(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル流体中の検体の存在を検出するための装置であって、
キャリア面及びセンサ面によって少なくとも部分的に境界を定められる検出チャンバを有し、前記キャリア面及び前記センサ面は、その間に距離を持って互いに面するように構成され、前記キャリア面及び前記センサ面は共に前記検出チャンバ内から前記サンプル流体にアクセス可能であり、前記キャリア面は、当該キャリア面上にのみ堆積される試剤又はその成分を有し、前記試剤又はその成分は溶解性のマトリクス中に配置され、前記試剤は磁性粒子又は磁化可能粒子に結合された１つ又は複数のプローブを有し、前記センサ面は、前記検出チャンバ内の前記サンプル流体を検出するように構成され、
当該装置はさらに、
前記キャリア面上に前記試剤又はその成分を保持する少なくとも１つの磁気的な保持手段、
当該装置中に前記サンプル流体を導入するための流入部であって、前記試剤又はその成分から離れている流入部、
当該装置から前記サンプル流体を除去するための流出部、
前記検出チャンバの両側の流体チャネルであって、前記検出チャンバが前記流体チャネルに対して拡大された容積を示すように前記流入部及び前記流出部に接続される流体チャネル、
を有する装置。
【請求項２】
サンプル流体のための前記流入部は毛細管を含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記流入部を通して前記サンプル流体を強制的に通過させる加圧手段をさらに有する、請求項１又は請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記キャリア面が前記センサ面と同一平面上にない、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記キャリア面と前記センサ面との間の前記距離が調整可能である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記キャリア面と前記センサ面との間の前記距離が３０μｍ〜５００μｍである、請求項４又は請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記検出チャンバが０．１μｌ〜１μｌの容積を持つ請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記サンプル流体中において、前記キャリア面上に堆積される前記試剤又はその成分を動かすための駆動手段を有する、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記試剤が、一つ以上の凍結乾燥ビーズ中に含まれる、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記キャリア面が非多孔性である請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
サンプル流体中の検体の存在を検出するための装置の製造方法であって、
キャリア面を提供し、
前記キャリア面上にのみ溶解性のマトリクス中に少なくとも１つの試剤成分を堆積し、
前記キャリア面とは別個のセンサ面を提供し、
前記キャリア面と前記センサ面とによって少なくとも部分的に境界を定められた検出チャンバを形成し、前記キャリア面及び前記センサ面は、その間に距離を持って互いに面するように構成され、
前記検出チャンバ内の前記サンプル流体を検出するためのセンサを配置し、
前記キャリア面上の前記少なくとも１つの試剤成分から離れた位置に、前記装置中に前記サンプル流体を導入するための流入部を形成し、
前記装置から前記サンプル流体を除去するための流出部を形成し、
前記検出チャンバの両側に流体チャネルを形成し、
前記流体チャネルは、前記検出チャンバが前記流体チャネルに対して拡大された容積を示すように前記流入部及び前記流出部に接続される、
方法。
【請求項１２】
前記キャリア面上の前記少なくとも１つの試剤成分を乾燥させることをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの試剤成分を凍結乾燥させることをさらに含む請求項１１又は請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記検出チャンバの下及び／又は上に磁気的な駆動手段を提供することをさらに含む、請求項１１から請求項１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記検出の領域上に磁気的な保持手段を提供することをさらに含む、請求項１１から請求項１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記キャリア面と前記センサ面との間の前記距離を調整することをさらに含む、請求項１１から請求項１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
検出チャンバの形成は、前記少なくとも１つの試剤成分を堆積した後に、前記センサ面及び前記キャリア面を用いて前記検出チャンバを組み立てることを含む、請求項１１から請求項１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記検出チャンバが形成された後で前記キャリア面上に前記少なくとも１つの試剤成分を堆積することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
サンプル流体中の検体の存在を検出するための方法であって、
検出チャンバ、前記サンプル流体のための流入部、流出部及び流体チャネルを有する装置を提供するステップであって、
前記検出チャンバが、ａ）前記検出チャンバ内から前記サンプル流体にアクセス可能なキャリア面、及びｂ）前記検出チャンバ内から前記サンプル流体にアクセス可能であり、前記検出チャンバ内の前記サンプル流体を検出するように構成されるセンサ面によって少なくとも部分的に境界を定められ、前記キャリア面及び前記センサ面は、その間に距離を持って互いに面するように構成され、
前記キャリア面が当該キャリア面上にのみ堆積され溶解性のマトリクス中に配置される試剤又は試剤成分を有し、
前記センサ面が前記キャリア面と別個であり、
前記流入部は、前記装置中に前記サンプル流体を導入するためのものであり、前記試剤又は試剤成分から離れており、
前記流出部は、前記装置から前記サンプル流体を除去するためのものであり、
前記検出チャンバの両側の前記流体チャネルは、前記検出チャンバが前記流体チャネルに対して拡大された容積を示すように前記流入部及び前記流出部に接続される、
装置を提供するステップ、
前記流入部を介して前記検出チャンバに前記サンプル流体を導入するステップ、
前記キャリア面上に堆積された前記試剤又は試剤成分に前記サンプル流体を接触させ、それによって前記検出チャンバ内に流体混合物を形成するステップ、
前記検出チャンバ内で前記センサ面に前記流体混合物を接触させるステップ、
前記センサ面を通して前記検出チャンバ内で前記流体混合物と前記センサ面との間の相互作用を検出するステップ、
を有する方法。
【請求項２０】
前記サンプル流体が、水性組成物である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記キャリア面と前記センサ面との間の前記距離が、前記相互作用の時間が１秒から６０秒の範囲であるような距離である、請求項１９又は請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオセンサの分野に関する。より詳しくは、本発明は、検体の存在を検出するための、例えば生体、化学物質又は生化学的エンティティの定性的又は定量的な検出のための装置を得るための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオセンサは、例えば血液、血清、原形質、唾液、組織抽出物、腸管流体、細胞培養抽出物、食品又は飼料抽出物、飲用水等のサンプル流体中の、例えばタンパク質、ウイルス、細菌、細胞成分、細胞膜、胞子、DNA、RNA等のような、ターゲット分子(「検体」とも呼ばれる)の定性的又は定量的な検出を可能にする装置である。しばしば、バイオセンサは、検体を捕えるための特異的認識要素を含むセンサ面を用いる。バイオセンサ装置の面はしたがって、サンプル流体中の検出されるべきターゲット分子を結合するために適している特異的分子をそれに取り付けることによって修飾されることができる。十分に確立された原理は、バイオセンサ上の予め定められた部位に捕えられたラベル付けされた関連分子をカウントすることである。
【０００３】
例えば、そのような関連分子は磁性粒子又はビーズによってラベル付けされることができ、これらの磁性粒子又はビーズは磁気センサによって検出されることができる。一つの変形例は、光検出(例えば蛍光)を用いた検体の量の検出である。この場合には、検体自体が蛍光性ラベルを運ぶことができ、あるいは、蛍光性ラベルを付けられた認識要素との更なる培養が実行されることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
大方のバイオセンサにおいて、センサチップは、センサ面に加えて乾燥試剤を備えている。この試剤は、例えば、生物学的に活性な部分(例えば抗薬剤抗体)に結合するラベルを含むことができる。分析時間を制限するために、試剤は、センサ面上に直接堆積することができる。検査流体が到達すると、乾燥試剤は溶解して流体中に混ざり、この流体はそれからセンサ面を濡らす。センサ面と同様にラベルは、ターゲット分子(例えば薬剤)にさらされる。これはセンサ面に対するラベルの結合に影響して、それが検出される。試剤をセンサ面に直接堆積すると、試剤がセンサ面と早まって(すなわち、試剤がターゲットと反応することができるようになる前に)反応する又は混合する可能性があり、従って検出を妨げるという不都合がある。
【０００５】
試剤がセンサ面から物理的に分離されるバイオセンシングシステムは、Fukumoto等により開示される(The 13th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems, Seoul, Korea, June 5-9, 2005)。この論文において、捕獲抗体がその上に固定されるセンサチップを備えた検出チャンバ及びサンプル装填ホールが施されるキャップを含む検査カートリッジが開示される。検出抗体結合磁性粒子がその上に点在して冷凍乾燥された不織布が、ホールを覆うようにキャップに固定される。抗原を含む試料はそれからカートリッジ上に落とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、サンプル流体中の検体を検出するための改善されたシステム及び方法並びにそのようなシステムの製造方法を提供することである。本発明の実施の形態の利点は、測定の速度(例えば一分以内)、改善された測定のタイミング、信頼性、再現性及び製造の容易さである。上述の目的は、本発明による方法及び装置によって達成される。
【０００７】
第１の態様において、本発明は、サンプル流体中の検体の存在を検出するための装置に関し、当該装置は、キャリア面及びセンサ面によって少なくとも部分的に境界を定められる検出領域を有し、前記キャリア面は前記検出領域内から前記サンプル流体にアクセス可能であり、前記キャリア面は試剤を有し、前記センサ面は前記検出領域内から前記サンプル流体にアクセス可能であり、前記センサ面は前記キャリア面とは別個であり、前記装置はさらに、前記サンプル流体のための流入部を有し、前記サンプル流体のための前記流入部は、キャリア面上の試剤とは別の、すなわちキャリア面上の試剤から離れた、すなわち試剤を有する前記キャリア面によって覆われていない、前記検出領域に流入開口を有する。検出領域は、密閉したチャンバではなく、キャリア面及びセンサ面を含む面の組立品によって決定されることができる。キャリア面とセンサ面との間の領域には、壁又はチャネルが無く、言い換えると、キャリア面とセンサ面との間の領域には、検出器部品(例えば壁)が無い。検出領域は、例えば一定の容積を持つ検出キャビティ又はチャンバであることができる。キャビティ又はチャンバは、壁に囲まれている。キャビティ又はチャンバの容積は、オプションとして調整後に固定されることができる。後者は例えば定量的な検出が必要とされる場合に有利である。一定の容積をもつ検出チャンバには、一定の体積の流体が供給されることができる。競合アッセイが実行される場合、サンプル体積が重要であり、ラベルの濃度が結果を決定するので、検出チャンバが好ましい。ラベルの数は、明確な容積と共に、明確な濃度のラベルの明確な体積を供給することによって、例えば投与することによって定められることができ、サンプル流体体積あたり、正しい数のラベルをもたらす。サンプル流体と試剤との良好な混合が得られることが、本発明の実施の形態の利点である。本方法及びシステムが所望の混合及び/又は反応時間に対して調整されることができることも、本発明の実施の形態の利点である。さらに、長い保管寿命をもつ装置が得られることも、本発明の実施の形態の利点である。本装置は、流体のための流出部を有することができる。
【０００８】
オプションの特徴として、検出チャンバの容積は、0.1μlと1μlとの間で構成されることができる。これは、装置の小型化及び短い検出時間を可能にしつつ、同時に、適切な分析を実行するために十分なサンプルの量に対応するので有利である。
【０００９】
オプションの特徴として、サンプル流体のための流入部は、毛細管を有することができる。これは、毛細管力を介した、すなわち例えばポンピング手段のような追加の流体供給手段を必要としない流体(例えばサンプル流体)の輸送を可能にするので有利である。
【００１０】
オプションの特徴として、装置は、サンプル流体用の流入部を通してサンプル流体を強制的に通過させるための加圧手段をさらに有することができる。これは、大きな粘性を持つサンプル流体に対処することを可能にするので有利である。
【００１１】
オプションの特徴として、キャリア面はセンサ面と同一平面ではない。好ましくは、キャリア面はセンサ面に面する。試剤とセンサ面との間の反応又は混合を低減し、好ましくは最小化し、又は実質的に防止することが、本発明の実施の形態の利点である。一方では試剤及び/又は試剤混合の、他方ではセンサ面及び/又はセンサ面反応度の、独立した最適化が行われることができることが、本発明の実施の形態の利点である。さらに、サンプル流体とセンサ面との間の改善された接触が、提供されることができる。
【００１２】
オプションの特徴として、キャリア面が、チャンバの壁の一部として、検出チャンバの一つの面又は部分の境界を定める。これは、キャリア面が装置における２つの機能をそのように果たし、経済的であるので、有利である。
【００１３】
オプションの特徴として、キャリア面は、非多孔性である。これは、前記サンプル流体の一部が試剤と相互作用することを妨げてしまう前記キャリア面内へのサンプル流体の吸着を防止するので、有利である。検出が行われる前にサンプルが検出領域から除去されることを非多孔性のキャリア面が防止することができることが、そのような実施の形態の利点である。
【００１４】
オプションの特徴として、装置は、キャリア面上に試剤又はその成分を保持するための保持手段をさらに有することができる。それは、タイムリーに定められた測定の実行を可能にして、試剤又はその成分が放出された時点が正確にわかるので、有利である。
【００１５】
オプションの特徴として、装置は、サンプル流体の中で試剤又はその成分を動かすための駆動手段をさらに有することができる。サンプル流体及び試剤の混合と、予め定められた位置への試剤の成分の移動の両方が提供されることが、本発明の実施の形態の利点である。駆動手段及び/又は保持手段は、機械的装置、空気式装置、油圧装置、電気的装置、電磁的又は磁気的保持又は駆動手段などであることができる。例えば、試剤が磁性粒子又は磁化可能粒子によってラベル付けされたプローブを有する場合には、磁気的駆動手段が、サンプル流体に対して及び/又はセンサ面に対して、それらの磁性粒子又は磁化可能粒子を動かすことができるので有利である。これは、試剤とのサンプル流体の混合及び/又はセンサ面の方へプローブを導くことを改善するのを助けることができ、それによって、検出の速度を上げる。
【００１６】
本発明はさらに、サンプル流体中の検体の存在を検出するための装置を提供し、当該装置は、検出領域及びサンプル流体のための流入部を有し、前記検出領域は、
a)前記検出領域内からサンプル流体にアクセス可能なキャリア面、及び
b)前記検出領域内からサンプル流体にアクセス可能なセンサ面、
によって少なくとも部分的に境界を定められ、前記キャリア面は試剤を有し、前記センサ面は前記キャリア面と別個であり、前記流入部は毛細管を有する。
【００１７】
本発明はさらに、サンプル流体中の検体の存在を検出するための装置を提供し、当該装置は検出領域を有し、前記検出領域は、
a) 前記検出領域内からサンプル流体にアクセス可能なキャリア面、
b) 前記検出領域内からサンプル流体にアクセス可能なセンサ面、
c) キャリア面上に試剤のエンティティを放出可能に保持するための磁気的保持手段、
によって少なくとも部分的に境界を定められ、キャリア面は、磁化可能エンティティ又は磁性エンティティを含む試剤を有し、センサ面はキャリア面と別個である。
【００１８】
バイオ検出に用いられるそれぞれの成分が、単一の層中に提供されることができることが、本発明の実施の形態の利点である。適用される試剤は、一つ以上のプローブを有することができ、及び/又は、可溶性材料で構成されることができる。サンプル流体と試剤との間の迅速な相互作用が得られることが、本発明の実施の形態の利点である。例えば、サンプル流体に接触すると、可溶性材料は迅速に溶解することができる。適用される試剤は、多孔性材料で構成されることができる。これは、多孔性材料は非多孔性材料よりも急速に溶解するので有利である。
【００１９】
オプションの特徴として、磁気的駆動手段は、センサ面の下及び/又は上に位置することができる。これは、プローブをセンサ面の方へ導くことを可能にし、それによって検出の速度を上げるので有利である。
【００２０】
オプションの特徴として、試剤は、乾燥した又は凍結乾燥された形であることができる。これは装置の保管寿命を改善するので有利である。
【００２１】
他のオプションの特徴として、試剤は、一つ以上のプローブを含むことができる。プローブはセンサ面との反応の影響を特に受けやすく、したがって、センサ面から物理的に分離されることは有利であるので、これは有利である。
【００２２】
さらに別のオプションの特徴として、試剤は、一つ以上の溶解性の凍結乾燥されたビーズ中に含まれることができる。これは、ビーズが、供給される試剤(例えばプローブ)の量の容易な定量化を可能にするので、有利である。オプションの特徴として、一つ以上のプローブが存在する場合、それらは、合成抗体若しくは自然抗体、又は、結合ドメインを有するそのような抗体の断片であることができる。これは、サンプル流体中の抗原の存在を分析することを可能にするので有利である。
【００２３】
他のオプションの特徴として、一つ以上のプローブは、磁性粒子又は磁化可能粒子によってラベル付けされることができる。これは、磁性ラベルが、ローブの検出とサンプル流体内でプローブを導くことの両方を可能にするので、有利である。
【００２４】
本発明の第２の態様において、サンプル流体中の検体の存在を検出するための装置を製造するためのプロセスが提供され、当該プロセスは、キャリア面を提供し、キャリア面上に試剤を適用し、キャリア面と別個のセンサ面を提供し、キャリア面及びセンサ面によって境界を定められる検出領域を形成し、前記キャリア面上の試剤とは別の位置で、すなわち前記キャリア面上の試剤から離れた位置でサンプル流体のための流入部を形成する。検出領域は、例えばチャンバの部品を組み立てることによって形成される検出チャンバ又はキャビティであることができる。
【００２５】
オプションの特徴として、キャリア面に試剤を適用することは、キャリア面上に試剤をスポッティングすること、ピペットで加えること、印刷すること（例えばインクジェット印刷のような非接触印刷）のような、任意の適切なマイクロデポジション技術を含むことができる。印刷(好ましくはインクジェット印刷)は、試剤(特に少量の試剤)を堆積させるための正確かつ柔軟な方法であるので、有利である。他の有利なマイクロデポジション技術は、約100-500nlの試剤を投与するために圧電素子の代わりにバルブを用いるドーズ装置の使用である。
【００２６】
他のオプションの特徴として、キャリア面上への試剤の適用は、試剤を乾燥させることをさらに含むことができる。これは、装置の保管寿命を改善し、したがって、装置がその有効性に影響すること無く保管されることができるので有利である。
【００２７】
他のオプションの特徴として、キャリア面上への試剤の適用は、試剤を凍結乾燥することをさらに含むことができる。これは、特に効率的な乾燥法であるので有利である。
【００２８】
他のオプションの特徴として、サンプル流体中の検体の存在を検出する装置を製造するプロセスは、センサ面の下及び/又は上に、磁気的駆動手段を提供することをさらに含むことができる。これは、センサ面の方へプローブを導くことを可能にし、したがって検出の速度を増加させるので有利である。
【００２９】
他のオプションの特徴として、サンプル流体中の検体の存在を検出する装置を製造するプロセスは、キャリア面の下及び/又は上に、磁気的な保持手段を提供することをさらに含むことができる。これは、試剤又はその成分の放出をタイムリーに制御することを可能にするので有利である。
【００３０】
他のオプションの特徴として、キャリア面とセンサ面との間の距離は調整されることができる。これは、明確かつ再現可能な分析時間を可能にするので有利である。
【００３１】
他のオプションの特徴として、検出領域を形成することは、試剤を適用した後に、センサ面及びキャリア面を用いて検出チャンバを組み立てること含むことができる。これは、キャリア面のより良好な利用可能度の結果として、試剤のより容易な適用を可能にするので、有利である。
【００３２】
他のオプションの特徴として、本方法は、検出領域(例えば検出チャンバ)が形成された後で、キャリア面上に試剤を適用することを含むことができる。
【００３３】
本発明の第３の態様において、サンプル流体中の検体の存在を検出するための方法が提供され、当該方法は、
- 流入開口を持つサンプル流体用の流入部を介して検出領域にサンプル流体を提供し、
- 検出領域の境界を定めて検出領域内からサンプル流体にアクセス可能であるキャリア面上に存在し、流入開口とは別に、すなわち流入開口から離れて配置された試剤とサンプル流体とを接触させて、それによって流体混合物を形成し、
- キャリア面とは別個のセンサ面に流体混合物を接触させ、
- 流体混合物とセンサ面との間の相互作用を検出する。検出領域は、例えば検出チャンバ又はキャビティであることができる。検出領域は、キャリア面によって境界を定められることができる。
【００３４】
磁性粒子又は磁化可能粒子によってラベル付けされる一つ以上のプローブが、サンプル流体内に提供されることができる。オプションの特徴として、磁性粒子又は磁化可能粒子を含む試剤は、磁気駆動を用いてキャリア面の方へそれを導くことによって、正確に配置されることができる。他のオプションの特徴として、本方法は、検出の前に磁性粒子又は磁化可能粒子を磁気的に動かすステップをさらに含むことができる。例えば、センサ面の方へ磁性粒子又は磁化可能粒子を導くために、磁性粒子又は磁化可能粒子を磁気的に動かすステップが実行されることができる。これは、分析の速度を増加させるので有利である。
【００３５】
他のオプションの特徴として、磁性粒子又は磁化可能粒子を磁気的に動かすステップは、サンプル流体とプローブとを混合するために実行されることができる。これは、分析の再現性を増加させるという利点を持つ。
【００３６】
他のオプションの特徴として、磁性粒子又は磁化可能粒子を磁気的に保持するステップが、それらの放出の時刻を制御するために実行されることができる。
【００３７】
サンプル流体を接触させることは、キャリア面及びセンサ面を含む組立体をサンプル流体中に浸すことによって実行されることができる。
【００３８】
本発明のこれらの及び他の態様は、以下に記載される実施の形態から明らかであり、以下に記載される実施の形態を参照して説明される。
【００３９】
本発明の特定の好ましい態様は、添付の独立請求項及び従属請求項中に述べられる。従属請求項からの特徴は、適切に、請求項中に明示的に示されたものに限らず、独立請求項の特徴及び他の従属請求項の特徴と組み合わせられることができる。
【００４０】
本発明の教示は、サンプル流体中の検体を検出するための改善された方法及び装置のデザインを可能にする。
【００４１】
本発明の上述の及び他の特性、特徴及び利点は、一例として本発明の原理を図示する添付の図面と共に、以下の詳細な説明から明らかになる。この説明は、単に一例として与えられ、本発明の範囲を制限しない。以下で引用される参照図は、添付の図面を指す。それぞれの図において、同じ参照符号は同じ又は類似した要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１ａ】本発明の一つの実施の形態による検出のための装置の一部の模式図。
【図１ｂ】本発明の実施の形態による検出のための装置の模式図。
【図２ａ】本発明の好ましい実施の形態による、試剤を有するキャリア面を備えた蓋の底面の平面図。
【図２ｂ】本発明の好ましい実施の形態による、試剤を有するキャリア面を備えた蓋の正面の平面図。
【図３ａ】本発明の好ましい実施の形態による、センサ支持要素の底面の平面図。
【図３ｂ】本発明の好ましい実施の形態による、センサ支持要素の正面の平面図。
【図４ａ】本発明の好ましい実施の形態による、接続手段を有するセンサ支持要素の底面の平面図。
【図４ｂ】本発明の好ましい実施の形態による、接続手段を有するセンサ支持要素の正面の平面図。
【図５ａ】本発明の好ましい実施の形態による、センサ装置の底面の平面図。
【図５ｂ】本発明の好ましい実施の形態による、センサ装置の正面の平面図。
【図６】本発明の例示的な実施の形態によるセンサ装置を用いて測定される信号応答を示す図。
【図７】本発明の例示的な実施の形態によるセンサ装置を用いた、被覆面上の磁気ビーズに対する用量応答曲線を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明は特定の実施の形態に関して、特定の図面を参照して説明されるが、本発明はそれに制限されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。特許請求の範囲中の任意の参照符号は、その範囲を制限するものとして解釈されてはならない。記載されている図面は単に模式図であって、非制限的である。図面において、説明の便宜上、いくつかの要素のサイズは誇張される場合があり、スケール通りに描かれない場合がある。明細書及び請求の範囲において「有する」、「含む」等の用語が用いられる場合、それらは他の要素又はステップを除外しない。単数形の名詞が用いられる場合、これは、別途特に述べられない限り、その名詞が指すものが複数存在することを含む。
【００４４】
さらに、明細書及び請求の範囲における「第１」「第２」等の用語は、同様の要素を区別するために使用され、必ずしも逐次的又は時間的な順序を表すものではない。そのように使用される用語は、適切な状況の下で交換可能であり、本明細書に記載されている本発明の実施の形態は、本明細書に記載されている又は図示されているものとは異なる順序で実施可能であることが理解されるべきである。
【００４５】
さらに、本説明及び特許請求の範囲中の用語"top", "bottom", "over", "under"等は、説明を目的として用いられ、必ずしも相対的な位置を描写するために用いられているわけではない。そのように使用される用語は、適切な状況の下で交換可能であり、本明細書に記載されている本発明の実施の形態は、本明細書に記載されている又は図示されているものとは異なる方位で実施可能であることが理解されるべきである。
【００４６】
この明細書の全体にわたる「一実施例」又は「実施の形態」に対する参照は、実施の形態に関連して記載されている特定の特徴、構造又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施の形態に含まれることを意味する。さらに、特定の特徴、構造又は特性は、この開示から当業者にとって明らかであるような任意の適切な仕方で、一つ以上の実施の形態と組み合わせられることができる。詳細な説明後の特許請求の範囲は、この詳細な説明に明白に組み込まれ、各々の特許請求の範囲は、それ自体で本発明の別個の実施の形態として有効である。
【００４７】
さらに、本明細書に記載されているいくつかの実施の形態は、他の実施の形態に含まれる他の特徴のいくつかを含まないが、当業者によって理解されるように、異なる実施の形態の特徴の組み合せが、本発明の範囲内であることが意図され、異なる実施の形態を構成する。
【００４８】
以下の用語又は定義は、単に本発明の理解を助けるために提供される。これらの定義は、当業者によって理解される範囲よりも狭く解釈されてはならない。
【００４９】
本明細書において用いられる「サンプル」という用語は、少なくとも１つの関連する検体を含む組成物に関する。サンプルは好ましくは、「サンプル流体」とも呼ばれる流体であり、例えば水性組成物である。本願明細書において用いられる「検体」という用語は、その存在、不在又は濃度が本発明の実施の形態を用いて決定される物質を指す。検体は、有機分子、代謝物質(例えばブドウ糖若しくはエタノール)、タンパク質、ペプチド、核酸セグメント、分子(例えば薬剤、抗生物質若しくは薬剤)、乱用薬物、酵素プロセスにおける調節効果を有する分子(例えばプロモータ、アクチベータ、インヒビター若しくはコファクター)、ウイルス、細菌、細胞、細胞成分、細胞膜、胞子、DNA、RNA、微生物並びにそれらの破砕生成物及び生成物、又は、付着部位、結合部分又は受容体(例えば抗体)が開発されることができる任意の物質を含むことができる（但しそれらに限られない）。本願明細書において用いられる「ラベル」という用語は、検出可能な信号を生成することが可能である分子若しくは材料、又は、検出可能な信号を生成する他の分子への結合が可能である、若しくは、検出可能な信号を生成する複合体を形成する分子又は材料を指す。本発明のそれぞれの検出システム及び方法で使用するのに適しているラベルは数多くあり、従来技術において詳細に記載されている。これらは、光学的ラベル(例えば発光分子(例えば蛍光性試剤、リン光性試剤、化学発光試剤、生物発光試剤等)、着色分子、反応により色を呈する分子)、放射性ラベル、磁性及び/又は電気的ラベル、酵素、特異的に結合可能なリガンド、音波共鳴によって検出可能なマイクロバブルなどであることができる。ラベルは、センサによって検出されることができる直接ラベルであることができる。あるいは、ラベルは、後続の現像プロセス後に検出可能となる間接ラベルであることができる。本発明の方法に使用されるラベルは、検体特異ラベルであることができ、すなわち、検体と特異的に結合することができる。しかし、検体が精製された形で存在する場合、ラベルが検体に結合すれば十分であることも想定される。
【００５０】
本願明細書において用いられる「検体類似体」という用語は、検体よりは最適ではないが、プローブ又は捕捉プローブと結びつくことができる物質を指す。検体類似体は競合アッセイに用いられ、競合アッセイにおいて、検体は、例えばプローブ又は捕捉プローブに対する競合性結合における検体類似体との競合に基づいて決定される。特に、検体類似体は、プローブ又は捕捉プローブに対する検体の結合に比べて低い結合強度でプローブ又は捕捉プローブに結合する。「プローブ」という用語は、本発明において、特異的に検体に結合する結合分子に関する。本発明の文脈内で想定されるプローブは、潜在的な検体と選択的に結合することが可能な、抗体全体、抗体フラグメント(例えばFab'断片、単鎖Fv、シングル可変ドメイン、VHH、重鎖抗体、ペプチド、エピトープ、膜受容体若しくは任意の種類のレセプター又はそれらの一部）、基質補獲酵素変異体、抗原性分子全体(ハプテン)又は抗原性断片、オリゴペプチド、オリゴヌクレオチド、mimitopes、核酸及び/又はそれらの混合物（但しそれらに限られない）のような生物学的活性部分を含む。抗体は、タンパク質又はペプチドと同様に非タンパク合成物に対して産出されることができる。プローブは、結合対の免疫活性又は親和性反応部分のメンバであることができる。プローブの性質は、検出されるべき検体の性質によって決定される。最も一般的には、プローブは、抗原-抗体結合、相補的ヌクレオチド配列、炭水化物-レクチン、相補的ペプチド配列、リガンド-レセプター、助酵素、酵素インヒビター-酵素などのような（但しこれらに限られない）、検体との特異的相互作用に基づいて開発される。本発明において、プローブの機能は、検体の検出を可能にするために検体と特異的に相互作用することである。したがって、プローブは、ラベル付けされることができるか、又は、直接又は間接的に検出可能である。例えば、検体がタンパク質である場合、プローブは抗検体抗体であることができる。あるいは、例えば、検体がヌクレオチド配列である場合、プローブは相補的オリゴヌクレオチド配列であることができる。「捕捉プローブ」という本願明細書において用いられる用語は、識別又は結合イベントを介して、センサ面上に検体及び/又はラベル付き検体を固定するプローブを指す。「センサ」という本願明細書において用いられる用語は、サンプル流体中の検体の定性的及び/又は定量的な検出を可能にする装置を指す。検体が生物学的性質をもつ場合、又はセンサが検出のために生物学的エンティティ(例えば抗体捕獲プローブ)に依存する場合、センサは時折、「バイオセンサ」と呼ばれる。本明細書で用いられる「センサ」は、通常、検体を捕えるか又はその上に固定される検体類似体をサンプル流体中に存在する検体と交換する検知面を通してそのセンシングを行う。
【００５１】
第１の態様において、本発明は、サンプル流体中の検体の存在を検出する装置に関し、当該装置は検出領域を含む。検出領域は、検出領域内からサンプル流体にアクセス可能なキャリア面によって、少なくとも部分的に境界を定められる。キャリア面は、例えば検出チャンバ又はキャビティの一部であることができ、例えば壁の一つを形成するか又はその天井にあり、あるいは、キャリア面は、検出チャンバ中の追加の面として提供されることもできる。検出領域はさらに、キャリア面とは異なるセンサ面によって境界を定められる。センサ面は、検出領域内からサンプル流体にアクセス可能である。センサ面は、例えば同じ検出チャンバの一部であることができる。検出領域は、密閉したチャンバではなく、キャリア面及びセンサ面を含む面の組立品によって決定されることができる。キャリア面とセンサ面との間の領域には、壁又はチャネルが無く、言い換えると、キャリア面とセンサ面との間の領域には、検出器部品(例えば壁)が無い。検出領域は、例えば一定の容積（オプションとして、調整後に一定の容積）を持つ検出チャンバであることができる。例えば定量的な検出が必要とされる場合、後者が有利である。一定の容積をもつ検出チャンバには、一定の体積の流体が供給されることができる。好ましくは、検出チャンバの容量は、0.1〜1μlの間で構成される。装置はさらに、サンプル流体のための流入部を含む。サンプル流体のための流入部は、キャリア面上の試剤とは別の、すなわちキャリア面上の試剤から離れた、例えばキャリア面によって覆われていない検出領域に流入開口を持つ。サンプル流体のための流入部は、液体(例えば液体サンプル流体)が毛細管力によってその中で駆動されることができるような寸法を持つ毛細管(例えば管又は中空の区間)を含むことができる。毛管区間の典型的な寸法は0.1〜2 mmである。装置は、サンプル流体用の流入部を通してサンプル流体を強制的に通過させるための加圧手段をさらに有することができる。適切な加圧手段は、例えばポンプ、シリンジなどを含む（但しそれらに限られない）。前記加圧手段によって及ぼされる圧力は、正又は負（例えば減圧、すなわち負圧）である場合があり、前記装置の流体用の流出部に適用されることができる。競合アッセイが実行される場合、サンプル体積が重要であり、ラベルの濃度が結果を決定するので、明確な容積を有する検出チャンバがさらに好ましい。ラベルの数は、明確な容積と共に、明確な濃度のラベルの明確な体積を供給することによって、例えば投与することによって定められることができ、サンプル流体体積あたり、正しい数のラベルをもたらす。キャリア面の基板及びセンサ面の基板は、性質が同一であるか又は異なることができる。材料の性質は、本発明の制限的な特徴ではない。材料は、柔軟な有機材料（例えば、ポリエステル、特に高温ポリエステル材料、ポリエチレンナフタレート(PEN)及びポリイミド、並びにこれらの２つ以上の混合物のようなポリマー材料）のような、任意の適切な基板材料で作られることができる（但しこれらに限られない）。他の使用可能な材料は、無機材料(例えば半導体(例えばシリコン)又はガラスタイプ材料(例えばガラス又は水晶))である。キャリア面は好ましくは非多孔性で��り、すなわち当該面の中に液体を吸収しにくい。
【００５２】
センサ面はさらに、使用される検出器の検出面の固体面によって構成されることができる。使用される検出器は、例えば光学的検出器、磁気的検出器、機械的検出器などであることができる（本発明はそれらに制限されない）。センサ面は、好ましくは、関連する粒子を捕えるための生物学的に又は生化学的に活性な部分を含む。生物学的に又は生化学的に活性な部分は、例えば、センサ面に取り付けられ、適切な状況において、それぞれ検体若しくはラベル付きプローブに結合することができ、又はそれらと反応する、捕捉プローブ及び/又は検体類似体を指す場合がある。生物学的活性層の捕捉プローブ及び/又は検体類似体は、従来技術において周知の任意の方法によって、面に保持される又は固定されることができる。これらの生物学的活性部分は部位特異的な方法で検出面に取り付けられることができ、これらの部分の特定の部位が例えば面上のタンパク質耐性層を通して結合に関与する。センサ面は、表面積対体積比を高めるために、多孔性面を持つことができる。
【００５３】
キャリア面は試剤を有し、例えばキャリア面は、その面に適用された試剤を持つ。試剤は、好ましくは、溶解性の試剤(すなわち、一旦サンプル流体に接触すると溶解するように適応された試剤)である。この試剤は、ラベルに基づく検体検出を援助することができる。それは、サンプル中の検体の存在を表す検出可能な信号を呈するように検体と反応する化学的又は生化学的性質の試剤を含むことができる。例えば、試剤は、プローブ又はラベル付きプローブを含むことができる。特定の実施の形態において、試剤は、磁性粒子又は磁化可能粒子によってラベル付けされたプローブを有する。それぞれの検出システム及び方法に用いられる適切な試剤は、さまざまな検体の存在及び/又は濃度を決定するために選択された様々な活性成分を含む。数多くの化学的性質が、各々のさまざまな検体用に利用可能である。それらは、評価される検体に対して選択される。一つの実施例において、試剤中に含まれるプローブは抗体である。他の例において、試剤は、例えば酵素、助酵素、酵素阻害体、酵素基質、酵素変化を容易にするためのコファクター(例えばATP、NADHなど)、ビタミン、ミネラルを含むことができる（本発明は明らかにそれらに限られない）。試剤は、キャリア面に適用された層を経由して適用されることができる。例えば、一つの好ましい実施の形態において、少なくとも１つの試剤層は、サンプル中の代謝物質又は小分子の存在を決定するように選択されることができる一つ以上の酵素、助酵素及びコファクターを含むことができる。さらに試剤は、ラベル、緩衝塩、界面活性剤、糖質なども含むことができる。
【００５４】
オプションの特徴として、試剤は、乾燥した又は凍結乾燥された様態であることができる。これは、長い保管寿命(すなわち保管中の良好な特性)に結びつき、それによって、例えば、サンプル流体を追加する前の相互作用は制限される。一つの特定の実施の形態において、試剤は多孔性材料に含まれて、例えばそれが多孔性層を形成する。後者は、乾燥の間に昇華する材料を含む試剤層を堆積させ、そして試剤層を乾燥させること（例えば水及び/又は塩(例えば炭酸アンモニウム)の昇華）によって得られる。このようにして得られる多孔性試剤層は、さらに、ナノポーラス又はマイクロポーラスでありえる。多孔性は、試剤成分の溶解の改善を助けるので有利である。他の特定の実施の形態において、試剤は、一つ以上の溶解性の凍結乾燥ビーズ中に含まれる。これらのビーズは、例えば、寒剤中に試剤の成分を含む溶液を滴下し、続いて、得られたビーズを凍結乾燥することによって、形成されることができる。試剤は、後で詳しく述べるように、検出用装置の適切な位置へのスポッティング、ピペッティング、印刷(例えばインクジェット印刷)のような、任意の適切なマイクロデポジション技術によって適用されることができる。さらに別の実施の形態において、複数の試剤層が、互いの上に、及び/又は、検出用の装置中の異なるキャリア面上に、例えば互いの傍らに、堆積することができる。
【００５５】
オプションの特徴として、キャリア面は、センサ面の上に位置することができる。本発明のいくつかの実施の形態において、キャリア面は、検出領域(例えば検出チャンバ)の天井を構成するか、又はその天井上にある。例えば、キャリア面は、検出領域(例えば検出チャンバ)の上面の境界を定めることができる。特定の実施の形態において、検出領域（例えば検出チャンバ）は、一方のセンサ支持要素と他方のキャリア面を含む蓋との組立体から形成されることができ、図2a〜図5bに関してさらに詳細に説明される。あるいは、キャリア面は、センサ面と、この領域(例えばチャンバ)の反対の面の境界を定めている面(すなわちチャンバの天井)との間に位置することができる。そのような場合、この位置にキャリア面を固定するために、キャリア面に対する支持体が提供される。さらに、各々が試剤を運ぶ二つ以上のキャリア面を持つ検出領域(例えば検出チャンバ)を実現することが可能である。
【００５６】
キャリア面とセンサ面との間の距離は、試剤と相互作用するサンプルの成分がセンサ面に達する前に、少なくとも最小限の相互作用時間及び混合時間が存在するように、選択されることができる。このようにして、サンプル流体と試剤との間の相互作用時間又は混合時間が選択又は調整されることができる。本発明の態様は、少なくとも１秒の相互作用時間、好ましくは5〜60秒の範囲の相互作用時間が与えられるように、キャリア面とセンサ面との間の距離を提供する。この時間は、例えば、キャリア面とセンサとの間の距離を変えることによって、又は所与の距離に対する磁力を変更することによって、調整されることができる。本発明の他の態様は、キャリア面とセンサ面との間の調整可能な距離(例えば機械的に又は電気機械的に調整可能な距離)を提供することである。そのような調整可能な部品は、例えばマイクロエレクトロメカニカルシステム(MEMS)を用いて得ることができる（本発明はそれに制限されない）。一例として、検出用の装置の例示的な部分の標準の及びオプションのコンポーネントが図1aに示される（本発明の実施例はそれに制限されない）。図1aは、検出用の装置1の模式断面図を示し、装置1は、本実施例において装置1の中央に示される検出領域2（例えば検出チャンバ2）を含む。検出領域2は、その上面においてキャリア面3によって境界を定められ、その底面において、オプションのセンサ支持要素10の第１面11に取り付けられるセンサ面5によって境界を定められる。本実施例によるキャリア面3は、その上に適用される試剤4を含む。本実施例の検出領域2は、その左側及びその右側において、破線によって名目上境界を定められて示される。本実施例において、検出チャンバ2の左及び右側に、センサ支持要素10のオプションの傾斜壁13が示される。検出領域2と、センサ支持要素の第２面12及びキャリア面3の間に形成される流体チャネル18との間の流体接続を可能にするために、検出領域2の左側及び右側は、センサ支持要素10の傾斜壁13によって完全に区切られてはいない。流体チャネル18は、サンプル流体20のための流入部6及び結果として生じる流体を除去するための流出部7に接続されて表される。
【００５７】
検出用の装置の模式図は図1bに示され、装置の標準の及びオプションの部分を示す。装置1は、試剤4を備えるキャリア面3及びキャリア面と別個のセンサ面5による検出領域2を有する。これらのコンポーネントは、例えば図1aに示されるようなものであるが、本発明はそれらに制限されない。本発明による検出用の装置1はさらに、サンプル流体20中に存在する検体の存在及び/又は量を表わす信号を検出するための検出手段22を有することができる。検出手段22は、検出チャンバ内に設置されることができ、又は、その外に配置されることができる。検出手段へのアクセスは、検出チャンバの透過ウィンドウによって提供されることができる。
【００５８】
さらに、例えば、検出を助けるラベルを励起するために、励起手段24が提供されることができる。検出手段22は、任意の適切な検出器(例えば磁気的又は光学的検出器)を含むことができる（本発明はそれらに限定されない）。磁気的検出器は、例えばホール検出器であることができ、又は、磁気抵抗素子(例えばGMR、TMR又はAMRセンサ)を含むことができる。さらに、検出用の装置1は、検出結果を処理して適切な出力を提供することを可能にする処理手段26を有することができる。そのような処理手段26は、例えば任意の適切な手段(例えばコンピューティング手段)であることができる。装置1はさらに、流体流入部6及び/又は流体流出部7を有することができる。いくつかの実施の形態において、流体流入部6の使用は、サンプル流体20のための入口として機能するためにある。オプションの特徴として、装置は、キャリア面3上に試剤4又はその成分を保持するための保持手段28をさらに有することができる。そのような保持手段は、キャリア面3上に試剤4又はその成分を保持すること、及び、キャリア面3から試剤4又はその成分を放出することの両方が可能でなければならない。保持手段の非制限的な例は、試剤が磁性粒子又は磁化可能粒子を含む場合、永久磁石、電磁石、コイルなどを含む（但しこれらに限られない）、磁気的な保持手段であることができる。そのような保持手段は、好ましくはキャリア面上に配置される。そのような保持手段は、タイムリーに制御された測定を実行するために、選択された時点において試剤又はその成分を放出するために用いられることができる。磁気的な保持手段は、切替可能であるか又は永続的であることができる。磁気的な保持手段はさらに、例えば機械的保持手段であることができる。保持手段は、検出領域の外に設置されることもできる。
【００５９】
オプションの特徴として、本発明のいくつかの実施の形態によれば、装置1は、さらに駆動手段28を有することができる。駆動手段28は、混合手段であることができ、及び/又は、例えばサンプル流体20を試剤4に接触させた後に、流体混合物の成分を位置決めする若しくは移動させるための手段であることができる。駆動手段は、オプションとして試剤4中に存在する磁気的にラベル付けされたプローブの駆動のために用いられることができる。したがって、駆動手段28は、永久磁石、電磁石、コイルなどを有する磁気的な駆動手段であることができる（但しこれらに限られない）。好ましくは、駆動手段28は、センサ面5の下及び/又は上に位置する。好ましくは、磁気的な駆動手段は、センサ面の下に存在し、さらにオプションとしてセンサ面の上に存在する。磁気的な駆動手段は、切り替え可能であるか又は永続的でありえる。駆動手段は、さらに電気的駆動手段又は機械的若しくは音響的駆動手段であることができる。駆動手段はさらに、検出領域の外に設置されることができる。
【００６０】
図2a〜5bに関して、検出用の装置1の好ましい実施の形態が示されて、試剤4を有するキャリア面3が、検出領域2の上面又は壁(例えば天井)を形成する蓋8に提供される。後者は、キャリア面3を有する装置1のためのコンポーネントとセンサ面5を有する装置1のためのコンポーネントの別々の製造を可能にする。これはしたがって、独立した製造を可能にして、ひいては、これらのコンポーネントの製造の独立した自由度をもたらす。例として、そのような実施の形態の例は、図2a〜図5bに示される。
【００６１】
図2aは、蓋8上に又はその中にキャリア面3を有する装置1のコンポーネントを、平面図で第１の面9から示す。本実施例において、蓋8は、その底面でキャリア面3によって境界を定められ、その上面が開いているチャネル18を備えている。キャリア面3は、その中央部分に適用された試剤4を有する。蓋8は、流体のための流入部6及び流体のための流出部7を備えていることができる。図2bは、平面図で反対の第２の面17から同じ蓋8を示す。図3aは、平面図で、センサ15が取り付けられた第１の面11上にセンサ面4を有する装置1のコンポーネント(すなわちセンサ支持要素10)を示す。センサ支持要素10はこのように、例えばトラックが存在することができる第１の面11及び第２の面12を持つ。図3bは、平面図で、センサ支持要素10の第２の面12を示す。センサ支持要素の第２の面12とセンサ面5との間の接続を提供するための開口が示される。開口は傾斜した壁13を持つように示される。図4a及び図4bは、平面図で、外部接触のための接続手段16（例えば外部接触のためのフレックスホイル16）を設けた後のセンサ支持要素10を示す。図5a及び図5bは、蓋8及びセンサ支持要素10の組立後の装置1を、平面図で、それぞれ支持要素10の第１の面11から及び蓋8の第２の面17から、示す。センサ支持要素の第２の面12上に蓋8を提供するために、例えば接着剤が用いられる。
【００６２】
第２の態様において、本発明は、サンプル流体20中の検体の存在を検出する装置1を製造するプロセスに関する。この装置は、本発明の第１の態様に記載されているような装置であることができ、同じ特徴及び利点を有する。プロセスは、キャリア面3上に試剤4を適用することを含む。試剤4は、例えばマイクロデポジション技術のような（但しそれに限られない）任意の適切な方法で堆積することができる。デポジションの一つの例は、ドージング（dosing）であり、キャリア面上へのわずかな量の適用を制御するためにバルブが用いられる。他の技術は、非接触印刷技術(例えばインクジェット印刷若しくは噴出法(jetting))、又は、接触印刷(例えばタンポン印刷、マイクロ接触印刷、スクリーン印刷、スタンプ印刷など)を含むことができる。試剤4は、例えば一つ以上の層として堆積することができる。
【００６３】
オプションの特徴として、試剤4は、キャリア面3上で乾燥することができる。キャリア面3上での試剤の乾燥は、低い大気蒸気圧の適用によって実行されることができる（後者は必須ではない）。乾燥は、試剤4をその液体相から乾燥させることと、試剤4をその固体相から乾燥させることの両方を含むことができる。それは、試剤4中に存在する水性成分の量を低減することを含むことができる。乾燥の効率を改善するために、加熱が乾燥の間に用いられることができる。例えば、キャリア面3が加熱されることができる。良好な乾燥は、保管寿命(すなわち貯蔵特性)を改善する。例示的な実施の形態において、試剤4の堆積及び/又は乾燥の間に与えられる環境は、非常に低い湿度を持つ。後者は、乾燥が迅速に進行するという利点を持つ。不活性ガスが周囲に用いられることができる。非常に低い湿度とは、30%未満の相対湿度、より好ましくは10%未満の相対湿度、さらに好ましくは3%未満の相対湿度を意味する。オプションの特徴として、試剤4は、凍結乾燥された様態であることができ、すなわちは、最初にそれを凍らせて、その後、その中に形成された凍った水を昇華させることによって、凍結乾燥される。言い換えると、凍結乾燥するステップがさらに適用されることができる。
【００６４】
この第２の態様のプロセスは、さらに、キャリア面3と別個のセンサ面5を提供することを含む。センサ面5は、その上に生物学的若しくは生化学的活性部分を既に備えているように予め作られることができ、又は、生物学的若しくは生化学的活性部分を有するセンサ又はセンサ面をコーティングすることによって得ることができる。この第２の態様のプロセスはさらに、キャリア面3及びセンサ面5によって境界を定められる検出領域を形成することを含み、例えば、キャリア面3及びセンサ面5からなる検出チャンバを形成することを含む。検出チャンバのそのような組立ては、それぞれのコンポーネントをそれらの適切な位置に配置し、そしてコンポーネントを互いに固定することによって実行されることができる。後者は、任意の適切な方法で実行されることができる(例えば接着、クリップ留め、クリック、溶接など)。検出用装置の更なる組立てが実行されることができ、すなわち例えば、検出手段を提供すること、使用される検出手段の読み出しを得る検出手段を接続するための接続手段を提供することが行われる。組立て(すなわち検出領域を形成すること)は、試剤がキャリア面に適用された後で実行されることができ、あるいは、試剤をキャリア面に適用する前に実行されることができる。例えば、試剤は、装置に施される開口を介して導入されることができる。センサ面とキャリア面に適用される試剤とを別々に製造して、その後組み立てることの利点は、独立した製法の最適化が実行されることができ、したがって両コンポーネント間の望ましくない相互作用の発生が減少することである。この本発明の第２の態様のプロセスは、キャリア面とは別の、すなわちキャリア面から離れた位置に、サンプル流体のための流入部及び/又は流出部を提供することをさらに含む。それらの流入部及び/又は流出部は、当業者に知られている任意の方法（例えばドリリング、ボーリング、パンチング、カッティング、物体(例えば中空の管)の挿入等）によって形成されることができる。
【００６５】
オプションの特徴として、キャリア面とセンサ面との間の距離が、製造の間に調整可能である。この距離は、例えば、サンプル流体による試剤の適切な溶解及び結果として生じる流体混合物の適切な均質化のための十分な時間を提供し、迅速な検出を提供するような距離でなければならない。したがって、妥協点が見いだされなければならない。
【００６６】
オプションの特徴として、この第２の実施の形態のプロセスは、センサ面の下及び/又は上に磁気的な駆動手段を提供することをさらに含む。そのような駆動手段は、コンポーネント中に埋め込まれることができ、又は別のコンポーネントとして配置されることができる。それは、検出チャンバの組立ての一部として実行されることができ、又は検出チャンバの組立て後に用意されることができる。
【００６７】
第３の態様において、本発明は、サンプル流体20中の検体の存在を検出する方法に関する。本方法は、好ましくは、第１の態様に記載されたような検出用の装置1を用いて実行されることができるが、本発明はそれに限定されない。この検出方法は、サンプル流体20をキャリア面3上に存在する試剤4に接触させ、それによって、流体混合物を形成することを含み、キャリア面は検出領域2の境界を定める。このようにして、サンプル流体20中に存在する検体は試剤4と相互作用することができ、したがって関連する粒子の検出性を援助する。この接触ステップは、試剤成分が配置された溶解性のマトリクスを溶解すること（例えば、キャリア面3に適用された試剤層を溶解すること）を含むことができる。一旦試剤4がサンプル流体20と接触すると、例えば凍結乾燥された試剤のビーズは、使用時に溶解して、それらの内容物を放出する。その後で、そのように形成された流体混合物は、センサに接触して、その面を濡らす。したがって本方法は、センサ面に流体混合物を接触させることをさらに含み、センサ面5は、キャリア面3と別個であり、検出領域2の境界を定める。このようにして、関連する粒子とセンサ面5との間の相互作用が得られる。そのような相互作用は、センサ面5が最初は実質的に試剤4から離れており、したがって関連する粒子に対する相互作用のない領域をもたらすので、迅速に実行されることができる。検出領域2は、キャリア面3及びセンサ面5を含む検出チャンバ2であることができる。さらに、試剤4が検出領域2中に提供されるので、試剤4がセンサ面5の十分近くに供給されることとなり、迅速な相互作用を援助する。本方法はさらに、流体混合物とセンサ面との間の相互作用を検出することを含む。後者は、サンプル流体の定量的又は定性的な分析を得ること、例えばサンプル流体中の特定の成分の存在及び量に関する情報を得ることを可能にする。流体混合物及びセンサ面の相互作用の検出は、プローブの検出を介した検体の検出を含むことができる。プローブ(例えばラベル付き抗体)及びセンサは共に検体にさらされて、検体はセンサ面に対するプローブの結合に影響する。実行されるアッセイのタイプによって、(プローブを介して)例えば磁性粒子又は磁化可能粒子によってラベル付けされた検体は、固定された捕獲プローブに結合するか（サンドイッチアッセイ）、又は、捕獲プローブへの結合を検体類似物と争う（競合アッセイ）。過剰な(非結合)ラベル付きプローブの除去の後(いくつかの実施の形態においてそれは磁性粒子又は磁化可能粒子の除去と等価である)、結合されたラベル付きプローブ(例えば磁性粒子によってラベル付けされたプローブ)の量が測定されることができる。したがって、結合アッセイは、検体分子の濃度又は存在を反映する数における、磁気的にラベル付けされた分子のセンサへの付着を伴うことができる。そのような検査は、乱用薬物を検出するために例えば用いられることができるが、本発明はそれに限定されない。結合アッセイ方法の多数のバリエーションが記載されたが、全て本発明の範囲内である。ラベルとして使用される磁性粒子又は磁化可能粒子の検出は、電場若しくは磁場又は電磁場の適用によって、磁気センサ又は非磁気センサ（例えば光学センサ若しくは音響センサ）を用いて、一般に実行される。磁性粒子又は磁化可能粒子の検出のための実施の形態の例は、特許出願WO2005/116661及びその中で引用されるリファレンスによって与えられる。ラベルの音響及び/又は音波検出も用いられることができる。いくつかの実施の形態において、磁性粒子は、磁気的な手段(すなわち磁気的な駆動)を介したそれらの操作を可能にするためにのみ、凍結乾燥されたビーズ中に存在し、ラベルとしては機能しない。それらの実施の形態では、センサ上又はセンサ中のプローブの検出は、プローブに連結されたラベルのタイプに適合している。さらに、さまざまなタイプの結合及び放出分析は、例えば蛍光性、発色性、散乱性、吸収性、屈折性、反射性、SERRS活性若しくは(バイオ)化学発光性ラベル、分子ビーコン、放射性ラベル又は酵素ラベルのような光学的特性を含む磁気的な粒子を用いることができる。光学活性ラベルは、例えば可視、赤外線又は紫外線波長領域で、検出器によって検出可能な光を発することができる。しかし、本発明はそれに制限されず、光学的ラベルは、本出願において、電磁スペクトラムの任意の適切かつ検出可能な波長領域で放射するラベルを指すことができる。
【００６８】
いくつかの実施の形態において、サンプル流体にキャリア面を接触させることは、サンプル流体中にキャリア面及び検出面の組立体を浸すことによって達成されることができる。サンプル流体の注入から検体の検出までの分析実行に要する時間は調整されることができる。例えば、この時間は、検出領域(例えば検出チャンバ)の高さを変更することによって選択又は調整されることができる。好ましくは、チャンバの高さは、30μm-500μmの間で選択又は調整されることができる。これは、製造の間又は製造の後に実行されることができる。製造後にキャリア面とセンサとの間の距離を調整するために、キャリア面とセンサとの間の距離を制御し、それによってキャリア面とセンサとの間の距離を調整することを可能にするために、例えば機械的、電気機械的又は電磁的変位手段のような変位手段が提供されることができる。そのような調整可能な部品は例えば、微小電気機械的システム(MEMS)を用いて得ることができる（本発明はそれに制限されない）。この時間は、さらに試剤の性質及び状態の関数で変化する。試剤が緩衝液から適用される場合、これは適切な乾燥バッファを選択することによって例えば調整されることができる。
【００６９】
分析を実行するために必要とされる時間、すなわち試剤及びサンプル流体の混合時間並びに混合と検出との間の時間は、さらに、一旦サンプル流体と混合された試剤の成分を駆動することによって調整されることができる。この駆動は、サンプル流体中の試剤の成分を混合すること、又は、センサ面の方へ成分若しくは結合された成分を変位させること含むことができる。そのような駆動は、磁力を用いた駆動、電気力を用いた駆動、機械的又は音響的力を用いた駆動などであることができる。例えば磁性粒子又はビーズが試剤中に存在するプローブにラベル付けするために用いられる場合、磁気的な駆動が用いられることができる。例えば、磁性粒子又は磁化可能粒子を磁気的に動かすステップは、センサ面の方へ磁性粒子又は磁化可能粒子を導くために実行されることができる。代わりに又はそれに加えて、磁性粒子又は磁化可能粒子を磁気的に動かすステップは、サンプル流体とプローブを混合するために実行されることができる。代わりに又はそれに加えて、磁性粒子又は磁化可能粒子を磁気的に保持するステップが、それらの放出の時点を制御するために実行されることができる。磁性ビーズ又は粒子の磁気的特性及び使用される磁場の強度は、前培養時間に影響を与えるために用いられることができる。磁力は、例えば永久磁石の強度若しくは測定チャンバに対するそれらの距離を調整することによって調整されることができ、又は電磁石の場合、コイル中の電流を調整することによって調整されることができる。磁場の適切な強度は、0.05T以上、好ましくは、0.05〜1テスラの間の範囲である。磁性ビーズのサイズは、この時間に影響を与える他のパラメータである。磁性ビーズ又は粒子の好ましいサイズは、200nm〜1μmの間である。
【００７０】
磁力及び測定チャンバの高さを調整することによって、明確かつ再現可能な培養時間が実施されることができ、良好な検出システム及び方法をもたらす。
【００７１】
一つの特定の例において、本方法は、例えば、検出前に磁性粒子又は磁化可能粒子を磁気的に動かすことを含む。磁気的な駆動は、センサ面の下の磁気的駆動手段を用いて例えば実行されることができる。センサ面の下の磁気的駆動手段の使用は、比較的高速でセンサ面の方へ磁性ラベルを導くことを可能にする。一例として、センサ面の下及び上の両方の磁気的駆動手段の存在は、それらの駆動手段のうちの少なくとも一方が切替可能な場合、センサ面の上下に位置する磁気的駆動手段を選択的に切り替えることによって、又は、断続的に切り替える若しくはセンサ面の上又は下に位置する磁気的駆動手段のパワーを増加/減少させることによって、磁気的にラベル付けされたプローブの検体との接触、すなわち混合を改善することを可能にする。
【００７２】
磁性ラベル上の磁力は式1によって与えられる。
0005710252.tif 000002
ここで、Hは磁場強度であり、μ0（約4π10-7）は真空中の透磁率、χは磁化率(超常磁性ビーズでは約2.5)、Mはラベル上の全体的な磁化である。ビーズ上の摩擦力は式2によって与えられる。
0005710252.tif 000003
ここで、ηは流体の動粘性率（水では10-3Pa s）、rはビーズの半径、そしてvはその速度である。
【００７３】
そして(平衡状態における)x方向でのビーズの速度は式3によって与えられる。
0005710252.tif 000004
【００７４】
5μm/sの平均速度及び50μmのチャンバ高さに対して、センサの面に到達するために10sを要し、前培養プロセスは10sである。前培養時間は、チャンバの高さ、ビーズのサイズ及び磁場の強度を変更することによって調整されることができる。
【００７５】
例として、本発明による検出の実施例が提供され、そして製造プロセスのそれぞれの段階が論じられる（本発明はそれらに制限されない）。
【００７６】
試剤の装置:
磁性粒子(抗opi抗体でコーティングされ、貯蔵バッファ(Ademtech)中に保管された500nm COOH Masterbead (Ademtech))は、当業者に知られている磁気的な洗浄ステップを用いて３回洗浄され、乾燥バッファ(10mg/ml BSA、10% サッカロース、0.1% tritonx405、10mM Tris HCl pH7.1)中に再懸濁される。最終的な磁性ビーズ濃度は、1重量パーセントに合わせられる。この試剤4の小さな液滴は、図2aに記載されているように蓋8のチャネル18中に含まれるキャリア面3上に配置される。試剤は空気中で１時間乾燥されて、シリカポーチと共に密封されたボックス中に保管された。
【００７７】
装置の形成:
図5a及び5bに記載されている装置1を形成するために、図4a及び4bに記載されているように、蓋8はセンサ支持要素10に取り付けられた。センサは、磁気タイプ(すなわち巨大磁気抵抗センサ(GMRセンサ))である。センサ面は、コーティングバッファ(10mMホウ酸ナトリウム、50mM NaCl、0.05% Tween20、pH 9.0)中のBSA-OPI(OPI類似体)の1mg/ml 溶液でコーティングされた。BSAモルフィンは、OPI類似体である。磁気的な駆動のための適切なコイルが装置の下及び上に設けられた。
【００７８】
装置1はフレックスホイル16を介して読取り機に接続され、磁気引力は装置1の下のコイルをオンにすることによって生じる。図6は、時間の関数として、GMR信号を示す。最初の値はおよそ25μVである。バッファ(0.4M 塩化ナトリウム、0.05%(w/v)アジ化ナトリウム及び0.1%(w/v)Triton-X405を含む、0.08M ナトリウム/リン酸カリウム, pH 8.1-8.2)(抗原を含まない)で構成されるサンプル流体は、流入部6を介して装置中に導入され、試剤は、磁気的駆動の下で分散することができた。抗OPI抗体を運び、目下サンプル流体中で自由な懸濁である磁性ビーズは、センサ面5の方へ65秒間引きつけられた。このラップタイムの間、GMR信号は低下し、センサによる磁性ビーズの検出を示した。その後、上部コイルがオンにされ、そして底部コイルはオフにされて、非結合の磁性ビーズ及び非特異的に結合した磁性ビーズは面から押し戻された。全ての非結合ビーズは、センサ面から取り除かれて、チャンバ上部のキャリア面の周辺に集められた。磁性ラベルの結合を表す信号は、GMR信号の減少によって示される。GMR信号の減少は30.2μVである。図6は、時間の関数として、GMRセンサ信号を示す。
【００７９】
この実験は、本実施例において、検出チャンバ2の天井、すなわちセンサ面5に面し、センサ面5とは別の検出チャンバ2の一つの面の境界を定める面であるキャリア面3に適用された試剤4が、効率的に放出されてサンプル流体と混合されることができ、そして磁性ラベルがこの面に結合されることができることを示す。
【００８０】
例として、更なる実施例が示されて、本発明の実施の形態の特徴及び効果を説明する。本発明の実施の形態による流体工学装置中の乾燥した磁性粒子を用いる競合性モルフィンアッセイに対して用量反応曲線が測定された。本実施例において、センサは以下のように準備された（本発明はそれに限定されない）。
【００８１】
磁性ビーズを含む試剤を提供するために、例えば図1aに示される流体装置の上部4として示されるような、流体工学装置の上部は、本実施例において、その部分をイソプロピルアルコール中に5分間浸漬して、その後、窒素流中でその部分を乾燥させることによって、最初に洗浄される。10mM Tris-HCl pH7.5、10%サッカロース、10mg/ml BSA及び0.1% tween20を含む乾燥バッファが、それから調製された。超常磁性粒子(Ademtech 500nm COOHコーティング粒子)は、抗アオピエイト抗体でコーティングされた。この粒子は、40μlの固定化磁性ビーズに40μlのバッファを追加し、磁石に対して混合物を保持し、流体を除去し、そして10μlの乾燥バッファ中に得られた混合物を再溶解することによって、乾燥バッファ中に4重量パーセントで再分散された。その後、150nlのこの磁性ビーズ溶液が、流体工学装置の上部に適用された。この上部はその後、水吸収材料(例えばシリカ)の近くで密封されたボックス中に乾燥保管された。
【００８２】
例えば流体工学装置の下部部品5として示されるような下部部品は、以下の手順に従ってBSAモルフィンでコーティングされた。下部部品は、窒素流中にそれを提供することによって、最初に洗浄された。それから、10μg/mlのBSAモルフィン溶液が、4μlのBSAモルフィン(100μg/ml)に196μlのコーティングバッファを混合することによって準備された。コーティングバッファはそれによって、密度1.59g/l及び106g/molの分子量を持つ15mM 炭酸ナトリウムと、3,94 g/lの密度及び84g/molの分子量を持つ35mM 重炭酸ナトリウムと、0.5 g/lの密度を持つ0.05%アジ化ナトリウムとを混合し、そのpHを9.6に調節して、4℃でそれを保管することによって作られた。BSAモルフィン溶液の2μlの液滴が流体工学装置の下部部品に適用され、これは室温において湿性環境O/N中で培養され、そしてその後、この部品は、本実施例ではmilliQであるクリーニング液によってリンスされた。この部品はさらに、1xPBS(リン酸緩衝食塩水)及び0.05% Tween20の溶液中に30分間浸漬されて、窒素流中で乾燥されて、水吸収材料(例えばシリカバッグ)の近くで密封されたボックス中に保管された。
【００８３】
バイオセンサの上部及び下部部品はテープを用いて組み立てられ、そしてセンサは室温で乾燥した状況の下に保たれた。24時間後に、再分散品質及び抗体活性が、光学的バイオセンサシステムにおける競合アッセイを実行することによって検査された。アッセイは、毛細管チャネルによる自律的な充填、ビーズの再分散及び、(例えば底部磁石のような駆動手段で)その後磁性ビーズをセンサ面に引きつけることによる、流体装置中にモルフィンによって封じられたバッファの追加を含む。追加されるバッファは、Na2HPO4 10.76g/l、KH2PO4 0.577g/l、NaCl 23.38g/l及び0.01%アジ化ナトリウムを含む2倍濃縮AJバッファであり、室温で保管され、それに対して、使用の前に、0.1% Triton X-405が、制御された量のモルフィンと組み合わせられて追加された。上記のように調製される複数のセンサを用いることにより、異なるモルフィン濃度に対する応答が、異なるモルフィン濃度を加えることによって検査され、すなわち、17μlのAJバッファ、1ng/μlのモルフィン、2ng/μlのモルフィン、3ng/μlのモルフィン、4ng/μlのモルフィン、5ng/μlのモルフィン、7.5ng/μlのモルフィン及び10ng/μlのモルフィンを含むAJバッファがそれぞれ、別々に調整されたセンサ装置に加えられた。最後のステップは、例えば装置上部の更なる磁石を用いた磁気洗浄ステップであった。総アッセイ時間(充填、再分散及び磁気的駆動)は50sであった。
【００８４】
上述のアッセイの用量応答曲線が異なるモルフィン濃度に対して図7に示される。5ng/μl以下のモルフィン濃度に対するデータポイントは、5重に測定され、より高いモルフィン濃度に対する残りの2つのデータポイントは全く同一に測定された。グラフは、加えられたモルフィンの量の関数としてパーセントでの信号変化を示すことによって、モルフィンに関するセンサの応答を図示する。上記の例は、センサが用いられることができる多数の考えられる検出アプリケーションのうちの１つを示す。
【００８５】
好ましい実施の形態、特定の構造及び構成並びに材料が本発明による装置について本明細書において論じられたが、形状及び細部におけるさまざまな変更又は修正が、本発明の範囲及び精神を逸脱しない範囲で行われることができることが理解されるべきである。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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