(57)【要約】  センサーによって発生される音響機械的エネルギーを使用して、試料材料内の標的生物学的分析物を検出するための検出装置および方法が開示される。音響機械的エネルギーは、音響機械的センサー、例えば、表面弾性波センサー、例えば、剪断水平表面弾性波センサー（例えば、ＬＳＨ−ＳＡＷセンサー）を使用して提供され得る。試料材料中の標的生物学的分析物の分画または分解（例えば、標的生物学的分析物の溶解）、標的生物学的分析物への検出可能な質量の添加または標的生物学的分析物のカップリングの増強（例えば、磁性粒子の使用によって）、標的生物学的分析物が存在する場合に試料材料の少なくとも検出可能な物理特性における変化（例えば、粘性、弾性および／または粘弾性特性における変化）を引き起こす試薬への試料材料の露出等を含む、試料材料中の標的生物学的分析物の有効質量を調整するための様々な技術が開示される。
2007517225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的生物学的分析物の検出装置であって、
検出表面を含んでなる表面弾性波センサーと、
前記検出表面上に位置し、前記標的生物学的分析物を前記検出表面に選択的に付着可能である捕捉剤と、
ハウジングの内部容積内に位置し、前記検出表面と、前記検出表面から一定の間隔で離され、かつ前記検出表面に面している反対側表面とによって画定された容積を含んでなり、この反対側表面がフローフロント制御機構を含んでなる検出チャンバーと、
前記ハウジングの内部容積内に位置し、前記検出チャンバーと流体連通にある廃棄物チャンバーと、
剪断水平表面弾性波センサーを駆動する手段と、
前記表面弾性波センサーからのデータを分析して、標的生物学的分析物が前記捕捉剤に結合したかどうかを決定する手段と、
を含んでなることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記表面弾性波センサーが剪断水平表面弾性波センサーを含んでなる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記フローフロント制御機構が前記検出チャンバーの反対側表面上の陸地部分から突出し、かつ陸地部分によって分離された離散構造を含んでなる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記フローフロント制御機構が前記検出チャンバーの反対側表面に１個以上のチャネルを含んでなる、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記フローフロント制御機構が、前記反対側表面の一部分を占有する１個以上の疎水性材料領域と、前記反対側表面の一部分を占有する１個以上の親水性材料領域とを含んでなる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記廃棄物チャンバー内に位置する吸収性材料をさらに含んでなる、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記カートリッジが、前記検出チャンバーと前記廃棄物チャンバーとの間に位置する毛細管構造をさらに含んでなる、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
開放時に前記ハウジングの内部容積を周囲雰囲気と流体連通にさせる通気孔をさらに含んでなる、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記通気孔に動作可能に付着された閉鎖要素をさらに含んでなる、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ハウジングに動作可能に連結され、前記ハウジングの内部容積内に位置する液体を感知可能である流体モニターをさらに含んでなる、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記検出表面の近位で磁場を提供可能である磁場発生機をさらに含んでなる、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
１個以上の密閉されたモジュールをさらに含んでなり、１個以上の密閉されたモジュールの各モジュールが、前記ハウジングの内部容積中へ開口する１個以上のモジュールポートを通して前記ハウジングに付着された出口ポートを含んでなり、前記１個以上の密閉されたモジュールの少なくとも１個のモジュールが、前記ハウジングの内部容積から隔離された液体を含有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記１個以上の密閉されたモジュールの少なくとも１個のモジュールが、選択された試薬を含んでなる、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記１個以上の密閉されたモジュールの少なくとも１個のモジュールが溶解剤を含んでなる、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記１個以上の密閉されたモジュールの少なくとも１個のモジュールが、前記モジュール内のチャンバー中へ開口する投入ポートを含んでなる、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記１個以上の密閉されたモジュールの少なくとも１個のモジュールが、
内部に位置する液体を含んでなる第１のチャンバーと；
内部に位置する選択された試薬を含んでなる第２のチャンバーと；
少なくとも１個のモジュール内で前記第１のチャンバーから前記第２のチャンバーを隔離するチャンバー間シールと；
を含んでなる、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記１個以上の密閉されたモジュールの少なくとも１個のモジュール内の材料を前記ハウジングの内部容積中へ移動する手段をさらに含んでなる、請求項１２に記載の装置。
【請求項１８】
前記１個以上の密閉されたモジュールの少なくとも１個のモジュールが、
前記少なくとも１個のモジュールの前記出口ポートを閉鎖する出口シールと；
前記少なくとも１個のモジュール内に位置し、プランジャーが前記出口ポートから遠位にある装填位置から、プランジャーが前記出口ポートの近位にある排出位置へと移動可能であるプランジャーと；
をさらに含んでなり、
前記出口ポート方向への前記プランジャーの移動によって前記出口シールが開放されて、少なくとも１個のモジュールから前記材料が前記出口ポートを通って前記ハウジングの内部容積中に出される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１９】
プランジャーを含んでなる少なくとも１個のモジュールの前記プランジャーに動作可能に連結され、前記装填位置から前記排出位置へと前記プランジャーを移動可能であるアクチュエーターをさらに含んでなる、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記ハウジングに動作可能に連結され、前記ハウジングの内部容積内に位置する液体を感知可能である流体モニターをさらに含んでなる、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記アクチュエーターおよび前記流体モニターに動作可能に連結され、前記流体モニターからの信号に基づき前記アクチュエーターを操作可能であるコントローラーをさらに含んでなる、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記ハウジングに付着されたモジュールをさらに含んでなり、前記モジュールが、
出口ポートおよび密閉された内部容積を含んでなるモジュールハウジングと；
前記出口ポート上に位置する出口シールと；
前記モジュールハウジングの内部容積内に位置し、内部に位置する一種以上の試薬を含んでなるチャンバーと；
前記出口ポートから遠位にある装填位置から前記出口ポートの近位にある排出位置へと移動可能であるプランジャーと；
前記チャンバーと流体連通にあり、前記プランジャーが前記装填位置にある時に前記プランジャーと前記出口ポートとの間で前記チャンバーに入る投入ポートと；
を含んでなり、
前記出口ポート方向への前記プランジャーの移動によって前記出口シールが開放されて、前記モジュールハウジングの内部容積から材料が前記出口ポートを通って前記ハウジングの内部容積中に出される、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
標的生物学的分析物の検出装置であって、
検出表面を含んでなる剪断水平表面弾性波センサーと；
前記検出表面上に位置し、前記標的生物学的分析物を前記検出表面に選択的に付着可能である捕捉剤と；
ハウジングの内部容積内に位置し、前記検出表面と、前記検出表面から一定の間隔であけられ、かつ前記検出表面に面している反対側表面とによって画定された容積を含んでなり、この反対側表面が流動制御機構を含んでなる検出チャンバーと；
前記検出チャンバーと流体連通にあり、吸収性材料が内部に位置する廃棄物チャンバーと；
前記検出チャンバーと前記廃棄物チャンバーとの間に位置する毛細管構造と；
前記ハウジングの内部容積中へ開口するモジュールポートを通して前記ハウジングに付着された出口ポートを含んでなり、チャンバー内に選択された試薬を含有し、そしてさらに少なくとも１個のモジュールの前記出口ポートを閉鎖する出口シール、前記少なくとも１個のモジュール内に位置するプランジャーを含んでなり、前記プランジャーが前記出口ポートから遠位にある装填位置から、前記プランジャーが前記出口ポートの近位にある排出位置へと前記プランジャーは移動可能であり、前記出口ポート方向への前記プランジャーの移動によって前記出口シールが開放され、そして前記少なくとも１個のモジュールの前記チャンバーから材料が前記出口ポートを通って前記ハウジングの内部容積中に送られる、少なくとも１個のモジュールと；
前記少なくとも１個のモジュールの前記プランジャーに動作可能に連結され、前記装填位置から前記排出位置へとプランジャーを移動可能であるアクチュエーターと；
前記剪断水平表面弾性波センサーを駆動する手段と；
前記剪断水平表面弾性波センサーからのデータを分析して、前記標的生物学的分析物が前記捕捉剤に結合したかどうかを決定する手段と；
を含んでなることを特徴とする装置。
【請求項２４】
前記ハウジングに動作可能に連結され、前記ハウジングの内部容積内に位置する液体を感知可能である流体モニターをさらに含んでなる、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記アクチュエーターおよび前記流体モニターに動作可能に連結され、前記流体モニターからの信号に基づき前記アクチュエーターを操作可能であるコントローラーをさらに含んでなる、請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記少なくとも１個のモジュールが、前記少なくとも１個のモジュール内の前記チャンバー中へ開口する投入ポートを含んでなる、請求項２３に記載の装置。
【請求項２７】
前記少なくとも１個のモジュールが、
内部に位置する液体を含んでなる第１のチャンバーと；
前記選択された試薬を含んでなる第２のチャンバーと；
前記少なくとも１個のモジュール内で前記第１のチャンバーから前記第２のチャンバーを隔離するチャンバー間シールと；
を含んでなる、請求項２３に記載の装置。
【請求項２８】
前記検出表面の近位で磁場を提供可能である磁場発生機をさらに含んでなり、そして前記少なくとも１個のモジュールが前記チャンバー中に位置する磁性粒子を含んでなる、請求項２３に記載の装置。
【請求項２９】
請求項１に記載の装置を提供する工程と；
試料材料を質量調整剤と接触させ、前記試料材料内の標的生物学的分析物が前記質量調整剤と相互作用して、質量が調整された標的生物学的分析物が試験試料内に得られる工程と；
前記試験試料を前記検出チャンバーに送ることによって、表面弾性波デバイスの検出表面を前記質量が調整された試験試料と接触させる工程と；
前記質量が調整された標的生物学的分析物を前記検出表面に選択的に付着する工程と；
前記検出表面を液体中に浸漬させながら、前記表面弾性波デバイスを操作して、前記付着された質量が調整された生物学的分析物を検出する工程と；
を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の装置を使用する標的生物学的分析物の検出方法。
【請求項３０】
前記表面弾性波デバイスが剪断水平表面弾性波デバイスを含んでなる、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記装置が、開放時に前記ハウジングの内部容積を周囲雰囲気と流体連通にさせる通気孔を含んでなり、そして前記通気孔の通気孔開放サイズを調整することによって、前記検出チャンバーを通して前記試料材料の流動を制御する工程をさらに含んでなる、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記装置が１個以上のモジュールを含んでなり、前記１個以上のモジュールの各モジュールが、前記ハウジングの内部容積中へ開口するモジュールポートを通して前記ハウジングに付着された出口ポートを含んでなり、前記１個以上のモジュールの少なくとも１個のモジュールがチャンバー内に前記質量調整剤を含有し、そしてさらに前記１個以上のモジュールの各モジュールが、前記少なくとも１個のモジュールの前記出口ポートを閉鎖する出口シールおよび前記モジュール内に位置するプランジャーを含んでなり、前記プランジャーが前記出口ポートから遠位にある装填位置から、前記プランジャーが前記出口ポートの近位にある排出位置へと前記プランジャーは移動可能であり；
前記出口ポート方向へ前記プランジャーを移動して、前記出口シールを開放し、そして前記１個以上のモジュールの少なくとも１個のモジュールの前記チャンバーから材料を前記出口ポートを通って前記ハウジングの内部容積中に送る工程をさらに含んでなる、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
少なくとも１個のモジュールが、前記ハウジングの内部容積から隔離された液体を含んでなる密閉されたモジュールを含んでなり；
前記出口ポート方向へ前記プランジャーを移動して、前記出口シールを開放し、そして液体を前記出口ポートを通って前記ハウジングの内部容積中に送る工程をさらに含んでなる、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記１個以上のモジュールの少なくとも１個のモジュールが前記チャンバー中に磁性粒子を含んでなる、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記質量調整剤が化学分画剤を含んでなる、請求項３２に記載の装置。
【請求項３６】
前記１個以上のモジュールの少なくとも１個のモジュールが、前記モジュール内の前記チャンバー中へ開口する投入ポートを含んでなり；
前記投入ポートを通して少なくとも１個のモジュールの前記チャンバー中に試験片を送る工程を含んでなり；
そして前記出口ポート方向へ前記少なくとも１個のモジュールの前記プランジャーを移動して、前記出口シールを開放し、そして前記少なくとも１個のモジュールの前記チャンバーから前記試験片を前記出口ポートを通って前記ハウジングの内部容積中に送る工程を含んでなる、請求項３２に記載の方法。
【請求項３７】
前記１個以上のモジュールの少なくとも１個のモジュールが、
内部に位置する液体を含んでなる第１のチャンバーと、
内部に位置する選択された試薬を含んでなる第２のチャンバーと、
前記少なくとも１個のモジュール内で前記第１のチャンバーから前記第２のチャンバーを隔離するチャンバー間シールと、
を含んでなり；
前記出口ポート方向へ前記少なくとも１個のモジュールの前記プランジャーを移動して、前記チャンバー間シールを開放し、前記第１のチャンバー中の液体が前記第２のチャンバー中の前記選択された試薬と接触する工程を含んでなり；
そして前記出口ポート方向へ前記少なくとも１個のモジュールの前記プランジャーを移動して、前記出口シールを開放し、そして材料、前記液体および前記選択された試薬を前記出口ポートを通って前記ハウジングの内部容積中に送る工程をさらに含んでなる、請求項３２に記載の方法。
【請求項３８】
前記１個以上のモジュールの少なくとも１個のモジュールが内部に位置する磁性粒子を含んでなり；
そして少なくとも１個のモジュール中の磁性粒子を前記標的生物学的分析物に付着させる工程と、
前記検出表面の近位の磁場を使用して、前記検出表面方向へ磁性粒子を誘引する工程と
をさらに含んでなる、請求項３２に記載の方法。
【請求項３９】
前記装置が、前記１個以上のモジュールの少なくとも１個のモジュールの前記プランジャーに動作可能に連結され、前記装填位置から前記排出位置へと前記プランジャーを移動可能であるアクチュエーターをさらに含んでなり；
そして前記装置が、前記ハウジングの内部容積に動作可能に連結され、前記ハウジングの内部容積内に位置する液体を感知可能である流体モニターをさらに含んでなり；
そして前記アクチュエーターを操作して、前記流体モニターからの信号に応答して、前記ハウジングの内部チャンバー中に材料を送る工程をさらに含んでなる、請求項３２に記載の方法。
【請求項４０】
生物学的分析物の検出方法であって、
試料材料内に位置する標的生物学的分析物を分画する工程と；
剪断水平表面弾性波センサーの検出表面を、前記分画された標的生物学的分析物を含有する前記試料材料と接触させる工程と；
前記分画された標的生物学的分析物を前記検出表面に選択的に付着させる工程と；
前記検出表面を液体中に浸漬させながら、前記剪断水平表面弾性波センサーを操作して、前記付着された分画された標的生物学的分析物を検出する工程と；
を含んでなることを特徴とする方法。
【請求項４１】
前記分画工程が、前記試料材料中の前記標的生物学的分析物を化学的に分画する工程を含んでなる、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記分画工程が、前記試料材料中の前記標的生物学的分析物を機械的に分画する工程を含んでなる、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
前記分画工程が、前記試料材料中の前記標的生物学的分析物を熱的に分画する工程を含んでなる、請求項４０に記載の方法。
【請求項４４】
前記分画工程が、前記試料材料中の前記標的生物学的分析物を電気的に分画する工程を含んでなる、請求項４０に記載の方法。
【請求項４５】
前記剪断水平表面弾性波センサーがラブ波剪断水平表面弾性波センサーを含んでなる、請求項４０に記載の方法。
【請求項４６】
主要表面を含んでなる圧電基板と；
前記圧電基板の前記主要表面上の少なくとも１個のトランスデューサーと；
を含んでなる剪断水平表面弾性波センサーであって、
少なくとも１個のトランスデューサーが前記圧電基板の前記主要表面上の音響経路を画定し、前記音響経路が第１の端部および第２の端部を含んでなり；
少なくとも１個のトランスデューサーが前記圧電基板の前記主要表面上に接触パッドを含んでなり、前記接触パッドは、前記音響経路の第１の側面から離れて、そして前記音響経路の前記第１の端部と前記第２の端部との間に位置し、前記接触パッドがリードによって前記少なくとも１個のトランスデューサーに連結されていることを特徴とするセンサー。
【請求項４７】
前記少なくとも１個のトランスデューサーが前記圧電基板の前記主要表面上に一対の接触パッドを含んでなり、前記一対の接触パッドは、前記音響経路の前記第１の側面から離れて、そして前記音響経路の前記第１の端部と前記第２の端部との間に位置し、各前記接触パッドがリードによって前記少なくとも１個のトランスデューサーに連結されている、請求項４６に記載のセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響機械的エネルギーを使用して一種以上の標的生物学的分析物を検出するための装置および方法に関する。
【０００２】
本願は、２００３年１２月３０日出願の米国仮特許出願第６０／５３３，１６９号に優先権を主張する。この文献は全体として援用される。
【０００３】
米国国防総省によって承認されたＤＡＡＤ  １３−０３−Ｃ−００４７の条件に従って、米国政府は本発明に対して特定の権利を有し得る。
【背景技術】
【０００４】
試験管およびスライドのコアグラーゼ試験のような古典的な臨床アッセイとは異なり、本発明の検出カートリッジは集積センサーを使用する。本明細書で使用される場合、「センサー」は、少なくとも一種の物理特性における変化を検出し、そして検出可能な変化に応答して信号を生じるデバイスを指す。センサーが変化を検出する様式としては、例えば、電気化学的変化、光学的変化、電気光学的変化、音響機械的変化等が挙げられる。例えば電気化学的センサーは電位差測定および電流測定を利用するが、光学的センサーは吸光度、蛍光、発光およびエバネセント波を利用する。
【０００５】
音響機械的センサーの場合、多くの生物学的分析物は液体キャリアと組み合わせてセンサー中に導入される。望ましくないことに、液体キャリアは音響機械的検出装置の感度を低下し得る。さらに、かかるセンサーの選択性は、迅速な検出が不可能な特性に依存しており、例えば、時間をかけて試験試料を温置または異なる様式で発育する必要がある。
【０００６】
この課題を克服するために、例えば、検出表面に標的生物学的分析物を結合することによって選択性を得ることができる。しかしながら、検出表面への既知の標的生物学的分析物の選択的な結合は、使用されるセンサーが音響機械的エネルギーに依存して標的生物学的分析物を検出する時に問題を発生する。
【０００７】
克服されない１つの技術的な課題は、多くの、またはほとんどの生物学的分析物の大きさおよび機械的剛性の相対的に低いレベルの影響である。この課題は、特に剪断水平表面弾性波検出器と関連して問題となり得る。
【０００８】
剪断水平表面弾性波センサーは、センサー検出表面の平面に沿って音響機械的エネルギーの波を伝播するように設計されている。いくつかの装置においては、検出表面で導波管が提供されて、表面で音響機械的波が局在化され、そしてセンサーの感度が増加される（非導波管型センサーと比較して）。このように変更された剪断水平表面弾性波は、しばしばラブ波剪断水平表面弾性波センサー（「ＬＳＨ−ＳＡＷセンサー」）と呼ばれる。
【０００９】
かかるセンサーは、標的分析物の大きさが比較的小さい場合に化学物質および他の材料の検出と関連して使用されている。結果として、標的分析物の質量はセンサーの有効波領域中に主に位置する（例えば、水中で１０３メガヘルツ（ＭＨＺ）の周波数で操作されるセンサーに関して、例えば約６０ナノメートル（ｎｍ））。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
これまで評価されなかったことは、検出される生物学的分析物の大きさに関連してセンサーの有効波領域が著しく制限されるということである。例えば、単細胞微生物の形態で見出された生物学的分析物は、例えば典型的に約１マイクロメートル（１０００ｎｍ）の直径を有し得る。しかしながら、上記のように、センサーの有効波領域は約６０ｎｍのみである。結果として、標的分析物質量の重要部分はセンサーの有効波領域の外側に位置し得る。
【００１１】
大きさの差異に加えて、標的生物学的分析物は、水を含む様々な成分が充填された膜であることが多い。結果として、生物学的分析物質量の全体においてセンサー上で有効波領域内で進行する音響機械的エネルギーの効果は著しく制限され得る。多くの例において、かかるセンサーの表面に付着された標的生物学的分析物を、検出器に標的分析物を送達するために使用される液体媒体から正確に識別することは不可能である。
【００１２】
理論に拘束されることを望まないが、検出表面に付着された生物学的分析物における機械的剛性の相対的な欠如、すなわちそれらの流動性によって、検出表面に有効に結合される生物学的分析物質量が著しく制限され得るということが理論上想定される。言い換えると、生物学的分析物は検出表面に結合され得るが、生物学的分析物質量の重要部分は、センサーによって生じる音響機械的波に音響的または機械的に結合されない。結果として、音響機械的センサー（例えば、ＬＳＨ−ＳＡＷセンサー）による標的生物学的分析物の有無を効果的に検出する能力は著しく制限され得る。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、検出装置、センサーによって発生した音響機械的エネルギーを使用する試料材料内の標的生物学的分析物の検出方法、およびかかる装置および方法において使用され得る成分を提供する。音響機械的エネルギーは、好ましくは音響機械的センサー、例えば表面弾性波センサー、例えば剪断水平表面弾性波センサー（例えばＬＳＨ−ＳＡＷセンサー）を使用して提供され得るが、いくつかの例においては他の音響機械的センサー技術が本発明の装置および方法と関連して使用されてもよい。
【００１４】
上記の通り、試料材料中の標的生物学的分析物の有無を検出するための音響機械的エネルギーの使用時に生じ得る１つの課題は、検出可能な様式でセンサーからの音響機械的エネルギーが影響を受けるように、標的生物学的分析物質量を検出表面に効果的に結合する能力である。本発明の検出装置および方法は、いくつかの実施形態において、試料材料で標的生物学的分析物の有効質量を調整する様々な技術を提供し得る。質量調整技術としては、例えば、試料材料中の標的生物学的分析物の分画または分解（例えば、標的生物学的分析物の溶解）、標的生物学的分析物への検出可能な質量の添加または標的生物学的分析物のカップリングの増強（例えば磁性粒子の使用によって）、標的生物学的分析物が存在する場合に試料材料の少なくとも検出可能な物理特性における変化（例えば、粘性、弾性および／または粘弾性特性における変化）を引き起こす試薬への試料材料の露出等が挙げられる。
【００１５】
本発明のいくつかの実施形態において、有効な質量調整技術の使用によって、様々な標的生物学的分析物の検出において迅速で正確な結果を生じ得る音響機械的バイオセンサーが提供され得る。本明細書で使用される場合、「標的生物学的分析物」としては、例えば微生物（例えばバクテリア、ウイルス、内生胞子、菌類、原生動物等）、タンパク質、ペプチド、アミノ酸、脂肪酸、核酸、炭水化物、ホルモン、ステロイド、脂質、ビタミン等が挙げられる。
【００１６】
標的生物学的分析物は、いずれかの適切な方法によって得られる試験片であるか、またはそれを含む試料材料から得られ、そして主に、検出される標的生物学的作用物質の種類に依存し得る。例えば、試験片は被験者（人間、動物等）または他の供給源から、例えば生物組織および／または流体試料（例えば、血液、尿、糞便、唾液、精液、胆汁、接眼レンズ流体、滑液、脳脊髄液、膿、汗、滲出液、粘液、泌乳、皮膚、髪、爪等）を回収することによって得られる。他の例において、環境試料、産生物試料、食物試料等として試験片が得られてもよい。得られる試験片は、液体、気体、固体またはそれらの組み合わせであってもよい。
【００１７】
本発明の装置および方法への送出前に、試料材料および／または試験片に前処理、例えば、粘性流体の希釈、濃縮、濾過、蒸留、透析、試薬の添加、化学的処理等を行ってもよい。
【００１８】
本発明の装置のおよび方法潜在的利点は、検出および／または再現性を高め得る制御された様式でのセンサーの検出表面への（例えば試験片、試薬、キャリア流体、緩衝剤等を含み得る）試料材料の提示である。
【００１９】
制御された提示は、検出表面への試料材料の送出における制御を含み得る。制御は、好ましくは、例えば試験片、試薬、緩衝剤、洗浄材料等のような試料材料が、選択された時間、選択された速度、選択された順序等で検出カートリッジ中に導入され得る、モジュールをベースとする投入装置を使用して提供され得る。
【００２０】
また制御された提示は、検出表面を横切る流体フローフロントの進行の制御を含み得る。「フローフロント」という用語は本明細書で使用される場合、検出チャンバー内の検出表面を横切って移動する流体のボーラスの最先端を指す。フローフロント進行における制御の潜在的な利点は、好ましくは全ての検出表面が試料材料によって湿潤され得るということである。すなわち、検出表面の一部分を占有し得る流体中の気泡または空隙が、好ましくは減少または排除され得る。
【００２１】
制御された提示は、検出チャンバーを通しての容積流動制御も包囲し、これは本発明のいくつかの実施形態において、例えば毛管力、多孔性膜、吸収性媒体等を使用して、検出チャンバーを通して流体を引き抜くことによって達成され得る。検出表面上で試料材料の流速を制御することは、利点を提供し得る。例えば、流速が速すぎる場合、選択的結合が減少または防止され得るため、試料材料中の標的分析物は正確に検出され得ない。逆に流速が遅すぎる場合、検出表面への標的ではない分析物または他の材料の極めて非特異性な結合が生じ得、それによって間違ったプラスの信号が潜在的に提供され得る。
【００２２】
本発明の装置および方法は、例えば検出カートリッジ中に選択的に組み入れられ得る密閉されたモジュールも含み得、検出カートリッジ内の異なる標的分析物の検出が促進される。使用前にモジュールは、好ましくは、そこに位置する材料の漏洩の防止および／またはモジュールの内部容積の汚染の防止のために密閉される。モジュールは、好ましくは２個以上の隔離されたチャンバーを含み得、異なる成分が互いに、および検出カートリッジに導入される前に保存され得る。異なる成分の導入および混合は、検出カートリッジ（および最終的にセンサー）へのそれらの導入と一緒に、モジュールおよびアクチュエーターを使用して制御され得る。多くの異なる成分の隔離された保管は、標的分析物の検出を補助するために使用され得る材料の貯蔵寿命を著しく高め得る。隔離された乾燥保管条件から利益を得るいくつかの試薬は、例えば、溶解試薬、フィブリノーゲン、アッセイ標識粒子（例えば磁性粒子）等を含む。
【００２３】
製造業者によって、またはいくつかの例では最終使用者によって、モジュールは選択され、そして検出カートリッジに組み合わされ得る。本質的に、使用時に検出カートリッジをカスタマイズするために最終使用者に提供される屈曲性は、経済および効率に関して追加的な利点を提供し得る。具体的な標的分析物に対して具体的なアッセイ（分析試料）を実行するために、検出カートリッジにおけるモジュールのそれらの選択的な組み合わせに関して、例えば異なる試薬、緩衝剤等を含有する異なるモジュールが最終使用者に供給され得る。
【００２４】
本明細書に記載される代表的な実施形態は単一のセンサーを含み得るが、実質的に互いに同様であるかまたは異なってもよい２個以上のセンサーを本発明の検出カートリッジが含み得る。さらに本発明による検出カートリッジにおける各センサーは、２個以上のチャネル（例えば検出チャネルおよび参照チャネル）を含み得る。あるいは検出カートリッジ内に検出チャネルおよび参照チャネルを提供するために、異なるセンサーが使用されてもよい。複数のセンサーが提供される場合、それらは同一検出チャンバー中に、または検出カートリッジ内の異なる検出チャンバー中に位置してもよい。
【００２５】
いくつかの実施形態において、音響機械的センサーは増強された経路長さを含み得る。経路流さが増強された音響機械的センサーの潜在的利点としては、例えば、改善された大きさ、ならびに試料材料および／または標的分析物の存在下での粘性、弾性および粘弾性の変化に対する相感度が挙げられる。
【００２６】
以下で確認される様々な米国特許出願に記載されるように、本発明は、様々な材料、方法、装置、器具等と組み合わせて利用可能である。これらの文献は全て、全体として援用される。それらとしては、２００３年１２月３０日出願の米国特許出願第６０／５３３，１６２号明細書；２００３年１２月３０日出願の米国特許出願第６０／５３３，１７８号明細書；２００４年７月２２日出願の米国特許出願第１０／８９６，３９２号明細書；２００３年１１月１４日出願の米国特許出願第１０／７１３，１７４号明細書；２００４年１１月１２日出願の米国特許出願第１０／９８７，５２２号明細書；２００３年１１月１４日出願の米国特許出願第１０／７１４，０５３号明細書；２００４年１１月１２日出願の米国特許出願第１０／９８７，０７５号明細書；２００３年１２月３０日出願の米国特許出願第６０／５３３，１７１号明細書；２００４年１０月７日出願の米国特許出願第１０／９６０，４９１号明細書；２００３年１２月３０日出願の米国特許出願第６０／５３３，１７７号明細書；２００３年１２月３０日出願の米国特許出願第６０／５３３，１７６号明細書；本願と同日付で出願された「Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｅｎｈａｎｃｉｎｇ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｅｌｌ−Ｗａｌｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  ｏｆ  Ｃｅｌｌｓ」と題される米国特許出願（代理人整理番号５９４６７ＵＳ００２）；本願と同日付で出願された「Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ａｓ  Ａｍｉｎｅ  Ｃａｐｔｕｒｅ  Ａｇｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」と題される米国特許出願（代理人整理番号５９９９５ＵＳ００２）；本願と同日付で出願された「Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ａｍｉｎｅ  Ｃａｐｔｕｒｅ  Ａｇｅｎｔｓ」と題される米国特許出願（代理人整理番号５９９９６ＵＳ００２）；本願と同日付で出願された「Ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  Ｖｅｌｏｃｉｔｙ  Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ａ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ  Ｓｅｎｓｏｒ」と題されるＰＣＴ出願（代理人整理番号５８９２７ＷＯ００３）；本願と同日付で出願された「Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ」と題されるＰＣＴ出願（代理人整理番号５８９２８ＷＯ００３）；本願と同日付で出願された「Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ｃａｒｔｒｉｄｇｅｓ，Ｍｏｄｕｌｅｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」と題されるＰＣＴ出願（代理人整理番号６０３４２ＷＯ００３）；および本願と同日付で出願された「Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」と題されるＰＣＴ出願（代理人整理番号６０２０９ＷＯ００３）；が挙げられる。
【００２７】
一態様において、本発明は標的生物学的分析物の検出装置を提供する。この装置は、検出表面を有する表面弾性波センサーと；検出表面上に位置し、標的生物学的分析物を検出表面に選択的に付着可能である捕捉剤と；ハウジングの内部容積内に位置し、検出表面と、検出表面から一定の間隔で離され、かつ検出表面に面している反対側表面とによって画定された容積を含み、この反対側表面がフローフロント制御機構を含む検出チャンバーと；ハウジングの内部容積内に位置し、検出チャンバーと流体連通にある廃棄物チャンバーと；剪断水平表面弾性波センサーを駆動する手段と；表面弾性波センサーからのデータを分析して、標的生物学的分析物が捕捉剤に結合したかどうかを決定する手段と；を含む。
【００２８】
もう１つの態様において、本発明は標的生物学的分析物の検出装置を提供する。この装置は、検出表面を含んでなる剪断水平表面弾性波センサーと；検出表面上に位置し、標的生物学的分析物を検出表面に選択的に付着可能である捕捉剤と；ハウジングの内部容積内に位置し、検出表面と、検出表面から一定の間隔であけられ、かつ検出表面に面している反対側表面とによって画定された容積を有し、この反対側表面が流動制御機構を含む検出チャンバーと；検出チャンバーと流体連通にあり、吸収性材料が内部に位置する廃棄物チャンバーと；検出チャンバーと廃棄物チャンバーとの間に位置する毛細管構造と；ハウジングの内部容積中へ開口するモジュールポートを通してハウジングに付着された出口ポートを有する少なくとも１個のモジュールであって、チャンバー内に選択された試薬を含有し、そしてさらに少なくとも１個のモジュールの出口ポートを閉鎖する出口シール、少なくとも１個のモジュール内に位置するプランジャーを含み、プランジャーが出口ポートから遠位にある装填位置から、プランジャーが出口ポートの近位にある排出位置へとプランジャーは移動可能であり、出口ポート方向へのプランジャーの移動によって出口シールが開放され、そして少なくとも１個のモジュールのチャンバーから材料が出口ポートを通ってハウジングの内部容積中に送達される、少なくとも１個のモジュールと；少なくとも１個のモジュールのプランジャーに動作可能に連結され、装填位置から排出位置へとプランジャーを移動可能であるアクチュエーターと；剪断水平表面弾性波センサーを駆動する手段と；剪断水平表面弾性波センサーからのデータを分析して、標的生物学的分析物が捕捉剤に結合したかどうかを決定する手段と；を含む。
【００２９】
もう１つの態様において、本発明は、本発明の装置を使用する標的生物学的分析物の検出方法を提供する。この方法は、試料材料を質量調整剤と接触させ、試料材料内の標的生物学的分析物が質量調整剤と相互作用して、質量が調整された標的生物学的分析物が試験試料内に得られる工程と；試験試料を検出チャンバーに送達することによって、表面弾性波デバイスの検出表面を質量が調整された試験試料と接触させる工程と；質量が調整された標的生物学的分析物を検出表面に選択的に付着する工程と；検出表面を液体中に浸漬させながら、表面弾性波デバイスを操作して、付着された質量が調整された生物学的分析物を検出する工程と；を含む。
【００３０】
もう１つの態様において、本発明は生物学的分析物の検出方法を提供する。この方法は、試料材料内に位置する標的生物学的分析物を分画する工程と；剪断水平表面弾性波センサーの検出表面を、分画された標的生物学的分析物を含有する試料材料と接触させる工程と；分画された標的生物学的分析物を検出表面に選択的に付着させる工程と；検出表面を液体中に浸漬させながら、剪断水平表面弾性波センサーを操作して、付着された分画された標的生物学的分析物を検出する工程と；を含む。
【００３１】
もう１つの態様において、本発明は、主要表面を有する圧電基板と；圧電基板の主要表面上の少なくとも１個のトランスデューサーと；を含む剪断水平表面弾性波センサーであって、少なくとも１個のトランスデューサーが圧電基板の主要表面上の音響経路を画定し、音響経路が第１の端部および第２の端部を含んでなり；少なくとも１個のトランスデューサーが圧電基板の主要表面上に接触パッドを有し、接触パッドは、音響経路の第１の側面から離れて、そして音響経路の第１の端部と第２の端部との間に位置し、接触パッドがリードによって少なくとも１個のトランスデューサーに連結されているセンサーを提供する。
【００３２】
本発明の検出装置および方法のこれらおよび他の特徴および利点については、以下の本発明の様々な実例となる実施形態と関連して記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の代表的な実施形態に関する以下の詳細な記載において、本発明の一部分を形成し、そして実例として本発明が実施され得る具体的な実施形態が示される図面の添付の数字が参照される。本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が利用されてもよくて、そして構造的変更がなされてもよいことは理解されるべきである。
【００３４】
有効質量調整
本明細書で検討されるように、音響機械的バイオセンサーを使用する試料材料中の標的生物学的分析物の有効な検出は、試料材料内の標的生物学的分析物の検出可能な有効質量の調整に依存し得る。本発明と関連して使用されるいくつかの質量調整技術としては、限定されないが、例えば、試料材料中の標的生物学的分析物の分画または分解、標的生物学的分析物への検出可能な質量の添加、標的生物学的分析物が存在する場合に試料材料の少なくとも検出可能な物理特性における変化を引き起こす試薬への試料材料の露出が挙げられる。
【００３５】
分画／分解：
本発明の装置および方法と関連する標的生物学的分析物の質量調整は、好ましくは、例えば、標的生物学的分析物の質量の増加パーセントが音響機械的センサーの有効波領域内に保持され、および／または音響機械的センサーの検出表面に効果的に結合され得るように、より小さい断片または粒子への標的生物学的分析物の分画あるいは分解の形態である。
【００３６】
分画または分解は、化学的に、機械的に、電気的に、熱的に、またはかかる技術の二種以上の組み合わせによって達成され得る。いくつかの潜在的に適切な化学的分画技術の例としては、例えば、一種以上の酵素、高張溶液、低張溶液、洗剤等の使用が挙げられる。いくつかの潜在的に適切な機械的分画技術の例としては、例えば、音波エネルギーへの露出、機械的振動（例えば、分解を増強するためのビーズまたは他の粒子の存在下で）等が挙げられる。熱的分画は、例えば標的生物学的作用物質の加熱によって実行され得る。他の分画／分解技術も本発明と関連して使用されてもよい。
【００３７】
本願と同日付で出願された「Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｅｎｈａｎｃｉｎｇ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｅｌｌ−Ｗａｌｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  ｏｆ  Ｃｅｌｌｓ」と題された米国特許出願（代理人整理番号５９４６７ＵＳ００２）には、本発明と関連して使用され得る標的生物学的分析物の分画方法の１つとして溶解の使用が記載される。
【００３８】
粒子付着：
もう１つの方法において、本発明の装置および方法と関連する標的生物学的分析物の質量調整は、例えば磁性粒子等を使用して、標的生物学的分析物への選択的親和性による、標的生物学的分析物への検出可能な質量の添加の形態であってもよい。多種多様な粒子、例えば、無機粒子、有機粒子等を標的生物学的分析物に付着してよい。いくつかの潜在的に適切な粒子としては、例えば、シリカ、チタニア、アルミナ、ラテックス等が挙げられる。分画／分解技術と組み合わせて粒子が付着されてもよい（例えば、粒子は細胞壁等の断片に付着し得る）。他の例において、単独で、すなわち標的生物学的分析物の意図的な分画／分解がない状態で粒子が使用されてもよい。粒子は標的生物学的分析物に選択的に結合され得、または試験試料内の材料に非選択的に付着され得る。
【００３９】
しかしながら、標的生物学的分析物（またはその断片）に付着される粒子が、磁場によって作用し得るように磁性であることが好ましい。かかる装置において、質量が調整された標的生物学的分析物が、音響機械的センサーによってそれらを検出可能である検出表面に誘引され、付着されるように、検出表面の近位で磁場が確立され得る。
【００４０】
多くの方法で、磁性粒子は標的生物学的分析物の検出を向上し得る。付着された標的生物学的分析物を磁場の影響下で検出表面に向かわせ、それによって潜在的に捕捉の速度を高め、および／または捕捉効率を増加させるために、磁性粒子を使用してもよい。また付着された磁性粒子自体も標的生物学的分析物に追加的な質量を提供して、検出を向上し得、そして検出プロセスの間、磁場が活性である場合、標的生物学的分析物自体によって用いられる重力に対して追加的な磁力を潜在的に添加する。他の例において、磁性粒子は標的生物学的分析物の機械的剛性を変更し得、それによって、標的生物学的分析物が音響機械的センサーによって潜在的により容易に検出可能となる。
【００４１】
磁性粒子の一般的な使用方法および磁性粒子の製造方法は、例えば、米国特許第３，９７０，５１８号明細書（ジエーバー（Ｇｉａｅｖｅｒ））；米国特許第４，００１，１９７号明細書（ミッチェル（Ｍｉｔｃｈｅｌｌ）ら）；および欧州特許第００１６５５２号明細書（ウィダー（Ｗｉｄｄｅｒ）ら）に記載されている。これらの方法は、本発明と関連する使用のために構成されてもよい。
【００４２】
試料材料特性変化：
なおもう１つの方法においては、質量調整は、標的生物学的分析物が存在する場合に少なくとも検出可能な試料材料の物理特性における変化を引き起こす試薬への試料材料の露出を伴ってもよい。検出可能な物理変化は、それが標的生物学的分析物の検出可能な有効質量を好ましく増加させるため、質量調整として特徴付けられてよい。かかる変化は、例えば、検出表面との接触時の試料材料の粘性、弾性および／または粘弾性特性における変化であり得る。かかる特性における変化は質量における変化を技術的に考慮しないが、１以上のかかる特性が変化する場合、有効波領域内に位置する質量はより容易に検出可能であるため、それらは試料材料の検出可能な有効質量を変化し得る。
【００４３】
いくつかの適切な質量調整技術の例は、例えばブドウ球菌と組み合わせてのフィブリノーゲンの使用であって、例えば２００３年１２月３０日出願の米国特許出願第６０／５３３，１７１号明細書および２００４年１０月７日出願の米国特許出願第１０／９６０，４９１号明細書に記載される。
【００４４】
音響機械的センサー
本発明の装置および方法は、波減衰、相変化、周波数変化および／または共振周波数変化を決定するために測定されるか、または他の様式で感知される音響機械的エネルギーの使用によって、試験試料中の標的生物学的分析物の存在を好ましく検出する。
【００４５】
音響機械的エネルギーは、例えば圧電をベースとする表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスを使用して発生され得る。例えば米国特許第５，８１４，５２５号明細書（レンスクラー（Ｒｅｎｓｃｈｌｅｒ）ら）に記載されるように、圧電をベースとする音響機械デバイスの種類は、それらの検出モード次第で表面弾性波（ＳＡＷ）、音響板モード（ＡＰＭ）または水晶微量天秤（ＱＣＭ）デバイスにさらに分類され得る。
【００４６】
いくつかの実施形態において、本発明の装置および方法は、検出表面に付着された標的生物学的分析物を検出するために使用され得る。他の実施形態において、例えば標的生物学的分析物の存在を示し得る粘性、弾性および／または粘弾性特性における変化のような液体（例えば水溶液）における物理変化を検出するために、装置が使用され得る。表面波の伝播速度は、音響機械的センサーの検出表面と接触している媒体における質量、弾性、粘弾性、伝導率および誘電率のような変化の検出が可能である高感度プローブである。従って、これらの（または潜在的に他の）物理特性の１以上における変化は、表面弾性波の減衰における変化をもたらし得る。
【００４７】
使用される音波が液体と接触しているデバイスによって操作されることを除き、ＡＰＭデバイスはＳＡＷデバイスと同様の原理に基づき動作する。同様に、ＱＣＭ（典型的にＡＴカット水晶）デバイス上で２個の対立している電極に印加された交流電圧は、共振周波数がコーティング材料の質量変化に比例して変化する厚さ剪断波モードを誘発する。
【００４８】
音波伝播方向（例えば、導波管に対して平面平行、または導波管の平面に対して垂直）は、バイオセンサーが構成される圧電材料のクリスタルカットによって決定され得る。大部分の音波（例えば、レイリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）波、最も多くはラム（Ｌａｍｂ）波）が平面の内外に伝播するＳＡＷバイオセンサーは、表面と接触する液体からの音響減衰のため、典型的に液体感知の適用において使用されない。
【００４９】
液体試料媒体に関して、剪断水平表面弾性波バイオセンサー（ＳＨ−ＳＡＷ）が好ましくは使用される。ＳＨ−ＳＡＷセンサーは、クリスタルカットおよび波伝播を剪断水平モードに交換させ、すなわち、導波管によって画定された平面に対して平行にさせる配向によって典型的に圧電材料から構成され、これによって、検出表面と接触する液体に対する音響減衰の損失の低下がもたらされる。剪断水平音波としては、例えば、厚さ剪断モード（ＴＳＭ）、音響板モード（ＡＰＭ）、表面スキミングバルク波（ＳＳＢＷ）、ラブ波、漏洩音波（ＬＳＡＷ）およびブロイスタイン−グリヤエブ（Ｂｌｅｕｓｔｅｉｎ−Ｇｕｌｙａｅｖ）（ＢＧ）波が挙げられる。
【００５０】
特に、ラブ波センサーはＳＴ水晶のＳＳＢＷまたは３６°ＹＸＬｉＴａＯ3の漏洩波のようなＳＨ波モードを支持する基材を含んでもよい。これらのモードは、好ましくは音響を導く薄層または導波管の適用によってラブ波モードに変換され得る。これらの波は周波数依存であり、導波管層の剪断波速度が圧電基板より低い場合に発生可能である。
【００５１】
導波管材料は、好ましくは１以上の以下の特性を示す材料である：低い音響損失、低い電気伝導率、水および水溶液中ロバストネスおよび安定性、比較的低い音響速度、疎水性、より高い分子量、より高度な架橋等。一例において、水晶基材上の音響導波管層としてＳｉＯ2が使用されている。他の熱可塑性および架橋ポリマー導波管材料の例としては、例えば、エポキシ、ポリメタクリル酸メチル、フェノール樹脂（例えば、ノボラック（ＮＯＶＡＬＡＣ））、ポリイミド、ポリスチレン等が挙げられる。
【００５２】
あるいはＱＣＭデバイスを液体試料媒体で使用することも可能である。
【００５３】
音響機械的デバイスおよび部品を使用するバイオセンサーは、例えば米国特許第５，０７６，０９４号明細書（フライエ（Ｆｒｙｅ）ら）；米国特許第５，１１７，１４６号明細書（マーティン（Ｍａｒｔｉｎ）ら）；米国特許第５，２３５，２３５号明細書（マーティン（Ｍａｒｔｉｎ）ら）；米国特許第５，１５１，１１０号明細書（ベイン（Ｂｅｉｎ）ら）；米国特許第５，７６３，２８３号明細書（セルノセック（Ｃｅｒｎｏｓｅｋ）ら）；米国特許第５，８１４，５２５号明細書（レンスクラー（Ｒｅｎｓｃｈｌｅｒ）ら）；米国特許第５，８３６，２０３号明細書（マーティン（Ｍａｒｔｉｎ）ら）；および米国特許第６，２３２，１３９号明細書（カサルヌオボ（Ｃａｓａｌｎｕｏｖｏ）ら）に記載される。剪断水平ＳＡＷデバイスは、ニューメキシコ州、アルバカーキのサンディア  コーポレイション（Ｓａｎｄｉａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ａｌｂｕｑｕｅｒｑｕｅ，Ｎｅｗ  Ｍｅｘｉｃｏ）のような様々な製造業者から入手可能である。本発明と関連して使用され得るいくつかのＳＨ−ＳＡＷバイオセンサーについては、ブランチ（Ｂｒａｎｃｈ）ら、「Ｌｏｗ−ｌｅｖｅｌ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ａｎｔｈｒａｃｉｓ  ｓｉｍｕｌａｎｔ  ｕｓｉｎｇ  Ｌｏｖｅ−ｗａｖｅ  ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ  ｏｎ  ３６°ＹＸ  ＬｉＴａＯ3」、バイオセンサーズ  アンド  バイオエレクトロニクス（Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）（２００３年８月２２日受理）にも記載される。
【００５４】
本明細書で確認される様々な文献は全て、潜在的に適切な本発明のセンサーの駆動手段および標的材料がセンサー表面に付着されるかどうか決定するセンサーからのデータの分析手段を記載する。
【００５５】
選択的付着
本発明の検出装置および方法は、好ましくは、検出表面へ、または検出表面に結合可能なもう１つの成分への標的生物学的分析物の選択的な付着をもたらす。標的生物学的分析物の選択的な付着が検出表面自体に対してであるか、またはもう１つの成分に対してであるかにかかわらず、検出表面に結合される質量が音響機械的エネルギーを使用して検出可能であることが好ましい。
【００５６】
様々な技術によって、選択的な付着は達成され得る。いくつかの例としては、例えば、抗原−抗体結合；親和性結合（例えば、アビジン−ビオチン、ニッケルキレート、グルタチオン−ＧＳＴ）；共有付着（例えば、アズラクトン、トリクロロトリアジン、塩化ホスホニトリルトリマーまたはＮ−スルホニルアミノカルボニル−アミド化学作用）；等が挙げられる。
【００５７】
標的生物学的分析物の選択的な付着は、直接的に達成されてもよい。すなわち、標的生物学的分析物自体が検出表面に選択的に付着されてもよい。いくつかのかかる直接的な選択的結合技術の例としては、捕捉剤の使用、例えば、抗原−抗体結合（標的生物学的分析物が、検出表面上で固定された抗体に結合される抗原を含む）、ＤＮＡ捕捉等が挙げられる。
【００５８】
あるいは選択的付着は間接的であってもよい。すなわち、標的生物学的分析物は、検出表面に選択的に付着されたか、または誘引されたキャリアへ選択的に付着される。間接的な選択的付着技術の一例としては、例えば、標的生物学的分析物が磁気によって検出表面に誘引されて保持され得るような、標的生物学的分析物への磁性粒子の選択的結合が挙げられる。
【００５９】
選択的付着と関連して、本発明の装置および方法が、例えば検出表面への他の生物学的分析物または材料の低い非特異的結合をもたらすことが好ましい。非特異的結合は、本発明検出装置およびの方法を使用して得られる結果の精度に悪影響を及ぼし得る。非特異的結合は、多くの異なる様式で処理され得る。例えば、検出表面に導入される前に、非特異的結合の問題を潜在的に引き起こすことが知られている生物学的分析物および材料を試験試料から除去してもよい。もう１つの方法において、検出表面上で非特異的結合を低下するためにブロッキング技術を使用してもよい。
【００６０】
選択的付着は、音響機械的検出表面上に位置するコーティング、層等に依存することが多いため、これらの材料は比較的薄く、そして有効な検出が妨害される程度まで音響機械的エネルギーが減衰されないように注意が必要である。
【００６１】
選択的付着と関連するもう１つの問題は、例えば音響機械的センサーの表面上で捕捉剤を保持または固定化するために使用され得る「固定化」技術と一般的に呼ばれるものの使用である。本発明の検出装置および方法は、様々な固定化技術の使用を含み得る。
【００６２】
本明細書で検討されるように、一般的な方法は、例えば、抗体、ペプチド、アプタマーまたは標的生物学的分析物に高い親和性を有するいずれかの他の捕捉剤のような捕捉剤で音響機械的センサーデバイスの検出表面をコーティングするか、または他の様式で提供することである。表面上の捕捉剤の表面被覆範囲および充填は、センサーの感度を決定し得る。捕捉剤をセンサーの検出表面に結合する固定化化学作用は、捕捉剤の充填において役割を果たし得、捕捉剤（それが生体分子である場合）の活性を維持し、そしてセンサーの再現性および貯蔵寿命に寄与し得る。
【００６３】
捕捉剤がタンパク質または抗体である場合、それらは非特異的に表面に吸着可能であり、そして標的生物学的分析物を捕捉するそれらの能力（活性）を損失し得る。高い産出、活性、貯蔵寿命および安定性の目標を達成するために、音響機械的センサーと関連して様々な固定方法が使用されてよい。これらの捕捉剤は、好ましくは、グルタルアルデヒド架橋化学作用、アクリルアミドにおける包括またはカルボジイミド、エポキシド、シアノブロミド等のような一般的なカップリング化学作用を使用してコーティングされ得る。
【００６４】
捕捉剤に結合し、なお活性を保持する化学作用は別として、考慮される必要があり、音響機械的センサーの適用において適切であり得る本発明と関連して使用されるいずれもの固定化化学作用の他の表面特性がある。例えば固定化化学作用は、好ましくは、センサーが使用可能なデータを生じることを固定化化学作用が防止しないように、音響機械的エネルギーの減衰の制限をもたらし得る。また固定化化学作用は、抗体またはタンパク質がいかにして表面に結合されるか、従って細くの活性部位の配向を決定し得る。固定化化学作用は、好ましくは、本発明の音響機械的センサーから再生可能なデータおよび感度を得るために再生可能な特性を提供し得る。
【００６５】
本発明の装置および方法と関連して使用され得るいくつかの固定化技術は、例えば２００３年１１月１４日出願の米国特許出願第１０／７１３，１７４号明細書；２００４年１１月１２日出願の米国特許出願第１０／９８７，５２２号明細書；２００３年１２月３０日出願の米国特許出願第６０／５３３，１６２号明細書；２００３年１２月３０日出願の米国特許出願第６０／５３３，１７８号明細書；２００４年７月２２日出願の米国特許出願第１０／８９６，３９２号明細書；２００３年１１月１４日出願の米国特許出願第１０／７１４，０５３号明細書；２００４年１１月１２日出願の米国特許出願第１０／９８７，０７５号明細書；本願と同日付で出願の「Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ａｓ  Ａｍｉｎｅ  Ｃａｐｔｕｒｅ  Ａｇｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」と題された米国特許出願（代理人整理番号５９９９５ＵＳ００２）；本願と同日付で出願の「Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ａｍｉｎｅ  Ｃａｐｔｕｒｅ  Ａｇｅｎｔｓ」と題された米国特許出願（代理人整理番号５９９９６ＵＳ００２）；および本願と同日付で出願の「Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」と題されたＰＣＴ出願（代理人整理番号６０２０９ＷＯ００３）に記載される。
【００６６】
固定化方法は、音響機械的基材上の導波管および固定化層との間に結合層を含んでもよい。１つの代表的な結合層は、例えば、国際公開第０１／６６８２０Ａ１号パンフレット（デイビッド（Ｄａｖｉｄ）ら）に記載されるようなダイヤモンド様ガラス層である。ダイヤモンド様ガラスは、典型的に炭素、ケイ素および水素、酸素、フッ素、硫黄、チタンまたは銅から選択される１以上の元素を含む非晶質材料と考えられる。いくつかのガラス様ダイヤモンド材料は、プラズマプロセスを使用してテトラメチレンシラン前駆体から形成される。表面上でシラノール濃度を制御するために酸素プラズマ中でさらに処理された疎水性材料を製造することができる。例えば金のような他の結合層が使用されてもよい。
【００６７】
ダイヤモンド様ガラスは、基材のもう１つの層または材料上で薄膜の形態またはコーティングの形態であり得る。いくつかの適用において、ダイヤモンド様ガラスは少なくとも３０重量％の炭素、少なくとも２５重量％のケイ素および４５重量％までの酸素を有する薄膜の形態であり得る。かかるフィルムは屈曲性かつ透明であり得る。いくつかの多層基材において、ダイヤモンド様ガラスはダイヤモンド様炭素の層上に析出される。いくつかの実施形態において、ダイヤモンド様炭素は、多層基材のポリマー層とダイヤモンド様ガラス層との間の第２の結合層またはプライマー層として機能し得る。ダイヤモンド様炭素膜は、例えば、プラスマ反応器中でアセチレンから調製可能である。かかるフィルムの他の調製方法は、米国特許第５，８８８，５９４号明細書および米国特許第５，９４８，１６６号明細書（両方ともデイビッド（Ｄａｖｉｄ）ら）、ならびにＭ．デイビッド（Ｍ．Ｄａｖｉｄ）らによる、ＡｌＣｈＥ  ジャーナル（ＡｌＣｈＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ）、３７（３）、３６７−３７６（１９９１年３月）の記事に記載される。
【００６８】
代表的な検出装置／方法
本発明の原則に従う装置および方法のいくつかの実例となる代表的な実施形態について、様々な数字と関連して以下に記載する。
【００６９】
図１は、質量調整剤２２、試験片２４および洗浄緩衝剤２６の形態での投入を含み得る本発明に従う１つの検出装置１０の概略図である。これらの様々な成分は、例えばステージングチャンバー２８中に導入され、そしてそこで様々な成分が混合され、および／または互いに反応され、さらに処理され得る試料材料を形成する。例えば、質量調整剤２２および試験片２４をステージングチャンバー２８中に導入して、試験片２４内のいずれの標的生物学的分析物も有効に調整されるように、薬剤２２を試験片２４上で作用させることが望ましい。あるいは一種以上の他の成分が導入される前に、一種以上のこれらの成分が調製チャンバー２８中に存在してよい。
【００７０】
質量調整剤２２が標的生物学的分析物に対して選択的であること、すなわち、試験片２４の他の生物学的分析物が薬剤２２によって調整されないことが好ましい。あるいは質量調整剤２２は選択的でなくてもよく、すなわち生物学的分析物が標的生物学的分析物であるかどうかにかかわらず、試験片２４の多くの生物学的分析物において作用し得る。
【００７１】
いくつかの実施形態において、質量調整剤２２は、好ましくは例えば一種以上の酵素、高張溶液、低張溶液、洗剤等のような化学的分画剤である。分画の位置において、薬剤２２は標的生物学的分析物への粒子付着の使用によって質量を添加し得るか、または質量調整剤を使用して、試験片における１以上の標的生物学的分析物の存在（または不在）に基づく物理特性における検出可能な変化を引き起こすことができる。例えば薬剤２２は、例えば、２００３年１２月３０日出願の米国特許出願第６０／５３３，１７１号明細書および２００４年１０月７日出願の米国特許出願第１０／９６０，４９１号明細書で検討されるもののような装置／方法におけるフィブリノーゲンであってもよい。
【００７２】
試験片２４における標的生物学的分析物の質量調整後、ステージングチャンバー２８から、標的生物学的分析物が検出表面３２と接触し得る検出チャンバー３０へと薬剤２２および試験片２４を移動させてよい。描写された装置において、検出表面３２は、好ましくは、試料材料中の標的生物学的分析物が検出表面３２に選択的に付着されるように、その上に位置する捕捉剤を含む種類である。
【００７３】
本発明の様々な装置および方法、例えば図１で描写されるものにおいて、試料導入に関して、検出表面３２上の流速およびドウェル時間に対していくつかの制御を提供することは有益であり得る。いくつかの例において、例えば、試料材料が液体状態である場合、検出表面３２への気泡の導入を防止することが望ましい。もう１つの試料材料の制御の問題は、例えば、検出表面３２上での試料材料の流速の制御である。流速が速すぎる場合、選択的付着が減少または防止され得るため、試料材料中の標的分析物は正確に検出され得ない。逆に流速が遅すぎる場合、検出表面３２への標的ではない生物学的分析物または他の材料の極めて非特異性な結合が生じ得る。
【００７４】
検出表面上での流体防除は、様々な技術によって処理され得る（単独でまたは組み合わせで）。潜在的な方法としては、例えば、表面流動制御（チャネルまたは他の特徴を使用して）、材料特性（例えば、親水性または疎水性材料、コーティング等を使用して）、検出表面の方へまたは検出表面から離れて流動を制御する多孔性膜の使用等が挙げられる。
【００７５】
試料材料中の標的生物学的分析物が十分な期間、検出チャンバー３０中に常在したか、またはそれを通って移動した後、洗浄緩衝剤２６を検出チャンバー３０に導入して、検出チャンバー３０から未付着の生物学的分析物および他の材料を除去してよい。これらの材料は、好ましくは、検出チャンバー３０に連結された廃棄物チャンバー３６中へ移動される。
【００７６】
検出表面に選択的に付着されたいずれの標的生物学的分析物の検出は、好ましくは、制御モジュール３５によって操作される時にセンサー３４を使用して生じる。制御モジュール３５は、好ましくは、適切な音響機械的エネルギーが発生するようにセンサー３４を操作し、そして検出表面３２で標的生物学的分析物の有無の決定が実行可能であるようにセンサー３４をモニターする。
【００７７】
本発明と関連して使用され得るもののような技術ならびに音響機械的センサーの駆動およびモニター手段（遅延ラインデバイス、共振器等）の例は、例えば米国特許第５，０７６，０９４号明細書（フライエ（Ｆｒｙｅ）ら）；米国特許第５，１１７，１４６号明細書（マーティン（Ｍａｒｔｉｎ）ら）；米国特許第５，２３５，２３５号明細書（マーティン（Ｍａｒｔｉｎ）ら）；米国特許第５，１５１，１１０号明細書（ベイン（Ｂｅｉｎ）ら）；米国特許第５，７６３，２８３号明細書（セルノセック（Ｃｅｒｎｏｓｅｋ）ら）；米国特許第５，８１４，５２５号明細書（レンスクラー（Ｒｅｎｓｃｈｌｅｒ）ら）；米国特許第５，８３６，２０３号明細書（マーティン（Ｍａｒｔｉｎ）ら）；および米国特許第６，２３２，１３９号明細書（カサルヌオボ（Ｃａｓａｌｎｕｏｖｏ）ら）等に見出され得る。さらなる例は、例えば、ブランチ（Ｂｒａｎｃｈ）ら、「Ｌｏｗ−ｌｅｖｅｌ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ａｎｔｈｒａｃｉｓ  ｓｉｍｕｌａｎｔ  ｕｓｉｎｇ  Ｌｏｖｅ−ｗａｖｅ  ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ  ｏｎ  ３６°ＹＸ  ＬｉＴａＯ3」、バイオセンサーズ  アンド  バイオエレクトロニクス（Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）（２００３年８月２２日受理）；ならびに２００３年１２月３０日出願の米国特許出願第６０／５３３，１７７号明細書および本願と同日付で出願された「Ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  Ｖｅｌｏｃｉｔｙ  Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ａ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ  Ｓｅｎｓｏｒ」と題されるＰＣＴ出願（代理人整理番号５８９２７ＷＯ００３）に記載される。
【００７８】
別の代表的な検出装置１１０は図２で描写されており、そして質量調整剤１２２、試験片１２４、洗浄緩衝剤１２６および磁性粒子１２７の形態の投入を含む。これらの様々な成分は、例えばステージングチャンバー１２８中に導入され、そしてそこで様々な成分が混合され、および／または互いに反応される。あるいは一種以上の他の成分が導入される前に、一種以上のこれらの成分がステージングチャンバー１２８中に存在してよい。
【００７９】
例えば、薬剤１２２が試験片１２４内の標的生物学的分析物において作用し、および／またはそれに付着することを可能にするために、質量調整剤１２２および試験片１２４がステージングチャンバー１２８中に導入されることが望ましい。それに続いて、磁性粒子１２７がステージングチャンバー１２８中に導入され得る。磁性粒子１２７は、好ましくはステージングチャンバー１２８内の標的生物学的分析物材料に選択的に付着し得るが、選択的な付着は必要ではない。
【００８０】
いくつかの例においては、磁性粒子１２７の使用によって、上記で検討されたように付着された標的生物学的分析物に質量を添加することによって、それら自体が質量調整剤として機能し得る。かかる装置において、磁性粒子１２７が単独でセンサーの反応を改善するために十分である場合、図２の装置において、磁性粒子１２７によって別の質量調整剤１２２に関する必要を減少または排除してもよい。
【００８１】
例えば磁性粒子への生物学的分析物の付着は一般的に、例えば、細胞を濃縮するキット中の磁気ビーズの使用、ならびに磁気的に応答性の粒子を記載する国際公開第０２／０９０５６５号パンフレット（リッターバンド（Ｒｉｔｔｅｒｂａｎｄ））および国際公開第００／７００４０号パンフレット（ビットナー（Ｂｉｔｎｅｒ）ら）に記載される。また磁性粒子（例えば、正磁性ミクロスフェア）への生物学的作用物質の選択的な付着は、例えば、キム（Ｋｉｍ）ら、「Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｉｍｍｕｎｏｓｅｎｓｏｒ  ｐａｒｔ  ＩＩ：Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｔｙｐｈｉｍｕｒｉｕｍ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ」、バイオセンサーズ  アンド  バイオエレクトロニクス（Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）１８（２００３）９１−９９にも記載される。
【００８２】
磁性粒子１２７への試験片１２４中の標的生物学的分析物の付着後、ステージングチャンバー１２８から、試料材料中の標的生物学的分析物が検出表面１３２と接触し得る検出チャンバー１３０へと試料材料（試験片１２４および関連磁性粒子を含む）を移動させてよい。標的生物学的分析物が磁性粒子と関連しているため、コントローラー１３５によって操作されるセンサー１３４を使用する検出のために磁性粒子と関連する標的生物学的分析物が検出表面上に保持されるように、検出表面１３２で磁場を発生させることが可能である磁場発生機１３３を含むことが望ましい。言い換えると、検出表面１３２の近位の磁場によって提供された磁力によって、検出表面１３２に磁性粒子（および付着された標的生物学的分析物）が誘引され得る。磁場発生機１３３は、検出表面に磁性粒子を誘引するように配置される磁場を提供することが可能ないずれかの適切なデバイスであってもよく、例えば、永久磁石、電磁石等である。
【００８３】
標的生物学的分析物と関連する磁性粒子の使用によって、例えば、磁気による誘引力がない場合に予想されるよりも能率的におよび／または迅速に検出表面１３２に標的生物学的分析物力を移動させることによって検出が向上し得る。加えて、実際の検出プロセスの間（音響エネルギーが発生し、検出される時）、磁場が維持される場合、磁力も標的生物学的分析物の検出を向上し得る。
【００８４】
磁場がない状態で標的生物学的分析物が検出表面１３２に選択的に付着されるように、検出表面１３２がその上に位置する選択的な捕捉剤を含む場合、例えば磁場を移動させること、および検出表面１３２を洗浄することによって、いずれの標的生物学的分析物も有さない（またはそれによって有されない）磁性粒子を検出表面１３２から除去することができる。場がない状態で検出表面１３２を洗浄することによって、標的生物学的分析物を有さない（またはそれによって有されない）磁性粒子が好ましく除去され得る。さらに標的生物学的分析物（およびそれに関連する磁性粒子）は、磁場がない状態で検出表面１３２上での選択的捕捉剤による洗浄後、検出表面１３２上に好ましく維持される。
【００８５】
連結しない磁性粒子、すなわち、いずれの標的生物学的分析物とも連結しない磁性粒子を除去する他の方法は、連結する磁性粒子（すなわち標的生物学的分析物を有するか、またはそれによって有される磁性粒子）を導入する前に実行されてもよい。
【００８６】
検出カートリッジ
本発明と関連して使用され得る２つの代表的な装置が上記で検討されるが、かかる装置において使用するために適切である様々な部品について、より詳細に記載する。それらの部品としては、例えば、図３に図式的に描写される代表的な検出カートリッジが挙げられる。例えば検出カートリッジと関連して使用され得る密閉されたモジュールの一例については、図１１Ａおよび１１Ｂに関連して描写される。密閉されたモジュールは、本発明の装置への分画／分解剤、磁性粒子、試薬、洗浄緩衝剤等のような様々な成分の貯蔵および／または導入のために使用され得る。本願と同日付で出願された「Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ｃａｒｔｒｉｄｇｅｓ，Ｍｏｄｕｌｅｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」と題されるＰＣＴ出願（代理人整理番号６０３４２ＷＯ００３）は、、本発明と関連して使用され得る検出カートリッジおよび／またはモジュールの追加的な特徴を記載する。
【００８７】
一態様において、本発明の装置および方法は、集積センサーおよびセンサーへの試料分析物の選択的な送達を補助する流体制御機能を含む検出カートリッジを使用する。図３に図式的に描写される代表的な検出カートリッジ２１０は、特に、ステージングチャンバー２２０、検出チャンバー２３０、廃棄物チャンバー２４０、センサー２５０、容積流動制御機構２７０およびモジュール２８０を含む。一般的に、図３の検出カートリッジ２１０は、ステージングチャンバー２２０、検出チャンバー２３０および廃棄物チャンバー２４０を含む内部容積を有するものとして記載される。ここでは異なるチャンバーが、検出チャンバー２３０を通して、そして廃棄物チャンバー２４０中にステージングチャンバー２２０から下流方向を画定する。結果として、廃棄物チャンバー２４０から上流にあるように検出チャンバー２３０が記載されて、そして検出チャンバー２３０から上流にあるようにステージングチャンバー２２０が記載される。本発明と関連して使用される全ての検出カートリッジが、図３の検出カートリッジ２１０に含まれる部品の組み合わせを必ずしも含まなくてもよい。
【００８８】
検出カートリッジ２１０の検出チャンバー２３０は、好ましくはセンサー２５０の検出表面と、センサー２５０の検出表面から反対側に位置する反対側表面２６０との間で内部容積を画定する。検出チャンバー２３０は、好ましくは検出チャンバー２３０の内部容積の残りの部分（すなわち、センサー２５０および反対側表面２６０の検出表面によって画定されない検出チャンバー２３０の部分）を画定する側壁または他の構造を提供する。
【００８９】
好ましくはセンサー２５０に動作可能に連結されて、例えば電力をセンサー２５０へ供給するコネクタ２５４も図１に描写される。コネクタ２５４は、好ましくはセンサー２５０に電気エネルギーを供給するが、いくつかの実施形態において、コネクタを使用して、光学エネルギーまたはセンサー２５０を操作するために必要とされる他の形態のエネルギーが供給され得る。またコネクタ２５４は、センサー２５０をコントローラーへ、またはセンサー２５０に制御信号を供給し得るか、もしくはセンサー２５０から信号を受け取り得る他の装置を連結するために機能してもよい。必要であるならば、コネクタ２５４（または追加的なコネクタ）はバルブ、流体モニター、温度制御素子（加熱および／または冷却を提供するもの）、温度センサー、および検出カートリッジ２１０の一部分として含まれてよい他のデバイスような他の部品に動作可能に連結していてもよい。
【００９０】
検出チャンバー２３０に加えて、図３に描写される検出カートリッジ２１０も、検出チャンバー２３０から出た後に材料が流れていく任意の廃棄物チャンバー２４０を含む。検出チャンバー２３０からの試料材料が廃棄物チャンバー２４０中に流れる速度を制御するために使用可能である容積流動制御機構２７０を通して、廃棄物チャンバー２４０は検出チャンバー２３０と流体連通であり得る。容積流動制御機構２７０は、好ましくは検出チャンバー２３０を通して流体を誘引するため、および廃棄物チャンバー２４０中にそれを移動させるために十分な圧力低下を提供し得る。本明細書に記載されるような様々な代表的な実施形態において、容積流動制御機構２７０は以下の構成要素の１個以上を含み得る：１個以上の毛細管チャネル、多孔性膜、吸収性材料、真空源等。これらの異なる構成要素は、様々な実施形態において、それらがカートリッジ２１０内に配置される方法および場所次第で流速を制限または増加し得る。例えば毛細管構造がない状態で、廃棄物チャンバー２４０が過度に高い流速を引き起こし得る吸収性材料を含む場合、例えば毛細管構造は検出チャンバー２３０と廃棄物チャンバー２４０との間で提供されて、廃棄物チャンバー２４０中への検出チャンバー２３０からの流れを限定し得る。
【００９１】
図３に描写されるもう１つの特徴は通気孔２７８であって、好ましくは、通気孔２７８が開放条件にある場合、周囲雰囲気（すなわち検出カートリッジ２１０が位置する雰囲気）と流体連通にある検出カートリッジ２１０の内部容積を配置するために提供され得る。通気孔２７８は、好ましくは、通気孔２７８を通しての流体流動が実質的に排除される閉鎖条件も有し得る。いくつかの実施形態において、通気孔２７８の閉鎖は、検出カートリッジ２１０の内部容積を通して流体流動を効果的に停止または中断し得る。廃棄物チャンバー２４０中に導入するように描写されているが、１以上の通気孔が提供されてもよく、それらは検出カートリッジ２１０、例えば、ステージングチャンバー２２０、検出チャンバー２３０等内のいずれの適切な場所にも直接的に連結され得る。通気孔２７８は、いずれかの適切な形態、例えば１個以上の空隙、チューブ、固定具等であってよい。
【００９２】
通気孔２７８は、通気孔開口部を開放、閉鎖またはサイズ調節するためのシール、キャップ、バルブまたは他の構造の形態で閉鎖要素２７９を含み得る。いくつかの実施形態において、通気孔を開放または閉鎖するために閉鎖要素２７９が使用されてもよい。他の実施形態において、通気孔開口部のサイズが、完全に閉鎖される状態と完全に開放される状態の間の少なくとも１つのサイズに調節されて、検出カートリッジ２１０を通しての流体流速を調節できるように、閉鎖要素２７９は調節可能であってもよい。例えば、通気孔開口部のサイズ増加は流体の流速を増加させ得、その一方、通気孔開口部のサイズ制限は、検出カートリッジ２１０の内部容積を通して、例えばステージングチャンバー２２０、検出チャンバー２３０等を通して、流体の流速の制御可能な低下を引き起こし得る。通気孔２７８が複数のオリフィスを含む場合、１個以上のオリフィスを開放または閉鎖することが可能である。
【００９３】
検出チャンバー２３０を通しての流体移動の容積流速は容積流動制御機構２７０によって制御され得るが、検出チャンバー２３０を通してフローフロントの進行における制御をもたらすことが好ましい。フローフロントの進行制御は、検出チャンバー２３０内で露出されるセンサー２５０の検出表面の全部分が試料材料の流体によって確実に被覆されるか、または湿潤され、気泡または空所が形成されないように補助し得る。例えば、検出チャンバー２３０を通しての流動方向に対して垂直に配向される一般的に直線状の形態で、フローフロントが検出チャンバー２３０を通して進行することが好ましい。
【００９４】
図３に描写される代表的な実施形態において、フローフロント制御機構は、好ましくは反対側表面２６０中またはその上に提供され得る。検出表面の形状および／または組成によって影響を受け得る物理特性にセンサー２５０が依存する場合、例えば検出表面が、検出表面を形成するか、または検出表面下にある導波管を通しての音響エネルギー伝送に依存するセンサー部分である場合、これは特に真実であり得る。検出表面上に配置される物理構造または異なる材料における不連続は、例えば、検出チャンバー３０内の標的分析物の正確な検出に貢献しない様式で検出表面上に音響エネルギーを進行させ得る。他のセンサー技術、例えば光学等も、検出チャンバー内での流体フローフロントの進行を制御するために物理構造または異なる材料の組み合わせを含まない検出表面を使用して良好に実施され得る。
【００９５】
上記問題の観点から、センサー２５０の検出表面上での流体流動進行の制御を補助するために、検出チャンバー２３０の反対側表面２６０中またはその上でフローフロント制御機構を提供することが好ましい。フローフロント制御は、好ましくは、検出表面上での試料材料の進行において制御を提供し得るが、また一方では検出表面上での気泡構成（または保持）を減少または防止し得る。
【００９６】
反対側表面２６０の上で提供されるフローフロント制御機構は、好ましくは受動的であり、すなわち、流体が検出チャンバー２３０を通して移動する間、それらは動作のためのいずれの外部入力またはエネルギーを必要としない。またフローフロント制御機構は、好ましくは、検出チャンバー２３０中を通過し得る広範囲の試料容積（例えば１０マイクロリットル以下の範囲の少ない試料容積または５ミリリットル以上のより大きい試料容積）にわたって動作し得る。
【００９７】
反対側表面２６０（およびその上に位置するいずれもの特徴）がセンサーの検出表面２５０と接触しないように、反対側表面２６０およびセンサーの検出表面２５０が互いから一定の間隔で離されていることは好まれしい。音響センサーに関して、センサーの検出表面への反対側表面２６０の近接は、センサー動作特性に悪影響を及ぼし得る。例えば、センサーの検出表面２５０と反対側表面２６０の最低特徴との間の間隔が２０マイクロメートル以上またはより好ましくは５０マイクロメートル以上であることが好ましい。有効なフローフロント制御のために、反対側表面２６０の最低特徴とセンサーの検出表面２５０との間の距離が１０ミリメートル、あるいは１ミリメートル以下、いくつかの場合において５００マイクロメートル以下、そして他の例において２５０マイクロメートル以下であることが好ましい。
【００９８】
フローフロント制御機構の一種において、反対側表面２６０は、検出チャンバー２３０を通しての流体の流動を制御するために使用され得るチャネル、ポスト等のような物理構造を含んでもよい。特定の物理構造に関係なく、それは好ましくは、検出チャンバーを通してのフローフロント進行が有意味に影響を受けるように十分な大きさのものである。図４Ａ〜４Ｆは、流体のフローフロント進行を制御するために使用され得る様々な物理構造を描写する。
【００９９】
図４Ａは、フローフロント制御を提供し得る反対側表面２６０ａ上の物理構造の一種の平面図である。物理構造は、反対側表面２６０ａ上に分散され、そして離散構造２６２ａを分離する陸地部分２６４ａから突出している複数の離散構造２６２ａ、例えば、ポスト、埋め込みまたは付着ビーズ等を含む。離散構造２６２ａは、いずれの形態でも、例えば、円形シリンダー、長方形プリズム、三角形プリズム、半球等で提供されてもよい。検出チャンバー内の流体粘度および／または反対側表面２６０ａと検出表面との間の距離次第で所望のフローフロント制御を提供するために、異なる構造２６２ａの高さ、サイズ、間隔および／または配列が選択されてもよい。構造２６２ａが、構造２６２ａ間の反対側表面２６０ａの陸地部分２６４ａと同一材料から製造されることが好ましいが、構造２６２ａが、構造２６２ａ間の陸地部分２６４ａを形成する材料とは異なる一種以上の材料から製造されてもよい。
【０１００】
図４Ｂは、反対側表面２６０ｂと関連して提供され得る物理構造のもう１つの代表的な実施形態を描写する。物理構造は反対側表面２６０ｂに形成される三角形のチャネル２６２ｂの形態であり、各チャネル２６２ｂは谷部２６６ｂの両側に２個のピーク２６４ｂを含む。描写されたチャネル２６２ｂは互いに平行であり、そして所望の流体の流動に対して垂直の直線に延在するが（図４Ｂの矢印２６１ｂを参照のこと）、それらが検出表面を横切る所望の流動を得るための補助となるのであれば、これらの特徴のいずれの変形も使用可能であることは理解されるであろう。チャネル２６２ｂは、不規則な大きさであっても、不規則な形状であっても、不規則に間隔をあけていても、直線状でも、曲線状でも、流体の流動に対して９０度の角度以外で配向されていてもよい。例えば、図４Ｂに示されるように隣接チャネル２６２ｂは互いに直接的に隣接していてもよい。またチャネル２６２ｂは三角形断面形状を有するが、本発明と関連して使用されるチャネルは、例えば、弓形、長方形、台形、半球状等およびそれらの組み合わせのようないずれの断面形状を有してもよい。
【０１０１】
他の実施形態において、チャネルはピーク間の陸地部分によって分離されてもよいが、陸地部分を有する谷部を含んでもよい（すなわち、それは底部に到達せず、直ちに隣接ピークの方へ上向きに方向変換する）。所望により、陸地部分は平坦であっても、または他の形状であってもよい。１つのかかる変形は図４Ｃに描写されており、ここでは、反対側表面２６０ｃ中のチャネル２６２ｃが、反対側表面２６０ｃ上のチャネル２６２ｃを分離する陸地部分２６４cを備えている。
【０１０２】
図４Ｄは、反対側表面２６０ｄ上のフローフロント制御のために使用され得る物理構造におけるもう１つの変形を描写する。物理構造がチャネル２６２ｄの形態で提供される。反対側表面２６０ｄのチャネル２６２ｄは異なる形状を有し、すなわち、より長方形であるかまたは台形であり、図４Ｂおよび４Ｃの三角形のチャネルとは対照的に壁２６３ｄおよび屋根２６５ｄを含む。
【０１０３】
チャネル２６２ｄはより長方形の形状であるが、各チャネル２６２ｄの前縁の壁２６３ｄが、チャネル２６２ｄまで導く表面２６４ｄに対して２７０度未満の角度θ（シータ）を形成することが好ましい。本明細書で使用される場合、チャネルの「前縁」は、検出表面上で下流方向に移動する液体が最初に遭遇する縁である。前縁の壁２６３ｄと表面２６４ｄとの間の角度がより高い場合、流体フローフロント進行が妨害され得るため、角度θ（シータ）を制限することによってチャネル２６２ｄ中への流体の流動が促進され得る。それらの三角形の形状によって、図４Ｂおよび４Ｃの反対側表面のチャネルは、チャネル中への流体の流動に貢献する角度を本質的に有する。
【０１０４】
また図４Ｅは、好ましくは、チャネル２６２ｅ中への流体の流動も促進する２７０度未満の入口角度も提供する弓形（例えば、半球状）断面を有するチャネル２６２ｅを含む反対側表面２６０ｅのもう１つの実施形態を描写する。チャネル２６２ｅは、好ましくは図４Ｅに描写されるように陸地部分２６４ｅによって分離され得る。
【０１０５】
図４Ａ〜４Ｅに関して上記された変形に加えて、もう１つの変形は、２個以上の異なる形状のチャネルが単一の反対側表面上で提供されるものである。例えば、三角形、長方形、半球状等チャネルの混合が同一反対側表面上に提供されてもよい。
【０１０６】
図４Ｆは、検出チャンバー内で流体フローフロントを制御する物理構造を含む反対側表面２６０ｆのなおもう１つの変形を描写する。描写された表面２６０ｆは、軸２６５ｆ、２６６ｆおよび２６７ｆに沿う、および／またはそれらに対して平行な表面２６０ｆ中に形成された一連の三角形のチャネルによって作成された三角形ピラミッドの形状の離散構造を含む。例えば、軸２６６ｆに沿う、および／またはそれに対して平行なチャネルのように、矢印２６１ｆによって表されるような流体の流動方向に対して一般的に垂直の方向で少なくとも１組のチャネルが形成されることが好ましい。軸２６５ｆおよび２６７ｆに沿う角度であるチャネルと一緒に、軸２６６ｆに沿う／平行な垂直チャネルは、好ましくは、各ピラミッド構造上の面を形成し得る。描写されたピラミッド構造は三角形の基部を有するが、所望であれば、ピラミッド形の構造は４以上の面を備え得る。
【０１０７】
再び図３を参照すると、検出チャンバー２３０を通してのフローフロント制御は、物理構造を使用せずに達成されてもよい。いくつかの実施形態において、フローフロント制御は、反対側表面２６０上に位置する親水性および／または疎水性材料の使用を通して達成され得る。図５は、反対側表面３６０の部分を占有する疎水性材料の領域３６２および親水性材料の領域３６４を含む反対側表面３６０の平面図である。領域３６２および３６４は、好ましくは、矢印３６１で図示されるように、すなわち、検出チャンバーの投入端部から排出端部まで、検出チャンバーを通しての流動方向に対して一般的に垂直に配列された連続帯として提供され得る（他の親水性／疎水性パターンが使用されてもよい）。領域３６２および／または３６４において使用される親水性および／または疎水性材料は、反対側表面３６０上にコーティングされるか、または他の様式で提供されてもよい。いくつかの例において、反対側表面３６０を構成するために使用される材料はそれ自体が親水性と考えられるが、より疎水性の材料が反対側表面３６０の選択された部分上に位置してよい（または、その逆。すなわち、反対側表面３６０を構成するために使用される材料は疎水性であり、そしてその表面の領域がコーティングされるか、または他の様式で反対側表面上で親水性領域を提供するために処理されてよい）。
【０１０８】
一般的に、液体による固体表面の湿潤し易さは、水平配置された表面上に配置され、そしてその上に固定された後、固体表面に対して液体が形成する接触角度によって特徴付けられる。これは「静的均衡接触角度」と示されることもあるが、本明細書では単に「接触角度」と示すこともある。米国特許第６，３７２，９５４Ｂ１号明細書（ジョンストン（Ｊｏｈｎｓｔｏｎ）ら）および国際公開第９９／０９９２３号パンフレット（ジョンストン（Ｊｏｈｎｓｔｏｎ）ら）に検討されるように、接触角度は、表面へのその接点における表面上の液体のビーズ表面に接する線と、表面の平面との間の角度である。接線が表面の平面に対して垂直である液体のビーズは、９０度の接触角度を有する。
【０１０９】
本発明の目的のために、表面の親水性／疎水性は、好ましくは、本発明の構成要素が疎水性および親水性表面を有するものとして記載される場合、異なる表面が、必ずしも疎水性または親水性のいずれかであるというわけではないように相対的なスケールで決定される。例えば両方の表面が従来の定義において親水性であってよいが、片方の表面は他より親水性が低くてもよい。逆に、例えば両方の表面が従来の定義において疎水性であってよいが、片方の表面は他より疎水性が低くてもよい。従って「疎水性」および「親水性」領域は相対的な接触角度に関して記載されて、例えば、摂氏２０度の水の滴下に対して２つの表面が１０度以上（いくつかの例において、２０度以上）の接触角度における差異を示し得る（両方の表面が、従来は疎水性または親水性と考えられる場合でさえも）。言い換えると、本発明の疎水性表面は、親水性表面の接触角度より１０度以上（または２０度以上）高い接触角度を示し得る（摂氏２０度で水平面上の水に関して）。
【０１１０】
本明細書で使用される場合、「親水性」は材料の表面特性を示すためのみに使用されて、すなわち、それは水性溶液によって湿潤し、そして材料が水性溶液を吸収または吸着するかどうかは表さない。従って、材料の層が水もしくは水性溶液に不浸透性であるか、または浸透性であるかに関係なく、材料は親水性として示されてよい。
【０１１１】
図６は、本発明の検出チャンバーで使用され得る反対側表面４６０のもう１つの実施形態の平面図である。反対側表面４６０は、好ましくは、検出チャンバーを通しての流動方向に対して一般的に垂直に配列されたチャネルの形態で物理構造４６２を含む。クロス−チャンバーチャネル４６２に加えて、反対側表面４６０は、投入端部４６５において扇形パターンで反対側表面４６０の側面へ外側方向に分流する流動ディレクター４６４も含む。図６に描写される反対側表面４６０は、反対側表面４６０の排出端部４６７において反対側表面４６０の幅の幅の中心へ内側方向に収束している流動ディレクター４６６も含む。
【０１１２】
使用時に、投入端部４６５の流動ディレクター４６４は、好ましくは、流体が検出チャンバーに入る時に反対側表面４６０（従って、反対側表面４６０が位置する検出チャンバー）の幅を横切ってフローフロントの拡大を補助する。流体が第１のクロス−チャンバーチャネル４６２に到達すると、フローフロントは、好ましくは、フローフロントが反対側表面４６０の幅を横切って延在するまで、排出端部４６７の方向での移動を停止する。フローフロントが反対側表面４６０を横切って到達すると、好ましくは、フローフロントが反対側表面４６０の幅を横切って延在するまで、再び停止する次のクロス−チャンバーチャネル４６２へ前進してよい。
【０１１３】
フローフロントは、反対側表面４６０の投入端部付近で任意の流動ディレクター４６６に到着するまで前段落に記載された様式で進行する。そこで流動は、好ましくは検出チャンバーの排出端部４６７に向けられて、そして本明細書で記載されるような廃棄物チャンバーに向けられる。
【０１１４】
図７に描写される流動制御機能は、流体の流動の方向（矢印５６１によって示される）に対して垂直でない角度で一連のチャネル５６４が配向される入口部分５６２を含む反対側表面５６０を含む。チャネル５６４が、一般的に反対側表面５６０の幅（流動方向５６１に対して一般的に垂直に幅が測定される）を二分する中心軸５６３から分岐し、そして流動方向に沿って増加するＶ型の幅および開口部から上流に位置する頂点を有する一般的にＶ型に配置されることは好ましい。反対側表面５６０の第２の部分のチャネル５６６は、好ましくは、一般的に流体流動方向に対して垂直に配向される。かかる配列は、表面５６０の側面への流体流動を確実にするために有益であり得、そして検出チャンバーの縁に気泡を追いやるか、または向けるため、例えばそれらは検出表面の動作の妨害とならない。
【０１１５】
本明細書に記載される様々なフローフロント制御の方法は、明白に記載されない組み合わせで使用されてもよい。例えば、本発明において、検出チャンバーを通してフローフロント進行制御を提供する物理構造（例えば、チャネル、離散突出構造等）と組み合わせて、反対側表面上で疎水性および／または親水性材料の選択領域を使用することが好ましい。さらに検出チャンバー５３０の内部容積は、好ましくは一般的に直線形状を有し得るが、本発明と関連して使用される検出チャンバーが他の形状、例えば、円柱状、弓形等を取ってもよいことは理解される。
【０１１６】
再び図３を参照して、検出カートリッジ２１０内にも含まれ得る任意のステージングチャンバー２２０が使用されて、検出チャンバー２３０中への導入の前に試料材料をステージング、混合または保持してもよい。ステージングチャンバー２２０は、いずれかの適切な形態であってもよい。いくつかの例において、静圧ヘッドがステージングチャンバー２２０の試料材料内で発達可能であり、ステージングチャンバー２２０から検出チャンバー２３０への受動的な送達を補助し得るように、カートリッジ２１０の使用間、ステージングチャンバー２２０の容積が（重力と相対的に）検出チャンバー２３０より上に位置することは好ましい。
【０１１７】
例えば、シリンジ、ピペット等によって、材料がカートリッジ２１０の内部容積中に導入されるように、任意のポート２２２がステージングチャンバー２２０に（またはカートリッジ２１０の内部へと導くもう１つの場所に）提供されてもよい。提供される場合、材料がカートリッジ２１０に挿入される前および／または後に、例えばセプタム、バルブおよび／または他の構造によってポート２２２は密閉されてもよい。いくつかの実施形態において、ポート２２２は、好ましくは、例えば試験試料送達デバイスと組み合わせて設計された外部構造、例えば、ルアー（Ｌｕｅｒ）ロック固定具、ねじ込み固定具等を含む。１個のポート２２２のみが描写されるが、２個以上の別のポートが提供されてもよいことは理解されるべきである。
【０１１８】
いくつかの実施形態において、ステージングチャンバー２２０は、流動制御構造／メカニズム２２４（例えばバルブ）によって検出チャンバー２３０との直接流体連通から隔離されてもよい。流動制御構造／メカニズム２２４が検出チャンバー２３０をステージングチャンバー２２０から隔離するために提供される場合、ステージングチャンバー２２０は、検出チャンバー２３０中にそれらを解放する前に、材料を貯蔵するために潜在的により効果的に使用され得る。流動制御構造／メカニズム２２４がない場合、検出チャンバー２３０中への材料の流動におけるいくつかの制御は他の技術によって潜在的に得られ、例えば、検出チャンバー２３０へのそれらの送達が望まれるまで、重力、求心力等がステージングチャンバー２２０中での材料の保持を補助する配向におけるカートリッジ２１０の保持による。
【０１１９】
図３に描写されるもう１つの任意の特徴は、流体モニター２２７の包含である。流体モニター２２７は、好ましくは、流体の存在、流速、流量等のアクティブなリアルタイムモニターを備え得る。流体モニター２２７はいずれかの適切な形態であってもよく、例えば、流体に露出され、そしてモニター電極上の流体の流動特性および／または流体の存在を決定するために、例えば交流電流を使用してモニターされる電極である。もう１つの代替物は、モニターされる流体と接触することが必ずしも必要とされない静電容量をベースとする流体モニターを含み得る。
【０１２０】
検出チャンバー２３０のモニターが描写されるが、検出カートリッジ２１０の内部容積内のいずれかの適切な場所に流体モニターが存在してもよいことは理解されるべきである。例えば、流体モニターはステージングチャンバー２２０、廃棄物チャンバー２４０等に位置し得る。加えて、複数の流体モニターがカートリッジ２１０内の異なる位置で使用されてもよい。
【０１２１】
流体モニター２２７の潜在的な利点としては、例えば、モジュール２８０等と関連するアクチュエーター２９０を動作するフィードバックループ中に使用される流体モニター２２７によって感知される条件に応じて、試料材料、試薬、洗浄緩衝液等の導入を自動的に活性化する能力が挙げられる。あるいは流体モニター２２７によって感知される条件は、評価および／または動作のために操作者に信号またはフィードバックを提供し得る。いくつかの応用に関して、例えば診断医療の応用に関して、確実に検出カートリッジが適切に動作するように、すなわち、許容可能なパラメータ範囲内で流体を受け取るように流体モニター２２７が使用されてもよい。
【０１２２】
流体モニター２２７を使用するフィードバックループ制御は、カートリッジ２１０の外側でコントローラーを使用することによって達成され得る（例えば、図１１の装置または検出カートリッジ中の埋め込まれたコントローラー（例えば図１および図２を参照のこと）を参照のこと）。使用時に、流体モニター２２７は、１以上のモジュール２８０および／または投入ポート２２２を使用して検出カートリッジ２１０の内部へ（例えば、ステージングチャンバー２２０中へ）の追加材料の送達のための基礎として使用可能である１以上の条件を検出し得る。
【０１２３】
またポート２２２に加えて、またはその代わりに、好ましくはカートリッジ２１０中へ材料を導入または送達するために使用される任意のモジュール２８０も図３に描写される。描写されるようにモジュール２８０がステージングチャンバー２２０中に材料を送達することは好ましいが、いくつかの例において、それらは材料を直接的に検出チャンバー２３０中に潜在的に送達することが可能である。多種多様な材料を送達するためにモジュール２８０は使用可能であるが、モジュール２８０から、そしてカートリッジ２１０中への材料の移動を補助するために、送達される材料が少なくとも一種の液体成分を含むことが好ましい。モジュール２８０を使用して導入可能である材料は、中でも、例えば試料材料、試薬、緩衝液、洗浄材料等である。モジュール２８０からカートリッジ２１０中への材料導入に対する制御は多くの様式で得ることが可能であり、例えばモジュール２８０は、モジュール２８０中の材料がカートリッジ２１０に入ることを可能にするために開放可能であるシール、バルブ等によってカートリッジ２１０から隔離され得る。
【０１２４】
選択された時間で、選択された速度で、選択された順番等で、各モジュール２８０内に含有される材料が検出カートリッジに導入されることができるように、モジュール２８０が互いに独立していることが好まれしい。いくつかの例において、カートリッジ２１０中にモジュール２８０内の材料を移動するために、アクチュエーター２９０は各モジュール２８０と関連し得る。アクチュエーター２９０は、モジュール２８０のデザインに基づいて選択され得る。アクチュエーター２９０は手動で操作されてもよいが、例えば、水力学、気体力学、ソレノイド、ステッパーモーター等を使用して自動化されてもよい。検出カートリッジ２１０の成分として描写されるが、アクチュエーター２９０は、本明細書で検討されるより大きい装置の一部分として提供されてもよい（代表的な実施形態は図１および図２に描写される）。
【０１２５】
試薬、緩衝剤等のような材料を送達するためにモジュール２８０を使用することの潜在的な利点は、多種多様な試料材料、試験等の用途にカートリッジ２１０を調整する機会となり得る。
【０１２６】
図３に図式的に描写される検出カートリッジ２１０の様々な態様が記載されているが、ステージングチャンバー６２０、検出チャンバー６３０および廃棄物チャンバー６４０を含む検出カートリッジ６１０の１つの代表的な実施形態は図８で描写される。検出カートリッジ６１０は、検出チャンバー６３０内で露出される検出表面６５２を有するハウジング６１２およびセンサー６５０を含む。
【０１２７】
センサー６５０が、例えばラブ波剪断水平表面弾性波センサーのような音響機械的センサーであることが好ましい。描写されるように、センサー６５０は、好ましくは、その周辺部の可能性を除き、センサー６５０の裏面６５４（すなわち検出チャンバー６３０から離れて面している表面）がカートリッジ６１０内のいずれかの他の構造と接触しないように付着される。
【０１２８】
本発明と関連して使用され得るカートリッジ内で音響機械的センサーを組み合わせるいくつかの潜在的に適切な方法の例は、例えば、２００３年１２月３０日出願の米国特許出願第６０／５３３，１７６号明細書、ならびに本願と同日付で出願された「Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ」と題されるＰＣＴ特許（代理人整理番号５８９２８ＵＳ００４）に見出される。
【０１２９】
いくつかの例において、センサーが付着されるキャリアまたは支持素子上でセンサー接触パッドおよび跡の間に挿入されるＺ軸接着を使用してセンサー上で導波管層の境界の外側に露出される接触パッドを含む音響センサーによって、上記で明示された文献中で使用されるプロセスを使用してよい。あるいは、しかしながら、それらの文献に記載される方法を使用して、Ｚ軸接着剤および導波管材料の特性（例えば、ガラス転移温度（Ｔg）および融点）が類似している導波管層を通して電気接続がもたらされ得る。かかるプロセスにおいて、導波管材料がセンサー上で接触パッドから除去される必要はなく、Ｚ軸接着剤の中の伝導性粒子がセンサーの接触パッド上で導波管材料を通して電気接触をもたらす。
【０１３０】
検出チャンバー６３０内で露出される検出表面６５２の部分が、検出チャンバー６３０を通して流動する試料材料と接触するように配置されることが好ましい。例えば、検出チャンバー６３０を通して流動する材料が、少なくとも重力を通して（他の力を通さないで）検出表面６５２の方向で促進されるように、検出表面６５２が検出チャンバー６３０の底部に（重力と相対的に）位置することが好ましい。
【０１３１】
検出チャンバー６３０は、好ましくは、検出表面６５２の反対側に位置する反対側表面６６０も含む。好ましくは１個以上の異なるフローフロント制御機構が、検出チャンバー６３０を通してのフローフロント進行の制御を補助するために反対側表面６６０上に提供され得る。潜在的に適切なフローフロント制御機構の様々な例が本明細書で検討される。
【０１３２】
反対側表面６６０（およびその上に位置するいずれの突出特徴も）が検出表面６５２と接触しないように、反対側表面６６０および検出表面６５２が互いに一定の間隔で離されていることは好ましい。音響のセンサーに関して、反対側表面６６０が検出表面６５２による音響エネルギーの伝播を中断させる場合、近接もセンサー動作特性に悪影響を及ぼし得る。例えば、検出表面６５２の活性部分に面している検出表面６５２と反対側表面６６０の最低特徴との間の間隔が、２０マイクロメートル以上、より好ましくは５０マイクロメートル以上であることが好ましい。有効なフローフロント制御に関して、反対側表面６６０の最低特徴と検出表面６５２との間の距離が１０ミリメートル、あるいは１ミリメートル以下、いくつかの例において５００マイクロメートル以下および他の例において２５０マイクロメートル以下であることが好ましい。
【０１３３】
また図８のカートリッジ６１０は、検出チャンバー６３０と流体連通にあって、試料材料が検出チャンバー６３０を出た後にその中へと流動する廃棄物チャンバー６４０を含む。カートリッジ６１０は、好ましくは、検出チャンバー６３０と廃棄物チャンバー６４０との間の流体経路に挿入される容積流動制御機能を含む。容積流動制御機能は、好ましくは検出チャンバー６３０からの試料材料が廃棄物チャンバー６４０中に流動する速度を制御するように機能し得る。
【０１３４】
容積流動制御機構は多くの異なる形態を有し得るが、図６に描写される実施形態において、その上に多孔性膜６７４の形態の毛細管構造が位置する開口部６７２の形態で提供される。多孔性膜６７４に加えて、多数の吸収性材料６７６が廃棄物チャンバー６４０内に位置する。
【０１３５】
多孔性膜６７４は、好ましくは、検出チャンバー６３０に面している側面から廃棄物チャンバー６４０に面している側面まで液圧低下を提供し得る。多孔性膜６７４は、好ましくは、検出チャンバー６３０から廃棄物チャンバー６４０中への流速の制御を補助する。圧力低下は、好ましくは多孔性膜６７４内の経路の毛管現象によって提供され得る。多孔性膜を横切る圧力低下は、典型的に孔サイズおよび膜の厚さの関数である。多孔性膜が、例えば０．２ミクロン〜５０ミクロンの範囲の孔サイズを有することは好ましい。多孔性膜として有用であり得る材料のいくつかの適切な例としては、例えば、アクリルコポリマー、ニトロセルロース、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリスルホン、ポリエーテルサルホン、ナイロン、ポリカーボネート、ポリエステル等が挙げられる。
【０１３６】
図８Ａおよび図８Ｂを参照すると、廃棄物チャンバー中への流体の流速を制御するための多孔性膜１４７４を使用する別の構造が描写される。開口部１４７２は、ハウジングの材料を通して形成された一連のオリフィス１４７１を含む。開口部１４７２は、好ましくは、開口部１４７２中へ、およびそれを通しての流動を抑制し得る鋭い縁を回避することによって開口部１４７２を通しての流体の流動を補助するためのチャンバー１４７３を含む（代わりに、半球状、球状または平滑な縁等を使用可能）。
【０１３７】
多孔性膜１４７４はカバー板１４７５によって適切な位地に保持され、それは好ましい実施形態において、その間に位置する多孔性膜１４７４によってオリフィス１４７１上に超音波溶接されてもよい。カバー板１４７５は、好ましくは、それを通して流体が廃棄物チャンバー中へ通過し得るオリフィス１４７９を含み得る。カバー板１４７５の超音波溶接は、開口部１４７２を包囲するエネルギーディレクター１４７７の使用によって補助され得、そしてエネルギーディレクター１４７７の高さは、多孔性膜１４７４の厚さに対していくらかの隙間を与えるように十分であり得る。かかる装置において、カバー板１４７５およびエネルギーディレクター１４７７は、多孔性膜１４７４が破壊することのない流体の密接な付着の形成を補助し得る。また開口部１４７２上に膜１４７４を保持するための他の技術、例えば、接着剤、熱溶接、溶媒溶接、機械固定等が使用されてもよい。カバー板１４７５の有無にかかわらず、これらの技術は使用されてもよい。すなわち、多孔性膜１４７４が開口部１４７２を包囲する構造に直接的に結合されてもよい。
【０１３８】
再び図８を参照すると、膜６７４が検出チャンバー６３０から流体を引き抜いてもよいが、流体の表面張力によって、膜６７４からの、そして廃棄物チャンバー６４０中への流体の流動が防止され得る。結果として、例えば、廃棄物チャンバー６４０内の負の液圧を使用して、膜６７４から廃棄物チャンバー６４０中に流体を引抜くことが好ましい。廃棄物チャンバー６４０内の負の液圧は、様々な技術を使用して提供され得る。廃棄物チャンバー６４０内の負の液圧を提供するための１つの技術としては、例えば、図８に描写されるように廃棄物チャンバー６４０内に位置する吸収性材料６７６が挙げられる。廃棄物チャンバー６４０内の負の液圧を提供するための１つの別の技術は、廃棄物チャンバー６４０内の真空である。他の別の技術が使用されてもよい。
【０１３９】
例えば、吸収性材料またはエネルギーの入力を必要としない他の技術の使用（例えば、廃棄物チャンバー内で真空を維持して）によって、廃棄物チャンバー６４０内の負の液圧が受動的に提供されることが好ましい。廃棄物チャンバー６４０内に提供され得るいくつかの潜在的に適切な吸収性材料の例としては、限定されないが、発泡体（例えば、ポリウレタン等）、微粒子材料（例えば、アルミナ−シリケート、ポリアクリル酸等）、粒状材料（例えば、セルロース、木材パルプ等）が挙げられる。
【０１４０】
廃棄物チャンバー６４０が、図８に描写されるように内部に位置する吸収性材料６７６を備える場合、吸収性材料が、廃棄物チャンバー６４０の内部に面している膜６７４の側面（または図８Ａおよび図８Ｂに示されるようなカバー板１４７５中のいずれかのオリフィス１４７９）と物理的に接触することは好ましい。吸収性材料６７６と膜６７４との間の間隔によって、例えば膜６７４に含まれる流体内の表面張力のため、流体が膜６７４を離れたり、流体が廃棄物チャンバー６４０中に入ることが制限または防止され得る。
【０１４１】
廃棄物チャンバー６４０が、図８に描写されるように内部に位置する吸収性材料６７６を備える場合、吸収性材料が、廃棄物チャンバー６４０の内部に面している膜６７４の側面と物理的に接触することは好ましい。吸収性材料６７６と膜６７４間との間隔によって、例えば膜６７４に含まれる流体内の表面張力のため、流体が膜６７４を離れたり、流体が廃棄物チャンバー６４０中に入ることが制限または防止され得る。
【０１４２】
吸収性材料６７６が廃棄物チャンバー６４０内で提供される場合、廃棄物チャンバー６４０中への容積流速を制御するために様々な吸収性材料の層を提供することは都合がよい。例えば、第１の吸収性材料の層は膜６７４の近位に提供されてよく、第１の層材料が特徴的なウィッキング速度および画定された流体容積を有する。第１の吸収性材料の層がその容量まで装填された後、廃棄物チャンバー６４０に入る流体はウィッキング速度を有する第２の吸収性材料の層中に引き抜かれ、それによって廃棄物チャンバー６４０中の異なる負の圧力が潜在的に提供される。
【０１４３】
例えば異なる吸収性材料の層の使用による廃棄物チャンバー６４０内の負の圧力の変化を使用して、例えば、カートリッジ６１０を通して試料材料が引き抜かれる時の液頭圧の変化のようなカートリッジ６１０内の他の変化を相殺してもよい。液頭圧の変化を相殺するために、例えば、廃棄物チャンバー中で保持される真空レベルの変化、カートリッジ中での１以上の通気孔の開放等のような他の技術も使用されてよい。
【０１４４】
図８の実施形態は廃棄物チャンバー６４０中に通気孔６７８を含み、廃棄物チャンバー６４０の内部容積を周囲雰囲気と連結して配置し得る。通気孔６７８の開放および／または閉鎖を使用して、廃棄物チャンバー６４０中へ、従ってカートリッジ６１０を通しての流体の流動が制御され得る。さらに、例えば、通気孔６７８を通して真空を引くこと等によって、廃棄物チャンバー６４０内の圧力を低下するために通気孔６７８を使用することもできる。
【０１４５】
廃棄物チャンバー６４０と直接的に流体連通するものとして描写されているが、１個以上の通気孔が提供されて、それらが検出カートリッジ６１０、例えばステージングチャンバー６２０、検出チャンバー６３０等の内部容積に導入するいずれかの適切な位置に直接的に連結されていてもよい。通気孔６７８はいずれかの適切な形態、例えば、１個以上の空隙、チューブ、固定具等であってよい。
【０１４６】
通気孔６７８は、通気孔開口部を開放、閉鎖またはサイズ調節するためのシール、キャップ、バルブまたは他の構造の形態で閉鎖要素６７９を含み得る。シールとして提供される場合、シールは通気孔６７８上に接着もしくは他の様式で付着されるか、または内部に位置し得る。いくつかの実施形態において、通気孔を開放または閉鎖するために閉鎖要素６７９が使用されてもよい。他の実施形態において、通気孔開口部のサイズが、完全に閉鎖される状態と完全に開放される状態の間の少なくとも１つのサイズに調節されて、検出カートリッジ６１０を通しての流体流速を調節できるように、閉鎖要素６７９は調節可能であってもよい。例えば、通気孔開口部のサイズ増加は流体の流速を増加させ得、その一方、通気孔開口部のサイズ制限は、検出カートリッジ６１０の内部容積を通して、例えばステージングチャンバー６２０、検出チャンバー６３０等を通して、流体の流速の制御可能な低下を引き起こし得る。例えば、通気孔６７８は、通気孔開口部サイズを調節するために使用可能である流動リストリクターを備えてもよい。通気孔６７８が複数のオリフィスを含む場合、流体流動の制御等のために、１個以上のオリフィスを開放または閉鎖することが可能である。
【０１４７】
図８Ｃは、本発明と関連して使用され得る１つの潜在的なセンサー６５０の検出表面６５２の図である。検出カートリッジと連結して描写されているが、図８Ｃに描写されるセンサーのデザインがいずれの音響機械的センサーにおいても使用可能であることは理解されるべきである。検出表面６５２は２個のチャネル６５３ａおよび６５３ｂを含み、それぞれが一対の集積トランスデューサー６５４ａおよび６５４ｂ（それぞれ）を含む。これは、音響機械的センサーにおいて圧電基板を励起させるために使用される既知のトランスデューサーと同様である。
【０１４８】
しかしながらチャネル６５３ａおよび６５３ｂは、トランスデューサー６５４ａおよび６５４ｂに電気エネルギーを送達するために使用される接触パッド６５６が、各チャネル６５３ａおよび６５３ｂにおいてトランスデューサー６５４ａと６５４ｂとの間で中で画定される音響経路の一側面へと離れて位置するため、対立するトランスデューサー６５４ａおよび６５４ｂの間で測定される音響経路長さ６５５が拡張されているという点で既知のセンサーとは異なる。接触パッド６５６が音響経路の一側面へと離れて位置するため、接触パッド６５６は（各チャネル６５３ａおよび６５３ｂの各端部でトランスデューサー６５４ａおよび６５４ｂによって画定されるように）音響経路の末端間に位置し得る。図８Ｃに描写されるように、接触パッド６５６はリードによって電極６５４ａおよび６５４ｂに連結される。
【０１４９】
所定の検出表面６５２上でトランスデューサー６５４ａおよび６５４ｂをさらに離して移動することによって音響経路長さを増加することができるため、接触パッド６５６を各チャネル６５３ａおよび６５３ｂの音響経路の一側面へと離れて位置することは都合がよい。２個のチャネル６５３ａおよび６５３ｂが同一検出表面６５２上で形成される場合、接触パッド６５６が、チャネル６５３ａおよび６５３ｂの２個の音響経路間に位置せず、図８Ｃに描写されるように、２個の音響経路の側面（例えば、第１の音響経路および第２の音響経路）へと離れて位置することが好ましい。
【０１５０】
図８Ｃの基材上の各音響経路は、例えば遅延ラインセンサー用に典型的であるように、一対のトランスデューサーによって画定されるが、共鳴器デバイスとして動作するように配置された１個のみのトランスデューサーを含むセンサーと同様に、図８Ｃに描写される原則実施可能であることを理解するべきである。かかるデバイスにおいて、トランスデューサーに連結された接触パッドは、好ましくは、１個のトランスデューサーによって画定される音響経路の一側面へと離れて、かつ端部間にある。
【０１５１】
図９Ａおよび図９Ｂは、検出チャンバー７３０および廃棄物チャンバー７４０の部分を含む別のカートリッジ７１０の部分を描写する。廃棄物チャンバー７４０および検出チャンバー７３０は、描写された実施形態において、好ましくは毛管力によって検出チャンバー７３０から流体を引抜く一組の毛細管チャネル７７２を含む流動通路７７０の形態の毛細管構造によって分離される。毛細管チャネル７７２の具体的な形状は、図９Ｂの断面図に描写されるものと異なってもよい。また流動通路に提供される毛細管チャネル７７２の数は、わずか１本の毛細管チャネルから複数の毛細管チャネルのいずれかの選択された数まで変化し得る。
【０１５２】
図９Ａおよび９Ｂの実施形態において、流動通路７７０が、好ましくは図８の実施形態に関連して使用される多孔性膜と交換されてよい。毛細管チャネルまたはチャネル７７０は、好ましくは検出チャンバー７３０から流体を引抜くために所望のレベルの負の液圧を提供する。
【０１５３】
いくつかの例において、本発明の検出カートリッジにおいて検出チャンバーと廃棄物チャンバーとの間に毛細管構造を提供するために、多孔性膜および１個以上の毛細管チャネルを提供ことが好ましい。チューブ等のような他の毛細管構造が本明細書に記載される代表的な実施形態の代わりに使用されてもよい。
【０１５４】
毛細管チャネル７７２によって検出チャンバー７３０から流体を引き抜いてもよいが、流体の表面張力によって、流体が流動通路７７０から、そして廃棄物チャンバー７４０中へと流動することが防止され得る。結果として、廃棄物チャンバー７４０内の例えば負の液圧を使用することによって、流動通路７７０から廃棄物チャンバー７４０中へと流体を引き抜くことが好ましい。様々な技術を使用して、廃棄物チャンバー７４０内の負の液圧が提供され得る。廃棄物チャンバー７４０内の負の液圧を提供する１つの技術としては、例えば、図９Ａに描写されるように廃棄物チャンバー７４０内に位置する吸収性材料７７６が挙げられる。廃棄物チャンバー７４０内の負の液圧を提供する１つの別の技術は、廃棄物チャンバー７４０内の真空である。他の別の技術が使用されてもよい。
【０１５５】
例えば、吸収性材料またはエネルギーの入力を必要としない他の技術の使用（例えば、廃棄物チャンバー内で真空を維持して）によって、廃棄物チャンバー７４０内の負の液圧が受動的に提供されることが好ましい。廃棄物チャンバー内の吸収性材料の使用については、図８に描写される実施形態と関連して上記されている。
【０１５６】
吸収性材料が廃棄物チャンバー７４０内で使用される場合、流体が毛細管チャネルから出ることを妨害し得る表面張力に打ち勝つように、吸収性材料がいずれもの毛細管チャネル７７２の端部と接触することは好ましい。
【０１５７】
再び図８に描写されるカートリッジを参照して、ステージングチャンバー６２０は、検出チャンバー６３０から上流に提供されてもよい。ステージングチャンバー６２０は、検出チャンバー６３０に入る前に様々な成分が導入され得る容積を提供し得る。描写されていないが、ステージングチャンバー６２０が、例えば内部に位置する一種以上の試薬（例えば、適切な時間で選択的な放出のためにドライドダウンされたか、または他の様式で含有される）；コーティング（例えば、親水性、疎水性等）；構造／形状（例えば、気泡形成を低下／防止し得る、混合を改善／引き起こし得る等）のような様々な機能を含み得ることは理解されるべきである。
【０１５８】
また図８に描写されるように、ステージングチャンバー６２０と検出チャンバー６３０との間の流体経路は開放されてもよい。あるいはステージングチャンバー６２０と検出チャンバー６３０との間の流体経路は、例えば、濾過（例えば多孔性膜、サイズ除外構造、ビーズ等を使用して）、流動制御（例えば、１個以上のバルブ、多孔性膜、毛細管またはチャネル、流動リストリクター等を使用して）、コーティング（例えば、親水性、疎水性等）、構造／形状（例えば、気泡形成および／または移動を低下／防止し得る、混合を改善／引き起こし得る等）のような１以上の機能を実行する様々な特徴を含んでもよい。
【０１５９】
図８に描写される任意のもう１つの特徴は、ステージングチャンバー６２０と検出チャンバー６３０との間の流動経路における流体モニター６２７の包含である。流体モニター６２７は、好ましくは、好ましくは、流体の存在、流速、流量等のアクティブなリアルタイムモニターを備え得る。流体モニター６２７はいずれかの適切な形態であってもよく、例えば、流体に露出され、そしてモニター電極上の流体の流動特性および／または流体の存在を決定するために、例えば交流電流を使用してモニターされる電極である。もう１つの代替物は、モニターされる流体と接触することが必ずしも必要とされない静電容量をベースとする流体モニターを含み得る。
【０１６０】
流体モニター６２７の潜在的な利点としては、例えば、流体モニター６２７によって感知される条件に応じて、試料材料、試薬、洗浄緩衝液等の導入を自動的に活性化する能力が挙げられる。あるいは流体モニター６２７によって感知される条件は、評価および／または動作のために操作者に信号またはフィードバックを提供し得る。いくつかの応用に関して、例えば診断医療の応用に関して、確実に検出カートリッジが適切に動作するように、すなわち、許容可能なパラメータ範囲内で流体を受け取るように流体モニター６２７が使用されてもよい。
【０１６１】
流体モニター６２７を使用するフィードバックループ制御は、カートリッジ６１０の外側でコントローラーを使用することによって達成され得る（例えば、図１１の装置または検出カートリッジ中の埋め込まれたコントローラー（例えば図１および図２を参照のこと）を参照のこと）。使用時に、流体モニター６２７は、１以上のモジュール６８０を使用して検出カートリッジ６１０の内部へ（例えば、ステージングチャンバー６２０中へ）の追加材料の送達のための基礎として使用可能である１以上の条件を検出し得る。
【０１６２】
図８に描写される代表的なカートリッジ６１０は、カートリッジ６１０のステージングチャンバー６２０中へと材料を送達するように配列される２個のモジュール６８０を含む。モジュール６８０は、ステージングチャンバー６２０中へと開放されたモジュールポート６２８を通して、それらの材料をステージングチャンバー６２０中へと送達する（ステージングチャンバー６２０に関連するモジュール６８０の配向または方向が描写されたものから変更されてもよいことは理解されるべきである）。モジュール６８０は、好ましくは、モジュール６８０とモジュールポート６２８との間で適切な流体の密接なシールを提供可能である接着剤６２４または他の材料によってモジュールポート６２８に付着される。モジュールポート６２８にモジュール６８０を付着するためのいずれの適切な技術も接着剤６２４の代わりに使用されてよい。いくつかの例において、モジュールポート６２８上にモジュール６８０が（化学的、熱的、超音波的等）溶接されても、または他の様式で付着されてよい。他の例において、モジュール６８０は、ねじ込み固定具、ルアーロック等のような相補的構造を使用してモジュールポートに連結されてもよい。
【０１６３】
材料をカートリッジ６１０中へと導入するために使用され得るモジュールの他の代表的な実施形態については他でも記載されるが、図８に描写される各モジュール６８０は、ステージングチャンバー６２０中へと導入するモジュールポート６２８上に配列された開口部６８２上にシール６８９を含む。各モジュール６８０は、シール６８９とプランジャー６８１との間に位置するチャンバー６８６を画定するプランジャー６８１も含む。ステージングチャンバー６２０中へとモジュール６８０の内容物を送達するためにプランジャー６８１が使用される前に、ステージングチャンバー６２０中へと送達される材料は典型的にチャンバー６８６内に位置する。
【０１６４】
描写された実施形態において、プランジャー６８１は、好ましくは、モジュール６８０によって材料がステージングチャンバー６２０中に入るようにシール６８９を貫通するか、引裂くか、または他の様式で開放するように設計されてよい。描写されたプランジャー６８１は、そのような目的のための貫通先端部を含む。あるいは、モジュール６８０が、バルブまたはチャンバー間で材料の移動制御のために使用される他の適切な流体構造によってステージングチャンバー６２０から隔離され得ることは理解されるべきである。
【０１６５】
図８に描写される１つの変形は、上部モジュール６８０がモジュール６８０のチャンバー６８６中へ開口しているポート６９０を含むことである。ポート６９０は、モジュール６８０を使用してのステージングチャンバー６２０へのその後の送達のためにチャンバー６８６中へと材料を送達するために使用されてもよい。例えばポート６９０は、回収された試験片等を、その後、選択された時間および／または速度でステージングチャンバー６２０に導入可能であるモジュール６８０中へ導入するために使用されてもよい。加えて、試料材料を受けるモジュール６８０のチャンバー６８６は、モジュール６８０への導入時に試料材料と接触する一種以上の試薬または他の材料を含み得る。描写されていないが、試料材料がモジュール６８０中に導入される前および／または後にポート６９０を密閉することは好ましい。材料がモジュール６８０中に挿入される前および／または後に、例えばセプタム、バルブ、誘導溶接シール、キャップおよび／または他の構造によってポート６９０が密閉されてもよい。
【０１６６】
本発明に従って試薬および／または他の材料を送達するために使用され得るモジュール８８０の１つの代表的な実施形態は、図１０Ａおよび図１０Ｂの断面図に描写される。描写された代表的なモジュール８８０は複数のチャンバーを含み、各チャンバーは同一または異なる材料を含有してもよく、そして好ましくは各チャンバーは互いから密封されてもよい。それらが互いに導入された時に、異なるチャンバー内の材料が混合するようにモジュール８８０が設計されることは好ましい。
【０１６７】
異なる材料を別のチャンバー内に保存することによって、好ましくは必要とされるまで混合されないで材料をモジュール８８０に提供することが可能である。例えば、いくつかの物質は、好ましくはそれらの貯蔵寿命、使用寿命等を延長するために乾燥状態で保管され得るが、同一物質が、使用可能な生成物を提供するために、水等を含み得る液体中で混合される必要があってもよい。要求に応じてこれらの材料を混合および／または分配する能力を提供することによって、本発明のモジュールは、多くの異なる材料のために都合のよい貯蔵および導入デバイスを提供し得る。
【０１６８】
描写されたモジュール８８０は、３個のチャンバー８８４、８８６および８８８を含む。チャンバーは、好ましくは、シール８８５（チャンバー８８４と８８６との間に位置する）およびシール８８７（チャンバー８８６と８８８との間に位置する）によって分離され得る。描写されたモジュール８８０は、先端部８８３を有するプランジャー８８１も含み、この先端部は描写された実施形態において、プランジャー８８１が図１０Ａで描写される装填位置（すなわち、モジュール８８０の左端上）から排出位置（すなわち、図１０Ａで矢印によって示されるように出口ポート８８２の方向へ）に移動される時にシール８８５および８８７を貫通するように設計されている。プランジャー８８１は、好ましくは、Ｏ型リング（描写されている）、またはチャンバー中の材料が反対方向で、すなわち開口部８８２から離れてプランジャー８８１を通過して移動することを防止するための他のシーリング構造を含んでもよい。
【０１６９】
図１０Ｂは分配操作を描写しており、ここでは、プランジャー８８１が図１０Ａの装填位置から排出位置へと移動中である。図１０Ｂにおいて、チャンバー８８４および８８６中の材料は互いに接触および混合可能であるように、先端部８８３は貫通シール８８５を有する。チャンバー８８４が液体８９０、例えば、水、食塩水等を含有すること、およびチャンバー６８６がドライドダウン試薬６９２（例えば、溶解剤、フィブリノーゲン等）を含有することが好ましい。ここで液体８９０は、試薬８９２を液体８９０による溶液、懸濁液、混合物等に加える。試薬８９２はチャンバー８８６内でドライドダウンされているものとして描写されているが、それは例えば、粉末、ゲル、溶液、懸濁液または他の形態で位置してもよい。チャンバー８８４および８８６中の材料の形態に関係なく、シール８８５の貫通または開放によって二種の材料が互いに接触し、そして好ましくは、少なくとも一部分がモジュール８８０から分配されるようにモジュール８８０内に結集される。
【０１７０】
プランジャー８８１が出口ポート８８２の方向へ進むと、チャンバー８８８中の材料８９４が、好ましくはチャンバー８８４および８８６からの材料８９０および６９２と接触するように、先端８８３は、好ましくはシール８８７も貫通する。
【０１７１】
出口ポート８８２の方向へ完全に進むと、先端８８３は、好ましくは出口ポート８８２上に提供された出口シール８８９を貫通し、それによって流体モジュール８８０から例えばステージングチャンバーまたは他の空間中へと材料８９０、８９２および８９４が放出される。流体モジュール８８０を通してプランジャー８８１が完全に進む（すなわち、図１０Ａおよび図１０Ｂの右の方向へ完全に）時に、様々なチャンバー中の実質的に全ての材料が流体モジュール８８０から強制されるように、プランジャー８８１および先端部８８３の形状が最終チャンバー８８８および出口ポート８８２の形状と適合することが好ましい。
【０１７２】
図１０Ｃは、モジュールの開口部１６８２における代表的な別の先端部１６８３の拡大図である。先端部１６８３は、好ましくはプランジャー１６８１から延在する。本明細書で検討されるように、先端部１６８３およびプランジャー１６８１の形状は、好ましくは、モジュールハウジング１６９５における開口部１６８２の形状と適合する。例えば、描写された先端部１６８３の部分は、開口部１６８２の円錐台形に一致する円錐形を有する。加えて、プランジャー１６８１およびプランジャー１６８１に面しているモジュールの内面１６９６も互いに一致することは好ましい。プランジャー１６８１と、モジュールの特徴と適合する先端部１６８３との間の一致によって、本発明のカートリッジ中へのモジュールからの材料の完全な送達が強化され得る。
【０１７３】
さらに、先端部１６８３によって貫通されたシールを通過する材料の移動を促進する形状で、または特徴を有して先端部１６８３が提供されることは好ましい。図１０Ｃおよび図１０Ｄに描写されるように、この特徴は、円錐形の先端部１６８３で形成されたチャネル１６９７と同程度に単純であってよい。あるいは先端部１６８３それ自体が、貫通されたシールによって先端部が流体流動にバリヤを形成する可能性を低下するための多くの他の形状を有し得る。かかる代替物としては、例えば、星型貫通先端部、リッジ等が挙げられる。
【０１７４】
モジュール８８０中のプランジャー８８１は、いずれかの適切なアクチュエーターまたは技術によって移動され得る。例えば、所望の方向でプランジャー８８１を移動するために、ドライバー開口部８９８によってモジュール８８０中に挿入された機械的デバイス（例えばピストン）によってプランジャー８８１が駆動されてもよく、またはドライバー開口部８９８を通して液圧がモジュール８８０中に導入されてもよい。例えば、ステッパーモーター、またはプランジャー８８１（および例えば先端部８８３のようないずれかの関連構造）の移動における制御の強化を考慮する他の制御された機械構造を使用して、プランジャー８８１を駆動することが好ましい。プランジャー８８１を移動するための他の手段は当業者に既知であり、例えば、ソレノイドアセンブリ、水力式アセンブリ、空気式アセンブリ等である。
【０１７５】
モジュール８８０、プランジャー８８１および先端部８８３は、所望の品質または機械特性を提供し、モジュール中に貯蔵される材料と適合性を有するいずれかの適切な材料、例えば、ポリマー、金属、ガラス、ケイ素、セラミックス等から製造されてよい。同様にシール８８５、８８７および８８９は、いずれかの適切な材料、例えば、ポリマー、金属、ガラス等から製造されてよい。例えばシールは、好ましくは所望のバリヤ特性およびモジュール８８０中に貯蔵される様々な材料との適合性を提供するポリマーフィルム／金属ホイル複合物から製造されてよい。
【０１７６】
シールおよびモジュールハウジングの両方のために使用される材料が、異なるチャンバー間での漏洩を防止する様式でシールを付着するために使用される付着技術と適合性を有することは好ましい。モジュール８８０と関連して使用され得るいくつかの付着技術の例としては、例えば、熱シーリング、接着剤、化学的溶接、熱溶接、超音波溶接、それらの組み合わせ等が挙げられる。摩擦、圧縮等によって適切な場所でシールが保持されるようにモジュールが構成され得ることも理解されるべきである。
【０１７７】
さらに、いくつかの実施形態において、シールを貫通する先端部または他の構造を使用せずに、流体モジュールのシールを開放することが可能であることも理解されるべきである。例えば、単独で液圧によってシールが開放されてもよい（すなわち、例えばシール中に形成された弱性ライン等使用して、プランジャーが装填位置から出口ポートの方向へ移動する時に、シールが圧力下で破裂するように設計されていてもよい）。
【０１７８】
装置デザイン
本発明の検出カートリッジが、例えば、検出カートリッジ中のセンサーまたは他のデバイスへの電力提供、センサーによって発生したデータの受信、流体流動を制御するためのユーザー入力をもたらす性能および／またはセンサー操作等のような様々な機能を提供し得るユニットとドッキング可能または連結可能であることは望ましい。
【０１７９】
１つのそのような装置９００は図１１に図式的に描写されており、好ましくは電源９０１およびユーザーインタフェース９０２（例えば、押しボタン、キーボード、タッチスクリーン、マイク等）を含む。また装置９００は、例えば、バーコード、無線周波数識別デバイス、機械構造等を使用して特定の検出カートリッジ９１０を識別するために適応させた識別モジュール９０３を含んでもよい。
【０１８０】
また装置９００は、好ましくはセンサーの出力を解釈するための検出カートリッジおよびプロセッサ９０５においてセンサーからデータを得るセンサーアナライザー９０４を含んでもよい。言い換えると、センサーの出力を解釈可能であるように、センサーアナライザー９０４はセンサー検出カートリッジ９１０から出力を受信し、そしてプロセッサ９０５への入力を提供し得る。
【０１８１】
プロセッサ９０５は、センサーアナライザー９０４からの入力を受信する。それは例えば、音響機械的センサーを通して、またはその上における波伝播と関連する測定値を含み得る。次いでプロセッサ９０５は、標的生物学的分析物が試料材料中に存在するかどうか決定し得る。本発明はこの観点に限定されないが、検出カートリッジ９１０中のセンサーは、装置９００中または上でスロットまたは他のドッキング構造中へと検出カートリッジ９１０の挿入を通してセンサーアナライザー９０４に電気的に接続されてよい。プロセッサ９０５はセンサーアナライザー９０４と同一ユニットに収容されてもよく、または別のユニットもしくは別のコンピュータ部分であってもよい。
【０１８２】
またプロセッサ９０５が、一種以上の異なるデータ分析技術を格納可能であるメモリ９０６に接続されてもよい。あるいはプロセッサ９０５内で、例えばハードウェアのようないずれかの所望のデータ分析技術が設計されてもよい。いずれの場合も、プロセッサ９０５は、標的生物学的分析物の検出可能な量が検出カートリッジ９１０のセンサーの検出表面上に存在するかどうかを決定するためのデータ分析技術を実行する。
【０１８３】
例として、プロセッサ９０５は、メモリ９０６に保存されるソフトウェアを実行する汎用マイクロプロセッサであってもよい。その場合、特に設計されたコンピュータ、汎用パソコン、ワークステーション、ハンドヘルドコンピュータ、ラップトップコンピュータ等にプロセッサ９０５が収容されてもよい。あるいは、プロセッサ９０５は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）または他の特に設計されたプロセッサであってもよい。いずれの場合も、プロセッサ９０５は、好ましくは、標的生物学的分析物が試験試料内に存在するかどうかを決定するためのいずれかの所望のデータ分析技術を実行する。
【０１８４】
メモリ９０６は、プロセッサ９０５によって適用され得るプロセッサ実行可能ソフトウェアの指示を保存するコンピュータ読み込み可能媒体の一例である。例として、メモリ９０６は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、電気的消去可能ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ等であってよい。いずれのデータ分析技術も、センサーの出力分析のために使用されるより大きいソフトウェアプログラム部分を形成してもよい（例えば、テキサス州、オースティンのナショナル  インストルメンツ  コーポレイション（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ａｕｓｔｉｎ，Ｔｅｘａｓ）からのラビビュー（ＬＡＢＶＩＥＷ）ソフトウェア）。
【０１８５】
装置および（例えばセンサーの駆動手段および／またはセンサーからのデータの分析手段を提供するため）本発明と関連して使用され得るデータ分析技術のさらなる説明は、例えば２００３年１２月３０日出願の米国特許出願第６０／５３３，１７７号明細書および本願と同日付で出願された「Ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  Ｖｅｌｏｃｉｔｙ  Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ａ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ  Ｓｅｎｓｏｒ」と題されるＰＣＴ出願（代理人整理番号５８９２７ＷＯ００３）に記載されている。本発明のセンサーを使用して標的生物学的分析物の存在（または不在）を決定するための他のデータ分析技術、例えば移相計算を単純化するための実験後のノイズ低減フィルタとして使用される時間領域ゲーティング等も告訴され得る。さらに他の潜在的に有用なデータ分析技術は、音響センサーの使用に関連して本明細書で確認される文献に記載されている。そこでは表面弾性波センサーの使用に関連する装置および方法が記載されているが、これらの装置および方法の使用は、他の音響機械的センサーによって使用されてもよいことは理解されるべきである。
【０１８６】
音響機械的センサーの製造
本明細書で検討されるように、本発明は検出表面上で流動する試験試料内の標的生物学的分析物の存在を検出するための音響機械的センサーの使用に依存する。所望の選択的な付着特性を有する音響機械的センサーを提供するために必要とされる様々な材料をコーティングするか、または他の様式で提供することは、様々な方法および技術を使用して実行され得る。
【０１８７】
潜在的に有用な構造の一例は図１２に描写されており、これはその上に導波管１０８２が位置する基材１０８０を含む。例えば、それらの層間で所望のレベルの接着力を得ること（またはいくつかの他の結果を達成すること）が必要であれば、結合層１０８４は固定化化学作用層１０８６と導波管１０８２との間で提供されてよい。捕捉剤の層１０８８が固定化層１０８６上に提供されてもよく、そしていくつかの実施形態において不活性化層１０９０が捕捉剤の層１０８８上に提供されてよい。
【０１８８】
音響センサーによって使用される場合、センサーにおいて使用される導波管材料、固定化材料、捕捉剤等は、いずれかの適切な技術または方法によって付着されてよい。典型的に、かかる材料がキャリア液体中で基材に送達されることが好ましく、ここでキャリア液体および材料は、例えば溶液または分散を形成する。そのように送達された時、表面上に材料を付着するためのいくつかの適切な付着技術の例としては、限定されないが、フラッドコーティング、スピンコーティング、印刷、ノンコンタクト付着（例えば、インクジェット、スプレージェット等）、パターンコーティング、ナイフコーティング等が挙げられる。いくつかの実施形態において、付着技術が表面パターンコーティング能力、すなわち、表面の選択された部分のみの上で材料を付着させる能力を有することは好ましい。２００３年６月２７日出願の米国特許出願第１０／６０７，６９８号明細書は、本発明に従うセンサー構造体と関連する使用のために適切なパターンコーティング方法を記載する。
【０１８９】
いくつかの実施形態（例えば、本願と同日付で出願された「Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」と題されるＰＣＴ特許（代理人整理番号６０２０９ＷＯ００３）および他に記載されるもの）において、いくつかの材料が導波管材料および基礎の基材上の第２の捕捉剤のための固定化材料の両方として機能し得る。他の実施形態において、同一材料が導波管材料、固定化材料および捕捉材料として機能してもよい。これらの両方の変形において、好ましくは、キャリア液体が基礎の基材に悪影響を及ぼさないように、それ自体がキャリア液体中で効果的に不溶性である基礎の基材上に本発明の材料が付着されてよい。
【０１９０】
しかしながら、導波管材料、固定化材料および／または捕捉剤が付着される表面は、材料を送達するために使用されるキャリア液体中でいくらかの可溶性を示し、例えばインクジェット、スプレージェット等のようなノンコンタクト付着技術を使用して材料が付着されることは好ましい。例えば、基礎基材が、センサー基材上で例えばポリイミド、アクリレート等から形成された導波管であり、そして固定化層の材料がキャリア液体として例えば酢酸ブチルを使用して付着される場合、導波管の変形を制限するため、そして好ましくは、得られるコーティング表面上で露出される固定化材料の機能特性を保持するために、ノンコンタクト付着方法を使用することが好ましい。表面上の捕捉剤のコーティングに関して、同様の考慮がなされてよい。
【０１９１】
スプレー−ジェットコーティングプロセスにおいて、付着速度、基材速度（スプレージェットヘッドと比較して）、シースガス流速、シースガス、ラスター間隔、ラスターパターン、経路の数、スプレーされた溶液／分散体中の固体パーセント、ノズルの直径、キャリア液体、本発明の材料が付着される基礎表面の組成等を含む、制御され得るいくつかの変数がある。適切なコーティングを得るために本発明の材料が付着され得る具体的な条件は、経験的に決定されてよい。
【０１９２】
本明細書および添付の請求の範囲において使用される場合、文脈中に特記されない限り、単数形（「ａ」「ａｎｄ」および「ｔｈｅ」）は複数の指示物を含む。したがって、例えば「標的生物学的分析物」への言及は、複数の標的生物学的分析物を含み、そして「検出チャンバー」への言及は１個以上の検出チャンバーおよび当業者に既知のその同等物への言及を含む。
【０１９３】
用語「含んでなる」およびその変形は、これらの用語が明細書または請求の範囲に現れる場合、限定的な意味を有さない。
【０１９４】
本明細書で確認される全ての参考文献および刊行物は、本開示に全体的に明白に援用される。本発明の実例となる実施形態が検討され、そして本発明の範囲内にある可能な変形に対して引用がされる。本発明におけるこれらおよび他の変更および修正は本発明の範囲から逸脱することなく当業者に明白であり、そして本発明が本明細書に記載される実例となる実施形態に限定されないことは理解されるべきである。従って、本発明は、請求の範囲およびその同等物によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【０１９５】
【図１】本発明に従う１つの代表的な検出装置の概略図。
【図２】本発明に従うもう１つの代表的な検出装置の概略図。
【図３】本発明に従う１つの代表的な検出カートリッジの概略図。
【図４Ａ】本発明に従うフローフロント制御機構を含む１つの代表的な反対側表面の平面図。
【図４Ｂ】本発明に従うフローフロント制御機構を含むもう１つの代表的な反対側表面の斜視図。
【図４Ｃ】本発明に従うフローフロント制御機構を含むもう１つの代表的な反対側表面の断面図。
【図４Ｄ】本発明に従うフローフロント制御機構を含むもう１つの代表的な反対側表面の断面図。
【図４Ｅ】本発明に従うフローフロント制御機構を含むもう１つの代表的な反対側表面の断面図。
【図４Ｆ】本発明に従うフローフロント制御機構を含むもう１つの代表的な反対側表面の平面図。
【図５】疎水性および親水性領域の形態の流動制御機構を含む反対側表面の平面図。
【図６】本発明に従う流動制御機構を含むもう１つの代表的な反対側表面の平面図。
【図７】本発明に従う流動制御機構を含むもう１つの代表的な反対側表面の平面図。
【図８】本発明に従う１つの代表的な検出カートリッジの概略図。
【図８Ａ】本発明に従う検出カートリッジにおける廃棄物チャンバー中への別の代表的な開口部の拡大断面図。
【図８Ｂ】図８Ａに描写される構成要素の分解図。
【図８Ｃ】検出表面上で、拡張された音響経路長さを有する２本のチャネルを含む音響センサーの拡大平面図。
【図９Ａ】本発明に従う検出カートリッジにおける検出チャンバーと廃棄物チャンバーとの間の１つの別の連結を描写する図。
【図９Ｂ】線９Ｂ−９Ｂに沿って取られる図９Ａの流動経路の断面図。
【図１０Ａ】本発明と関連して使用されて得る１つの代表的なモジュールの断面図。
【図１０Ｂ】使用間の図１０Ａのモジュールの断面図。
【図１０Ｃ】本発明のモジュール内の排出位置に配置される別のプランジャーおよび先端部の部分的な拡大断面図。
【図１０Ｄ】図１０Ｃの線１０Ｄ−１０Ｄに沿って取られる断面図。
【図１１】本発明と関連して使用され得る１つの装置の概略図。
【図１２】本発明と関連して使用され得る１つの代表的な音響機械的センサー構造の概略図。
【図１】
2007517225.tif 000003
【図２】
2007517225.tif 000004
【図３】
2007517225.tif 000005
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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