第１のサンプルチャンバーへと輸送し、該複数の半径方向チャネルが、対応する第１のサンプルチャンバーと第２のサンプルチャンバーとの間に位置決めされて該回転軸の周りの該マイクロカードのさらなる回転の際に第２の生物学的材料を該第２のサンプルチャンバーから該第１のサンプルチャンバーへと輸送する、複数のチャネルを備え、
該複数の第１のサンプルチャンバーが該第１のサンプルチャンバー中の該生物学的材料の光学的検出を許容するよう構成される、装置。
【請求項３３】
請求項３２に記載の装置であって、前記複数の第１のサンプルチャンバーが、前記回転軸の周りの前記マイクロカードの回転の間に熱的サイクリングを許容するよう構成される、装置。
【請求項３４】
請求項３２に記載の装置であって、該装置が、前記第１の生物学的材料が前記第１のサンプルチャンバー中に輸送された後に、前記周縁チャネルを通る該第１の生物学的材料の前記通過を選択的にブロックするための手段をさらに備える、装置。
【請求項３５】
請求項３４に記載の装置であって、前記第１の生物学的材料の通過をブロックするための手段が、弾性的に変形可能な領域中の前記マイクロカードの表面に対して区画デバイスを押す際に、隣接する第１のサンプルチャンバーの間の前記周縁チャネルが封鎖されるように構成される、該弾性的に変形可能な領域を含む、装置。
【請求項３６】
請求項３４に記載の装置であって、該装置が、前記第１および第２の生物学的材料の前記第１のサンプルチャンバーから前記第２のサンプルチャンバーへの通過を選択的にブロックするための手段をさらに含む、装置。
【請求項３７】
請求項３６に記載の装置であって、前記第１および第２の生物学的材料の前記流体連絡を選択的にブロックするための手段が、弾性的に変形可能な領域中の前記マイクロカードの表面に対して区画デバイスを押す際に、前記第１のサンプルチャンバーと前記第２のサンプルチャンバーとの間の前記半径方向充填導管が閉鎖されるように構成される、該弾性的に変形可能な領域を含む、装置。
【請求項３８】
請求項３２に記載の装置であって、前記マイクロカードが、実質的に平坦な円形プレートを備える、装置。
【請求項３９】
請求項３２に記載の装置であって、前記マイクロカードが、熱的サイクリングデバイスのサンプルブロックに熱的に接続される、装置。
【請求項４０】
請求項３９に記載の装置であって、前記サンプルブロックが、ユーザーにより定義されるプロフィールに従って、該サンプルブロックの前記温度を高めおよび低下させるための温度制御ユニットに作動可能に接続される、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（分野）
本教示は、一般に、生物学的材料のサンプルのために構成されたサンプルディスク、およびサンプルディスクを装填する方法に関する。本教示はさらに、種々の局面において、生物学的材料を含むサンプルディスクのサンプルチャンバーを遠心分離により装填するために、回転軸の周りに回転可能であるサンプルディスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
生物学的試験は、疾患を検出およびモニターすることで重要なツールになった。生物学的試験分野では、熱的サイクリングを用いて核酸が増幅され、例えば、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）およびその他の反応を実施することによる。例えば、ＰＣＲは、クローニング、遺伝子発現の分析、ＤＮＡ配列決定、および薬物発見のような適用での価値ある検出ツールとなった。ＰＣＲのような方法は、分析物特異的試薬に対する試験サンプルの反応を検出するために用いられ得る。代表的には、分析物特異的試薬は、試験を実施するに先立って、各サンプルチャンバー中の配置される。試験サンプルは、次いで、サンプルチャンバー中に後に挿入され、そして次にサンプルウェルトレイまたはマイクロカードが熱的サイクリングデバイスに輸送される。
【０００３】
この分野における最近の進展は、生物学的試験デバイスに対する増加する需要に至った。生物学的試験デバイスは、今や、増加する数の方法で用いられている。サンプルトレイおよびマイクロカードのような基体を充填し、そして熱的にサイクリングするための、より効率的かつコンパクトな方法および構造を提供することが所望されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
代表的なシステムでは、このサンプルトレイまたはマイクロカードは、試薬で装填され、次いで、試験サンプルが装填され、そして次に輸送され、そして熱的サイクリングのために別個のデバイス中に挿入される。サンプルトレイまたはマイクロカードを充填し、そして熱的にサイクリングするために必要な時間の量およびステップの数を低減することが所望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（要旨）
種々の局面は、一般に、とりわけ、生物学的材料のサンプルのために構成された回転可能なサンプルディスクに関する。１つの種々の局面によれば、このサンプルディスクは、第１の生物学的材料を貯蔵するための充填チャンバー、この充填チャンバーより回転軸から遠くのサンプルディスク中に位置決めされる複数の第１のサンプルチャンバー、複数の第２のサンプルチャンバー、および上記複数の第１のサンプルチャンバーに近接して位置決めされる複数の周縁充填導管を含み得る。種々の実施形態では、上記充填チャンバーは、サンプルディスク上で回転軸の周りの回転のために構成される。第２のサンプルチャンバーの各々は、個々の第１のサンプルチャンバーとの流体連絡を可能にするように構成され得る。上記第２のサンプルチャンバーは、上記第１のサンプルチャンバーより上記回転軸の近くに位置決めされ得る。複数の周縁充填チャネルは、上記回転軸の周りのサンプルディスクの第１の回転に際し、上記充填チャンバーから上記複数の第１のサンプルチャンバーへの第１の生物学的材料の移動を可能にするように構成され得る。
【０００６】
種々の局面は、サンプルディスク上に複数のサンプルチャンバーを装填する方法を含む。この方法は、サンプルディスクに、充填チャンバー、複数の第１のサンプルチャンバー、および複数の第２のサンプルチャンバーを提供するステップを含み得る。この方法は、さらに、サンプルディスクを回転軸の周りに回転することにより、複数の第１のサンプルチャンバーに、第１の生物学的材料を装填することをさらに含み得、その結果、この充填チャンバー中の第１の生物学的材料は、充填チャンバーを第１のサンプルチャンバーと接続する複数の周縁充填導管を通って進行する。この複数の周縁充填導管は、隣接する第１のサンプルチャンバー間に位置決めされ得る。この方法は、さらに、複数の第２のサンプルチャンバーに第２の生物学的材料を提供すること、および第２の生物学的材料を第２のサンプルチャンバーから第１のサンプルチャンバー中に、上記サンプルディスクを上記回転軸の周りに回転することにより輸送することを含み得、その結果、この第２の生物学的材料は、第２のサンプルチャンバーから複数の半径方向充填導管を通り、第１のサンプルチャンバーまで通過する。
【０００７】
種々の局面は、サンプルディスクを遠心分離により装填し、そして熱的にサイクリングするための装置を含む。この装置は、複数の第１のサンプルチャンバー、複数の第２のサンプルチャンバー、および所定容量の液体サンプルを貯蔵するためのリザーバーを有するサンプルディスクを備え得る。この装置は、上記サンプルディスクの回転軸の周りのサンプルディスクの回転に際し、上記複数の第１のサンプルチャンバーに液体サンプルを遠心分離により装填するための手段をさらに含み得る。この装置は、さらに、この複数の第１のサンプルチャンバーに上記複数の第２のサンプルチャンバーからの生物学的材料を遠心分離により装填するための手段を含み得る。この装置は、さらに、上記サンプルディスクの複数の第１のサンプルチャンバーを熱的にサイクリングするための手段を含み得る。
【０００８】
種々のその他の局面は、熱的サイクリング操作の間に、生物学的材料のサンプルを含めるために構成された装置を含む。この装置は、回転軸の周りの回転のために構成されたマイクロカード、この回転軸の周りのマイクロカード上に位置決めされた複数の第１のサンプルチャンバー、およびこの回転軸の周りのマイクロカード中に位置決めされた複数の第２のサンプルチャンバーを含み得る。この第２のサンプルチャンバーは、第１のサンプルチャンバーより回転軸により近く位置決めされ得る。この装置は、さらに、マイクロカード上に形成された複数のチャネルを含み得る。この複数のチャネルは、複数の周縁チャネルおよび複数の半径方向チャネルを備え得る。この周縁チャネルは、隣接する第１のサンプルチャンバー間に位置決めされ得、上記回転軸の周りのマイクロカードの回転に際し、第１の生物学的材料をリザーバーから複数の第１のサンプルチャンバーに輸送する。上記複数の半径方向チャネルは、対応する第１および第２のサンプルチャンバー間に位置決めされ得、上記マイクロカードの上記回転軸の周りのさらなる回転に際し、第２の生物学的材料を、第２のサンプルチャンバーから第１のサンプルチャンバーに輸送する。上記複数の第１のサンプルチャンバーは、上記第１のサンプルチャンバー中の生物学的材料の光学的検出を許容するように構成され得る。
【０００９】
先行する一般的記載および以下の種々の実施形態の記載の両方は例示であり、かつ例示のみであって、そして制限ではないことか理解されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本明細書中に援用され、そして本明細書の一部を構成する添付の図面は、いくつかの例示の実施形態を示す。
【００１１】
（種々の実施形態の説明）
ここで、種々の例示の実施形態への参照がなされ、その例は、添付の図面に示される。可能な場合はいつも、同じ参照番号が、同じかまたは同様のパーツをいうために図面および説明中で用いられる。
【００１２】
種々の実施形態に従い、生物学的材料のサンプルのために構成された回転可能なサンプルディスクが提供される。１つの局面では、このサンプルディスクは、第１の生物学的材料を貯蔵するための充填チャンバー、サンプルディスク中に位置決めされる複数の第１のサンプルチャンバー、複数の第２のサンプルディスク、およびサンプルディスクの回転軸の周りのサンプルディスクの第１の回転に際し、この第１の生物学的材料の、上記充填チャンバーから複数の第１のサンプルチャンバーへの移動を許容するよう構成された複数の導管を含む。
【００１３】
「水平」、「垂直」、「上方」、「下方」、「半径方向」、および「軸」のような用語が本教示の種々の局面を記載することで用いられるが、このような用語は、本教示をより容易に記載する目的のためであり、本教示の範囲を制限しないことが理解されるべきである。
【００１４】
図１〜２に示されるような種々の実施形態では、サンプルディスク１０が提供される。このサンプルディスク１０は、熱的サイクリングデバイスにおける生物学的材料のサンプルを熱的にサイクリングするために構成され得る。この熱的サイクリングデバイスは、生物学的材料のサンプルに対して核酸増幅を実施するように構成され得る。生物学的サンプルの核酸増幅を実施する１つの一般的方法は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）である。種々のＰＣＲ方法は、例えば、任意の目的のためにその全体の開示が本明細書によって参考として援用される、Ｗｏｕｄｅｎｂｅｒｇらによる米国特許第５，９２８，９０７号および同第６，０１５，６７４号に記載のように当該分野で公知である。核酸増幅のその他の方法は、例えば、リガーゼ連鎖反応、オリゴヌクレオチド連結アッセイ、およびハイブリダイゼーションアッセイを含む。これらおよびその他の方法は、米国特許第５，９２８，９０７号および同第６，０１５，６７４号により詳細に記載されている。
【００１５】
種々の実施形態において、上記サンプルディスクは、熱的サイクリングの間にサンプルディスクにおいて、サンプルの核酸増幅のリアルタイム検出を実施する熱的サイクリングデバイス中で用いられ得る。リアルタイム検出システムは、当該分野で公知であり、これもまた、例えば、上記で本明細書に援用された、Ｗｏｕｄｅｎｂｅｒｇらによる米国特許第５，９２８，９０７号および同第６，０１５，６７４号により詳細に記載されている。リアルタイム検出の間に、当該分野で公知の様式で、熱的サイクリングの間にサンプルの種々の特徴が検出される。リアルタイム検出は、より正確かつ効率的な検出および核酸増幅プロセスの間のサンプルのモニタリングを許容する。あるいは、サンプルディスクは、サンプルの核酸増幅の終点検出を実施する熱的サイクリングデバイスで用いられ得る。リアルタイムまたは終点検出のいずれかのために本教示とともに用いられ得る１つの型の検出装置は、Ｒｏｃｈｅ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｓによって製造されるＬｉｇｈｔＣｙｃｌｅｒＴＭ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔである。検出装置の別の型は、サンプルディスクが回転軸の周りを回転するとき、サンプルの特徴を検出するための単一のＬＥＤセンサーを含む。いくつかのその他の型の検出装置は、任意の目的のために本明細書によってその全体の開示が参考として援用される、ＢｅｄｉｎｇｈａｍらによるＷＯ０２／００３４７Ａ２中に示されている。
【００１６】
上記サンプルディスクは、サンプルディスクのサンプルチャンバー中の生物学的材料を熱的にサイクリングするためにサンプルブロックと接触するように構成され得る。このサンプルブロックは、ユーザーにより規定されるプロフィールに従ってサンプルブロックの温度を高め、および低下するようにプログラムされた温度制御ユニットに作動可能に接続され得る。例えば、種々の実施形態において、ユーザーは、所望のＰＣＲプロトコールの時間および温度パラメーターを規定するデータを、温度制御ユニットの中央演算ユニット（ＣＰＵ）にサンプルブロックの熱的サイクリングを制御させる制御コンピューターに供給し得る。マイクロカードまたはその他のサンプル保持部材のためにサンプルブロックの温度を高めおよび低下するための適切な温度制御ユニットのいくつかの非限定的な例は、任意の目的のためにそれらの開示が両方とも本明細書によって援用される、Ｍｕｌｌｉｓらによる米国特許第５，６５６，４９３号、およびＡｔｗｏｏｄらによる米国特許第５，４７５，６１０号に記載されている。
【００１７】
１実施形態では、上記回転可能なサンプルディスクは、この回転可能なサンプルディスク上に少なくとも１つの充填チャンバー、複数の第１のサンプルチャンバー、複数の第２のサンプルチャンバー、および複数の充填導管を備える。本教示のサンプルディスクの１つの実施形態は、図１〜２に示される。本明細書中に具現化され、そして図１〜２に示されるように、かの回転可能なサンプルディスクは、参照番号１０によって一般に示されるマイクロカードまたはサンプルトレイである。このサンプルディスクは、一般に、回転軸１２の周りで回転可能である。この回転可能なサンプルディスク１０は、円形プレートであるとして示されるが、しかし、このサンプルディスクは矩形または方形のような任意のその他の適切な形状であり得ることが理解される。円形形状は、単に、円形形状が、代表的には、サンプルディスクによってとられる空間の量を、それが回転軸１２の周りを回転するとき最小にするので示される。
【００１８】
図１〜２、特に図２Ａに示されるように、回転可能なサンプルディスクは、第１の層１４および第２の層１６を含み得る。簡便さの目的で、この第１の層は「上部層」、そして第２の層は、「下部層」と称され得る。例えば、図２Ａに示されるように、この第１の層１４は、上表面１８および下表面２０を含む。第２の層１６は、一般に、上表面２２および下表面２４を含む。この第１および第２の層は、任意の適切な材料（単数または複数）から作製され得る。代表的な実施形態では、この第１の層１４は、ポリプロピレンのようなポリマー材料から作製され、そして第２の層１６は、金属箔のような金属から作製される。あるいは、第１の層１４および第２の層１６の両方は、ポリマー材料から作製され得る。別の実施形態では、第１の層はポリプロピレンから作製され、そして第２の層はレキサン（ｌｅｘａｎ）から作製される。その他の適切なポリマーは、ポリエステル、ポリカーボネート、およびポリエチレンを含む。
【００１９】
示される実施形態では、第１の層１４は、成形され、減圧成形され、圧力成形され、圧縮成形され、またはその他で処理されたポリマーシート中に、サンプルチャンバー、充填導管、および充填チャンバーのすべての特徴を含む。第２の層１６は、第１の層１４に付着される実質的に平坦なプレートとして提供され、サンプルチャンバー、充填導管、および充填導管の特徴の形成を完成する。これら特徴は、サンプルディスクの両方の層中に提供され得ることを理解すべきである。第１の層および第２の層は、ＰＣＲに適合する材料から作製されることが所望され得る。第１および第２の層のために選択される材料は、良好な水バリア性質を示すこともまた所望され得る。
【００２０】
これらの層を形成する種々の方法およびこれら２つの層を一緒に接着する方法は、例えば、任意の目的のために本明細書によってその全体の開示が参考として援用される、ＢｅｄｉｎｇｈａｍらによるＷＯ０２／０１１８０Ａ２、および上記で本明細書に援用された、ＢｅｄｉｎｇｈａｍらによるＷＯ０２／００３４７Ａ２に記載されている。この第１の層および第２の層の構造は、以下により詳細に記載され、第１および第２の層の構造は、サンプルディスク１０を備える、サンプルチャンバー、充填チャンバー、および充填導管を規定する。
【００２１】
種々の実施形態において、このサンプルディスクは、第１の生物学的材料を貯蔵するための少なくとも１つの充填チャンバー、および複数の第１のサンプルチャンバーを含む。本明細書に具現化され、そして図１Ａ〜１Ｄに示されるように、サンプルディスクは、サンプルディスクの上部層１４上に位置決めされる充填チャンバー２８、および複数の第１のサンプルチャンバー４０（「外側サンプルチャンバー」とも呼ばれる）を含む。本教示の１つの実施形態の充填チャンバーは、サンプルディスクが回転され、第１の生物学的材料が外側サンプルチャンバー中に遠心分離により充填される前に、第１の生物学的材料を貯蔵するためのリザーバーとして供される。
【００２２】
図１〜２に示される実施形態では、第１の生物学的材料は、代表的には、試薬、特に分析物に特異的な試薬であり得る。分析物に特異的な試薬は、当該分野で周知である。この第１の生物学的材料は、試薬の代わりに、試験サンプル材料のような、任意のその他の型の生物学的材料であり得ることが理解されるべきである。図１〜２の実施形態を簡単に記載する目的のために、この第１の生物学的材料は、試薬として記載される。図１〜２に示される実施形態では、ユーザーは、適切な試薬またはその他の生物学的材料を選択し得、それによって試薬が試験デバイス中に予めプログラムされる試験デバイスと比較してより柔軟性を提供する。サンプルディスクが、単一の「主要」充填チャンバー２８を提供する場合、１つの試薬が、単一のサンプルディスク中で用いられ得る。
【００２３】
この充填チャンバーは、液体を貯蔵するために適切な任意の型の形状を有し得る。図１Ａ〜１Ｄに示される例では、この充填チャンバー２８は、ほぼ卵形であるとして示されるが、しかし、任意のその他の適切な形状が受容可能である。この充填チャンバーの容量は、以下に記載される様式で試薬が遠心分離で充填される外側サンプルチャンバー４０の各々に対する試薬（またはその他の第１の生物学的材料）の所望の量に依存して、極めて大〜非常に小さい、範囲であり得る。代表的には、この充填チャンバーに配置される試薬の総量は、充填チャンバー２８中への試薬の進入の前に予め決定される。容量の量は、各サンプルチャンバー中で所望される試薬の量を基に算出され得、サンプルディスク上のサンプルチャンバーの総数によって乗じられる．例示のみにより、７２のサンプルチャンバー２８が存在する実施形態では、この充填チャンバー２８に挿入される試薬の予め決定される量は、各外側サンプルチャンバー中の所望の試薬の量の７２倍であり得る。例えば、７２の外側サンプルチャンバーの各々が最終的に約５μｌの試薬を含むことが所望されるシナリオでは、そのときは、充填チャンバーの大体の総容量は、約３６０μｌであり得る。試薬の所望の量は、しかし、多数の因子に依存して大いに変動し得る。
【００２４】
種々の実施形態では、上記充填チャンバーは、充填チャンバー中への第１の生物学的材料の装填を許容するためのオリフィスを含み得る。図１Ａ〜１Ｄに示されるように、オリフィス３０は、この充填チャンバー２８の外側に提供され得る。このオリフィス３０は、代表的には、試薬のような第１の生物学的材料の充填チャンバー中へのピペッティングを許容するためのサイズである。あるいは、この充填チャンバーは、試薬のような第１の生物学的材料をリザーバー中に挿入する任意のその他の受容可能な方法によって充填され得る。図面は、単一の充填チャンバー２８を示すのみであるが、サンプルディスクが任意の数の「主要」充填チャンバーを有し得ることは容易に理解される。この充填チャンバーは、回転軸の周りに、代表的には、サンプルチャンバーへの第１の生物学的材料の均一な分配を促進するために同心かつ均一の間隔様式で位置決めされ得る。
【００２５】
種々の実施形態では、このサンプルディスクは、複数の第１のサンプルチャンバー、複数の第２のサンプルチャンバー、および複数の充填導管を含む。図１〜２に示される実施形態では、サンプルディスクは、複数の第１のサンプルチャンバー（または「外側サンプルチャンバー」）４０および複数の第２のサンプルチャンバー（または「内側サンプルチャンバー」）４８を含む。例えば、図１Ａに示されるように、複数の外側サンプルチャンバー４０は、回転軸１２の周りに同心に位置決めされる。外側サンプルチャンバーは、非同心に位置決めされ得ることがまた企図されるが、しかし、代表的には、同心に位置決めされた外側サンプルチャンバーを有することが所望され、外側サンプルチャンバーの各々における生物学的材料の均一容量を促進する。この外側サンプルチャンバー４０は、図１Ａおよび１Ｂに示されるように、互いから等しく間隔をおいて配置され得るか、またはこの間隔は、変化され得る。
【００２６】
サンプルチャンバーは、熱的サイクリングに適切な任意の形状を有し得る。図１〜２に示される実施形態では、外側サンプルチャンバー４０は、平坦な上部表面４４を備えた円筒形であるが、しかし、任意のその他の既知の形状もまた適切である。代表的なシステムでは、光が、サンプルチャンバー中の生物学的材料の特徴の検出の間に、外側サンプルチャンバーの上表面を通じて伝達され得る。図２Ａに最も良く観察されるように、外側サンプルチャンバー４０は、第１の層と第２の層１６の上表面２２との間の空間を生成する第１の層１４の高まった平坦上表面４４によって形成される。この高まった平坦な上表面４４は、任意の公知方法によって形成され得る。この外側サンプルチャンバー４０は、生物学的材料を貯蔵するための容量を規定する。
【００２７】
図１Ａに示される実施形態では、合計７２の外側サンプルチャンバーが、サンプルディスク上に含められるが、しかし、１〜少なくとも数千の外側サンプルチャンバーのいずれかを用いることが可能である。この外側サンプルチャンバーは、好ましくは、ＰＣＲ適合性であるように構成され、そして代表的には、上部表面４４のような、光学的検出システム（図示せず）がこのサンプルチャンバー中に貯蔵されたサンプル材料の特徴を検出し得る表面を有する。サンプルチャンバーの概念は当該分野で公知である。より代表的な実施形態では、このサンプルチャンバーのサイズは、０．１μｌ〜数千μｌで変動し得る。図１に示されるような、より代表的な実施形態では、この外側サンプルチャンバー４０は、約１０μｌの容量を有するように構成される。この容量は、例示のみの目的であることが理解されるべきである。いくつかの事例では、サンプルディスクに装填するために必要な試薬およびサンプル材料の量を減少するためにより小さな容量を有することが所望され得る。その他の事例では、より大きな容量を有することが所望され得る。種々の実施形態では、これらチャンバーは、１０００μｌを超えずに保持するように構成される。他の実施形態では、これらのチャンバーは、２００μｌを超えず、１００μｌを超えず、５０μｌを超えず、または０．５μｌを超えずに保持するよう構成される。
【００２８】
種々の実施形態によれば、サンプルディスクは、回転軸の周りのサンプルディスクの回転に際し、第１の生物学的材料の、充填チャンバーから複数の第１のサンプルチャンバーへの移動を許容するよう構成される複数の充填導管を含む。本明細書で具現化され、そして図１Ａおよび１Ｂに示されるように、この複数の充填導管は、隣接する外側サンプルチャンバー４０間に位置決めされた複数の周縁充填導管４２を含む。図１Ａに示される実施形態では、この周縁充填導管４２は、固定された直径で回転軸１２の周りに同心に位置決めされる。この周縁充填導管は、回転軸１２から同心に間隔を置かれて配置される必要は必ずしもないことが理解されるべきである。図１Ａおよび１Ｂでは、この周縁充填導管４２は、外側サンプルチャンバー４０の各々の側面の中心を二分して示されている。この周縁充填導管は、隣接する外側サンプルチャンバー間の流体連絡を許容するよう設計されている。示される実施形態では、この周縁充填導管４２は、第２の層１６の上表面２２との空間を生成する第１の層１４中に形成される特徴により規定される。第１の層における特徴は、制限されないで、成形、減圧成形、圧力成形、および圧縮成形のような、任意の公知の処理方法によって形成され得る。種々の実施形態では、本明細書に記載されるこれらの充填導管（またはチャネル）は、所定範囲のサイズを有し得る。種々の実施形態では、このような導管は、１〜７５０マイクロメーターの間の、少なくとも１つの断面寸法、例えば、幅、深さ、または直径を有する。種々のその他の実施形態では、このような導管は、１０〜５００マイクロメーターの間、または５０〜２５０マイクロメーターの間の少なくとも１つの断面寸法を有する。
【００２９】
種々の実施形態では、サンプルディスクは、充填チャンバーから周縁充填導管および／または外側サンプルチャンバーまで延びる主要充填導管を備える。図１Ａ〜１Ｄに示されるように、主要充填導管４６は、充填チャンバー２８から周縁充填導管４２の１つまでの間に延び得る。１つの実施形態では、この主要充填導管４６は、サンプルディスクの回転軸１２の周りの回転に際し、充填チャンバー中の試薬を、周縁充填導管４２に輸送するために半径方向に延びている。この主要充填導管は、第１の生物学的材料、代表的には、試薬Ｒが，サンプルディスクが静止している間それを通過することを防ぐようなサイズであり得る。この主要充填導管が適切なサイズおよび形状であるとき、この導管の内表面の表面張力が、サンプルディスクが休止位置の（またはこの試薬が遠心分離に起因して流れ始める所定速度未満の速度で回転している）とき、この主要充填導管を通る試薬の流れを防ぐ。
【００３０】
この主要充填導管は、試薬を輸送するために完全に半径方向である必要はないことを理解すべきである。同様に、いくつかの実施形態では、この主要充填導管は、充填チャンバーを、周縁充填導管により近くかまたは隣接に移動することにより無くされ得ることもまた理解されるべきである。唯一の主要充填導管４６が図１Ａ〜１Ｄに示されているが、特に複数の充填チャンバーを有する実施形態では、いくつかの充填導管が用いられ得ることが企図される。例えば、外側サンプルチャンバーと同じ数の充填チャンバーを有することが想定される。このような実施形態では、各充填チャンバーは、個々の主要充填導管を有し得る。７２の外側サンプルチャンバーを有する実施形態では、合計７２の充填チャンバーおよび７２の主要充填導管が提供され得る。勿論、より少ない数の充填チャンバーおよび主要充填導管もまた用いられ得ることが企図される。
【００３１】
数セットの充填チャンバーおよび外側サンプルチャンバーが提供され得ることもまた理解されるべきである。１つの実施形態では、充填チャンバーと１つ以上のサンプルチャンバーの各セットが試験されるべき別個のサンプルを用い得る。これは、大量のサンプルが単一サンプルディスク上で試験されることを可能する。別の実施形態では、各充填チャンバーは、１つ以上の外側サンプルチャンバーと連動され得る。複数のディスクは、一緒にスタックされ得ることもまた理解されるべきである。
【００３２】
このサンプルディスクはさらに、外側サンプルチャンバーの半径方向の内側に位置決めされる、複数の内側サンプルチャンバーを含み得る。例えば、図１Ａおよび２Ａに示される実施形態では、内側サンプルチャンバー４８は、外側サンプルチャンバー４０と形状が類似している。この内側サンプルチャンバー４８は、しかし、第２の生物学的材料を貯蔵するために適切な任意の形状を有し得る。内側サンプルチャンバー４８は、外側サンプルチャンバー４０より回転軸１２に近く位置決めされ得る（すなわち、外側サンプルチャンバーの半径方向内側）。図１〜２に示される実施形態では、この内側サンプルチャンバー４８は、試薬のような第１の生物学的材料が充填チャンバーから外側サンプルチャンバー４０に遠心分離により装填された後、第２の生物学的材料、代表的には、試験されるべきサンプル材料を貯蔵するために用いられ得る。図１Ｂおよび２Ｂに示されるように、試薬が遠心分離により外側サンプルチャンバー中に装填された後、内側サンプルチャンバー４８は、試験されるべきサンプルで充填され得る。
【００３３】
図１Ａに示されるように、代表的な配列では、等しい数の内側サンプルチャンバーおよび外側サンプルチャンバーが提供される。図１Ａに示される例では、サンプルディスクは、７２の内側サンプルチャンバー４８および７２の外側サンプルチャンバー４０を含む。任意のその他の数の内側サンプルチャンバーが提供され得ることが理解される。示される実施形態では、内側サンプルチャンバー４８は、外側サンプルチャンバー４０とほぼ同じサイズであるが、しかし、これは、特定の適用に依存して変化され得る。例えば、大量の試薬および小量の試験サンプル材料を用いることが所望されるサンプルディスク形態では、外側サンプルチャンバーより小さい内側サンプルチャンバーを有することが所望され得る。同様に、外側サンプルチャンバーを完全に充填することが所望されない状況では、外側サンプルチャンバーより小さい内側サンプルチャンバーを有することがまた所望され得る。
【００３４】
種々の実施形態によれば、半径方向充填導管が、第２のサンプルチャンバーと第１のサンプルチャンバーとの間に提供され得る。図１に示される実施形態では、第２または内側サンプルチャンバー４８と第１または外側サンプルチャンバー４０は、半径方向充填導管５０によって接続される。図１Ａに示されるように、半径方向充填導管５０は、回転軸１２に対して半径方向に延びている。図２Ａは、半径方向充填導管５０を通過する、図１Ａの線２Ａ−２Ａに沿った断面を示す。図２Ａに見られるように、半径方向充填導管は、内側サンプルチャンバー４８と外側サンプルチャンバー４０との間の流体連絡を許容するように構成される。この半径方向充填導管は、サンプルディスクの第１の層１４中の高められた部分５２と、サンプルディスクの第２の層１６の上表面２２とにより規定される。この高められた部分は、任意の公知の方法により第１の層１４中に形成される。この半径方向充填導管は、代表的には、流体がサンプルディスク上に遠心力が付与されている際にのみ導管を通過するような深さのサイズである。
【００３５】
半径方向充填導管５０は、周縁充填導管４２とほぼ同じサイズを有して示されているが、この半径方向充填導管のサイズおよび形状は変化され得る。後に説明されるように、この半径方向充填導管は、サンプルディスクの回転に際し、内側サンプルチャンバー４８から外側サンプルチャンバー４０への第２の生物学的材料の移動を許容する。本明細書に記載の実施形態では、第２の生物学的材料、例えば、試験されるべきサンプルの外側サンプルチャンバー中への装填は、代表的には、第１の生物学的材料、例えば、試薬が外側サンプルチャンバー中に既に予め装填された後に生じる。これは、このサンプルディスクの操作の説明でより詳細に論議される。
【００３６】
種々の実施形態において、内側サンプルチャンバー４８は、第２の生物学的材料の内側サンプルチャンバー中への装填を許容するためのオリフィスを含み得る。図１Ａおよび２Ａに示されるように、例えば、オリフィス５４は、内側サンプルチャンバー４８の上表面５６中に形成され得る。このオリフィスは、第２の生物学的材料、代表的には、サンプル試験材料の内側サンプルチャンバー４８中への手動または自動装填を可能にする。サンプル試験材料を装填する代表的方法は、ピペッティングである。しかし、その他の方法もまた用いられ得る。オリフィスの代わりに、リザーバー中に液体の進入を許容する任意のその他の公知の型の構造もまた用いられ得る。
【００３７】
種々の実施形態において、周縁充填導管を通る第１の生物学的材料の通過を選択的にブロックするための手段が提供される。この第１の生物学的材料、代表的には試薬の周縁充填導管を通る通過をブロックすることは、この試薬が、既に、主要充填導管から外側サンプルチャンバー中に遠心分離により装填された後に特に有用である。このブロッキングは、隣接する外側サンプルチャンバー間の交差汚染を防ぐことを支援する。図１Ｃに示される実施形態では、サンプルディスクの第１の層１４は、周縁充填導管４２をブロックまたは閉塞するために区画デバイスにより位置６０で物理的に変形され得る。この区画デバイスは、ナイフエッジのように、周縁充填導管を物理的に変形するために構成されている任意のデバイスであり得る。あるいは、第２の層１６が、周縁充填導管をブロックまたは閉塞するために物理的に変形され得る。サンプルディスクの材料は、代表的には、この区画することが効率的に起こり得るように選択される。
【００３８】
しかし、この周縁充填導管の完全な密閉または閉塞が要求されなくても良いことが理解されるべきである。例えば、この変形が、隣接外側サンプルチャンバーの所望の隔離を提供するのに十分に、導管または流体通路を通る流れ、移動または拡散を制限することのみが、必要とされ得る。本教示とともに用いられるとき、「ブロックすること」または「閉塞」または「閉鎖」は、部分的ブロッキングおよび完全ブロッキングの両方を含む。
【００３９】
より効率的なブロッキングを促進するために、導管をブロックするための任意のその他の既知の手段を用いることが所望され得る。例えば、層が変形される後、導管の密封を促進するために、第１および第２の層のいずれか、または両方の上に接着剤を用いることが有用であり得る。物理的変形の代わりに、ブロッキングのための手段はまた、周縁充填導管をブロックするための任意のその他の型の溶融、結合、および溶接を含み得る。マイクロカードの導管をブロックまたは閉塞する多くの適切な方法が、上記で参考として援用されたＢｅｄｉｎｇｈａｍらに対するＷＯ０２／０１１８０Ａ２に記載されている。
【００４０】
種々の実施形態において、外側サンプルチャンバーから内側サンプルチャンバーへの第１および第２の生物学的材料の通過を選択的にブロックするための手段が提供される。ブロッキングのための手段は、図１ＣにＳとして示される、試験されるべき生物学的サンプル材料が内側サンプルチャンバー４８から外側サンプルチャンバー４０に遠心分離により装填された後に利用される。試験されるべきサンプルが、外側サンプルチャンバー４０中に遠心分離により装填されるとき、それは、図１Ｂおよび２Ｂに示されるように、外側サンプルチャンバー４０中に先に装填されたＲとして示される試薬と混合する。試験されるべきサンプルが外側サンプルチャンバー中に装填される後、サンプルおよび試薬を外側サンプルチャンバーに維持することが所望される。サンプルおよび試薬を外側サンプルチャンバーに維持するために、半径方向充填導管をブロックするために、多くの異なる方法および構造が用いられ得る。
【００４１】
例えば、図１Ｄおよび図２Ｄは、サンプルディスクの第１の層１４が、外側サンプルチャンバーからの液体の通過をブロックするための、ナイフエッジのような区画デバイスにより位置７０にて物理的に変形される、実施形態を示す。図２Ｄは、半径方向充填導管５０を通る液体の通過をブロックまたは閉塞するために、区画装置により下方に押される第１の層１４の物理的に変形可能な部分７０を示す。このブロッキングは有用であり、その結果、一定体積の材料がサンプルチャンバーの熱的サイクリングおよび検出の間に外側サンプルチャンバー４０の各々に保たれる。これは、サンプルディスクの操作の記載においてより詳細に考察される。
【００４２】
図１〜２の実施形態についてのサンプルディスクの操作の例が、下に記載される。操作の第１の工程において、サンプルディスクが、提供される。図１Ａに示されるように、１実施形態のサンプルディスク１０は、とりわけ、充填チャンバー２８、主要な充填導管４６、複数の外側サンプルチャンバー４０、複数の内側サンプルチャンバー４８、複数の周縁充填導管４２、および複数の半径方向充填導管５０を備える。サンプルディスク１０は、熱的サイクリングデバイス（図示せず）中の遠心分離機の駆動シャフト上に代表的に位置決められ、その結果、サンプルディスクは、回転軸１２の周りに回転し得る。
【００４３】
次に、第１の生物学的材料が、サンプルディスク上に位置決めされる充填チャンバー２８中に装填され得る。以前に考察されたように、図１〜２の実施形態における第１の生物学的材料は、代表的に試薬である。考察の簡明さのために、第１の生物学的材料は、試薬と呼ばれる。しかし、第１の生物学的材料が、その代わりに、試験されるべきサンプルであり得ることが、理解される。試薬は、図１ＡにおいてＲと標識される。試薬は、任意の適切な方法によって充填チャンバー３０中に装填され得る。１つの方法は、試薬を充填チャンバー２８の頂部に位置決めされるオリフィス３０を通って試薬をピペッティングすることである。図１Ａに示される位置決めにおいて、試薬は、充填チャンバー２８を充填するが、主要な充填導管４６上の試薬の表面張力に起因して、主要な充填導管に沿って通らない。図２Ａに示されるように、外側サンプルチャンバー４０および内側サンプルチャンバー４８は、最初は、空である。
【００４４】
所定量の試薬が充填チャンバー２８中に装填された後に、サンプルディスク１０が、遠心力により回転軸の周りに回転される（図示せず）。特定の回転速度に到達する際に、遠心分離は、試薬Ｒを、この試薬が図１Ｂおよび図２Ｂに示されるように外側サンプルチャンバー全体に渡って均一に分散されるまで、主要な充填導管４６を通って、そして周縁充填導管４２を通って、外側サンプルチャンバー４０へと流させる。１つの例示的な実施形態において、試薬は、図１Ｂおよび図２Ｂに示されるように、外側サンプルチャンバーの各々のほぼ半分を充填する。遠心分離により、この試薬は回転軸１２から最も遠い外側サンプルチャンバーの半分を装填する。より多くの量の試薬が使用され得ることが理解される。より少ない量の試薬もまた使用され得る。より少ない量の試薬が使用される場合、サンプルディスクは、改変され得、その結果、周縁充填導管４２は、図１〜２に示されるよりも回転軸１２からより遠くに位置決めされる。周縁充填チャネルは、外側サンプルチャンバー４０の外側エッジにより近接して移動される。
【００４５】
外側サンプルチャンバーの装填を引き起こす遠心分離が、任意の回転数（最大回転より少ない回転を含む）により作り出され得ることが、当然理解される。
【００４６】
ここで、図１〜２に示される周縁充填導管４２は、サンプルブロックの第１の層１４の物理的変形のような任意の公知の方法により区画され、周縁充填導管４２を通る流体の通過を閉塞し得る。図１Ｃおよび図２Ｃは、位置６０にて区画され、隣接する外側サンプルチャンバー４０の間の流体連絡を防ぐ周縁充填導管４２を示す。
【００４７】
周縁充填導管４２が区画された後、第２の生物学的材料、代表的には、試験されるべきサンプルＳが、内側サンプルチャンバー４８中に装填され得る。第２の生物学的材料の代わりに、試薬または他の型の生物学的材料であり得ることが、理解される。１つの実施形態において、試験サンプルＳが、内側サンプルチャンバー４８の上表面５６上のオリフィス５４を通って、図１Ｃおよび図２Ｃに示されるいくつかの（全部ではないとしても）内側サンプルチャンバー４８に挿入される。サンプルの表面張力が、最初に、サンプルが半径方向充填導管を通って外側サンプルチャンバー４０中に主に流れることを防ぐ。
【００４８】
図１Ｃおよび図２Ｃに共に示されるように、サンプルＳが内側サンプルチャンバー４８中に装填され、そして周縁充填導管４２が区画された後、サンプルディスクは、回転軸１２の周りに再び回転される。特定速度でのサンプルディスクの回転の際に、試験されるべきサンプルＳが、遠心分離により促されて、内側サンプルチャンバー４８から半径方向充填導管５０を通って外側サンプルチャンバー４０へと流れる。試験されるべきサンプルは、外側サンプルチャンバー４０中に流れ、そして試薬Ｒと混合して図１Ｄおよび図２ＤにおいてＦと標識される最終試験材料を形成する。試験されるべきサンプルが外側サンプルチャンバーに装填された後、半径方向充填導管５０が、区画されて外側サンプルチャンバー４０中に最終試験材料Ｆ（試薬および試験されるべきサンプルを含む）を保つ。図２Ｄに示されるように、半径方向充填導管が、１実施形態において、半径方向充填導管を区切る領域において第１の層１４の上表面の一部を物理的に変形することにより、区画され得る。変形される上表面の一部は、図２Ｄにおいて参照番号７０として標識される。半径方向充填導管が十分ブロックされた後、サンプルディスクは、さらに回転され得、そして熱的にサイクリングされ得る。
【００４９】
サンプルブロックの回転および熱的サイクリングの間、１実施形態において、最終サンプルＦの光学的特徴が、光学的検出システムにより検出され得る。１実施形態において、光学的検出システムは、ＲｏｃｈｅのＬｉｇｈｔＣｙｃｌｅｒＴＭシステムと類似している。
【００５０】
この実施形態において、サンプルディスクは、サンプルチャンバーを充填し、サンプルを熱的にサイクリングし、そしてサンプルを光学的に検出する過程のために、単一の回転軸の周りに保たれ得る。このような操作により、サンプルチャンバーを装填し、サンプルチャンバーを熱的にサイクリングするのに費やされる費用および時間は、最小化され得る。さらに、単一の回転軸の周りに回転することによって装填され得るサンプルディスクを提供することにより、統合された遠心分離および熱的サイクリングデバイスを提供することが可能である。このような統合された遠心分離および熱的サイクリングデバイスは、考えられるところでは、サービス分析の点に有用であり得る持ち運び可能な装置であり得る。
【００５１】
上の記載から明らかなように、本教示は、複数のサンプルチャンバーをサンプルディスク中に遠心分離を利用して装填する方法を包含する。この方法は、サンプルディスクに充填チャンバー、複数の第１のサンプルチャンバーおよび複数の第２のサンプルチャンバーを提供する工程を包含し得る。この方法は、第１の生物学的材料を充填チャンバー中に挿入する工程を包含し得る。この方法は、回転軸の周りにサンプルディスクを回転し、その結果第１の生物学的材料が充填チャンバーから通り充填チャンバーを第１のサンプルチャンバーに接続する複数の周縁充填導管を通って移動することにより、複数の第１のサンプルチャンバーに第１の生物学的材料を装填する工程をさらに包含し得る。複数の周縁充填導管が、隣接する第１のサンプルチャンバーの間に位置決めされ得る。本方法は、複数の第２のサンプルチャンバーに第２の生物学的材料を提供する工程、および回転軸の周りにサンプルディスクを回転し、その結果、第２の生物学的材料が第２のサンプルチャンバーから複数の半径方向充填導管を通って第１のサンプルチャンバーへと通ることにより、第２の生物学的材料を第２のサンプルチャンバーから第１のサンプルチャンバーへと輸送する工程をさらに包含し得る。
【００５２】
さらなる種々の実施形態に従って、生物学的材料の熱的サイクリングサンプルのために構成される回転可能なサンプルディスクは、充填チャンバー、主要充填導管、周縁充填導管、複数の半径方向充填導管、および複数のサンプルチャンバーを有するサンプルディスクを含む。これらの種々の実施形態において、試薬のような生物学的材料は、サンプルチャンバー中に挿入され得、その後試験されるべきサンプルが、遠心分離により充填チャンバーからサンプルチャンバーへと移動される。種々の実施形態において、サンプルディスクは、回転軸からサンプルディスクを取り除くことなく、生物学的材料で充填され、熱的にサイクリングされ、そして必要に応じて検出される。
【００５３】
サンプルディスクのさらなる種々の実施形態が、図３Ａ〜図３Ｃで示されるような構造を埋め合わせる。サンプルディスクは、一般に、図３Ａ〜３Ｃにおける参照番号１００により示される。任意の以下の構造が図１〜２に示される実施形態について上で記載される構造と類似する程度までは、詳細な説明は、繰り返されない。図３Ａ〜３Ｃに示される実施形態において、サンプルディスクは、回転軸の周りに回転可能である。サンプルディスクは、図１〜２に示される実施形態について考察されるような類似の様式で形成され得る。
【００５４】
本明細書中で具現化され、そして図３Ａ〜３Ｃに示されるような、サンプルディスク１００は、生物学的材料を蓄積するための充填チャンバー１１０および生物学的材料の充填チャンバーへの装填を許容するためのオリフィス１１２を備え得る。充填チャンバー１１０は、図１〜２の実施形態について記載される１つと類似であり得るか、または完全に異なり得る。充填チャンバーは、生物学的材料を貯蔵するためのリザーバーとして働き、その後、遠心分離を利用する装填により生物学的材料をサンプルチャンバーへと移動する。
【００５５】
種々の実施形態において、サンプルディスクは、主要充填導管１２２、周縁充填導管１２４および複数の半径方向充填導管１３０を通る充填チャンバー１１０と流体連絡している複数のサンプルチャンバー１２０を備える。サンプルチャンバー１２０は、その中に含まれるサンプルの熱的サイクリングおよびサンプルの特性の光検出に適切な任意の型のサンプルチャンバーであり得る。適切なサンプルチャンバーが、図１〜２の実施形態と関連して記載される。この図は７２のサンプルチャンバーを示すが、１つから数千の任意の数のサンプルチャンバーが、図３Ａ〜３Ｃの実施形態と共に使用され得る。
【００５６】
図３Ａ〜３Ｃのサンプルディスク１００は、代表的には、常にではないが、サンプルチャンバー１２０の各々に予め挿入された試薬を有する。この試薬は、図３Ａおよび３Ｂの参照文字Ｒで示される。これは、予めプログラムされたサンプルディスクと呼ばれる。あるいは、このサンプルディスクは、試薬の代わりにサンプルチャンバーの各々に予め挿入された試験されるべきサンプルを有し得る。１つの代表的な実施形態において、全てのサンプルチャンバーは、少なくとも１つの試薬を含む。他のバリエーションにおいて、サンプルチャンバーのいくつかのみが、試薬を含む。なお他のバリエーションにおいて、試薬を含むサンプルチャンバーは存在しない。代表的な適用において、試薬は、サンプルチャンバー中で乾燥され、その後、任意の試験サンプル材料が、サンプルチャンバーに入るようにされている。試薬のサンプルチャンバーの内側への挿入および固定の方法は、当該分野で公知であり、本明細書中には説明しない。上で述べられるように、試薬は、必要に応じてのものである。
【００５７】
サンプルディスクは、主要充填導管から半径方向に延びる主要充填導管１２２をさらに備え得る。主要充填導管１２２は、図１〜２の実施形態について上で記載されるもののいずれかと実質的に同一であり得る。図１〜２について上で考察されたように、主要な充填導管は、いくつかのバリエーションにおいて必要でなくても良い。
【００５８】
種々の実施形態に従って、主要充填導管および／または充填チャンバーは、周縁充填導管と流体連絡し得る。図３Ａ〜３Ｃに示されるように、サンプルディスクは、周縁充填導管１２４を備える。図３Ａ〜３Ｃに示される周縁充填導管は、回転軸１０２から一定の直径を有する連続的な導管である。サンプルディスクがいくつかのこのような充填導管を含み得ることが企図される。さらに、この周縁充填導管は、同軸である必要も連続的である必要もない。図３Ａ〜３Ｃに示される実施形態において、この周縁充填導管は、サンプルチャンバー１２０の半径方向の内側に位置決めされる。
【００５９】
種々の実施形態に従って、この周縁充填導管は、周縁充填導管から半径方向に延びる複数の半径方向充填導管と流体連絡し得る。図３Ａ〜３Ｃに示されるように、サンプルディスクは、周縁充填導管１２４からサンプルチャンバー１２０へと半径方向に延びる複数の半径方向充填導管１２６を備える。この半径方向充填導管１２６は、回転軸に対して半径方向に周縁充填導管から分岐する。代表的な実施形態において、サンプルディスクは、等しい数の半径方向充填導管およびサンプルチャンバーを有する。半径方向充填導管、周縁充填導管、および主要充填導管のようなサンプルディスクの特徴は、図１〜２の実施形態において同じものとして考察される任意の方法により形成され得るということが、理解される。
【００６０】
種々の実施形態において、図３Ａ〜３Ｃに示されるように、第１および第２の生物学的材料がサンプルチャンバーから周縁充填導管への流れを選択的にブロックするための手段が、提供される。図３Ｃに示されるように、半径方向充填導管１２６の各々が、区画されて試験されるべき最終サンプル（Ｆと呼ばれる）のサンプルチャンバーから周縁充填導管１２４への流れを防ぐように区画され得る。位置決め（これに沿って区画が実施され得る）が、一般に参照番号１３０により指示される。区画が、図１〜２に示される実施形態について上で考察される任意の方法により、行われ得る。
【００６１】
サンプルディスクがまた、領域１３０を含み得、この領域においてサンプルディスクまたはその内容についての情報が蓄積され得る。このような情報は、図３Ａ〜３Ｄに示されるようなバーコードの形態、書かれた情報、またはサンプルディスクまたはこのサンプルディスクに含まれるサンプルの特性を表示するために適切な任意の他の形態であり得る。
【００６２】
図３Ａ〜３Ｃの実施形態についてのサンプルディスクの操作の例が、以下に記載される。以下の操作が図１〜２に示される実施形態について上で記載される操作と類似の程度までは、操作の詳細な説明は、繰り返されない。図３Ａに示されるように、１実施形態のサンプルディスク１００は、とりわけ、充填チャンバー１１０、主要充填導管１２２、複数のサンプルチャンバー１２０、周縁充填導管１２４および複数の半径方向充填導管１２６を備える。このサンプルディスクは、図１〜２の実施形態について上で記載されるものと同一である熱的サイクリングデバイスと共に使用され得る。図３Ａに示されるサンプルディスクは、代表的には、いくつかの（全てではないにしても）チャンバー中に試薬を含む。これらの試薬は、代表的には、サンプルチャンバー中に挿入され、そして乾燥され、その後、ユーザーによりサンプルディスクが熱的サイクリングデバイス中に挿入される。充填チャンバー１１０は、図３Ａにおいて空である。
【００６３】
次に、図３Ｂに示されるように、試験されるべきサンプルＳは、サンプルディスク１００の充填チャンバー１１０中に装填され得る。代表的な方法において、試験されるべきサンプルは、オリフィス１１２を通して充填チャンバー１１０中にピペッティングされる。充填チャンバー中に装填されるべきサンプルの量は、サンプルチャンバー１２０の各々において所望される試験されるべきサンプル量の総量を計算し、次いでサンプルチャンバーの数をかけることにより前もって決定され得る。図１〜２について以前に考察されたように、充填チャンバー中の液体は、代表的には、サンプルディスクが十分な速度に回転されるまで、液体の表面張力に起因して、充填チャンバー中に留まる。
【００６４】
次に、サンプルディスクが遠心分離により回転され得、その結果、試験されるべきサンプルＳが、遠心分離により促されて充填チャンバー１１０から主要な充填導管１２２および周縁充填導管１２４を通って半径方向充填導管１２６の各々へと流れる。次いで、サンプルは、サンプルチャンバー１２０へと移動する。１実施形態において、サンプルは、サンプルチャンバー中に均一に分配され、その結果、サンプルチャンバーの各々は、本質的に同一量のサンプル液体を有する。試験されるべき最終材料（試薬Ｒおよび試薬Ｓの混合物を含む）が、図３Ｃにおける参照文字Ｆにより示される。
【００６５】
試験されるべきサンプルＳがサンプルチャンバー中に装填され、既に挿入された試薬Ｒに加わり、最終試験材料Ｆを形成した後に、サンプルディスクが区画され得る。図３Ｃに示されるように、半径方向充填導管１２６は、１実施形態において、図１〜２の実施形態における半径方向充填導管５０において実施されるものと類似の様式でサンプルディスクの上部層の部分１３０を物理的に変形することにより、区画され得る。半径方向充填導管が十分にブロックされた後、サンプルディスクは、さらに回転され得、熱的にサイクリングされ得る。熱的サイクリングの間または後に、最終サンプルＦの光学特性が、光学的検出システムにより検出され得る。１実施形態において、光学的検出システムは、Ｒｏｃｈｅ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ＢｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｓのＬｉｇｈｔＣｙｃｌｅｒＴＭシステムと類似である。
【００６６】
上の記載から明らかなように、本教示はまた、サンプルディスク上に複数のサンプルチャンバーを遠心分離を利用して装填し、そして熱的にサイクリングする方法を包含する。
【００６７】
種々の改変および変更が、上に記載される構造および方法になされ得ることが、当業者に明らかである。従って、本教示が、明細書中で考察される実施例に限定されないことが、理解されるべきである。さらに、本教示は、改変および変更を含むことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１Ａ】図１Ａは、本教示による、サンプルディスクの例示の実施形態の平面図であり、ディスクを回転する前で、第１の生物学的材料が充填チャンバー内にある。
【図１Ｂ】図１Ｂは、第１の生物学的材料のディスクの外側サンプルチャンバー中への第１の生物学的材料の遠心分離による装填後の、図１Ａのサンプルディスクの平面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、試験サンプルのような第２の生物学的材料がディスクの内側サンプルチャンバー中にあり、そして周縁充填導管がブロックされた状態にある、図１Ｂのサンプルディスクの平面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、第２の遠心分離装填操作の後であって、そして周縁充填導管および半径方向充填導管がブロックされた状態にある、図１Ｃのサンプルディスクの平面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１Ａの線２Ａ−２Ａに沿った断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１Ｂの線２Ｂ−２Ｂに沿った断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図１Ｃの線２Ｃ−２Ｃに沿った断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、図１Ｄの線２Ｄ−２Ｄに沿った断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本教示の別の実施形態による、サンプルディスクの平面図であり、充填チャンバーを試験サンプル材料で充填する前である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、充填チャンバーを試験サンプル材料で充填した後の、図３Ａのサンプルディスクの平面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、試験サンプル材料のサンプルチャンバー中への遠心分離装填後であって、そして半径方向充填導管がブロックされた状態にある、図３Ｂのサンプルディスクの平面図である。
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【国際調査報告】
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