(57)【要約】  本発明は、マイクロ流体デバイスを処理するための分析器械であって、試料貯蔵手段と、マイクロ流体デバイスホルダと、試料をホルダ内に配置されたマイクロ流体デバイスにロードするための試料ロード手段と、マイクロ流体デバイス内で反応を可能にするための処理手段と、反応を検出及び／又は計測するための検出手段とを有する分析器械であって、マイクロ流体デバイスホルダが、処理及び／又は検出のために、適所にテープを有し又は含むマイクロ流体デバイスを保持するようになされていることを特徴とする分析器械に関する。本発明はさらに、反応チャンバと、試料を内部に注入可能な試料ロードチャンバとを有するマイクロ流体処理デバイスであって、反応チャンバは、試料ロードチャンバに連動しており、上記デバイスは、試料ロードチャンバの少なくとも一部に延在するカバーを有し、カバー及び反応チャンバが、穿通可能な材料を有して、注入された試料のいかなるあふれた分も受け入れるように構成された過剰分キャビティにより分離されている、マイクロ流体処理デバイスに関する。最後に、本発明は、上述の分析器械とマイクロ流体処理デバイスとを有するキットに関する。
2008530524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体デバイスを処理するための分析器械であって、試料貯蔵手段と、マイクロ流体デバイスホルダと、試料を前記ホルダ内に配置されたマイクロ流体デバイスにロードするための試料ロード手段と、マイクロ流体デバイス内において反応を可能にするための処理手段と、前記反応を検出及び／又は計測するための検出手段とを備え、前記マイクロ流体デバイスホルダが、処理及び／又は検出のために適所にテープを有し又は含む前記マイクロ流体デバイスを保持するようになされていることを特徴とする分析器械。
【請求項２】
前記試料ロード手段が、前記試料貯蔵手段に対して、及び前記マイクロ流体デバイスホルダに対して移動可能である、請求項１に記載の器械。
【請求項３】
マイクロ流体デバイスを開けるための開口手段をさらに備える、請求項１又は２に記載の器械。
【請求項４】
前記試料ロード手段及び前記マイクロ流体デバイス開口手段が、移動可能な共通の支持体上に固定距離だけ離して配置されており、前記マイクロ流体デバイス開口手段が前記マイクロ流体デバイスを開けるのと同時に、前記試料ロード手段が前記試料貯蔵手段から試料を取得できるように離間されている、請求項３に記載の器械。
【請求項５】
前記試料ロード手段がノズルを備え、前記ノズルはピペットチップを取り外し可能に装着するようになされており、前記ノズルがさらに、装着されたピペットチップに液体を投入するためのポンプに作動可能に取り付けられている、請求項３又は４に記載の器械。
【請求項６】
前記ノズルから使用済みピペットチップを取り外すための手段を含む、請求項５に記載の器械。
【請求項７】
前記取り外し手段がフランジを備え、前記ピペットチップが、前記装着されたピペットチップと前記フランジとの間の相対運動により取り外される、請求項６に記載の器械。
【請求項８】
使用済みのピペットチップを受けるための容器を含む、請求項７に記載の器械。
【請求項９】
前記ノズルが該ノズルに取り付けるためのピペットチップに接触できるように、ピペットチップを貯蔵するようになされた未使用ピペットチップ貯蔵部を含む、請求項５〜８のいずれかに記載の器械。
【請求項１０】
前記容器及び前記貯蔵部が、取り外し可能な単一のユニットの一部である、請求項８にに従属する場合の請求項９に記載の器械。
【請求項１１】
前記開口手段が、前記移動可能な共通の支持体に取り外し可能に装着された穿孔具を備える、請求項４〜１０のいずれかに記載の器械。
【請求項１２】
前記穿孔具が針を備える、請求項１１に記載の器械。
【請求項１３】
使用済み針を前記移動可能な共通の支持体から取り外すための手段を含む、請求項１１又は１２に記載の器械。
【請求項１４】
前記取り外し手段がフランジを備え、前記使用済み針が、前記針と前記フランジとの間の相対運動により取り外される、請求項１３に記載の器械。
【請求項１５】
使用済み針を受けるための容器を含む、請求項１４に記載の器械。
【請求項１６】
前記共通の支持体がそこに取り付けるための針に接触できるように、針を貯蔵するようになされた未使用針貯蔵部を含む、請求項１２〜１５のいずれかに記載の器械。
【請求項１７】
前記容器及び前記貯蔵部が、取り外し可能な単一のユニットの一部である、請求項１５に従属する場合の請求項１６に記載の器械。
【請求項１８】
針の使用のカウントを持続して、使用者に針交換の必要を警告するようになされている、請求項１２〜１７のいずれかに記載の器械。
【請求項１９】
マイクロ流体デバイスの単一の要素を用いて単一の試料を処理するように作動する、先行請求項のいずれかに記載の器械。
【請求項２０】
単一の試料ロード手段のみを備えることにより、マイクロ流体デバイスの単一の要素を用いて単一の試料を処理するように作動し、前記単一の試料ロード手段は、複数の試料ホルダから一度に１つの試料をロードし、各々の前記試料をマイクロ流体デバイスの個別の要素に運ぶことができる、請求項１９に記載の器械。
【請求項２１】
複数の試料のバッチを、１つのマイクロ流体デバイスのテスト要素容量の限界まで処理できるように作動する、先行請求項のいずれかに記載の器械。
【請求項２２】
複数の試料のバッチを、マイクロ流体デバイスフィーダモジュールの容量の限界まで処理できるように作動する、請求項１〜１８のいずれかに記載の器械。
【請求項２３】
前記試料貯蔵手段が、前記試料検出手段に対して移動可能なプラットホームに装着されている、先行請求項のいずれかに記載の器械。
【請求項２４】
前記試料検出手段及び前記マイクロ流体デバイスホルダは、前記マイクロ流体デバイス内の試料を、所定の検出用の位置に位置決めすることができるように、相互に移動可能である、先行請求項のいずれかに記載の器械。
【請求項２５】
前記マイクロ流体デバイスホルダは、各々の前記要素を前記検出手段によって個々に検出できるように、複数のマイクロ流体処理要素を有するマイクロ流体デバイスを収容するようになされている、先行請求項のいずれかに記載の器械。
【請求項２６】
前記マイクロ流体デバイスホルダが、前記試料貯蔵手段と同じプラットホームに装着されている、先行請求項のいずれかに記載の器械。
【請求項２７】
前記試料処理手段が、前記ホルダ内に装着されたマイクロ流体デバイス内の試料に電圧を印加するための複数のプローブを備える、先行請求項のいずれかに記載の器械。
【請求項２８】
前記プローブが、前記マイクロ流体デバイスの導電性パッドに接触するように配置されている、請求項２７に記載の器械。
【請求項２９】
ＤＮＡ又はＲＮＡ又はタンパク質の分子を含有する試料を電気泳動分離することができるようになされている、請求項２７又は２８に記載の器械。
【請求項３０】
１つ又はそれ以上の抗体を含む前記マイクロ流体デバイス内の区域を通って、生体試料を動電輸送できるようになされており、それにより前記試料と任意の抗体物質との間の結合が可能となる、請求項２７又は２８に記載の器械。
【請求項３１】
前記検出手段が、試料内の導電率の変化を検出するようになされている、先行請求項のいずれかに記載の器械。
【請求項３２】
前記試料検出手段が光学アセンブリを備える、請求項１〜３０のいずれかに記載の器械。
【請求項３３】
前記光学アセンブリが、前記試料の構成物質を励起するための所定の第１の周波数で放射して、前記試料に第２の周波数で光を放射させることができる光源と、光受信機とを含む、請求項３２に記載の器械。
【請求項３４】
前記受信機が、電荷結合素子又はライン走査カメラを備える、請求項３３に記載の器械。
【請求項３５】
前記受信機が、外部データ処理装置に画像データを送信するように構成されている、請求項３３又は３４に記載の器械。
【請求項３６】
内蔵システム制御器を含み、前記制御器が、自動化されたマイクロ流体デバイスの処理を実行するように使用者によりプログラム可能である、先行請求項のいずれかに記載の器械。
【請求項３７】
外部システム制御器により制御されるようになされた、請求項１〜３５のいずれかに記載の器械。
【請求項３８】
前記器械に取り外し可能に取り付けることができ、前記マイクロ流体デバイスホルダへ自動的にロードするための複数のマイクロ流体デバイスを貯蔵するフィーダモジュールを含む、先行請求項のいずれかに記載の器械。
【請求項３９】
反応チャンバと、試料を内部に注入可能な試料ロードチャンバとを備え、前記反応チャンバは前記試料ロードチャンバに動作可能に接続されており、前記試料ロードチャンバの少なくとも一部に延在するカバーを備え、前記カバー及び前記反応チャンバは穿通可能な材料を備えており、注入された試料のいかなるあふれた分も受け入れるように構成された過剰分キャビティにより分離されている、マイクロ流体処理デバイス。
【請求項４０】
前記反応チャンバが分子分離媒体を含む、請求項３９に記載のマイクロ流体処理デバイス。
【請求項４１】
前記反応チャンバがチャネルである、請求項３９又は４０に記載のマイクロ流体処理デバイス。
【請求項４２】
前記マイクロ流体処理デバイスが、前記試料ロードチャンバから離れた前記反応チャネルの端部に、受けチャンバをさらに含む、請求項４１に記載のマイクロ流体処理デバイス。
【請求項４３】
前記カバー及び／又は前記ロードチャンバが、高分子フィルムから製造されている、請求項４０〜４２のいずれかに記載のマイクロ流体処理デバイス。
【請求項４４】
積層構造を有する、請求項３９〜４３のいずれかに記載のマイクロ流体処理デバイス。
【請求項４５】
前記反応チャンバに対する位置が既知である光学的基準マークを含み、該光学的基準マークは、反応過程の位置を正確に識別するために分析器械の前記検出手段によって取得することができる、請求項３９〜４４のいずれかに記載のマイクロ流体処理デバイス。
【請求項４６】
請求項１〜３８のいずれかに記載の分析器械、及び請求項３９〜４５のいずれかに記載のマイクロ流体処理デバイスを備えるキット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、免疫測定法、細胞に基づく検査、及びＰＣＲを含む様々な技術を用いて、生体試料及び／又は生化学試料の性質の測定において使用するための分析器械（ａｎａｌｙｓｉｓ  ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）に関する。特に、本発明は、電気泳動法を用いた、ＲＮＡ、ＤＮＡ、又はタンパク質を含有する試料の分析に関する。
【背景技術】
【０００２】
利用可能な多数の分析器械及び装置がある。生体試料の分析は、広範囲に渡って大規模に行われ続けており、しばしば多数の処理ステップを必要とする。
【０００３】
生命科学実験室において最も広範囲に使用される分析技術の１つは、ゲル浴ベースの電気泳動である。この処理により、例えば核酸又はタンパク質等の荷電分子の複合混合物を分離することが、それらの電気泳動の移動度に応じて可能となる。この方法を受けて、相対分子量及び構成分子の量を測定することができる。しかしながら、この良好に確立された技術は、時間がかかり、労力がかかり、かなりの量の作業台スペースを要する。試料調製、試料分析、及び試料クリーンアップは全て、使用される試薬のいくつか（例えば臭化エチジウム）が有毒である湿式化学を伴い、特殊化されたハンドリング及び廃棄方法を必要とする。
【０００４】
スラブゲルを用いたＤＮＡ断片の電気泳動及び分析のための通常の作動構成は、以下を含む。
超高純度の脱塩水供給、
大量供給ボトル入りの緩衝剤試薬、
化学染色液又は染料、
ゲル粉末、
ゲル調製のための実験室のガラス器械、
ゲル調製（粉末を緩衝剤と混ぜる）のための加熱・攪拌装置、
ゲルタンク及びその付属品全て、
電源ユニット、
試料ロードピペット、
ゲル内の蛍光色素を活性化できるように、処理されたゲルがその上に搬送されるライトボックス、及び
その最も基本的な配置が、ライトボックスに対する対光性の配置に適合させることができる金属フードに取り付けられたインスタントカメラである、ゲルカメラ。
【０００５】
この伝統的な処理に対する利用可能な改良は、例えばインビトロジェン・コーポレーション（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）のノヴェックス（Ｎｏｖｅｘ（登録商標））ブランド、或いはバイオ−ラッド・ラボラトリーズ（Ｂｉｏ‐Ｒａｄ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）のレディ・アガロース（ＲｅａｄｙＡｇａｒｏｓｅ（登録商標））ブランドにより提供されるような、標準ゲルタンクに「滴下する」プレキャストゲルである。しかしながら、これらのゲルはやはり「湿式化学」のハンドリング手順を要し、時間及び労力はかかったままである。
【０００６】
別の改良は以下を含む。
使用者がその中にゲルマトリックスを形成できる剛体のゲル板、
複数のプレキャスト又は自製ゲルを同時に処理できるが、多くのハンドリング及び湿式化学調製を要するゲルタンク、
ゲルタンク又は緩衝剤が不要であるプレキャストゲル、例えばインビトロジェン・コーポレーション（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）により提供される「イーゲル（Ｅ‐Ｇｅｌ（商標））」システム（米国特許第５，５８２，７０２号及び第５，８６５，９２４号参照）。
【０００７】
「イーゲル（Ｅ‐Ｇｅｌ（商標））」システムはやはり、手動の試料ロード及び分析のための個別の画像キャプチャステーションの使用の不便さ及び運搬経費を招く。
【０００８】
電気泳動分離及び画像化中に使用される最も一般的な核酸の着色剤の１つに臭化エチジウムがある。この着色剤は、電気泳動画像化が依存する螢光発光をトリガするために紫外線（ＵＶ）光源を必要とするという欠点を有する。ＵＶ画像化システムの必要条件は、完全に閉鎖された遮蔽ライトボックスを使用するか又は暗室内において保護眼鏡を使用するかのいずれかにより、使用者を紫外線から保護することである。
【０００９】
通常の使用における処置として、多数の商業的に利用可能なゲル画像化システムのうちの１つを使用することがある。ゲルはゲル浴内において伝統的な方法で処理されるが、その後、ゲル浴から、ビューア又は画像印刷装置にケーブルで外部接続されたディジタルカメラを含む対光性のエンクロージャ内に含まれる個別のライトボックスの上面に、手動で搬送される。利用可能なシステムの例は、ユーヴィピー・インコーポレイテッド（ＵＶＰ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）（ブランド名  ゲルドック−イット（ＧｅｌＤｏｃ‐Ｉｔ））、バイオ−ラッド・ラボラトリーズ（Ｂｉｏ‐Ｒａｄ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）（ブランド名  ゲル・ドック（Ｇｅｌ  Ｄｏｃ））、又は、シノプティック・リミテッド（Ｓｙｎｏｐｔｉｃｓ  Ｌｉｍｉｔｅｄ）（ブランド名  シンジーン（Ｓｙｎｇｅｎｅ））により製造されている。
【００１０】
同様の解決法として、ＵＶライトボックス及びカメラを納める立入り形の暗室を使用することがある。しかしながら、これらの画像化技術を含むシステムは、やはり、かなりの水準の試薬調製や、注意深い手動による試料ロードや、複数個の機器の設定及び使用を必要とする。
【００１１】
伝統的なスラブゲル処理を自動化するシステムの例には、ヘレナ・バイオサイエンス（Ｈｅｌｅｎａ ＢｉｏＳｃｉｅｎｃｅｓ）の米国特許第４，９５４，２３７号及び第５，１４７，５２２号がある。これらのシステムは比較的かさばっており、それらの自動化処理はやはり伝統的な湿式化学スラブゲルの調製、処理、及び自動化されたハンドリングを伴っている。
【００１２】
（スラブゲル電気泳動とは異なるものとしての）キャピラリ電気泳動を使用する完全に自動化された電気泳動装置は、ゲル浴電気泳動に関する幾つかの問題を扱っている。しかしながら、これらの種類の機器は大きくて高価であり、特別に訓練された操作者を必要とする。これらの機器は、通常、核酸の高分離能（単一の塩基対まで）の分離、又は自動化が基本である高スループットの一塩基多型（ＳＮＰ）分析を実行するのに使用される。この種のシステムの１例に、アプライド・バイオシステム・インク・プリズム３１００・ジェネティック・アナライザ（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ  Ｐｒｉｓｍ３１００  Ｇｅｎｅｔｉｃ  Ａｎａｌｙｓｅｒ）がある。これらのシステムのコスト及び複雑さが、いつも、小さい実験室におけるそれらの使用を妨げている。
【００１３】
分子生物学において、マイクロ流体デバイスが使用され始めている。アジレント・バイオ−アナライザ２１００（Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｂｉｏ‐ａｎａｌｙｓｅｒ２１００）は、キャリパー（Ｃａｌｉｐｅｒ）社の「ラブチップ（Ｌａｂｃｈｉｐ（登録商標））」を用いるベンチトップ型デバイスである。このシステムは、マイクロ流体技術を利用して迅速な分離を達成する。しかしながら、このシステムは完全には自動化されておらず、試料は（並列とは逆に）直列的な方法で処理される。
【００１４】
スラブゲル電気泳動を置き換えようとし、分離時間の著しい減少を達成することを目標とするシステムの課題は、テスト試料の調製に関連する必要性のほか、試薬の調製（ゲル、緩衝剤、電解液）の必要性を排除することである。
【００１５】
さらに、生体及び／又は生化学試料を分析する一般的な分野において、以下のような多数の課題が存在する。例えば、
さまざまな異なる標準実験用容器の種類において使用者が試料をロードできるようにすること、
微小規模の分離デバイスを使用して、ジュール加熱の危険性なく分子の分離を迅速化すること、
試料のスループットの改善を導く高度に並列な試験を達成すること、
使用される試薬及びテスト試料の量（従ってコスト）を低減すること、
処理を自動化して処理ステップを統合し使用者の介入を最小にすること、
非常に小さい設置面積によりこれらの改善を達成すること、
伝統的なスラブゲル処理にコストで競合できる方法で上記の全てを達成すること。
【００１６】
上記の課題に取り組み、それによって、迅速、清潔かつ効果的な方法で試料を分析する分析器械を提供することが本発明の目的である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１の態様によれば、マイクロ流体デバイスを処理するための分析器械であって、試料貯蔵手段と、マイクロ流体デバイスホルダと、試料をホルダ内に配置されたマイクロ流体デバイスにロードするための試料ロード手段と、マイクロ流体デバイス内において反応を可能にするための処理手段と、反応を検出及び／又は計測するための検出手段とを備え、マイクロ流体デバイスホルダが、処理及び／又は検出のために適所にテープを有し又は含むマイクロ流体デバイスを保持するようになされていることを特徴とする分析器械が提供される。
【００１８】
マイクロ流体デバイス内において実行される反応は、電気化学的及び／又は生化学的であっても良い。
【００１９】
好ましくは、試料ロード手段は、試料貯蔵手段に対して、及びマイクロ流体デバイスホルダに対して移動可能である。
【００２０】
器械は、マイクロ流体デバイスを開けるための開口手段をさらに備えても良い。
【００２１】
好ましくは、試料ロード手段及びマイクロ流体デバイス開口手段は、移動可能な共通の支持体上に固定距離だけ離して配置されており、マイクロ流体デバイス開口手段がマイクロ流体デバイスを開けるのと同時に、試料ロード手段が試料貯蔵手段から試料を取得できるように離間されている。
【００２２】
試料ロード手段はノズルを備えても良く、該ノズルはピペットチップを取り外し可能に装着するようになされており、該ノズルはさらに、装着されたピペットチップに液体を投入するためのポンプに作動可能に取り付けられている。
【００２３】
或いは、試料ロード手段はポンプを備えており、該ポンプは、試料貯蔵手段から液体を吸引しマイクロ流体デバイスへ液体を分配できる。好ましくは、ポンプはポンプノズルを有し、該ポンプノズルはピペットチップに取り付け可能である。
【００２４】
好ましくは、ポンプ及びマイクロ流体デバイス開口手段は、共通の支持構造に装着されており、新規の試料を受けるためにマイクロ流体デバイス開口手段がマイクロ流体デバイスを準備するのと同時にポンプが新規の試料を取得できるように、固定距離だけ離間している。
【００２５】
任意で、ポンプ及びマイクロ流体デバイス開口手段は共通の支持構造に装着されており、新規の試料を受けるためにマイクロ流体デバイス開口手段がマイクロ流体デバイスを準備するのと同時にポンプがピペットチップを取り出すことができるように、固定距離だけ離間している。
【００２６】
器械は、使用済みピペットチップをノズルから取り外すための手段をさらに含んでも良い。取り外し手段はフランジを備えても良く、該ピペットチップは、装着されたピペットチップとフランジとの間の相対運動により取り外される。好ましくは、器械は、使用済みのピペットチップを受けるための容器を含む。
【００２７】
好ましくは、器械は、ノズルが該ノズルに取り付けるためのピペットチップに接触できるように、ピペットチップを貯蔵するようになされた未使用ピペットチップ貯蔵部を含む。この実施形態において、容器及び貯蔵部は、好ましくは、単一の取り外し可能なユニットの一部である。
【００２８】
好ましくは、マイクロ流体デバイス開口手段は、マイクロ流体デバイスの膜を貫通するための穿孔具を備える。穿孔具は、移動可能な共通の支持体に取り外し可能に装着されても良く、該穿孔具は針を備えても良い。
【００２９】
好ましくは、針は、成形された先端部を備え、該先端部は、マイクロ流体デバイスにおいて、デバイスにつながったままのフラップ状に開口部をカットすることができる。
【００３０】
器械は、使用済み針を移動可能な共通の支持体から取り外すための手段を含んでも良い。
【００３１】
好ましくは、取り外し手段はフランジを備え、使用済み針は、針とフランジとの間の相対運動により取り外される。器械は、好ましくは、使用済み針を受けるための容器を含む。
【００３２】
好ましくは、分析器械は、使用により針が鈍くなった場合の自動針交換手段を備える。
【００３３】
好ましくは、針は、自動針交換手段への自動取付け手段を備える。
【００３４】
これにより、任意の道具を使用することなく、また使用者が介入する必要なく、迅速な取り付け及び取り外しが可能となる。
【００３５】
好ましくは、自動針交換手段は、使用済み針を受けるための容器と新規の針を含む容器とを含むカートリッジを備える。
【００３６】
好ましくは、カートリッジは、器械内の自動針交換手段に自動的にロード可能である。これにより、使用者が古い針と新規の針の両方のハンドリングをしなくてもよいので危険要因が排除される。
【００３７】
好ましくは、カートリッジは、機械ソフトウェアの制御下で分析器械に自動的に引き込むことができる。
【００３８】
好ましくは、分析器械の針取付け手段、針カートリッジ、及び運動システムは、協動して、自動化された針交換を達成することができる。
【００３９】
好ましくは、器械は、針の使用のカウントを持続して、使用者に針交換の必要を警告するようになされている。
【００４０】
好ましくは、この処理は、針の使用（穿孔の数）のカウントを持続して、外部パーソナルコンピュータが使用者に針交換の必要を警告できる器械制御ソフトウェアにより、支援される。従って、鈍くなった針の潜在的な欠点が克服される。
【００４１】
器械は、共通の支持体がそこに取り付けるための針に接触できるように、針を貯蔵するようになされた未使用針貯蔵部を含んでも良い。好ましくは、容器及び貯蔵部は、単一の取り外し可能なユニットの一部である。
【００４２】
好ましくは、試料貯蔵手段は試料ホルダを備え、この試料ホルダは、１つ又はそれ以上の標準実験用ガラス瓶又は標準実験用マルチ孔プレートを収容することができる。
【００４３】
器械は、マイクロ流体デバイスの単一の要素を用いて単一の試料を処理するように作動しても良い。
【００４４】
或いは、器械は、単一の試料ロード手段のみを備えることにより、マイクロ流体デバイスの単一の要素を用いて単一の試料を処理するように作動しても良く、該単一の試料ロード手段は、複数の試料ホルダから一度に１つの試料をロードし、各々の該試料をマイクロ流体デバイスの個別の要素に運ぶことができる。
【００４５】
好ましくは、器械は、複数の試料のバッチを、１つのマイクロ流体デバイスのテスト要素容量の限界まで処理できるように作動する。
【００４６】
或いは、器械は、複数の試料のバッチを、マイクロ流体デバイスフィーダモジュールの容量の限界まで処理できるように作動する。
【００４７】
したがって、システムは、１つから多くに渡る試料に対処する柔軟性を有する。
【００４８】
好ましくは、試料貯蔵手段はピペットチップホルダを含み、このピペットチップホルダは、使用済みピペットチップホルダであっても良い。
【００４９】
好ましくは、ポンプは、ピペットチップをポンプに取り外し可能に取り付けるための手段を含む。
【００５０】
ポンプは、試料のハンドリング中に、１回限りの使用としてピペットチップを取り出すように構成されなければならない。さらに、いったん試料がマイクロ流体デバイスにロードされると、ポンプは使用済みピペットチップを処分することができる。
【００５１】
好ましくは、使用済みピペットチップホルダに、ピペットチップをポンプから取り外すための取り外し手段が提供されている。
【００５２】
好ましくは、取り外し手段に、使用済みピペットチップを捕捉するために成形された開口が提供され、それにより、ポンプが収縮したときに使用済みピペットチップは使用済みピペットチップホルダ内に保持される。
【００５３】
好ましくは、試料ロード手段は、使用済みピペットチップが、使用済みピペットホルダの開口上に確実に捕捉されるように移動可能である。
【００５４】
任意で、試料貯蔵手段は、試料検出手段に対して移動可能なプラットホームに装着される。
【００５５】
好ましくは、試料検出手段及びマイクロ流体デバイスホルダは、マイクロ流体デバイス内の試料を所定の検出用の位置に位置決めできるように、相互に対して移動可能である。
【００５６】
好ましくは、マイクロ流体デバイスホルダは、複数のマイクロ流体処理要素を有するマイクロ流体デバイスを収容するようになされており、それにより、各々の該要素を検出手段によって個々に検出することができる。
【００５７】
好ましくは、マイクロ流体デバイスホルダは、試料貯蔵手段と同じプラットホームに装着されている。
【００５８】
好ましくは、マイクロ流体デバイスホルダは、試料内の反応をモニタできるようにするための１つ又はそれ以上のアパーチャを有する。
【００５９】
任意で、試料処理準備ホルダには、マイクロ流体処理機器を装着可能な位置の近傍に反射面が提供される。
【００６０】
好ましくは、処理手段は、生体分子分離を促進するようになされている。
【００６１】
好ましくは、試料処理手段は、試料に電圧を印加するためのプローブであって、マイクロ流体デバイス上の導電性パッドの等価アレイに対応するようにアレイ内に構成されたプローブを備える。
【００６２】
好ましくは、プローブの電気的極性は制御可能である。
【００６３】
任意で、処理手段は、以下の任意の組み合わせを備えることができる。
分別、単離、又は精製を含む試料調製、
ポリメラーゼ鎖反応、
生体分子分離、
親和力による分子結合、
任意の反応最終生成物の単離、
任意の反応最終生成物の回収。
【００６４】
任意で、マイクロ流体デバイスホルダ内のマイクロ流体デバイスは、任意の反応過程の結果用に１つ又はそれ以上のテスト要素をモニタできるように、一定の検出点を越えて指標付けすることができる。複数のテスト要素を同時にモニタしても良い。
【００６５】
好ましくは、試料ロード手段は、試料貯蔵手段上方のフレームに装着され、それにより、試料貯蔵手段を往復し、試料貯蔵手段の移動方向に対して実質的に垂直な方向に移動する。
【００６６】
任意で、試料処理手段は、ホルダ内に装着されたマイクロ流体デバイス内の試料に電圧を印加するための複数のプローブを備える。プローブは、マイクロ流体デバイスの導電性パッドに接触するように配置されても良い。器械は、ＤＮＡ又はＲＮＡ又はタンパク質の分子を含む試料の電気泳動分離をできるようになされていても良い。
【００６７】
任意で、器械は、１つ又はそれ以上の抗体を含むマイクロ流体デバイス内の区域を通り過ぎて、生体試料を動電輸送できるようになされていても良く、それにより試料と任意の抗体物質との間の結合が可能になる。
【００６８】
好ましくは、検出手段は、試料内の導電率の変化を検出するようになされている。
【００６９】
任意で、検出手段は電気化学的とすることができ、その作用は、試料反応過程からの導電率の任意の変化を検出することができるように、マイクロ流体デバイスに接触する電気プローブによって可能となる。
【００７０】
好ましくは、試料検出手段は、光学アセンブリを備える。
【００７１】
好ましくは、光学アセンブリは、マイクロ流体デバイスホルダ内の試料を励起するための光源と、該マイクロ流体デバイスホルダからの信号を受信するように配置された受信機であって、マイクロ流体デバイスホルダに対する光路に配置された受信機とを含む。
【００７２】
好ましくは、光学アセンブリは、試料の構成物質を励起するための所定の第１の周波数で放射して、試料に第２の周波数で光を放射させることができる光源と、光受信機とを含む。受信機は、電荷結合素子又はライン走査カメラを備えても良い。受信機は、外部データ処理装置に画像データを送信するように構成されても良い。
【００７３】
好ましくは、受信機は、電荷結合素子を備える。
【００７４】
或いは、受信機はライン走査カメラである。
【００７５】
好ましくは、光源及び受信機は、マイクロ流体デバイスホルダの同じ側にある。
【００７６】
任意で、光源及び受信機は、マイクロ流体デバイスホルダの反対側に置かれる。
【００７７】
任意で、光源は、光学アセンブリの光路に直接投影する。
【００７８】
任意で、光源は、電磁スペクトルの紫外線領域において放射する。
【００７９】
好ましくは、受信機は、電磁スペクトルの可視領域において光を検出することができる。
【００８０】
好ましくは、受信機は、外部データ処理装置に画像データを送信するように構成することができる。
【００８１】
好ましくは、データ処理装置はパーソナルコンピュータである。
【００８２】
任意で、データ処理装置はパーソナルコンピュータとしても良く、このデータ処理装置は分析器械に統合することができる。
【００８３】
好ましくは、分析器械のシステム制御は、同じパーソナルコンピュータ上に納められる。
【００８４】
器械は内蔵システム制御器を含んでも良く、制御器は、自動化されたマイクロ流体デバイスの処理を実行するように使用者によりプログラム可能であり、又は、代案として、器械を、外部システム制御器によって制御されるようになされても良い。
【００８５】
好ましくは、分析器械は、低電圧電源供給から作動するように構成されており、例えばラップトップ型コンピュータによって使用されるような外部ＤＣ電源供給をその電源供給の一次電源とすることができる。
【００８６】
システムをモジュール式に拡張して、例えば、マイクロ滴定プレートの連続的な処理、及び／又はピペットチップの自動化されたハンドリング、及び／又は使用済みマイクロ流体デバイスの自動化されたハンドリング及び貯蔵を可能にする、複数のマイクロ流体デバイスの自動化されたハンドリングを組み込むことができる。
【００８７】
好ましくは、自動化されたハンドリングは、分析器械に取り外し可能に取り付けることができるフィーダモジュールにより提供されており、このモジュールは、マイクロ流体デバイスホルダに自動的にロードされ、又は、アンロードされる複数のマイクロ流体デバイスを貯蔵することができる。
【００８８】
技術の現状を超える、本明細書に記載された発明の１つの利益は、本発明において、新規のマイクロ流体デバイスと、適合可能なハンドリング構成を有する新規の分析器械とが統合されるということである。その結果として生じるシステムは、非常に容易に使用でき、非常に小さい設置面積内において高テストスループットを達成することができる。
【００８９】
試料ロード機構は、予め処理された試料からの汚染の危険性を排除する消耗実験用ピペットチップを使用することができ、チップを貯蔵し廃棄する手段を含み、任意で試料ロードピペットを機器内部の洗浄場において洗浄できるようにする。
【００９０】
器械は、該器械に取り外し可能に取り付けることができ、且つ、マイクロ流体デバイスホルダに自動的にロード又はアンロードするために複数のマイクロ流体デバイスを貯蔵するフィーダモジュールを含んでも良い。
【００９１】
試料ロード機構は、予め処理された試料からの汚染の危険性を排除する消耗実験用ピペットチップを使用することができ、チップを貯蔵及び廃棄する手段を含み、任意で試料ロードピペットを機器内部の洗浄場において洗浄するのを可能にする。
【００９２】
本発明の第２の態様によれば、マイクロ流体処理デバイスであって、反応チャンバと、試料を内部に注入可能な試料ロードチャンバとを備え、反応チャンバは、試料ロードチャンバに動作可能に接続されており、試料ロードチャンバの少なくとも一部に延在するカバーを備え、該カバー及び反応チャンバは穿通可能な材料を備えており、注入された試料のいかなるあふれた分も受け入れるように構成された過剰分キャビティにより分離されている、マイクロ流体処理デバイスが提供される。
【００９３】
好ましくは、反応チャンバは分子分離媒体を含む。
【００９４】
反応チャンバはチャネルであっても良く、マイクロ流体処理デバイスは、試料ロードチャンバから離れた反応チャネルの端部に、受けチャンバをさらに含んでも良い。マイクロ流体デバイスは、本発明の第１の態様の分析器械と共に使用しても良い。
【００９５】
過剰分キャビティがあることにより、さもなくば分析器械に流出するであろう過剰な試薬を、カバーとロードチャンバとの間に収容することができる。
【００９６】
好ましくは、カバー及び／又はロードチャンバは、高分子フィルムから製造されている。好ましくは、マイクロ流体処理デバイスはさらに電極を備える。
【００９７】
単一のマイクロ流体要素のチャンバ及び電極は、結合して単一の処理要素となる。好ましくは、単一の処理要素には３つの電気接点が提供される。
【００９８】
好ましくは、３つの電気接点は、カソード、圧縮電極、及びアノードとして作動する。
【００９９】
好ましくは、カソードはロードチャンバ内に配置され、圧縮電極は反応チャネルの上端に配置され、アノードは受けチャンバに配置される。
【０１００】
電気接点の極性は反転させても良い。
【０１０１】
好ましくは、電気接点は、マイクロ流体デバイスの外側の位置からマイクロ流体デバイスの内側の位置まで延びている。
【０１０２】
好ましくは、電気接点は、それらを外部電源供給に結合し、反応チャンバを組み込む回路の生成を可能にするための連結手段を有する。
【０１０３】
好ましくは、マイクロ流体デバイス内部の試薬は製造時点で予め充填されており、それにより、使用時点における試薬のハンドリングの必要性を回避する。
【０１０４】
好ましくは、ロードチャンバには電解液が予め充填されている。
【０１０５】
好ましくは、反応チャネルには分子分離媒体が予め充填されている。
【０１０６】
好ましくは、受けポケットには、分子分離媒体か電解緩衝剤かのいずれかが予め充填されている。
【０１０７】
マイクロ流体処理デバイスは積層構造を有しても良い。
【０１０８】
好ましくは、マイクロ流体処理デバイスは、反応チャンバに対する位置が既知であり、反応過程の位置を正確に識別するために分析器械の検出手段によって取得することができる光学的基準マークを含む。マイクロ流体デバイスホルダ。
【０１０９】
好ましくは、デバイスはさらに、識別ラベル又はタブを備える。
【０１１０】
好ましくは、このタブを、マイクロ流体デバイスをロード及びアンロードするためのハンドリングタブとして使用することができ、それにより、デバイスの任意の光学的表面との手の接触が回避される。
【０１１１】
本発明の第３の態様によれば、以上に規定された器械と、本明細書に規定されたマイクロ流体デバイスとを備えるキットが提供される。
【０１１２】
技術の現状に超える、本明細書に記載された発明の１つの利益は、本発明において、新規のマイクロ流体デバイスと、適合可能なハンドリング構成を有する新規の分析器械とが統合されることである。結果として生じるシステムは、非常に容易に使用でき、非常に小さい設置面積内において高テストスループットを達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１１３】
図１は、標準的な器械筐体を示す。主要な筐体部品６０は、ロード及びアンロード場への操作者のアクセスのための前面に蓋６１を有しており、内蔵された駆動及び制御回路基板へのアクセスのための裏カバー６２を有している。
【０１１４】
図２は、操作者のロード場を示す。場６３は試料のロード及びアンロード場であり、場６４はピペットチップのロード及びアンロード場であり、場６５はマイクロ流体デバイスのロード及びアンロード場である。
【０１１５】
図３ａ及び図３ｂは、ホルダ２１内に保持されているマイクロ流体デバイス１を示しており、このホルダは、スライド２８に沿った１つの軸内で移動可能なプラットホーム２７に装着されている。これらのスライドは底板３８に取り付けられている。また、プラットホーム２７には、電気プローブブロックアセンブリ２２、ならびに、未使用のピペットチップ２４及び使用済みピペットチップ２５を貯蔵できるピペットチップホルダ２３も装着されている。適切なピペットチップは、例えば「エッペンドルフ（Ｅｐｐｅｎｄｏｒｆ）  ＰＭＰ−８８５−５０１Ｗ」であり、標準的な試料ロード量は、約１マイクロリットルであるが、好都合なことに、０．１〜５マイクロリットルの範囲内とすることができると考えられる。また、このプラットホームには、テスト試料貯蔵装置も装着されており、この場合には、９６孔マイクロ滴定プレート２６である。マイクロ滴定プレート（例えば３８４孔）以外の種類、又は、試料貯蔵用の個別のガラス瓶の使用であっても排除されない。
【０１１６】
移動可能なプラットホーム２７の上方には、底板３８上の支柱３７により支持された固定構台梁（ｆｉｘｅｄ  ｇａｎｔｒｙ  ｂｅａｍ）３６がある。また、底板３８は、下部ケーシング３９に取り付けられている。スライド３５は構台（ｇａｎｔｒｙ）３６に取り付けられており、キャリッジ板３４はスライド３５に沿って移動できる。この移動はプラットホーム２７の移動を横断する。
【０１１７】
キャリッジ板３１がそれに沿って移動できる垂直なスライド３３は、キャリッジ板３４に取り付けられている。ポンプ３０、及び穿孔具４０の場所を決めるアーム３２は、キャリッジ板３１に取り付けられている。
【０１１８】
底板３８は、ＣＣＤカメラ４２と、レンズ４３と、フィルタ４４と、ミラー（又はプリズム）４５と、ランプ管４７を含むランプソケット４６と、反射板４８と、レンズ４９と、カメラ光路が通過できるスリット５０とを備える画像キャプチャアセンブリ４１も支持している。
【０１１９】
器械の種々の活性機能の制御及び取り込まれた画像の送出は、電子制御器５１により提供され、この電子制御器は、そのプログラムシーケンスが外部パーソナルコンピュータから例えばＵＳＢケーブルを介して送出されるマイクロコントローラを備えている。特別なアーキテクチャにより、器械筐体を、一方はＤＣ電源の送出用、他方は外部ＰＣへの通信ケーブルである２つのケーブルのみによって使用可能とすることができる。この設計は、器械筐体の非常にコンパクトな設置面積に寄与する。
【０１２０】
図３ａ及び図３ｂは、また、マイクロ滴定プレート２６の第２列の第１孔からテスト試料を前もって引き出すように位置決めされたポンプ３０を示す。これは、３軸デカルト座標ロボットの要素として制御されるプラットホーム２７、キャリッジ３４、及びキャリッジ３１の位置を適切に同期することにより達成される。このＸＹＺシステムのための駆動及び制御は、これを達成する手段は既に知られているので、説明しないが、例えば、駆動は、ステッピングモータによって駆動される送りねじとすることができ、制御は、マイクロコントローラに内蔵されたソフトウェアシーケンスから得ることができる。
【０１２１】
図４ａ〜図４ｇは、処理シーケンスの「スナップショット」を示しており、この処理シーケンスによってプラットホーム２７が操作者のロード場５１から試料の搬送場に移動したところである。この場は隔壁５２の後ろにあり、それによりロード場５１は器械の内部機構から隔離されている。
【０１２２】
このシーケンスにおける有利なステップは、穿孔具４０が、ポケット７及びキャビティ１１を貫通することによりマイクロ流体デバイス１内にアクセスポートを開くこと、及び、これを、ピペットチップ２４を取り出すのと同時に行うことである。
【０１２３】
図５ａ〜図５ｃは、使用者がテスト試料を、個別のガラス瓶２０に、又は細長いガラス瓶（例えばＰＣＲストリップ）に、又はマルチ孔プレート２６のいずれかにロードすることができる配置を示しており、マルチ孔プレート２６は、９６孔マイクロ滴定プレート又は９６孔ＰＣＲサーマルサイクラープレートとすることができる。これらのガラス瓶及びプレートは、共通の支持ブロック２９上に装着されている。また、この配置は、例えば３８４孔プレートのような別の種類のマイクロ滴定プレートとの互換性もある。図５ｂは、ヒンジで連結された蓋２０２を有するガラス瓶２０１の使用を示す。蓋は、アクセスアパーチャ２０４を有する蓋保定板２０３の下に捕えられている。
【０１２４】
図６ａは、ピペットチップ２４を取り外し可能なピペットチップホルダ２３内にロードできる配置を示しており、このピペットチップホルダは、掛け金機構１６１により支持ブロック１６０内にしっかりと保定されており、この掛け金機構は、枢動可能なレバー１６３の舌片１６２を、ピペットチップホルダ２３の下面のアンダカット機構１６４に係合させる。ピペットチップホルダ２３は溝付きフランジ１６５を組み込んでおり、ピペットチップ２５が小さく横向きに動くとピペットチップと溝付きフランジ１６５の下面とが係合し、ピペットチップを保持しているポンプノズルが上方に垂直に収縮したときに、使用済みピペットチップが解放されてピペットチップホルダ内に落ちるというように、使用済みチップをピペットチップホルダ２３に入れることができる。掛け金機構１６１は、ピペットチップホルダ２３がこの動作中に確実に引き出されないようにする。図６ｂは、掛け金機構１６１が解放されて、操作者がピペットチップホルダを矢印「Ａ」の方向に取り外して交換できることを示す。
【０１２５】
図６ｃは、この同じ配置をどのように使用すれば、針１６７を備える、マイクロ流体デバイス用の穿孔具の自動化された交換を行うことができるかを示す。針カートリッジ１６６（ピペットチップホルダ２３の代わりに）は、新しい針１６７と、使用済み針１６８を収容するための空間とを含む。カートリッジは、新しい針を剥き出しにするために、剥離式又は取り外し可能な蓋を有しても良い。新しい針は、ロード処理の間、フォームプラグ１７０により一時的に保定することができる。針交換は、例えば図３ａのアーム３２に装着された針ホルダ１６９の動作シーケンスを含む。図３ａをさらに参照すると、ポンプ３０を操作できる運動システムが、自動化された交換シーケンスの一部として、同様に針１６７を操作できるということがわかる。図６ｄを参照すると、針ホルダ１６９は、ピペットチップホルダ２３で使用しているのと同様の溝付きフランジ１６５を組み込んだ針カートリッジ１６６のキャビティに使用済み針１６８を入れ、それにより、使用済み針を取り外すことができる。針ホルダ１６６は、掛け金機構１６１の保定作用により、引き出しが防止される。したがって、ホルダ１６０及び掛け金機構１６１は、重要な二重の機能、つまり、通常の使用中のピペットチップホルダの保持、又は、穿孔具を交換するための保全シーケンス中の針カートリッジの保持を果たすことができる。針交換シーケンスは、実行された穿孔の数のカウントを保存し（例えばＥＥＰＲＯＭに）、いったん事前設定したカウントに達するとシステムＰＣの操作者に警告するシステムにより、開始することができる。
【０１２６】
図７は、その機能が、複数のマイクロ流体デバイスを自動的にロードしたり廃棄したりできるようにすることである、個別の離散的フィーダモジュール６６を統合したものを示している。使用済みマイクロ流体デバイスは、開放して空にできる引出し６７に廃棄される。この構成は、テスト試料の１つの完全なマルチ孔プレートの自動化処理のために、「手動操作不要な」動作を提供することを目的としている。
【０１２７】
図８は、フィーダ機構の詳細を示す。ロードホッパ７０は、複数のマイクロ流体デバイス１を積み重ねることができる。これらのデバイスは、ばねが装着されたパドル７１によってまとめられており、このパドルは、マイクロ流体デバイス１のスタックを、各側がスタックの前部においてマイクロ流体デバイスの底縁に沿って上に延びる制限リップ７３に押し付けている。パドル７１は、支持板７２に取り付けられたスライドに乗っている。側板７４と横板７５とを備えるフレームは、ホッパ領域を包囲している。このフレームは、支持板７２に取り付けられている。側板７４は、横梁７７を保持するスライド７６を組み込んでおり、この横梁は、取出し具７９が装着されている垂直なスライド７８を保持している。この取出し具は、位置７９ａにおいては、ホッパスタック７０の前部からマイクロ流体デバイスを取り出すことができ、位置７９ｂにおいては、マイクロ流体デバイスをホルダ２１にロードでき、位置７９ｃにおいては、使用済みテープを、引出し６７と統合された廃棄物トラップ８０に置けるように、適切な線形アクチュエータ駆動装置（図示せず）によって位置決めすることができる。
【０１２８】
次に、完全に自動化されたハンドリングのための残りの要件は、自動化されたピペットチップのハンドリングを提供することである。これは、ピペットチップを標準ピペット保持トレイからチップホルダ２３にロードする取出し及び配置ユニット８４により、達成することができる。
【０１２９】
代案は、チップホルダ２３を洗浄浴８２に置き換えることである。液体搬送ポンプ３０に洗浄用合成物が供給され、このポンプは未使用の洗浄剤を液体搬送ノズルを通して洗浄浴８２へポンピングし、この洗浄剤は集水トレイ８３に溢れ、テスト試料ロード区域の下部の汚水コンテナに流出する。
【０１３０】
図９は、本発明の分析器械の別の実施形態を示す。分析器械のベース領域１０２は平面図で示されており、その上にカートリッジホルダ１０７及びテープホルダ１１５が装着された試料アセンブリプラットホーム１０５を有する試料アセンブリ１０３を備えている。カートリッジホルダ１０７は、ピペットチップホルダ１０９と、使用済みピペットチップホルダ１１１と、試料チャンバ１１３とを含んでいる。分析される試料はチャンバ１１３内で保管され、ピペットチップは使用前にはピペットチップホルダ１０９内で保管される。
【０１３１】
使用済みピペットチップホルダ１１１は、鍵の形状を有する。つまり、ピペットチップホルダの入り口はその一端に向かって狭窄している。この狭窄により、ピペットチップの縁部を使用済みピペットチップホルダの狭窄部分に引っ掛けることができ、ポンプノズル１４７からピペットチップを取り外すのを助ける（図１０）。カートリッジホルダ１０７は、８つのピペットチップホルダ１０９と、使用済みピペットチップホルダ１１１と、試料チャンバ１１３とを収容するということに留意すべきである。このカートリッジホルダ１０７のサイズは、利便性のため選ばれたものであり、８つを超える、又は８つより少ない試料のための空間を有するカートリッジホルダを使用できることが予測される。
【０１３２】
テープホルダ１１５は、１つの開口側面１５７を有する箱形部分（図１３）と、マイクロ流体処理機器を内部に挿入できる開口上端１１６とから成る。
【０１３３】
分析器械は、マイクロ流体処理チャネルの各々が、対応する試料チャンバ１１３と実質的に一直線になるように設計されている。その結果、本発明のこの実施形態と共に使用されるようなマイクロ流体処理テープは、８つの個別のマイクロ流体処理領域を含むことになる。プラットホーム５は、プローブブロック１３３の位置まで往復して移動できるレール上に装着されている。
【０１３４】
光学アセンブリ１１７は、アセンブリ全体が方向Ｂへ移動できるプラットホーム１１８から成る。カメラ１１９には、レンズ１２１と、使用中に試料から反射された光線を向け直すのに使用されるプリズム１２３とが提供される。プリズムは、不透明な囲い１２５内に部分的に取り囲まれており、この囲いは、２つの放射線源１２９も部分的に取り囲む。この例において、これらの源は、約３１０ｎｍの波長で紫外放射線を放出する。行われる分析によっては、別の波長で放射線を放出する放射線源を使用できることが理解されよう。放射線源には透明なスクリーン１２７が提供され、このスクリーンにより、放射線は、不透明な囲い１２５から、試料の分析が行われるプローブブロック１３１に向けて出て行くことができる。
【０１３５】
プローブブロック１３１は、多数のピン１３５を含むこの例である。図１５を見てわかるように、これらのピンは、各列の２つのピンがプローブブロックの頂部の方に位置決めされ、ただ１つのピンが底部の方に位置決めされるように配置される。試料の分析を増進するために、各ピンの極性を変更しても良い。
【０１３６】
図１０は、図９の分析器械の実施形態の側面図を示す。この図では、上述したような光学アセンブリ１１７、カートリッジホルダ１０７、及びテープホルダ１１５を示す。
【０１３７】
さらに、試料搬送手段を示す。試料搬送手段はポンプ１４５を有するテープ充填器から成り、このテープ充填器は、カートリッジホルダ１０７の位置へ向かって下方へ延びるポンプノズル１４７に接続されている。試料搬送手段には、本例ではテープホルダ１１５の位置に向かって下に延びる、成形された先端部を備えた針を有するテープ穿刺手段１４９がさらに提供される。
【０１３８】
これらの装置は移動可能なフレーム４１に装着されており、このフレームにより、図１０に示す方向Ｄ及びＥにおける移動が可能になる。さらに、ポンプノズル１４７とテープ穿刺手段１４９との間の距離をｘと定義する。この距離は、テープホルダ１１５と試料チャンバ１１３との間の距離と実質的に同じであり、図１０ではそれをＸで表す。
【０１３９】
図１３はテープホルダ１１５の側面図を示し、多数の反射パッド１５９を示す。使用中、これらのパッドは、図１４に示すマイクロ流体処理デバイス上にある四分円マーカ１５５の位置の後ろにある反射型背景を提供する。
【０１４０】
これらの反射パッドと四分円マーカとを組み合わせることにより、光学アセンブリ１１７を容易に整列して、カメラ１１９により検出される、反射された放射線の量を最大にすることができる。
【０１４１】
使用中、１組の試料が試料チャンバ１１３にロードされ、１組のピペットチップがピペットチップホルダ１０９にロードされる。そして、８つのマイクロ流体処理領域を有するマイクロ流体処理デバイス、例えばマイクロ流体処理テープが、テープホルダ１１５にロードされる。その後、移動可能なフレーム１４１が、テープ充填器１４３をピペットチップホルダ１０９の上方の位置へ移動させ、そして、ピペットを取り出すために下げられる。
【０１４２】
その後、テープ充填器は、試料チャンバ１１３の上方の位置に移動し、そして、試料チャンバ１１３内に下げられ、そこでポンプが動作して、テープ充填器１４３のポンプノズル１４７に連結されたピペットに試料が引き込まれる。テープ穿刺手段１４９は、実質的に同時にテープホルダ１１５まで下げられ、そこでテープ穿刺手段は（本例ではテープ形状である）マイクロ流体処理機構のマイクロ流体処理領域に孔を開ける。
【０１４３】
従って、有利には、ただ１つの処理ステップにより、マイクロ流体処理機構に孔を開けることができ、ピペットを充填させることができる。
【０１４４】
その後、ポンプノズル４７の端部のピペットがテープホルダ１５の上方の位置に移動させられ、続いて下げられることにより、マイクロ流体処理領域に試料を充填することができる。
【０１４５】
これらの処理ステップは、試料が試料チャンバ１３の各々から除去されて、テープホルダ１５にある対応するマイクロ流体処理領域に加えられるまで反復される。
【０１４６】
図９に戻ると、いったん試料がマイクロ流体処理領域１１５に置かれると、試料アセンブリプラットホームがプローブブロック１３１に向かって方向Ａに移動させられ、プローブブロック１３１はテープホルダに向かって移動する。プローブブロックのピンは、テープホルダの開放側１５７を通って移動し、マイクロ流体処理領域に電気結合される。
【０１４７】
図１５からわかるように、各マイクロ流体処理領域に連結された３つのピンの組がある。これらのピンの極性は反転することができる。例えば、ＤＮＡの分析において、負に帯電したＤＮＡ試料がマイクロ流体処理領域にいったん加えられると、ピン１３５ａの極性は負に設定され、ピン１３５ｂの極性は正に設定される。それにより、ＤＮＡは、電極１３５ｂで、又はその付近で、一貫性のある質量を形成することができる。その後、この電極はオフにされ、ＤＮＡ試料はカラムを下って移動できるように、電極１３５ｃに正の極性が与えられる。
【０１４８】
この処理の間、放射線源１２９は、試料に３１０ｎｍで放射線を放出する。ＤＮＡ試料の場合、このような入射放射線は、可視スペクトルの６００ｎｍの出力を提供する。この放射線は、プリズム２３による全反射によってカメラに提供され、カメラは光を検出し、それに応じて結果を提供する。
【０１４９】
図１１及び図１２は、マイクロ流体デバイスの概略プロファイルを示しており、その構成は、既に説明した器械処理方法と互換性を有する。マイクロ流体デバイス上のテスト要素間の間隔は、例えば８ウェイ・マイクロ流体デバイスを示す図１１のように、好適には標準的な実験用マイクロ滴定プレートの孔と同じ間隔で設定されており、要素間の間隔は９６孔プレートに対応する９ｍｍである。１６ウェイ・マイクロ流体デバイスを示す図１２においても同様に、要素間の間隔は、３８４孔プレートに対応する４．５ｍｍである。図１１はまた、デバイス内部において試薬と接触する電極であるが、図１８の外部プローブ１８によってアクセスできるようにデバイスの層間を通る場所１２、１３、１６を示す。
【０１５０】
図１６〜図１８は、適切なマイクロ流体デバイスのさらなる図を示す。例示する目的で、３層のポリマー積層を示す。透明層２は、その内面に電極パッド３を組み込み、処理層４に取り付けられており、処理層は、化学試薬を含むチャネル構造とキャビティ構造とを組み込み、それらは共にマイクロ流体アセンブリ５を備えている。キャリア層６はアイテム５を支持及び保護して、ポケット７を組み込んでいる。アイテム４及び６を通るアクセス孔８により、外部電気プローブは電極３と相互作用することができる。デバイスは通常平面であり、標準的には、その上縁が処理器械にロードポートを与えるように、垂直な面で処理される。この例において、デバイスは分離ゲル９を備える搭載試薬を有しており、この分離ゲルは、適切な着色剤、例えば臭化エチジウム、及びマイクロ流体アセンブリ５の上側キャビティ１１を充填する電解緩衝剤１０をと共に予めロードすることができる。電極３は、上側キャビティ１１の内部のアノード１２と、ゲル表面１５の頂部のすぐ上方でキャピラリチャネル１４と交差する圧縮電極１３と、下側キャビティ１７の内部のカソード１６とを備える。
【０１５１】
図１８を参照すると、生体分子分離は、
‐低イオン強度緩衝剤で希釈され、グリセロールと混合された試料をロードし、それによって、ロードされた試料が重力下で上側キャビティ１１の下端に沈むことによって可能になる。
‐カソード１２とアノード１６との間に低電圧ＤＣ電位（例えば１０ボルト）を印加することにより、ＤＮＡ試料が、ゲル表面１５の上部に迅速に移動することになる。この方法は、不連続な緩衝剤を使用により積み重ねる、既に知られた方法である。この電圧によるゲルへの試料の移動は、５〜３０秒の範囲内とすることができる積み重ね持続時間の間、（ゲルのイオン強度が高くなっているために）大きく遅延する。
‐例えば１２０〜２００ボルトの範囲内の非常に高いレベルに電圧を切り替え、積み重ねた試料をゲルに入れて分離する。長さが２０ｍｍの分離カラムにより、標準的には６０〜７５秒で濃度０．８％のアガロースゲルを使用する際、２５〜２０００塩基対の範囲内のＤＮＡ試料の分離が可能になるだろう。
【０１５２】
図１８を参照すると、別の積み重ね方法は、圧縮電極１３を使用して、上部電極１２を負に、圧縮電極１３を正に切り替えることにより、ロードされたＤＮＡ試料を上側キャビティ１１に密に詰め込み、それにより、試料を、好ましくは金又は白金又は銀である圧縮電極に集中させ、それにより、電極とＤＮＡ試料との間の化学親和力を回避することである。標準的には、使用する電圧は２０秒で１００Ｖとすることができる。そして、圧縮電極をオフにし、正電荷を分離チャネルの他端の下部電極１６に切り替え、試料を分離することができる。標準的には、これは７５秒で１５０Ｖとすることができる。
【０１５３】
図１７ｂは、図１７ａのピペット挿入ステップの拡大図であり、過剰部１１２及びフラップ１１４の構成を示している。
【０１５４】
マイクロ流体デバイスのさらなる特徴とは、
好適にはスクリーン印刷とすることができるが、インクジェット、ホットフォイル、フレキソ印刷又はその他同様の印刷技術とすることもできる処理により、電極１２、１３、１６と同時に適用できる基準マークの実施形態、及び
器械を往復するマイクロ流体デバイスのロード及びアンロードの間、ハンドリングタブとして使用でき、また、デバイスの種類、使用期限、バッチコードによる使用等の有益なデータが組み込まれているので、このデータを１Ｄ又は２Ｄバーコードの形態とすることができる識別ラベルとしても使用できる側面ラベルの実施形態、である。
【０１５５】
まず穿孔具４０を使用してポケット７及びキャビティ１１を貫通させた後にピペットチップ２４を用いて上側キャビティ１１にテスト試料をロードすることが分析器械の機能である。
【０１５６】
次に、ロードされた試料は、電気泳動装置又はカラムクロマトグラフィ装置のいずれかにおいて、試料を積み重ねるための技術を用いて、ゲルの上部で狭い帯域に積み重ねることができる。これらは、例えば試料を希釈した不連続な緩衝剤の使用、或いは、試料分離で使用される電圧よりもはるかに低い電圧を試料に過渡的に印加することを含む。
【０１５７】
図１８を参照すると、３つの電極を利用するさらなる別の方法は、
電極１２、１６の間に低ＤＣ電圧で（標準的には２Ｖ〜１０Ｖの範囲内で）約２０秒間電圧を印加し、ゲルの上面にテスト試料１９を積み重ねる、
電極１２、１３の間に（標準的には１５０Ｖで２０秒間）電圧を印加し、それにより、上側キャビティ１１にある残りの任意のテスト試料１９の、具体的には炭素からなる電極１３への吸光度を生じさせ、従ってＤＮＡの吸光度が高くなる（従って、残りの物質が吸収されることから、後続の分離過程の間、この上側キャビティ１１内の残りのＤＮＡにより汚れることが回避される）、及び、電極１２、１６の間に（標準的には１５０Ｖで６０秒間）電圧を印加し、テスト試料１９をキャピラリチャネル１４内で動電学的に移動させ分離する、ことである。
【０１５８】
テスト試料の着色剤（例えば臭化エチジウム、又はサイバーグリーン（ｃｙｂｒｇｒｅｅｎ））を適切な波長の光源により励起し、キャピラリチャネルの画像を取り込んで、結果として生じる、チャネル１４内の分離した核酸断片により表示される螢光パターンを示す。
【０１５９】
図１９を参照すると、図３ａ及び図３ｂで説明した自動化されたハンドリングと結合されたマイクロ流体デバイスの微小規模の性質と組み合わされた上記の動作シーケンスにより、１つのマイクロ流体デバイス（少なくとも１６までの並列テスト切片を組み込むことができる）を、６分未満かつ３ステップで処理できるようになる。これは、、標準的には約１３５分を要し２２の処理ステップを含み得る同等のスラブゲル処理に比べて、勝るとも劣らない。
【０１６０】
有利には、本発明は、特に、これが電気泳動分離を含む場合には、生物分析結果を提供する、極めてコンパクトで自動化された、使用するのに単純で迅速かつ効率的な手段を提供する。
【０１６１】
本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書に改良及び修正を組み込んでも良い。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１】マイクロ流体デバイス用の処理器械の概略的な外観図を示す。
【図２】システムをロードするために操作者がアクセスする器械の区域を示す。
【図３Ａ】本発明の一実施形態の側面図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態に対応する平面図である。
【図４Ａ】テスト試料用の自動化されたハンドリングシーケンスを示す。
【図４Ｂ】テスト試料用の自動化されたハンドリングシーケンスを示す。
【図４Ｃ】テスト試料用の自動化されたハンドリングシーケンスを示す。
【図４Ｄ】テスト試料用の自動化されたハンドリングシーケンスを示す。
【図４Ｅ】テスト試料用の自動化されたハンドリングシーケンスを示す。
【図４Ｆ】テスト試料用の自動化されたハンドリングシーケンスを示す。
【図４Ｇ】テスト試料用の自動化されたハンドリングシーケンスを示す。
【図５Ａ】どのようにテスト試料を蓋のない実験用ガラス瓶からロードできるかを示す。
【図５Ｂ】どのようにテスト試料をヒンジで連結された蓋を有する実験用ガラス瓶からロードできるかを示す。
【図５Ｃ】どのようにテスト試料をマルチ孔プレートからロードできるかを示す。
【図６Ａ】器械内でピペットチップホルダを保定するための配置を示す。
【図６Ｂ】器械内でピペットチップホルダを保定するための配置を示す。
【図６Ｃ】図６ａ及び図６ｂに示すのと同じ配置を使用して針カートリッジを保定し、それによってマイクロ流体デバイス用の穿孔具を自動的に交換できることを示す。
【図６Ｄ】図６ａ及び図６ｂに示すのと同じ配置を使用して針カートリッジを保定し、それによってマイクロ流体デバイス用の穿孔具を自動的に交換できることを示す。
【図７】マイクロ流体デバイス用の自動フィーダモジュールを収容するように構成された器械筐体を示す。
【図８】より詳細なフィーダモジュール構成の側面図を示す。
【図９】本発明による分析器械の別の実施形態のベース部分の平面図である。
【図１０】図９の分析器械の側面図である。
【図１１】８つの個別のマイクロ流体処理領域を有するマイクロ流体処理デバイスの平面図である。
【図１２】１６の個別のマイクロ流体処理領域を有するマイクロ流体処理デバイスの平面図である。
【図１３】図９及び図１０に示す本発明の実施形態のマイクロ流体デバイスホルダの側面図である。
【図１４】本発明の分析器械において使用されるマイクロ流体処理機器上にある四分円マーカ及び関心領域を示す。
【図１５】本発明の図９及び図１０の実施形態において使用されるプローブブロックの側面図である。
【図１６】本発明の第２の態様によるマイクロ流体デバイスの１つのテスト要素の上部の詳細を示す。
【図１７Ａ】どのようにテスト試料をマイクロ流体デバイスにロードするかを示す。
【図１７Ｂ】マイクロ流体デバイスを穿孔する方法、及び任意の流出を抑制する方法のさらなる詳細を示す。
【図１８】外部プローブを相互作用させる方法の説明図を含む、マイクロ流体デバイスの１つの完全な断片を示す。
【図１９】スラブゲル処理と、本発明の一実施形態による処理との比較を示す。
【図１】
2008530524.tif 000003
【図２】
2008530524.tif 000004
【図３Ａ】
2008530524.tif 000005
【図３Ｂ】
2008530524.tif 000006
【図４Ａ】
2008530524.tif 000007
【図４Ｂ】
2008530524.tif 000008
【図４Ｃ】
2008530524.tif 000009
【図４Ｄ】
2008530524.tif 000010
【図４Ｅ】
2008530524.tif 000011
【図４Ｆ】
2008530524.tif 000012
【図４Ｇ】
2008530524.tif 000013
【図５Ａ】
2008530524.tif 000014
【図５Ｂ】
2008530524.tif 000015
【図５Ｃ】
2008530524.tif 000016
【図６Ａ】
2008530524.tif 000017
【図６Ｂ】
2008530524.tif 000018
【図６Ｃ】
2008530524.tif 000019
【図６Ｄ】
2008530524.tif 000020
【図７】
2008530524.tif 000021
【図８】
2008530524.tif 000022
【図９】
2008530524.tif 000023
【図１０】
2008530524.tif 000024
【図１１】
2008530524.tif 000025
【図１２】
2008530524.tif 000026
【図１３】
2008530524.tif 000027
【図１４】
2008530524.tif 000028
【図１５】
2008530524.tif 000029
【図１６】
2008530524.tif 000030
【図１７ａ】
2008530524.tif 000031
【図１７ｂ】
2008530524.tif 000032
【図１８】
2008530524.tif 000033
【図１９】
2008530524.tif 000034
【国際調査報告】
2008530524.tif 000035
2008530524.tif 000036
2008530524.tif 000037
2008530524.tif 000038
2008530524.tif 000039