(57)【要約】  本発明は、生体粒子を検出するための、方法、チップ、装置、及びシステムに関する。本発明の方法は、典型的に、気体試料から生体粒子を収集すること、生体粒子を第一の液体試薬と接触させること、収集した生体粒子から生体材料を抽出すること、及び生体材料を分析して標的核酸配列の存在を確かめること、を含んで成る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）第一及び第二の電極の間に少なくとも試料チャンバーの一部が存在するように配置され、第一及び第二の電極の間隔が長くて２０ｍｍである、試料チャンバー並びに第一及び第二の電極を提供する段階、
ｂ）試料チャンバー中に気体試料を提供する段階、
ｃ）第一の電極に第一の電位を、第二の電極に第二の電位を印加し、それにより第一及び第二の電極の間に電位差及び電場を生じさせて、気体試料からの生体粒子の試料チャンバー中での静電収集（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）を促進する段階、
ｄ）収集した生体粒子を第一の液体試薬と接触させ、それにより反応混合物を得る段階、
ｅ）試料チャンバー中で、生体粒子からの生体材料の抽出を可能にするのに十分な振幅を有する交流電場に反応混合物を曝露する段階、
ｆ）標的核酸配列の核酸増幅を実施する段階、
ｇ）増幅した標的核酸配列及び／又は標的核酸配列の増幅から得られる産物の存在を評価し、任意で、少なくとも１つの増幅した標的核酸配列のコピーが存在し、そして／或いは標的核酸配列の増幅から生じる少なくとも１つの産物が存在するならば、生体粒子が試料中において検出されたと推論する段階、
を含んで成る、気体試料から生体粒子を検出するための方法。
【請求項２】
第一及び第二の電極を試料チャンバーの反対側に配置する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第一の液体試薬が、核酸増幅を実施するのに必要な１又は複数の試薬を含んで成る、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第一の液体試薬が、プライマー、三リン酸ヌクレオチド及びポリメラーゼから成る群から選択される、１又は複数の試薬を含んでなる、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
第一の液体試薬が、５’−３’エキソヌクレアーゼで分解可能なオリゴ核酸プローブを更に含んで成り、当該核酸プローブの分解が還元活性成分の放出をもたらす、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
還元活性成分がメタロセン、例えばフェロセンである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
段階ｆ）の核酸増幅を、ポリメラーゼ連鎖反応技術（ＰＣＲ）、鎖置換増幅（ＳＤＡ）、ライゲーション−ローリングサークル増幅（Ｌ−ＲＣＡ）及びそれらの組み合わせ／変形から成る群から選択される増幅技術を用いて実施する、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
段階ｆ）の核酸増幅がＰＣＲである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
段階ｆ）の核酸増幅がネステッドＰＣＲ、好ましくはシングルチューブネステッドＰＣＲである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
段階ｇ）の測定がボルタンメトリー測定を含んで成る、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
ボルタンメトリー測定を、微分パルスボルタンメトリー又は信号対雑音比を増大させる基準信号のサブトラクション用の他の手段を用いて実施する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ボルタンメトリー測定を、試料チャンバーに配置した検出電極を用いて実施する、請求項１０又は請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
−  周囲空気と流体連絡した第一の開口部及び装置との流体連絡を形成するための第二の開口部を有し、気体試料を含んで成る試料チャンバー、
−  試料チャンバーの反対側に配置した、第一及び第二の電極、
−  加熱電極、
−  温度感知素子、
−  検出電極
を含んで成る、気体試料から生体粒子を検出するためのチップ。
【請求項１４】
−  チップが装置と機能的に接続するように配置される、チップ用サイト、
−  チップ又は装置の第一及び第二の電極間に交流電場を適用するための、装置とチップの間の電気インタフェース、及び
−  装置が、下記の動作：
−  試料チャンバーに気体試料を提供すること、
−  第一の電極に第一の電位を、第二の電極に第二の電位を印加し、それにより第一及び第二の電極の間に電位差及び電場を生じさせて、気体試料中の生体粒子の試料チャンバーにおける静電収集を促進すること、
−  収集した生体粒子を第一の液体試薬と接触させること、
−  試料チャンバー中で、生体材料の抽出が可能であるのに十分な振幅を有する交流電場に反応混合物を曝露すること、
−  標的核酸配列の核酸増幅を実施すること、
−  増幅した標的核酸配列の存在を評価すること及び／又は標的核酸配列の増幅から得られる産物を測定すること、
から成る群から選択される、１又は複数の動作を実行させるソフトウェアを含んでなるプログラマブルユニット
を含んで成る、気体試料から生体粒子を検出するための装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載のチップを含んで成るシステムが、請求項１４に記載の装置と機能的に接続している、生体粒子を検出するためのシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体粒子を検出するための方法、チップ、装置及びシステムに関する。本発明の方法は典型的に、気体試料から生体粒子を収集すること、第一の液体試薬と生体粒子を接触させること、収集した生体粒子から生体材料を抽出すること、及び標的の核酸配列が存在するかを調べるため生体材料を分析することを含んで成る。
【背景技術】
【０００２】
自然の又は故意の流行病を引き起こし得る大気中の病原体の迅速な検出を容易にするためには、病原体を保持する又は病原体から成る粒子を収集することが重要である。大気を通じて広がる疾患は、ヒトに深刻な健康上のリスクをもたらす。世界保健機構（ＷＨＯ）によると、２００２年〜２０２０年の間に、１０億人もの人々が結核に感染する可能性がある。そのうちおよそ１億５千万人は発病し、３千６百万人はその疾患により死亡するだろう。２１世紀の最初の新たな空気伝染病は、重症急性呼吸器症候群（ＳＡＲＳ）であり、急速に広がる感染症をもたらす可能性を有する。ヨーロッパ中世の疫病の拡大（黒死病）に類似した疫病の拡大が恐れられており、その当時はおよそ２５００万人の人々が１３４７年〜１３５２年の期間に死亡した。その疫病の最も致命的な症状は、感染性エアロゾルの吸入によるものであり、ほんの１〜１０個のペスト菌の細胞は疾患を引き起こすのに十分である。感染したヒトの呼吸により、或いは更に恐ろしくは、バイオテロリストによるペスト菌の故意の放出により、エアロゾルは発生し得る。
【０００３】
重大な関心事である細菌戦争（ＢＷ）兵器は細菌胞子であり、例えば炭疽菌、破傷風菌、及びボツリヌス菌である。飢餓に応答したあるタイプのグラム陽性菌により産生される胞子は、成長せず、耐熱性、脱水状態であり、そして極限温度、ｐＨ、乾燥、放射線、及び化学物質に対して抵抗がある。この安定性により、ＢＷ兵器の使用に対してそれらは魅力的な道具となる。
【０００４】
故意の疫病を引き起こすのに用いられる可能性のある他の微生物は、例えば天然痘、エボラ、脳炎、及びＱ熱を引き起こす微生物から成る。致命的な鳥インフルエンザによる空中浮遊インフルエンザの天然の組み換え産物も恐ろしい。これらの組み換えウイルスは、まだ今のところみられていない規模の飛行機旅行により容易になる流行病を引き起こす可能性を有する。
【０００５】
米国特許第５,６７４,７４２号は、マイクロリットル〜ピコリットルの試料の取り扱い、反応及び検出のための、統合された微細加工器具を開示する。この器具は、生化学的反応、特にＤＮＡをベースとした反応に適している。例えば、この器具の本質的な小ささが急速なサイクル数を容易にするため、熱サイクルを必要とするポリメラーゼ連鎖反応に適している。この器具の統合された性質は、正確で汚染のない工程を提供する。この器具は、試薬貯蔵層、撹拌器及び混合器、加熱器、ポンプ、並びに光学若しくは電気センサーを含むことができる。超音波ラム波装置を、センサー、ポンプ及び撹拌器として用いることができる。
【０００６】
米国特許第６,５８６,２５３号は、マイクロチップ中のチャネル内に細胞を導入する段階；細胞含有物をチャネル内に放出するために細胞を溶解する段階；細胞含有物を検出ゾーンに移動させる段階；及び検出ゾーンで細胞含有物を検出する段階を含む、細胞含有物を検出するための方法を開示する。細胞含有物を検出するための装置については更に開示されており、その装置は：マイクロチップ；マイクロチップ中で形成される細胞動員チャネル、細胞導入末端及び検出末端を有する細胞動員チャネル；細胞導入末端から検出末端に細胞を移動するための細胞導入末端と作動可能に連結した細胞モビライザー（ｍｏｂｉｌｉｚｅｒ）；溶解ゾーンにおいて細胞動員チャネル中の細胞を溶解するための手段（溶解ゾーンは細胞導入末端及び検出末端の間に位置する）；及び検出末端に隣接し、そして細胞モビライザーにより溶解ゾーンから検出末端に移動し、検出器末端に現れる細胞含有物を検出するために配置された検出器を含んで成る。
【０００７】
米国特許第６,６７３,６２１号は、収集した試料をマークするのに適した装置について開示し、その装置は試料を収集するための収集手段及び収集手段の少なくとも１つの部分と会合する少なくとも１つの検出可能なマーカーを含んで成る。ここで、少なくとも１ツノ検出可能なマーカーは試料の収集の際に試料と接触することができ、収集手段と会合した少なくとも１つの検出可能なマーカーを有する当該収集手段の少なくとも１つの部分と試料との接触の際に収集した試料をマークする。ここで、少なくとも１つの検出可能なマーカーは収集前に試料中に存在する成分以外であり、収集前の試料中に存在する任意の成分に対して不活性である。それは、装置を含有するキット、装置を用いた試料をマークするための方法、マークした試料の完全性を決定するための方法について更に開示し、そして認証、検定試験又は認定を目的とした実験室及び／又は検査技師を試験するためのマーカーの使用もまた提供される。
【発明の開示】
【０００８】
発明の概要
本発明の目的は、生体粒子の迅速な検出を実施するための方法、チップ、装置及びシステムを提供することに関する。
【０００９】
本発明の別の目的は、生体粒子の感度の良い検出を実施するための方法、チップ、装置及びシステムを提供することに関する。
【００１０】
本発明の更に別の目的は、生体粒子の分散化した、好ましくは完全に自動化した検出を実施するのに適した、方法、チップ、装置及びシステムを提供することに関する。
【００１１】
本発明の更に別の目的は、最小限の手動の試料処理により生体粒子の検出を実施するための方法、チップ、装置及びシステムを提供することに関する。
【００１２】
本発明の更に別の目的は、生体粒子の検出を実施するための方法、チップ、装置及びシステムを提供することに関し、この方法、チップ、装置及びシステムは検出に対して最小限のエネルギーを使用する。
【００１３】
従って、本発明の目的は、気体試料、例えば大気試料からの生体粒子の直接的な収集を提供することに関する。
【００１４】
本発明の別の目的は、多量の気体試料をより小さな体積へと濃縮した生体粒子（すなわち、生体粒子の濃度を上昇させる）のための、方法、チップ、装置及びシステムを提供することに関する。
【００１５】
本発明の更に別の目的は、生体粒子の収集及び濃縮を同じ構造内で、そしてまた好ましくは同じ段階において実施する、方法、チップ、装置及びシステムを提供することに関する。
【００１６】
本発明の更に別の目的は、収集した生体粒子の更なる分析を容易に可能にする、方法、チップ、装置及びシステムを提供することに関する。
【００１７】
本発明の更なる目的は、収集した生体粒子の更なる分析を容易に可能にする、方法、チップ、装置及びシステムを提供することに関する。
【００１８】
そしてまた、本発明の目的は、高い捕捉効率で生体粒子を収集する、方法、チップ、装置及びシステムを提供することに関する。
【００１９】
本説明及び実施例を読めば、本発明の他の目的が明らかになるだろう。
【００２０】
本発明の１つの側面は、気体試料から生体粒子を検出するための方法に関し、本方法は下記の段階：
ａ）第一及び第二の電極の間に少なくとも試料チャンバーの一部が存在するように、第一及び第二の電極並びに試料チャンバーが配置され、第一及び第二の電極の間隔が長くて２０ｍｍである、試料チャンバー並びに第一及び第二の電極を提供すること、
ｂ）試料チャンバー中に気体試料を提供すること、
ｃ）第一の電極に第一の電位を、第二の電極に第二の電位を印加し、それにより第一及び第二の電極の間に電位差及び電場を生じさせて、気体試料からの生体粒子の試料チャンバー中での静電収集（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）を促進すること、
ｄ）収集した生体粒子を第一の液体試薬と接触させ、それにより反応混合物を得ること、
ｅ）試料チャンバー中で、生体粒子から生体材料を抽出するのに十分な振幅を有する交流電場に反応混合物を曝露すること、
ｆ）標的核酸配列の核酸増幅を実施すること、及び
ｇ）増幅した標的核酸配列及び／又は標的核酸配列の増幅から得られる産物の存在を評価し、任意で、少なくとも１つの増幅した標的核酸配列のコピーが存在し、そして／或いは標的核酸配列の増幅から生じる少なくとも１つの産物が存在するならば、生体粒子が試料中において検出されたと推論すること
を含んで成る。
【００２１】
更に、本発明の更なる側面は、気体試料から生体粒子を検出するためのチップに関し、このチップは、
−  例えば周囲空気と流体連絡した第一の開口部を含んで成る試料チャンバー、及び
−  装置との流体連絡を形成するための第二の開口部、気体試料を含んで成る試料チャンバー
を含んで成る。
【００２２】
本発明の付加的側面は、気体試料から生体粒子を検出するための装置に関し、この装置は；
−  チップが装置と機能的に接続するように配置される、チップ用サイト、
−  試料チャンバーの電極間に交流電場を適用するための、装置とチップの間の電気インタフェース、及び
−  装置が、下記の動作：
−  試料チャンバーに気体試料を提供すること、
−  第一の電極に第一の電位を、第二の電極に第二の電位を印加し、それにより第一及び第二の電極の間に電位差及び電場を生じさせて、気体試料中の生体粒子の試料チャンバーにおける静電収集を促進すること
−  収集した生体粒子を第一の液体試薬と接触させること、
−  試料チャンバー中で、生体粒子から生体材料を抽出するのに十分な振幅を有する交流電場に反応混合物を曝露すること、
−  標的核酸配列の核酸増幅を実施すること、
−  増幅した標的核酸配列の存在を評価すること及び／又は標的核酸配列の増幅から得られる産物を測定すること
から成る群から選択される、１又は複数の動作を実行させるソフトウェアを含んでなるプログラマブルユニット
を含んで成る。
【００２３】
更に、本発明の更なる側面は、気体試料から生体粒子を検出するためのシステムに関し、このシステムは本明細書中に規定する装置と機能的に接続した、本明細書中に規定するチップを含んで成る。
【００２４】
発明の詳細な説明
本発明の１つの側面は、気体試料から生体粒子を検出するための方法に関し、本方法は下記の段階：
ａ）第一及び第二の電極の間に少なくとも試料チャンバーの一部が存在するように配置され、第一及び第二の電極の間隔が長くて２０ｍｍである、試料チャンバー並びに第一及び第二の電極を提供すること、
ｂ）試料チャンバー中に気体試料を提供すること、
ｃ）第一の電極に第一の電位を、第二の電極に第二の電位を印加し、それにより第一及び第二の電極の間に電位差及び電場を生じさせて、気体試料からの生体粒子の試料チャンバー中での静電収集を促進すること、
ｄ）収集した生体粒子を第一の液体試薬と接触させ、それにより反応混合物を得ること、
ｅ）試料チャンバー中で、生体粒子から生体材料を抽出するのに十分な振幅を有する交流電場に反応混合物を曝露すること、
ｆ）標的核酸配列の核酸増幅を実施すること、及び
ｇ）増幅した標的核酸配列及び／又は標的核酸配列の増幅から得られる産物の存在を評価し、任意で、少なくとも１つの増幅した標的核酸配列のコピーが存在し、そして／或いは標的核酸配列の増幅から生じる少なくとも１つの産物が存在するならば、生体粒子が試料中において検出されたと推論すること
を含んで成る。
【００２５】
本発明によると、「生体粒子」という用語は、例えば微生物及び／又はウイルス及び／又はそれらのフラグメントを含んで成る粒子に関する。「Ｘ及び／又はＹ」との関連で用いられる「及び／又は」という用語は、「Ｘ」、又は「Ｙ」、又は「Ｘ及びＹ」として解釈されるべきである。
【００２６】
微生物は、例えば、古細菌微生物、真正細菌微生物又は真核微生物から成る群から選択することができる。
【００２７】
例えば、微生物は、細菌、細菌胞子、ウイルス、真菌、及び真菌胞子から成る群から選択することができる。
【００２８】
本発明の好ましい実施態様においては、微生物は空中浮遊の微生物である。
【００２９】
生体粒子は、植物胞子又はそれらのフラグメントも含んで成ることができる。
【００３０】
本発明の好ましい実施態様においては、微生物は細菌胞子である。
【００３１】
例えば、細菌胞子は、バチルス属（ｇｅｎｕｓ Ｂａｃｉｌｌｕｓ）及び／又はクロストリジウム属（ｇｅｎｕｓ Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）から選択される細菌により形成され得る。
【００３２】
本発明の好ましい実施態様においては、細菌胞子は炭疽菌により形成される胞子である。例えば、生体粒子は炭疽菌により形成される細菌胞子を含んで成ることができる。また、生体粒子は本質的に炭疽菌により形成される１又は複数の細菌胞子から成ることができる。
【００３３】
「気体試料」という用語は、１又は複数の気体、及び場合によっては生体粒子も含んで成る試料に関する。例えば、気体試料は、大気試料例えば大気の環境試料、粉末化した物質例えば土、砂、ほこり又は未同定の粉末の減圧吸引から生じる大気の試料であることができる。試験する気体試料は、微生物を含む又は微生物を含みやすい呼気試料を吐き出すヒト由来であることができる。
【００３４】
本発明によると、「試料チャンバー」、「容器」及び「反応チャンバー」という用語は、同義的に使われる。
【００３５】
本発明の好ましい実施態様においては、試料チャンバーはチップ、すなわちカートリッジ又はバイオチップを含んで成る。例えば、試料チャンバーは本明細書中に規定するチップを含んで成ることができる。
【００３６】
好ましい実施態様においては、第一及び第二の電極は試料チャンバーの反対側に配置する。
【００３７】
本発明の実施態様においては、第一及び／又は第二の電極は、シート、プレート、ディスク、ワイヤー、ロッド、又はそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される実質的な形状を有する。少なくとも一方の電極がシート形態を有することが現在では好ましく、第一及び第二の電極の双方がシート形態を有することが更により好ましい。
【００３８】
本発明の実施態様においては、第一及び第二の電極は、長くて２０ｍｍ、好ましくは長くて２０ｍｍ例えば長くて１５ｍｍ、１０ｍｍ、９ｍｍ、８ｍｍ、７ｍｍ、６ｍｍ、５ｍｍ、又は長くて４ｍｍ、より好ましくは長くて３ｍｍ、そして更により好ましくは長くて０.５ｍｍ例えば長くて０.３ｍｍ、０.２ｍｍ、０.１ｍｍ、例えば長くて０.０５ｍｍの間隔で離れている。
【００３９】
例えば、第一及び第二の電極は、０.０５〜２０ｍｍの範囲、例えば０.０５〜０.１、０.１〜０.２、０.２〜０.３、０.３〜０.４、０.４〜０.５、０.５〜１、１〜２、２〜５、５〜１０、又は１０〜１５ｍｍの範囲、例えば１５〜２０ｍｍの範囲の間隔で離れていることができる。
【００４０】
典型的には、第一及び第二の電極は、少なくとも０.０２ｍｍ、例えば少なくとも０.０３ｍｍ又は０.０５ｍｍの間隔で離れていることができる。
【００４１】
段階ｃ）では、１又は複数の生体粒子が気体試料から収集される。生体粒子の収集は、出願番号がＸＸＸＸＸＸＸである同時係属ＰＣＴ出願「Ｍｅｔｈｏｄ，ｃｈｉｐ，ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」（本明細書中で参考文献により組み込まれている）に記載されている、方法に従い、そしてそのチップ、装置及びシステムを用いて実施することができる。
【００４２】
本発明の実施態様においては、気体試料が試料チャンバーを流れる間に、生体粒子を気体試料から収集する。別の実施態様においては、捕捉効率を増大させるために、気体試料が試料チャンバーを再循環する（すなわち、気体試料は２回以上試料チャンバーを通る）間に、生体粒子を気体試料から収集する。例えば、再循環する場合、少なくとも２回、３回、４回、５回、１０回、１５回、２０回、３０回、４０回、５０回、又は７５回、例えば少なくとも１００回、気体試料は試料チャンバーを流れることができる。例えば、２〜２００の範囲の回数、例えば２〜５０回、５０〜１００回又は１００〜２００回、気体試料は試料チャンバーを流れることができる。
【００４３】
本発明の実施態様においては、ガス流により試料チャンバーに気体試料を提供する。生体粒子を収集する間、ガス流は典型的に、好ましくは約５〜１０００ｍＬ／分の範囲の流速を有する。
【００４４】
本発明の実施態様においては、生体粒子を気体試料から収集する前にガス流を終結させた。
【００４５】
通常、試料チャンバー中の気体試料の少なくとも一部は、第一及び第二の電極の間に位置し又はその間を流れる。例えば、少なくとも４０％の体積の気体試料は第一及び第二の電極の間に位置し又はその間を流れ、例えば少なくとも５０、６０、７０、８０、９０、９５、９７.５、９９、９９.５、又は９９.９％の体積の気体試料は第一及び第二の電極の間に位置し又はその間を流れ、例えば少なくとも１００％の体積の気体試料は第一及び第二の電極の間に位置し又はその間を流れる。
【００４６】
更に本発明の実施態様においては、１〜１０マイクロメーターの間の効果的な長さを有する生体粒子に対して少なくとも５０％の捕捉効率をもたらすように、第一及び第二の電極の電場を選択する。
【００４７】
電場の強さは：５０Ｖ／ｍｍ、１００Ｖ／ｍｍ、２００Ｖ／ｍｍ、３００Ｖ／ｍｍ、４００Ｖ／ｍｍ、５００Ｖ／ｍｍ、６００Ｖ／ｍｍ、７００Ｖ／ｍｍ、８００Ｖ／ｍｍ、９００Ｖ／ｍｍ、１０００Ｖ／ｍｍ、１１００Ｖ／ｍｍ、１２００Ｖ／ｍｍ、１３００Ｖ／ｍｍ、１４００Ｖ／ｍｍ、１５００Ｖ／ｍｍ、１６００Ｖ／ｍｍ、１７００Ｖ／ｍｍ、１８００Ｖ／ｍｍ、１９００Ｖ／ｍｍ、２０００Ｖ／ｍｍの群から選ぶことができる。
【００４８】
例えば、電場の強さは、５０〜２０００Ｖ／ｍｍの範囲、例えば５０〜１００、１００〜２００、２００〜３００、３００〜４００、４００〜５００、５００〜７５０、７５０〜１０００、１０００〜１２００Ｖ／ｍｍ、１２００〜１５００Ｖ／ｍｍの範囲、例えば１５００〜２０００Ｖ／ｍｍの範囲であることができる。
【００４９】
本発明の好ましい実施態様においては、第一及び第二の電極はそれぞれ負及び正に荷電しているか、又はその逆である。例えば、２つの電極間の電位差が４００Ｖであるならば、負に荷電した電極は地面と比較して−２００Ｖの電位を有し、正に荷電した電極は地面と比較して２００Ｖの電位を有することができる。
【００５０】
本発明の非常に好ましい実施態様においては、第一の電極の第一の電位及び第二の電極の第二の電位、並びに第一及び第二の電極の間の電場は、１〜１０マイクロメーターの間の効果的な長さを有する生体粒子に対して少なくとも５０％の捕捉効率をもたらすように選択される。例えば少なくとも７０％、好ましくは少なくとも８０％、より好ましくは少なくとも９０％、例えば少なくとも９５％、９７.５％、９９、９９.５又は９９.９％、例えばおよそ１００％の捕捉効率である。
【００５１】
好ましくは、捕捉効率は実施例２の標準方法に従って決定する。
【００５２】
本発明によると、粒子の「効果的な長さ」という用語は、例えばレーザー光散乱（Ｏ’Ｂｒｉｅｎ 他 １９８６）により測定した、粒子の空気力学的直径である。粒子の空気力学的直径（ｄpa）は、以下の式
【数１】
2007523652.tif 000003
により評価することができ、式中ｄpsはＳｔｏｋｅ直径（μｍ）であり、ρpは粒子密度（ｇ／ｃｍ3）である。
【００５３】
本発明の好ましい実施態様においては、試料チャンバーの収集した生体粒子は、第一の液体試薬と接触する。生体粒子がなお第一及び第二の電極の間に位置する際に、それらが接触することが好ましいだろう。
【００５４】
段階ｄ）において、収集した生体粒子は第一の液体試薬と接触し、得られた混合物を反応混合物と呼ぶ。
【００５５】
第一の液体試薬は、核酸増幅を実施するのに必要な１又は複数の試薬を含んで成る。
【００５６】
第一の液体試薬は、プライマー、核酸、三リン酸ヌクレオチド及び核酸ポリメラーゼから成る群から選択される、１又は複数の試薬を含むことができる。
【００５７】
第一の液体試薬は、添加剤、例えば２−メルカプトエタノール（例えば、１０ｍＭの濃度）、ＢＳＡ（例えば、１ｍｇ／ｍｌの濃度）及び／又は界面活性剤（例えば、０.５％〜６％（ｗ／ｖ）の濃度）を更に含んで成ることができる。界面活性剤は、Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００、Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１１４、ＮＰ−４０、Ｔｗｅｅｎ２０、Ｔｗｅｅｎ８０及び類似の非イオン性界面活性剤から成る群から選択することができる。
【００５８】
本文脈においては、「核酸」、「核酸配列」又は「核酸分子」という用語は、広く解釈されるべきであり、例えばリボ核酸（ＲＮＡ）又はデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）のオリゴマー又はポリマー或いはそれらの模倣物でることができる。この用語は、天然の核酸塩基、糖及びヌクレオシド間（骨格）の共有結合から構成される分子、及び同様に機能する非天然の核酸塩基、糖及びヌクレオシド間（骨格）の共有結合を有する分子、又はそれらの混合物を含む。このような修飾又は置換した核酸は、所望の特性、例えば核酸標的分子に対する親和性の強化並びにヌクレアーゼ及び他の酵素の存在下における安定性の増大により、天然の形態よりも好ましい可能性があり、それらは本文脈において「核酸アナログ」又は「核酸模倣体」という用語で記載される。核酸模倣体の好ましい例は、ペプチド核酸（ＰＮＡ−）、ロックされた核酸（ＬＮＡ−）、キシロ−ＬＮＡ−、ホスホロチオエート−、２’−メトキシ−、２’−メトキシエトキシ−、モルホリノ−、及びホスホラミデート−を含んで成る分子、又は機能的に類似の核酸誘導体である。
【００５９】
「核酸ポリメラーゼ」という用語は、好ましくは熱に安定なＤＮＡ−又はＲＮＡ−依存性のＤＮＡポリメラーゼ酵素に関する。すなわち、この酵素は、テンプレートと相補的なプライマー伸長産物の形成を触媒し、２本鎖テンプレート核酸の変性を生じさせるのに必要な時間、温度を上昇させた場合でも不可逆的に変性しない。一般的に、各プライマーの３’末端で合成が開始し、テンプレート鎖に沿って５’から３’方向に伸長する。熱に安定なポリメラーゼは、好熱性又はカルドアクティブ（ｃａｌｄｏａｃｔｉｖｅ）株、例えばサーマスフラーブス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ｆｌａｖｕｓ）、Ｔ．ルーベル（Ｔ．ｒｕｂｅｒ）、Ｔ．サーモフィルス（Ｔ．ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）、Ｔ．アクアチクス（Ｔ．ａｑｕａｔｉｃｕｓ）、Ｔ．ラクテウス（Ｔ．ｌａｃｔｅｕｓ）、Ｔ．ルーベンス（Ｔ．ｒｕｂｅｎｓ）、サーモコッカスリトラリス（Ｔｈｅｒｍｏｃｏｃｃｕｓ ｌｉｔｏｒａｌｉｓ）、ピロコッカスフリオサス（Ｐｙｒｏｃｏｃｃｕｓ ｆｕｒｉｏｓｕｓ）、バチルスステアロサーモフィルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｔｅａｒｏｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）及びメタノサーマスファビダス（Ｍｅｔｈａｎｏｔｈｅｒｍｕｓ ｆｅｒｖｉｄｕｓ）から単離された。それにもかかわらず、酵素を補充するならば、核酸の増幅において熱に安定でないポリメラーゼを使用することもできる。
【００６０】
第一の液体試薬は、５’−３’エキソヌクレアーゼで分解可能なオリゴ核酸プローブを更に含んで成ることができる。この核酸プローブの分解は、酸化還元活性成分の放出をもたらす。
【００６１】
例えば、酸化還元活性成分はメタロセン、例えばフェロセンであることができる。
【００６２】
段階ｅ）において、反応混合物は交流電場に曝露される。交流電場は、収集のための電場を提供する第一及び第二の電極により提供することができ、又は別の電極により提供することができる。
【００６３】
生体材料の抽出は、出願番号がＺＺＺＺＺＺＺである同時係属ＰＣＴ出願「Ｍｅｔｈｏｄ，ｃｈｉｐ，ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ」（この出願は、本明細書中で参考文献により組み込まれている）に記載されている、方法に従い、そしてそのチップ、装置及びシステムを用いて実施することができる。
【００６４】
本発明の好ましい実施態様において、更なる遺伝的解析が実施される曝露した反応混合物の一部は、試料チャンバー中で少なくとも２０％の当該反応混合物、例えば試料チャンバー中で少なくとも３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、９５、９７.５、９９、９９.５、又は９９.９％の当該反応混合物、例えば試料チャンバー中で少なくともおよそ１００％の当該反応混合物を含んで成る。
【００６５】
本発明によると、「抽出」及び「抽出すること」という用語は、１又は複数の生体細胞の生体材料を放出させること、すなわち、例えば反応混合物における更なる分析に対して生体材料を利用可能にすることに関する。「抽出」及び「抽出すること」という用語はまた、例えば生体粒子の細胞壁又は細胞バリアを開き或いは破裂させることに関する。
【００６６】
生体粒子から抽出した生体材料は、典型的に、細胞器官、遺伝的材料、及びタンパク質から成る群から選択される成分を含んで成るだろう。
【００６７】
遺伝的材料は、例えば、染色体ＤＮＡ及び／又はプラスミドＤＮＡ及び／又は任意のタイプのＲＮＡを含んで成り得る。
【００６８】
タンパク質は、例えば、酵素、構造タンパク質、輸送タンパク質、イオンチャネル、毒素、ホルモン、及び受容体から成る群から選択され得る。
【００６９】
好ましくは、生体材料はＤＮＡ及び／又はＲＮＡを含んで成る。
【００７０】
本発明によると、「交流電場」という用語は、時間とともに変化する電場に関する。交流電場は、例えば正／負と負／正の間で２つの電極の極性が周期的に変化する（すなわち、ＡＣ交流電源を電極に接続する）ことで生じる電場であることができる。交流電場は、例えばＡＣ電場を含んで成るか、又はＡＣ電場であることができる。交流電場は、例えば１又は複数のＤＣパルスを含んで成ることができる。
【００７１】
交流電場は、生体材料を抽出するのに、十分な振幅を有しそして十分な時間適用することが重要である。更に、交流電場は生体材料を抽出するのに十分な周波数を有することも重要であるだろう。
【００７２】
本発明の好ましい実施態様においては、交流電場の周波数は、少なくとも５ｋＨｚ、好ましくは少なくとも２０ｋＨｚ、より好ましくは少なくとも５０ｋＨｚである。
【００７３】
本発明の別の好ましい実施態様においては、交流電場の周波数は、少なくとも１００ｋＨｚ、好ましくは少なくとも２５０ｋＨｚ、より好ましくは少なくとも５００ｋＨｚである。
【００７４】
例えば、交流電場の周波数は、少なくとも５ｋＨｚ、例えば少なくとも１０、２０、５０、１００、２００、３００、又は４００ｋＨｚ、例えば少なくとも５００ｋＨｚであることができる。更に高い周波数、例えば１０００ｋＨｚ、２０００ｋＨｚ又は５０００ｋＨｚが想定される。
【００７５】
好ましくは、交流電場の周波数は、高くても７５０ｋＨｚ、例えば高くても５００ｋＨｚである。
【００７６】
従って、交流電場の周波数は、例えば、５〜７５０ｋＨｚの範囲、例えば５〜１０、１０〜２０、２０〜５０、５０〜１００、１００〜２００、２００〜３００、３００〜４００、又は４００〜５００ｋＨｚの範囲、例えば５００〜７５０ｋＨｚの範囲であることができる。好ましくは、交流電場の周波数は、例えば、６０〜７５０ｋＨｚの範囲、例えば７０〜７５０ｋＨｚ、８０〜７５０ｋＨｚ、９０〜７５０ｋＨｚ、又は１００〜７５０ｋＨｚの範囲であることができる。
【００７７】
交流電場の振幅、すなわち第一及び第二の電極間の最大電位差は、典型的には、高くて３０Ｖ、例えば高くて２５、２０、１５、１０、８、６、５、４、３、又は２Ｖ、例えば高くて１Ｖである。
【００７８】
交流電場の振幅、すなわち第一及び第二の電極間の最大電位差は、例えば、１〜３０Ｖの範囲、例えば１〜２、２〜３、３〜４、４〜５、５〜６、６〜８、８〜１０、１０〜１５、１５〜２０，又は２０〜２５Ｖの範囲、例えば２５〜３０Ｖの範囲であることができる。
【００７９】
生体材料の抽出に関する注目の指標は、ＤＮＡ／ＲＮＡ放出パーセンテージである。「ＤＮＡ／ＲＮＡ放出パーセンテージ」は、段階ｃ）における交流電場への曝露によりＤＮＡ及び／又はＲＮＡを放出する、試料チャンバー中の生体細胞のパーセンテージである。ＤＮＡ／ＲＮＡ放出パーセンテージは、実施例３に記載の標準方法に従って決定する。
【００８０】
試料チャンバー中の又は試料チャンバーを含んで成るチップ中の生体細胞の抽出そしてＤＮＡ／ＲＮＡ放出パーセンテージは、第一及び第二の電極のデザイン及びその間の距離、試料チャンバーの構造及び材質、並びに第一及び第二の電極に印加する電位に強く依存する。
【００８１】
本発明の非常に好ましい実施態様においては、少なくとも３０％のＤＮＡ／ＲＮＡ放出パーセンテージ、例えば少なくとも４０％、好ましくは少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも６０％、例えば少なくとも７０％、８０％、９０％、９５％、９７.５％、９９、９９.５又は９９.９％、例えばおよそ１００％のＤＮＡ／ＲＮＡ放出パーセンテージを生じさせるように、第一の電極の第一の電位及び第二の電極の第二の電位、そして第一及び第二の電極間の交流電場を調節する。
【００８２】
本発明の別の好ましい実施態様においては、試料チャンバー中の細菌胞子について少なくとも３０％のＤＮＡ／ＲＮＡ放出パーセンテージ、試料チャンバー中の細菌胞子について例えば少なくとも４０％、好ましくは少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも６０％、試料チャンバー中の細菌胞子について例えば少なくとも７０％、８０％、９０％、９５％、９７.５％、９９、９９.５又は９９.９％、例えばおよそ１００％のＤＮＡ／ＲＮＡ放出パーセンテージを生じさせるように、第一の電極の第一の電位及び第二の電極の第二の電位、そして第一及び第二の電極間の交流電場を調節する。
【００８３】
好ましい実施態様においては、交流電場は２つの電極の極性を調節することにより提供する。
【００８４】
交流電場は、矩形、正弦波、鋸歯状、非対称な三角形、対称な三角形から成る群、又はそれらの任意の組み合わせから選択される実質的な形態を有することができる。
【００８５】
そしてまた、周波数領域における交流電場は、少なくとも第一及び第二の周波数成分を含んで成ることができる。
【００８６】
本発明の実施態様においては、長くても３６００秒間、例えば長くても３０００、２０００、１０００、５００、２５０、１００、５０、４０、３０、２０、１０、５、４、又は３秒間、例えば長くても１秒間、反応混合物を交流電場に曝露する。
【００８７】
例えば、０.０１〜３６００秒の範囲、例えば０.１〜１、１〜５、５〜１０、１０〜２５、２５〜５０、５０〜１００、１００〜２５０、２５０〜５００、５００〜１０００、又は１０００〜２０００秒の範囲、例えば２０００〜３６００秒の範囲において、反応混合物を交流電場に曝露することができる。
【００８８】
本発明の好ましい実施態様においては、長くても２５０秒間、好ましくは長くても１００秒間、例えば長くても３０秒間、反応混合物を交流電場に曝露する。
【００８９】
段階ｆ）は、標的核酸配列の核酸増幅の実施を含んで成る。好ましくは、標的核酸配列は、生体粒子に対して特異的であるように選択する。
【００９０】
本発明によると、「標的核酸配列」（ＴＮＡＳ）という用語は、特定の対象の、例えば分析又は診断のための核酸配列に関する。ＴＮＡＳは、例えば遺伝子又は遺伝子のフラグメントであることができる。
【００９１】
本発明によると、「核酸増幅」という用語は、テンプレート、例えばＴＮＡＳを含んで成る核酸のフラグメントから多量のコピーを複製する工程に関する。
【００９２】
本発明の好ましい実施態様においては、段階ｆ）の核酸増幅は、ポリメラーゼ連鎖反応技術（ＰＣＲ）、鎖置換増幅（ＳＤＡ）、ライゲーション−ローリングサークル増幅（Ｌ−ＲＣＡ）及びそれらの組み合わせ／変形から成る群から選択される増幅技術を用いて実施する。これらの方法及びＰＣＲは、当業者に良く知られており、例えばＳａｍｂｒｏｏｋなどに記載されている。
【００９３】
好ましくは、段階ｆ）の核酸増幅はＰＣＲである。ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）は、最も一般的に用いられている核酸増幅技術の１つである。米国特許第４,６８３,２０２号、同第４,６８３,１９５号、同第４,８００,１５９号、及び同第４,６９５,１８８号は、ＰＣＲ技術の実施態様を開示する。ＰＣＲは、典型的に、選択した核酸テンプレート（例えば、ＤＮＡ又はＲＮＡ）に結合する２つのオリゴヌクレオチドプライマーを用いる。プライマーは、従来の方法により制限酵素での消化から精製することができ、又は合成により生成することができる。増幅の効率を最大にするため、プライマーは好ましくは一本鎖であるが、プライマーは二本鎖であることができる。二本鎖のプライマーは最初に変性させる、すなわちその鎖を分離するために処理する。二本鎖の核酸を変性する１つの方法は加熱による。
【００９４】
二本鎖核酸が加熱により変性した後、ＴＮＡＳを含んで成る核酸配列への各プライマーのアニーリングを促進する温度まで、その反応混合物を冷却することが可能である。アニーリング温度は、通常約３５℃〜約６５℃である。アニーリング時間は、典型的には約１秒〜約１分である。次に、反応混合物を、ポリメラーゼの活性が促進され又は最適化される温度、すなわちテンプレートである核酸に相補的な産物を生み出すアニールしたプライマーから伸長が起こるのに十分な温度に調節する。その温度は、核酸テンプレートにアニールする各プライマーから伸長産物を合成するのに十分であるべきであるが、伸長産物を相補的なテンプレートから変性させるほど高くあるべきではない（例えば、伸長温度は一般的に約４０℃〜８０℃の範囲である）。伸長時間は、通常約５秒（ラボオンチップの設定において）〜約５分である。
【００９５】
本発明によると、「プライマー」という用語は、例えばＴＮＡＳにハイブリダイズすることのできる核酸配列、標的配列の近傍の核酸配列、又はＴＮＡＳと重複する核酸配列に関する。或いは、プライマーは、ＴＮＡＳの相補的配列、ＴＮＡＳの近傍の核酸配列の相補的配列、又はＴＮＡＳと重複する核酸配列の相補的配列にハイブリダイズすることができるだろう。
【００９６】
プライマーは典型的に、オリゴヌクレオチド、すなわち５〜３０の範囲のヌクレオチド、例えば５〜１０の範囲のヌクレオチド、１０〜１５の範囲のヌクレオチド、１５〜２０の範囲のヌクレオチド、２０〜２５の範囲のヌクレオチド、及び２５〜３０の範囲のヌクレオチドを含んで成る核酸分子を含んで成る。より長い核酸分子がプライマーとして使用し得ることも想定されている。従って、プライマーは、３０〜５０の範囲のヌクレオチド、例えば３０〜３５の範囲のヌクレオチド、３５〜４０の範囲のヌクレオチド、４０〜４５の範囲のヌクレオチド、及び４５〜５０の範囲のヌクレオチドを含んで成る核酸分子を含んで成ることができる。
【００９７】
例えば、プライマーは本質的に、オリゴヌクレオチド、すなわち本質的に５〜３０の範囲のヌクレオチド、例えば５〜１０の範囲のヌクレオチド、１０〜１５の範囲のヌクレオチド、１５〜２０の範囲のヌクレオチド、２０〜２５の範囲のヌクレオチド、及び２５〜３０の範囲のヌクレオチドから成る核酸分子から成ることができる。また、プライマーは本質的に３０〜５０の範囲のヌクレオチド、例えば３０〜３５の範囲のヌクレオチド、３５〜４０の範囲のヌクレオチド、４０〜４５の範囲のヌクレオチド、及び４５〜５０の範囲のヌクレオチドから成る核酸分子であることができる。
【００９８】
段階ｆ）の核酸増幅はネステッドＰＣＲであることが特に好ましい。ネステッドＰＣＲは、少なくとも２組のプライマー、すなわち１組の外側のプライマー及び１組の内側のプライマーを用いる。１組のプライマーにおいて、１方のプライマー（センスプライマー）は典型的に、ＴＮＡＳ鎖を含んで成る核酸鎖にハイブリダイズすることができるように設計される。他方のプライマー（アンチセンスプライマー）は典型的に、ＴＮＡＳ鎖を含んで成る核酸鎖の相補的核酸鎖にハイブリダイズすることができるように設計される。最初に、外側のプライマーの組を伴うＰＣＲ方法を実施し、それにより反応混合物のＴＮＡＳ又はそのフラグメントを含んで成る核酸分子を豊富にし、反応混合物の他の核酸配列によるノイズを減少させる。次に、内側のプライマーの組を伴うＰＣＲ方法を実施し、これによりＴＮＡＳ又はそのフラグメントを特異的に増幅する。
【００９９】
シングルチューブフォーマットでのネステッドＰＣＲ、すなわち外側のプライマーの組と内側のプライマーの組の双方が反応混合物中で一緒に存在するネステッドＰＣＲを実施することが、更により好ましい。自動化され且つ例えばチップをベースとした検出システムとの関連における、シングルチューブネステッドＰＣＲを利用することの１つの主な利点は、外側及び内側のプライマーの組を反応混合物中に順に添加しなければならない従来のネステッドＰＣＲに比べて、この液体の取り扱いの複雑さが劇的に軽減されることである。
【０１００】
典型的に、外側のプライマーの組の融解温度（Ｔｍ）は内側のプライマー組のＴｍよりも少なくとも２℃高い。Ｔｍにおけるこの差は、内側のプライマーの組のＴｍよりもアニーリング温度を高く保つことにより、外側のプライマーの組を用いてＰＣＲ方法を独占的に実施することを可能にする。内側のプライマーの組を伴うＰＣＲ方法は、そのアニーリング温度を内側のプライマーの組のＴｍよりも低くすることにより開始する。
【０１０１】
例えば、シングルチューブネステッドＰＣＲは、例えば以下の段階：
ｉ）サイクル、少なくとも２回、第一の変性温度、第一のアニーリング温度及び第一の伸長温度の間の反応混合物の温度、第一のアニーリング温度は外側のプライマーの組の最も低いＴｍと同じくらいであるか又はそれよりも低く、且つ内側のプライマーの組の最も高いＴｍよりも高い、及び
ｉｉ）サイクル、少なくとも２回、第二の変性温度、第二のアニーリング温度及び第二の伸長温度の間の反応混合物の温度、第二のアニーリング温度は内側のプライマーの組の最も低いＴｍと同じくらいであるか又はそれよりも低い、
を含んで成る方法により実施することができる。
【０１０２】
シングルチューブネステッドＰＣＲ方法及びその検出は、例えば出願番号がＹＹＹＹＹＹＹである同時係属ＰＣＴ出願「Ｍｅｔｈｏｄ，ｋｉｔ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｎｅｓｔｅｄ ＰＣＲ」（本明細書中で参考文献により組み込まれている）に記載されている、方法に従い、そしてそのキットを用いて実施することができる。
【０１０３】
段階ｇ）は、増幅した標的核酸配列及び／又は標的核酸配列の増幅から得られる産物の存在を評価し、任意で、少なくとも１つの増幅した標的核酸配列のコピーが存在し、そして／或いは標的核酸配列の増幅から生じる少なくとも１つの産物が存在するならば、生体粒子が試料中において検出されたと推論することを含む。
【０１０４】
本発明の好ましい実施態様においては、段階ｇ）の測定は、電気化学的測定、例えばアンペロメトリー測定又はボルタンメトリー測定を含んで成る。
【０１０５】
本発明の特に好ましい実施態様においては、微分パルスボルタンメトリー又は信号対雑音比を増大させる基準信号のサブトラクション用の他の手段を用いて、ボルタンメトリー測定を実施する。
【０１０６】
好ましくは、試料チャンバー中に置かれた検出電極を用いてボルタンメトリー測定を実施する。基準信号は、例えばサンプリングチャンバーとは離れた別のチャンバーから取り出すことができる。
【０１０７】
好ましくは、ボルタンメトリー検出は、５’〜３’エキソヌクレアーゼにより分解可能なオリゴヌクレオチドプローブを用いて実施する。この核酸プローブの分解は、検出可能な成分、例えば還元活性成分の放出をもたらす。
【０１０８】
例えば還元活性成分は、メタロセン、例えばフェロセンであることができる。これらは、ボルタンメトリー検出スキームにおいて、高い感度で且つ特異的に測定することができる。好ましくは、還元活性成分はメタロセニル基である。より好ましくは、それはフェロセニル基である。プローブ用の代表的な還元活性成分は、フェロセニル及びメタロセニルであり、より有利にはＮ置換フェロセン又はメタロセンカルボキサミドである。標識部分を構成するフェロセン又はメタロセン環は、非置換であることができる。上記の還元活性成分及び追加の有用な還元活性成分は当業界で知られており、それらは例えば国際公開第０３／０７４７３１号及び欧州特許公開第１４８１０８３号に記載されている（それらは双方とも、本明細書中で参考文献により組み込まれている）。
【０１０９】
溶液中で、消化され蓄積したプローブは、その異なる還元活性により、未消化のプローブから区別することができる；従ってこの方法は更に、還元活性のボルタンメトリー分析に基づいた検出システムを用いて、プローブに特異的なピーク電圧の存在又は不在を検出することを含む。
【０１１０】
本発明の更に好ましい実施態様においては、段階ｇ）の測定は、光学的測定、例えば蛍光測定又は化学発光の測定を含んで成る。光学的測定の利用は、試料チャンバー、例えばチップの試料チャンバーが適切な波長に対して透明な窓を含んで成ることが必要であるだろう。
【０１１１】
多くの異なった、良く説明のされた蛍光技術が存在する。例えば、蛍光測定は、例えば米国特許第５,７２３,５９１号に記載された、いわゆるＴａｑＭａｎ（登録商標）を用いることができる。
【０１１２】
本発明の１つの側面は、例えば胞子を除いた生体粒子を検出する方法に関し、この方法は本明細書中に記載した段階ａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）、ｆ）、ｇ）及び段階ｅ）に取って代わる代替の段階ｅ１）を含んで成る。代替の段階ｅ１）は、８０℃〜１０５℃、例えば９０℃〜１００℃の範囲の温度において、反応混合物を加熱処理することにより、生体粒子から生体材料を抽出することを含んで成る。加熱処理の期間は典型的には、５秒〜３時間、例えば５分〜６０分の範囲である。
【０１１３】
本発明の別の側面は、生体粒子から生体材料を抽出する方法に関し、この方法は本明細書中に記載した上記の段階ａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）、ｅ）及びｆ）を含んで成る。
【０１１４】
本発明の更なる側面は、気体試料から生体粒子を検出するためのチップに関し、このチップは、
−  例えば周囲空気と流体連絡した第一の開口部を含んで成る試料チャンバー、及び
−  装置との流体連絡を形成するための第二の開口部、気体試料を含んで成る試料チャンバー
を含んで成る。
【０１１５】
試料チャンバー、例えばチップの試料チャンバーは、典型的にはマイクロスケール試料チャンバーである。本発明の実施態様においては、試料チャンバーの体積は、大きくても５００μＬ、例えば大きくても４００μＬ、３００μＬ、２００μＬ、１００μＬ、５０μＬ、２５μＬ、１５μＬ、１０μＬ、５μＬ、４μＬ、３μＬ、又は大きくても２μＬ、例えば大きくても１μＬである。例えば、試料チャンバーの体積は、大きくても５００ｎＬ、例えば大きくても４００ｎＬ、３００ｎＬ、２００ｎＬ、１００ｎＬ、５０ｎＬ、２５ｎＬ、１５ｎＬ、１０ｎＬ、５ｎＬ、４ｎＬ、３ｎＬ、又は大きくても２ｎＬ、例えば大きくても１ｎＬであることができる。
【０１１６】
典型的には、試料チャンバーの体積は少なくても１０ｎＬである。本発明の好ましい実施態様においては、試料チャンバーの体積は、１μＬ〜５０μＬ、例えば５μＬ〜３０μＬの範囲である。
【０１１７】
本発明の実施態様においては、対立する１組の壁の間の最も短い距離は、長くても２０ｍｍ、例えば長くても１５ｍｍ、１０ｍｍ、８ｍｍ、６ｍｍ、４ｍｍ、３ｍｍ、又は２ｍｍ、例えば長くても１ｍｍである。例えば、対立する１組の壁の間の最も短い距離は、長くても８００μｍ、例えば長くても６００μｍ、５００μｍ、４００μｍ、３００μｍ、２００μｍ、１００μｍ、５０μｍ、２５μｍ、１５μｍ、１０μｍ、５μｍ、４μｍ、３μｍ、又は長くても２μｍ、例えば長くても１μｍである。
【０１１８】
典型的には、対立する１組の壁の間の最も短い距離は、少なくとも５μｍである。本発明の好ましい実施態様においては、対立する１組の壁の間の最も短い距離は、５０μｍ〜５００μｍ、例えば１００μｍ〜４００μｍ、及び１５０μｍ〜３５０μｍの範囲である。
【０１１９】
本発明の実施態様においては、試料チャンバー、例えばチップの試料チャンバーの長さは、１ｍｍ〜５０ｍｍの範囲、例えば１ｍｍ〜１０ｍｍ、１０ｍｍ〜２０ｍｍ、２０ｍｍ〜３０ｍｍ、３０ｍｍ〜４０ｍｍ、又は４０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲である。好ましい実施態様においては、試料チャンバーの長さは、２ｍｍ〜８ｍｍ、例えば３ｍｍ〜７ｍｍ又は４ｍｍ〜６ｍｍの範囲である。例えば、試料チャンバーの長さは、約４.５ｍｍであることができる。
【０１２０】
本発明の実施態様においては、試料チャンバー、例えばチップの試料チャンバーの幅は、０.２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲、例えば０.２ｍｍ〜１ｍｍ、１ｍｍ〜３ｍｍ、３ｍｍ〜５ｍｍ、５ｍｍ〜７ｍｍ、又は７ｍｍ〜１０ｍｍの範囲である。好ましい実施態様においては、試料チャンバーの幅は、０.２ｍｍ〜２ｍｍ、例えば０.５ｍｍ〜１.５ｍｍ及び０.７５ｍｍ〜１.２５ｍｍの範囲である。例えば、試料チャンバーの幅は、約１ｍｍであることができる。
【０１２１】
本発明の実施態様においては、試料チャンバー、例えばチップの試料チャンバーの高さは、５０μｍ〜２ｍｍの範囲、例えば１００μｍ〜１ｍｍ、２００μｍ〜９００μｍ、３００μｍ〜８００μｍ、５００μｍ〜７００μｍの範囲である。好ましい実施態様においては、試料チャンバーの高さは、１００μｍ〜４００μｍ、例えば２００μｍ〜３００μｍの範囲である。
【０１２２】
本発明の実施態様においては、試料チャンバー、例えばチップの試料チャンバーの長さはおよそ４.５ｍｍであり、試料チャンバーの幅はおよそ１ｍｍであり、そして試料チャンバーの高さはおよそ３００μｍである。
【０１２３】
本発明の実施態様においては、チップは更に第一及び第二の電極を含んで成る。
【０１２４】
第一及び／又は第二の電極は、異なった形状又は寸法を有することができる。例えば、第一及び／又は第二の電極は、シート、プレート、ディスク、ワイヤー、ロッドの群、又はそれらの任意の組み合わせから選択される実質的な形状を有することができる。
【０１２５】
本発明の好ましい実施態様においては、第一及び第二の電極は例えばシート状の電極であることができる。
【０１２６】
本発明の好ましい実施態様においては、第一の電極及び第二の電極は互いに向き合っている。例えば、それらは試料チャンバーの反対側に配置することができる。
【０１２７】
第一の電極及び／又は第二の電極は、例えば試料チャンバーの内側に配置することができ、試料チャンバー中で固定されていない状態であるか又は試料チャンバーの１又は複数の壁に付着していることができる。
【０１２８】
第一及び／又は第二の電極は、試料チャンバーの壁に埋め込むことができる。例えば、第一及び第二の電極を試料チャンバーの壁に埋め込むことができる。或いは、第一及び／又は第二の電極はチップの外側の表面に配置することができる。
【０１２９】
好ましくは、第一の電極及び第二の電極を試料チャンバーの反対側に配置する。
【０１３０】
電極、例えば第一の電極及び／又は第二の電極は、多くの異なった材料で形成されることができる。典型的には、電極は金属又は合金で形成される。第一及び第二の電極は、例えば銀、金、プラチナ、銅、炭素、鉄、グラファイト、クロム、ニッケル、コバルト、チタン、水銀又はそれらの合金から成る群から選択される金属を含んで成ることができる。
【０１３１】
電極は導電性の液体を含んで成ることができ、そして更に本質的には導電性の液体から成ることができることも、想定されている。導電性の液体は例えば水銀であることができる。
【０１３２】
電極の寸法又は／及び構造は、典型的には試料チャンバーの寸法及び／又は構造に依存する。電極の長さ及び幅は、試料チャンバーの長さ及び幅とおよそ同じ大きさである。
【０１３３】
電極は、導電性物質のほんの２〜３の原子層のコーティングにより形成されることができる。
【０１３４】
本発明の実施態様においては、電極、例えば第一及び／又は第二の電極は、０.００１μｍ〜２０００μｍ、例えば０.００１μｍ〜１μｍ、１μｍ〜２０μｍ、２０μｍ〜２００μｍ、及び２００μｍ〜２０００μｍの範囲の厚さを有する。
【０１３５】
本発明の実施態様のおいては、チップの試料チャンバーは、例えばプローブから放出され得る還元活性成分の存在又は不在を検出するための一組の検出電極、例えば２又は３の検出電極を更に含んで成る。２つの検出電極は、それぞれ作用電極及び対向電極として働くことができる。検出電極のこの組は、基準電極を更に含んで成ることができる。典型的には、検出電極は金属又は合金で形成される。電極は、例えば炭素、銀、金、又はプラチナから成る群から選択される物質を含んで成ることができる。検出後、電極は電極表面上において膜形成を受け得る。消化されたプローブの更なる検出を可能にするために、更なる検出電極の組をチップの試料チャンバー内に置くことができる。
【０１３６】
本発明の実施態様においては、第一及び第二の電極は検出電極の組であることができる。
【０１３７】
本発明の好ましい実施態様においては、チップは温度感知素子を更に含んで成る。例えば、温度感知素子は、熱を感知する、正温度係数（ＰＴＣ）を有する金属ベースのレジスタ（サーミスタ）であることができる。すなわち、サーミスタは周囲温度が増加すると電気抵抗の増加を示し、温度が低下すると電気抵抗の減少を示す。
【０１３８】
例えば、サーミスタは、銅、ニッケル、鉄、アルミニウム、プラチナ、又はこれらの合金を含んで成る材料の群から選択することができる。
【０１３９】
サーミスタは異なる形状又は寸法を有することができる。例えば、サーミスタは、シート、プレート、ディスク、ワイヤー、又はロッドの群から選択される実質的な形状を有することができる。
【０１４０】
サーミスタは、例えばワイヤー形状の電極であることができる。
【０１４１】
加熱電極は、異なる形状又は寸法を有することができる。例えば、加熱電極は、シート、プレート、ディスク、ワイヤー、又はロッドの群から選択される実質的な形状を有することができる。
【０１４２】
本発明の好ましい実施態様においては、加熱電極は、例えばシート状の電極であることができる。本発明の好ましい実施態様においては、加熱電極は、反応チャンバーの少なくとも一方の側からの加熱が可能であるように配置することができる。
【０１４３】
更に別の実施態様においては、１又は複数の補助的な加熱電極を反応チャンバーの反対側に配置することができる。
【０１４４】
加熱電極は、電気伝導性物質、好ましくはニッケル−クロム（ＮｉＣｒ）、鉄−クロム−アルミニウム（ＦｅＣｒＡｌ）、鉄−ニッケル−クロム（ＦｅＮｉＣｒ）又は他の発熱体合金の群から選択される電気伝導性物質から作られる。
【０１４５】
本発明の好ましい実施態様においては、チップは、チップの電極と電気接触した、１又は複数の導電性コンタクトパッド（ｃｏｎｔａｃｔ ｐａｄ）を含んで成る。チップは、第一の電極と電気接触した導電性伝導パッドを含んで成ることができる。チップは、第二の電極と電気接触した導電性伝導パッドを含んで成ることができる。チップは、加熱電極の各末端と電気接触した、２つの導電性伝導パッドを含んで成ることができる。チップは、その検出電極の組の各電極と電気接触した、２つ又は３つの導電性伝導パッドを含んで成ることができる。
【０１４６】
図１では、２つの典型的なチップの実施態様が示されている。図１Ａ）では、チップ（１）は試料チャンバー（２）、及び第一の電極（３）、及び第二の電極（４）を含んでなる。第一の電極（３）はチップの上部（５）に付着し、第二の電極（４）はチップの下部（６）に付着している。第一及び第二の電極の双方は、試料チャンバー（２）の液体含有物の不要な電解を防ぐために、電気絶縁層（７）により覆われている。加熱電極は、第二の電極の上部の絶縁層内に埋め込まれている。試料チャンバーは、スペーサー部分（９）により形成され、それはチップ（１）の第一の部分（５）と第二の部分（６）の間に挟まれている。その検出電極の組及び温度感知素子は、図１に示されていない。
【０１４７】
チップは、様々な異なった物質を含んで成ることができる。例えば、チップは、有機ポリマー、例えばプラスチック、金属及び半導体、例えばシリコン、ガラス及びセラミックスなどを含んで成ることができる。
【０１４８】
図１に関連して、例えば、第一及び第二の部分は、物質例えばプラスチック、半導体例えばシリコン、ガラス又はセラミックスを含んで成ることができる。例えば、第一及び第二の電極は、金属、例えば金又は銅を含んで成ることができる。絶縁層は、例えばＳｉＯ2又はポリイミドの膜であることができる。加熱電極は、例えばＮｉＣｒ電極であることができ、スペーサー層は、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）エラストマーで成形しても良い。
【０１４９】
図１Ｂ）では、第一及び第二の電極はチップにより含まれないが、例えばチップを操作するための装置により含まれることができる。
【０１５０】
チップは典型的には、０.５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲、好ましくは２ｍｍ〜８ｍｍの範囲の厚さを有する。
【０１５１】
チップは典型的には、１０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲、好ましくは４０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲の長さ又は直径を有する。
【０１５２】
チップは典型的には、５ｍｍ〜２００ｍｍの範囲、好ましくは２０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲の幅を有する。
【０１５３】
チップは、たった１つの試料チャンバーを含んで成ることができ、或いは複数の試料チャンバーを含んで成ることができる。
【０１５４】
本発明の付加的側面は、気体試料から生体粒子を検出するための装置に関し、この装置は；
−  チップが装置と機能的に接続するように配置される、チップ用サイト、
−  試料チャンバーの電極間に交流電場を適用するための、装置とチップの間の電気インタフェース、及び
−  装置が、下記の動作：
−  試料チャンバーに気体試料を提供すること、
−  第一の電極に第一の電位を、第二の電極に第二の電位を印加し、それにより第一及び第二の電極の間に電位差及び電場を生じさせて、気体試料中の生体粒子の試料チャンバーにおける静電収集を促進すること
−  収集した生体粒子を第一の液体試薬と接触させること、
−  試料チャンバー中で、生体粒子から生体材料を抽出するのに十分な振幅を有する交流電場に反応混合物を曝露すること、
−  標的核酸配列の核酸増幅を実施すること、
−  増幅した標的核酸配列の存在を評価すること及び／又は標的核酸配列の増幅から得られる産物を測定すること
から成る群から選択される、１又は複数の動作を実行させるソフトウェアを含んでなるプログラマブルユニット
を含んで成る。
【０１５５】
本発明によると、「機能的に接続した」という用語は、チップに影響を及ぼす１又は複数の作用を装置が実施することができるように、チップが装置と接続していることを意味する。
【０１５６】
本発明の実施態様においては、装置が試料チャンバーの含有物の電場に作用することができる場合に、チップは装置と機能的に接続している。
【０１５７】
本発明の実施態様においては、装置がチップの少なくとも１つの電極の電位を制御することができる場合に、チップは装置と機能的に接続している。例えば、装置がチップの第一の電極及び／又は第二の電極の電位を制御することができる場合に、チップは装置と機能的に接続し得る。
【０１５８】
機能的に接続しているということは、チップの試料チャンバーが、流れを制御する手段と流体連絡していることを更に含み得る。
【０１５９】
本発明の実施態様においては、装置は、第一及び第二の電極を含んでなり、そしてチップが機能的に接続している場合には、第一及び第二の電極間の電場は、試料チャンバー中で気体試料の生体粒子を収集するのを助ける。この実施態様においては、チップは第一及び第二の電極を含んで成る必要はない。
【０１６０】
装置は、第一の液体試薬を受けそして／或いは保持するための第一の試薬チャンバーも含んで成ることができる。典型的には、第一の試薬チャンバーは少なくとも１つの開口部を有する。開口部は、チップが装置と機能的に接続している場合には、試料チャンバーと流体連絡している。或いは、例えば流れを制御するための手段を用いることにより、第一の試薬チャンバーの少なくとも１つの開口部を試料チャンバーと流体連絡させる。第一の試薬チャンバーは貯蔵の間は取り除くことのできる防壁により閉じることもでき、その防壁は装置が使用される時に可逆的又は不可逆的に取り除かれる。
【０１６１】
装置は、例えば流れを生み出す手段、及び／又はプログラマブルユニット、第一及び第二の電極に、電力を供給するための電源を更に含んで成ることもできる。
【０１６２】
本発明の実施態様においては、チップは、チップ用サイトによって装置と機能的に接続する。チップ用サイトは、例えばチップポートと装置ポートの間の堅い接合が空気及び液体の漏出を確実になくす接続材料及びガスケットとして働く、プラスチック表面を含んで成ることができる。チップ用サイトは、例えばチップを受けるための表面及び／又はクレードルを含んで成ることができる。典型的には、チップ用サイトは、少なくとも１つの導電性コンタクトパッドを含んで成る。好ましくは、チップ用サイトは、少なくともチップの第一の電極との電気接触を提供するための導電性コンタクトパッド、及びチップの第二の電極との電気接触を提供するための導電性コンタクトパッドを含んで成る。
【０１６３】
プログラマブルユニットは、操作前、操作中、及び／又は操作後における装置の制御、モニタリング、及び／又は操作を容易にするように適応した、使用説明書、好ましくはコンピューター可読の、例えばソフトウェアを含む。
【０１６４】
プログラマブルユニットは好ましくは、コンピューターに接続したデータ保存手段内に保存された１又は複数のコンピュータープログラムを有する、少なくとも１つの当該コンピューターを含んで成る。そのコンピューターシステムは、装置を制御するように適応している。本発明との関連において、プログラマブルユニットは、汎用コンピューター、パーソナルコンピューター（ＰＣ）、プログラマブル論理制御（ＰＬＣ）ユニット、ソフトプログラマブル論理制御（ｓｏｆｔ−ＰＬＣ）ユニット、ハードプログラマブル論理制御（ｈａｒｄ−ＰＬＣ）ユニット、工業的パーソナルコンピューター、又は専用マイクロプロセッサーの非排他的な群から選択することができる。
【０１６５】
本発明は、コンピューターに接続したデータ保存手段を有する少なくとも１つの当該コンピューターを含んで成るコンピューターシステムの、操作前、操作中、及び／又は操作後における装置の制御、モニタリング、及び／又は操作を可能にするように適用した、コンピュータープログラム製品にも関する。更に本発明は、コンピューターに接続したデーター保存手段を有する少なくとも１つの当該コンピューターを含んで成るコンピューターシステムの、操作前、操作中、及び／又は操作後における装置の制御、モニタリング、及び／又は操作を可能にするための一組のルーチンを保存したコンピューター可読媒体に関する。
【０１６６】
操作前、操作中、及び／又は操作後において、装置を制御、モニタリング、及び／又は操作するためのプログラマブルユニットは、好ましくは厳しい条件、例えば寒帯気候、熱帯気候、及び戦闘環境、特に核戦争、生物戦争及び／又は化学戦争（ＡＢＣ−戦争）の対象となった戦闘地帯における操作に適している。好ましくは、このプログラマブルユニットは、このようなユニットに対する関連軍用規格と共にコンパイルする。
【０１６７】
本発明の実施態様においては、ソフトウェアを含んで成るプログラマブルユニットは更に、チップが装置と機能的に接続しているかを装置が確認することをもたらす。
【０１６８】
ソフトウェアを含んで成るプログラマブルユニットは更に、
−  試料チャンバー中に気体試料を提供すること、
−  第一の電極に第一の電位を、第二の電極に第二の電位を印加し、それにより第一及び第二の電極間に電位差及び電場を生じさせて、気体試料中の生体粒子の試料チャンバーにおける静電収集を促進すること、
−  収集した生体粒子を第一の液体試薬と接触させること、
−  試料チャンバー中で、生体材料の抽出を可能にするのに十分な振幅を有する交流電場に反応混合物を曝露すること、
−  標的核酸配列の核酸増幅を実施すること、
−  増幅した標的核酸配列の存在を評価すること及び／又は標的核酸配列の増幅から生じる産物を測定すること、
から成る群から選択される、１又は複数の動作、例えば２、３、４、５又は６つの動作を装置が実施することをもたらすことができる。
【０１６９】
ソフトウェアを含んで成るプログラマブルユニットは、例えば、気体試料を提供するための流れを生み出す手段を操作することによって装置が試料チャンバーに気体試料を提供することをもたらすことができる。
【０１７０】
ソフトウェアを含んで成るプログラマブルユニットは、例えば、装置が第一の電極に第一の電位を、第二の電極に第二の電位を印加することをもたらすことができる。
【０１７１】
ソフトウェアを含んで成るプログラマブルユニットは、例えば、液体試薬を提供するための流れを生み出す手段を操作すること、そして／或いは流れを制御するための手段を操作することにより、装置が第一の試薬と接触と収集した生体粒子をさせることをもたらすことができる。
【０１７２】
ソフトウェアを含んで成るプログラマブルユニットは、例えば、少なくとも２つの電極、例えば本明細書中に記載した第一及び第二の電極又は交流電場専用の別の組の電極の電位を調節することにより、装置が試料チャンバー中で反応混合物を交流電場に曝露することをもたらすことができる。
【０１７３】
ソフトウェアを含んで成るプログラマブルユニットは、例えば、本明細書中に記載したように加熱電極を操作することにより、装置が標的核酸配列の核酸増幅を実施することをもたらすことができる。
【０１７４】
ソフトウェアを含んで成るプログラマブルユニットは、例えば、装置が増幅した標的核酸配列の存在を評価すること、及び／又は微分パルスボルタンメトリーに関する検出電極を操作することにより、標的核酸配列の増幅から生じる産物を装置が測定することをもたらすことができる。
【０１７５】
本発明の好ましい実施態様においては、装置は、試料チャンバーの第一及び第二の電極間の電場を適用するための、装置とチップの間の電気的インターフェースを更に含んで成る。
【０１７６】
装置は更に、基準シグナル、すなわち生体粒子を含まない試料を含んでなる試料又は特定の量の所望の生体粒子を含んで成る試料のいずれかからのシグナルを測定することができる。基準信号は、例えばサンプリングチャンバーとは離れた別のチャンバー、例えばチップの別の位置に配置されたチャンバー又は別のチップに配置されたチャンバーから取り出すことができる。
【０１７７】
装置は内部電源を更に含んで成ることができる。
【０１７８】
内部電源は、例えば電池を含んで成ることができる。ＰＣＲ反応の間に使用されるエネルギー量は、その液状試料と等しい体積の水をＰＣＲサイクルの最低温度から最高温度まで加熱するのに必要な熱量として見積もることができる。この温度差はおよそ５０Ｋであり、そして１サイクルあたりに移動する熱量は、３０μＬの試料体積に対しておよそ６ジュールである。例えば６０サイクルを行う場合、１回のＰＣＲ反応に対する全エネルギー消費量は６０＊６＝３６０ジュールに達する。市販のサーマルサイクラーと同程度のランピング（ｒａｍｐｉｎｇ）時間（すなわち、１秒あたり２℃）を用いた場合、必要な電力は３６０＊２／５０＝１４.４Ｗである。
【０１７９】
電池の電圧は、電池の定格電圧として考える。例えばニッケル−カドミウム（ＮｉＣｄ）及びニッケル水素（ＮｉＭＨ）電池の場合、１つの電池につき１.２Ｖであり、ほとんどのリチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池の場合、１つの電池につき３.６Ｖである。電池の電荷容量は、典型的にはミリアンペア時（ｍＡｈ）に関して与えられ、電池のＣ定格と呼ばれている。例えば、１２００ｍＡ時のＣ定格を有する電池の場合、１Ｃの負荷電流は１２００ｍＡである。０.１Ｃ未満の負荷電流で流出（ｄｒａｉnｉｎｇ）する（すなわち、一定のエネルギー容量を有する）場合、電池は理想であると見なすことができる（Ｌｉｎｄｅｎ，Ｄ．１９８４．Ｈａｎｄｂｏｏｋ Ｏｆ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ａｎｄ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌｓ．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ）。従って、例えば１０.８Ｖを供給する電池を用いて１４.４Ｗの出力を供給する場合、エネルギー容量を劇的に減少させるピーク電力消費を避けるために、この電池のＣ定格は１４.４／（１０.８＊０.１）＝１３３００ｍＡｈの範囲であるべきである。
【０１８０】
このエネルギー消費量及び電力供給を確実にするため、そして更に真の携帯性を確実にするためには、充電式電気が好ましい。本発明の好ましい実施態様においては、充電式電池は、ニッケル水素（ＮｉＭＨ）をベースとした電池及びリチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）をベースとした電池から成る群から選択される。
【０１８１】
そしてまた、内部電源は発電機、例えば携帯用発電機を含んで成ることができる。携帯用発電機は、外部電源として利用することができる。携帯用発電機は、ソーラーモジュール、電池充電器（例えば、ＡＣ又は車の電池充電器）、燃料燃焼発電機、又は類似のものから再充電することができ、或いは単にそれらから成ることができる。
【０１８２】
或いは、外部電源からの電力は、例えば電池バックアップを追加した装置に提供することができる。
【０１８３】
本発明の実施態様においては、装置は更に、例えばチップの試料チャンバーに気体試料を提供するための、流れを生み出す手段を含んでなり、そしてチップが装置内に挿入される場合には試料チャンバーの第二の開口部と流体連絡する。
【０１８４】
流れを生み出すことは、ポンプ、例えばピストンポンプ、メンブレンポンプ、又は容積移送式ポンプを含んで成ることができる。
【０１８５】
本発明の実施態様においては、サンプリングの間にチップを通過する適切な空気流（１０ｍＬ／分〜５００ｍＬ／分の範囲）を供給することのできるポンプを選択する。好ましくは、ポンプは以下の基準：サイズが小さい、軽量、パルセーション（ｐｕｌｓａｔｉｏｎ）のない流れ、モーターの極性を変えることによる媒体の可逆的な流れ、電圧を制御することにより調節可能な流量、の１又は複数を満たすように選択すべきである。
【０１８６】
本発明の実施態様においては、流れを生み出す手段は、試薬の小さな液滴を作り出すためのインクジェットディスペンサー又は類似のマイクロディスペンス装置を含んで成ることができる。
【０１８７】
本発明の１つの実施態様においては、気体試料はチップを通る受動的な流れにより提供することができる。これは、チップとサンプリングする周囲空気の間の速さの違いを要求するだろう。この発生のための条件は、チップが空気の中で移動すれば、例えば第一の開口部が周囲空気と、最適には飛行方向に対抗して流体連絡するように飛行機に搭載されれば満たされる。或いは、大気と比較して全く速度を持たないチップの周りで空気が動けば（例えば、換気口に搭載すれば）、その状況は起こる。
【０１８８】
本発明の実施態様においては、装置は更に、例えば試料チャンバーを通る流れを制御するための手段を含んで成る。
【０１８９】
流れは、例えば液体の流れ及び／又は気体の流れであることができる。
【０１９０】
流れを制御するための手段は、典型的には１又は複数の弁を含んで成る。バルブは、例えば逆止め弁、二方弁、マルチポジションバルブ及びピンチ弁から成る群から選択することができる。
【０１９１】
弁は、例えば微細加工弁であることができ、そして１つの実施態様においては、弁はチップ内に統合される。
【０１９２】
本発明の実施態様においては、第一の試薬液体はインクジェットマイクロディスペンス技術を用いて供給することができる。第一の液体試薬又は第一の液体試薬の分離した成分を含んで成る１又は複数のコンパートメント含むインクジェットカートリッジは、反応チャンバー内への液体のマイクロディスペンスが可能であるように搭載する。
【０１９３】
本発明の更に別の実施態様においては、第一の液体試薬又はその分離した成分は、プラスチックポリマーで構成される封をしたエンベロープ内に封入する。プラスチックポリマーのエンベロープには内臓の加熱電極が備え付けられ、適切な電流の適用によるプラスチックポリマーの溶解及びその後のチップ内への封入した液体の放出を可能にする。更に別の実施態様においては、封をしたプラスチックポリマーのエンベロープからの液体の放出は、エンベロープの機械的又は物理的な破裂、例えば鋭い物体でエンベロープを刺すことにより達成することができる。
【０１９４】
本発明の１つの実施態様においては、結果の視覚的な読み出しを可能にするディスプレイを装置に備え付けることができる。ディスプレイは、発光源（ＬＥＤ、電球又はそれに類似のもの）、スクリーン、デジタル読み出し装置（ｒｅａｄｏｕｔ）、又は以上の任意の組み合わせの形式であることができる。本発明の更に別の実施態様においては、読み出し装置は音声信号の形式で通信することができる。
【０１９５】
本発明の好ましい実施態様においては、装置はワイヤレス通信を可能にする要素を含んで成る。ワイヤレス通信の例としては、８０２.１１ Ｍｏｂｉｌｅ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ、ｃｅｌｌｕｌａｒ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＧＰＳ、及びＵｌｔｒａ Ｗｉｄｅｂａｎｄがある。通信は、一方向、例えば装置からのデータの移送又は装置へのデータの移送であることができ、或いは通信はその組み合わせ、すなわち双方向であることができる。確立した通信は、装置間の通信へと更に拡張することができる。すなわち、ａｄ−ｈｏｃネットワークの確立は、一方の装置がもう一方の装置のサンプリングの開始を引き起こすのを可能にし、これにより例えばエアロゾルクラウドの発達のモニタリングを容易にする。
【０１９６】
本発明の好ましい実施態様においては、装置は軽量且つ／或いは携帯用の装置である。
【０１９７】
本発明の実施態様においては、装置は、重くても１０ｋｇ、例えば重くても８ｋｇ、６ｋｇ、４ｋｇ、３ｋｇ、又は２ｋｇ、例えば重くても１ｋｇの重さである。装置は、重くても８００ｇ、例えば重くても６００ｇ、５００ｇ、４００ｇ、３００ｇ、２００ｇ、１５０ｇ、１００ｇ、８０ｇ、６０ｇ、５０ｇ、４０ｇ，３０ｇ、２０ｇ、１０ｇ、又は５ｇ、例えば重くても１ｇの重さであることが、更に好ましいだろう。
【０１９８】
典型的には、装置の全重量は、２０ｇ〜１ｋｇ、例えば２０ｇ〜５０ｇ、５０ｇ〜１００ｇ、１００ｇ〜２５０ｇ、２５０ｇ〜５００ｇ又は５００ｇ〜１０００ｇの範囲である。
【０１９９】
本発明の更なる側面は、気体試料から生体粒子を検出するためのシステムに関し、このシステムは本明細書中で規定した装置と機能的に接続したチップを含んで成る。
【０２００】
本発明の実施態様においては、システムのチップ及び装置は統合され、互いに物理的に分離することは意図されていない。本発明の実施態様においては、システムのチップ及び装置は、チップ又は装置にダメージを与えずにそれらが物理的に互いに分離しないように統合される。
【０２０１】
本発明の重要な実施態様においては、システムは使い捨てのシステムであり、例えばたった一回使用することを意図している。
【０２０２】
別の重要な実施態様においては、システムのチップは使い捨てであるが、装置は再利用することを意図している。
【０２０３】
本発明の特別な側面は、空気感染疾患をモニタリングすることを目的とした装置に関し、低いエアロゾル濃度（疫病のモニタリングに対して直接的関係を有する）のモニタリングに関して最適化される。装置は、バイオエアロゾルのサンプリング、後にＤＮＡ又はｃＤＮＡの増幅を伴う遺伝物質の抽出のための試料調製を可能にする、同一の容器（１０ｎＬ〜１０ｍＬの範囲の容積）内にホストされた３つの統合された技術から成る。この容器は、一般的な流入と流出により空気及び液体が供給される。初めに、流入における過度の圧力又は流出における減圧のいずれかにより起こる流れの中で、空気は容器を通過する。容器には、電気集塵を容易にする電極を備え付ける。電極は典型的には、その間を空気が通過する２つの対向したシートとして形成される。しかし、容器内の所望の場所にサンプリングした粒子を導くために、他の形態、例えば１つの又は１組の点電極と組み合わせた１つのシート電極を用いることができる。電気の火花を防ぐためには、最も短い距離で測定する電極間の電場は１０００Ｖ／ｍｍ未満である。天然の電荷を有する生体粒子は電場内に捕捉され、そして容器を通過するそれらの移動は中断され、それらが集塵される電極にそれらは導かれる。この捕捉機構は効果的であり、容易に８０％以上の捕捉効率が達成される。表面電極上の電圧を制御する外部装置により、電気集塵に要する時間を容易に設定することができる。電圧を切ると、集塵が止まる。いったん所望の体積の空気が容器を通して処理されたら、空気の送り込みをとめることができ、そしてＤＮＡ／ｃＤＮＡ増幅用の試薬を含む液体で容器を満たすことができる。
【０２０４】
収集し、濃縮した生体粒子は、試料調製のために曝露することができる。機械的分解、化学的分解、及び熱分解に対して非常に耐性のあることが知られているグラム陽性細菌の胞子は、容器内の周期的電場に曝露されると染色体ＤＮＡ及びプラスミドＤＮＡを放出することを実証した。振動数が１０ｋＨｚ以上の場合、ＤＮＡの放出は２〜３秒以内に起こり、最大放出は約１００ｋＨｚで達成される。振動磁場の効果は、直接的な膜破壊、胞子壁における孔形成、又はＭｇ2+又はＣａ2+などの別に緩衝された二価陽イオンの同時活性化による胞子の生化学的分解に起因した突然の浸透圧膨張のいずれかによる、胞子の完全性の破壊である。グラム陽性細菌の内生胞子の壁は、細菌、ウイルス、又は菌類に見出される最も安定な封構造（ｅｎｃｌｏｓｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）であり、それは生物を保護し、そして非常に厳しい条件下で数十年間休眠状態であることを可能にする。従って、振動電場を用いた試料調製技術は、細菌細胞及び胞子から遺伝物質を放出させるのに効果的である。振動磁場は、電気集塵に用いたのと同じ電極により誘導することができる。
【０２０５】
最初の電気的な試料調製の後に、試料を変性温度まで急速に加熱し、その後冷却することで、試料を加熱及び冷却サイクルに曝露する。この温度循環は、細胞、胞子の更なる破壊を介在し、特に振動電場により影響を受けないウイルスが遺伝物質を放出する。ウイルスは一般的にタンパク質構造に組み込まれた遺伝物質であり、それは高温で直ちに変性する。急速な温度振動（加熱速度＞４０℃／秒、冷却速度＞１５℃／秒）は、最適な熱交換用に容器を設計することにより可能となる。熱設計は、容器内の水の熱時定数と比較した、材料の全熱時定数の間の関係に基づく。容器の周囲の材料の全体の熱容量及びこれらの材料の互いの結合及び外部に取り付けたヒートシンクとの結合は、急速な温度振動を可能にする上で重要な因子である。熱は、容器の上部と下部の双方における例えばＡｕ又はＰｔの導電性薄膜を通して供給され、そして急速な加熱及び冷却を達成するためには、液体がヒーターの間にフラットシートを形成することが重要である。
【０２０６】
薄膜は、導電性物質を通る通過電流により加熱する。４つの配線したホイートストンブリッジ熱センサーの配置を測定することにより温度を制御し、これは容器内の温度を±１℃の正確さで設定することを可能にする。容器内で適切な生化学的条件が存在するならば、温度の振動は、ＤＮＡ又はｃＤＮＡの増幅を更に容易にする。
【０２０７】
本装置は、１つの装置に統合された、迅速なサンプリング、試料調製、及びＤＮＡ又はｃＤＮＡの単一分子の増幅を可能にする方法論の、ユニークで且つ新規な組み合わせを表す。
【０２０８】
本明細書で用いられる「流体」という用語は、任意の流体、例えば空気、気体、又は液体、例えば水及び水溶液を指す。
【０２０９】
本発明の特別な側面は；
サンプリングする空気と反応チャンバーの間のガス流能を提供する流入開口部、及び反応チャンバーと反応チャンバーの外側の間のガス流能を提供する流出開口部を有する反応チャンバーであって、反応チャンバーを通って気体試料を流入開口部から流出開口部へと引き込むための空気流を生み出す手段に流出口又は流入口が接続している、反応チャンバー；この反応チャンバーは、生化学的に規定された溶媒をそのチャンバーに導入する能力、温度に依存した生化学的反応の産物をそのチャンバーから取り除く能力、及び反応チャンバーの温度を非常に速く且つ正確に制御する能力を有する、並びに流入開口部と流出開口部の間の反応チャンバー内に配置された収集要素及び電解要素であって、平行に置かれた２以上の電極をから成り、且つ電流を通すことのできる物質で覆われた又はその物質から成る表面又は少なくともその表面の一部分を有する収集要素及び電解要素、
を含んで成る、生体粒子の収集、遺伝物質の抽出、及び伝導温度に依存した生化学反応用のマイクロスケールの装置に関する。
【０２１０】
本発明の特別な実施態様においては、平行な電極は、装置を通過する空気流に対して斜め又は垂直な電場を生み出すことを可能にし、これはサンプリングした空気中に存在する粒子が帯電し、それにより正又は負のいずれかに荷電した電極への付着によって捕捉されることを容易にする。
【０２１１】
本発明の特別の実施態様においては、電極は、生化学的に規定した溶媒を導入した後に、高い振動数の交流電場（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｉｎｇ ｆｉｅｌｄ）を捕捉した生体粒子に適用する。
【０２１２】
本発明の特別の実施態様においては、溶媒はポリメラーゼ連鎖反応又はＰＣＲを実施することを可能にする試薬を含んで成る。
【０２１３】
本発明の特別の実施態様においては、溶媒はリガーゼ連鎖反応又はＬＣＲを実施することを可能にする試薬を含んで成る。
【０２１４】
本発明の特別の実施態様においては、溶媒は転写をベースとした増幅を実施することを可能にする試薬を含んで成る。
【０２１５】
本発明の特別の実施態様においては、溶媒は制限酵素をベースとした増幅を実施することを可能にする試薬を含んで成る。
【０２１６】
本発明の特別の実施態様においては、反応チャンバーはおよそ０.１μｌ〜５００μｌの範囲の流体を含むように適合している。
【０２１７】
本発明の特別の実施態様においては、反応チャンバーはおよそ１.０μｌ〜５μｌの範囲の流体を含むように適合している。
【０２１８】
本発明の特別の実施態様においては、反応チャンバーはおよそ４.５ｍｍ×１ｍｍ×３００μｍの寸法又は比例して小さい寸法を有する。
【０２１９】
本発明の特別の実施態様においては、装置は再利用され、ポリマー、シリカ、ガラス、金属、及びセラミックから成る物質の群から作られる。
【０２２０】
本発明の特別の実施態様においては、装置は使い捨てであり、ポリマー、シリカ、ガラス、金属、及びセラミックから成る物質の群から作られる。
【０２２１】
本発明の特別の実施態様においては、電極は、電流を通しそれにより電場を作り出す、少なくとも１つのプレート電極を含んで成る。
【０２２２】
本発明の特別の実施態様においては、電極は、電流を通しそれにより電場を作り出す、少なくとも１つの線状の電極を含んで成る。
【０２２３】
本発明の特別の実施態様においては、装置を通過する空気流に対して斜め又は垂直な電極間の距離が０.０１ｍｍ〜４ｍｍである。
【０２２４】
本発明の特別の実施態様においては、電極間に適用する電場は１００Ｖ／ｍｍ〜１６００Ｖ／ｍｍである。
【０２２５】
本発明の特別の実施態様においては、方法は更に、高い振動数の交流電場の適用により誘導される細胞溶解を実施することを含んで成る。
【０２２６】
本発明の特別の実施態様においては、交流電流は８０００〜２００,０００Ｈｚの振動数で適用される。
【０２２７】
本発明の特別の実施態様においては、適用するパルスシーケンスは１秒〜６０秒である。
【０２２８】
本発明の特別の実施態様においては、装置は更に、生化学的反応の結果を報告するための伝送手段を含んで成る。
【０２２９】
本発明の特別の実施態様においては、伝送手段は、結線、ラジオリンク、赤外線伝送、マイクロ波伝送、携帯電話、ＧＳＭモジュール、又はコンピューターネットワークによる。
【０２３０】
本発明の別な特別の側面は、本明細書に記載の装置を含んで成る微生物モニタリングシステムに関し、この微生物モニタリングシステムは分離した装置のネットワークを含んで成る。
【０２３１】
本発明の特別の実施態様においては、モニタリングネットワークは統合されたネットワークである。
【０２３２】
本発明の特別の実施態様においては、装置、例えばネットワーク中の装置の場所は、グローバルポジショニングシステムにより決定される。
【０２３３】
本発明の特別の実施態様においては、方法は検出又は診断試験を構成する。
【０２３４】
本発明の特別の実施態様においては、検出試験は、検出試験の振動数を決定する可変の又はプログラムマブルなタイマーを含んで成る。
【０２３５】
本発明によると、本発明の側面の１つに関連して記載した実施態様及び特徴は、本発明の他の側面に対しても適用されることに注意すべきである。
【実施例】
【０２３６】
実施例１  チップの調製に関する典型的な実施態様
そのデザインは、４.５ｍｍ×１ｍｍ×３００μｍ（又は、比例して増減する）の寸法を有する容器又は反応チャンバーを具体化する。提案した装置の構造は、記載したコンセプトデザインの本質的な概略図に従う。
【０２３７】
シリコン基板を断熱層で覆い、装置の熱的特性を確定する。その後、低い抵抗、リードアウトトラック（ｌｅａｄ ｏｕｔ ｔｒａｃｋ）、コンタクトパッドを有する抵抗ヒーター層を蒸着し、パターニングする。チャネルの基部を加熱するために、ヒーターを均一にパターニングする。次に、誘電体層を蒸着し、後の層からヒーターを絶縁する。次にプラチナ膜を蒸着し、そしてパターニングして、温度センサー及び電極を調製する。次に温度センサーを試料から選択的に絶縁する。シリコンウエハーの製造は、チャネル形成／リッド付着における結合及びシールに必要な任意の層の処理により完了する。
【０２３８】
特有の耐熱性を与えるため、リッドをガラスから作る。プラチナ電極膜を蒸着し、パターニングする。必要であれば、プラチナ電極膜は絶縁することができ、又はその中にパターニングされた温度センサーを有することができる。パターニング段階は、本質的にシリコンウエハーの製造において用いるもののサブセットである。次に、流体アクセスポートをリッド中に形成し、プロセスの並びは可能性があるが−これは本質的に従来の機械加工であることができる。流体接触面の要素、例えばルアー嵌合部は、組み立てフローにおける好都合な段階でこれらのポートに結合する。
【０２３９】
プラチナ電極を形成する前に、リッド内へのエッチングによりチャネルを確定する。リッド上の電極が、パターニングのありふれた製造を可能にする比較的粗い形状のものであれば、これは容易に実行できる。或いは、リッドは平面的要素のままであって、チャネルは３００μｍの厚い「スペーサー」層中に形成される。スペーサー層は、シリコン基部及びガラスリッドの双方に結合する。
【０２４０】
段階的な層の処理
この小区分においては、装置を構築するのに使用する層シーケンスを規定する。装置における層の機能的役割について概説し、そして装置を得る方法におけるいくつかの代替方法を与え、その選択の利点／不利点を記載する。
【０２４１】
段階１、図２を参照
シリコン基板。これは、約５００μｍの厚さのシリコンウエハーである。反応チャンバーの裏面と熱的接触が容易であるので、両面研磨ウエハーが好ましい。背面のディープＲＩＥ法により側面の熱的分離を達成することができるならば、ウエハーの厚さは合理的且つ厳密に特定すべきであり、或いはエッチの深さはウエハーの厚さの変動を補うように変えるべきである。そのようなウエハーは、多くの供給元から容易に入手することができる。
【０２４２】
段階２、図３を参照
断熱層。この層は、ヒートシンクへの熱損失の割合を制御するために、シリコンの上面に蒸着され、その結果、温度を維持し試料を加熱するのに電力が必要である。必要なＰＣＲのサイクル数及び電力レベルのために、約２０μｍの厚さのポリイミド層が必要とされるだろう。様々な種類のポリイミドを使用することができ、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）は代替のポリマー誘電物質である。
【０２４３】
段階３、図４を参照
ヒーター層。この層は、好都合な抵抗物質内に形成される。熱的モデルのピーク電力においては、約４Ｗのヒーターの損失が示される。それが必要とする抵抗は、所望の駆動電圧及び電流に依存する。約１００ｍＡ〜１Ａの電流が合理的であると考えられている（対応する電圧は、４０Ｖ〜４Ｖの範囲である）。必要な電圧は、４００Ω〜４Ωの範囲である。ヒーター抵抗器の形状は好都合に且つ厳密に反応チャンバーの形状（基部の全体を覆う単純な長方形の厚板）に従うことができる。従って、抵抗器は、およそ４.５平方であり、およそ１〜１００Ω／ｍの範囲の膜抵抗を示す。この抵抗は、薄い膜処理により容易に達成することができる。ＮｉＣｒ抵抗器は、スパッタリング、又はエバポレーションにより蒸着し、ウェットエッチングによりパターニングすることができる。要求を満たすＮｉＣｒ抵抗器の処理は、広く利用可能である。
【０２４４】
段階４、図５を参照
コンタクト層１。この層は、ＮｉＣｒの蒸着後に直ちに蒸着され、ＮｉＣｒ抵抗器への接触を確定するのに役立つ。典型的には、この層は金の薄い膜である。それはウエットエッチングにより確定される。パターンは、金の下にＮｉＣｒが常に存在するが、ＮｉＣｒの上に金は存在することができないものであることは、明らかである。典型的なシークエンスは、「金又はＮｉＣｒ」の擬似層を確定し、金をエッチングし、その後ＮｉＣｒをエッチングし、「金」の層を確定するために再度マスクし、金を再びエッチングする、フォトリソグラフィーマスクである。（金エッチャントをベースとしたイオジンによるＮｉＣｒ膜への攻撃は、基本的にないようである）。適切な処理は、広く利用可能である。
【０２４５】
段階５、図６を参照
電気絶縁材１。この層は、ヒーター層をその後の導電層から電気的に絶縁するのに役立つ。使用するもっとも有望な物質は、ＰＥＣＶＤ酸化物である。標準的な反応性イオンエッチング処理を用いて、必要なビア／コンタクト開口部をその酸化物中にパターニングすることができる。ＰＥＣＶＤ及びＲＩＥ処理の双方は、広く利用可能である。
【０２４６】
段階６、図７を参照
プラチナ１。この層は、温度センサーとして用いる曲折した構造、並びに胞子の捕捉及びＤＮＡ検出工程において用いる電極を形成するのに役立つ。その膜がリフトオフフォトリソグラフィーによりパターニングされ、電子ビーム蒸着により蒸着されることが想定される。その代わりに、スパッタ蒸着、及びスパッタバックエッチング又は反応性イオンエッチングのいずれかを用いることができる。しかし、リフトオフ経路はより容易に利用可能のようである。
【０２４７】
段階７、図８を参照
コンタクト２。第二のコンタクト層物質は、プラチナ膜とのワイヤー結合を容易にするのに必要であろう。
【０２４８】
段階８、図９を参照
電気絶縁材２。この層は、温度センサーを試料から絶縁するのに役立つ。基本的に段階５のように蒸着され、パターニングされたＰＥＣＶＤ酸化物が想定される。
【０２４９】
段階９、図１０を参照
平坦化１。リッドの付着が特に平面を必要とするならば、リッド結合領域以外の場所から移動する前に、高度な平面度まで研磨することのできる全体的な層を蒸着する必要があるだろう。このような平坦化処理は次第に一般化してきており、最も効果的である。例えば、シリコンディスプレイの液晶産業は、高密度集積回路トポグラフィー上に光学的品質の鏡面を形成することを可能にするこのタイプの処理を使用する。
【０２５０】
段階１０、図１１及び図１２を参照
この段階を完了するために、「ピクチャーフレーム」スペーサー及び装置リッドを示す。これらは、以下で検討する。リッドは、全体的なプラチナ層又はチタン−金層を有することが想定される。そのフレームの側壁におけるＶ字型の切り取りは、コンタクトをリッド上のプラチナ膜から主なシリコン基板までもたらすことを可能にする。これは、注入された導電物質、例えば充填されたエポキシを用いて達成される。
【０２５１】
最終的な装置を図１３に示す。
【０２５２】
他の処理情報
ガラスカバーの製造
ガラスカバーは、証明された物質中で効果的な熱障壁を提供するので好ましい。このリッド上のプラチナ構造を確定する必要性及び流体ポートにより、わずかな複雑さが持ち込まれるが、これは異常ではない。
【０２５３】
主要な設計の決定は、カバー上に任意の温度センサー及び加熱装置を含むかどうかである。これらが含まれるならば、工程はより複雑である。
【０２５４】
胞子を捕獲するのに使用する曝露されたプラチナ電極のみを有する単純なカバーは、単にガラス基板全体にプラチナをスパッタリング又は電子ビーム蒸着することにより作ることができる。ヒーター及び温度センサーが組み込まれるならば、基礎のシリコン処理の３〜９の段階から選択される工程が用いられるだろう。シリコン基板とは対照的に、ガラスを供給するための工程の段階の詳細においては、ほとんどバリエーションは存在し得ない。
【０２５５】
いったん薄膜が作られると、流体ポートはガラスを通して機械加工されるだろう。これについては、様々な手段が利用可能である。例えば、高速スピンドルを有するミクロフライス盤を用いる。他の経路は、放電加工、超音波フライス加工、及びサンドブラスティングを含む。
【０２５６】
チャネル形成及び装置の組み立て
シリコン及びガラスの双方に結合したスペーサー層を用いて、チャネルを形成する。この層を形成し結合するのに、多くの経路が可能である。好ましい経路は、接着膜、及び活性化又は単に固定されたＰＤＭＳである。チャネル形成の代わりとなるものは、以下のものである。
【０２５７】
Ａ．接着結合
最も単純で可能なレベルでは、３００μｍの厚さのフィルム接着剤へのダイス切断又はレイザー切断により、チャネルを確定することが可能であるだろう。このような接着剤は、医療分析装置の大量市場において広く用いられている。しかし、電流の適用に関して、長期の信頼性に対する懸念が存在するだろう。装置が使い捨てとして使用されるならば、接着テープを使用することが可能であるだろう。
【０２５８】
ＰＤＭＳ成形及びプラズマ補助結合
この工程においては、シリコンゴム中にガスケットが成形される。このような成形品は、安く作られるプロトタイプを用いて、適当な数が容易に作られる。成形工程は、非常に優れた細部の保持を可能にする。シリコンの酸素プラズマ活性化によりシリコンゴムをガラスに結合する工程は、多くのグループにおいて確立されている。それは、高い結合力を有する長期持続性の結合を容易に形成する：典型的には、ガラスへの結合が機能しなくなる前に、裂傷により、シリコンゴム材料は機能しなくなる。シリコンの製造はＰＥＣＶＤ酸化物膜で完了するので、ＰＤＭＳガスケットは２つの要素をつなぎ、そしてシールを形成するのに用いることができる。
【０２５９】
パッケージと装置が一緒に設計されるならば、固定シールを用いるのが魅力的であるだろう。これは、ＰＤＭＳである可能性が高いだろう。これは、所望の３００μｍをわずかに超える厚さまで正確に成形したシートからのレイザー切断又はダイス切断であることができる。組み立てにおける正確なスペーサーは、シールの圧縮を制限するのに用いられ、それにより圧縮における側方運動を制限する。
【０２６０】
Ｂ．ガラス−ガラス融着
両面が非常に平坦できれいであるならば、ガラス要素の融着が可能である。この経路おける主な必要条件は、必要とされる温度が高すぎて、装置中の任意のポリマー物質の使用を許容できないと分かり得ることである。
【０２６１】
Ｃ．冷間圧接
興味深い可能性は、薄いガラス内にチャネルを確定するフレームを形成し、又は恐らくリッド内へのエッチングによりチャネルを確定することである。シーリングエリアを確定するために、薄膜メタライゼーションを蒸着及びパターニングし、インジウムの層で電気めっきする。この層は約２５μｍの厚さであり、類似の層を他の要素のシール領域上にめっきする。この要素を組み立てるために、典型的に希薄なＨＣｌでインジウムを洗浄して表面の酸化物を取り除き、次に溶媒ですすぐ。次に、２つのきれいなインジウム表面をコンタクト内にもたらし、そして直ちに一緒に冷間圧接する。
【０２６２】
実施例２  捕捉効率の決定方法
標準化した生体粒子の調製
約１０9胞子／ｇを含む、１００ｍｇのＢｉｏｂｉｔのバチルス・チューリンゲンシス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ）亜種クルスタキ（ｋｕｒｓｔａｋｉ）（Ｖａｌｅｎｔ ＢｉｏＳｃｉｅｎｃｅｓ Ｃｏｒｐ、米国、リバティービル）を、１ｍｌの脱塩水に再懸濁し、１２０００ｒｐｍで９０秒間遠心分離する。上清を廃棄する。この手順を４回繰り返す。最後の再懸濁の前に、１ｍｌあたりのコロニー形成単位（ＣＦＵ）の数を決定するために、試料を回収する。例えば減圧下で乾燥させるために、乾燥するまでチューブを放置する。
【０２６３】
希釈系列をＬＢ−アガープレート（ルリア・ベルターニ基質；１０.０ｇのトリプトン、５.０ｇの酵母エキス、１０.０ｇのＮａＣｌ、１５.０ｇのアガーを１.０リットルのＨ2Ｏに再懸濁−ｐＨ＝７.０、オートクレーブ）上に塗布し、３０℃で一晩インキュベートし、そして目に見えるコロニーを調べる。ＣＦＵの数は、粉末における胞子の評価を可能にする。
【０２６４】
捕捉効率の測定
洗いそして乾燥させたバチルス・チューリンゲンシス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ）の胞子を適切なエアロゾルチャンバー中でエアロゾル化し、約１０4〜１０5胞子／リットルの胞子濃度とする。捕捉効率を決定するためのチップ／サンプリングチャンバーを装置に接続し、それにより機能的に接続させる。次に、チップ／サンプリングチャンバーをエアロゾルチャンバーに接続し、約５０ｍＬ／分のガス流でチップの試料チャンバーを通してエアロゾルを吸引する。粒子カウンター（例えば、ＴＳＩ Ｉｎｃ．のアナライザーモデル３３２１、５００ Ｃａｒｄｉｇａｎ Ｒｏａｄ、Ｓｈｏｒｅｖｉｅｗ、ＭＮ５５１２６〜３９９６、米国）をチップの流出口に接続し、チップを離れる１〜１０μｍの範囲の大きさの胞子数をカウントする。
【０２６５】
まず、第一及び第二の電極の電位を接地しながら、エアロゾルの吸引により２５ｍｌのエアロゾル中の胞子数を測定する。測定した胞子数を、コントロール値（Ｎｃ）として用いる。
【０２６６】
次に、選択した電位を第一及び第二の電極に印加して、別の２５ｍｌのエアロゾルをチップを通して吸引し、そして吸引の間チップを刺激する胞子の数を測定する。この値をＮｓと呼ぶ。
【０２６７】
選択した電位でのチップ／サンプリングチャンバーの捕捉効率を、（Ｎｃ−Ｎｓ）／Ｎｃ＊１００％として計算する。
【０２６８】
実施例３  ＤＮＡ／ＲＮＡ放出パーセンテージの決定
約１０9ＣＦＵ／ｇを含む、１００ｍｇのＢｉｏｂｉｔのバチルス・チューリンゲンシス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ）亜種クルスタキ（ｋｕｒｓｔａｋｉ）（Ｖａｌｅｎｔ ＢｉｏＳｃｉｅｎｃｅｓ Ｃｏｒｐ、米国、リバティービル）を、１ｍｌの脱塩水に再懸濁し、その後７０℃で５分間低温殺菌し、その後その溶液を遠心分離する（５０００×ｇ、５）。上清を廃棄する。この（チンダリゼーション（Ｔｙｎｄａｌｉｓａｔｉｏｎ））手順を二回以上繰り返す。この最終的な１ｍｌの溶液は、約１０8個の胞子を含む。
【０２６９】
この溶液を、１０5胞子／ｍｌの終濃度まで希釈し、ストック溶液とする。
【０２７０】
試料チャンバーをストック溶液の試料で満たし、そしてその試料を選択した周波数、振幅、及び持続時間を有する交流電場に曝露する。
【０２７１】
試料の生体細胞のＤＮＡ／ＲＮＡ放出パーセンテージを決定するために、曝露した試料及びストック溶液を含むコントロールの双方を、フルオロクロム４’,６−ジアミジノ−２−フェニルインドール（ＤＡＰＩ）で処理する。ＤＡＰＩは、ｄｓＤＮＡのマイナーグルーブ中のＡ−Ｔリッチ配列に結合する際に蛍光複合体を形成するＤＮＡ染色液として広く使用されている。この染色溶液は、２.０μｇ／ｍｌのＤＡＰＩを含む水溶液である。
【０２７２】
試料チャンバーを、試料チャンバーの体積の三倍の体積の染色溶液で溶出する。試料チャンバーからの溶出液は、室温で５分間インキュベートすることが可能である。
【０２７３】
曝露した試料の体積に相当する体積のコントロールを、コントロールの体積の約三倍の体積の染色溶液で、５分間別々に染色する。
【０２７４】
次に、適切な体積のコントロール及び適切な体積の曝露した試料を、位相差顕微鏡及び蛍光顕微鏡（ＤＡＰＩフィルターと共に提供される）で観察する。コントロール及び曝露した試料の双方に対して、位相差顕微鏡により胞子の数をカウントし、そして染色体ＤＮＡ分子（青いスポットとして見える）の放出を示す胞子の数を蛍光顕微鏡によりカウントする。ＤＮＡ／ＲＮＡ放出パーセンテージは、
【数２】
2007523652.tif 000004
として決定され、ここでｄｓは青いＤＮＡスポットのカウントした数であり、Ｓｓは胞子の総数である。
【０２７５】
バックグラウンドのＤＮＡ／ＲＮＡ放出パーセンテージは、コントロールに対して決定することもでき、バックグラウンドの放出が５％以上を示すならば、その決定は妥当でないと見なし、そして生体細胞の新たなストック溶液について繰り返すことを提案する。
【０２７６】
【表１】
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【０２７７】
下記のいくつかの実施態様において、本発明を図面に関連して説明する。
【図面の簡単な説明】
【０２７８】
【図１】図１は、チップの２つの典型的な実施態様の断面図を示す。
【図２】図２は、実施例１のシリコン基板を示す。
【図３】図３は、実施例１の断熱層を示す。
【図４】図４は、実施例１のヒーター層を示す。
【図５】図５は、実施例１のコンタクト層１を示す。
【図６】図６は、実施例１の電気絶縁層１を示す。
【図７】図７は、実施例１のプラチナ層１を示す。
【図８】図８は、実施例１のコンタクト層２を示す。
【図９】図９は、実施例１の電気絶縁層２を示す。
【図１０】図１０は、実施例１のプラナリゼーション１を示す。
【図１１】図１１は、実施例１のスペーサーを示す。
【図１２】図１２は、実施例１のリッドを示す。
【図１３】図１３は、実施例１の最終的なチップを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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