(57)【要約】  カセットの流通検定反応チャンバ（６）は、反応チャンバ（６）に達する前に調整経路（４Ａ、８、８’、９、１４、１５、１５’）を通じて試料又はバッファ液を前進する少なくとも限定的な弾性回復を伴う転動膜作用で動作可能な可逆モータ（３又は１２）によって作り出される廃棄物閉込部（１９）への正味流れ前進を伴って、捕捉薬剤（Ｓ）の配列に亘る狭い間隙（Ｇ）内に前後液体混合を有する。単一のポンプが、正確な流れ制御、液体調整、例えば、流れ分割材料（１４ａ、１５Ａ、１５Ａ’、例えば、開放セルフォーム又はフリット）の内表面からの乾燥試薬を液化すること、加熱（４Ａ）、及び、気泡除去（８、８’、９）、並びに、試薬の充填をもたらすと同時に、流通反応チャンバ（６）内で混合を達成する。より高い粘性の試薬を推進するために、より低い粘性のバッファ液が配置され、流れ分割貯蔵材料が試薬濃度を保存する。ブリスタパック（１１）が正味流れ前進を伴う正確な前方流及び後方流を生み出す点で可逆ポンプ（１２）として作用する。カセット上のカスケード状の気泡トラップ（８、９）が、カセットプライミング中に、システムを小さなポンピング誤差に耐えさせる。
2011513712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カセット内の貯蔵通路の横断面及び実質的な長さを充填する流れ分割材料の上に脱水された生体分子又は類似の試薬を貯蔵する方法であって、
脱水された試薬と共に試薬液を形成し得る液化された薬剤の存在の下で、前記通路内の前記材料を選択し且つ測定するために、前記試薬液の粘性と異なる粘性の移動する流れが、前記材料の流れ分割効果の故に、前記試薬液の栓状流を作り出す、
方法。
【請求項２】
前記流れ分割材料は、多孔性材料である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記多孔性材料は、開放セルのフォーム又はフリットである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記流れ分割材料は、複数の平行な流れサブチャネルを定める、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記材料は、前記カセットの通路のそれぞれの区画内に適合するような大きさとされる組のセグメントに予成形され、選択される特定の検定のために、一組のセグメントは、それぞれの検定のための選択的な試薬を受け取り、それらは乾燥され且つ貯蔵され、必要とされるときに、それぞれの通路内に据え付けられる準備ができる、請求項１、２、３、又は、４に記載の方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載の貯蔵の方法を利用する試薬液の流れを作り出す方法であって、前記流れ分割材料を通じる流れは、前記貯蔵通路から出るその前方進行の間に前方及び後方の振動に晒される、方法。
【請求項７】
検定に関連する反応を行うよう構成される反応チャンバを有するカセットであって、
当該カセットは、バッファ液貯槽と、通路システムを通じて１未満のレイノルズ数で液体を移動するためのバッファ液移動ポンプと、その横断面の最大寸法に対して流れ方向に拡張された長さを有し且つ前記バッファ液の粘性よりも比較的高い粘性の液体試薬を貯蔵し得る試薬貯蔵通路と、前記試薬貯蔵通路から前記反応チャンバに至る比較的小さい流れ断面の試薬送り通路とを含み、前記通路システムは、前記ポンプによって移動されるバッファ液のためのバッファ送り通路を含み、前記バッファ送り通路は、移動されるバッファ液を前記試薬貯蔵通路内に送るよう構成され、
前記試薬貯蔵通路の長さの実質的に大部分は、流れ分割多孔性材料で充填され、或いは、複数の実質的に平行な流れサブチャネルによって定められ、前記多孔性材料又はサブチャネルは、前記ポンプのバッファ液の移動に応答して、前記試薬貯蔵通路から前記試薬送り通路に比較的高い粘性の試薬液の栓状流を構築するために、前記試薬貯蔵通路の全体的な横断面に対して小さく且つその断面に亘って及びその長さに沿って分配される横断面の前記試薬貯蔵通路に沿う複数の経路をもたらす、
カセット。
【請求項８】
前記試薬貯蔵通路内の前記多孔性材料又はサブチャネルによって定められる前記複数の経路を通じて液体を押すよう配置される正移動ポンプを含む、請求項７に記載のカセット。
【請求項９】
前記多孔性材料又は前記サブチャネルの表面は、親水性である、請求項７又は８に記載のカセット。
【請求項１０】
前記多孔性材料又は前記サブチャネルの表面は、その上に乾燥される試薬材料を支持するために親水性であり、液体と接触されるときに前記試薬のための解放特性を有し、試薬材料の乾燥層が、前記栓状流に晒される比較的粘性の試薬液を創成するために、前記試薬材料が原位置で液化されることを可能にするように前記試薬通路内に流入するバッファ液と接触するよう露出された状態で、前記親水性表面上に堆積される、請求項７又は８に記載のカセット。
【請求項１１】
前記試薬通路の長さの実質的に大部分は、前記多孔性材料で充填され、前記多孔性材料の大きさは、約５０〜２００ミクロンの間である、請求項７、８、９、又は、１０に記載のカセット。
【請求項１２】
前記孔のサイズは、プラス又はマイナス５０％の変動を伴う３０ミクロンの公称孔サイズを有する材料、及び、プラス又はマイナス２０％の変動を伴う１００ミクロンの公称孔サイズを有する材料を含む材料の群から選択される、請求項１１に記載のカセット。
【請求項１３】
前記試薬貯蔵通路は、矩形の横断面を有し、シート形態の開放セルのフォーム又はフリットの多孔性材料が、前記試薬貯蔵通路の長さの半分よりも多くに亘る断面に厳格に適合する、請求項７乃至１２のうちのいずれか１項に記載のカセット。
【請求項１４】
多孔性材料を含む前記試薬貯蔵通路は、少なくとも約６０ｍｍの長さを有し且つそれぞれ約２ｍｍ及び０．６ｍｍの幅及び深さのチャネルを有する、実質的に一定の横断面のチャネルである、請求項１３に記載のカセット。
【請求項１５】
前記試薬通路の長さの実質的に大部分は、流れ分割多孔性材料で充填される、請求項７乃至１４のうちのいずれか１項に記載のカセット。
【請求項１６】
前記多孔性材料は、ポリエチレンから成る疎水性フリットを含む、請求項１５に記載のカセット。
【請求項１７】
前記多孔性材料は、親水性メラミンフォームを含む、請求項１５に記載のカセット。
【請求項１８】
前記多孔性材料は、疎水性ポリウレタンフォームを含む、請求項１５に記載のカセット。
【請求項１９】
前記多孔性材料は、液体と接触すると、堆積される生体材料の解放を可能にする処理済み状態にある多孔性ニトロセルロースを含む、請求項１５に記載のカセット。
【請求項２０】
前記処理済み状態は、ブロッカータンパク質のような媒介物質のニトロセルロース上の塗膜を含む、請求項１９に記載のカセット。
【請求項２１】
前記多孔性材料は、液体と接触すると、堆積される生体材料の解放を可能にする処理済み状態にある親水性ポリスチレンフォームを含む、請求項１５に記載のカセット。
【請求項２２】
前記試薬貯蔵通路の長さの実質的に大部分が、複数の実質的に平行な流れサブチャネルによって定められ、各流れサブチャネルは、１ｍｍ未満の横断面寸法を有する、請求項７、８、９、又は、１０に記載のカセット。
【請求項２３】
前記横断面寸法は、約０．５ｍｍ未満である、請求項２２に記載のカセット。
【請求項２４】
前記横断面寸法は、約０．５ｍｍと０．０１ｍｍとの範囲内にある、請求項２３に記載のカセット。
【請求項２５】
前記試薬貯蔵通路は、親水性表面を支持する成形又は押出し樹脂によって形成される複数のサブチャネルによって定められる、請求項７、８、９、１０、２２、２３、又は、２４に記載のカセット。
【請求項２６】
前記試薬は、検知試薬である、請求項７乃至２５のうちのいずれか１項に記載のカセット。
【請求項２７】
前記検知試薬は、抗体又は抗原である、請求項２６に記載のカセット。
【請求項２８】
前記試薬は、標識試薬である、請求項７乃至２５のうちのいずれか１項に記載のカセット。
【請求項２９】
前記標識試薬は、蛍光染料を含む、請求項２８に記載のカセット。
【請求項３０】
前記試薬液の粘性に対して低い粘性のバッファ液によって貯蔵通路から試薬液を移動することによって試薬送り通路を介して液体試薬を反応チャンバに送る方法であって、
請求項７乃至２９のうちのいずれか１項に記載のカセットを提供することを含み、前記試薬は液体形態でカセットに提供され、或いは、乾燥形態で前記カセット内に貯蔵され、引き続き、試薬液をもたらすよう液化され、
前記試薬貯蔵通路から前記試薬送り通路への比較的高い粘性の試薬液の栓状流を構築するようバッファポンプを作動することを含む、
方法。
【請求項３１】
液体試薬の粘性に対して低い粘性のバッファ液によって試薬貯蔵通路から試薬液を移動することによって試薬送り通路を介して反応チャンバに液体を送る方法であって、
カセットを提供することを含み、前記試薬は、前記試薬貯蔵通路内の多孔性流れ分割材料の親水性の表面の上の或いは前記試薬貯蔵通路を形成する複数の平行な流れサブチャネルの親水性の表面の上の乾燥層として、乾燥形態で前記カセット内に貯蔵され、
前記試薬を液化するために、バッファ液を前記試薬貯蔵通路内に導入するようバッファ移動ポンプを初期作動することを含み、結果として得られる試薬液は、前記カセット内に貯蔵されたままの状態であり、
前記反応チャンバへの供給のために前記試薬通路から前記試薬送り通路内に比較的高い粘性の試薬液の栓状流を構築するために、バッファ液を前記多孔性材料又は複数のサブチャネル内に注入するために前記バッファポンプを引き続き作動することを含む、
方法。
【請求項３２】
前記乾燥試薬層は、検知又は標識生体材料を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記反応チャンバに流れを効果的にもたらすために、正味前方前進を伴う前記液体の後方及び前方の振動を利用することを含む、請求項３１又は３２に記載の方法。
【請求項３４】
液体貯槽と、ポンピング及び通路システムと、反応チャンバと有するカセットであって、
当該カセットは、前記システムを通じる並びに前記反応チャンバ内の捕捉表面に亘る１未満のレイノルズ数を備える液体の流れによって検定に関連する反応を行うよう構成され、且つ、前記検定の完了まで、空気が前記反応チャンバに達することを排除するよう構成され、
前記貯槽、ポンピング及び通路システムは、
検体含有液を受け入れるよう構成される検体チャンバと、
前記システム及び前記反応チャンバを通じて検体含有液を移動するための検体移動ポンプと、
移動される検体含有液によって充填されるよう構成される第一浮力気泡トラップと、
該第一気泡トラップから前記反応チャンバに至る通路とを含み、
前記貯蔵、ポンピング及び通路システムは、また、
事前充填バッファ液貯槽と、
前記システムを通じて液体を前記反応チャンバに移動するためのバッファ液移動ポンプと、
前記バッファ液移動ポンプによって移動されるバッファ液のためのバッファ送り通路と、
乾燥試薬を含み且つ液化時に液体形態で前記試薬を貯蔵し得る試薬貯蔵通路と、
前記反応チャンバへの流れのための前記試薬貯蔵通路から通じる試薬送り通路と、
移動されるバッファ液によって充填されるよう構成され且つ前記試薬貯蔵通路を通じて流れるために前記試薬貯蔵通路からの流れのために配置される第二浮力気泡トラップとを含み、
前記バッファ送り通路は、移動されるバッファ液を前記試薬通路内に、代替的に、前記反応チャンバへの流れのために洗浄通路を通じて送るよう構成され、
前記第二気泡トラップの排出は、前記第一気泡トラップを通じ、故に、前記反応チャンバに至るよう接続される、
カセット。
【請求項３５】
前記洗浄通路からの前記流れは、前記第二気泡トラップを通じて、故に、前記第一気泡トラップを通じて前記反応チャンバにも流れる、請求項３４に記載のカセット。
【請求項３６】
通路が、該通路に進入する液体の空気−液体界面のための検知器と関連付けられ、外部ポンプ及び前記検知器に応答する関連制御ユニットが所定地点までその通路を充填することを可能にする、請求項３４又は３５に記載のカセット。
【請求項３７】
通路が、所定ポンピング容量に亘って前記バッファ移動ポンプを作動することによって前記第二気泡トラップを充填するよう配置され、その結果、前記バッファ移動ポンプの流れ容量誤差の所定範囲によって決定される範囲内で前記第一気泡トラップの上流に不定容量の移動されない空気を残し、前記第一気泡トラップは、前記移動されない空気を受け取り且つ貯蔵するような大きさとされる、請求項３４、３５、又は、３６に記載のカセット。
【請求項３８】
前記ポンプのそれぞれの作動によって充填されるよう接続可能な少なくとも２つの通路があり、それぞれの通路のそれぞれに空気を残し、これらの通路のそれぞれは、その流れが前記第二気泡トラップを通過することを可能にし、前記第二気泡トラップは、前記気泡トラップを通過する液体からの空気と共に、それに接続される各通路内に残り得る空気の最大量を保持するような大きさとされる、請求項３４乃至３７のうちのいずれか１項に記載のカセット。
【請求項３９】
前記少なくとも２つの通路は、弁を通過せずに前記第二気泡トラップに至る共通の通路に合流する、請求項３８に記載のカセット。
【請求項４０】
前記第一気泡トラップは、約１０μＬの容量を保持する空気を有し、前記第二気泡トラップは、約５０μＬの容量を保持する空気を有する、請求項３４乃至９７のうちのいずれか１項に記載のカセット。
【請求項４１】
前記バッファ移動ポンプは、バッファ液を含むブリスタパックを含み、該ブリスタパックの表面は、液体を前記ブリスタパックから進行的に移動するよう前記カセットの外部にあるアクチュエータによって撓み得る、請求項３４乃至４０のうちのいずれか１項に記載のカセット。
【請求項４２】
前記経緯対移動ポンプは、転動弾性膜ポンプを含む、請求項３４乃至３７のうちのいずれか１項に記載のカセット。
【請求項４３】
請求項１乃至４２のうちのいずれか１項に記載のカセットを利用する検定を行う方法であって、前記カセットは、検知試薬及び標識試薬の両方のための貯蔵通路を有する、方法。
【請求項４４】
以下に示される構成部品を有し且つ以下のプロトコルに実質的に従って動作されるカセットを用いて検定を行う方法。
１．隔壁１を介して検体チャンバ２内に検定液を挿入する。
２．弁１８及び１７（洗浄通路３７及びタグ試薬チャンバ１５）を閉じる。
３．弁１６（検知試薬チャンバ１４）を開く。
５．バッファ液を解放するためにピラミッド３０の上にパウチ１１を穿刺するよう、
４．バッファポンプを作動する（ステップモータを回転し、バッファポンプのピストンの押し下げる）。
７．光センサ１３が開始するまで、
６．検知試薬通路１４を充填するために、バッファポンプ１２の作動（ピストンの押下げ及びパウチ１１の圧縮）を継続する。
８．弁１６を閉じる。
９．弁１７を開く。
１０．誤差許容値内を僅かに超えてタグ試薬チャンバ１５を充填するよう、所定数のステップモータ段階で、バッファポンプ１２を作動する。
１１．弁１７を閉じる。
１２．弁１８を開く。
１３．誤差許容値内を僅かに超えて洗浄通路３７及び気泡トラップ８を充填するよう、所定数のステップモータ段階で、バッファポンプ１２を作動する。
１４．弁１８を閉じる。
１５．光センサ５が始動するまで気泡トラップ９を充填するよう検体ポンプ９を作動する。
１６．プロトコルに従って反応チャンバ６を通じて検体液を流すために、検体ポンプ３の作動を継続する。
１７．プロトコルに従ってバッファ液で反応チャンバ６を洗浄するために、弁１８を開き、バッファポンプ１２を作動する。
１８．弁１８を閉じる。
１９．プロトコルに従って反応チャンバ６を通じて検知試薬を流すために、弁１６を開き、バッファポンプ１２を作動する。
２０．弁１６を閉じる。
２１．プロトコルに従ってバッファ液で反応チャンバ６を洗浄するために、弁１８を開き、バッファポンプ１２を作動する。
２２．弁１８を閉じる。
２３．プロトコルに従って反応チャンバ６を通じてタグ試薬を流すために、弁１７を開き、バッファポンプ１２を作動する。
２４．弁１７を閉じる。
２５．プロトコルに従って反応チャンバ６を洗浄するために、弁１８を開き、バッファポンプ１２を作動する。
２６．撮像のためのチップを準備する。
２７．反応チャンバ６の窓を通じてバイオチップを撮像し、分析のためにコンピュータにデータを送信する。
２８．終了
【請求項４５】
請求項１乃至１９又は３４乃至４２のうちのいずれか１項に記載のカセット又は請求項３０乃至３３又は４３若しくは４４に記載の方法であって、
前記バッファポンプは、バッファ液で一杯のブリスタパックの形態であり、該ブリスタパックは、カバーと、容積を定めるブリスタ本体とを有し、該本体は、前記カセットの外部の駆動ピストンと、液体を前方に押し込み前記通路システム内に至らせるよう、正の液体移動ポンピング作用を生み出すアンビル表面との間で前進的に崩壊可能である、
カセット又は方法。
【請求項４６】
前記カバーは、前記アンビル表面上に配置される穿刺装置の周りに付着され且つ封止され、前記穿刺装置に関連付けられるチャネルに液体を解放するために前記装置によって穿刺されるよう変形され得る、請求項４５に記載のカセット。
【請求項４７】
前記カバーは、約０．００１インチの厚さのアルミニウムから成る金属箔である、請求項４６に記載のカセット。
【請求項４８】
前記ブリスタパックの前記本体は、前記通路システム内に液体を引き戻すために、負の液体ポンピング作用を生み出すのに十分な前記ピストンの収縮直後に弾性回復し得る、請求項４５、４６、又は、４７に記載のカセット。
【請求項４９】
前記ブリスタパックの前記本体は、アルミニウムの層を含む絞り成形シートによって定められ、前記ブリスタパックは、前記ブリスタパック容積を減少するよう圧縮されるときに恒久的な変形に晒され、前方ポンピング作用において液体を前記ブリスタパックから前記カセットの前記通路システム内に前方に移動し、前方ポンピング作用に続く限定的な距離に亘る後方ポンピング作用のために、前記ピストンの進行的な収縮によって許容されるより少ない変形位置への前記ブリスタ本体の前記恒久的に変形されるアルミニウム壁の残留弾性回復は、液体を前記ブリスタパック内に引き戻すことによって、前記ブリスタパックの容積を増大する駆動力として働く、請求項４８に記載のカセット。
【請求項５０】
前記ブリスタパックは、約２ｍｌの容量を有し、前記アクチュエータの進行性の収縮によって許容される前記弾性回復は、少なくとも３μｌだけ、前に変形されたブリスタパックの容積の増大をもたらす、請求項４９に記載のカセット。
【請求項５１】
変形可能な金属ブリスタパックを利用するカセット内で液体をポンピングする方法であって、
液体を前方に移動するために、アクチュエータを用いて前記ブリスタパックの本体を進行的に圧縮し且つ恒久的に変形すること、及び、前記アクチュエータの前記移動を周期的に逆転し、前記後方に移動するアクチュエータとの接触を維持するために前記恒久的に変形されるブリスタパック本体の限定的な弾性回復を可能にすることを含み、前記変形ブリスタパックの容積の増大は、液体を前記ブリスタパック内に引き戻す、
方法。
【請求項５２】
前記ブリスタパックは、請求項４５乃至５０のうちのいずれか１項に従って構成される、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
所定の自動ポンピングプロトコルに従って外部アクチュエータによって作動される液体移動ポンプを有するカセットを利用して検定を行うためのシステムであって、
前記カセットは、液体通路システムと、入口と該入口及び排出通路とそれぞれ関連付けられる排出端部とを有する反応チャンバとを有し、前記カセットは、前記通路システムを通じ、前記反応チャンバ内の捕捉表面を越え、前記排出通路を通じて廃棄物受け部に至る、１未満のレイノルズ数を伴う液体のポンピングされる流れによる検定に関連する反応を行うよう構成され、前記廃棄物受け部からは戻りが無く、
前記ポンピングプロトコルに応答する制御システムが、反復周期内で前方ポンピング段階及び後方ポンピング段階を備える周期的動作において前記ポンプを駆動し、前記前方ポンピング段階は、前記反応チャンバを通じて前記排出端部から出て、前記排出通路を通じて前記廃棄物受け部に至る流れを作り出すよう構成され、前記後方ポンピング段階は、前記反応チャンバの前記入口端部及び前記排出通路から液体を引き戻す逆流を作り出すよう構成され、前記所定プロトコルに従った周期毎の正味流れは、前記廃棄物受け部への液体の実質的な排出のために、前記排出端部から出る前方方向にあり、前記液体の流れを補充し、前記捕捉表面は該流れに露出される、
システム。
【請求項５４】
前記ポンプは、少なくとも限定的な弾性範囲内で弾性的である壁を有する変形可能な容器を含み、該容器は、外部アクチュエータの動作によって圧縮されるよう配置され、前方ポンピングに続く限定的な距離に亘る後方ポンピングのために、前記アクチュエータの収縮によって許容されるようなより少ない変形位置への、その弾性範囲内の前記壁の前記回復は、前記容器の容積を増大して、液体を前記容器内に引き戻す働きをし、その結果、前記反応チャンバの前記入口を通じて液体を引き戻す、請求項５３に記載のシステム。
【請求項５５】
前記容器は、ブリスタパックを含み、アルミニウムの層を含む成形シートから成り得る該ブリスタパックの本体は、前記外部アクチュエータによる前記本体の圧縮によって恒久的な変形に晒され、前記ブリスタパックの容積を減少し、液体をそこから前方に移動する、請求項５４に記載のシステム。
【請求項５６】
前記容器は、事前梱包されたバッファ液を含む、請求項５４又は５５に記載のシステム。
【請求項５７】
前記ポンプは、貯蔵チャンバと関連付けられる転動膜ポンプである、請求項５３又は５４に記載のシステム。
【請求項５８】
前記貯蔵チャンバは、検体チャンバであり、該検体チャンバは、前記カセットを用いて前記検定を行う前の予備ステップとして、前記チャンバ内への検体液の挿入のための隔壁と関連付けられる、請求項５７に記載のシステム。
【請求項５９】
前記反応チャンバの前記排出端部で上向きに延びる排出通路が、廃棄物チャンバ内への排出の重力落下の地点で終端し、前記排出通路は、前記反応チャンバを空気に晒さずに前記後方流が起こるよう、ポンピング周期の後方流れ段階中に前記入口を通じて引き戻される液体の容積に等しい容積を少なくとも含むような大きさとされる、請求項５３乃至５８のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６０】
前記反応チャンバ及び前記ポンピングプロトコルに従って決定される周期毎の総逆流は、実質的に同じ容積である、請求項５３乃至５９のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６１】
前記容積は、約４μｌである、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６２】
前記反応チャンバは、捕捉表面及び約５０〜３００ミクロンの間の間隙によって離間される対向窓によって定められ、前記捕捉表面及び対向窓の幅及び長さは、前記流れ間隙よりも実質的に大きく、前記入口通路及び前記排出通路は、前記反応チャンバの流れ断面プロファイルと実質的に異なる流れ断面プロファイルを有する、請求項５３乃至６１のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６３】
前記捕捉表面と対向窓との間の前記間隙の深さは、１００ミクロンのオーダであり、それらの幅は、約４ｍｍであり、それらの長さは、約１２ｍｍである、請求項６３に記載のシステム。
【請求項６４】
検定捕捉表面を液体に進行的に露出するために反応チャンバを通じて１未満のレイノルズ数で前記液体の流れを引き起こすためのポンピング制御システムであって、
当該制御システムは、反復的な周期で前方及び後方のポンピング段階を伴う周期的な動作においてポンプを駆動するよう、所定ポンピングプロトコルに応答し、前記前方ポンピング段階は、前記反応チャンバを通じて排出端部に出て、排出通路を通じて廃棄物閉込部に至る流れを作り出すよう構成され、前記後方ポンピング段階は、前記反応チャンバの入口端部から並びに前記排出通路から液体を戻す逆流を作り出すよう構成され、前記所定プロトコルに従った周期毎の正味流れは、前記廃棄物閉込部への液体の排出のために前記排出端部から出る前記前部方向にあり、前記反応チャンバに新鮮な液体を補充し、好ましくは、前記ポンプは、前記反応チャンバを取り囲むカセット上に配置され、好ましくは、前記廃棄物閉込部は、前記カセット内に封入される廃棄物受け部である、
システム。
【請求項６５】
前記所定ポンピングプロトコルは、約３／１〜３／２の前方流対後方流容積比をもたらす、請求項５３乃至６４のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６６】
前記比は、約２／１である、請求項６５に記載のシステム。
【請求項６７】
両方向における前記流れは、ほぼ同じ容積流比にあり、前記前方流段階は、前記後方流段階より長く、例えば、約２倍長く続く、請求項５３乃至６６のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６８】
前記２つの方向における前記流れは、異なり、例えば、前方流段階は、前記後方流段階の容積流比の約２倍を有する、請求項５３乃至６６のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６９】
前記動作の周期は、休止段階を有する周期を有し、前記休止段階の間に、前記ポンプは、液体をポンピングしない、請求項５３乃至６８のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７０】
正味流れ前進を伴う前方流及び後方流を含む前記組のプロトコル動作を作り出すための当該制御システムは、その中に記憶される指令を有する機械読取り可能な媒体を含み、該指令は、実行される時に、当該システムに前記ポンピングプロトコルに従ってこの組の動作を遂行させる、請求項５３乃至６９のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７１】
動作を遂行するためにステップモータによって駆動される少なくとも１つの直線ポンプアクチュエータを含む、請求項７０に記載のシステム。
【請求項７２】
前記直線ポンプアクチュエータは、検定カセット内でポンプを駆動するよう位置付けられ、前記ポンプは、好ましくは、少なくとも限定的な弾性回復を備える転動膜作動で動作可能である、請求項７１に記載のシステム。
【請求項７３】
前記周期的に作動するポンプは、調整領域を通じて前記液体を推進し、該調整領域は、前記液体が前記反応チャンバに達する前に、前記液体を調整する、請求項５３乃至７２のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７４】
前記調整領域は、前記ポンピングされる液体を用いた熱交換のための設備を含む、請求項７３に記載のシステム。
【請求項７５】
前記熱交換が前記液体を約３７℃まで加熱するよう規制される生物検定のために適合される、請求項７４に記載のシステム。
【請求項７６】
前記調整領域は、前記ポンピングされる液体から気泡を除去するためのシステムを含む、７３、７４、又は、７５に記載のシステム。
【請求項７７】
前記ポンピングされる液体は、物質が前記ポンピングされる液体に晒される領域を通過する、請求項７３乃至７６のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７８】
前記液体に晒されるべき前記物質は、流れ分割開放セルフォーム又はフリットの前記本体を通じて分配される乾燥物質であり、前記ポンピングされる液体は、前記本体を通じて方向付けられる、請求項７７に記載のシステム。
【請求項７９】
前記開放セルフォーム又はフリットは、前記貯蔵通路の最大横寸法の少なくとも１０倍よりも大きい前記流れ方向の長さの試薬貯蔵通路を充填する、請求項７８に記載のシステム。
【請求項８０】
前記試薬貯蔵通路は、前記流れ方向に対して横方向の矩形の断面を有し、シート形態の開放セルフォーム又はフリットは、前記試薬貯蔵通路の長さの半分よりも多くに亘る前記通路の断面を充填する、請求項７９に記載のシステム。
【請求項８１】
前記貯蔵通路は、各端部に前記開放プレナム容積を有し、前記多孔性材料を通じて移動される液体は、前記解放プレナム内に進入する、請求項７９又は８０に記載のシステム。
【請求項８２】
請求項５３乃至８１のうちのいずれか１項に記載のカセット又はシステムを利用して検定を行う方法。
【請求項８３】
検体を含有する液体を前記捕捉表面上で前後方向に移動させる方法で行われ、前記廃棄物受け部への正味前方流を伴う、請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
前記捕捉表面は、前記捕捉表面上の流れの軸に対して横方向に配置される所与の捕捉試薬の複製スポットの配列を含む、請求項８３に記載の方法。
【請求項８５】
前記反応チャンバ内で前記捕捉表面上に流すための検体含有液のポンピングに続き、前記ポンピングは停止され、前記反応チャンバを通じて試薬液を流すために、バッファ液に試薬貯蔵通路内の試薬液を移動させるよう、バッファポンプが作動される、請求項８２乃至８４のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８６】
前記バッファポンプは、混合を作り出すよう試薬含有液を前記試薬貯蔵通路内で前後方向に移動させると同時に、試薬送り通路及び前記反応チャンバを通じて前記廃棄物受け部に至る液体の正味前方流を引き起こすために作動される、請求項８５に記載の方法。
【請求項８７】
前記試薬貯蔵通路に沿って複数の交錯する流路を提供する流れ分割多孔性材料を含む試薬貯蔵通路を有するカセットを用いて行われる請求項８５又は８６に記載の方法であって、前記流路は、互いに開放され、前記試薬貯蔵通路の全体的な横断面に対して小さい横方向流れ断面を有し、前記流路は、前記貯蔵通路の横断面に亘って並びにその長さに沿って分配される、方法。
【請求項８８】
前記多孔性材料は、開放セルフォーム又はフリットを含む、請求項８７に記載の方法。
【請求項８９】
カセットを用いて行われる請求項８７又は８８に記載の方法であって、前記カセット内には、脱水された試薬が前記多孔性材料を通じて分配される、方法。
【請求項９０】
前記多孔性材料の存在は、バッファ液の前方ポンピングに応答して、前記試薬貯蔵通路から試薬送り通路内に、試薬液の実質的に栓状の流れを作り出すのに有効である、請求項８８、８９、又は、９０に記載の方法。
【請求項９１】
１未満のレイノルズ数ＮＲｅに限定される流れを有する検定カセットであって、
流れ混合チャネルが、一般的な方向に延び、反応チャンバに試薬を供給するために接続され、前記チャネルは、前記チャネル内を流れる流体を異なる交錯する流路に沿って複数の比較的小さい流れに分割させるよう、実質的な長さに亘って開放セルフォーム又はフリットの三次元質量で充填され、前記流路は、前記流れチャネルの方向における流れ成分と共に、前記チャネルの前記一般的な方向に対して横方向の流れ成分を有し、個々の流路は、互いに方向が異なり、液体が前記開放セルフォーム又はフリット材料内へ並びに前記開放セルフォーム又はフリット材料を通じて流れた直後に、実質的に無秩序な混合効果を生み出すのに有効であるように互いに交換するよう開放され、前記チャネルの前記出口は、そのようにして混合された液体の流れを前記反応チャンバに供給するよう配置される、
カセット。
【請求項９２】
前記反応チャンバ内には、前記チャネルからの前記流れ内で運搬される試薬を捕捉するための捕捉試薬の複製スポットの配列を支持する固体捕捉表面がある、請求項９１に記載のカセット。
【請求項９３】
前記フォーム又はフリット内の表面は、親水性であり、脱水される生体薬剤は、前記フォーム又はフリットを通じる液体の流れによって水和されるよう露出された状態で前記表面上に支持される、請求項９１又は９２に記載のカセット。
【請求項９４】
前記チャネルは、前記フォーム又はフリット材料から出る試薬の粘性よりも実質的に少ない粘性のバッファ液の流れを受け入れるよう接続される、請求項９３に記載のカセット。
【請求項９５】
前記開放セルフォーム又はフリットの孔のサイズは、約５〜２００ミクロンの間である、請求項９２乃至９４のうちのいずれか１項に記載のカセット。
【請求項９６】
前記孔のサイズは、プラス又はマイナス５０％の変動を伴う３０ミクロンの公称孔サイズを有する開放セルフォーム又はフリット材料、及び、プラス又はマイナス２０％の変動を伴う１００ミクロンの公称孔サイズを有する開放セルフォーム又はフリット材料の群から選択される、請求項９５に記載のカセット。
【請求項９７】
前記流れ混合チャネルは、横断面を有し、シート形態のフォーム又はフリットの多孔性材料は、前記流れ混合チャネルの長さの半分よりも実質的に多くに亘って前記横断面に適合する、請求項９２乃至９６のうちのいずれか１項に記載のカセット。
【請求項９８】
前記チャネルは、少なくとも約６０ｍｍの長さ及びそれぞれ約２ｍｍ及び０．６ｍｍのチャネル幅及び深さを有する、実質的に一定の横断面を有する、請求項９７に記載のカセット。
【請求項９９】
好ましくは、少なくとも限定的な弾性回復を伴う転動膜作用で動作可能な、可逆ポンプによって作り出される廃棄物閉込部への正味流れ前進を伴い、捕捉薬剤の配列に亘る狭い間隙内の前後液体混合のために構成される流通検定反応チャンバを有するカセットであって、
前記弾性回復は、前記反応チャンバに達する前に調整経路を通じて試料又はバッファ液を前進し、前記ポンプは、正確な流れ制御、液体調整、例えば、流れ分割材料の内表面から乾燥試薬を液化すること、加熱、及び、気泡除去、並びに、前記試薬の補充をもたらすと同時に、前記流通反応チャンバ内で混合を達成し、バッファ液のポンピングの場合には、好ましくは、より高い粘性の試薬液を推進するために、より低い粘性のバッファ液が配置され、前記流れ分割貯蔵材料は、前記試薬の濃度を保存し、バッファ液を含む当該カセット上のブリスタパックが、正味流れ前進を伴う前方流及び後方流をもたらす点で可逆モータとして作用し、当該カセット上のカスケード気泡トラップが、カセットの呼び水差しの間にシステムを小さいポンピング誤差に耐えさせる、
カセット。
【請求項１００】
液体貯槽と、ポンピング及び通路システムと、反応チャンバとを有するカセットであって、
当該カセットは、前記システムを通じる並びに前記反応チャンバ内の捕捉表面に亘る１未満のレイノルズ数を備える液体の流れによって検定に関連する反応を行うよう構成され、当該カセットは、使用前に空気充填通路で貯蔵されるよう構成されるが、前記反応チャンバ内への検体含有液体の初期進入後は、前記検定の完了まで、空気が前記反応チャンバに達することを排除するよう構成され、
前記貯槽、ポンピング及び通路システムは、
検体含有液体を受け入れるように構成される検体チャンバと、
前記システム及び前記反応チャンバを通じて前記検体含有液体を移動するための検体移動ポンプと、
移動される検体含有液体によって充填されるよう構成される第一浮力気泡トラップと、
該第一浮力気泡トラップから前記反応チャンバに至る通路とを含み、
前記貯槽、ポンピング及び通路システムは、また、
事前充填バッファ液貯槽と、
前記システム及び前記反応チャンバを通じて液体を移動するための、所定範囲の流れ容積誤差を有するバッファ液移動ポンプと、
該バッファ液移動ポンプによって移動されるバッファ液のためのバッファ送り通路と、
乾燥試薬を含み且つ液化時に液体形態で試薬を貯蔵し得る試薬貯蔵通路と、
前記反応チャンバへの流れのために前記試薬貯蔵通路から通じる試薬送り通路と、
移動されるバッファ液によって充填されるよう構成される第二浮力気泡トラップとを含み、
前記バッファ送り通路は、移動されるバッファ液を前記試薬通路内に、代替的に、前記反応チャンバへの流れのために洗浄通路を通じて送るよう構成され、
前記試薬貯蔵通路は、所定のポンピング容積のための作動によって前記バッファポンプによって充填されるよう構成され、その結果、不定容積の移動されない空気を、前記バッファ移動ポンプの所定範囲の流れ容積誤差によって決定される範囲内の容積の前記バッファ送り通路内に残し、
前記第二浮力気泡トラップは、前記所定のポンピング容積のために動作する前記バッファポンプの故に、前記第二気泡トラップを通じて流れる液体によって開放される空気と共にその所定範囲の流れ容積誤差内で前記試薬貯蔵通路内に残り得る空気の最大容積を保持するような大きさとされ、
前記第二気泡トラップの排出は、前記第一気泡トラップを通じ、故に、前記反応チャンバに至るよう接続され、前記第一気泡トラップは、それを通じる前記液体の流れから開放される空気と共に、前記第一気泡トラップと前記第二気泡トラップとの間に残留する残留空気を保持するような大きさとされる、
カセット。
【請求項１０１】
複数表面によって定められ且つ液体が流通する試薬貯蔵チャネルが、所定の長さに亘って、流れ分割材料で充填され、該材料は、該材料を通じて複数の表面を定め、それらの上には乾燥試薬が堆積され、この材料を通じる前記複数表面は、全体的に、前記材料によって充填される前記チャネルの前記部分を定める前記複数表面の全表面積よりも少なくとも１０倍大きい表面積を有する、請求項１乃至１００のうちのいずれか１項に記載のカセット、システム、又は、方法。
【請求項１０２】
前記流れ分割材料は、乾燥試薬の堆積物を支持する内表面を有する、請求項１乃至１０１のうちのいずれか１項に記載のカセット、システム、又は、方法。
【請求項１０３】
前記流れ分割材料は、流れの方向に前記材料の幅の少なくとも１０倍の長さを有し、前記材料の厚さの少なくとも２倍の幅を有する、請求項１乃至１０２のうちのいずれか１項に記載のカセット、システム、又は、方法。
【請求項１０４】
前記材料は、１ｍｍ未満のシート形態の厚さを有する、請求項１０３に記載のカセット、システム、又は、方法。
【請求項１０５】
液体で既知の容積のカセット通路に呼び水差しを行う方法であって、
前記カセット内に、転動膜作用が可能であり且つバッファ液を含むブリスタパックの形態のポンプを提供すること、並びに、直線アクチュエータを用いて、前記既知の容積を充填するようバッファ液を移動するために、所定距離だけ内向きに前記ブリスタパックの背部を移動することを含む、
方法。
【請求項１０６】
前記直線アクチュエータは、ステップモータによって駆動され、前記所定距離は、前記ステップモータを所定数のステップだけ前進することによって制御される、請求項１０５に記載の方法。
【請求項１０７】
狭い流れ間隙の反応チャンバを通じて液体を前進することによって流れ検定を行う方法であって、
所定の層の乾燥試薬が存在する内表面の上に開放セルフォーム又はフリットを含む貯蔵チャネルを提供するステップと、前記試薬を既知の試薬濃度に液化するために液体を前記貯蔵チャンバに導入するステップと、既知の試薬濃度の前記液体を前記流れ間隙を通じて前進するステップとを含む、
方法。
【請求項１０８】
前記試薬は、より低い粘性のバッファ液の移動する流れを前記開放セルフォーム又はフリット内に方向付けることによって前進される、請求項１０７に記載の方法。
【請求項１０９】
前記流れの前進は、周期的である、請求項１０７又は１０８に記載の方法。
【請求項１１０】
前記流れは、前記間隙を通じる前記流れの正味前方前進を保存する方法で周期的に後方に移動させられる、請求項１０９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この開示は、マイクロ流体（微小流体）装置の構造及び動作の改良に関し、具体的には、生物検定（バイオアッセイ）のような検定を遂行するよう構成されるそのような装置に関する。具体的には、それは、低アスペクト比チャンバ内の、並びに、低レイノルズ数、即ち、１未満のＮＲｅ、好ましくは、より一層低いＮＲｅにある小さい経路内の流体流に基づくカセットに関する。生物検定に関して、それは、抗体又は抗原のような乾式検知試薬、蛍光化合物のような乾式標識試薬、及び、乾式材料を水和するために使用される形態の液体バッファを貯蔵するカセットを用いて、一定の結果を得ることに関する。それは、流体をカセットの反応チャンバに及びカセットの反応チャンバを通じて効果的にポンピングし、撹拌し、且つ、輸送すること、異なる粘性又は拡散係数を備える流体を取り扱うこと、並びに、カセットに基づく検定を遂行するのに必要とされる試薬の量及び試料サイズを最小限化するための技法にも関する。
【０００２】
試料中の関心のある化合物の存在を検知するために生物検定及び化学検定が開発されている。生物医学分野では、例えば、医療状態を診断し、病気に対する患者の素因を決定し、且つ、ＤＮＡフィンガープリントを遂行するために、タンパク質、ペプチド、抗原、抗体、及び、ヌクレオチド配列の存在を検知する方法が利用されている。一般的には、生物検定及び化学検定は、未知の試料を１つ又はそれよりも多くの既知の抗原に露出し、経過を監視し或いはあらゆる反応の結果を測定することに基づいている。現在は、急速で、使用が容易で、実時間のオンディマンド型の生物マーカ解析、特に、血清又は血漿中に低い存在量で存在する検体に関する生物マーカ解析の開発に高いレベルの関心がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
カセット内でそのような検定を行うための効果的なシステムが、「ＡＳＳＡＹＳ  ＢＡＳＥＤ  ＯＮ  ＬＩＱＵＩＤ  ＦＬＯＷ  ＯＶＥＲ  ＡＲＲＡＹＳ」と題する我々の特許出願、ＵＳ２００６／０２７５８５２Ａ１及びＷＯ２００６／１３２６６６Ａ１中に記載されている。このシステムのより良好でより広範な使用は、カセット構造及び検定技法における改良で達成され得る。例えば、低い存在量の検体を含む液体を利用する検定により良好に対処する必要が依然としてある。カセット内に貯蔵される高価な抗原及び検体含有液体の消費量の削減を可能にするカセットの必要がある。カセットを製造する費用を削減する必要がある。検定カセットの反応チャンバ内に組み込まれるバイオチップ上に提供される抗原を捕捉スポットのアレイから得られる結果におけるスポット対スポットの一貫性の向上を達成する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
典型的な検定の機能の考察は、生物検定及び化学検定のこれらの及び他の必要を利用するのに役立つ。
【０００５】
検定プロセス
一例として、典型的なタンパク質検定は、流体内の同じ空間内に結合親和性を有する２−タンパク質を利用する。タンパク質は、それらの濃度、それらが共にいる時間、それらの互いに結合する能力の関数として結合し且つ分離する。結合分画（通常は「複合」分画と呼ばれる）は、存在する各対のタンパク質に特有な「結合係数」によって定められる。これは瞬間的なプロセスではなく、それは漸近値に達する。通常、不利に長い検定を要求することを回避するために、結合プロセスは、完了前に、しかしながら、所望の感度によって決定される時間で終了されるが、典型的には、検定は時間連結関係曲線のほぼ線領域内に位置する時間に亘って行われる。
【０００６】
抗体又は抗原であり得る１つの分子、即ち、捕捉タンパク質は、典型的には、被覆ガラス支持表面上に配置されるスポット内において、固体上に結合される。その濃度が定められるべき他の分子、即ち、検体は、反応チャンバ又は「ＲＣ」内で捕捉表面上を流される流体内にある。検体は、それぞれ抗原又は抗体であり得る。典型的には、流体は、血清又は血漿であるが、それは細胞ライセート、液体含有細胞、他の体液等であってもよい。
【０００７】
検定の目標は、複合分子の数を計算し、分析される試料中の検体の分子密度を導き出すことである。これは捕捉タンパク質の分子密度が既知であるので可能である。
【０００８】
カセット内の流れを使用して遂行されるとき、流速は極めて遅く（１未満、典型的には、約１／１００のレイノルズ数ＮＲｅによって定められる）、十分に層流モード内にある。分子運動は殆ど拡散に起因し得る。分子結合の程度は、分子可動性並びに分子密度の関数である。
【０００９】
検定における流速はそれぞれのポンプによって制御され、拡散は流体温度によって制御される。温度が２５℃から３７℃に上昇すると、血清又は血漿の拡散係数は３０％上昇する。殆どの場合には、反応チャンバの温度を３７±１℃に維持することが望ましい。もし較正又は補償が実施されないならば、これは１．５％のオーダの可動性変動制／誤差に寄与し得る。
【００１０】
流体の温度が上昇されると、それは微小気泡の形態で脱ガスし、微小気泡はクラスタ化し、カセットの小さい又は大きい領域を閉塞することができ、検定を台無しにさせる。気泡トラップは、そのような気泡が反応チャンバに入る前に、それらを捕捉するために利用される。好適な場合には、溶解ガスの十分な解放及び捕捉を保証するために、全ての流体は気泡トラップに入る前の温度にされる。
【００１１】
好適な気泡トラップでは、気泡は浮力によって流体から分離する。この作用を可能にするために、我々の以前の特許出願のカセットでは、カセットは、通常、近垂直位置で処理される。
【００１２】
約１０分続き得る捕捉段階の後に、「検知分子」（時折、「二次タンパク質」又は「検知リガンド」と呼ばれる）を伴う第二流体が押し込まれ、反応チャンバを通じて流れる検体試薬の流れを移動し且つ交換し、或いは、それは検体液の流れを停止した後に導入され得る洗浄液を移動し得る。他の抗体又は抗原であり得るこの検知試薬の分子は、それらが検体の捕捉分子にのみ結合し得るよう選択される種類である。この流れは約１０分続き得る。この検定は「サンドウィッチ検定」と呼ばれる。何故ならば、検体分子は分子の２つの層、即ち、捕捉分子及び検知分子の間に捕捉されるからである。
【００１３】
検知試薬の分子は、検知試薬チャンバ中でカセット内に乾燥形態で貯蔵され、活性化し且つ輸送可能であり得るよう水和化（液化）されなければならない。この水和は検体が反応チャンバを通じて押し込まれる初期間隔中に起こり得る。
【００１４】
二重に複合化された組の分子を可視的にするために、検知タグ（標識）、例えば、蛍光染料、例えば、Ｃｙ３、Ａｌｅｘａ５３２、又は、Ｒ−ｐｈｉｃｏｇｒｉｐｈｅｒｙｎを備える分子が捕捉検知分子の上に流され、捕捉検知分子に結合させられる。
【００１５】
タグ（標識）試薬も、検知タグチャンバ内に乾燥形態で貯蔵され、活性化し且つ輸送可能になるよう水和されなければならない。この水和も検体が反応チャンバを通じて押し込まれる初期間隔中に起こり得る。
【００１６】
前述のことから、結合又は連結のために液体環境中に反応分子を露出するプロセスは、関連する分子が極めて近接近するようになることを必要とすることが分かる。流体の撹拌は結合を促進し且つ検定を行うのに必要とされる時間を減少することが概ね認識されているが、マイクロ流体カセット内では、実用的で確実で安価な方法で所望の程度の撹拌及び流動一貫性を達成することに困難がある
【００１７】
先行研究の実例
生物学的検定を行うために、３つの基本的なプラットフォームが当該分野において普通に使用されている。即ち、マルチウェルプレート、顕微鏡スライドに基づくスポットアレイ検定、及び、カセットに基づくスポットアレイ検定である。
【００１８】
マルチウェルプレート内で行われる検定の期間を短縮するために、機械的攪拌機を使用するのが普通である。Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃカタログから入手可能な「３Ｄ  Ｓｈａｋｅｒｓ」及び「３ＤＡｇｉｔａｔｏｒｓ」のような、数多くのモデルが数十年に亘って使用されている。これらは、マルチウェルプレート又はマイクロウェルプレートに見い出される流体の容積に付与され得る動的加速に比べて表面張力が極めて大きい、小さな間隙を備えるカセットチャンバ内の流体の撹拌に適していない。
【００１９】
顕微鏡スライドに基づくスポットマイクロアレイ検定に関しては、これらはＧｒａｃｅ  Ｂｉｏｌａｂから入手可能なようなガスケット又は単純工具の助けを受けて「オン・ザ・ベンチ」で頻繁に行われる。ベンチ技法は時間がかかり、反復可能な結果を保証するために高度に熟練した技術者を必要とする。
【００２０】
より再現可能な検定の必要及び試薬の適切な混合は、顕微鏡スライド上で行われる生物学的スポットアレイに基づく検定を機械化するよう設計される多数の自動ハイブリダイゼーションシステムを生み出した。１つのそのようなものは、米国特許第５，９５８，７６０号（Ｆｒｅｅｍａｎ−ＭＲＣ  Ｌｏｎｄｏｎ）に記載され、他のものは、米国特許第６，０９３，５７４号（Ｖｅｎｔａｎａ）、米国特許第５，６５４，１９９号（Ｖｅｎｔａｎａ）、及び、米国特許第６，０４５，７５９号（Ｖｅｎｔａｎａ）に記載されている。再び、米国特許第５，９２２，５９１号（Ａｆｆｙｍｅｔｒｉｘ）は、圧電素子、電気泳動法、電磁誘導振動、気泡撹拌、又は、外部的に隣接する容器又はチャンバと連絡するハイブリダイゼーションチャンバに流体を汲み入れ汲み出すことによる物理的混合の使用を通じて遂行される混合を提案している。類似の撹拌方法が、Ｓｔａｐｌｅｔｏｎの米国特許第５，４３６，１２９号並びに５，４５１，５００号及び５，９２２，６０４号に記載されている。しかしながら、これらの方法は、比較的複雑な機器の使用に依存し、ある場合には、特別に設計された顕微鏡スライド又は他の基板の使用を必要とし、他の方法では、本目的のために最適であると考えられない。
【００２１】
米国特許出願２００５／００１９８９８、２００４／０１０９７９３、２００４／００３７７３９、及び、２００２／０１９２７０１、並びに、米国特許第６，６３７，４６３号（ＢｉｏＭｉｃｒｏ）は、低容積で低アスペクト比のマイクロ流体チャンバ内の混合を記載している。マイクロ流体反応チャンバの両端部に形成される２つ又はそれよりも多くの混合嚢が往復的に膨張収縮されチャンバ壁の別個の領域の内向き及び外向きの撓みを引き起こし、チャンバ内の流体を混合する。そのような多数の混合嚢は、マイクロ流体チャンバの嚢から離れて配置され得る嚢に汲み入れ汲み出される、空気又は他の気体によって或いは水のような液体によって作動される。代替的な実施態様では、混合は交互の機械的な力を可撓チャンバ形成装置の表面に適用することによって生成される。この技法は望ましくない程度の複合性及び機能を有する。
【００２２】
自蔵式マイクロアレイに基づくカセット
マイクロアレイに基づくカセットは、自動化の拡張を示し、そこでは、スポットアレイが封入容器内に保持され、カセット内に貯蔵される検体、検知試薬、及び、標識試薬が、アレイに結合される捕捉試薬と接触させられる。カセットは、他の技法よりも確実であることが望まれ、検定を行うのに最小レベルの技能を要求する。それらは診断試験において並びにＤＮＡ試料の分析において頻繁に使用される。マイクロアレイ中の捕捉試薬のスポットは、タンパク質のような、多様な大きな生体分子、又は、薬品、補助因子、信号分子、ペプチド又はオリゴヌクレオチド、並びに、ＤＮＡ又はＲＮＡ試薬のような、より小さな分子から成り得る。培養細胞並びに細胞ライセートもマイクロアレイ上に堆積又は成長し得る。一例として、もし患者試料中の具体的な抗体の存在を検知することが望まれるならば、試料は相補的な結合場所（エピトープ）を有する関連する抗原からなるスポットのマイクロアレイに露出される。特定のスポット内の既知の抗原と試料との間の連結の発生は、試料中の抗体の存在を示し、おそらくは、量を示す。
【００２３】
マイクロアレイに基づくカセットは、多数の検知反応を同時に遂行することによって試料の複合的な定量分析を行うための大きな可能性を提供する。しかしながら、高い感度で一定の高品質な結果を得ることに困難性があり、それは低い存在量のタンパク質の検知を困難にする。より高い品質の多重化マイクロアレイに基づくカセット処理の必要が特に表明されている。何故ならば、個々のマイクロアレイカセットは高価であり、反応において使用される限定的な量の試料のみが利用可能であり、良好な結果を一貫して得ることを特に重要にしている。
【００２４】
最少量の試料を消費することが望ましいが、少量の試料流体が計量分配され、カセットの反応チャンバを通じて流れるとき、流体層は極めて薄い。これは、もし不十分な流れ又は混合が提供されるならば、特定のタンパク質を結合する一部のスポット上で、そのタンパク質が試料流体から局所的に消耗されるようになるという可能性を招く。標的検体が消耗されると、反応動力学は遅く、より低い信号をもたらす。よって、スポットアレイカセット内の液体に晒される多数の同一スポットから非均一な信号を取得し得る。これは低い存在量のタンパク質にとって特に大きい問題である。
【００２５】
検定が低容積チャンバ内で行われることが望ましい。何故ならば、低容積は、限定的な供給量であるより高い濃度の反応物を可能にするが、より多くの反応生成物を生成するよう動力学速度を高く維持するための十分な手段を見い出す必要があるからである。
【００２６】
一般的な命題として、カセット内の化学反応を促進する撹拌又は混合を使用することの望ましさは、もちろん、長い間知られている。その問題は、有用な検定の実用的な条件の下で、小さい容積の通路及び反応チャンバ内で極めて低いレイノルズ数でカセット流を混合する環境における適切で効率的な手段を見出すことである。
【００２７】
概念的には、カセット内の撹拌又は混合の望ましさは、例えば、米国特許第５，７９８，２１５号（ＢｉｏＣｉｒｃｕｉｔｓ）において言及されている。「装置を通じて流れる試料中の特定の検定又はプロトコルの様々な試薬又は他の液体媒体の均一な分散を助けるために、主要試薬領域及び側方試薬領域及び／又は培養領域の少なくとも１つの内側に撹拌手段を設け得る。撹拌手段の近傍に存在する乾式試薬が十分に水和され、流体を通じて均一に分配されるよう、撹拌手段は、十分な流体流を提供する働きをする。撹拌手段は、空気流、震動、超音波技法、吸引技法を含み、例えば、その場合には、試薬は多孔性膜の上で脱水され、流体は膜を通じて吸引され、水和試薬をもたらし、さらに、機械的手段、好ましくは、機械的混合手段を含む。適切な機械的混合手段は、磁性材料及び常磁性材料から製造される混合手段を含み、プロペラ、ピン、ダンベル、ボール、ワイヤ、穿孔シート、翼を備えるディスク、及び、類似物含む、多様な形態を取り得る。好適実施態様では、撹拌手段は、インペラ装置である。混合手段が製造される材料は磁性又は常磁性であり、撹拌は装置の上又は下で可動磁場を適用することによって、又は、代替的に、静止磁場を通じて装置を移動することによって便利に達成される。所望レベルの撹拌を引き起こすために、混合の速度及び／又はタイミングを適宜制御し得る。」その特許はカセット内に配置され且つ流体を撹拌するよう時計回り及び反時計回りに回転されるインペラを示しており、我々が達成することを望む種類、感度、及び、一貫性のカセット及び検定に適すると見なさない技法である。
【００２８】
マイクロアレイに基づくカセット内で試薬流体を混合するという認識されている必要を満たす多数の他のアプローチがＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｔ  Ｌｏｗ  Ｒｅｙｎｏｌｄｓ  Ｎｕｍｂｅｒｓ  −  Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃｓ  Ｊｏｕｒｎａｌ，  Ｖｏｌ．７１−Ｄｅｃ．１９９６、３４３０〜３４４１頁において提案されている。Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｍｏｎｏｇｒａｐｈ  ｏｎ  Ａｐｐｌｉｅｄ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ：“Ｔｈｅ  Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ  Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｍｉｘｉｎｇ，  ｔｈｅ  Ｌｉｎｋｅｄ  Ｔｗｉｓｔ  Ｍａｐ  ａｓ  ａ  Ｐａｒａｄｉｇｍ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｍｉｃｒｏ  ｔｏ  Ｍａｃｒｏ，  Ｆｌｕｉｄｅｓ  ｔｏ  Ｓｏｌｉｄｓ”，Ｓｔａｒｍａｎ，Ｏｔｔｏｎｏ，Ｗｉｇｇｉｎｓ，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓも参照。
【００２９】
提案されているアプローチは、カセットの反応チャンバに適切な試薬を充填すること、気泡の存在を保証すること、及び、カセットをゆっくり混転することを含む（Ａｆｆｙｍｅｔｒｉｘ米国特許第５，９４５，３３４号）。気泡が表面張力に打ち勝ち、混転によるような加速の変化の下で移動するよう、このアプローチは適当に大きい（１．８ｍｍが推奨される）反応チャンバ間隙を要求する。この方法はマルチウェルプレートにおいて行われる検定で普通に受ける機械的撹拌に擬似し、より一層小さい寸法では適さない。
【００３０】
その提案されているアプローチは、流路の境界表面内に傾斜した分流した組の隆条又は他の構成、例えば、交互の魚骨形パターンも含む。
【００３１】
チャンバ又はチャネルを通じて検体を流すことによって、低アスペクト比反応チャンバ内で、或いは、典型的には１ｍｍ未満の、そして、０．０３５ｍｍの低さの間隙を備えるマイクロチャネル内で試薬を混合することが提案されている。これはポンプ機構がマイクロチャネルを通じる一指向性の流れを引き起こすＴｈｅｒａｎｏｓのカセット技法、米国特許出願２００６／０２６４７７９、２００６／０２６４７８０、２００６／０２６４７８１、２００６／０２６７８２、及び、２００６／０２６４７８３によって例示されている。
【００３２】
類似の方法で、Ｚｙｏｍｉｘのカセット検定プロセスは、一方向性の流れにおいて反応チャンバの構成を通じて全ての試薬を流し、米国特許第６，６３０，３５８号に記載されている。
【００３３】
外部的作動による流体再循環を介した流体混合が米国特許第６，７６７，７０６号（Ｑｕａｋｅ）に記載されている。
【００３４】
しかしながら、試薬が超低容積反応チャンバを通じて流れるスポットアレイに基づく生物学的検定用のカセットは、低いレベルの反復性を示した。この欠点を矯正する努力が、基準／較正のために使用され且つ全ての値を矯正すべき追加的な検定の使用を促進した。そのような技法は、Ｌａｍｂｅｒｔの米国特許出願２００６／０２１０９８４に開示されている。カセットの反応チャンバ内の不適切な試薬混合を補償するために、較正検定が追加され、試薬の不適切な混合に起因する全ての誤差を較正する。追加的な検定は、コスト、試料消費等を増し加え、不十分な点が多い。
【００３５】
我々の見解では、カセットに基づく検定のための以前の提案は、いずれも、血液、血清、血漿、又は、タンパク質溶液のような非ニュートン流体の異方的な拡散特性に十分に対処しておらず、そのような流体をエネルギ混合する要求の必要を認識していない。カセットの低容積反応チャンバ又は流動化チャンバ内のような非ニュートン流体を取り組むときに、タンパク質又は抗体、検知タンパク質等のような貯蔵乾式試薬が反応チャンバに輸送される前に保持される反応チャンバ内で均一な濃度を維持するより効率的な方法を提供するシステムの必要が依然としてある。
【００３６】
均一な又は予測可能な混合の欠如は、Ｊ．ＭｃＣａｎｎ  ｅｔ  ａｌ．（Ｎｏｎ  Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｆｌｏｗ  Ｂｅｈａｖｉｏｒ  ｉｎ  Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｐｌａｔｅ  Ｆｌｏｗ  Ｃｈａｍｂｅｒ  Ａｌｔｅｒ  Ｅｎｄｏｔｈｅｌｉａｌ  Ｃｅｌｌ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ  −  Ａｎｎａｌｓ  ｏｆ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｅｎｇ．，Ｖｏｌ．３３  Ｎｏ．３−Ｍａｒｃｈ  ２００５，３２８〜３３６頁）及び（Ｉｎａｄｖｅｒｔｅｎｔ  Ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｆｌｕｉｄ  Ｆｌｏｗ  Ａｃｒｏｓｓ  ａ  Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｐｌａｔｅ  Ｆｌｏｗ  Ｃｈａｍｂｅｒ  Ｒｅｓｕｌｔｓ  ｉｎ  Ｎｏｎ−Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｇｅｎｅ  Ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ−２００３  Ｓｕｍｍｅｒ  Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，  Ｊｕｎｅ  ２５−２９，Ｓｏｎｅｓｔａ  Ｂｅａｃｈ  ｒｅｓｏｒｔ  ｉｎ  Ｋｅｙ  Ｂｉｓｃａｙｎｅ，  Ｆｌｏｒｉｄａ）によって取り扱われているが、何の解決策も提供されていない。
【００３７】
更に、我々は、上記カセット技法が、いずれも、異なる粘性係数を有する流体の輸送及び混合を十分に考慮しておらず、より具体的には、低粘性流体がより高い粘度の流体で既に充填されたチャンバに入る状況を対処しておらず、より高い粘性の流体を進めると同時に、その濃度を保持する、即ち、流体を押し進めることによる希釈がないことが望ましいことを認識した。
【００３８】
カセットの設計者によって明らかに十分に理解されていないが、我々は、カセットの反応チャンバが先ず血清で充填され、血清が後にバッファ液と置換されるときに共通して直面する不一致な粘性の有意性を認識し且つそれに対処する手段を提供する。典型的には、３７℃の健康な人間の血清は、例えば、１．２０ｍＰａｓの粘性を有するのに対し、水又はバッファ液は、０．８ｍＰａｓの粘性を有する。血清のようなより高い粘性の流体を推進し或いは混合するために導入される低粘性バッファ流体は、より高い粘性の流体を通じて進みながら最小限度に拡散するチャネルを創成する。（この条件は大西洋を通じる湾岸流の流れによって例示される。）バッファ液を前後にポンピングすることは、より高い粘性プールを通じるコラムのようにバッファ液を移動する傾向を有するに過ぎない。チャンバ内に貯蔵された抗体のような濃縮液化検知試薬を移動するよう、バッファ液がチャンバ内に押し込まれるとき、類似の条件に直面する。
【００３９】
貯蔵媒体
使用前の生物学的材料の貯蔵に関して、生物学的材料を保持し且つ解放する布、膜、フォーム、又は、フリットのような吸収媒体の利用も文書化されている。Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ  ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｓ，Ｔ．Ｔｈｏｍｓｏｎ；Ｔｅｃｈｎｏｍｉｃｓ  ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ，  ２０００及びＴｈｏｍｐｓｏｎの米国特許第６，６１７，０１４号。他の技法は、構成部品の１つが湿潤直後に解放されるべき分子であるフォームを創成し（米国特許第５，７６６，５２０号）、或いは、ワクチン用の支持体を形成するよう凍結乾燥され且つ噴射される（米国特許第７，１３５，１８０号）。
【００４０】
検定処理におけるフォームの一般的な使用は、Ｌａｔｅｒａｌ  Ｆｌｏｗ  Ｍｅｍｂｒａｎｅとして既知であり、典型的には、タンパク質を捕捉し且つそれらの上に検体材料の流れを許容／促進するそれらの能力のためにニトロセルロース膜を使用する。一般的な使用は、Ｉｎｖｅｒｎｅｓｓ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって提供されるような計量棒妊娠試験である。
【００４１】
記載される機能は、それ自体が新規であり、図示されるような新規な組み合わせで作用し、極めて一貫した定量多重化検定を比較的安価に可能にする
【００４２】
１つの特徴において、開示の特徴は、カセット内の貯蔵通路の実質的な長さの横断面を充填する、脱水された生体分子又は類似の薬剤を材料の上に貯蔵する技法、並びに、分子を解放し且つ栓状流内に流体の均質なセグメントを形成するシステム、方法、及び、プロトコルに関する。これは、生体分子をその上に乾燥し且つ保存し得る、即ち、恒久的に捕捉されないよう、材料、例えば、多孔性材料、典型的には、親水性フォーム又はフリットの選択又は創成、よって、貯蔵通路内での材料の選択、測定(sizing)、及び、配置を含み、液化薬剤の存在の下で、異なる粘性の移動する流れは、選択的な材料の流れ分割効果の故に、液化薬剤の栓状流を作り出す。これはカセットの反応チャンバに送られる還元液体試薬の均一性に寄与する。有利に、材料、例えば、フォーム又はフリットは、液体が材料を通じて流れなければならないことを保証するために、貯蔵通路のそれぞれの区画内に緊密に適合するような大きさとされる組のセグメントに予成形される。選択された特定の検定のために、一組のセグメントは、検定のために選択的な試薬を受け取ることができ、その組は乾燥され且つ貯蔵され、必要なときに、カセット内のそれぞれの貯蔵通路内に据え付けられる準備ができる。有利に、流れは、貯蔵通路から出るその前方進行の間に不等性の前方及び後方の振動に晒される。
【００４３】
本開示の関連する特徴において、検定に関連する反応を行うよう構成される反応チャンバを有するカセットが提供され、カセットは、バッファ液貯槽と、通路システムを通じて１未満のレイノルズ数で液体を移動するためのバッファ液移動ポンプと、その横断面の寸法に対して拡張された長さを有し且つ且つバッファ液の粘性よりも比較的高い粘性の液体試薬を貯蔵し得る試薬貯蔵通路と、試薬貯蔵通路から反応チャンバに至る比較的小さい流れ断面の試薬送り通路とを含み、通路システムは、ポンプによって移動されるバッファ液のためのバッファ送り通路を含み、バッファ送り通路は、移動されるバッファ液を試薬貯蔵通路内に送るよう構成され、試薬貯蔵通路の長さの実質的に大部分は、多孔性材料又は複数の実質的に平行な流れサブチャネルで充填され、多孔性材料又はサブチャネルは、ポンプのバッファ液の移動に応答して、試薬貯蔵通路から試薬送り通路に比較的高い粘性の試薬液の栓状流を構築するために、試薬貯蔵通路の全体的な横断面に対して小さく且つその断面に亘って及びその長さに沿って分配される横断面の前記試薬貯蔵通路に沿う複数の経路をもたらす。
【００４４】
本開示のこの特徴の実施例は、以下の機能の１つ又はそれよりも多くを有し得る。
【００４５】
カセットは、多孔性材料又は試薬貯槽通路内のサブチャネルによって定められる複数の経路を通じて液体を押し込むよう配置される正の移動ポンプを含む。
【００４６】
多孔性材料又はサブチャネルの表面は、親水性である。
【００４７】
多孔性材料又はサブチャネルの表面は、その上に乾燥される試薬材料を支持するために親水性表面であり、液体と接触されるときに、試薬のための解放可能な特性を有し、試薬材料の乾燥層が、栓状流に晒される比較的粘性の試薬液を創成するために、試薬材料が原位置で液化されることを可能にするように試薬通路内に流入するバッファ液と接触するよう露出された状態で、親水性表面上に堆積される。
【００４８】
多孔性材料のサイズは、約５〜２００ミクロンの間であり、１つの場合には、孔のサイズは、プラス又はマイナス５０％の変動を伴う３０ミクロンの公称孔サイズを有する材料、及び、プラス又はマイナス２０％の変動を伴う１００ミクロンの公称孔サイズを有する材料を含む材料の群から選択される。
【００４９】
試薬貯蔵通路は、矩形の横断面を有し、シート形態の開放セルのフォーム又はフリットの多孔性材料が、試薬貯蔵通路の長さの実質的に半分よりも多くに亘る断面に厳格に適合し、一部の場合には、試薬貯蔵通路は、少なくとも約６０ｍｍの長さを有し且つそれぞれ約２ｍｍ及び０．６ｍｍの幅及び深さのチャネルを有する、実質的に一定の横断面のチャネルである。
【００５０】
多孔性材料は、ポリエチレンから成る親水性のフリットを含む。
【００５１】
多孔性材料は、親水性のメラミンフォームを含む。
【００５２】
多孔性材料は、親水性のポリウレタンフォームを含む。
【００５３】
多孔性材料は、液体と接触すると、堆積される生体材料の解放を可能にする処理済み状態にある多孔性ニトロセルロースを含み、一部の場合には、処理済み状態は、ブロッカータンパク質のような媒介物質のニトロセルロース上の塗膜を含む。
【００５４】
多孔性材料は、液体と接触すると、堆積される生体材料の解放を可能にする処理済み状態にある親水性のポリスチレンフォームを含む。
【００５５】
試薬貯蔵通路の長さの実質的に大部分が、複数の実質的に平行な流れサブチャネルによって定められ、各流れサブチャネルは、１ｍｍ未満の横断面寸法を有し、一部の場合には、約０．５ｍｍ未満の寸法、又は、約０．５ｍｍ〜０．０１ｍｍの間の範囲内の寸法を有する。
【００５６】
サブチャネルは、親水性の表面塗膜を支持する成形又は押出し樹脂によって形成される。
【００５７】
試薬は、検知試薬を含み、一部の場合には、検知試薬は、抗体又は抗原である。
【００５８】
試薬は、標識試薬を含み、一部の場合には、標識試薬は、蛍光染料を含む。
【００５９】
流れ分割材料、例えば、開放セルフォーム又はフリットは、貯蔵チャネル内で、材料の幅の少なくとも１０倍の流れ方向の長さを有し、材料の幅は、材料の厚さの少なくとも２倍であり、好ましくは、材料は、１ｍｍ未満のシート形態の厚さを有する。好適な形態において、材料のセグメントは、４０ｍｍよりも多くの長さであり、１．５ｍｍよりも多くの幅であり、約０．６ｍｍの厚さである。
【００６０】
試薬液の粘性に対して低い粘性のバッファ液によって貯蔵通路から試薬液を移動することによって試薬液を反応チャンバに送る方法が提供され、本方法は、本開示の第１の特徴に従ったカセットを提供することを含み、カセットは、記載されたばかりの関連する特徴の１つ又はそれよりも多くを含んでもよく、その場合には、試薬は液体形態でカセットに提供されるか、或いは、乾燥形態でカセット内に貯蔵され、引き続き、試薬液をもたらすよう液化され、本方法は、更に、多孔性材料又は複数のサブチャネル内にバッファ液を注入するようバッファポンプを作動すること、並びに、試薬貯蔵通路から試薬送り通路への比較的高い粘性の試薬液の栓状流を構築することを含む。
【００６１】
本開示の他の特徴によれば、液体試薬の粘性に対して低い粘性のバッファ液によって試薬貯蔵通路から試薬液を移動することによって試薬送り通路を介して反応チャンバに液体を送る方法が提供され、本方法は、カセットを提供することを含み、試薬は、試薬貯蔵通路内の多孔性流れ分割材料の親水性の表面の上の或いは試薬貯蔵通路を形成する複数の平行な流れサブチャネルの親水性の表面の上の乾燥層として、乾燥形態で前記カセット内に貯蔵され、試薬を液化するために、バッファ液を試薬貯蔵通路内に導入するようバッファ移動ポンプを初期作動することを含み、結果として得られる試薬液は、カセット内に貯蔵されたままのバッファ液よりも実質的に高い粘性を有し、本方法は、更に、バッファ液を多孔性材料又は複数のサブチャネル内に注入するためにバッファポンプを引き続き作動すること、並びに、反応チャンバへの供給のために試薬通路から試薬送り通路内に比較的高い粘性の試薬液の栓状流を構築することを含む。
【００６２】
この特徴の実施例は、検知生体材料又は標識生体材料の形態の乾燥試薬を含み得るし、検定反応チャンバに流れを効果的にもたらすよう、正味前方前進を伴う液体の後方及び前方の振動を利用し得る。
【００６３】
本開示の他の特徴によれば、液体貯槽と、ポンピング及び通路システムと、反応チャンバと有するカセットが提供され、カセットは、システムを通じる並びに反応チャンバ内の捕捉表面に亘る１未満のレイノルズ数を備える液体の流れによって検定に関連する反応を行うよう構成され、カセットは、使用前に空気充填通路を備えるよう構成されるが、検体含有液の反応チャンバ内への初期進入後、検定の完了まで、空気が反応チャンバに達することを排除するよう構成され、貯槽、ポンピング及び通路システムは、検体含有液を受け入れるよう構成される検体チャンバと、システム及び反応チャンバを通じて検体含有液を移動するための検体移動ポンプと、移動される検体含有液によって充填されるよう構成される第一浮力気泡トラップと、第一気泡トラップから反応チャンバに至る通路とを含む。
【００６４】
貯蔵、ポンピング及び通路システムは、また、事前充填バッファ液貯槽と、システムを通じて液体を反応チャンバに移動するためのバッファ液移動ポンプと、バッファ液移動ポンプによって移動されるバッファ液のためのバッファ送り通路と、乾燥試薬を含み且つ液化時に液体形態で試薬を貯蔵し得る試薬貯蔵通路と、反応チャンバへの流れのための試薬貯蔵通路から通じる試薬送り通路と、移動されるバッファ液によって充填されるよう構成され且つ試薬貯蔵通路を通じて流れるために試薬貯蔵通路からの流れのために配置される第二浮力気泡トラップとを含み、バッファ液移動ポンプは、所定範囲の流量誤差を有し、バッファ送り通路は、移動されるバッファ液を試薬通路内に、代替的に、反応チャンバへの流れのために洗浄通路を通じて送るよう構成され、試薬貯蔵通路は、所定ポンピング容積のための作動によって、バッファポンプによって充填されるよう構成され、その結果、バッファ移動ポンプの流量誤差の所定範囲によって決定される範囲内の容積のバッファ送り通路内に、移動されない空気の不定量を残し、第二浮力気泡トラップは、その所定範囲の流量誤差内の最低流量で所定ポンピング容積のために動作するバッファポンプの故に、第二気泡トラップを通じて流れる液体によって解放される空気と共に、試薬貯蔵通路内に残り得る空気の最大容積を保持するような大きさとされ、第二気泡トラップの排出は、第一気泡トラップを通じ、故に、反応チャンバに至るよう接続され、第一気泡トラップは、それを通じる液体の流れから解放される空気と共に、第一気泡トラップと第二気泡トラップとの間に残留する空気を保持するような大きさとされる。
【００６５】
本開示のこの特徴の実施例は、以下の機能の１つ又はそれよりも多くを有し得る。
【００６６】
洗浄通路からの流れも、第二気泡を通じ、故に、第一気泡トラップを通じて反応チャンバに流れる。
【００６７】
通路が、通路に進入する液体の空気−液体界面のための検知器と関連付けられ、外部ポンプ及び検知器に応答する関連付けられる制御ユニットが所定地点までその通路を充填することを可能にする。
【００６８】
検知器と関連付けられる通路が、所定ポンピング容積に亘ってバッファ移動ポンプを動作することによって第二気泡トラップを充填するよう配置され、その結果、バッファ移動ポンプの所定範囲の流量誤差によって決定される範囲内で、第一気泡トラップの上流に不定量の移動されない空気流を残し、第一気泡トラップは、移動されない空気を受け入れ且つ貯蔵するような大きさとされる。
【００６９】
ポンプのそれぞれの動作によってバッファポンプによって充填されるよう接続可能な少なくとも２つの通路があり、ポンプの所定範囲の流量誤差に基づく容量範囲内で、それぞれの通路の各々の内に不定量の空気を残し、これらの通路の各々は、その流れが第二気泡トラップを通過するのを可能にするよう配置され、第二気泡トラップは、気泡トラップを通過する液体からの空気と共に、それに接続される各通路内に残り得る最大量の空気を保持するような大きさとされる。一部の場合において、少なくとも２つの通路は、弁を通過せずに、第二気泡トラップに至る共通の通路に合流する。
【００７０】
第一気泡トラップは、約１０μＬの空気保持容積を有し、第二気泡トラップは、約５０μＬの空気保持容積を有する。
【００７１】
バッファ移動ポンプは、バッファ液を含むブリスタパックを含み、パウチの表面は、ブリスタパックから進行的に液体を移動するために、カセットの外部のアクチュエータによって変形可能である。
【００７２】
検体移動ポンプは、転動膜ポンプを含む。
【００７３】
本開示の他の特徴によれば、前記のいずれかのカセットを利用する検定を行う方法が提供され、そこでは、カセットは、検知試薬及び標識試薬の両方のための貯蔵通路を有する。
【００７４】
例証のために図２−５を参照して、実質的に以下のプロトコルに従って動作される、以下に示される構成部品を有するカセットで検定を行う方法が提供される。
１．隔壁１を介して検体チャンバ２内に検定液を挿入する。
２．弁１８及び１７（洗浄通路３７及びタグ試薬チャンバ１５）を閉じる。
３．弁１６（検知試薬チャンバ１４）を開く。
５．バッファ液を解放するために突き錐（ピラミッド）３０の上にパウチ１１を穿刺するよう、
４．バッファポンプを作動する（ステップモータを回転し、バッファポンプのピストンの押し下げる）。
７．光センサ１３が開始するまで、
６．検知試薬通路１４を充填するために、バッファポンプ１２の作動（ピストンの押下げ及びパウチ１１の圧縮）を継続する。
８．弁１６を閉じる。
９．弁１７を開く。
１０．誤差許容値内を僅かに超えてタグ試薬チャンバ１５を充填するよう、所定数のステップモータ段階で、バッファポンプ１２を作動する。
１１．弁１７を閉じる。
１２．弁１８を開く。
１３．誤差許容値内を僅かに超えて洗浄通路３７及び気泡トラップ８を充填するよう、所定数のステップモータ段階で、バッファポンプ１２を作動する。
１４．弁１８を閉じる。
１５．光センサ５が始動するまで気泡トラップ９を充填するよう検体ポンプ９を作動する。
１６．プロトコルに従って反応チャンバ６を通じて検体液を流すために、検体ポンプ３の作動を継続する。
１７．プロトコルに従ってバッファ液で反応チャンバ６を洗浄するために、弁１８を開き、バッファポンプ１２を作動する。
１８．弁１８を閉じる。
１９．プロトコルに従って反応チャンバ６を通じて検知試薬を流すために、弁１６を開き、バッファポンプ１２を作動する。
２０．弁１６を閉じる。
２１．プロトコルに従ってバッファ液で反応チャンバ６を洗浄するために、弁１８を開き、バッファポンプ１２を作動する。
２２．弁１８を閉じる。
２３．プロトコルに従って反応チャンバ６を通じてタグ試薬を流すために、弁１７を開き、バッファポンプ１２を作動する。
２４．弁１７を閉じる。
２５．プロトコルに従って反応チャンバ６を洗浄するために、弁１８を開き、バッファポンプ１２を作動する。
２６．撮像のためのチップを準備する。
２７．反応チャンバ６の窓を通じてバイオチップを撮像し、分析のためにコンピュータにデータを送信する。
２８．終了
【００７５】
本開示の他の特徴によれば、先行する記載のいずれかに記載のカセット又は方法は、バッファ液で充填されるブリスタパックの形態のバッファポンプを有し、ブリスタパックは、カバーと、容積を定めるブリスタ本体とを有し、本体は、カセットの外部の駆動ピストンと、液体を前方に押し込み通路システム内に至らせるよう正の液体移動ポンピング作用を生み出すアンビル表面との間で前進的に崩壊し得る。
【００７６】
本開示のこの特徴の実施例は、以下の機能の１つ又はそれよりも多くを有し得る。
【００７７】
カバーは、アンビル表面上に配置される穿刺装置（突き錐）の周りに付着され且つ封止され、穿刺装置と関連付けられるチャネルに液体を解放するために穿刺されるよう変形され得る。
【００７８】
カバーは、約０．００１インチの厚さのアルミニウムから成る金属箔である。
【００７９】
ブリスタパックの本体は、通路システム内に液体を引き戻すために、負の液体ポンピング作用を生み出すのに十分なピストンの収縮直後に弾性回復し得る。
【００８０】
ブリスタパックの本体は、アルミニウムの層を含む絞り成形シートによって定められ、ブリスタパックは、ブリスタパック容積を減少するよう圧縮されるときに恒久的な変形に晒され、前方ポンピング作用において液体をブリスタパックからカセットの通路システム内に前方に移動し、ポンピング作用に続く限定的な距離に亘る後方ポンピング作用のために、ピストンの進行的な収縮によって許容されるより少ない変形位置へのブリスタ本体の恒久的に変形されるアルミニウム壁の残留弾性回復は、液体をブリスタパック内に引き戻すことによって、ブリスタパックの容積を増大する駆動力として働き、一部の場合には、ブリスタパックは、約２ｍｌの容積を有し、アクチュエータの進行的な収縮によって許容される弾性回復は、先に変形されたブリスタパックの容積を少なくとも３μｌだけ増大する。
【００８１】
本開示の他の特徴によれば、カセット内で液体をポンピングする方法は、変形可能な金属ブリスタパックを利用し、液体を前方に移動するために、アクチュエータを用いて前記ブリスタパックの本体を進行的に圧縮し且つ恒久的に変形すること、並びに、アクチュエータの移動を周期的に逆転し、後方に移動するアクチュエータとの接触を維持するために、恒久的に変形されるブリスタパック本体の限定的な弾性回復を可能にすることを含み、変形されるブリスタパックの容積の増大は、液体を前記ブリスタパック内に引き戻す。一部の実施態様において、このブリスタパックは、ブリスタパックの前述の機能のいずれかを用いて構成される。
【００８２】
本開示の他の特徴によれば、検定を行うためのシステムは、所定の自動ポンピングプロトコルに従って外部アクチュエータによって作動される液体移動ポンプを有するカセットを利用し、カセットは、液体通路システムと、入口と入口及び排出通路とそれぞれ関連付けられる排出端部とを有する反応チャンバとを有し、カセットは、通路システムを通じ、反応チャンバ内の捕捉表面を越え、排出通路を通じて廃棄物受け部に至る、１未満のレイノルズ数を伴う液体のポンピングされる流れによる検定に関連する反応を行うよう構成され、廃棄物受け部からは戻りが無く、ポンピングプロトコルに応答する制御システムは、反復周期内で前方ポンピング段階及び後方ポンピング段階を備える周期的動作においてポンプを駆動し、前方ポンピング段階は、反応チャンバを通じて排出端部から出て、排出通路を通じて廃棄物受け部に至る流れを作り出すよう構成され、後方ポンピング段階は、反応チャンバの入口端部及び排出通路から液体を引き戻す逆流を作り出すよう構成され、所定プロトコルに従った周期毎の正味流れは、廃棄物受け部への液体の実質的な排出のために、排出端部から出る前方方向にあり、液体の流れを補充し、捕捉表面は流れに露出される。
【００８３】
本開示のこの特徴の実施例は、以下の機能の１つ又はそれよりも多くを有し得る。
【００８４】
典型的には、捕捉表面上の試薬の流れを作り出すために、ポンプは、少なくとも限定的な弾性範囲内で弾性的である壁を有する変形可能な容器を含み、容器は、外部アクチュエータの動作によって圧縮されるよう配置され、前方ポンピングに続く限定的な距離に亘る後方ポンピングのために、アクチュエータの収縮によって許容されるようなより少ない変形位置への、その弾性範囲内の壁の回復は、容器の容積を増大して、液体を容器内に引き戻す働きをし、その結果、反応チャンバの入口を通じて液体を後方に引き戻す。この特徴の実施例において、容器は、ブリスタパックを含み得る。（アルミニウムの層を含む成形シートによって定められ得る）ブリスタパックの本体は、外部アクチュエータによる本体の圧縮によって恒久的な変形に晒され、ブリスタパックの容積を減少し、液体をそこから前方に移動する。これらの機能のいずれかの実施例において、容器は、事前梱包されたバッファ液を含み得る。
【００８５】
ポンプは、貯蔵チャンバと関連付けられる転動膜ポンプである。この機能の実施例において、貯蔵チャンバは、検体チャンバであり得る。検体チャンバは、カセットを用いて検定を行う前の予備ステップとして、チャンバ内への検体液の挿入のために隔壁と関連付けられる。
【００８６】
反応チャンバの排出端部で上向きに延びる排出通路は、廃棄物チャンバ内への排出の重力落下の地点で終端し、排出通路は、前記反応チャンバを空気に晒さずに後方流が起こるよう、ポンピング周期の後方流れ段階中に入口を通じて引き戻される液体の容積と等しい容積を少なくとも含むような大きさとされる。
【００８７】
反応チャンバ及びポンピングプロトコルに従って決定される周期毎の総逆流は、実質的に同じ容積である。実施例において、容積は、薬４μｌであり得る。
【００８８】
反応チャンバは、捕捉表面及び約５０〜３００ミクロンの間の間隙によって離間される対向窓によって定められ、捕捉表面及び対向窓の幅及び長さは、流れ間隙よりも実質的に大きく、入口通路及び排出通路は、反応チャンバの流れ断面プロファイルと実質的に異なる流れ断面プロファイルを有する。実施例において、捕捉表面と対向窓との間の間隙の深さは、１００ミクロンのオーダであり、それらの幅は、約４ｍｍであり、それらの長さは、約１２ｍｍである。
【００８９】
他の特徴において、検定捕捉表面を液体に進行的に露出するために反応チャンバを通じて１未満のレイノルズ数で前記液体の流れを引き起こすためのポンピング制御システムが提供され、制御システムは、反復的な周期で前方及び後方のポンピング段階を伴う周期的な動作においてポンプを駆動するよう、所定ポンピングプロトコルに応答し、前方ポンピング段階は、反応チャンバを通じて排出端部に出て、排出通路を通じて廃棄物閉込部に至る流れを作り出すよう構成され、後方ポンピング段階は、反応チャンバの入口端部から並びに排出通路から液体を戻す逆流を作り出すよう構成され、所定プロトコルに従った周期毎の正味流れは、廃棄物閉込部への液体の排出のために排出端部から出る前部方向にあり、反応チャンバに新鮮な液体を補充する。
【００９０】
この特徴の好適な実施例は、以下の機能の１つ又はそれよりも多くを有する。ポンプは、反応チャンバを取り囲むカセットの上に配置され、好ましくは、廃棄物閉込部は、カセット内に封入される廃棄物受け部である。
【００９１】
所定ポンピングプロトコルは、約３／１〜３／２の前方流対後方流容積比をもたらす。この特徴の実施例において、その比は、約２／１である。一部の実施例において、両方向における流れは、ほぼ同じ容積流比にあり、前方流段階は、後方流段階より長く、例えば、約２倍長く続く。一部の実施例において、２つの方向における流れは、異なり、例えば、前方流段階は、後方流段階の容積流比の約２倍を有する。
【００９２】
動作の周期は、休止段階を有する周期を含み、休止段階の間、ポンプは、液体をポンピングしない。正味流れ前進を伴う前方流及び後方流を含む組のプロトコル動作を作り出すための制御システムは、その中に記憶される指令を有する機械読取り可能な媒体を含み、指令は、実行される時、システムにポンピングプロトコルに従ってこの組の動作を遂行させ、好ましくは、システムは、動作を遂行するためにステップモータによって駆動される少なくとも１つの直線ポンプアクチュエータを含み、好ましくは、直線ポンプアクチュエータは、検定カセット内でポンプを駆動するよう位置付けられ、ポンプは、好ましくは、少なくとも限定的な弾性回復を備える転動膜作動で動作可能である。
【００９３】
周期的に動作するポンプは、調整領域を通じて液体を推進すると同時に、反応チャンバに液体を進める。好ましくは、調整領域は、ポンピングされる液体を用いる熱交換のための設備を含み、好ましくは、生物検定に適合されるとき、熱交換は、液体を約３７℃まで加熱するよう規制される。調整領域は、ポンピングされる液体から気泡を除去するためのシステムを含む。調整のために、液体は、ポンピングされる液体に物質が晒される領域を通じて推進され、好ましくは、物質は、流れ分割開放セルフォーム又はフリットの本体を通じて分配される乾燥物質であり、ポンピングされる液体は本体を通じて方向付けられ、好ましくは、開放セルフォーム又はフリットは、貯蔵通路の最大横寸法の少なくとも１０倍よりも大きい流れ方向の長さの試薬貯蔵通路を充填し、好ましくは、試薬貯蔵通路は、流れ方向に対して横方向の矩形の断面を有し、シート形態の開放セルフォーム又はフリットは、試薬貯蔵通路の長さの半分よりも多くに亘る通路の断面を充填し、好ましくは、貯蔵通路は、各端部に開放容積（プレナム）を有し、多孔性材料を通じて移動される液体は、開放容積内に進入する。
【００９４】
本開示のこの特徴に従ったカセットを利用して検定を行う方法が提供され、本方法は、上記列挙された追加的な機能のいずれかの１つ又はそれよりも多くを利用し得る。重要な場合には、本方法は、廃棄物受け部への正味前方流を伴って検体を含有する液体を捕捉表面上で前後方向に移動させる方法で行われ得る。一部の場合には、捕捉表面は、捕捉表面上の流れの軸に対して横方向に配置される所与の捕捉試薬の複製スポットの配列を含む。
【００９５】
反応チャンバ内で捕捉表面上に流すための検体含有液のポンピングに続き、ポンピングは停止され、反応チャンバを通じて試薬液を流すために、バッファ液に試薬貯蔵通路内の試薬液を移動させるよう、バッファポンプが作動される。重要な場合には、混合を作り出すよう試薬含有液を試薬貯蔵通路内で前後方向に移動させると同時に、試薬送り通路及び反応チャンバを通じて廃棄物受け部に至る液体の正味前方流を引き起こすために、バッファポンプが作動される。
【００９６】
有利に、試薬貯蔵通路に沿って複数の交錯する流路を提供する流れ分割多孔性材料を含む試薬貯蔵通路を有するカセットを用いて行われる方法が提供され、流路は互いに開放され、試薬貯蔵通路の全体的な横断面に対して小さい横方向流れ断面を有し、流路は、貯蔵通路の横断面に亘って並びにその長さに沿って分配される。重要な場合において、多孔性材料は、開放セルフォーム又はフリットを含み、それは上述の孔サイズを有し得る。重要な場合において、カセットを用いて行われる方法が提供され、カセット内には、脱水された試薬が多孔性材料を通じて分配される。重要な場合において、多孔性材料の存在は、バッファ液の前方ポンピングに応答して、試薬貯蔵通路から試薬送り通路内に、試薬液の実質的に栓状の流れを作り出すのに有効である。
【００９７】
本開示の他の特徴によれば、開放セルフォーム又はフリットの混合効果は、支配的である。１未満のレイノルズ数ＮＲｅに限定される流れを有する検定カセットにおいて、流れ混合チャネルは、一般的な方向に延び、反応チャンバに試薬を供給するために接続され、チャネルは、チャネル内を流れる流体を異なる交錯する流路に沿って複数の比較的小さい流れに分割させるよう選択される開放セルフォーム又はフリットの三次元質量で実質的な長さに亘って充填され、流路は、流れチャネルの方向における流れ成分と共に、チャネルの一般的な方向に対して横方向の流れ成分を有し、個々の流路は、互いに方向が異なり、液体が開放セルフォーム又はフリット材料内へ並びに開放セルフォーム又はフリット材料を通じて流れた直後に、実質的に無秩序な混合効果を生み出すのに有効であるように互いに交換するよう開放され、チャネルの出口は、そのようにして混合された液体の流れを反応チャンバに供給するよう配置される。
【００９８】
本開示のこの特徴の実施例は、以下の機能の１つ又はそれよりも多くを有し得る。
【００９９】
反応チャンバ内には、チャネルからの流れ内で運搬される試薬を捕捉するための捕捉試薬の複製スポットの配列を支持する固体捕捉表面がある。
【０１００】
フォーム又はフリット内の表面は、親水性であり、脱水される生体薬剤が、フォーム又はフリットを通じる液体の流れによって水和されるよう露出された状態で、表面上に支持される。
【０１０１】
チャネルは、フォーム又はフリット材料から出る試薬の粘性よりも実質的に少ない粘性のバッファ液の流れを受け入れるよう接続される。
【０１０２】
開放セルフォーム又はフリットの孔のサイズは、約５〜２００ミクロンの間であり、１つの場合において、孔のサイズは、プラス又はマイナス５０％の変動を伴う３０ミクロンの公称孔サイズを有する材料及びプラス又はマイナス２０％の変動を伴う１００ミクロンの公称孔サイズを有する材料の群から選択される。
【０１０３】
流れ混合チャネルは、横断面を有し、シート形態のフォーム又はフリットの多孔性材料は、チャネルの長さの半分よりも実質的に多くに亘って横断面に厳密に適合し、一部の場合において、チャネルは、少なくとも約６０ｍｍの長さ及びそれぞれ約２ｍｍ及び０．６ｍｍのチャネル幅及び深さを有する、実質的に一定の横断面を有する。
【０１０４】
本開示の特徴及び機能の１つ又はそれよりも多くの実施の詳細は、付属の図面及び以下の記載中に示される。他の機能、目的、及び、利点は、本記載及び図面から並びに請求項から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】カセットの形態を示す象徴図である。
【図１ａ】カセットの形態を示す象徴図である。
【図１ｂ】カセットの形態を示す象徴図である。
【図２】図１のカセットの形態を実施するカセットの基部型を示す正面図である。
【図２Ａ】図２の拡大図である。
【図２Ｂ】狭い流動間隙、図１及び２の反応チャンバを概略的に示す斜視図であり、ベクトルは、前方動作及び後方動作の周期で起こる反応チャンバを通じる液体の前方（正）及び後方（負）の容積移動を示している。
【図２ａ】図１ａに示されるカセット形態の機能を実施するカセットを示す図２に類似する正面図である。
【図２Ａａ】図１ａに示されるカセット形態の機能を実施するカセットを示す図２Ａに類似する拡大図である。
【図３】図２のカセットの基部型を示す背面図である。
【図３ａ】図１ａに示されるカセット形態の機能を実施するカセットを示す図３に類似する背面図である。
【図４】図２のカセットの基部型を示す等角図である。
【図４ａ】図１ａに示されるカセット形態の機能を実施するカセットを示す図４に類似する等角図である。
【図５】図２のカセットの組立体を示す分解図である。
【図５ａ】図１ａに示されるカセット形態の機能を実施するカセットを示す図５に類似する分解図である。
【図６】ポリエチレンフリットセグメントを概略的に示す三次元図である。
【図６ａ】ポリエチレンフリットセグメントを概略的に示す三次元図である。
【図６Ａ】試薬チャンバ内のフォーム又はフリットのセグメントを概略的に示す分解図である。
【図６Ｂ】試薬チャンバ内のフォーム又はフリットのセグメントを概略的に示す組立図である。
【図６Ｃ】微孔性ニトロセルロースの構造を示すセルロースフォームを示す顕微鏡写真である。
【図６Ｄ】メラミンを示す顕微鏡写真である。
【図７】バッファ液パウチを示す分解三次元図である。
【図７Ａ】ピストンによって圧縮される前の動作位置における貯蔵バッファ液を含む完成パウチを示す断面図である。
【図７Ｂ】十分に穿刺されるようピストンによって部分的に圧縮されるパウチを示す断面図である。
【図７Ｃ】流体の正移動を示す断面図である。
【図７Ｄ】正移動ポンプとしての代替的な動作を例証するパウチを示す断面図である。
【図７Ｅ】吸引（負移動）ポンプとしての代替的な動作を例証するパウチを示す断面図である。
【図８】図２−５のカセットを利用する流動プロトコルにおけるステップを示すフロー図である。
【図８Ａ】図２−５のカセットを利用する流動プロトコルにおけるステップを示すフロー図である。
【図８Ｂ】図２−５のカセットを利用する流動プロトコルにおけるステップを示すフロー図である。
【図８Ｃ】図２−５のカセットを利用する流動プロトコルにおけるステップを示すフロー図である。
【図８Ｄ】図２−５のカセットを利用する流動プロトコルにおけるステップを示すフロー図である。
【図８Ｅ】図２−５のカセットを利用する流動プロトコルにおけるステップを示すフロー図である。
【図８Ｆ】図２−５のカセットを利用する流動プロトコルにおけるステップを示すフロー図である。
【図８Ｇ】図２−５のカセットを利用する流動プロトコルにおけるステップを示すフロー図である。
【図８Ｈ】図２−５のカセットを利用する流動プロトコルにおけるステップを示すフロー図である。
【図８Ｉ】管状形態におけるプロトコルの浄化（パージ）及び呼び水差し（プライム）順序を示すフロー図である。
【図８ａ】図２ａ−５ａのカセットを利用する流動プロトコルにおけるステップを示すフロー図である。
【図８Ａａ】図２ａ−５ａのカセットを利用する流動プロトコルにおけるステップを示すフロー図である。
【図８Ｂａ】図２ａ−５ａのカセットを利用する流動プロトコルにおけるステップを示すフロー図である。
【図８Ｃａ】図２ａ−５ａのカセットを利用する流動プロトコルにおけるステップを示すフロー図である。
【図８Ｄａ】図２ａ−５ａのカセットを利用する流動プロトコルにおけるステップを示すフロー図である。
【図８Ｅａ】図２ａ−５ａのカセットを利用する流動プロトコルにおけるステップを示すフロー図である。
【図８Ｆａ】図２ａ−５ａのカセットを利用する流動プロトコルにおけるステップを示すフロー図である。
【図８Ｇａ】図２ａ−５ａのカセットを利用する流動プロトコルにおけるステップを示すフロー図である。
【図８Ｈａ】図２’  −５’のカセットを利用する流動プロトコルにおけるステップを示すフロー図である。
【図８Ｉａ】図２ａ−５ａのカセットのための浄化及び呼び水差し順序を示すフロー図である。
【図９】反応チャンバに関する前方−後方−正味前進流プロトコルのステップを示すフロー図である。
【図９Ａ】反応チャンバに関する前方−後方−正味前進流プロトコルのステップを示すフロー図である。
【図９Ｂ】反応チャンバに関する前方−後方−正味前進流プロトコルのステップを示すフロー図である。
【図９Ｃ】反応チャンバに関する前方−後方−正味前進流プロトコルのステップを示すフロー図である。
【図１０】周期流、及び、表示される振幅によって、図２−５に従ったカセット内の廃棄物チャンバに投棄するための流体の正味前進を示すタイミング図である。
【図１０Ａ】周期流、及び、表示される振幅によって、図２−５に従ったカセット内の廃棄物チャンバに投棄するための流体の正味前進を示すタイミング図である。
【図１０Ａａ】図２ａ−５ａのカセットの準備のための様々な流れを定めるポンピングプロトコルを示す管状形態での並びにそれを利用する検定を実行することにおけるグラフである。
【図１１】図６の機能の効果を示す経験的結果を示すグラフである。
【図１２】読取り能力を組み込むシステム制御ユニットの等角図である。
【図１２Ａ】図２のカセットの面側を備えるユニットの界面を示す表面図である。
【図１２Ｂ】カセットのための機械的アクチュエータを示す制御ユニットの一部切欠き概略図である。
【図１２Ｃ】制御ユニット内の読取りシステムを示す類似の切欠き図である。
【発明を実施するための形態】
【０１０６】
様々な図面中の同等の記号は、同等の素子を表示している。
【０１０７】
拡散は、タンパク質のような分子を低レイノルズ数流体流で近接／結合させる支配的なプロセスである。ここに提示される技術は、共に、分子カップリングのプロセスを速め且つ製造コストを低減する数多くの技法を提供する。これらは、（ｉ）極めて大きい表面積対体積比をもたらすタンパク質がその上で脱水される疎水性の支持体、（ｉｉ）特定の流体容量内でのほぼ均質な特性及び捕捉表面の上で僅かな変更を伴う均質な流体の移動を達成するために脱水された分子を流動化（液化）する支持体を利用する技法、（ｉｉｉ）ポンプ本体として作用し且つ限定的な双方向流体輸送を許容する試薬貯槽のためのパウチ、（ｉｖ）試料容積が小さくあることを可能とし且つポンピングされる試薬容量の変化を補償する頑丈な設計を許容する試料及び試薬のための別個のカスケード状の気泡トラップ、（ｖ）流通検定における周期的正味前方前進を伴う前方流及び後方流を含む、スポット対スポットの一貫性を達成するために供給チャネル及び流通反応チャンバ内での混合を向上する技法、及び、（ｖｉ）無秩序混合技法を利用する混合チャネルを含む。
【０１０８】
新規な機能は、好ましくは、少なくとも限定的な弾性回復を備える転動膜作用と共に動作可能な、可逆ポンプ（３又は１２）によって作り出される廃棄物閉込部（１９）への正味流れ前進を伴う狭い間隙（Ｇ）内の前後の液体混合のために構成される流れ検定反応チャンバ（６）を有するカセットを達成するために、新規な方法で協働し、転動膜作用は、反応チャンバ（６）に達する前に調整経路（４Ａ、８、８’、９、１４、１５、１５’）を通じて試料又はバッファ液を前進し、ポンプは、正確な流れ制御、液体調整、例えば、流れ分割材料（１４ａ、１５Ａ、１５Ａ、例えば、開放セルフォーム又はフリット）の内表面からの乾燥試薬の液化、加熱（４Ａ）、及び、気泡除去（８，８’，９）、並びに、流通反応チャンバ（６）内で混合を達成しながらの試薬の補充をもたらし、バッファ液のポンピングの場合には、好ましくは、より低い粘性のバッファ液は、より高い粘性の試薬液を推進するよう配置され、流れ分割貯槽材料は、試薬の濃度を維持し、バッファ液を含むカセット上のブリスタパック（１１）は、正味流れ前進を伴う正確な前方流及び後方流をもたらす点で可逆ポンプ（１２）として作用し、カセット上のカスケード状気泡トラップ（８，９）は、システムを、カセット呼び水差し（プライミング）中の小さなポンピング誤差に耐えさせる。
【０１０９】
乾燥試薬の貯蔵
試料調整剤を含む溶液（並びに他の検定試薬）内のタンパク質は、それらの生物学的特性を維持するために、疎水性表面上での単純な蒸発、吹付け乾燥又は凍結乾燥プロセスによって貯蔵のために一般的に乾燥される。タンパク質（又は他の試薬）は、それらの活動を回復するために、後の流動化によって還元され得る。材料が薄層として水和流体に提示されるとき、水和プロセスは加速される。
【０１１０】
ポリカーボネート又はＣＯＣのようなカセットのための最も射出成形可能なプラスチックは疎水性であるので、壁を親水性にするために、カセットのタンパク質貯蔵チャンバを「犠牲的」タンパク質の層で塗工するのが通例である。
【０１１１】
本発明の場合には、溶液中のタンパク質は、好ましくは、多孔性部材１４Ａ及び１５Ａ、図５及び６−６Ｄ、１５Ａａ、図５ａ及び６ａ、好ましくは、開放セル親水性フォーム又はフリット内に吸収される。実例は、親水性ポリエチレン、例えば、Ｐｏｒｅｘからの番号４８９７又は４８９８、ＢＡＳＦからの「Ｂａｓｏｔｅｃｔ」のようなメラミンフォーム、及び、親水性ポリウレタンである。材料はタンパク質を支持するよう選択されるが、タンパク質が解放可能な状態であるよう、最小捕捉特性を示す。ＢＳＡ（動物血清）のようなタンパク質付着を減少する或いは結合剤（例えば、Ｔｗｅｅｎ、Ｔｒｉｔｏｎ、又は、Ｂｒｉｊ）又はポリエチレングリコールと干渉するブロッカー材料で処理されない限り、ニトロセルロース膜は、望ましくない選択肢である。同様に処理されない限り、ポリスチレンも同様に望ましくない。
【０１１２】
フォーム又はフリットは、チャネル１４、１５、又は、１５ａと厳密に適合するような形状とされ、フォーム又はフリットは、チャネル内に挿入されることが意図され、且つ、正しい量の試薬、例えば、抗体の混合物又はタグ試薬を含有する液体で充填される。それは、好ましくは、網羅的に表面上に分配され且つ適切なチャネル内への後の据付のために貯蔵される乾燥試薬を用いて、空気乾燥される。この技法は、カセットの経済的で簡単な組立て、例えば、自動組立てを許容する。有利に、貯蔵チャネル１４、１５は、一定の横断面を有する直線、又は、少なくとも一定の深さのチャネル１５’であり、充填材料は、チャネルの寸法と厳密に整合する長さ及び幅に正確に切断された、貯蔵チャネルの深さに対応する厚さのシート形態で提供される。
【０１１３】
多孔性材料を塗工する試薬分子は、チャンバ内の空気閉込めを効率的に防止する検定プロセスの液化段階の間にチャンバに進入する再水和バッファに親水性表面を提示する。
【０１１４】
５０又は１００ミクロン孔サイズのＰｏｒｅｘ４８９８及び４８９７のような精密な孔のフォーム又はフリットは、素子を保持するチャネルの壁の有効表面と比べ、１０又は２０の因数だけ、タンパク質塗工のために利用可能な自由表面を増大させる。より小さい孔を備えるフォーム又はメラミンのような繊維質（開放セル）フォームは、米国特許第６，６１７，０１４号に明示されるように、より大きな表面積対体積比を提供する。結果的に、分子蓄積の厚さは、比例的に減少し、流動化は、同様に促進され且つ加速される。
【０１１５】
フォーム又はフリットインサートが水和されるとき、容積内で流動化されるタンパク質分子はその中で拡散し、均質な濃度に達する傾向を有する。達成されるべき一定の条件のための水和に続き、全体的な検定の遅れなしに、例えば、検体が反応チャンバを通じて流される期間中、検定に十分な時間があり得る。しかしながら、保持チャンバ内で流れ撹拌を用いて、流動化及び均質状態に達することの双方を加速し且つ増強し得る。均質化を促進するために、流動化試薬を受け取るよう、チャンバが、フォーム又はフリットインサートの両端部に、１又は２マイクロリットル容積のような小さい開放プレナム（図４、４、６Ａ、及び、６Ｂ）を有するのが有利である。その場合には、流体の前方及び後方運動（撹拌）は、バッファポンプ機構によって駆動される。新規な技法は、この機能を達成する。試薬の均質な濃度を生み出すために、それは検知試薬及びタグ試薬貯蔵チャンバの両方にとって活性であり得る。この技法では、混合プロセスを強化するために、非対称的な方法で流体を推進することが有利である。前方容積流速は、好ましくは、例えば、戻り流速の前方容積流速の２倍である。
【０１１６】
ここにおいて更に述べられるように、貯蔵チャネル内での前方及び後方動作の新規な適合は、各周期中の流体の実質的な正味流体前進によって特徴付けられる。このようにして、貯蔵チャンバ及びそこから通じる通路内で混合を達成し得るのみならず、反応チャンバ内で試薬の濃度を高く維持する進行性補充と組み合わされた反応チャンバ内でも混合が起こり得る。
【０１１７】
低レイノルズ数の流れでの無秩序な混合のための混合チャネル
開放セルフォーム又はフリット内で起こるとき、流路（流れ経路）が互いに交錯し且つ開放する場合、混合は材料を通じる流れによって強化される。よって、１未満のレイノルズ数に限定される流れを有する検定カセットでは、混合流チャネルは、一般的な方向に延び、試薬を供給するために反応チャンバに接続され、チャネルは、実質的な長さに亘って、異なる交錯する流路に沿ってチャネル内を流れる流体を多数の比較的小さな長さに分割させるよう選択される開放セルフォーム又はフリットの三次元質量で充填され（図６−６Ｄ及び６を参照）、経路は、流れチャネルの方向における流れ成分に沿うチャネルの一般的な方向に対して横方向の流れ成分を有し、個々の流路は、互いに対して方向が異なり、液体が開放セルフォーム又はフリット材料に流入し且つ開放セルフォーム又はフリット材料を通じて流れた直後に、実質的に無秩序な混合効果をもたらすのに有効なよう交換するよう開放し、チャネルの出力は、このように混合される液体の流れを反応チャンバに供給するよう配置される。望ましくは、初期充填されるときの空気の圧搾を保証するために、フォーム又はフリットの表面は親水性である。混合チャネルが貯蔵チャネル（前出の「乾燥試薬の貯蔵」の記載を参照）としても利用される重要な場合、脱水された生物学的薬剤が、フォーム又はフリットを通じる液体の流れによって水和されるよう露出された多孔性表面の上に支持される。重要な場合には、チャネルは、フォーム又はフリット材料から出る試薬の粘度よりも実質的に少ない粘度のバッファ液の流れを受け入れるよう接続される。
【０１１８】
開放セルフォーム又はフリット材料の孔のサイズは、好ましくは、約５〜２００ミクロンの間であり、ある場合には、孔のサイズは、プラス又はマイナス５０％の変動を伴う３０ミクロンの公称孔サイズを有する材料及びプラス又はマイナス２０％の変動を伴う１００ミクロンの公称孔サイズを有する材料を含む材料の群から選択される。
【０１１９】
有用な混合流チャネルは、矩形の横断面を有し、多孔性材料のシート形態フォーム又はフリットが、混合チャネルの長さの半分よりも実質的に大きい長さに亘って横断面に厳密に適合し、一部の場合には、チャネルは、少なくとも約６０ｍｍの長さ並びにそれぞれ約２ｍｍ及び０．６ｍｍのチャネル幅及び深さの実質的に一定の横断面を有する。
【０１２０】
栓流
貯蔵チャンバ内に保持されるフォーム又はフリット内の試薬（水和生体分子）は、比較的低い粘性のバッファ液の流れによって反応チャンバに向かって外向きに推進される。フォーム又はフリットは、微小毛管のファゴットに類似した方法で動作し、流動化タンパク質が放物線流を示さない「栓（プラグ）」輸送流プロファイルを引き起こし、もし試薬貯蔵チャンバがフォーム又はフリットによって示されていないならば起こる壁でのゼロ分子流を伴うことが分かった。毛管を通じる流れの栓状特性は、Ｇ．Ｉ．Ｔａｙｌｏｒ（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｏｌｕｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ  ｉｎ  Ｓｏｌｖｅｎｔ  Ｆｌｏｗｉｎｇ  Ｓｌｏｗｌｙ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ａ  ｔｕｂｅ；  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｒｏｙａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｌｏｎｄｏｎ，Ｓｅｒｉｅｓ  Ａ，  Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，  Ｖｏｌ．２１９，Ｎｏ．１３３７，Ａｕｇ  ２５，  １９５３，ｐｐ１８６−２０３）によって分析された。
【０１２１】
我々は、記載されたばかりの多孔性材料、例えば、試薬貯蔵チャネルを充填する開放セルフォーム又はフリットセグメント１４Ａ又は１５Ａ、図５及び６−６Ｃが類似の効果を有し、チャネルを通じる栓流を作り出す、即ち、より低い粘性のバッファ液がより高い粘性の試薬を通じて突き進むことを防止する（即ち、「湾岸流」効果を防止する）ことを認識した。
【０１２２】
我々はこれを経験的に実証した。例えば、開放チャネルと共に作り出される下方の２つの曲線との比較で、図１１のグラフ中の２つの上方の曲線を見よ。上述された構造及び流れプロトコルは、近均質タンパク質濃度で貯蔵チャンバ内の流動化容積の送出しを許容し、図１１に示されるような急落下濃度尾部を備える。
【０１２３】
これらの機能を用いてサンドウィッチ検定を行うよう設計されるカセットが、一定の濃度での事前混合抗体カクテルの「究極の判断基準」の注射器ポンプと緊密に近似する上述の方法で検知試薬（例えば、抗体）を貯蔵し且つ送り出すことが分かった。我々は、代替的な構造において、押出しによって製造される実質的に平行な組の管を含む材料が、乾燥試薬のための貯蔵表面を提供するために使用され得るし、組立体内へのバッファ液の方向によって栓流を作り出すために同様に使用され、排液は反応チャンバに進み得る。
【０１２４】
廃棄物への正味前進を伴う流通反応チャンバ内の前後混合
反応チャンバ内の捕捉表面での均一な分子カップリングは、残余のプロセスに拘わらず、前後液体動作によって促進され（図９−９Ｃ）、全体的には、流通プロセス、補充液体は反応チャンバを通じて廃棄物受け部に進行する。
【０１２５】
この目的のために、反応チャンバ６は、安全限界を備える、意図される逆流の一部、例えば、約４マイクロリットルのみを保持するような大きさとされるその出口領域で、排出通路又は出口ビア５０を用いて構築されるので、空気は反応チャンバに決して進入しないが、ダンプチャンバ１９内への余分な流体は、重力流によって空であり、反応チャンバに決して再進入しない。出口ビアは、流体が吸引されるときに空気が反応チャンバに進入することを防止する小さい区画を有する。
【０１２６】
双方向流パウチ
本開示の他の特徴は、前後流を作り出すのに有用な双方向流体流ポンプ膜／試薬−パウチ−容器（図７−７Ｅ）である。パウチは、（Ｈｕｅｃｋ  Ｆｏｉｌｓからの「Ｂｌｉｓｔｅｒ  Ｆｏｉｌ」ＣＦ５０１ＣＳＭ又はＡｌｃａｎからのＦｏｒｍｐａｃｋ  Ｃ４００５６５のような）カップで構成され、ＣＰ３Ａ  Ｈｅａｔ  Ｓｅａｌ３で０．００１の厚さに塗工された１００シリーズ０アルミニウムのようなＡｌｌ−Ｆｏｉｌからの互換性のある箔で蓋が付けられる。パッケージは、試薬で充填され、完全な閉塞の前に空気はない。
【０１２７】
ブリスタ箔内のアルミニウムは、成形を許容するよう柔らかい。しかしながら、ブリスタが形成されるとき、それは加工硬化される。これは望ましいレベルの弾性をブリスタカップに付与し、それは恒久的に変形するパウチの十分な範囲内の弾性回復によってシステムの限定的な吸引を許容することが分かった。
【０１２８】
本開示のバッファパウチ１１は、カップ１１Ａと蓋１１Ｂとから成る。動作中、カップの背部は、外部ピストンＰによって圧迫され、（検体液ポンプ３として利用し得る）Ｓｈｅｂｏｙｇａｎ，ＷＩ  ５３０８１のＴｈｏｍａｓからのＭｅｄｅｌ１１０１小型コンプレッサのような従来的なポンプの転動膜に幾分類似する方法で変形する。即ち、パウチは（限定的な）弾性回復を伴う転動膜型作用で動作可能である。
【０１２９】
ステップモータネジ組立体によって駆動される外部ピストンＰは、パウチのカップ１１Ａの背部を変形し、軟アルミニウム蓋１１Ｂをピン（突き錐）の上に押し付け、ピンは、軟アルミニウム蓋を穿刺し、流体をダクトシステムに解放し、様々なチャンバに導く。蓋は、好ましくは、平坦であり、その整合する平坦な台座（アンビル）表面と合致し、如何なる残留空気をも押し出す。整合する平坦な表面は、その中心領域において、勾配部（ディクリビティ）を保持し、鋭いピラミッド形状のピンが勾配部から突出し、液体流を容易化するために、ある区域を欠く。軟アルミニウム蓋は、最終的には変形し、それ自体を穿刺し、ステップモータ信号によって制御された方法で、その内容物を解放する。
【０１３０】
カップは、恒久的な変形に対する最小の抵抗をもたらすが、ステップモータが逆転されてピストンが後退されるときに、流体が吸引されて戻る十分な弾性ももたらすような形状とされ、組み合わされた作用は、関連する弁によって制御されるような選択的なダクト及びチャンバ内の前方及び後方の流体流を可能にする。
【０１３１】
気泡トラップカスケード
全ての他の機能を行う試料及び流体のための別個の気泡トラップを組み込むこと、及び、前述のように（図８−８Ｈ及び８−８Ｈａを参照）、閉じ込められた空気を捕捉する方法でカスケード状にそれらを接続することは、所要の試料サイズを最小限化するという利点を提供する（試料気泡トラップは比較的極めて小さい）。これは、例えば、ブリスタパックによって形成される比較的未加工で安価なポンピングシステムの所定誤差範囲内で、流体流変動に耐える頑丈な構造を提供し、誤差範囲は、一組の試験によって決定可能である。空気浄化及び試料処理は、試料処理前に浄化されない少量の空気を試料気泡トラップ内に捕捉し得るように進められる。この構成によって提供される誤差許容度は、簡単で比較的安価なポンプ構成の使用を可能にすると同時に、高精度の液体流を依然として達成する。
【０１３２】
流れ検定
本開示は、具体的には、定量検定と比較して、連続的な流れ（又は「流通」）検定に適用可能であり、特にタンパク質流検定に適用可能である。進行的に補充する流通検定（図９−９Ｃ及び１０）が特に有利であり、そこでは、検体は、反応チャンバ内でより高い濃度及び改良された拡散をもたらし、結果的に、より良好な検知プロセスをもたらすので、検体は極めて低濃度の関心分子を保持する。
【０１３３】
カップリング結合−タンパク質検定のレベルは、捕捉試料及び検体の両方の分子密度と比例することが知られている。定量検定では、検体分子は捕捉分子に結合するので、流体中の検体濃度は、消耗によって減少され、従って、結合分子の数、究極的には、信号対雑音比を制限する。流通検定の利益は、進行的に非消耗の検体流体を提供し、従って、関心のタンパク質の見掛け分子密度、結果的に、検定の効率を増大することによって、消耗効果を救済することである。
【０１３４】
（現時点における好適実施態様）
好適実施態様は、「ＡＳＳＡＹＳ  ＢＡＳＥＤ  ＯＮ  ＬＩＱＵＩＤ  ＦＬＯＷ  ＯＶＥＲ  ＡＲＲＡＹＳ」と題する我々の特許出願、即ち、ＵＳ２００６／０２７５８５２Ａ１公報及びＷＯ２００６／１３２６６６Ａ１公報に記載されたカセット内で検定を行うための効果的なシステムに対する改良を表しており、本出願中の同等の機能の構造及び動作並びにそこに述べられる変形に関して、それらの全体が参照としてここに組み込まれる。
【０１３５】
流通カセットの既知の機能
図１、１ａ、１ｂに例証される種類の流通カセットは、ここで後に議論される新規な流路及び気泡除去構成に加えて、特許出願ＵＳ２００６／０２７５８５２Ａ１及びＷＯ２００６／１３２６６６Ａ１中に開示された既知の機能を使用する。図１、１ａ、１ｂの以下の機能は、それらの先行する特許出願から既知である。
【０１３６】
流通カセットは、検定のための全ての液体及び試薬をカセットの内部に閉じ込める。
【０１３７】
検体、例えば、関心の抗体を運搬する血清又は血漿を含む液体試料が、隔壁１を通じてカセット内の試料貯槽２内に導入される。試料貯槽２と関連付けられる移動ポンプ３が試料液体を流動させる。それは選択的な検定のために必要に応じて液体を調整する経路を通じて流れ、次に、調整試料液体を捕捉試薬に晒す順次的に補充される流れで狭間隙反応チャンバ６を通じ、次に、隔離のために廃棄物貯槽１９に至る。捕捉試薬は、捕捉試薬のアレイ、例えば、平坦な捕捉表面上のスポットタンパク質の二次元アレイであり得る。
【０１３８】
バッファ液がカセット内のパウチ内に貯蔵される。ポンプ１２が、バッファ液を（液体がその中で必要に応じて検定に調整される）経路に通し、次に、調整液を捕捉試薬に晒すために、順次的に補充される流れで狭間隙反応チャンバに通し、次に、廃棄物貯槽に至る。１つの場合には、バッファ液は、洗浄液として作用するために、反応チャンバ６に到達する前に液体を調整するために気泡除去システムを通される。他の場合には、水和及び運搬液として作用するバッファ液は、それらのチャンバ内で試薬を液化するためにチャンバ１４及び１５内に押し込まれ、反応チャンバ６に到達する前に液体を更に調整するために気泡除去システムに通される。免疫学的検定のために、乾式検知抗体試薬がチャンバ１４内に提供され、乾式蛍光タグ試薬がチャンバ１５内に提供される。
【０１３９】
反応チャンバ６に達する前の液体の調整も熱交換器４によってもたらされ、熱交換器は、破線４Ａ及び７によって輪郭付けられる領域内の検定の液体を加熱し得る。４Ａで、熱交換器は、液体をほぼ検定温度、例えば、生理学的温度である３７℃まで至らせ、７で、反応チャンバ内でその温度を維持し得る。
【０１４０】
気泡トラップの形態の気泡除去システムは、浮力原理に基づき動作する。
【０１４１】
検定カセットの通路内の流れは、外部駆動ポンプ及び外部駆動停止弁によって生み出される。ポンピングの期間を制御するための光センサが、それぞれの通路内の液体−空気界面の到達を感知する。他の場合には、ポンピングの期間は、制御ユニットによって実施される検定プロトコルに従って測られる。制御ユニットは、例えば、機械読取り可能な媒体上に記憶される、例えば、コンピュータのメモリ内に記憶される指令（プロトコル）に応答するポンプ及び弁コントローラを含み得る。
【０１４２】
反応チャンバ６を通じた流れの後、使用済み液体は、反応チャンバに戻るのを防止するために閉じ込められる。例えば、図１、１ａ、及び、１ｂを参照すると、我々の従来既知のカセットの平面ＰＬは、使用中に水平に対して相当な角度に向けられている。ポンプは、反応チャンバ６を通じる液体の上向き動作を作り出し、その反応チャンバ６から廃棄物貯槽１９への流れは重力流によって起こる。廃棄物チャンバは、疎水通気孔によって通気される。検定の開始前の廃棄物貯槽への上向きの液体流は、廃棄物貯槽及び通気孔を介して通路から空気を放出し、検定中、廃棄液体が蓄積するとき、更なる空気は廃棄物貯槽から通気孔２０を通過する。
【０１４３】
図１、１ａ、及び、１ｂに示されるようなカセットと外部装置との間の機能的関係は、同様に既知である。
【０１４４】
図１２−１２Ｃは、図１、１ａ、及び、１ｂ中に示される外部機能のための全ての素子を組み込む従来システムにおいて使用されるシステム制御ユニット６０を示している。
【０１４５】
制御ユニット６０は、システムディスプレイ６３と、平面カセットの受け部６６とを含み、受け部６６は、水平に対して相当な角度、ここでは、６０°でカセットを配置する。カセットは、ヒータ１０１を支持するドア６２によって所定位置に掛止される。図１２Ｂを参照すると、２つのステップモータ直線アクチュエータ７０（図面中には１つが示されている）が、大きな精度でポンプのプランジャ（ピストン）をそれぞれ駆動する。３つの直線移動弁アクチュエータ（弁システム）７１（図面中には１つが示されている）が、活性停止弁をそれぞれ駆動する。システムディスプレイ６３によって、或いは、関連するコンピュータのモニタによって、検定の進行、性能、及び、結果を観察し且つ監視し得る。コンピュータは、プロトコル指令を記憶し且つ読み取り、ポンプ及び弁アクチュエータを制御し、且つ、検定測定値を記録することもできる。制御ユニット６０内に含まれる顕微鏡が、刺激放射線をカセットの透明窓を通じて反応チャンバ内の捕捉表面上の標識付き複合体に向け得る。窓を介して、顕微鏡は、複合体の励起標識によって作り出される蛍光を受け取り且つ測定する。反応が完了し、全ての測定値が採られた後、カセットを制御ユニット６０から取り外し、廃棄し得る。
【０１４６】
新規機能の実施例
図１、１ａ、及び、１ｂのカセット形態は、図１ａでは標識試薬通路が気泡除去システムを迂回する点を除き同じである。これらの２つのカセット形態の実施は、図２−５及び２ａ−５ａ中にそれぞれ示されている。それらの機能は、より高度に一貫性のある定量検定結果が低存在量で得られることを可能にすると同時に、高価な検知試薬の効率的な使用及びより少ない部品を必要とする簡単な組立てによってカセットの有意な費用削減を可能にするよう協働する。
【０１４７】
具体的には、これらの実施例は、流通反応チャンバ６内の前後混合を例証し、遠隔に配置されるポンプ（３及び１２、図２及び２ａ）によって作り出される廃棄物閉込部への液体の正味流れ前進を伴い、ポンプは、反応チャンバ６及び廃棄物貯槽１９に達する前に調整するために通路を通じて液体を前進させる。よって、単一ポンプシステムが、正確な液体流制御、液化、混合、加熱、及び、気泡除去のような液体調整、並びに、流通反応チャンバ内の混合を達成しながらの試薬の補充を組み合わせる。この流れは、高い運動力学的な反応速度を維持し、短期間に、比較的低コストで、簡単なカセット内で、高度に一貫性のある定量検定をもたらす。
【０１４８】
図５、５ａ、及び、５ｂの分解図を参照すると、成形カセット本体が、流路を定める。成形本体のそれぞれの空洞内への挿入のための予成形装置は、（１）試薬積載材料１４Ａ、１５Ａ、及び、１５Ａ’（図６、６ａ、及び６Ａ）の精密に成形された流れ分割セグメント、（２）バッファ液ポンピングのためのポンプ本体として作用するバッファ液含有ブリスタパックパウチ１１（図７−７Ｄ）、（３）転動弾性膜ポンプ部材３を含む。
【０１４９】
（１）液体がセグメントの材料を通じて流れるように閉じ込められるよう、流れ分割材料のセグメント１４Ａ、１５Ａ、及び、１５Ａａは、カセット本体内のチャネル１４Ａ、１５、及び、１５’内に厳密に適合する。この目的のために、チャネルは、好ましくは、利用可能なシート形態フォーム又は上記に特定されたようなフリット材料の厚さと整合する一定の深さで成形され、チャネルの縁壁及びセグメントの縁壁は、加工の容易性のために四角である。厳密に適合する条件は、流れ分割材料の周りの液体の迂回流を防止する。それは、例えば、圧力嵌め関係、又は、チャネル壁と材料の壁との間の隙間が、ほぼ材料を通じる通路の大きさ、例えば、多孔性材料のサイズ孔の大きさとされる関係によって達成され得る。
【０１５０】
シートは、成形チャネルのプロファイルと厳密に整合するよう、適切な形状の型によって切断される。セグメント１４Ａ及び１５Ａ及び整合する成形チャネルは直線であり、好ましくは、セグメントの最大横方向断面の少なくとも１０倍の流れ方向における長さの直線である。図５ａに見られるように、カセットによってもたらされるフットプリントを効率的に利用するために、より複雑な形状、例えば、図５ａのセグメント１５Ａ’の平面図（プロファイル）における湾曲「バナナ」形状のインサートが利用され、それはカセットの隅領域に効率的に適合する。そのような特別な形状を用いるときでさえ、流れ分割材料セグメントは、好ましくは、流れ分割材料セグメントが切断されるシートの厚さによって決定される一定の厚さを有し、直角切断周縁表面を有し、チャネル及びセグメントは、流れの方向に実質的な長さを有する。
【０１５１】
シートから切断された後、セグメント１４、１５、及び、１５’は、正確に測定された量の試薬、例えば、抗体の混合物又はタグ（標識）試薬を含有する液体が積載され、セグメントの本体を通じて内部通路表面上に分配される薄層をもたらすよう乾燥される。次に、試薬は、それらのそれぞれのチャネル内への後の導入のために貯蔵される。
【０１５２】
（２）図５，５ａ及び図７−７Ｅのパウチ１１は、カセット内への挿入のためのバッファ液の事前充填容器として作用することの他に、新規な方法で、（極めて限定的ではあるが）弾性回復を伴う転動膜型作用で動作可能な双方向液体流ポンプの本体を形成する。「パウチ−ポンプ」は、液体を（１）試薬を水和し且つ混合するために流れ分割雪面と１４Ａ、１５Ａ、及び、１５Ａ内に進め、（２）カセットに呼び水を差すためにカセット通路及び気泡トラップ８を通じて進め、（３）反応及び洗浄のための試薬及び洗浄液を進行的に移動するために狭い流動間隙（Ｇ）反応チャンバ６を通じて進め、（４）故に、廃棄物閉込部に進め、貯蔵チャンバ１９を有する。
【０１５３】
試薬で充填され且つその閉塞前に空気のないパウチは、事前製造され且つ貯蔵され、カセットの組立体のために利用可能である。組立て位置において、パウチの蓋１１Ｂは、バッファ空洞の底部で穿孔ピン又は突き錐３０と対抗して設定される。カセットに呼び水を差すために、カップ又はブリスタ１１Ａの背部は、外部ピストンＰによって押し付けられる。軟材料のパウチ蓋、よって、ポンプアクチュエータＰによる穿孔突き錐に対する推力は、バッファ液を解放するために穿刺される。液体は、ポンプの直線アクチュエータによるパウチの制御された変形に従って、収集ガター４６及び供給通路２１によってもたらされる閉込空間内に流入する。図７Ｂ及び７Ｄ。バッファ通路内の流速及び液体が流れる時間は、制御ユニット６０によって制御されるピストンＰの動作の速度及び期間に直接的に依存する。パウチ１１のカップ１１Ａの底部が押圧されると、その材料の側壁は、カップの底部と連続的な領域において変形し、転動し且つ折り重なりがちであり、高さが進行的に短くされる。
【０１５４】
カセットのプライミング（呼び水入れ）順序の初期変形中、パウチの底部は、アクチュエータによって内向きに僅かに変形されるだけである。この範囲で、そのような信頼できる直線ポンピング応答を有するために、それは許容可能な流速精度で通路の充填を可能にすることが分かった。パウチの容積の約５％に対応する約０．０１２インチの変形が、プライミング順序のために十分である。検定の更なる段階において、高度に一貫性のある結果をカセット毎に得ることを可能にするのにパウチ−ポンプの精度は十分であることが分かった。
【０１５５】
後向きポンピングに関して、前述されたような戻り力を提供するために、（範囲において限定的ではあるが）恒久的に変形したバッファパウチの弾性回復特性が利用される。
【０１５６】
パウチの背部の限定的な後方移動は、直線アクチュエータの制御された後方移動によって精密に制御され、パウチは、ポンププロトコルに従って、直線アクチュエータを弾性的に圧迫する。これはバッファに基づく液体の十分な逆流をもたらし、正味前方流の故に並びに読取りのためにチャンバが最終的に空にされることの故に、廃棄物貯槽１９に進む使用済み液体を用いた混合、反応、及び、洗浄の均一性を促進するために、試薬チャンバ内及び流動間隙反応チャンバ内での前後の混合を可能にする。
【０１５７】
（３）購買品目として入手可能な図５及び５ａの転動弾性膜ポンプ部材３は、対応する寸法の成形空洞内へ挿入される大きさとされる。それは、試料液体が廃棄物貯槽１９に進むとき、流動間隙反応チャンバ６内に混合作用を同様に作り出すためのその直線アクチュエータの制御された動作に応答して、試料液体の前方流及び逆流をもたらすよう配置される。適切な転動膜ポンプは、Ｓｈｅｂｏｙｇａｎ，ＷＩ  ５３０８１のＴｈｏｍａｓから出ているＭｅｄｅｌ１１０１小型コンプレッサである。
【０１５８】
パウチ−ポンプ１２及びポンプ３（及び弁１６、１７、１８）はそれぞれのアクチュエータの端部による圧力係合のみを必要とし、それは如何なる複雑な装置又は作用の必要をも回避することに留意のこと。パウチ−ポンプ及び真正の転動膜ポンプの残留弾力の故に、各ポンプの背部は、後方へのアクチュエータの動作の間でさえ、そのアクチュエータとの接触を維持する。従って、運動の損失はなく、流れ状態は、アクチュエータの制御された前方、後方、一時休止、及び、停止運動状態に厳密に基づく。
【０１５９】
図５及び５ａを更に参照し、図２Ｇを参照すると、従来既知のカセットと同様に、それぞれの空洞内への挿入のためにバイオチップ６Ａが提供され、狭い流動間隙（Ｇ）反応チャンバ６の一方の側に捕捉表面（ＣＳ）を定める。バイオチップは、固形ニトロセルロースの超薄膜を支持するガラスの平面的な矩形のセグメントであり得る。超薄膜の上には、捕捉薬剤、例えば、横方向に延びる複製スポットの列を備える、捕捉薬剤の丸いスポットＳの二次元配列が配置される（図２Ｂ）。（他の実施例では、捕捉薬剤は他の方法で提示され得る。）捕捉表面から薬１００ミクロンの均一な間隔で平行に配置される読取り窓６Ｂ、例えば、透明ガラスの平面セグメントが、流通反応チャンバ６として作用する捕捉表面の上に狭い流動間隙Ｇを定める。（他の実施例では、流動間隙寸法Ｇは、約５０〜３００ミクロンに及び得る。）例えば流動寸法において１２ｍｍ並びに横方向において４又は８ｍｍの寸法のチャンバの中央に配置される流動間隙の領域が、制御ユニット６０の顕微鏡によって撮像されるよう配置される。
【０１６０】
更に、組立体のそれぞれは、図５及び５ａ、従来既知のカセットと同様に、バーコード標識を受け取るよう構成されるカバー、両面接着テープ、ラテックスシートのセグメント（その一部は停止弁１６、１７、及び、１８のための弁膜として作用する）、通路内の液体−気体界面の到達を検知する光感知ステーション５及び１３の底部表面のための反射器テープ鏡１１Ａ及び１１Ｂ、液体試料を受け取るための隔壁部材１及びその保持クリップ、廃棄物システムのための通気孔プラグ（栓）２０、及び、カセット本体の背部のためのテープカバーを有する。
【０１６１】
図２、２Ａ及び２ａ、２Ａａ中に最も明瞭に見られるように、新規なカスケード配置では、試料及びバッファに基づく流体のそれぞれのために、別個の気泡トラップ９，８が提供される。気泡トラップは、新規なカスケード様式で接続される。バッファに基づく液体のためのトラップ８からの排出流はトラップ９に進む。これは、前述のように、カセットの初期充填中にトラップ８を越えて捕捉される空気の除去を可能にする。これは低コストのブリスタパックポンプ構成の使用及びその移動誤差の程度を可能にする流体流の変動に耐える頑丈な構造をもたらす。
【０１６２】
図１のカセットの形態及び図２及び２Ａの実施例に関して、全てのバッファに基づく液体は、図１のカセット形態及び図２ａ及び２Ａａの実施例の気泡除去システムを通過するが、標識試薬は気泡除去システムを全体的に迂回し、よって、ここで後述されるような検出薬剤の如何なる残留分子をも伴う気泡トラップ内での反応の如何なる可能性をも回避する。
【０１６３】
その他の点では図１ａと類似する図１ｂのカセット形態では、標識試薬から気泡を除去するために、第三の気泡除去システムが提供される。
【０１６４】
図１―５の実施例の構造及び動作
１．隔壁１は入口として提供され、検体含有液は入口を通じてカセットに導入される。
２．よって、検体は保持チャンバ２（試料貯槽）に進入する。
３．保持ポンプにある検体ポンプ３は、回転ステップモータによって駆動され且つ前方及び後方の双方のポンピングを行い得る、外部直線アクチュエータ又は処理ステーションのピストンによって押圧されるよう配置される転動膜移動ポンプである。
４．検体熱交換器４は、温度制御領域４Ａ及び７を加熱する。領域４Ａは、検体、検出液及びタグ試薬液を含む。
５．検体光センサ５がポンプによって反応チャンバに向かって前進させられるとき、検体光センサ５は検体の存在を検出する。
６．反応チャンバ６又は「ＲＣ」において、検体分子は、ニトロセルローススライド又は「バイオチップ」捕捉表面上の捕捉薬剤の事前堆積スポットの配列によって低レイノルズ数の流れから捕捉される。検体捕捉に続いて、チャンバは洗浄され、次に、検知試薬は、更なる低レイノルズ数の流れから捕捉される。そして、次に、洗浄後、窓を通じた刺激蛍光の読取りのために、チャンバは空にされる。
バイオチップは、ニトロセルロース塗装ガラスであり、堆積された二次元配列の捕捉試薬のスポット、例えば、各所与の捕捉試薬の４〜６の複製スポットを支持し、各組の複製スポットは、反応チャンバを通じる流れ方向に対して横方向に別個の例に配置される。バイオチップは、光透過カバー又は窓（ガラススライドカバーの非蛍光平面区域）から１００ミクロン流動間隙によって分離され、１００ミクロンの流動深さを伴う幅約４ｍｍ及び長さ１２ｍｍの低プロファイルを備える反応チャンバを形成する。入口通路４８及び出口通路５０が、反応チャンバ６の両側に配置される。
７．熱交換器区域７は、反応チャンバ内の全ての流体を３７℃に加熱し且つ維持する。
８．上流気泡トラップ（ＢＴ）８は、３７℃に加熱されるバッファに基づく試薬液及びそれに先行して通路内に捕捉される空気のスラグから脱ガスされる気泡を除去する。
９．下流気泡トラップ（ＢＴ）９は、３７℃に加熱される検体液並びに隣接する上流試薬チャネル内に捕捉される空気スラグから脱ガスされる気泡を除去する。
１０．バッファ空洞又はチャンバ１０は、検知試薬及びタグ試薬の両方を液化するために利用されるバッファ液を保持し、並びに、気泡トラップ８及び洗浄液の充填をもたらす。
１１．空洞１０内に挿入されるバッファパウチ１１は、検知試薬及びタグ試薬及び洗浄液を形成するために使用されるべきバッファ液を貯蔵し且つ漏れ及び損失から守る。
１２．バッファポンプ１２は、バッファパウチ１１及びそれに対して作用する外部ピストンによって形成される（図７−７Ｅ）。ピストンＰの前後運動は、回転ステップモータによって駆動される外部直線アクチュエータによって制御される（図１２Ｂ）。ピストンの前進はバッファパウチを穿孔し、バッファ液、それによって、試薬を推進する（それ故に、それは時折「試薬ポンプ」と呼ばれる）。
１３．検知試薬光センサ１３は、検知試薬が関連するチャネルを充填し、カセットのその部分から空気を排出したことを外部プロセッサに通知する。
１４．検知試薬チャンバ１４は、脱水された検知試薬を保持し、それはしばしば抗体である（しかしながら、必ずしもそうである必要はない）。抗体との頻繁な使用の故に、チャンバは時折「抗体」チャンバ又は「Ａｂｄ」チャンバと呼ばれる。
１５．タグ試薬チャンバ１５は、脱水された染料試薬（その他には「標識」試薬又は「タグ」試薬として既知である）を保持する。
１６．検知試薬チャンバ弁１６は、バッファ空洞１０からの液流を開放し或いは閉塞する。弁１６は、典型的には、図１に概略的に示される場所ではなく図２に示されるような、バッファ液貯槽と検出試薬チャンバとの間の供給線内に配置される。
１７．タグ試薬チャンバ弁１７は、タグ試薬チャンバ１５を開放し或いはバッファ液がタグ試薬チャンバ１５に進入するのを阻止する。弁は図２に示されるように同様に配置される。
１８．洗浄チャネル弁１８は、反応チャンバ６を開放し或いはバッファ液が反応チャンバ６に進入するのを阻止する。
１９．ダンプ空洞１９又は「廃棄物チャンバ」は、重力流によって、捕捉表面の上に流れ且つ反応チャンバ６から出た全ての廃棄流を蓄積し且つ貯蔵する。
２０．廃棄物空洞内に配置される通気孔２０は、チャンバから出る空気の通過を許容するが、液体が漏れるのを阻止する。
【０１６５】
他の構造的機能は、以下の通りである。
２１．バッファ貯槽から弁ネットワークへのバッファ流路。
２２．弁１６から検知試薬貯槽通路１４へのバッファ流路。
２３．弁１７からタグ試薬貯槽通路１５へのバッファ流路。
３０．穿孔突き錐（ピラミッド形態）。
３２．試薬チャネル３４及び３５と洗浄チャネル３７とを接合するマニフォルド区域３２。
３４．染料（タグ又は標識）試薬排出チャネル３４。
３５．検知試薬排出チャネル３５。
３６．洗浄チャネル排出区域３６。
３７．洗浄チャネル３７。
３８．上流気泡トラップ８からの排出チャネル３８。
３９．検知試薬及び標識試薬並びに洗浄バッファ液の合流のための上流気泡トラップへの入口チャネル３９。
４０．検体ポンプ排出チャネル４０。
４２．上流気泡トラップからのチャネル３８及び検体ポンプからのチャネル４０を合流するための、下流気泡トラップ９への入口チャネル４２。
４６．ガター周囲突き錐。
４７．気泡トラップ９から光センサ５への出口ビア。
４８．反応チャンバへの入口通路又はビア。
５０．反応チャンバからの出口通路又はビア。
【０１６６】
図２及び２Ａを参照すると、気泡トラップ８及び９のそれぞれは、上記に引用され且つここに参照として組み込まれる我々の以前の特許出願中に示される気泡トラップと類似する。相違点は、底部にある仕切部（ディバイダ）Ｆの形態である（動作位置にある場所に言及している、角度α、図１２）。仕切部Ｆは、大きい気泡による閉塞を防止する働きをする。図２及び２Ａの気泡トラップにおいて、各流れは、入口（イン）で進入し、それぞれの気泡トラップの底部の両側にある出口（アウト）から出る。隆起した流れ仕切部形成Ｆは、底部から上向きに突出し、流れがトラップの幅を横断して移動するとき、上向きに移動するよう流れを逸らし、そこから、流れは下向きに進み、出口に至る。以前に捕捉された空気並びにトラップ８又は９に達する気泡のスラグは、進入直後、浮力効果の下で上向きに移動し、トラップの上方部分に至り、出口に達せず或いは出口を閉塞しない。
【０１６７】
トラップのそれぞれの充填は、我々の以前の特許出願に記載された技法によって達成される。液体がインで進入すると、液体はトラップの下方領域を充填し始める。液体流を条件的に閉塞するよう構成され且つ所定背圧に達したときにのみ破裂する一対の毛管バースト弁Ｂ及びＢ’によって、液体は出口を通じて出ることが防止される。液体はトラップを充填し、移動される空気は、毛管バースト弁Ｂ”及びＢ”’を介して通気通路を通じて、故に、通路ネットワークを通じて、反応チャンバ６を通じてカセットの通気孔２０に漏らされる。それぞれの気泡トラップが液体で充填されるとき、毛管バースト弁Ｂは、トラップの頂部からの液体流に抗し、トラップの底部で弁Ｂ及びＢ’にバースト効果を引き起こすまで圧力を上げ、液体が出口から流出することを許容する。通気通路を通じた上向きの液流はバースト弁Ｂ”’によって防止される。
【０１６８】
検定を確実に処理するために、検体が流れ始めるや否や、空気が反応チャンバ６を通過し得ないよう、カセット及び動作プロトコルが構成される。このようにして、結果を伴う大混乱を引き起こし得る反応チャンバ６内の破壊的な気泡の蓄積の危険性が回避される。部品の寸法許容度並びにタイミングの考察が、一部のチャンバ及びビア（チャネル）のアンダーフィル（充填不足）を引き起こし得ることが認識される。新規な流体流及びカセット設計は、そのような動作の不正確性にも拘わらず、反応チャンバ６を通じる全ての空気のない液体流を保証する。
【０１６９】
検定を遂行するために行われる作用の機能的な順序は、以下の通りであり、図２及び８−８Ｈ並びに図８Ｉのプロトコルも参照する。
１．隔壁１を介してチャンバ２内に検定液を挿入する。
２．弁１８及び１７（洗浄通路及びタグ試薬チャンバ１５）を閉じる。
３．弁１６（検知試薬チャンバ１４）を開く。
４．バッファポンプ１２を動作する（ステップモータを回転し、バッファポンプ１２のピストンを押圧し、
５．バッファ液を解放するために、パウチ１１を突き錐３０の上に突き刺す。
７．光センサ１３が作動するまで、
６．検知試薬チャンバ１４を充填するために、バッファポンプを動作し続ける（ピストンを押圧し、パウチ１１を圧縮する）。
８．弁１６を閉じる。
９．弁１７を開く。
１０．タグ試薬チャンバ１５を充填し、誤差許容値内で僅かに超えるよう、所定数のステップモータ段階でバッファポンプ１２ａを動作する。停止する。
１１．弁１７を閉じる。
１２．弁１８を開く。
１３．洗浄通路３７及び気泡トラップ８を充填し、誤差許容値内で僅かに超えるよう、所定数のステップモータ段階でバッファポンプ１２ａを動作する。停止する。
１４．弁１８を閉じる。
１５．検体ポンプ３を動作し、光センサ５が作動するまで気泡トラップ９を充填する。
１６．プロトコルに従って反応チャンバ６を通じて検体液を流すために、検体ポンプ３を動作し続ける。
１７．弁１８を開き、バッファポンプ１２を動作し、プロトコルに従ってバッファ液で反応チャンバ６を洗浄する。
１８．弁１８を閉じる。
１９．弁１６を開き、バッファポンプ１２を動作し、プロトコルに従って反応チャンバ６を通じて検知試薬を流す。
２０．弁１６を閉じる。
２１．弁１８を開き、バッファポンプ１２を動作し、プロトコルに従ってバッファ液で反応チャンバ６を洗浄する。
２２．弁１８を閉じる。
２３．弁１７を開き、バッファポンプ１２を動作し、プロトコルに従って反応チャンバ６を通じてタグ試薬を流す。
２４．弁１７を閉じる。
２５．弁１８を開き、バッファポンプ１２を動作し、プロトコルに従って反応チャンバ６を洗浄する。
２６．撮像のためにチップを準備する。
２７．反応チャンバ６の窓を通じてバイオチップを撮像し、分析のためにデータをコンピュータに送信する。
２８．終了。
【０１７０】
一部の場合には、洗浄流を停止し、反応チャンバを清浄なバッファ液で充填された状態のままにし、液体充填チャンバ６を通じた励起及び読取りを遂行することによって、撮像のためにチップを準備し得る。他の場合には、図８Ｈ及び図８Ｈａに例証されるように、反応チャンバを空にする。それらの場合には、撮像に先立ち、図示しない接続部によって、光センサ５の近傍に加圧乾燥空気を導入することによって、狭い流動間隙（Ｇ）反応チャンバを通じた脱水空気の流れを作り出すことが好ましい。
【０１７１】
上記の手順は、反応チャンバの上流の空気の捕捉によって、検体が反応チャンバを通じて送り込まれるや否や、空気が反応チャンバに進入しないことを保証する。よって、緩和された許容度を提供しながらも、即ち、あるレベルの寸法及び処理許容度を許容しながらも、簡単で製造及び使用が比較的安価なカセットを使用しながら極めて正確な検定結果が可能とされる。より詳細に説明すると、全てのビア及び検体流の浄化に続いて、空気が反応チャンバを通じて押し込まれないことを保証するために、プロトコルが定められる。設計は、ステップモータ／親ネジ／ピストン／パウチ／パウチ穿孔／デジタル制御組み合わせの測定許容度に適合する。好適な実施例では、本明細書中に述べられる寸法及び関係を利用することで、反応チャンバへの検知試薬の流れに先行するプロトコルのセグメント内で、測定許容度は２．５μＬの下であるよう経験的に測定された。追加的な安全限界をもたらすために、５μＬの値を使用し得る。
【０１７２】
丁度述べたばかりの順序並びに図２及び８−８Ｈを参照して、検定のプロセスを以下の通り要約し得る。
【０１７３】
ピペットを用いて、隔壁１を通じて検体を検体チャンバ内に挿入する。
【０１７４】
検知試薬弁１６を開き、弁１８及び１７を閉じる。ビア３５だけが開いている。
【０１７５】
パウチ１１を穿孔する外部アクチュエータの前進及びバッファ液の前進に続き、乾燥検知試薬（Ａｂ）を液化し、検知試薬排出通路３５内の試薬制御光センサ１３を始動するために、検知試薬チャンバ１４を充填するよう、液体を移動する。
【０１７６】
弁１６を閉じ、弁１７を開く。
【０１７７】
染料試薬がマニフォルド３２内に進入し得ないことを保証するよう定められる容量で、試薬液を染料（タグ）試薬チャンバ１５内に注入する。好適実施態様において、ポンピング許容度は５μＬであるので、その許容度内の不定サイズの気泡がチャンバ１５及びビア３４内に保持される。
【０１７８】
次に、弁１７を閉じ、弁１８を開く。弁１６は閉じたままである。
【０１７９】
次に、バッファ液を洗浄チャネル３７内に注入し、且つ、気泡トラップ８内に注入し、バッファ液は、液体が検体ビア（チャネル）４０又は４２に進入しないよう、所定容量制御の許容度内でビア３８に進入し得る。
【０１８０】
次に、弁１８を閉じる。弁１７は閉じたままである。
【０１８１】
弁１６、１７、及び、１８を閉じる。
【０１８２】
次に、捕捉プロトコルに従って光センサ５から測定され且つＲＣ６を通じて、気泡トラップ９を充填するために、検体を注入する。次に、検体ポンピングを停止する。
【０１８３】
所定容量の検体が注入された後、上記ステップ１７において付記されたような洗浄段階に続き、弁１６を開く。流動化された検知試薬、例えば、チャンバ１４内の抗体を移動するために、ポンプがバッファ液を押し込む。流動化された検知試薬は、その前で、光センサ１３及びビア３５の頂部３５ａ内にある空気を押し込む。それはビア３９内の流体を気泡トラップ８に進入させ、必要であれば、気泡トラップ８の充填を完了する。次に、気泡トラップ８を完全に充填し、光センサ１３及びビア３５の頂部から入ってくる如何なる空気、並びに、ビア３４内の如何なる空気及び加熱中に液体から脱ガスされ得る気体をも捕捉する。
【０１８４】
カセットから空気を押し流し、呼び水を差し、次に、検定を完了する準備ができる。
【０１８５】
よって、検体の通過に続く反応チャンバを通じる空気の通過を防止するために、上記プロトコルは、全ての空気がチャンバ及びビアのネットワークから浄化され或いは捕捉されることを保証することを見ることができる。
【０１８６】
図７−７Ｅを参照すると、パウチは標準的プロセスに従って作製され且つ充填される。それは空洞１０内に据え付けられ、３Ｍ＃９８８９のような両面接着テープで所定位置に接着される。それはパウチの冠部に押し付けられ、クリップで維持され、結合され、或いは、超音波冠で保持される。
【０１８７】
ピストンＰが移動され、パウチのキャップ１１Ａの背部に接触し且つ変形すると、上記に指定されたように、０．００１インチの軟アルミニウムから成る蓋１１Ｂが変形し、空洞の基部と合致し、（後述されるように、穿孔部材４６からの流れを許容するよう妨げられない比較的狭い出口通路を残しながら）空洞の連続的な環状表面に対して接着する。ピストンによって十分な力（典型的には、２５０〜２０００グラム）が加えられると、蓋１１Ｂの金属は流れて、押圧された中心領域と適合し、中心領域には、蓋材料が突き錐にそれ自体を突き刺し、出口通路を形成するよう、それ自体を穿孔するまで、ピラミッド形状の突き錐３０が配置される。突き錐は、突き錐を取り囲む図７Ａ−Ｅに示される比較的狭いガター４６であり、それは、押圧された空洞の底部に流れを案内する。それが底部から充填し、全ての空気を凹部の頂端部に配置される比較的狭い出口に向かって追い出し（使用中の垂直に対する組立体の向きを示す図７Ａ−７Ｃを参照）。
【０１８８】
パウチカプセルはピストンによって変形され、ピストンが前進するときに液体を推進するために、ピストンが典型的には２５０〜２０００グラムの力を加える必要があるよう変形に抗する。
【０１８９】
ピストンＰが可能であれば５０マイクロメートルまで引き戻されるとき、パウチの背部は、キャップ壁の限定的な弾性特性の故に後退させられ、吸引ポンプのような動作のために動かされる（図７Ｅを参照）。好適実施態様において、１マイクロメートルのピストン移動は、いずれかの方向に約０．２マイクロリットルの流れを引き起こす。
【０１９０】
図面の実施例の他の特徴は、低プロファイル反応チャンバを通じる液体の周期毎の正味前方流を伴う循環的振動に関する。これは反応チャンバ６内の複製スポットの各横方向配列に対する反応のスポット対スポットの一貫性を達成するのを助ける。図９−９Ｃ、１０、及び、１０Ａを参照すると、システムは、その所定の自動ポンピングプロトコルに従って外部アクチュエータによって作動される液体移動ポンプ、ポンプ３又は１２のいずれかを利用する。カセット反応チャンバ６は、その入口通路４８及び排出通路５０を用いて、捕捉表面を越えて排出通路５０を通じ廃棄物受け部１９に至る、１未満のレイノルズ数を備える液体のポンピングされた流れによって検定に関連する反応を行うよう構成される。制御システムは、反復周期中に前方ポンピング段階及び後方ポンピング段階を伴う所定の周期動作においてポンプを駆動する（図１０及び１０Ａの実施例を参照）。前方ポンピング段階は、反応チャンバを通じて排出端部に出て、排出通路５０を通じて廃棄物受け部１９に至る流れを作り出すよう構成される。後方ポンピング段階は後方流を作り出し、反応チャンバ６の入口端部及び排出通路５０から液体を引き戻し、捕捉表面を空気に晒さない。所定プロトコルに従った周期毎の正味流は、排出端部から出て前方方向にあり、廃棄物受け部１９への液体の実質的な重力排出及び捕捉表面の上のリフレッシュ流を伴う。検定の各反応ステップは、多数の（典型的には１０を超える）そのような周期の動作を利用する。
【０１９１】
実施例は以下の更なる機能を有する。
【０１９２】
１つの場合において、振動流のためのポンプは、試薬ポンプ１２であり、少なくとも限定的な弾性範囲内で弾性的な壁を有する変形可能な容器（パウチ）を含み、容器は、外部アクチュエータの動作によって圧縮されるよう配置され、前方ポンピングに続く限定的な距離に亘る後方ポンピングのために、外部アクチュエータの速度制御された後退によって許容されるような、より少ない変形位置へのその弾性範囲内の壁の弾性回復は、液体を容器内に後方に引き戻すよう、容器（パウチ）の容積を増大する働きをする。入口４８を通じた反応チャンバ内への液体の後方の引き戻しをもたらす。例証される特別な場合には、容器は図７−７Ｅのブリスタパックであり、ブリスタパックの本体は、ブリスタパックの容積を減少し且つ液体をそこから前方に移動するよう、外部アクチュエータによる本体の圧縮による呼吸的な変形に晒されるアルミニウムの層を含むフォームシートによって定められ、ブリスタパックは事前梱包バッファ液を含む。
【０１９３】
他の場合において、ポンプは、貯蔵チャンバに関連付けられる転動膜ポンプである。図面の具体的な場合において、貯蔵チャンバは、検体転動膜移動ポンプ３に関連付けられる検体チャンバ２であり、検体チャンバは、カセットで検定を行う前の予備段階としてのチャンバ２内への検体の挿入のための隔壁１に関連付けられる。
【０１９４】
図９及び９Ｂに示されるように、反応チャンバ６の排出端部にある上向きに延びる排出通路５０は、廃棄物チャンバ１９内への排出の重力落下の地点で終端する。排出通路５０は、少なくとも、各ポンピング周期の後方流段階の間に入口を通じて後方に引き戻される液体の容量と等しい容量を含むような大きさとされるので、後方流は反応チャンバを空気に晒さずに起こる。実際には、通路５０は安全限界をもたらすよう大き目にされる。
【０１９５】
反応チャンバ及びポンピングプロトコルによって決定される周期毎の全後方流は、実質的に同じ容量である。実施例において、容積は約４ｕＬであり得る。前方流は、その容量の約２倍であってもよく、新鮮な試薬の進行性の流れをもたらす。正味前方流は、検定を流通型検定として特徴付ける。
【０１９６】
その実施態様の反応チャンバは、捕捉試薬の堆積物の配列を支持する捕捉表面と、約５０〜３００ミクロンの間の流動間隙によって離間される対向窓とによって定められ、捕捉表面及び反対窓の幅及び長さは、流動間隙よりも実質的に大きく、入口通路及び排出通路は、反応チャンバの流れ断面プロファイルと実質的に異なる流れ断面プロファイルを有する。検体液の使用を節約するよう構成される実施例において、捕捉表面と反対窓との間の間隙の深さは、１００ミクロンのオーダであってもよく、それらの幅は約４ｍｍであり、それらの長さは約１２ｍｍであり、捕捉表面を横断する各列内に一組の複製スポットを支持する。他の実施例において、幅はより広くあり得るし、捕捉表面は、例えば、その幅を横断する各列内に複数の組の複製スポットを有し得る。
【０１９７】
所定のポンピングプロトコルは、３／１〜３／２の範囲内の前方流対後方流容積比をもたらす。この機能の実施例において、その比率は約２／１であってもよく、一部の実施例では、両方向の流れは同じ容積流速であってもよく、前方流段階は、後方流段階よりも２倍長く続いてもよく（例えば、図１０を参照）、両方向の流れは同じ期間であってもよく、前方流段階は、後方流段階の２倍の容積流速を有してもよい（例えば、図１０Ａを参照）。
【０１９８】
この特徴に従ったカセットを利用して検定を行う方法が提供され、当該方法は、１つ又はそれよりも多くの上記列挙された機能のいずれかを利用し得る。それは流れの方向に対して横方向に配置される捕捉試薬の複製スポットの配列、例えば、４〜８のスポットを利用する場合において特に有用であり、それはスポット毎に高い一貫性の結果をもたらす。
【０１９９】
図１２を参照すると、外部加熱組立体１０１が、成形カセット本体内のそれぞれの空洞でのカセット背面との対面伝熱関係のために構成される。組立体１０１は、反応チャンバ内の温度に応答する温度センサの制御下の図１２の制御ユニット６０の一部である。それは液体をほぼ均一な温度、好ましくは、摂氏３７度に上げる。
【０２００】
動作中、カセットが保持される水平に対する実質的な角度（角度α、図１２）は、廃棄物通気孔２０をカセットの頂部に配置する。カセットを制御ユニット６０内に挿入することができ、液体試料は検体（試料）貯槽内に射出され、然る後、カバーが閉じられる。空洞１０内の流体試薬パウチ１１は、突き錐３０によって穿刺され、液体を解放する。液体をポンピングすることによって、カセット内の空気は、反応チャンバ６及び廃棄物受け部１９を通じて追い出され、通気孔フィルタ２０を通じて出る。動作の全ての段階は、電子的に、例えば、システムコントローラ６０によって制御される。
【０２０１】
検定作業は、ポンプ３及び１２のピストン並びに弁１６、１７、及び、１８を制御された順序で作動するシステムコントローラ６０によって開始される。
【０２０２】
検定の結果の読取りは、検定中に蛍光標識又はタグを利用する場合には、図１２Ｃのシステムによって選択的な波長の放射線を用いてタグ付き分子を励起すること、並びに、捕捉表面、例えば、検知リガンド抗体分子に結合される蛍光タグから励起蛍光のレベルを測定することを含み、検知リガンド抗体分子自体は、検体分子に付着し、検体分子自体は、捕捉表面上のリガンド受容体（捕捉分子）に付着する。
【０２０３】
蛍光のレベルは、反応チャンバの捕捉画像の領域からの画素の単一レベルを誇張することによって表される。各関心領域は、特定の検定反応が起こる既知の場所と関連付けられる。処理器具（システムコントローラ）６０は、分析のためにバイオチップ全体の画像を捕捉する統合読取りステーションを有し得る。図面の読取りステーション６０は、さらなる処理のために反応チャンバの画像を捕捉する読取りシステム６４を有する（図１２Ｂ及び１２Ｃを参照）。代替的に、処理してーションから分離された読取りステーションが好適であり得る。
【０２０４】
図１及び図２−５を参照すると、気泡除去システム８内の残留検知試薬分子は、システムを実質的に流通するタグ試薬の分子を備える凝集物であり得ることが分かった。そのような凝集物は、次に、反応チャンバ６に進入し、検定の検知段階中の読取りの一貫性と干渉し得る。
【０２０５】
好ましくは、例えば、図１０Ａにおける洗浄流のためのそれと類似する、前方動作及び後方動作に実質的に異なる流速を備える、正味洗浄液前進を伴う周期振動を利用することによって、検知試薬流とタグ試薬流との間の気泡除去システムの強力な洗浄が、この効果を克服するために気泡除去システムから残留検知分子を除去することが分かった。
【０２０６】
この効果は、検知試薬を含有し得る気泡除去システムを通じるその流れを回避するよう、タグ試薬を経路変更するようカセットを変更することによっても回避し得る。図１ａ及び１ｂのカセットの形態がこれを達成する。図１ａのカセット形態において、タグ試薬は、通路３４’を通じて、試薬貯槽１５’から、反応チャンバへの入口通路４８を備える「Ｔ」接続部に直接的に流れる。図１ｂのカセット形態において、タグ試薬は、通路３４”に流入し、試薬貯槽１５’から、独立的な第３の気泡除去システム８’に、次に、反応チャンバへの流れのためのＴ接続部に流れる。
【０２０７】
図２ａ−５ａは、図１ａ形態のカセットの実施例を示しているのに対し、図８ａ−８Ｈａは、使用中のその状態を例証している。
【０２０８】
弁１７’は、供給通路２１から、拡大され且つ湾曲されたタグ試薬貯槽通路１５’へのバッファ液の流れを制御する。
【０２０９】
以前に記載された方法で乾燥タグ試薬を積載した多孔性フォーム又はフリットインサート１５Ａ’が、図２ａ及び４ａに示されるように、チャネル１５’内に配置される。チャネル１５は、平面図において湾曲し、幾分バナナの形状であり、カセットフットプリントを効率的に利用する。流れ軸Ａに対して横方向に採られるチャネル１５’の流れ断面は、全て矩形であり、直角縁部と一定の深さとを備える。これはインサート１５Ａ’がチャネル内に厳密に適合するよう直角縁部を備える一定の厚さのシート状のフォーム又はフリットを型切断することによって加工されることを可能にする（図６ａを参照）。タグ試薬供給チャネル３４’は、貯槽チャネル１５から光センサ空洞５に延び、そこでは、それは気泡トラップ９及び反応チャンバ入口チャネル４８からの流れとの「Ｔ」接続部を効果的に形成する。チャネル１５’及び３４’は、ポンピングシステムの誤差許容値内で、即ち、図８Ａａの地点Ａ’とＢ’との間のレベルまでタグ試薬チャンバ１５’及び供給通路３４’を充填するために、所定数のステップモータ段階でバッファポンプ１２を作動することによって充填される。ポンピングの誤差範囲に故に、このようにしてチャネル３４’の端部に残る空気セグメントは、反応チャンバ内の複合体の標識付けを阻害しないことが、一部の試薬システムを用いて分かった。これは選択的な組の検知試薬とタグ（染料）試薬との間の高い結合係数に起因すると考えられる。そのような空気が許容されない他の場合には、タグ試薬が反応チャンバへの入口に達する前に、この空気セグメントを除去するために、図１ｂの第３の気泡除去システム８’が追加される。
【０２１０】
図２ａ−５ａの実施例を図１０Ａ（流速、流動期間を参照）の流動プロトコルを用いて、並びに、後方−前方−正味前進混合周期の場合には指定される周期の数Ｎによって動作し得る。典型的な標識（染料）試薬は、反応チャンバ内の反応のための標識流の間に混合周期が不要であるような反応性である。選択される標識がより低い反応性を有する場合には、混合を加え得る。
【０２１１】
洗浄を行うために、利用される流速は、反応速度よりも一層速い。例えば、図１０Ａのプロトコルは、試薬速度の実質的に４倍以上の洗浄速度を定める。図１０Ａに示されるように、比較的短い期間の負の流れ及び正の流れと負の流れとの間の追加的なアクチュエータ休止期間を利用することが、検知試薬及び標識試薬に続く洗浄のために効果的であることも分かった。
【０２１２】
検定にとって余り重要でないので、検体運転と検知試薬運転と間の洗浄ステップは、他の洗浄の期間の半分未満であってもよく、前後混合を含む必要はなく、この場合には、目的は、主として、検体運転段階と検知運転段階との間の明瞭な定義をもたらすことである。
【０２１３】
本開示の特徴及び機能の１つ又はそれよりも多くの実施例の詳細が本記載及び付属図面中に示されている。この開示の特徴及び機能を変更し或いは他のカセット構成において利用し得るし、生物学的物質を利用しないものを含む他の機能を遂行し得る。例えば、金属層を使用せずに合成樹脂の層からパウチを形成することができ、パウチは、限定的な後方流のために吸引ポンプとして作用するよう戻り力を提供するために、変形されるときに、適切な回復特性を有し得る。栓流をもたらすために、入れ子状の隣り合う管又は管状機能によって、一組の実質的に平行な流動サブチャネルを形成し得し、それらは乾燥試薬を支持するための疎水性表面を定め得る。そのような構造を疎水性材料から成形し或いは押出し加工し得るし、親水的であるよう後処理し得る。反応チャンバ内で捕捉試薬を固定する固体は、平面的な表面以外の形態であり得るし、捕捉試薬は、堆積スポット以外の形態であり得る。液体形態の検定試薬をカセット内に導入し且つ貯蔵し、既述の混合作用及び栓流(plug  flow)に晒し得る。放射線刺激蛍光の代わりに、カセットは他の検知スキーム、例えば、発光又は電気化学発光に基づき得る。他の変形、目的、及び、利点は、本記載及び図面並びに請求項から明らかであろう。
【図１】
2011513712.tif 000003
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２ａ】
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【図２Ａａ】
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【図３】
2011513712.tif 000011
【図３ａ】
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【図４】
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【図４ａ】
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【図５】
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【図５ａ】
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【図６】
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【図６ａ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
2011513712.tif 000021
【図６Ｄ】
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【図７】
2011513712.tif 000023
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図８Ｇ】
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【図８Ｈ】
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【図８Ｉ】
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【図８ａ】
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【図８Ａａ】
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【図８Ｂａ】
2011513712.tif 000041
【図８Ｃａ】
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【図８Ｄａ】
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【図８Ｅａ】
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【図８Ｆａ】
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【図８Ｇａ】
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【図８Ｈａ】
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【図８Ｉａ】
2011513712.tif 000048
【図９】
2011513712.tif 000049
【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
2011513712.tif 000051
【図９Ｃ】
2011513712.tif 000052
【図１０】
2011513712.tif 000053
【図１０Ａ】
2011513712.tif 000054
【図１０Ａａ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【国際調査報告】
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