(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体試料中の第１の標的分析物および第２の標的分析物をセンシングするためのカートリッジであって、
第１の標的分析物と反応し、第１の電気化学的信号を直接的または間接的に生成する１または複数の酵素を用いて被覆された第１の作用電極と、
捕獲種が付着した第２の作用電極とを備え、
前記捕獲種は、前記第２の標的分析物を捕捉し、第２の電気化学的信号を直接的または間接的に生成し、
前記カートリッジは、１つの試料の、１回限りの使用の、使い捨てカートリッジである、カートリッジ。
【請求項２】
前記カートリッジは、
試料を受け取るための試料インレットチャンバと、
固相試薬を貯蔵する試薬チャンバと、
前記試料インレットチャンバに接続され、調合チャンバおよび前記試薬チャンバを有する調合回路と、
前記第１の作用電極および前記第２の作用電極を含む２またはそれより多いセンサと、
前記２またはそれより多いセンサの上方に流路を提供する検出チャネルと
を更に備える、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項３】
前記試薬チャンバと前記検出チャネルとの間に配置され、前記試料中の複数の気泡を通気する気泡除去チャネルを更に備える、請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項４】
前記気泡除去チャネルは、疎水性膜により被覆される、請求項３に記載のカートリッジ。
【請求項５】
液体試薬を含む１または複数の穿刺可能なコンパートメントと、
前記穿刺可能なコンパートメントを穿刺する１または複数の穿刺メカニズムと
を更に備え、前記複数の穿刺メカニズムは、空圧で作動する、請求項３または４に記載のカートリッジ。
【請求項６】
前記カートリッジは、読み取り機から空圧および電気入力のみを受け取る、請求項３〜５のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【請求項７】
前記調合回路は、前記気泡除去チャネルを有する、請求項３から６のいずれか一項に記載のカートリッジ。
【請求項８】
前記気泡除去チャネルは、前記調合回路の外部にある、請求項３から６のいずれか一項に記載のカートリッジ。
【請求項９】
真空ラインに接続されたプラズマ濾過膜を更に備える、請求項２〜８のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【請求項１０】
前記カートリッジ内における全ての液体の移動は、空圧で作動される、請求項２〜９のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【請求項１１】
疎水性膜に接続された複数の流体止めを更に備える、請求項２〜１０のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【請求項１２】
前記検出チャネルを加熱するスクリーン印刷ヒータを更に備える、請求項２〜１１のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のカートリッジと、
前記カートリッジを受ける読み取り機とを備え、
前記読み取り機は、複数の空圧入力を前記カートリッジに提供し、試料中の２またはそれより多い標的分析物の検出情報を示す、前記カートリッジからの複数の電気信号を受信する、電気化学センサアセンブリ。
【請求項１４】
前記カートリッジ内における流体の移動は、前記複数の空圧入力により空圧で作動する、請求項１３に記載の電気化学センサアセンブリ。
【請求項１５】
試料中の２またはそれより多い分析物を検出する方法であって、
読み取り機を用いて、前記試料を含むカートリッジを受け取る段階と、
試料ウェルに前記試料を供給する段階と、
第１の測定電圧を、前記カートリッジ上の１または複数のセンサに印加する段階と、
前記１または複数のセンサのうち１つからの第１の電気化学的信号を測定する段階と、
前記第１の電気化学的信号に基づいて、前記試料中の第１の対象種の存在、不存在、または量を判断する段階と、
第２の測定電圧を、前記カートリッジ上の１または複数のセンサに印加する段階と、
前記１または複数のセンサのうち１つからの第２の電気化学的信号を測定する段階と、
前記第２の電気化学的信号に基づいて、前記試料中の第２の対象種の存在、不存在、または量を判断する段階とを備え、
前記１または複数のセンサは、第１の作用電極及び第２の作用電極を有し、
前記第１の電気化学的信号は、前記第１の作用電極を被覆した１または複数の酵素と前記第１の対象種との間の反応から直接的または間接的に生成され、
前記第２の電気化学的信号は、前記第２の作用電極に付着した捕獲種により前記第２の対象種を捕捉することから直接的または間接的に生成される、方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
［優先権の主張］  本願は、２０１３年３月１５日に出願された「ＰＯＩＮＴ  ＯＦ  ＣＡＲＥ  ＳＥＮＳＯＲ  ＳＹＳＴＥＭＳ」という名称の米国特許出願第１３／８４４，３３４号（代理人整理番号第ＮＡＮＯ０５３ＵＳ号）に対する優先権を主張し、その全体が、参照により全ての目的のために組み込まれる。
【０００２】
現代の健康管理において、複数の体外診断（ＩＶＤ）試験が益々用いられるようになってきている。これらの試験は、複数の患者から取り出された標本を分析する複数のデバイスを用いて、実行される。生体内診断試験と異なり、ＩＶＤ試験は、一般に、生体外の制御された環境において実行される。生理的または病理学的状態に関する情報を識別するべく、血液および組織の標本は、被験者から得られ得る。複数のＩＶＤ試験の例は、ブドウ糖、肝臓酵素、電解質に対する試験、および違法および合法薬物に対する試験を含み得る。
【０００３】
従来のＩＶＤ機器は、複雑であり、専門的訓練を必要とし、重いことがあり得る。従って、これらの試験は、一般に、病院の病理学実験室で行われる。一般に、ＩＶＤ機器は、緊急応答のときなど、医療専門職による診療所における使用または現場での使用、および患者自身による使用において好適ではない。従来のＩＶＤ機器におけるポイント・オブ・ケアの使用は、限定されている。
【発明の概要】
【０００４】
複数の試料を受け取り、分析する複数の携帯式読み取り機および使い捨てカートリッジを含む、ポイント・オブ・ケア・センサ・システムが提供される。カートリッジは、１または複数のセンサチャネルで装備され、その各々は、１または複数のセンサを含み得る。試料をカートリッジに提供した後、カートリッジは、読み取り機に挿入され得、読み取り機は、カートリッジと相互作用し、オン・カートリッジ・センシングを実行し、試料中の１または複数の標的の存在および／または数量を示す複数の信号を受信し得る。複数のカートリッジの例としては、心臓パネル、敗血症パネル等が挙げられ得る。いくつかの実施形態において、同一のセンサハードウェアは、異なる時間軸において実行される異なる標的の複数の測定を目的として構成され得る。本明細書において、新規なオン・カートリッジの試薬貯蔵および供給メカニズムも提供される。例えば、試料は、カートリッジの一部として提供され得る凍結乾燥レポータ等、１または複数の凍結乾燥された試薬と調合され得る。本明細書における説明の複数の態様は、試料における凍結乾燥された複数の試薬の溶解および調合を提供する、カートリッジ、システム、および方法を含み、再現可能で正確な測定を保証する。洗浄液および基質液等の液体試薬も、封止バッグにおけるカートリッジの一部として提供され得る。バッグは、センサチャネルに供給された試薬で動作中に、または他の場所で穿刺され得る。いくつかの実施形態において、気泡除去および検出メカニズムが提供され、センサの信頼性および再現性を増大させる。いくつかの実施形態において、複数のシステムは、所望の温度にセンサチャネルを維持するように構成された低熱のマススクリーン印刷ヒータを含み得る。
【０００５】
本開示の一態様は、試料における複数の分析物をセンシングするカートリッジに関する。カートリッジは、試料を受け取る試料インレットチャンバと、試料における複数の分析物を検出するように構成された１または複数のセンサとを含み得る。カートリッジは、液体試薬を含む固相試薬チャンバおよび／または穿刺可能なコンパートメントを更に含み得る。いくつかの実装において、カートリッジは、試料インレットチャンバに接続され、調合チャンバおよび固相試薬チャンバを有する調合回路を更に備え得る。いくつかの実装において、カートリッジは、試料インレットチャンバと検出チャネルとの間に配置され、試料中の気泡を通気するように構成された気泡除去チャネルを更に含み得る。気泡除去チャネルは、調合回路の一部であってもよく、またはそうでなくてもよい。いくつかの実装において、緩衝剤ゾーンは、固相試薬チャンバと気泡除去チャネルとの間に配置され得る。緩衝剤ゾーンは、調合回路の一部であってもよい。気泡除去チャネルは、疎水性膜により被覆されてもよい。
【０００６】
任意選択で、カートリッジは、全血試料を濾過する血漿フィルタを含んでもよい。真空ラインは、血漿フィルタに接続され得る。カートリッジが穿刺可能なコンパートメントを含むいくつかの実装において、カートリッジは、穿刺可能なコンパートメントを穿刺するように構成された穿刺メカニズムを更に含み得る。穿刺メカニズムは、空圧で作動され得る。いくつかの実装において、カートリッジは、検出チャネルを加熱するように構成されたスクリーン印刷ヒータを更に含み得る。カートリッジは、検出チャネルの温度フィードバックを提供するように構成されたスクリーン印刷熱電対を更に含み得る。カートリッジは、複数のスクリーン印刷電極を含むセンシングアセンブリを更に含み得る。１または複数のセンサは、２またはそれより多いスクリーン印刷電極を含み得る。カートリッジは、電気化学的酵素センシングおよび電気化学的酵素結合免疫吸収アッセイ（ＥＬＩＳＡ）センシングを、１つの試料に実行するように構成され得る。カートリッジは、非捕捉ベースの電気化学的センシングおよび捕捉ベースの電気化学的センシングを、１つの試料に実行するように構成され得る。
【０００７】
カートリッジは、機械的作動または入力を用いることなく、読み取り機から空圧および電気入力のみを受け取るように構成され得る。カートリッジ内の全ての液体の移動は、空圧で作動され得る。カートリッジは、マイクロ流体層を更に含み得る。マイクロ流体層は、多層積層構造体であってもよい。いくつかの実装において、マイクロ流体層は、は、モノリシックな膜を含み得る。マイクロ流体層は、固相試薬チャンバ、調合チャンバ、気泡除去チャネル、緩衝剤ゾーン、および検出チャネルのうちいずれを含み得る。いくつかの実装において、カートリッジは、疎水性膜に接続された複数の流体止めを含み得る。いくつかの実装において、カートリッジは、１または複数の隔膜弁を含み得る。複数の流体止めおよび／または隔膜弁は、マイクロ流体層の一部であり得る。
【０００８】
本開示の別の態様は、カートリッジ、およびカートリッジを受けるように構成された読み取り機を含む電気化学センサアセンブリに関し、読み取り機は、複数の空圧入力をカートリッジに提供し、試料中の２またはそれより多い標的分析物の検出情報を示す、カートリッジからの複数の電気信号を受信するように構成される。カートリッジは、試料インレットポート、１または複数の固体試薬コンパートメント、１または複数の試薬コンパートメント、および、試料中の複数の生体分子を検出するように構成された２またはそれより多いセンサを含むセンサウェルを含み得る。カートリッジ内における流体の移動は、複数の空圧入力により空圧で作動し得る。いくつかの実装において、読み取り機は、設定レベルＰｖで真空を供給し、設定レベルＰｐで圧力を供給するように構成され得、Ｐｐは、Ｐｖよりも大きい。読み取り機は、１つのモータと１つのヘッドのポンプ、ポンプの第１の側面上の第１の逆止弁、ポンプの第２の側面上の第２の逆止弁を備え得、第１の逆止弁は、Ｐｖのクラッキング圧を有し、第２の逆止弁は、Ｐｐのクラッキング圧を有する。
【０００９】
本開示の別の態様は、カートリッジを受けるように構成された読み取り機に関し、読み取り機は、設定レベルＰｖでカートリッジに真空を供給し、設定レベルＰｐで圧力を供給するように構成された空圧アセンブリを備え、Ｐｐは、Ｐｖよりも大きい。また、読み取り機は、カートリッジから電気信号情報を受信するように構成された検出アセンブリを備え得る。空圧アセンブリは、１つのモータと１つのヘッドのポンプ、ポンプの第１の側面上の第１の逆止弁、およびポンプの第２の側面上の第２の逆止弁を備え得、第１の逆止弁は、Ｐｖのクラッキング圧を有し、第２の逆止弁は、Ｐｐのクラッキング圧を有する。いくつかの実装において、読み取り機は、カートリッジに関連する少なくとも２つのアッセイを識別し、第１の測定電圧および第２の測定電圧を印可するように構成され得、第１の測定電圧は、第１のアッセイに関連し、第２の測定電圧は、第２のアッセイに関連し、第２の測定電圧は、第１の測定電圧の後に印加される。第１の測定電圧および第２の測定電圧は、カートリッジ上の同一または異なる電極に印加され得る。読み取り機は、カートリッジの電極上の複数の気泡の存在を検出するように構成され得る。
【００１０】
本開示の別の態様は、生体試料中の第１の標的分析物および第２の標的分析物をセンシングするためのカートリッジに関し、第１の標的分析物と反応し、第１の電気化学的信号を直接的または間接的に生成するように構成された１または複数の酵素を用いて被覆された第１の作用電極と、捕獲種が付着した第２の作用電極とを備え、捕獲種は、第２の標的分析物を捕捉し、第２の電気化学的信号を直接的または間接的に生成するように構成され、カートリッジは、１つの試料の、１回限りの使用の、使い捨てカートリッジである。
【００１１】
本開示の別の態様は、試料中の２またはそれより多い分析物を検出する方法に関し、方法は、読み取り機を用いて、試料を含むカートリッジを受け取る段階と、カートリッジ上の試料ウェルに試料を供給する段階と、第１の測定電圧を、カートリッジ上の１または複数のセンサに印加する段階と、１または複数のセンサのうち１つからの第１の電気化学的信号を測定する段階と、第１の電気化学的信号に基づいて、試料中の第１の対象種の存在、不存在、または量を判断する段階と、第２の測定電圧を、カートリッジ上の１または複数のセンサに印加する段階と、１または複数のセンサのうち１つからの第２の電気化学的信号を測定する段階と、第２の電気化学的信号に基づいて、試料中の第２の対象種の存在、不存在、または量を判断する段階とを備える。
【００１２】
本開示の別の態様は、カートリッジのセンサ上の複数の気泡を検出するように構成された読み取り機に関し、読み取り機は、カートリッジを受けるためのインターフェースと、カートリッジ上のセンサウェルのインピーダンスを測定し、等価回路の直列抵抗Ｒｓおよび直列キャパシタンスＣｓを判断し、直列抵抗Ｒｓと直列キャパシタンスＣｓとの間の関係が指定された基準を満たすか否かを判断し、関係の判断に基づいて、気泡が検出されるか否かを判断する、複数の命令を含むコンピュータ可読媒体とを備える。
【００１３】
本開示の別の態様は、化学的センサカートリッジに関し、カートリッジケーシングと、カートリッジケーシングの第１の場所に配置された液体試薬を含むポーチと、カートリッジケーシング内に配置された空圧で作動可能な穿刺メカニズムとを備え、空圧で作動可能な穿刺メカニズムは、第１の場所に開口部を有するキャビティ内に配置されたスパイクを有する。いくつかの実装において、穿刺メカニズムは、穿刺メカニズムが空圧で作動するときに、スパイクをポーチの方に押すように構成された変形可能な被膜を含む。いくつかの実装において、穿刺メカニズムは、ポーチをスパイクに引くように構成された真空ラインを含む。
【００１４】
本開示の別の態様は、試料を受け取るように構成された試料インレットポートと、１または複数のセンサを有するセンサウェルと、試薬チャンバとセンサウェルとの間に配置され、試料中の複数の気泡を通気するように構成された気泡除去チャネルとを備えた、試料中の１または複数の分析物をセンシングするためのカートリッジに関する。
【００１５】
本明細書において説明される複数の方法およびデバイスと共に用いられ得る複数の試料の例としては、血液、尿、唾液、脳脊髄液、および乳が挙げられる。これら、および他の態様は、図面を参照して以下に更に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】読み取り機、および読み取り機に挿入され得るカートリッジを含むポイント・オブ・ケア・システムの例を示す、簡略概略図の例である。
【図１Ｂ】本明細書において説明される複数のシステムを用いて実装され得る、電気化学的ＥＬＩＳＡおよび酵素アッセイの例示的なプロセスフローを示す。
【図１Ｃ】本明細書において説明される複数のシステムを用いて実装され得る、電気化学的ＥＬＩＳＡおよび酵素アッセイの例示的なプロセスフローを示す。
【図１Ｄ】本明細書において説明される複数のシステムを用いて実装され得る、電気化学的ＥＬＩＳＡおよび酵素アッセイの例示的なプロセスフローを示す。
【図２Ａ】一定の実施形態による、カートリッジの分解図の概略的表現の例である。
【図２Ｂ】カートリッジにおけるマイクロ流体層の概略的表現の例である。
【図２Ｃ】カートリッジにおけるマイクロ流体層の概略的表現の例である。
【図２Ｄ】カートリッジにおけるマイクロ流体層の概略的表現の例である。
【図２Ｅ】カートリッジにおけるマイクロ流体層の概略的表現の例である。
【図３】試料濾過、レポータとの調合、および分析のためのカートリッジブロック図の例である。
【図４Ａ】多層のマイクロ流体層の複数の層の例の簡略化図である。
【図４Ｂ】多層のマイクロ流体層の複数の層の例の簡略化図である。
【図４Ｃ】多層のマイクロ流体層の複数の層の例の簡略化図である。
【図４Ｄ】多層のマイクロ流体層の複数の層の例の簡略化図である。
【図４Ｅ】多層のマイクロ流体層の複数の層の例の簡略化図である。
【図４Ｆ】多層のマイクロ流体層の複数の層の例の簡略化図である。
【図４Ｇ】多層のマイクロ流体層の複数の層の例の簡略化図である。
【図４Ｈ】多層のマイクロ流体層の複数の層の例の簡略化図である。
【図５Ａ】様々な実装に従って用いられ得る複数の隔膜弁の例の概略図である。
【図５Ｂ】様々な実装に従って用いられ得る複数の隔膜弁の例の概略図である。
【図５Ｃ】様々な実装に従って用いられ得る複数の隔膜弁の例の概略図である。
【図６Ａ】様々な実装による、空圧破断メカニズムの例の概略図である。
【図６Ｂ】様々な実装による、空圧破断メカニズムの例の概略図である。
【図６Ｃ】様々な実装による、空圧破断メカニズムの例の概略図である。
【図６Ｄ】様々な実装による、空圧破断メカニズムの例の概略図である。
【図６Ｅ】様々な実装による、空圧破断メカニズムの例の概略図である。
【図７Ａ】様々な実装による、センシングアセンブリの例の概略的例示である。
【図７Ｂ】様々な実装による、スクリーン印刷ヒータの例の概略的例示である。
【図７Ｃ】様々な実装による、センシングアセンブリの例の概略的例示である。
【図７Ｄ】様々な実装による、導電トレースおよび炭素電極接続の例の概略的例示である。
【図８Ａ】様々な実施形態による、複数のアッセイ用電極の構成および対照の例を提供する。
【図８Ｂ】様々な実装による、酵素アッセイおよびイムノアッセイの正の対照に用いられるセンサの作用電極における複数の材料層の例を示す。
【図９Ａ】様々な実施形態による、空圧系のブロック図を示す。
【図９Ｂ】定電位電解装置を含む電気化学的試験のためのシステムの概略的な例を示す。
【図１０Ａ】電気化学的センシングの方法の例における複数の動作を例示するフロー図である。
【図１０Ｂ】センサウェルにおける気泡検出の方法の例において、複数の動作を例示するフロー図である。
【図１１Ａ】動作中のセンサ電力、読み取り機の圧力および真空、ならびにセンサ温度およびヒータデューティサイクルの例を示す。
【図１１Ｂ】動作中のセンサ電力、読み取り機の圧力および真空、ならびにセンサ温度およびヒータデューティサイクルの例を示す。
【図１１Ｃ】動作中のセンサ電力、読み取り機の圧力および真空、ならびにセンサ温度およびヒータデューティサイクルの例を示す。
【図１２Ａ】いくつかの実装に従って用いられ得る読み取り機およびカートリッジシステムの例のブロック図を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ａの複数の要素のいくつかの実装例、およびこれらの要素間の様々な可能な相互接続のブロック図を示す。
【図１２Ｃ】図１２Ａの複数の要素のいくつかの実装例、およびこれらの要素間の様々な可能な相互接続のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の説明において、提示される構想の完全な理解を提供するべく、多くの具体的な詳細が記載される。提示される構想は、これらの具体的な詳細のうちいくつかまたは全てを用いずに実施され得る。他の複数の例において、周知の複数のプロセス動作は、説明される複数の構想を不必要に不明確にしないように、詳細には説明されていない。いくつかの構想は、具体的な複数の実施形態と共に説明されるが、これらの実施形態は、限定的なものであることを意図しないことが理解されるであろう。
【００１８】
ポイント・オブ・ケア試験は、患者の介護の現場において、またはこの付近で実行される。このアプローチの背後にある牽引概念は、試験を患者に便利かつ迅速にもたらすことである。これにより、患者および医療専門職従事者が結果をより迅速に受け取り、直ちに臨床上の管理を決定する可能性が増大する。ポイント・オブ・ケア試験のいくつかの例としては、血液中のブドウ糖試験、血液中の気体および電解質分析、迅速な凝固作用の試験、迅速な心臓マーカ診断、迅速な敗血症マーカ診断、薬物乱用スクリーニング、尿ストリップ試験、妊娠試験、便潜血分析、食物中の病原体スクリーニング、ヘモグロビン診断、感染性疾病試験、およびコレステロールのスクリーニングが挙げられる。
【００１９】
ポイント・オブ・ケア試験は、複数の携帯式器具および／または試験キットを用いて実行され得る。多くの場合、小さなベンチアナライザまたは他の固定機器が用いられる。多くの種類の試験に携帯式デバイスが使用可能でないからである。ポイント・オブ・ケア試験の目的は、標本を収集し、患者の場所において、またはこの付近で結果を迅速に得て、患者が退去し、または状態が悪化する前に、必要に応じて治療計画が調整され得るようにすることである。複数のポイント・オブ・ケア試験器具は、より迅速な意思決定およびトリアージを可能にし、動作時間を低減し、依存性の高い、術後の介護時間を低減し、救急処置室での時間を低減し、外来患者の通院回数を低減し、必要とされる病院ベッド数を低減し、職業に従事する時間を最適に使用することを保証し得る。
【００２０】
本明細書において説明されるポイント・オブ・ケア試験用の複数の携帯式器具は、比較的単純であり、広範な医療専門職、非専門職の管理者、更には患者も収容する。携帯式器具は、十分に堅固であり、移送、温度における変更、機械的応力、および典型的に携帯式デバイスに関連する他の環境上の影響に耐えることができる。例えば、いくつかの実装において、本明細書において説明される複数の携帯式ポイント・オブ・ケア・システム試験器具は、移動する緊急車両（救急車、ヘリコプタ等）、軍事的任務、および他の類似する環境において用いられ得る。更に、いくつかの実装において、様々な試験が、１つの携帯式器具により支援される。これは、有利であり得る。多くのポイント・オブ・ケア環境は、複数の器具を支援できないからである。いくつかの実装において、携帯式ポイント・オブ・ケア・システム試験器具は、速い応答を提供し、１つの試料に複数の平行した試験を実行するように構成される。また、複数のシステムは、費用効果の高い形で、正確な測定を提供する。いくつかの実装において、本明細書において提供される複数のシステムは、室温で安定し、高感度を有するポイント・オブ・ケア・アッセイを可能にする。複数のシステムは、冷凍された液体複数の試薬を用いて、複数のプレート読み取り機システムと同一またはより良好な性能を提供し得る。
【００２１】
本明細書において説明される複数の態様は、オン・カートリッジの試料供給、試薬の貯蔵および供給、気泡検出および除去、温度制御、ならびに機械的に堅固で単純な複数の読み取り機を含む。これら、および複数の他の態様が、ポイント・オブ・ケア・システムの複数の例の文脈において以下に説明される。図１Ａは、読み取り機１０２、および読み取り機１０２に挿入されたカートリッジ１０４を含むポイント・オブ・ケア・システム１００の例を示す、簡略概略図である。使用において、分析される血液または他の流体は、カートリッジ１０４内に置かれ、次にカートリッジ１０４は、読み取り機１０２に置かれる。いくつかの実装において、試料および複数の他の流体は、専ら圧力および／または真空を適用することにより、カートリッジを通して移動される。これにより、機械的ソレノイドおよび他の複雑な非空圧アクチュエータの使用を省くことができる。結果として、読み取り機１０２は、カートリッジ１０４の小さい部分１０６のみとインターフェース接続し、例えば、電気的インターフェースを複数のセンサ電極、ならびに真空および／もしくは圧力線に提供し、複数の流体を移動して複数の弁を開閉するように構成され得る。以下に更に説明されるように、試料は、レポータと調合され、分析のために１または複数の電気化学センサに供給され得る。複数の電気化学センサからの信号は、読み取り機１０２により読み取られ、格納され得る。いくつかの実装において、複数のシステムは、液体試料中の複数の物質を検出する、複数の酵素結合免疫吸収アッセイ（ＥＬＩＳＡ）または他のリガンド結合アッセイを実行するべく、用いられ得る。いくつかの実装において、複数のシステムは、ブドウ糖センシング等の複数の酵素アッセイを実行するべく、用いられ得る。
【００２２】
読み取り機１０２は、真空および圧力をカートリッジに提供する１または複数のポンプを含む空圧系と、アッセイを制御し、複数の結果を読み取るソフトウェアおよびハードウェアを含み得る。これらのコンポーネントは、丈夫で耐衝撃性のポリマケーシング内に収納され得る。読み取り機１０２は、コンピュータシステムに接続するインターフェース１０８を更に含み得る。読み取り機１０２のユーザインターフェース機能は、ディスプレイ１０３およびキーボード１０５を含み得る。いくつかの実装において、読み取り機は、例えばオペレータの一方の手で握るように構成され得る。いくつかの実装において、読み取り機は、動作中に容易に扱えるように構成されたハンドル部分を含み得る。読み取り機１０２の例示的な質量は、およそ５００ｇ〜１２００ｇ、例えば９００ｇになり得る。読み取り機の例示的な体積は、およそ１０００ｃｍ２〜２５００ｃｍ２、寸法は、５ｃｍ〜２５ｃｍ程度になり得る。一例において、読み取り機は、およそ１８ｃｍ×１３ｃｍ×５ｃｍになり得る。
【００２３】
また、図１Ａは、カートリッジ１０４の第１の側面１０４ａおよび第２の側面１０４ｂのインターフェース部分１０６ａおよび１０６ｂの複数の例を示す。第１の側面１０４ａは、インターフェース部分１０６ａを含み、インターフェース部分１０６ａは、読み取り機１０２内の複数の空圧線に接続し、真空、圧力、および／または周辺環境をカートリッジ１０４に提供するように構成された空圧ポート１０７を含む。図１Ａの例において、８つのポート１０７が図示されるが、これより少ないか、または多いポートが特定の実装に従って用いられ得る。
【００２４】
本明細書において説明される複数のカートリッジおよび読み取り機は、電気化学的酵素結合免疫吸収アッセイ（ＥＬＩＳＡ）、およびブドウ糖または乳酸塩レベルのアッセイ等の酵素アッセイを含むがこれらに限定されない、様々な種類のアッセイおよび治療法に用いられ得る。以下に更に説明されるように、いくつかの実装において、１つのカートリッジを用いて、複数の分析物について、１つの試料の多重化試験が実行され得る。図１Ｂおよび１Ｃは、本明細書において説明される複数のシステムを用いて実装され得る、電気化学的ＥＬＩＳＡおよび酵素アッセイの例示的なプロセスフローを示す。
【００２５】
図１Ｂは、一定の実装による全血試料を用いる、電気化学的サンドイッチＥＬＩＳＡアッセイにおける一定の動作を示すプロセスフロー１８０である。試料を受け取った後、図１Ｂの動作の全ては、カートリッジ上で実行され、読み取り機は、全てのオン・カートリッジの動作を制御し得る。まず、全血試料を含むカートリッジが、カートリッジ（ブロック１５０）において受けられ得る。ブロック１５０の前に、全血試料は、試料インレットポートを介してカートリッジに移送され得る。いくつかの実装において、移送デバイスおよび／または、試料を受け取るオン・カートリッジのポートもしくはコンパートメントは、一定の量の血漿を提供する、指定された量の全血を得るように寸法取りされている。臨床医または他のユーザは、読み取り機をオンにし、カートリッジを読み取り機に挿入する。読み取り機は、カートリッジが挿入されると、自動的にオンにするように構成され得る。いくつかの実装において、読み取り機は、カートリッジがそれに対して設計されているアッセイの種類を識別し、それが所望のアッセイであることをユーザに確認するよう依頼し得る。読み取り機が複数の異なる種類のカートリッジおよび／または試料と共に機能するように設計された一定の実装において、読み取り機は、カートリッジおよび／または試料の種類を更に識別し、ユーザに確認を依頼し得る。次に、全血は、血漿試料（ブロック１５２）を形成するべく、濾過される。測定される１または複数の標的種は、血漿試料中に存在し得る。以下に更に説明されるように、空圧は、一定の実装において、フィルタを通して血漿を取り出す。次に、試料は、カートリッジ上に貯蔵されたレポータ化合物と調合する（ブロック１５４）。熱安定性レポータ（または複数の他の生試薬）の貯蔵および後続の調合は、実験室環境の外部では難問となり得る。本明細書において説明される複数のシステムおよび方法の態様は、これらの課題に対処し、正確な数量のレポータおよび試料を提供する。次に、複数の気泡が試料から除去され、試料は、センサウェル（センサチャネル、検出チャネル、またはセンサチャンバとも呼ばれる）に移動される（ブロック１５６）。試料中の複数の気泡の存在は、アッセイの精度に著しく影響し得る。本明細書において説明される複数のシステムおよび方法の態様は、気泡を低減または除去することにより、正確な結果を提供する。また、気泡検出および較正が提供される。次に、試料は、センサウェルにおける１または複数のセンサ上で培養される（ブロック１５８）。これは、複数のセンサの各々において、レポータの標的複合体を捕獲種に結合する。一定の実装において、複数のナノ構造電極を含む電気化学センサが提供される。例えば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）ベースの電気化学センサは、例えば、大きい表面積の作用電極としてＣＮＴのネットワークを含み得、高感度の検出を提供し得る。いくつかの実装において、ナノ構造電極は、比較的少量の試料および試薬が複数のセンサに用いられることを可能にし、オン・カートリッジの試薬貯蔵、ならびに携帯式読み取り機およびポイント・オブ・ケア・システムを容易なものとする。次に、未結合の複数の材料が洗浄される（ブロック１６０）。一定の実装において、カートリッジ上に貯蔵された洗浄液は、設定された培養時間後にセンサウェルの上方を流れる。次に、基質は、結合されたレポータ複合体と反応し、１または複数の増幅信号を生成する（ブロック１６２）。増幅信号が存在する標的の量を示すように、レポータ複合体の電気化学的低減は、存在する標的の量に比例する電流を生成する。読み取り機は、電子信号を測定し、複数の対照を確認した後、アッセイの結果を表示する（１６４）。読み取り機は、電子信号を、表示用の複数の臨床単位に変換し得る。
【００２６】
図１Ｃは、一定の実装による、試料を用いる電気化学的酵素アッセイにおける一定の動作を示す、プロセスフロー１８１である。ブロック１５０および１５２は、図１Ｂに関して、上記のように実行され得る。試料がセンサウェルに移動すると、試料中の標的分析物は、センサ上で１または複数の試薬（例えば、１または複数の酵素および／または媒体物）と反応して、存在する標的の量を示す電気化学的信号を生成する（１５７）。読み取り機は、電子信号を測定し、複数の対照を確認した後、アッセイの結果を表示する（１６１）。読み取り機は、電子信号を表示用の複数の臨床単位に変換し得る。図１Ｂに関して説明されるＥＬＩＳＡアッセイと異なり、酵素アッセイは、一般にセンサに結合された捕獲種との結合反応を伴わない。更に、実行されるときに、酵素アッセイは、上記のＥＬＩＳＡアッセイと異なる時間スケールで行われ得、ブロック１５７において生成される電子信号は、上記のブロック１６２におけるものに先立って生成される。いくつかの実装において、カートリッジは、酵素およびＥＬＩＳＡのアッセイを目的として構成される。様々な実装によれば、１つのカートリッジを動かすことは、方法１８０および１８１のうち一方のみ、または双方を実行することを伴い得る。酵素およびＥＬＩＳＡのアッセイの双方が実行される場合、それらは、同一または平行するセンサウェルにおいて行われ得る。
【００２７】
カートリッジおよび読み取り機、ならびに関連する複数のシステムおよび方法の態様が、図１Ｂおよび１Ｃにおいて説明されるもの等、電気化学的ＥＬＩＳＡアッセイおよび／または電気化学的酵素アッセイの文脈で以下に説明されるが、そのようなものとしては限定されない。例えば、本明細書において説明される複数の態様は、複数の凍結乾燥レポータおよび他の生試薬、ならびに液体試薬のオン・カートリッジの貯蔵を含む、複数のカートリッジおよび他のマイクロ流体環境において実装され得る。別の例において、本明細書において説明される複数の態様は、カートリッジまたは他のマイクロ流体環境内での固体化合物と液体との調合において実装され得る。別の例において、本明細書において説明される複数の態様は、複数の他の種類のアッセイ用のオン・カートリッジの液体の移動、または他のカートリッジ上での複数のプロセスと共に実装され得る。なおも別の例において、本明細書において説明される複数の態様は、オン・カートリッジの気泡検出および気泡除去を目的として実装され得る。別の例において、本開示の複数の態様は、貯蔵された液体のカートリッジ上での放出および対照を目的として実装され得る。本明細書において説明される複数の態様は、複数の他の種類のＥＬＩＳＡアッセイ、ならびに複数の他の種類の電気化学的アッセイ、非ＥＬＩＳＡアッセイ、および非電気化学的アッセイを用いて実装され得る。例えば、本明細書において説明される複数の態様は、光学的検出を使用する酵素アッセイにおいて実装され得る。例えば、カートリッジは、電気化学的ＥＬＩＳＡ、ならびに酵素アッセイにおいて使用される光学的検出を目的として構成され得る。更に、本開示の複数の態様は、バイオチップ、ラブ・オン・チップ、およびマイクロ流体細胞培養チップの文脈を含む、任意のオン・カートリッジまたはオン・チップの文脈において実装され得る。
【００２８】
図２Ａは、一定の実装による、カートリッジ２００の概略的表現である。カートリッジ２００の複数のコンポーネントは、上部プレート２３０および底部プレート２３２の各々、センサアセンブリ２３４、マイクロ流体層２３６、エアラインプレート２３８、ならびに複数の試薬ポーチ２４０を含む。複数のコンポーネントは、一緒に組み立てられた複数の異なる部品から形成され得る、上面プレート２３０、底部プレート２３２、およびエアラインプレート２３８を含むプラスチック本体内に配置され得る。各部品は、カートリッジ２００の製造中に個々に成形された後、これらの部品を組み立ててもよい。カートリッジ２００の複数のコンポーネントは、これらの成形作業および／または組み立て作業中に形成され得る。プラスチック本体は、任意の熱的に安定で化学的に不活性な任意のプラスチックであってもよい。カートリッジ２００の複数のコンポーネントのうちのいくつかは、プラスチック本体２０２とは異なる複数の材料で作製され得る。
【００２９】
カートリッジ２００は、マイクロ流体層２３６を更に含み得、マイクロ流体層２３６は、複数の空圧チャネルおよびマイクロ弁、ならびにマイクロ流体チャネルおよびチャンバを含む。マイクロ流体層は、図２Ａ、２Ｂおよび４Ａ〜４Ｈに関して、以下に更に論じられる。エアラインプレート２３８は、複数の空圧ポート２５０からマイクロ流体層２３６上の複数の空圧チャネルへの複数の接続（図示せず）を提供する。エアラインプレート２３８は、試料インレットポート２４６および廃物チャンバ２４４を含み得る。
【００３０】
試料インレットポートは、開口部、および提供された複数の試料の少なくとも一時的な貯蔵のための貯蔵器を含み得る。複数の試料の例としては、全血、血漿、および尿が挙げられる。水および乳等の複数の生体試料も用いられ得る。試料は、例えば、専用の移送デバイス、毛細血管フィンガー・スティック法、ニュージャージー州フランクリンレークのＢｅｃｔｏｎ  Ｄｉｃｋｉｎｓｏｎ（ＢＤ）から市販されるＶＡＣＵＴＡＩＮＥＲ（登録商標）ドロー、注射器、ピペット、または他の適切な器具を用いて、試料インレットポートに供給され得る。様々な実装によれば、試料は、皮膚の穿刺から直接に供給され得、または血漿分離、ならびに／または供給前の１もしくは複数の添加剤の付加等、いくつかのプロセスを受け得る。更に、複数の試料は、血液試料に必ずしも限定されないが、血清、尿、唾液、および脳脊髄液（ＣＳＦ）を含むアッセイに適切な流体に含まれる、任意の流体試料または試料が挙げられ得る。試料が血液試料である場合、抗凝血剤は、ＶＡＣＵＴＡＩＮＥＲまたは他の収集器具に含まれていてもよく、または試料は、まず、収集器具から抗凝血剤を有する移送デバイスへと移送されてもよい。いくつかの実装において、カートリッジ２００は、抗凝血剤で予め充填されていない。このように、カートリッジ２００は、複数の抗凝血剤を含む複数の収集デバイスおよびそれらを含まないものと共に用いられるように構成され得る。いくつかの他の実装において、カートリッジ２００は、複数の抗凝血剤を含み得る。多くの実装において、カートリッジは、試料を付加する前に冷凍されることを必要とされない。カートリッジがポイント・オブ・ケア環境で安定する試薬のみを含むからである。
【００３１】
図２Ｂは、マイクロ流体層２３６の概略的表現である。図２Ｂは、マイクロ流体層２３６の様々なコンパートメント、チャネル、弁、および複数の他のコンポーネントを示す。マイクロ流体層２３６は、様々なコンポーネントが複数の異なるレベルに配置された多層マイクロ流体層２３６である。従って、図２Ｂにおいて重複する複数のチャネルおよび他のコンポーネントは、複数の異なる層にあり、互いに交差せず、あるいは互いに流体連通しないことがある。各層の詳細な説明は、以下に更に提供され、図２Ｂは、カートリッジ上のマイクロ流体層２３６における様々なコンポーネントの構成例を提供する。
【００３２】
試料チャンバ２０４は、試料インレットポート２０４から、以下に更に説明されるカートリッジ２００の複数の他のコンポーネントへと試料を引く試料ライン２０６に接続され得る。試料が最初に試料インレットポート２０４に充填される場合、試料ライン２０６は、環境（すなわち、試料インレットポートの開口部における圧力）に対する減圧圧力下にあり得る。この圧力差動は、試料インレットポートから複数の他のコンポーネントに供給する試料ライン２０６へと、試料を引き出す。この圧力差動は、試料の粘性、試料ライン２０６のサイズ、流量、および他の流体力学的な考慮に依存し得る。一定の実装において、この圧力差動は、約１ｐｓｉ〜７ｐｓｉであり、または例えば、約３ｐｓｉ〜５ｐｓｉである。以下に更に説明されるように、全血は、フィルタを通過させられて分離され、血漿試料を生成し得る。
【００３３】
試料は、試料ライン２０６からレポータチャンバ２０８へと流れる。レポータチャンバ２０８は、試料と調合する１または複数のレポータを含み得る。これらのレポータは、凍結乾燥した形態で提供され得、カートリッジ２００に予め取り付けられてもよい。レポータの例としては、アルカリ性ホスファターゼ（ＡＰ）およびセイヨウワサビペルオキシダーゼ（ＨＲＰ）等の凍結乾燥されたホスファターゼおよびペルオキシダーゼが挙げられる。ペレットまたは他の複数の形態の凍結乾燥レポータ化合物は、適切なオン・カートリッジ調合における課題を呈するレポータ自体に加えて、糖および賦形剤等、他の必要な成分を含み得る。例えば、凍結乾燥ペレットが試料に導入されると、粘性の溶解しにくい材料となり得る。レポータが凍結乾燥ペレットの形態で提供される場合、試料は、このペレットで複数回流過させ、レポータの適切な溶解および試料との調合を保証し得る。凍結乾燥レポータを用いることで、システムが室温で安定することを可能にし、冷凍の必要性を除去し得る。いくつかの実装において、磁気凍結乾燥された複数のビーズが用いられ、以下に説明されるように調合することにより、分離され得る。
【００３４】
また、レポータチャンバ２０８は、ミキサ２１０および気泡除去チャネル２１２に接続される。レポータチャンバ２０８およびミキサ２１０は、双方向にレポータチャンバ２０８を通して試料溶液を流すことを可能にする調合回路の一部であり、これは、レポータチャンバ２０８において提供された複数の凍結乾燥ペレットを溶解するべく用いられ得る。この機能は、図３を参照して以下に更に説明される。いくつかの実装において、調合回路の寸法は、流体が調合中に混ざり合うことを可能にするのに十分である。いくつかの実装において、システムは、レポータを溶解させるべく用いられる音波破砕、撹拌、または実験室における他の複数の方法を必要とすることなく、レポータを試料と十分に調合し、正確な数量の試料およびレポータをセンサウェルに提供する。
【００３５】
気泡除去チャネル２１２は、気体を移送するが、流体を移送しない１または複数の疎水性膜を介して試料を通過させることにより、試料中の液体から気体を分離する。気体を液体試料から除去することにより、プローブの感度を高め、一般に、カートリッジ２００の性能を改善する。気泡除去チャネルの寸法は、流体の表面張力が気泡の内部圧力を保持し得ないように寸法取りされ、気泡を疎水性膜を通して通気させ得る。気泡除去チャネル２１２の例示的な寸法は、約１ミルになり得る。例示的な膜は、約０．１μｍの多孔性および１〜５ミルの厚さを有し得る。１または複数の疎水性膜は、気泡除去チャネル上を覆い得る。
【００３６】
様々な実装によれば、気泡除去チャネル２１２は、調合回路の一部であり、またはそうでないことがある。いくつかの実装において、気泡除去チャネル２１２は、調合回路の一部である。これにより、調合チャンバ２０８またはレポータチャンバ２１０等のチャンバ内に捕捉された複数の気泡が、血漿濾過のために利用可能な量を減少させることを防止し得る。いくつかの場合に、例えば、試料がレポータチャンバ２１０内に移動するときに、例えばチャンバサイズにおける膨張が、気泡を形成させ得る。試料をレポータと撹拌すると、発泡を生成し得、界面活性剤等のレポータ製剤における添加剤は、発泡生成を激化させる。気泡除去チャネル２１２とミキサ２０８との間で試料を送る複数のサイクルは、レポータチャンバ２１０上の試料を反復して洗浄し、良好な調合を提供して試料からセンサチャネル２１４へと送られる発泡を低減または除去する。様々な実装によれば、試料は、センサチャネル２１４への供給前に、ミキサ２０８を通る少なくとも２つの流路、レポータチャンバ２１０および気泡除去チャネル２１２、例えば、３つから７つの流路を完全に通過し得る。
【００３７】
いくつかの他の実装において、気泡除去機チャネルは、調合回路の外部にあり、試料は、調合が完了した後、気泡除去チャネルに送られ得る。いくつかの実装において、緩衝剤ゾーン（図示せず）は、気泡除去機チャネル２１２と調合チャンバ２０８との間に配置され、調合中に流体試料が気泡除去機２１２に入るのを防止する。これは、図３に関して、以下に更に説明される。緩衝剤とミキサ２０８との間で試料を送る複数のサイクルは、レポータチャンバ２１０上の試料を反復して洗浄し、良好な調合を提供して試料からセンサチャネル２１４へと送られる発泡を低減または除去する。様々な実装に従よれば、試料は、気泡除去チャネル２１２およびセンサチャネル２１４への供給前に、ミキサ２０８を通る少なくとも２つの流路、レポータチャンバ２１０および緩衝剤、例えば３つから７つの流路を完全に通過し得る。いくつかの実装において、カートリッジは、例えば、別個の試料の流れが存在し、その各々が異なる固体試薬と調合される場合に、複数の平行した気泡除去チャネルを含み得る。
【００３８】
以下に更に説明されるように、ミキサ２０８は、エラストマ膜により分離された流体チャンバおよび空圧変位チャンバを含み得る。真空および／または圧力を空圧変位チャンバに適用することによりミキサ２０８が作動すると、調合中に、試料を流体チャンバの内部および外部にポンピングし得る。
【００３９】
いくつかの実装において、カートリッジの複数のコンポーネント（例えば、複数のチャンバおよびチャネル）は、形成される気泡があるコンパートメントとから別のコンパートメントへと通過することを防止するように寸法され得る。いくつかの実装において、後続の各チャンバは、前のものよりも小さい。いくつかの実装において、レポータチャンバの体積は、気泡除去チャネルの体積よりも約１．５〜３倍大きくなり得るが、気泡除去チャネルの体積は、センサウェルの体積よりも約１．５〜３倍大きくなり得る。例えば、いくつかの実装において、レポータチャンバの体積は、気泡除去チャネルの体積よりも約２倍大きくなり得るが、気泡除去チャネルの体積は、センサウェルの体積よりも２倍大きくなり得る。
【００４０】
ミキサの流体チャンバの体積は、気泡除去機およびレポータウェルの体積の組み合わせよりも大きいか、またはこれに等しく、試料が撹拌中に混ざり合うことを可能にし得る。ミキサ２０８の流体チャンバは、（気泡除去チャネルおよびレポータチャンバに対して）より深いプロフィールを有し、フットプリントを低減して最適な調合を可能にし得る。例えば、ミキサ２０８の流体チャンバは、レポータチャンバ２１０、気泡除去チャネル２１２、およびこれらのコンポーネントと接続し、乱流を増大させ、フットプリントを減少させる複数の流体チャネルの公称のチャネルの高さのうち１または複数よりも少なくとも２倍大きい高さを有し得る。
【００４１】
レポータチャンバ２１０のサイズは、冷凍保存された複数のペレットのサイズまたは凍結乾燥された粉末の数量により、それに応じて寸法取りされたミキサ２０８および気泡除去チャネル２１２の流体チャンバと共に決定され得る。複数のペレットの例示的なサイズは、約１〜２ミリメートルの直径になり得る。いくつかの実装において、レポータチャンバ２１０のサイズは、レポータチャンバ２１０が使用前にレポータで実質的に充填されるように、ペレットまたはレポータの他の数量を収容するのに十分大きくなり得る。上述のように、いくつかの実装において、調合回路は、気泡除去チャネル２１２を含まない。これにより、気泡除去チャネル２１２を覆う疎水性膜の完全な状態を保護し、気泡除去の効率性を更に増大させ得る。上記の発泡および気泡の低減機能は、冷凍された液体レポータを用いる実験室ベースのシステムと少なくとも同程度に良好な感度を有する、室温レポータシステムの使用を容易にする。
【００４２】
いくつかの他の実装において、ミキサの流体チャンバおよびレポータチャンバは、類似の体積を有し、気泡除去機は、より小さい体積を有し、体積は、各段階で所望の試料のサイズに応じて寸法取りされた大きさになり得る。例えば、３５μＬの血漿試料に対して、ミキサ流体チャンバの体積は、３５μＬになり得、レポータチャンバの体積は、３４μＬになり得、気泡除去機の体積は、１４μＬになり得る。いくつかの実装において、約２５μＬ〜３０μＬの体積を有する緩衝剤ゾーンチャネルは、レポータチャンバと気泡除去機との間に介在され得る。
【００４３】
図２Ａに戻ると、カートリッジ２００は、アッセイ中に放出される１または複数の基質バッグおよび１または複数の洗浄バッグも含む。これらは、図２Ａにおいて２４０に示されている。一定の実装において、カートリッジ２００は、１つの基質バッグおよび１つの洗浄バッグを含む。ペルオキシダーゼが媒介する電気化学的アッセイ用の基質の例としては、ｐ―フェニレンジアミン（ＰＰＤ）および３，３'，５，５'―テトラメチルベンジジン（ＴＭＢ）が挙げられる。ホスファターゼが媒介する電気化学的アッセイ用の基質の例としては、ｐ―アミノフェニルリン酸塩（ＰＡＰＰ）が挙げられる。任意の適当な洗浄溶液が用いられ得る。例示的なバッグの体積は、１〜５ｍＬの範囲である。いくつかの実装において、カートリッジは、より小さいか、またはより大きな複数のバッグを含み得る。いくつかの実装において、１つの試薬ポーチのみが存在する。例えば、ポーチは、洗浄し、電気化学的基質として実行するのに好適な溶液を含み得る。
【００４４】
カートリッジ２００に提供された洗浄および基質バッグは、カートリッジ２００の他のコンポーネントが試料の試験前に洗浄および基質材料に対して露出されないように、個々に封止され得る。試験中に、洗浄および基質バッグは、上記の図１Ｂおよび以下の図３を参照して説明される順番に従い穿刺され、センサチャネル２１４に供給され得る。穿刺メカニズムは、図６Ａ〜６Ｅを参照して説明される。一定の実装において、複数の試薬ポーチは、複数の破断スパイク２４２により開かれ、複数の破断スパイク２４２は、エアラインプレート２３８および複数の支持体２４１を通って貫通し、複数の試薬ポーチ２４０に到達し得る。図２Ｂにおいて、複数の空圧破断スパイク作動メカニズムが、２１６および２１８に示されている。
【００４５】
また、マイクロ流体層２３６は、センサチャネル２１４を含み、センサチャネル２１４は、試料の様々な成分をセンシングするセンシングアセンブリ２３４の１または複数の電気化学センサと位置合する。複数のセンサアセンブリおよび対応する複数のチャネルの様々な特徴は、図７Ａ〜７Ｄを参照して以下に説明される。一定の実装において、センサチャネル２１４は、ヒータと近接し、試料およびプローブ等、センサチャネル２１４における様々なコンポーネントの一定の所定温度を維持する。
【００４６】
一定の実装において、カートリッジに導入された試料の体積は、約５０マイクロリットル〜２００マイクロリットルであり、例えば全血のうちの約１００マイクロリットルである。試料の一部のみが血漿分離膜を通過させられ、レポータを溶解させるべく用いられる。例えば、約３５マイクロリットルのみが用いられ得る。次に、レポータを含むこの体積の一部がセンサチャネルに供給される。一定の実装において、センサチャネルは、約１０マイクロリットル〜２０マイクロリットル、例えば約１２マイクロリットルを支持し得る。
【００４７】
カートリッジの異なる複数のチャネルおよび／またはコンポーネントの間の液体連通は、空圧作動隔膜弁等の複数の弁の操作により調整され得る。例えば、図２Ｂの複数の隔膜弁のうち１つは、２５２に示されている。複数の隔膜弁は、複数の流体チャネルを複数の空圧チャネルまたはポートから分離するエラストマ膜を含み得る。圧力および／または真空の適用は、弁の開閉を作動させるべく用いられ得る。様々な実装によれば、各弁は、適切であれば、作動されない状態で閉じられ、または開かれ得る。図５Ａ〜５Ｃを参照して、用いられ得る隔膜弁の複数の例が説明される。また、周辺環境への通気が含まれ得る。いくつかの実装において、流体は、流体チャンバから分離された複数の空圧変位チャンバにより圧送され得る。例えば、図２Ｂにおけるミキサ２１０および廃物ポンプ２２０は、試料および廃物を各々圧送するべく用いられ得る。図２Ｂの例において、読み取り機の８つの空圧入力部が２５０において示されるが、任意の適当な数が用いられてもよい。いくつかの実装において、弁および変位チャンバの合計数は、空圧入力の数よりも小さくてもよく、１つの入力部は、複数の弁および／または変位チャンバを制御し、読み取り機のサイズおよび電力要求を低減する。
【００４８】
いくつかの実装において、圧力／真空は、使用全体で適用され、流体の移動を能動的に制御および防止する。これにより、平坦で安定した表面に静止することを必要とせずに、使用中にデバイスが握られることを可能にする。液体の移動の能動的制御により、読み取り機およびカートリッジが移動するときに、所望でないスロッシュ、移動等を防止する。また、デバイスが輸送中に用いられるとき、例えば、移動する乗用車にある間に検出が実行され、または読み取り機が患者と共に移動する搬送車台上にある場合に有用であり得、液体は、検出チャネル内で依然として隔離される。
【００４９】
カートリッジ２００は、１回限りの使用のカートリッジであり、複数のセンサおよびカートリッジ材料は、使用後に処分され得る。一定の実装において、複数の試薬のうちのいくつかは、読み取り機において提供される。例えば、基質および洗浄液は、読み取り機内の再充填可能または交換可能なコンテナに貯蔵され得る。このアプローチは、カートリッジの構成を簡略化し、カートリッジのコストを下げるが、読み取り機の操作および設計の複雑性を増大させる。
【００５０】
図３は、試料濾過、レポータとの調合、および分析のためのカートリッジブロック図の例を示す。図および以下の説明は、全血試料を参照するが、以下に説明されるブロック図および処理は、適切に改良されて複数の他の種類の試料に適用され得る。例えば、血漿分離膜は、存在しなくてもよく、いくつかの実装において、適切な膜またはフィルタに置き換えられてもよい。カートリッジ３００の試料インレットポート３０４、血漿分離膜３０６、レポータチャンバ３１０、ミキサポンプ３０８、緩衝剤ゾーン３１１、気泡除去機３１２、センサウェル３１４、洗浄コンパートメント３１８、基質コンパートメント３１６、廃物ポンプ３２０、および廃物貯蔵器３４４が示されている。また、基質導電性チェック３３０、洗浄導電性チェック３３２、エラストマ弁３６１―３６９、および疎水性膜流体止め３７１〜３７５も示されている。明確にするべく、複数の空圧線は、例示ではなく、例外として、線３８０は、示されるように真空または周辺環境をもたらし得る。
【００５１】
流体は、複数の空圧線による空圧作動を伴う２つの方法、すなわち１）流体止めとして機能する多層マイクロ流体層における疎水性バリア層を通して、真空が適用される、および２）適用される圧力および／または真空により作動される複数のオン・カートリッジ隔膜ポンプのうち１つにより、カートリッジを通って移動され得る。同一の読み取り機空圧源は、複数の隔膜弁を開閉し、複数のオン・カートリッジポンプを動作させ、気泡除去し、流体を流体止めに移動し、複数のバッグ破断メカニズムを動作させるべく、用いられ得る。これは、図１Ａのインターフェース部分１０６ａに示されるように、カートリッジの小さい部分のみが挿入され、読み取り機と相互作用することを可能にする。
【００５２】
用いるときに、試料は、試料インレットポート３０４に導入され得る。これは、センサウェルにおいて所望の試料の量により決定された量を有する試料収集コンテナにより、決定された設定体積であり得る。一例において、１００〜１５０μＬの全血が導入される。次いで、カートリッジは、読み取り機内に挿入され、いくつかの実装において、読み取り機は、開始手順の一部として全ての弁を閉じる。読み取り機は、ユーザがカートリッジおよび複数のアッセイの種類を確認したカードを識別し得る。いくつかの実装において、更なるユーザ入力または注意は、必要とされないことがあり、複数のアッセイは、読み取り機により自動的に実行される。
【００５３】
この時点で、全血試料は、膜により血漿分離膜３０６の試料インレット側に保持される。線３８０および弁３６１を介して適用される真空は、フィルタを通してレポータチャンバ３１０へと血漿を抽出するべく開かれる。（また、以下に説明されるように、この適用された真空は、基質バッグを破断させ、基質流体を刺激チャネル３８５にする）。レポータチャンバ３１０のサイズは、試料のサイズを設定し得る。例えば、３５μＬの試料のサイズについては、更なる１μＬをチャネルに充填するまで、３４μＬのレポータチャンバが充填される。試料のサイズは、流体チャネル内に存在する流体に起因して体積レポータチャンバ３１０よりも僅かに大きくなり得る。しかし、この量は、正確な試料の量を設定するように、正確に知られ得る。この体積のほとんど大部分は、複数の精度の公差を伴うカートリッジの成形部分内にあってもよい。いくつかの実装において、レポータチャンバ３１０は、プログラミングされた時間量、例えば２〜５分が経過した後、充填するものと想定されている。いくつかの他の実装において、フィードバックメカニズムは、レポータチャンバが完全に充填されていることを確認するべく使用され得る。例えば、ユーザが十分な全血試料をカートリッジに付加しなかったので、レポータチャンバ３１０が充填されない場合、不十分な試料を検出するべく、１または複数のメカニズムが使用され得ることに留意されたい。不十分な試料は、気泡形成を引き起こし得、例えば、気泡形成は、以下に更に論じられるように検出され得る。
【００５４】
いくつかの実装において（図示せず）、弁３６２は、周辺環境に接続され得る。しかし、弁が気密でない場合、濾過プロセス中に真空が適用されると、いくらか少量の空気が試料に取り込まれ得る。これは、例えば、１０または１００ｎＬ／分程度の非常に小さい量であり得る。しかし、いくつかの実装において、弁は、チャネル３８２内に液体を提供することにより気密にされる。液体は、気密封止を提供することにより、空気が弁３６２を介してチャネル３８２に入るのを防止する。図３の例において、チャネル３８２は、液体が膜３０６上に静止する未使用の全血により供給されるように、試料インレットに接続される。更に５０ｎＬまたはより小さい複数の気泡の形成が血漿試料中にあることを防止することにより、精密液体測定、ならびにアッセイおよびカートリッジとカートリッジの均一性を提供し得る。
【００５５】
レポータチャンバ３１０は、冷凍保存されたレポータペレットの糖および複数の他の成分と共に、凍結乾燥レポータ、例えば、１０ｍｇの抗体を含む。これらは、試料中で溶解し始める。弁３６１は閉じられ、真空はオフにされ、弁３６３は開けられる。ミキサポンプ３０８の変位チャンバは、レポータチャンバ３１０を介して試料を両方向に圧送するべく、開閉される。試料が圧送されると、線３８０（ここでは周辺環境にある）から試料へと空気が導入され、試料の体積は、試料が泡立つと増大する。図３に図示される例において、長いチャネルであり得る緩衝剤ゾーン３１１が存在する。緩衝剤ゾーンチャネルの幅は、流体が列として移動するように十分に狭くなる。例えば、緩衝剤ゾーン３１１は、３００μｍ〜４００μｍの幅になり得る。
【００５６】
緩衝剤ゾーン３１１は、試料が調合中に気泡除去機３１２に到達することを防止する。（上記にように、いくつかの他の実装において、気泡除去機は、調合回路の一部であり得る。）。緩衝剤ゾーン３１１の体積は、試料が調合中に気泡除去機３１２に到達することを可能にすることなく、増大する試料のサイズを収容するのに十分大きい。例えば、約３５μＬの血漿試料を用いるカートリッジは、約２５μＬ〜３０μＬの緩衝剤ゾーンチャネル体積を有し得る。緩衝剤ゾーンチャネルは、相当に長く、必要された体積および幅を収容し、カートリッジに嵌合するのに適切なサーペンタイン型または他の迂遠経路に配置され得る。試料は、試料中の空気の量が増大すると、連続する各サイクルを有する緩衝剤ゾーンに沿って更に進み、従って、緩衝剤ゾーンチャネルの体積および長さは、特定のカートリッジ設計に所望のいくつかの調合サイクルに応じて異なり得る。緩衝剤ゾーン３１１は、試料への露出が、例えば、試料中の複数の抗体および他の生体分子を膜に付着させることにより、気泡除去機３１２の疎水性膜を汚染する可能性があり得る場合に有利であり得る。これにより、空気の能力が気泡除去機膜の外に通気され、ならびに空気の能力が調合中に試料に導入されるのを阻止し得る。
【００５７】
調合が完了すると、真空は、気泡除去機チャネル３１２に適用される。レポータおよび空気を含む試料は、気泡除去機チャネルに押し出される。試料中の任意の気泡は、連続した気泡を含まない液体で充填されるまで、気泡除去機を覆う疎水性膜を通して押し出される。例えば、１４μＬの気泡除去機は、１４μＬの気泡を含まない液体を有する。読み取り機は、数分間、真空を気泡除去機に適用し、より大きな気泡を除去するのにより長い時間がかかる微小の気泡を泡から除去して残す。例示的な真空は、約１〜１０ｐｓｉであり、例えば、周辺環境の気圧よりも５ｐｓｉ少ない。
【００５８】
次いで、弁３６２および３６４が開かれ、試料をセンサウェル３１４に移動するべく、真空は、線３８０に適用される。弁３６２を開くことにより、チャネル３８２からの空気がバックエンドから充填されることを可能にし、気泡除去機３１２内の液体がセンサウェル３１４に移動することを可能にする。液体のほとんどは、センサウェル自体に存在し、少量の液体は、チャネル３８３内にある。例えば、０．１〜１μＬがチャネル２２４内に移動し得る図２Ｂを参照されたい。いくつかの実装において、図８Ａに関して以下に更に説明されるように、この量は、減らされ、または除去されてもよい。液体がセンサウェルにあると、複数の気泡のチェックが実行され得る。図１０Ｂに関して、複数の気泡検出方法が以下に更に論じられる。
【００５９】
プロセスのこの時点で、チャネル３８５および３８７は、チャネル３８５内の基質流体およびチャネル３８７内洗浄液により、既に刺激されていることがある。図３の例において、基質バッグは、真空がまず、線３８０を介して適用されると、破断される。基質流体は、チャネル３８５を刺激し、基質流体およびチャネル３８５からの気泡を除去し得る。洗浄バッグが破断され、洗浄液は、チャネル３８７に流され、刺激チャネル３８７は、弁３６６が開かれると、洗浄液およびチャネル３８７からの気泡を除去する。上述のように、一定の実装において、複数の弁は、同一の空圧線に接続され、要求されるスペースおよび複雑性を低減し得る。一例において、弁３６６は、弁３６３と同一の線に接続され得、洗浄液は、上記の調合プロセスの開始と同時に弁３６３および３６６が開かれると、チャネル３８７に移動する。導電性チェック３３０および３３２は、基質および洗浄液が各々、バッグから放出され、刺激チャネル３８５および３８７内にあることを確認する。複数の導電性チェックは、電流が導電性流体の存在下で流れる複数の電極を含み得る。
【００６０】
洗浄液がセンサウェル３１４に圧送され、レポータを洗浄する前に、試料は、例えば、５分の期間、センサウェルで培養される。弁３６５および３６６が開かれ、他の全ての弁は、閉じられる。廃物ポンプ３２０、ならびに弁３６９および３６８は、洗浄コンパートメント３１８およびチャネル３８７からの洗浄液を、センサウェル３１４の上方、および廃物貯蔵器３４４内に移動するべく作動される。センサウェルを洗浄するべく用いられる洗浄液の量は、ポンプストロークの回数により、正確に制御される。いくつかの実装において、洗浄液は、洗浄液を廃物貯蔵器３４４に送る前に、センサウェル３１４の上方で双方向に圧送され得る。これは、カートリッジ上で洗浄され、用いられ、貯蔵される液体の量を低減することを容易にし得る。いくつかの実装において、洗浄液中への未結合レポータの垂直な拡散に十分な時間量を可能にするべく、洗浄液は、センサウェル３１４で静止することを可能にされる。
【００６１】
洗浄液が廃物貯蔵器３４４に圧送されると、基質は、廃物ポンプ３２０に接続され、基質をセンサウェル３１４に圧送する。弁３６６が閉られ、弁３６５および３６７は、開かれ、基質コンパートメント３１６およびチャネル３８５内の基質をセンサウェル３１４に接続する。廃物ポンプ３２０、ならびに弁３６９および３６８は、センサウェル３１４の上方に流体を圧送するべく作動される。通過された基質の量は、センサウェル体積の倍数、例えば、センサウェル３１４の体積の４〜８倍になり得る。これにより、センサウェルにおける任意の残余の洗浄液が基質試薬の電気化学緩衝剤により希釈されることを保証し得る。基質は、センサウェル３１４の上方に複数回、例えば２〜４回圧送され得る。電流は、各センサにおいて測定され、測定値は、分析物の数量に対応する。この時点で、カートリッジが用いられ、読み取り機から除去され、破棄され得る。
【００６２】
様々な実装によれば、挿入から結果までの時間は、３０分未満になり得、試料が培養されているか否か、およびどのくらい長くかに応じて、１０〜１５分または更に速くなり得る。血漿濾過が（例えば、カートリッジに供給された全血試料、非血液試料、または血漿に対して）実行されない場合、時間は、更に低減され得る。更に、試料培養（例えば、代謝物質パネル）を必要としないカートリッジについては、合計の処理時間は、２または３分も速くなり得る。
【００６３】
センサウェルは、センシング中に実行された特定のアッセイについて適切に加熱され得る。以下の図１１Ｃは、センシング中のセンサウェルにおける温度制御の例を提供する。加熱は、図７Ｂに関して以下に説明される一定の実装による、複数のヒータの例を伴う任意の適当な方法により行われ得る。
【００６４】
図３は、フロー図の例を提供し、様々な修正は、本明細書の範囲を逸脱することなく行われ得る。例えば、センサウェルを通る流れは、図３において一方向であるが、いくつかの実装において、試料を分割し、センサウェルの異なる複数の場所で試料の異なる複数の部分を導入するべく、交差する流れが実装され得る。これは、センサウェルの２またはそれより多い場所で、２またはそれより多いセンサに対する均一な露出特性を提供するべく、行われ得る。いくつかの実装において、試料は、分割され、平行して提供された２またはそれより多い試料ウェルに向けられ得る。基質、洗浄、および／または他の試薬の流れは、１つのウェルの２もしくはそれより多い場所、または２もしくはそれより多いウェルにも適切に再度向けられ得る。
【００６５】
図１Ｄは、１つの全血試料を用いて、複数の平行するセンサウェルにおいて酵素および電気化学的サンドイッチＥＬＩＳＡアッセイを実行する複数の方法における一定の動作を示す、プロセスフロー１８２である。複数のブロック１５０〜１６４は、図１Ｂに関して上記されたように実行され得、試料の一部は、ブロック１６５ｃ、１６５ｄまたは１６５ｅのうちの１つにおける第２のセンサウェルに向けられる。ブロック１６５ｃが実行される場合、試料は、全血がブロック１５２において濾過され、血漿試料を形成した後、分割される。分割された後、酵素アッセイは、図１Ｂに説明されたように実行され得る。図２Ｃは、ブロック１６５ｃが実行される場合に、処理フロー１８２に従って用いられるマイクロ流体層２３６の例の概略図である。図２Ｃは、図２Ｂに示されるマイクロ流体層２３６の様々なコンパートメント、チャネル、弁、および他のコンポーネントを示し、サイドチャネル２６０の追加は、第２のセンサチャネル２１４ａをもたらす。いくつかの実装において（図示せず）、試料は、第２のセンサチャネル２１４ａへの供給前に１または複数の固体または液体試薬（例えば、レポータ、酵素、媒体物等）と調合され得、および／または１もしくは複数の試薬は、センサチャネル２１４ａに供給され得る。これらは、センサチャネル２１４に供給される同一または異なる複数の試薬であり得る。固体試薬と調合されると、分割された試料は、様々な実装による気泡除去チャネルを介して送られてもよく、または送られなくてもよい。いくつかの実装において、試料は、例えば、酵素アッセイが全血において実行される場合に、濾過前に分割され得る。いくつかの実装において、第２のセンサチャネル２１４ａは、センサウェル２１４に対して平行かつ比較的近くに位置し、共通のヒータを共有し得る。
【００６６】
いくつかの実装において、分割された試料は、気泡除去チャネル内で気泡除去され得る。いくつかの実装において、第２のセンサウェルにおいて実行されたアッセイは、気泡に対してあまり鋭敏でなく、第２のセンサウェルに直接進むことがある。図１Ｄに戻ると、ブロック１６５ｄが実行される場合、試料は、試料がブロック１５４においてレポータと調合された後に分割される。分割された後、酵素アッセイは、図１Ｂに説明されたように実行され得る。図２Ｄは、ブロック１６５ｄが実行される場合に、処理フロー１８２に従って用いられ得るマイクロ流体層２３６の例の概略図である。図２Ｄは、図２Ｂに示されるマイクロ流体層２３６の様々なコンパートメント、チャネル、弁、および他のコンポーネントを示し、サイドチャネル２６０の追加は、第２のセンサチャネル２１４ａをもたらす。図１Ｄに再び戻ると、ブロック１６５ｃが実行される場合、試料は、ブロック１５６における気泡除去の後に分割される。分割された後、酵素アッセイは、図１Ｂに説明されたように実行され得る。図２Ｅは、ブロック１６５ｅが実行される場合に、処理フロー１８２に従って用いられ得るマイクロ流体層２３６の例の概略図である。図２Ｅは、図２Ｂに示されるマイクロ流体層２３６の様々なコンパートメント、チャネル、弁、および他のコンポーネントを示し、サイドチャネル２６０の追加は、第２のセンサチャネル２１４ａをもたらす。
【００６７】
図４Ａ―４Ｈは、多層のマイクロ流体層の複数の層の例の簡略概略図である。気泡除去チャネル等のいくつかの特徴が図示されるが、他の流体および空圧チャネル、ならびに複数のポートおよび複数の層間ビアは、例示の目的で図示されないか、または簡略化されている。様々なチャネル、弁、ポートが存在し、複数の層間ビアが様々な実装に従って複数の異なる層に配置され得、特定の層におけるこれら特徴の構成も、特定の実装に従って異なることを理解されたい。まず図４Ａを参照すると、血漿分離膜４０３および疎水性膜４０１と共に層４０５〜４１９が図示される。層４０７は、カートリッジ内で全ての隔膜弁に対して隔膜として機能し得る、モノリシック（１つ）の可撓性膜である。層４０５、４０９、４１３および４１７は、レーザカットされた接着剤材料であり得る。層４１１、４１５および４１９は、成形または切断されたプラスチック材料であり得る。
【００６８】
接着剤の例としては、３００ＬＳＥ、２００ＭＰ、３００ＭＰ、アクリル系接着剤、光学透明アクリル系接着剤、およびケイ素接着剤を含む、３Ｍによる複数の圧力感度接着剤が挙げられる。用いられ得る他の接着剤としては、他の圧力感度接着剤、熱活性接着剤、スクリーン印刷可能な接着剤、パッド印刷可能な接着剤、射出成形部品用のレーザ（ＩＲ）溶接、音波溶接、熱封止、および溶媒結合が挙げられる。
【００６９】
本明細書において説明される多層積層の複数の層の各々は、センシングが実行される複数の温度で概ね安定している。より高い温度が用いられるいくつかの実装において、複数の弁に対する圧力／真空は、剥離を防止するのに役立つように、加熱中にオフにされ得る。
【００７０】
層４０５、４０９、４１３および４１７の各々は、１または複数流体チャネルを含み得、層４１３は、ほとんどの流体チャネルを含み、層４０９は、一例における気泡除去チャネルの主要部分を含み、層４１７は、一例におけるセンサウェルを含む。層４０５は、複数のマイクロ弁の空圧チャンバ、複数のポンプおよびバッグ破断メカニズムを提供し、エアラインプレートにおける複数の空圧線に接続され得る。層４０９〜４１３は、複数の隔膜弁用の流体チャンバおよびシート、ならびに複数のポンプおよびバッグ破断メカニズムを提供し得る。複数の層の各々は、レベル間空圧および流体接続用の複数のビアを含み得る。例えば、層４１５は、層４１３と層４１７との間の流体接続用の複数のビアを含み得、層４１１は層４１３と層４０９との間の流体接続用の複数のビアを含み得る。
【００７１】
図４Ｂを参照すると、層４０５の簡略概略図が図示されている。層４０５は、空圧ポート４５０、ならびに複数のバッグ破断メカニズムのチャンバ４１６ｂおよび４１８ｂ、ミキサポンプの空圧チャンバ４１０ｂ、廃物除去ポンプの空圧チャンバ４２０ｂ、および隔膜弁の空圧チャンバ４６０ｂを含む。また、層４０５は、１または複数の流体チャネル４８０、および複数のレベル間ビア４８２を含み得る。開口４８４および４８６は、図４Ａに各々示される血漿分離膜４０３および疎水性膜４０１を嵌合するように寸法取りされる。図４Ｃは、層４０７の簡略概略図を図示する。上述のように、層４０７は、モリマ可撓性膜であり、血漿分離膜４０３および疎水性膜４０１を各々嵌合するように寸法取りされた開口４８４および４８６、ならびに複数のチャネル４８０およびビア４８２も含む。図４Ｄは、層４０９の簡略概略図を示し、層４０９は、バッグ破断メカニズムの空圧チャンバ４１６ｄおよび４１８ｄ、ミキサおよび廃物除去ポンプの流体側チャンバ４１０ｄおよび４２０ｄ、複数の隔膜弁の流体側チャンバ４６０ｄを含む。層４０９は、複数の気泡除去機チャネル４１２および逆止弁４７０も含み、これらは、図４Ａに図示される疎水性膜４０１に隣接する。チャネル４９０は、図４Ａの血漿分離膜４０３に隣接し、濾過された血漿試料が層４１３の複数の流体チャネル内を流れることを可能にする。図４Ｅは、層４１１の簡略概略図を図示し、層４１１は、複数のバッグ破断メカニズムのチャンバ４１６ｅおよび４１８ｅ、ミキサおよび廃物除去ポンプの流体側チャンバ４１０ｅおよび４２０ｅ、ならびに複数の気泡除去機チャネル４１２を接続するビア４７０ｅ等の複数のビアを含む。層４１１は、複数の隔膜弁用の流体通路／ビア４９２も含み、これは、複数の隔膜弁が閉じられると、隔膜により遮断される。図４Ｆは、層４１３の簡略概略図を図示し、層４１３は、この例において、カートリッジのほとんどの流体チャネルを含む。例えば、チャネル４８１は、複数のバッグ破断メカニズムから層４１７のセンサウェルに至る。残余の複数の流体チャネル４８０は、特定の流体チャネルの構成および詳細が省略された形で一般的に図示されている。流体流路の複数の例は、図３に関して上に示されている。ミキサおよび廃物除去ポンプの流体側チャンバ４１０ｆおよび４２０ｆも図示されている。図４Ｇは、層４１５の例を図示し、層４１５は、層４１７のセンサウェルへの流体接続を含む、層間接続のための複数のビアを含むプラスチック層である。図４Ｈは、層４１５における複数のビアにより層４１３に接続され得るセンサウェル４１４および追加の複数の流体チャネル４８０を含む、層４１５の概略図である。層４１７は、例えば、層４１５上に収容され得ない複数の流体チャネルのためのスペースを提供し得る。図４Ａ〜４Ｈは、様々な実装によるマイクロ流体層の複数の層の構成例を提供し、マイクロ流体層は、任意の数の層を含み得る。例えば、より小さい形状因子カートリッジは、複数のチャネルを収容する追加の複数の層を含み得る。同様に、より大きな形状因子カートリッジは、より少ない層を含み得る。
【００７２】
図５Ａおよび５Ｂは、様々な実装に従って用いられ得る隔膜弁の一例を提供する。図５Ａは、開かれた隔膜弁５６０を図示し、隔膜弁５６０は、図示されるように双方向の流体流を可能にし得る。隔膜弁は、膜５０７、ならびに流体側および空圧側層５４０および５４２を含む。（層５４０および５４２の各々は、１もしくは複数の層、またはマイクロ流体層により構成され得る）。流体側層５４０は、複数のビア５９２および流体チャネル５９３を含み、空圧層５４２は、空圧ポート５４４を含む。（多層マイクロ流体層のある層における複数の流体経路の複数の例は、図４Ｅの４９２において示されている）。読み取り機からの真空および／または圧力は、カートリッジ内の複数の空圧線を介して弁５６０に適用され、膜５０７を反らせて弁５６０を開閉し得る。図５Ｂは、閉じられた態勢における弁５６０を示す。
【００７３】
また、ポイント・オブ・ケア・システム、例えば、試験中に用いられる複数の液体試薬を貯蔵する複数のカートリッジにおいて用いられる複数の新規な試薬供給方法およびメカニズムが提供される。様々な種類の液体試薬が、複数の生物学的アッセイにおいて用いられる。例えば、ＥＬＩＳＡベースの測定技術は、一般に、未結合種を取り除く洗浄緩衝剤液、および様々な反応および測定を容易にする基質試薬を用いる。これらの技術は、動作させる複数の電気化学センサのための特定の複数の洗浄緩衝剤溶液および基質を用いる。複数のポイント・オブ・ケアデバイスにおける様々な液体試薬の一体化および取り扱い、ならびに供給は、難問であり得る。本明細書における説明は、複数の電気化学的ＥＬＩＳＡシステムのカートリッジにおいて用いる複数の基質および洗浄液を主として参照するが、説明されるこれらの方法およびメカニズムは、複数の封止バッグにおいて提供される任意の種類の液体試薬に適用可能である。
【００７４】
いくつかの実装において、提供される複数の試薬供給方法およびメカニズムは、複数の封止フォイルバッグを穿刺開封するべく起動される空圧メカニズムに基づく。これらの方法およびメカニズムは、上記のマイクロ流体カートリッジに容易に一体化され得る。これらのカートリッジは、複数の弁、ポンプ、および液体の移動を制御するべく複数のカートリッジに提供された空圧線（例えば、圧力および／または真空ライン）を既に有するからである。空圧力は、上記、および図９Ａに関して更に以下に説明される読み取り機により供給され得る。これらの空圧機能は、複数の液体試薬を含む複数のバッグを破断し、複数のチャネルに試薬を供給するべく用いられる供給システムの様々なコンポーネントを制御するように適用され得る。
【００７５】
一定の実装において、提供される複数の試薬供給方法およびメカニズムは、別個の機械的メカニズム、および動作のための電子的メカニズムを必要としない。更に、カートリッジの１つの空圧機能は、様々動作方式（例えば、同時または順番に）に従って異なる複数のバッグからの複数の異なる試薬の供給を制御し得る。
【００７６】
図６Ａは、一定の実装による、液体含有バッグ６０８を穿刺する前の空圧破断メカニズム６００の概略的表現である。空圧破断メカニズム６００は、カートリッジの上面プレート６０２と底部プレート６０４との間に提供され得る。いくつかの実装において、上面プレート６０２および底部プレート６０４のうち１または複数は、カートリッジの外側プレートではなく、カートリッジ内に収納され得る。例えば、底部プレート６０４は、上記のマイクロ流体層の層であってもよい。読み取り機、実験室の器具類等の装置における複数の空圧破断メカニズムを含む、複数の他の実装が同様に可能である。空圧破断メカニズム６００は、可撓性膜６１０およびスパイク６１２を含む。可撓性膜６１０は、メカニズム６００の底部キャビティ６０５を上部キャビティ６０７から分離する。上部キャビティ６０７は、スパイク６１２が貫通し得る開口部を有する支持体６０６により、画定され得る。支持体６０６は、液体含有バッグ６０８を支持するべく用いられ得る。支持体６０６と上面プレート６０２との間の体積は、外部キャビティ６０９として画定される。しかし、液体含有バッグ６０８の一部は、例えば図６Ａに示されるように、上部キャビティ６０７に露出される。液体含有バッグ６０８は、支持体６０６における開口部の周囲の支持体６０６に対して封止される。可撓性膜６１０は、図４Ａを参照して上記された層４０７等の膜であり得る。
【００７７】
可撓性膜６１０は、スパイク６１２を持ち上げるためのアクチュエータとして用いられる。いくつかの実装において、可撓性膜６１０は、膜全体に渡る圧力差動、すなわち、底部キャビティ６０５と上部キャビティ６０７との間の圧力の差に基づいて、その形状を変更するように構成される。双方のキャビティにおける圧力レベルが実質的に同一である場合、可撓性膜６１０は、例えば図６Ａに示されるように、実質的に平坦であり、スパイク６１２を液体含有バッグ４０８から離れた状態に保持し得る。可撓性膜６１０は、支持体６０６により支持され得る。例えば、可撓性膜６１０は、支持体６０６、またはカートリッジのいくつかの他のコンポーネントに対して積層され得る。
【００７８】
可撓性膜６１０は、ポリウレタンまたは他の可撓性材料から作製され得る。スパイク６１２は、硬質プラスチックから射出成形されてもよく、または金属等、別の好適な材料であってもよい。一定の実装において、スパイク６１２は、製造中にアセンブリにおけるスパイク６１２の存在または不存在を容易に識別するべく、色コードで区別され得る。
【００７９】
メカニズムの作動前に、スパイク６１２は、液体含有バッグ６０８および膜６１０の双方と既にと接触していてもよい。この例および状態において、上部キャビティ６０７は、スパイク６１２の先端が穿刺しなくても液体含有バッグ６０８と接触するように、スパイク６１２を収容するのに十分な高さを有し得る。一定の実装において、上部キャビティ６０７の高さは、スパイク６１２の高さよりも大きくなり得る。これらの実装において、スパイク６１２は、上部キャビティ６０７内部で自由に浮動していてもよく、またはスパイクは、膜６１０に取り付けられ、液体含有バッグ６０８から離れた状態に保持され得る。
【００８０】
例えば図６Ｂに示されるように、底部キャビティ６０５内の圧力が上部キャビティ６０７内の圧力よりも大きい場合、可撓性膜６１０は、上方に向かって変形し得る。この変形は、スパイク６１２を押し上げ、更に液体含有バッグ６０８を押す。一定の状況において、スパイク６１２は、液体含有バッグ６０８を穿刺し、液体がバッグから上部キャビティ６０７へと漏出することを可能にする。一定の実装において、底部キャビティ６０５と上部キャビティ６０７との間の圧力差動は、少なくとも約５〜１０ｐｓｉであり、または例えば、液体含有バッグ６０８の破裂を実現するには少なくとも約５ｐｓｉになり得る。しかし、これらの圧力範囲が特定のスパイクおよびバッグの設計、例えば、より鋭利なスパイクに依存し、より弱いバッグの歩留り強度がバッグの穿刺を実現するには可撓性膜のより小さい変形を必要とすることが理解されよう。また、破断力または変位は、スパイクにおける円形ベースの表面積の設計により、調整され得る。更に、破断力または変位は、キャビティの２つの側面に適用される相対的な圧力差を変更することにより調整され得る。一定の実装において、システムは、液体が上部キャビティ６０７についてセンシングされるまで、圧力差動を増大させるフィードバック制御ループを有し得る。フィードバック制御ループは、上部キャビティ６０７、または流体の存在をセンシングする上部キャビティ６０７から延在する流体チャネルに位置するセンサを含み得る。いくつかの実装において、センサは、カートリッジが機能しているとのチェックを提供するべく、フィードバック制御ループの外側で用いられ得る。ユーザには、カートリッジが作用しておらず、センサが流体の存在および／またはその一定の量を検出する場合に交換する必要があるとの表示を提供し得る。例えば、一定の実装において、空圧破断メカニズム６００は、上部キャビティに至る線に、液体の存在または不存在を判断する導電性プローブを含む。一例は、図３の導電性チェック３３０である。
【００８１】
底部キャビティ６０５と、図６Ａに図示された状態から図６Ｂに図示された状態へと移ることを可能にする上部キャビティ６０７との間の圧力差動は、底部キャビティ６０５における圧力を増大させることにより、上部キャビティ６０７における圧力を低減することにより、またはその双方により得られ得る。上述のように、カートリッジは、（大気に対する）高圧線および減圧圧力線の双方で装備され得る。各キャビティにおける高圧および／または減圧圧力は、キャビティに接続されたこれらの線を介して生成される。更に、外部キャビティ６０９内部の圧力は、液体含有バッグ６０８を押し、穿刺を保証し、および／またはバッグ６０８からの液体の適切な変位を保証するべく、調整され得る。破裂した後、液体は、上部キャビティ６０７に供給され得、上部キャビティ６０７は、１または複数流体チャネルにより、カートリッジ上の複数の他のチャンバに接続され得る。いくつかの実装において、上部キャビティ６０７内の空気は、例えば、放出された液体を流体止めに移動し、空気を通気することにより、液体から除去される。複数の例は、図３に関して上記されている。このように、液体は、気泡を有しないセンサウェルまたは他の目標に供給され得る。一般に、上部キャビティ６０７は、円形またはテアドロップ形状であり、気泡形成を防止するのに役立ち得る。
【００８２】
上記の空圧破断メカニズム６００は、バッグの早過ぎる破断の可能性を最小化する。スパイク６１２は、浮動しているか、または可撓性膜６１０に取り付けられているかを問わず、非常に小さい慣性力を有し、一般に、振動、落下等、カートリッジに加えられた無作為の外力、およびカートリッジを移送し、用いる間に通常生じる他のそのような力により、偶然に破断をトリガする可能性はない。更に、複数のバッグからの流体抽出は、例えば、機械的破断または機械的変位メカニズムと比較すると、空圧破断メカニズムを用いることでより制御可能になる。空圧破断メカニズムは、バッグをスパイクに対して押すことに代えて、スパイクをバッグ内へと移動するので、バッグ内における圧力の蓄積は、実質的に低減され得る。これにより、複数のバッグの未制御および早過ぎる破断を防止し得る。更に、流体抽出中に、スパイクは下げられ、破断点から離して移動されることで、より開かれた流体通路を提供し得る。また、バッグコンパートメントと試薬アウトレットとの間の脆弱な封止に依存する複数のアプローチは、洗練された前進をする必要があり、および／または制御された複数のシステムに破断する封止を駆動させ得る。
【００８３】
本明細書において説明される複数のデバイスに対する別の利点は、複数のデバイス製造プロセスの複雑性を低減することである。バッグが後でスパイクに対して押され得るように、バッグをスパイクに対して取り付けることに依存する複数のアプローチは、早過ぎる破断なしに実行するには難問であり得る。脆弱な封止アプローチについては、バッグ製造プロセス自体が、課題である。
【００８４】
基質、洗浄、および複数のレポータシステム等、任意の種類の流体を含む複数のバッグを破断するべく、空圧破断メカニズム６００が用いられ得る。複数の流体は、対応する複数の空圧破断メカニズムの作動前に、封止される複数のバッグに貯蔵される。複数のバッグは、アルミニウムを用いる低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）金属溶射等、複数の金属溶射プラスチック材料から作製され得る。
【００８５】
一定の実装において、接着剤は、支持体６０６と液体含有バッグ６０８との間のインターフェースに少なくとも提供される。この接着剤は、インターフェースを封止し、液体が外部キャビティ６０９に漏出することを防止し、任意の気体または液体が外部キャビティ６０９と上部キャビティ６０７との間に流れることを防止するべく、用いられ得る。従って、外部キャビティ６０９および上部キャビティ６０７は、異なる複数の圧力レベルに保持され得、異なる複数の圧力レベルは、液体含有バッグ６０８を穿刺して放出するのに役立つように用いられ得る。接着剤のいくつかの例としては、アクリル基接着剤が挙げられる。
【００８６】
図６Ｃおよび６Ｄは、別の実装による空圧破断メカニズムを例示する。この例において、空圧破断メカニズム６００は、底部プレート６０４に固定されたスパイク６１２を含む。図６Ａおよび６Ｂに示す例におけるように、液体含有バッグ６０８の一部は、キャビティ６０７に対して露出される。この例において、真空は、キャビティ６０７に引き出され、液体含有バッグ６０８をスパイク６１２に引くことより、バッグ６０８を破断し得る。上記の複数の例のうちいずれにおいて、破断およびセンサウェルへの液体供給は、例えば図３を参照して上記されたように、時間において分離され得る。これにより、液体供給に対するより大きな制御を可能にする。
【００８７】
本明細書において説明されるカートリッジおよび流体供給システムの複数の態様は、モノリシックな膜層および液体を含む複数の多層マイクロ流体層と、モノリシックな膜層の両側の空圧チャンバおよびチャネルとを含む。複数の例は、各々多層積層の隔膜弁およびバッグ破断メカニズムを図示する図５Ｃおよび６Ｅを参照して論じられる。
【００８８】
図５Ｃは、様々な実装に従って用いられ得る隔膜弁の別の例を示す。例えば、層５３８は、上記の図２Ａに示されたエアラインプレートであり得る。空圧チャンバまたはチャネル５６０は、膜５０７に隣接し、層５３８における空圧ポートまたは線５４４に接続され得る層５０５、図４Ｂの層４０５等に形成され得る。弁は、閉じた状態で図示されている。開いているときには、流体は、複数のビア５９２を用いて流体チャネル５９３を通過し得る。複数のビア５９２は、１もしくは複数の層５０９／５１１、図４Ｄおよび４Ｅに関する上記の４０９／４１１等に形成され得る。流体チャネル５９３は、層５１３、図４Ｆに関する上記の層４１３等に形成され、層５１５、図４Ｇに関する上記の層４１５等により更に画定され得る。図５Ｃの例において、圧力が適用される場合、膜５０７は、複数のビア５９２に対して押され、（示されている）弁を閉じる。真空が適用されると、可撓性膜５０７は持ち上げられ、弁を開く。
【００８９】
図６Ｅは、図５Ｃに示される同一層の積層における別の領域の空圧破断メカニズム６００の例を示す。空圧破断メカニズム６００は、可撓性膜５０７およびスパイク６１２を含む。可撓性膜５０７は、メカニズム６００の底部キャビティ６０５を上部キャビティ６０７から分離する。上部キャビティ６０７は、スパイク６１２が貫通し得る開口部を有する層５３８により画定され得る。上述のように、層５３８は、図２Ａに示されるエアラインプレート２３８であり得る。他の層５０５および５０９〜５１５は、図５Ｃに関して示されるように、図４Ａに示される複数の層に対応し得る。圧力および／または真空は、空圧ポートまたは線６４４を介して適用され、底部キャビティ６０５に到達し得る。圧力が適用される場合、可撓性膜５０７は、浮動スパイク６１２に対して押され、浮動スパイク６１２は、射出成形層５３８から突出し、試薬バッグを穿刺および破断する（図示せず）。真空が適用される場合、可撓性膜６０７は、下に撓み、スパイク６１２は下方位置になる。例えば図３に関して上記のように、バッグが破断されると、液体は、キャビティ６０７へと放出され、キャビティ６０７から１または複数のマイクロ流体チャネル（図示せず）に入り得る。具体的には、液体は、膜５０７を通過するビア（図示せず）を介して膜の反対側のセンサウェルへと送られ得る。
【００９０】
特に、膜５０７は、図５Ｃおよび６Ｅを比較することにより示されるように、いずれかの側で空圧により作動され得る。圧力ラインおよび／または真空ラインは、図６Ｅに示されるように、適切であれば膜を横断してもよい。同様に、流体は、膜の両側、ならびに膜の反対側に送られてもよい。
【００９１】
様々な実装によれば、様々な種類のセンサは、本明細書において提供される説明の態様に従って用いられ得る。以下の説明は、電気化学的信号を生成する複数のセンサを主として参照するが、上記の試料、ならびに／または試薬貯蔵および供給メカニズムは、光学、測色、発光、蛍光、測光、および透過ベースのシステムを含むがこれらに限定されない他の検出治療法と共に使用され得る。
【００９２】
本明細書において説明される複数の電気化学的センシングデバイスは、１または複数の電気化学セルを含み、その各は、作用電極および対電極を含み得る。各電気化学セルの作用電極は、例えば、サンドイッチＥＬＩＳＡまたは他のアッセイのために独立に官能化され得る。このように、任意の数の異なる、独立したアッセイは、１つの試料から実行され得る。電気化学的信号は、試料に存在する標的の量に比例する電流を生成する。存在する場合、各細胞の作用電極と対電極との間の電流が測定され、いくつかの実装において別個の電極と比較され得る。読み取り機は、各アッセイについて、電流における変化を複数の臨床単位に変換し、ユーザに表示する。
【００９３】
いくつかの実装において、複数の作用電極は、例えば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を堆積させた電導炭素パッドを含み得る。作用電極用のＣＮＴを官能化する複数の方法は、「ＮＡＮＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＴＥＳＴ  ＤＥＶＩＣＥ」という名称の米国特許第７，９５５，５５９号において説明され、参照により本明細書に組み込まれる。
【００９４】
図７Ａは、一定の実装に従って用いられ得るセンシングアセンブリ７００の概略的例示である。センシングアセンブリ７００は、図２Ａの例に示されるように、カートリッジ２００に組み込まれたセンシングアセンブリ２３４の例である。センシングアセンブリ７００は、様々なコンポーネントをスクリーン印刷することにより、ベースシート７０２上に形成され得る。ベースシート７０２は、ポリエステルを含む材料または他の適切な化学的に不活性な材料から作製され得る。一定の実装において、ベースシート７０２の厚さは、約３ミルから１５ミルであり、例えば約７ミルである。
【００９５】
ベースシート７０２上のセンシングアセンブリ７００の複数のコンポーネントとしては、作用電極７１０ａ〜７１０ｅ、対電極７１１ａ〜７１１ｅ、基準電極７１２ａ〜７１２ｅ、熱電対７１４、およびヒータ７０８が挙げられ得る。複数の導電性線は、明確にする目的でいくつかが図７Ａに示されていないが、読み取り機への電気的に接続するべく、各電極からセンシングアセンブリ７００の上面へと延在する。作用電極および対電極の各対７１０ａおよび７１２ａ、７１０ｂおよび７１２ｂ、７１０ｃおよび７１２ｃ、７１０ｄおよび７１２ｄ、７１０ｅおよび７１２ｅは、電気化学セルを形成し、異なるアッセイに用いられ得る。基準電極７１１ａ〜７１１ｅは、所望の実装に応じて存在してもよく、または存在しなくてもよい。いくつかの実装において、１つの基準電極は、同様に複数の作用電極に用いられ得る。そのような構成の例は、以下の図９Ｂに示される。また、いくつかの実装において、別個の基準電極が用いられる場合、基準電極７１１ａ〜７１１ｅの複数の信号は、カートリッジまたは読み取り機において纏められ得る。例えば、複数の平行した基準電極からの電圧は、平均化され得る。
【００９６】
複数の電極は、少なくとも部分的にセンサウェル領域７０６にあり、センサウェル領域７０６は、マイクロ流体チャネルであるか、またはこれに対面し得る。そのようなマイクロ流体チャネルは、例えば、図２Ｂおよび図４Ａ〜４Ｈを参照して上記された複数のマイクロ流体層のうち１または複数の層により画定され得る。全ての電気化学セルは、センサウェル領域のいずれかの端部で開いているか、または開き得るマイクロ流体チャネル内の同一の連続した液体フィルムに露出される。任意の数の独立した電気化学セルが、所望の実装に従って存在し得る。
【００９７】
これらのコンポーネントを構成するべく用いられ得る複数の異なる種類のインクとしては、ニッケル（Ｎｉ）を含むインク、銀（Ａｇ）を含むインク、炭素（Ｃ）を含むインク、銀と銀とのクロライド（Ａｇ／ＡｇＣｌ）を含むインク、および誘電体含有インクが挙げられる。誘電体含有インクを例外とする全てのインクは、複数の導電性要素を生成するが、誘電体含有インクは、複数の絶縁構造体をもたらし、典型的には他の複数のインクに対するブランケット式ナイフ塗布として用いられる。全てのインクは、赤外線、熱、ＵＶ、または他の種類の硬化等の硬化段階による、複数の標準的スクリーン印刷技術により順番に印刷され得る。いくつかの実装において、作用電極７１０ａ〜７１０ｅは、炭素であってもよく、基準電極７１１ａ〜７１１ｅは、銀クロライドであってもよく、対電極７１２ａ〜７１２ｅは、銀であってもよい。
【００９８】
一定の実装において、ヒータ７０８以外の全てのコンポーネントは、ベースシート７０２の一方の側に印刷されるが、ヒータ７０８は、ベースシート７０２の他の側に印刷される。従って、ベースシート７０２は、例えば、複数の電極とヒータ７０８との間の電気絶縁体として機能する。同時に、ベースシート７０２は、十分に薄いので、ヒータ７０８とセンサウェル領域７０６との間に十分な熱導電性を提供する。更に、ベースシート７０２は、複数の熱分散機能を実行し、より均一な熱伝達を提供し得る。
【００９９】
ヒータは、薄いベースのみによりセンサウェルから分離されるので、センサウェルにおける液体を加熱することは、非常に効率的である。更に、スクリーン印刷ヒータは、非常に小さい質量を有するので、十分な熱を生成するのにほとんどエネルギーを要しない。例えば、ヒータは、０．５ワットまたは１ワットのヒータであってもよく、センサウェルを最大１００℃まで加熱し得る。熱効率は、サイズおよび重量の要求が利用可能なバッテリ容量に複数の制約を課す、バッテリにより電源供給されるポイント・オブ・ケアの複数の用途に特に有利である。剥離温度等、様々な実装における他の温度制約が存在し得ることに留意されたい。例えば、図４Ａに関する上記のいくつかの接着剤は、不良を起こし、および８０℃で離層することがある。より高い温度レートの複数の接着剤は、より高い温度が所望である複数の実装において用いられ得る。
【０１００】
ヒータの製造は、所与の領域に対するヒータの特定の電気抵抗を実現するインクの一定の配合を含み得る。例えば、炭素および銀のインクは、１０オームの抵抗をもたらすように配合され得る。いくつかの実装において、ヒータは、センサウェルに均一な加熱を提供するように構成され得る。
【０１０１】
図７Ｂは、センサウェルの長さに沿った不均一な熱損失およびヒータ要素内の不均一な電力放散を考慮して成形されたヒータの例を提供する。ヒータ７０８は、狭い中央部分（Ｗ１）、より広い膨張部分（Ｗ２）、そしてその次に続くセンサウェルの先で終端するより狭い端部（Ｗ３）を有し得る。従って、ウェルの両端は、ヒータ７０８のより広い膨張部分（Ｗ２）と一致し、これら領域における更なる熱損失を補償する。一定の実装において、双方の膨張部分は、中央部分よりも少なくとも１０％広く、例えば、約２０％広い。一実装において、中央部分は、約５．１４ミリメートルの幅を有し、膨張部分は、約６ミリメートルの幅を有するが、端部は、３．９８ミリメートルの幅を有する。このヒータは、約４７．３７ミリメートルの長さであってもよい。一般に、熱生成は、ヒータの幅に比例する。例えば図２Ｃ〜２Ｅのように複数のセンサウェルを使用する複数の実装において、複数のウェルを同時に加熱するべく、１つのスクリーン印刷ヒータが用いられ得る。
【０１０２】
ヒータは、熱電対により結合および制御され、より正確な温度を提供し得る。一定の実装において、動作温度範囲は、約２０℃〜５０℃、または約２５℃〜４５℃、約４０℃である。動作温度は、ポイント・オブ・ケア設定の周辺環境温度よりも高くなるように設計される。これにより、センシングが冷却を必要とせずに実行されることを可能にする。センサウェルに提供される複数の電気化学センサは、この温度範囲に較正され得る。センサウェルの正確な温度制御により、チャネル内でのより高感度の測定を可能にする。いくつかの実装において、本明細書において提供される複数のポイント・オブ・ケア・システムは、以下に更に論じられる能動的な温度制御を目的として構成される。
【０１０３】
多重化電気化学的アッセイにおいて、複数の電極が、任意の適当な態様で配置され得る。いくつかの実装において、複数の電極は、チャネルの長さに沿って配置され、基準電極７１２ａ〜７１２ｅは、作用電極７１０ａ〜７１０ｅに隣接して位置する。対電極７１１ａ〜７１１ｅは、電極７０９と共に、センサウェル領域７０６の長さに沿って均一な電界を提供するように、離間され得る。いくつかの実装において、複数の電気化学セルは、１つの対電極を共有し得る。これにより、多重化アッセイに必要とされる電極およびリード線の数を低減する。図７Ｃは、作用電極７１０ａ〜７１０ｅ、基準電極７１２ａ〜７１２ｅ、および共通の対電極７１１を有するセンサの例を示す。図７Ｃの例において、共通の対電極７１１は、センサウェル７０６の長さに沿ったバーであり、複数のフィンガーが、作用電極７１０ａ〜７１０ｅおよび基準電極７１２ａ〜７１２ｅに相互嵌合されている。共通の対電極７１１は、他の複数の形状および構成も有し得る。例えば、共通の対電極７１１は、センサウェル７０６における流体に沿って延在し、これと接触する単純なバーであってもよい。１つの電気化学セル毎に３つのトレースを用いる（作用、参照、および対電極から各々１つ）、図７Ａに図示された構成と異なり、図７Ｃにおける構成は、１つの電気化学セル毎に２つ、および共通の対電極７１１から１つを用いる。
【０１０４】
いくつかの実装において、図１Ａのインターフェース領域１０６ｂ等、センシングアセンブリ７００のインターフェース領域に対する電気的接続を提供する複数の導電トレースは、Ａｇトレースである。いくつかの実装において、炭素作用電極に接続されたＡｇトレースは、図７Ｄに示される通りである。図７Ｄの例において、Ａｇトレース７１３は、センサウェル領域７０６の作用電極７１０の一部のみに接触して、トレースが任意の液体と接触し、アッセイの電気化学性を妨げるのを防止する。複数の同一または他の実装において、Ａｇトレース７１３は、作用電極７１０の下側に接触し得る。様々な実装によれば、センサウェル７０６における試料に露出される対電極７１１ａ〜７１１ｅまたは共通の対電極７１１の複数の部分は、作用電極７１０ａ〜７１０ｅの複数の対応部分よりも大きいか、またはこれに等しい表面積を有する。基準電極７１１ａ〜７１１ｅは、必要とされる試料の量を低減するように相当に小さくなり得る。
【０１０５】
いくつかの実装において、複数の電極および導電トレースの高さは、均一な流量特性を提供するように、試料チャネルの全高と比較して相当に均一で小さい。例えば、１４０ミクロンのチャネルの高さについては、複数の電極およびトレースは、約８〜１２ミクロン程度になり得る。例えば、チャネルの高さは、最も高い電極の高さの少なくとも１０倍になり得る。様々な実装によれば、誘電性インクまたは他の間隙充填材料は、複数の電極の間の間隙に組み込まれてもよく、組み込まれなくてもよい。更に、間隙充填材料を含むことにより、マイクロ流体チャネルにおける横方向の均一な流量特性を提供することを容易にし得る。
【０１０６】
作用電極７１０ａ〜７１０ｅは各々、所望の実装に応じて、均一またはばらついた表面積を有してもよい。例えば、いくつかの実装において、各作用電極の面積は、問題となる特定のアッセイに所望の感度に基づき得る。より低い感度を許容し、および／またはより少ない試料の露出を必要とし得る複数のアッセイのための表面積を低減することにより、センサウェルおよび試料の体積を対応して増大させることなく、アッセイの数を増大させることを容易にし得る。炭素作用電極の例示的な複数の表面積は、約１ｍｍ２〜約５ｍｍ２の範囲になり得るが、この範囲外の複数の電極サイズが、いくつかの実装において適切であり得る。
【０１０７】
本明細書において説明される複数のセンシングアセンブリは、１または複数の制御および／または流体流チェックを含み得る。例えば、ＥＬＩＳＡが実行されるいくつかの実装において、正および／または負の対照が提供され、正の対照は、試料における知られた分析物が検出されたことを確認し、負の対照は、バックグラウンド信号を提供する。イムノアッセイのための正の対照の一例は、マウス抗体に由来する全ての種類のレポータ抗体を捕捉する抗マウス抗体である。イムノアッセイのための負の対照の一例は、レポータおよび標的に非特異的なマウス抗ヒト血清アルブミンまたは他の抗体である。正および／または負の対照は、複数の他の種類のアッセイにも同様に用いられ得る。いくつかの実装において、流体流チェックは、導電性チェックを含み得る。更に、いくつかの実装において、正の対照は、センサウェルが充填され、および／またはセンサウェルにおける複数のセンサを通り過ぎた適切な流れであるか否かを確認する流体流チェックとしても用いられ得る。
【０１０８】
例えば、図７Ａにおいて図示される複数の電気化学セルのうち１または複数は、対照として用いられ得る。図８Ａは、様々な実装による、複数のアッセイ用電極の構成８０１および８０２、ならびに対照の例を提供する。導電性チェックとして用いられる場合、対照は、センサウェルを通る流路８６０に沿って最も離れて位置する構成８０１の正の対照８５０等、流路に沿って最も離れて位置し得るが、いくつかの他の実装において、正の対照は、流路の終点に加えて、またはこれに代えて、流路の先頭または中央に位置してもよい。正の対照および／または導電性チェックの作用電極と対電極（および／または参照電極）との間に、不十分な電流が生成される場合、読み取り機は、カードに欠陥があり、および／または減少した試料または流れを反映するように測定値を調整することを示し得る。負の対照８１０は、任意の適当な位置、例えば、構成８０１、構成８０２の流路８６０の先頭、正の対照の隣り等に位置してもよい。負の対照８５０の複数の電極の間に生成された電流が閾値電流を超える場合、読み取り機は、カードに欠陥があることを示し得る。
【０１０９】
様々な実装によれば、ポイント・オブ・ケア電気化学センサのための１つのカートリッジは、１または複数の酵素（非イムノ）アッセイおよびイムノアッセイを目的として構成され得る。酵素アッセイの例として、ブドウ糖、ガラクトース、ラクトース、グルタミン酸、コレステロール、キサンチン、ヒポキサンチン、尿酸、コリン、クレアチニン、アセチルコリン、チロシン、および過酸化水素に対するアッセイが挙げられる。電気化学的酵素アッセイにおいて、１もしくは複数の酵素、および１もしくは複数の媒体物は、作用電極上に被覆され得る。１または複数の酵素は、所望のアッセイに依存する。例としては、オキシダーゼ（例えば、ブドウ糖オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、キサンチンオキシダーゼ、グリセリン―３―リン酸塩オキシダーゼ、コリンオキシダーゼ）、エステラーゼ（例えば、コレステロールエステラーゼ、アセチルコリンエステラーゼ）、ウリカーゼ、およびキナーゼ（例えば、タンパク質チロシンキナーゼ）が挙げられる。１または複数の媒体物は、所望のアッセイに依存する。例としては、フェロセン、ハイドロキノン、およびこれらの誘導体が挙げられる。
【０１１０】
いくつかの実装において、酵素アッセイ（または電極上に被覆された１または複数の試薬の試料中での溶解を伴う他のアッセイ）を目的として構成された電極は、早過ぎる溶解または流れる液体による洗浄を防止するべく、水溶性ポリマにより被覆され得る。ポリマの一例は、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）である。可溶性ポリマの存在または量は、酵素／媒体物が被覆される表面に依存し得る。ポリマは、複数の試薬が、より良好に粘着し得る表面、例えば、炭素電極（または他の適切な電極表面）またはＣＮＴにある場合に、必要とされ、または必要とされないことがある。複数の試薬が電極表面またはＣＮＴを直接に被覆しない実装においては、複数の試薬は、より低粘着力を有し、被覆する可溶性ポリマから利便性を得ることができる。図８Ｂを参照して、そのような一例が以下に論じられる。
【０１１１】
いくつかの実装において、水溶性ポリマを用いることに加え、またはこれに代えて、被覆された作用電極の先のセンサウェルにおける「死」容積は、充填中に、相対的に少ない液体が作用電極を洗浄するか、または洗浄しないように低減または除去されてもよい。いくつかの実装において、これは、（流路に沿って最も離れた）センサチャネルの端部に酵素センサを配置することを含み得る。一例は、図８Ａの８０２および８０３に示され、酵素アッセイセンサ８８０は、最後のセンサ（構成８０２のセンサ５および構成８０６のセンサ６）であり、従ってセンサウェルが充填されたときに最初に流れ去った最も少ない液体の量を有する。更に、いくつかの実装において、酵素センサを通り過ぎた利用可能な量は、減らされ、または除去される。例えば図２Ｂを参照すると、センサチャネル２１４に接続されたチャネル２２４は、充填中に流れが２２４ｂで停止するのではなく、２２４ａで、またはこの近くで停止するように、減らされ、または除去され得る。いくつかの実装において、酵素アッセイセンサの作用電極を通り過ぎた距離は、作用電極の幅の一定の端数以下である。例えば、構成８０３を参照すると、センサ６の作用電極は、幅Ｙを有し得、充填中に試料が流れた作用電極の先の距離はＸである。様々な実施形態によれば、Ｘは、約０〜１．５Ｙ、例えば０．５Ｙまたは０．１Ｙになり得る。このように、洗浄され得る酵素の量は低減される。
【０１１２】
いくつかの実装において、１もしくは複数の酵素、ならびに／または媒体物は、固相試薬として提供され、センサウェルへの供給前に、作用電極に被覆されるのでなく、試料と調合され得る。一例において、電気化学的ＥＬＩＳＡアッセイに関して上記のように実行され得、試料は、凍結乾燥レポータと調合され得る。試料中のレポータ濃度は、本明細書において説明される電気化学的ＥＬＩＳＡについて非常に正確であることが所望であり、いくつかの実装において、試料中の媒体物または他の試薬の濃度は、あまり正確でないことがある。一例において、アッセイは、標的の数量ではなく、存在／不存在を判断するように構成され、試料中に溶解する固相試薬の正確な量を必要としないことがある。従って、別の例において、媒体物または他の固体相試薬は、能動的調合および／または気泡除去が実行されることなく、試料インレットとセンサウェルとの間に配置されたチャネルに沿って被覆され得る。
【０１１３】
また、いくつかの実装において、カートリッジは、１または複数の非酵素アッセイを目的として構成され得る。上述のように、いくつかの実装において、カートリッジは、電気化学的ＥＬＩＳＡを目的として構成され得る。一般に、本技術は、適切に数量化され得る電気信号を生成するべく、特に酵素を結合して用いる検出試薬と共に、作用電極上に固定化され得る任意の結合試薬を用い得る。カートリッジがアッセイするように構成され得るバイオマーカの例としては、心臓トロポニンＩ（ｃＴｎＩ）、ミオグロビン（Ｍｙｏ）、脂肪酸結合タンパク質（ＦＡＢＰ）、前立腺特異抗原（ＰＳＡ）、前立腺特異膜抗原（ＰＳＭＡ）、血小板因子―４（ＰＦ―４）、インターロイキン―６（ＩＬ―６）、１７ベータ―エストラジオール（１７ベータ―Ｅ２）、クレアチニン、Ｃ―反応タンパク質（ＣＲＰ）、プロカルシトニン（ＰＣＴ）、脳性ナトリウム利尿ペプチド（ＢＮＰ）、クレアチンキナーゼ―ＭＢ（ＣＫ―ＭＢ）、Ｄ二重体を含むフィブリン分解物（ＦＤＰ）、インターフェロンガンマ、エンドチキシン、１―３―ベータグルカン、ヒト免疫不全ウイルス（ＨＩＶ）、Ｃ型肝炎ウイルス（ＨＣＶ）、および単純ヘルペスウイルス（ＨＳＶ）が挙げられる。
【０１１４】
いくつかの実装において、カートリッジは、捕獲種を伴う少なくとも１つのアッセイ（例えばＥＬＩＳＡ）、および少なくとも１つの非捕捉アッセイ（例えば、酵素媒介されたブドウ糖アッセイ）を含む、複数の多重化アッセイを目的として構成され得る。いくつかの実装において、電気化学セルは、捕獲種ベースのアッセイもしくは対照、および非捕捉アッセイを目的として構成され得る。図８Ｂは、例えば、図８Ａの８５０に示される正の対照のための作用電極８５０ａの例を示す。図８Ｂの例において、作用電極８５０ａは、黒鉛パッド８７０、例えばスクリーン印刷黒鉛パッド、試料中の知られた標的に対して選択的な複数の抗体もしくは他の捕獲種８７２で官能化されたＣＮＴ８７１、および非特異的結合を防止する遮断剤８７３を含む。コンポーネント８７０〜８７３は、例えば、ＥＬＩＳＡまたは他のイムノアッセイのための正の対照を提供し得る。図８Ｂの例において、１または複数の酵素および媒体物８７４は、官能化ＣＮＴおよび親水性遮断剤の上に堆積された作用電極８５０ａにも含まれる。上記のように、可溶性ポリマ８７５は、任意選択で溶解を制御するべく含まれてもよい。このように、イムノアッセイの正の対照８５０は、ブドウ糖または他の非イムノベースのアッセイのための能動的電気化学セルでもある。いくつかの実装において、別個の遮断剤８７３は、酵素／媒体物８７４が遮断剤として作用するので、用いられないことがある。
【０１１５】
図８Ｂの構成は、電気化学的センシングアセンブリにおける所与の数の電極のためのアッセイの数を増大させるべく、用いられ得る。いくつかの他の実装において、２またはそれより多いセンサチャネルまたはウェルが、提供され得る。例えば、イムノアッセイは、１つのセンサチャネルにおいて行われ、非イムノ酵素アッセイは、別個のチャネルで行われ得る。複数の例が、図２Ｃ―２Ｅを参照して上記されている。
【０１１６】
図８Ａに戻ると、センサ１〜５の各々は、分析物検出／数量化、ならびにセンシングの異なる段階の対照の双方に用いられ得る。例えば、構成８０２を参照すると、センサ５を用いる酵素アッセイ８８０の間、センサ１〜４は各々、酵素アッセイ８８０のための独立した負の対照８８１として機能し得る。次いで、同一の５つのセンサは各々、１または複数のイムノアッセイにおいて用いられ得、センサ２、３および４は、イムノアッセイ８２０、８３０および８４０における検出／数量化に用いられ、センサ５は、イムノアッセイのための正の対照として用いられ、センサ１は、負の対照として用いられる。いくつかの他の実装において、酵素アッセイに用いられるセンサ５は、イムノアッセイのための負の対照として用いられ得る。
【０１１７】
いくつかの実装において、別個のセンサは、イムノアッセイの正／負の対照に用いられ得る。構成８０３を参照すると、センサ６は、酵素アッセイ８８０に用いられ得、センサ５および４は、正および負の対照として、各々免疫アッセイに用いられ、センサ１、２および３は、イムノアッセイ８２０、８３０および８５０に用いられる。この場合、センサ６に対する図８Ｂの電極８５０ａは、黒鉛パッド８７０のみを含み、任意選択でＣＮＴ８７１、１もしくは複数の酵素および媒体物８７４を含み、任意選択で溶解を制御する可溶性ポリマ８７５を含み得る。
【０１１８】
いくつかの実装において、カートリッジは、一定の状況に影響し、またはそうでなければ関連する複数のバイオマーカを含むか、または検出する複数のアッセイのパネルを含む。例としては、ｃＴｎＩ、Ｍｙｏ、ＦＡＢＰ、およびクレアチニンを含む侵襲的心臓パネル、外傷性脳障害（例えば、ＴＢＩ―１もしくはＴＢ１―２）、ＣＲＰを含む感染性疾病パネル、ＰＣＴ、インターロイキン６（ＩＬ―６）およびインターフェロンガンマのためのＳ１００カルシウム結合タンパク質（Ｓ１００Ｂ）、ミエリン塩基性タンパク質（ＭＢＰ）、および／または他のバイオマーカ、ならびにインフルエンザＡ／Ｂ、ラッサ熱、およびエボラウイルスのためのバイオマーカを含む頭部外傷パネル、レチノール結合タンパク質４（ＲＢＰ―４）、Ｃ―ペプチド、ブドウ糖、ヒト絨毛性性腺刺激ホルモン（ｈＣＧ）、およびＰＳＡを含む代謝／その他のパネル、ＢＮＰ、ＣＫ―ＭＢ、Ｄ二重体、および高感度ＣＲＰ（ｈｓＣＲＰ）を含む心臓および呼吸ストレスパネル、ＢＮＰおよびトポニンを含む心臓の健全性およびうっ血性心不全パネル、ＦＡＢＰ、ＭＢＰ、および神経特異的エノラーゼ（ＮＳＥ）、および／または卒中のための他のバイオマーカを含む卒中パネル、ＣＲＰ、ＰＣＴ、ＩＬ―６、乳酸塩、エンドチキシン、および１―３ベータグルカンを含む敗血症パネルが挙げられる。複数のカートリッジは、一定の使用ためにカスタマイズされ得る。例えば、侵襲的心臓カートリッジは、複数の救急車および救急科に備え付けられ得る。心臓および呼吸ストレスカートリッジは、複数の救急科、救急治療施設、および小さい研究所で用いられ得る。複数の敗血症カートリッジは、複数の救急科、救急車、および集中治療室において用いられ得る。複数の頭部外傷カートリッジは、複数の救急車、救急科、および救急治療施設において用いられ得る。複数の卒中カートリッジは、複数の救急車、救急科、救急治療施設、および集中治療室等において用いられ得る。任意の種類のカートリッジが、現場で用いられ得る。
【０１１９】
いくつかの実装において、本明細書において説明される複数のカートリッジは、熱電対を含む。上記の図７Ａは、センサウェル７０６内の温度を測定するように位置付けられたセンシングアセンブリ７００に一体化された、熱電対７１４を図示する。いくつかの実装において、熱電対は、図７Ａの例におけるヒータ７０７等のヒータによりセンシングウェル温度に対する能動的制御を提供するべく、用いられ得る。
【０１２０】
複数のスクリーン印刷熱電対デバイスが、本明細書において提供される。携帯式読み取り機のためのカートリッジの文脈で、以下に複数のスクリーン印刷熱電対が説明されるが、これらは、複数の他の種類のセンサを含む他のデバイスにも組み込まれ得る。複数の標準的熱電対は、異なるゼーベック係数を有する２つの金属が互いに接合される場合に形成され得る。金属は、スポット溶接または類似の複数の金属接合技術により接合される。通常の熱電対は、クロメルもしくはコンスタンタン等の合金、および／または反対極性の大きなゼーベック係数を有する銅、鋼鉄等の純金属を用い得る。これらの材料は、相対的に大きな電圧差を生成するので、複数の良好な熱電対を作製し得るが、これらの材料を用いて熱電対をスクリーン印刷することは、非常に困難である。
【０１２１】
複数のスクリーン印刷プロセスは、パターン化メッシュを通してインクを押し出し、複数の特徴を形成する。複数の金属インクは、印刷後に乾燥されたキャリア溶媒を含む金属粒子の粘性懸濁液である。第１の課題は、超微細金属粒子を生成し、印刷プロセス中、懸濁液に保持することである。第２の重要な課題は、インクが依然として導電性であり得、従って電気的接続が２つの異なるインクの間に生じ得ることである。複数のスクリーン印刷熱電対については、接合部は、１つのインク上面に印刷された第２のものにより形成され、従って酸化が問題となる。銅は、複数の最も通常のスクリーン印刷金属インクのうちの１つであるが、容易に酸化する。
【０１２２】
本明細書において説明される複数の実装は、炭素と金属の熱電接合、例えば、銀と炭素（Ａｇ―Ｃ）またはニッケルと炭素（Ｎｉ―Ｃ）の接合部を含むスクリーン印刷熱電対を含む。本明細書において説明される複数の実装は、銀とニッケル（Ａｇ―Ｎｉ）の複数の熱電接合を含む熱電対も含む。試験において、複数のＡｇ―Ｎｉのスクリーン印刷熱電対は、Ａｇ―Ｎｉに対して約１４μＶ／Ｋのゼーベック係数を有すると判断され、複数のＮｉ―Ｃのスクリーン印刷熱電対は、１７μＶ／Ｋのゼーベック係数を有すると判断された。ゼーベック係数は、インクおよび複数の乾燥条件に依存し、従って係数は異なり得るが、これらの値は、Ａｇ、Ｎｉ、およびＣを含む様々なインクを用いる複数のスクリーン印刷熱電対の実行可能性を示す。
【０１２３】
熱電対のための複数の導電性トレースおよび接触パッドは、熱電対の性能に影響しないので、複数の導電性トレースおよび接触パッドは、機械的および電気的信頼性、すなわち耐擦傷性および低い接触酸化については最良の選択であり得る。いくつかの実装において、複数のＡｇリード線が、例えば複数のＮｉ―Ｃ熱電対と共に用いられ得る。複数のＡｇ―Ｃ熱電対は、炭素および銀のインクが図７Ａを参照する上記の複数の電極およびリード線に用いられるいくつかの実装において、用いられ得る。
【０１２４】
本明細書において説明される複数のスクリーン印刷熱電対は、高い再現性を有し、ほとんど追加の費用を必要とせずに作製され得る。精密な熱電対が精密な形状を必要としないからである。インクは、数千の熱電対を印刷するのに十分な、非常に大きなバッチサイズで作製され得る。いくつかの実装において、小さな数のこれらの熱電対は、ロットに用いられた特定のインクに基づいて、当該ロットに対する具体的なゼーベック係数を判断するべく、試験され得る。いくつかの実装において、本明細書において提供される複数の熱電対は、複数の非常に薄い基質上に製造され得る。いくつかの実装において、複数の基質は、わずか３ミルの厚さになり得る。複数の熱電対が、図７Ａを参照して説明されるセンシングアセンブリに組み込まれる実装において、複数の熱電対は、スクリーン印刷電極と共に印刷され得る。
【０１２５】
本明細書において説明される複数のスクリーン印刷熱電対は、センシング中に能動的な温度制御を提供し、様々なカートリッジおよびセンシング環境のための正確で均一な測定を可能にし得る。
【０１２６】
上述のように、いくつかの実装において、カートリッジは、電気化学的センシングを実行するように構成される。更に、カートリッジは、１つの試料および試料インレット、共通の血漿フィルタ、ならびに共通のヒータを用いる非捕捉電気化学的検出と、捕捉ベースの電気化学的検出とを実行するように構成され得る。これらの特徴は、カートリッジが小さい、携帯式となることを可能にし得る。更に、同一の流体供給、および複数の検出システムが用いられ得る。
【０１２７】
図１０Ａは、電気化学的センシングの例における複数の動作を例示するフロー図である。まず、カートリッジ上における複数のアッセイの表示は、読み取り機により受信される（１００２）。いくつかの実装において、カートリッジは、読み取り機により読み取られるバーコードまたは他の識別子を含み得る。例えば、いくつかの実装において、カートリッジは、特定の種類のカートリッジ（心臓パネル、敗血症パネル等）に一意に関連する抵抗を有するスクリーン印刷閉回路を含み得る。いくつかの実装において、ユーザは、ユーザインターフェースを介してカード識別を入力または確認し得る。複数のアッセイが識別されると、読み取り機は、カートリッジ上の特定の酵素および／またはＥＬＩＳＡアッセイ（および／または他の電気化学的アッセイ）に用いられる複数の電圧を判断し得る（１００４）。例えば、特定の酵素ブドウ糖アッセイは、３００ｍＶで起動し得る。別の例において、多くのＥＬＩＳＡアッセイは、０〜５０ｍＶで起動される。いくつかの実装において、カートリッジが識別されると、複数のカートリッジアッセイに関連する複数の電圧を含む格納情報は、読み取り機上の１または複数の格納媒体から取得される。いくつかの実装において、ユーザは、複数の電圧を入力、変更、および／または確認することが可能であり得る。センシング前に同一の地点で、チャネルにおける導電性が測定され得る（１００６）。対電極を介して正弦、段階、または矩形波を適用し、作用電極で測定される流体における電流を生じさせることを含む、導電性を測定する任意の適当な方法が用いられ得る。いくつかの実装において、ブロック１００６は、チャネルにおける最後または全ての電極の電流を検出することを伴い、センサウェルが充填されていることを確認し得る。
【０１２８】
次に、酵素アッセイに対する電圧（カートリッジ上に存在する場合）が印加される（１００８）。いくつかの実装において、ブロック１００８は、同一のチャネル、または複数のＥＬＩＳＡセンサとは異なるチャネルのいずれかにおいて、複数のＥＬＩＳＡアッセイのための試料培養中に行われる。同一のチャネルにおいて実行される場合、ブロック１００８において印加される電圧は、複数のＥＬＩＳＡセンサ、ならびに酵素アッセイセンサには印加されても、印加されなくてもよい。図９Ｂを参照して論じられたように、各センサにおける電圧は、特定の実装に従って独立に制御されても、制御されなくてもよい。次いで、酵素システムのための電気化学的信号が測定され（１０１０）、試料中の標的分析物の存在および／または濃度についての情報を提供する。
【０１２９】
ブロック１０１０は、クロノアンペロメトリー法もしくは他のアンペロメトリック技術、電気化学的インピーダンス分光学、矩形波ボルタンメトリー、線形掃引ボルタンメトリー、および差動パルスボルタンメトリーを含むがこれらに限定されない、任意の適当な電気分析方法を伴い得る。いくつかの実装において、ブロック１０１０は、電位が一定に保持されるが、電流が測定される、アンペロメトリック検出を伴う。有利なことに、他の複数の技術は、特定のシステムに応じて使用され得る。２つ以上の酵素アッセイが実行される場合、ブロック１００８および１０１０は、特定の実装に応じて、連続して、または平行して各酵素アッセイに対して実行され得る。次に、カートリッジ上に存在する場合、電圧は、ＥＬＩＳＡアッセイについて印加される（１０１２）。上述のように、洗浄液および基質液は、ブロック１０１０と１０１２との間のセンサチャネルに追加され得る。次いで、ＥＬＩＳＡシステムのための電気化学的信号が測定される（１０１４）。ブロック１０１０に関する上記の複数の技術のうちいずれが、使用され得る。いくつかの実装において、ブロック１０１４は、電位が一定に保持されるが、電流が測定される、アンペロメトリック検出を伴う。ブロック１０１０および１０１４は、同一または異なる複数の技術を伴い得る。適切であれば、簡略にするべく、同一の技術が使用されてもよい。２つ以上のＥＬＩＳＡアッセイが実行される場合、ブロック１０１２および１０１４は、特定の実装に応じて、連続して、または平行して各酵素アッセイに対して実行され得る。
【０１３０】
電気化学的検出（例えば、ブロック１００８および１０１２における）のための電極電圧を制御することに加えて、作用電極の電圧は、センシング中の他の様々な時間に制御され得る。例えば、試料培養は、作用電極に対する、試料中の標的種のエレクトロマイグレーションおよび／またはマストランスポート特性を高めるように作用電極の電位を設定することを伴い得る。別の例において、作用電極の電圧は、センシング前に電極を予め条件付けるべく掃引され得る。例えば、対電極がＴＭＢの電気化学的測定中に３０ｍＶ変化して、ＴＭＢにより生成された信号を補償することが予期される場合、作用電極の電圧は、ＴＭＢの測定前に＋／−６０ｍＶで走査されてもよい。このように、作用電極上の汚れに起因して生じる任意の信号は、センシングに先立って、例えば培養中に生じる。
【０１３１】
また、複数の電極が電気化学センサにおける液体分析物と良好に接触しており、試料がいずれの気泡も含まないことを確認するための複数の方法および装置が提供される。いくつかの実装において、複数の方法は、センサのインピーダンス測定値に基づく。図１０Ｂは、センサウェルにおける気泡検出の方法の例において、複数の動作を例示するフロー図を示す。方法は、ブロック１０５０において、センサの複素インピーダンス値を測定することを開始する。これは、１または複数周波数におけるＡＣ電流を用いて、例えば、印加された電圧の相に対する電流の大きさおよび位相変移を測定することにより、実行され得る。多要素の等価回路モデルが、ブロック１０５２において算出される。例えば、いくつかの実装において、直列抵抗Ｒｓおよび直列キャパシタンスＣｓが判断され得、Ｒｓは、主として電解質の抵抗を表し、Ｃｓは、液体と電極の界面キャパシタンスを表す。これらの要素の双方は、分析物の組成および複数のセンサ電極との接触に依存する。ＣｓおよびＲｓは、例えば、参照により本明細書に組み込まれるＡｇｉｌｅｎｔ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ，４ｔｈ  Ｅｄｉｔｉｏｎ  Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，２００９において説明されるように、インピーダンスから判断され得る。ここで説明される方法に基づいた不良または問題のある複数の試料の検出は、これらの要素についての情報を抽出および処理することにより、複数の電気的測定値のみに基づいて実行される。
【０１３２】
本方法は、複数の要素の間の関係が基準を満す場合に、判断を継続する。例えば、ＣｓおよびＲｓを用いて、本方法は、ＣｓとＲｓとの間の関係が複数の気泡により影響されていると仮定する。特定のシステムについては、インピーダンス測定値のＣｓ要素とＲｓ要素との間の経験的関係、ならびに各要素に対する許容可能な値の範囲が確立される。これらの条件は、試料に対する許容基準として役立ち得る。一例において、線形的関係ＣＳ＝ｋ０＋ｋ１＊ＲＳ＋εにおけるパラメータｋ０およびＫ１、ならびに許容可能な最大誤差（εｍａｘ）は、所与のセンサ形状および分析物の種類に対する回帰を用いて経験的に確立される。ＣＳとＲＳの関係は、｜ＣＳ−ｋ０−ｋ１＊ＲＳ｜≦εｍａｘである場合にのみ、許容できるものとみなされる（また、いくつかの実装において、試料は、許容できるものとみなされる）。
【０１３３】
複素インピーダンスが、電気的インピーダンスがより高い任意の複数の気泡を有しない試料の複素数インピーダンスに一致するように、気泡が部分的に電極に、また部分的にチャンバの壁部に付着し得る異常な複数の例が存在し得るが、上記のインピーダンスベースの方法は、ほとんどの例において複数の気泡を検出する。従って、ＲＳおよび／またはＣＳの値の範囲も確立され得、例えば、試料は、Ｒｍｉｎ＜ＲＳ＜Ｒｍａｘおよび／またはＣｍｉｎ＜ＣＳ＜Ｃｍａｘの場合にのみ許容可能である。ＲＳおよび／またはＣＳの基準は、上記のＣＳとＲＳの関係の基準に加えて、または（簡略化された方法において）これに代えて用いられ得る。
【０１３４】
図１０Ｂに戻って、ＣＳとＲＳの関係、ならびに／またはＲＳおよび／もしくはＣＳがこの基準を満たす場合、本方法は、終了し得、気泡検出は示されず、試料は許容可能とみなされる。そうでなければ、気泡検出は、ブロック１０５６において、読み取り機により示され得る。いくつかの実装において、読み取り機は、カートリッジに欠陥があり、新たなカートリッジが用いられるべきであることを示す。いくつかの実装において、読み取り機は、信頼値を出力済みの測定値に調整し得る。いくつかの実装において、読み取り機は、複数の気泡の存在下で、複数の測定値から派生した格納済みの較正情報に基づいて測定値を調整し得る。
【０１３５】
試料の導電性が良好に調整されているいくつかの実装については、電流を測定することを伴う簡略化された方法が用いられ得る。例えば、血液は、例えば、複数の患者間で約１０％未満だけ変動する、相当に均一な導電性を有する。例えば図１１Ａは、血液試料検出ゾーンにおける５つのバイオセンサの各々に対する測定済みの電流を以下に示す。試料培養中における各センサの安定的で均一な電流は、センサと接触する気泡が存在しないことを示し得る。しかし、良好に調整されていない複数の試料、例えば尿については、インピーダンス測定値の複数の要素が用いられ得る。
【０１３６】
いくつかの実装において、電気的インピーダンスは、複数の血液試料におけるヘマトクリットレベルを推定するべく用いられ得る。赤血球細胞は、導電性ではないので、血液試料におけるその割合は、電気的インピーダンスに影響する。しかし、血漿の塩分も、試料の導電性に影響し、従ってインピーダンスに影響する。異なる複数の条件下でＣＳおよびＲＳ等の等価回路成分間の関係を分析し、異なる複数の塩分レベルに対する異なる組のパラメータを見出すことにより、ヘマトクリットおよび塩分についての情報は、１つのインピーダンス測定値から抽出され得る。
【０１３７】
様々な実装によれば、本明細書において説明される読み取り機は、カートリッジに正および負の圧力（真空）の双方を提供するように構成され得る。設定済みの圧力および真空のレベルを提供する複数のシステムが、本明細書において提供される。いくつかの実装において、設定済みの圧力レベルは、設定済みの真空レベルよりも大きい。いくつかの実装において、読み取り機は、ポンプの正および負の側に複数の逆止弁を含む。各逆止弁のクラッキング圧は、カートリッジに供給されるべき所望の圧力または真空レベルに設定されている。
【０１３８】
いくつかの実装において、読み取り機は、設定済みの圧力および真空のレベルを提供するべく構成された１つのポンプ空圧系を含む。図９Ａは、様々な実装による、空圧系のブロック図を示す。ポンプ９０１は、例えば、隔膜ポンプまたは他の適切なポンプであり得る。ポンプ９０１は、インレット空気フィルタ９０３、多弁マニホルド９０５、ならびに２つの逆止弁９１３および９１５に接続されている。多弁マニホルド９０５は、カートリッジインターフェース９１１に接続されている。圧力は、線９２５を介して弁９１７ａ〜９１７ｇに供給される。真空は、線９２３を介して弁９１７ａ〜９１７ｈに供給される。弁９１７ｈは、周辺環境（図示せず）、ならびに真空ライン９２３に接続されている。図９Ａの例において、多弁マニホルド９０５は、カートリッジインターフェース９１１を介してカートリッジの７つの線に圧力／真空を供給し、カートリッジインターフェース９１１を介してカートリッジの１つの線に周辺環境／真空を供給する。しかし、様々な実装によれば、圧力および／もしくは真空、ならびに／または周辺環境を供給するべく、任意の数の弁および線が用いられてもよい。いくつかの実装において、疎水性膜は、マニホルド９０５とカートリッジインターフェース９１１との間に配置され、カートリッジに至る各空圧線にフィルタを提供してもよい。
【０１３９】
逆止弁９１３は、システムに供給される所望の真空のクラッキング圧Ｐｖを有し、逆止弁９１５は、システムに供給される所望の圧力Ｐｐのクラッキング圧を有する。オンにされると、ポンプ９０１は、最初にＰｖに真空をもたらし、ポンプの圧迫側に空気を移動する。Ｐｖ＜Ｐｐであるので、これは、所望の圧力Ｐｐを供給するには不十分である。従って、真空側の弁９１３は、十分な空気を圧迫側に提供するべく用いられ得る。上述のように、弁９１３のクラッキング圧はＰｖであり、従って空気は、ポンプ９０１により引き込まれた真空がＰｖを超える場合にのみ引き込まれる。このように、真空がカートリッジに入力される場合、システムが安定した状態で動作すれば、常に所望のレベルＰｖになる。圧力がＰｐにおけるカートリッジに供給されるように、圧迫側の弁９１５は、過剰な空気を通気する。ポンプは、システムがオンにされてから、５〜１０秒で安定した状態に到達する。安定した状態において、カートリッジに供給された真空はＰｖであり、カートリッジに供給された圧力はＰｐである。カートリッジを起動するのに体積はほとんど必要とされないので、システムは、一般に安定した状態で継続して動作する。
【０１４０】
いくつかの実装において、ポンプ９０１の入力側および出力側における一方向の流れの弁（図示せず）も、カートリッジ内の圧力および真空が維持される一方、弁９１７ａ〜９１７ｈが所定の位置に保持されることを可能にすることで、ポンプがこれら弁を切り替える間にオフにされることを可能にする。これらの弁が切り替えられ、例えば、カートリッジ上の複数のマイクロ弁またはポンプを動作させると、ポンプ９０１はオンにされ、システム内の真空および圧力レベルを、各々ＰｖおよびＰｐにする。
【０１４１】
上述のように、ＰｖはＰｐよりも小さい。一例において、Ｐｖは、４．５ｐｓｉｇになり得、Ｐｐは７．５ｐｓｉｇになり得る。いくつかの実装において、弁９１７ａ〜９１７ｈは、３方向弁であってもよい。ポンプの容量は、Ｐｐがポンプの容量Ｐ−Ｐｖよりも小さくなるようにする。上記の説明は、１つのモータと１つのヘッドの隔膜ポンプが設定済みの圧力および真空のレベルをカートリッジに生成することを可能にする。１つのポンプおよび上記の構成を用いることにより、設定済みの圧力および真空のレベルを提供する費用効果およびスペース効率のよい態様を提供し得る。複数の交互の実装において、２つのポンプ、または２つのヘッドを有する１つのモータポンプが用いられ得る。空圧系は、圧力センサ９０７および真空センサ９０９も含み得る。複数の微小電子機械（ＭＥＭＳ）センサが用いられてもよい。いくつかの実装において、センサ９０７および９０９からの読み取りは、電力消費量を低減するのが所望である場合に、ポンプをいつオンおよびオフにするかを判断する複数の入力信号として用いられ得る。また、測定値９０７および９０９は、読み取り機が監視する品質管理において用いられてもよい。
【０１４２】
いくつかの実装において、読み取り機は、システムが最初に加圧され、センサ９０７により検出された圧力における特性の低下、および／またはセンサ９０９により検出された圧力における特性の上昇を確認した後、弁９１７ａ〜９１７ｈの各々を切り替える。特性の低下／上昇がないことは、例えば、動けなくなっているので弁が切り替えられなかったことを示す。これは、空圧アセンブリが作用することを保証するべく、カートリッジを挿入することなく実行され得る。
【０１４３】
電気化学的センシングが用いられる複数の実装において、読み取り機は、カートリッジ上で電気化学的センシングを起動するための電子ハードウェアを含み得る。電気化学的反応により生成または消費された電流の測定は、３つの電極によるシステムを用いて実行され得る。そのような反応は、ＥＬＩＳＡの最終地点の検出として用いられ得る。この構成において、捕捉抗体は、酵素で標識化されたレポータが標的に特異的な形で作用電極に結合するように、作用電極上に固定化されている。特定の反応により生成された電気化学的電流は、作用電極に入り、電流・電圧回路により増幅される。出力電圧は、存在する標的の量を判断するべく用いられる。多くの場合、電気化学的反応は、流体と作用電極との間の電位差に依存する。再現可能な複数の電流測定値においては、この電位は、測定期間を通して固定値で維持される。流体電位は、定電位電解装置回路により維持される。この回路は、流体の測定済みの電位を所望の電圧設定地点と比較する。回路は、対電極の電圧を変更し、流体電位を設定地点に維持する。多くの場合、定電位電解装置は、第３の電極である基準電極を、制御回路に対するフィードバックとして用いる。図９Ｂは、３つの作用電極（ＷＥ０、ＷＥ１、およびＷＥ２）、対電極ＣＥ、基準電極ＲＥ、および複数の電流―電圧コンバータ（Ｃ２Ｖ０、Ｃ２Ｖ１、Ｃ２Ｖ２）を含む構成の概略的な例を示す。
【０１４４】
流体電位は、定電位電解装置増幅器に対する入力により制御され得る。様々な実装によれば、各センサの作用電極の電位は、独立して制御可能あっても、制御可能でなくてもよい。いくつかの実装において、Ｃ２Ｖ０、Ｃ２Ｖ１、Ｃ２Ｖ２増幅器の入力９２０、９２１および９２２の全てまたはそのサブセットは、独立して制御可能であり得る。いくつかの実装において、これらのうち全てまたはそのサブセットは、グランドに接続され得る。独立した制御は、例えば、ＷＥ０において、酵素アッセイが実行される電圧が、ＥＬＩＳＡ培養中にＷＥ１およびＷＥ２に対する分析物の複数の拡散レートに否定的に影響する場合に、所望であり得る。一例において、ＷＥ０は３００ｍＶであり、過酸化水素を検出し、ＷＥ１は−３００ｍＶであり、ＷＥ１で測定される標的タンパク質の拡散を電極に対して高めることができる。いくつかの他の実装において、入力９０１を用いて流体電位のみを制御することが、より単純で有効であり得る。
【０１４５】
図９Ｂを参照すると、いくつかの実装において、システムは、基準電極ＲＥが品質管理の一部として機能していることを検証するべく、専ら用いられる第２の基準電極を含み得る。そのような検証電極は、センサウェルの別の地点に配置され得る。制御電圧９０１と異なる測定済みの電圧は、例えば、スクリーン印刷のエラー、またはシステムにおける不十分な電解質に起因する、欠陥のある定電位電解装置、異なる基準電極等の問題の存在を示すであろう。そのような表示は、読み取り機に、カートリッジに欠陥があり、交換されるべきであるとの通知をユーザに提供させ得る。
【０１４６】
図１１Ａ〜１１Ｃは、動作中のセンサ電力、読み取り機の圧力および真空、ならびにセンサ温度およびヒータデューティサイクルの例を示す。まず、図１１Ａは、センサウェルにおける基質導電性チェック、洗浄導電性チェック、および５つのセンサの電流を示す。線１１は、基質導電性チェックを表す。例えば、図３の基質導電性チェック３３０を参照されたい。図１１Ａの例において、基質バッグは、カートリッジが挿入され、プロセスを初期化された直後に、読み取り機におけるポンプがオンにされると、穿刺され、少量の電流を示す。線１２は、洗浄導電性チェックの電流を表す。例えば、洗浄バッグが穿刺され、弁３６７が開けられるときの電流を有する、図３の洗浄導電性チェック３３２を参照されたい。図１１Ａに示されるように、基質および洗浄液は、プロセスの血漿抽出および調合段階で放出および刺激される。５つの線１３は、例えば図７Ａに示される、センサウェルの５つのセンサの各々からの電流を表す。電流は、センサウェルへの試料注入時に約２Ｅ３ｎＡｍｐまで急上昇する。図において見るのは困難であるが、５つの線は、流体が各センサの電極全体で移動する時間において、僅かに離れている。示されるように、試料は約５分間培養され、その後にセンサウェルへの洗浄液の注入および洗浄が続く。１４において、基質がセンサウェルに注入され、これによりセンサウェルにおける電流は低下する。
【０１４７】
図１１Ｂは、動作中の読み取り機における圧力および真空を示す。圧力および真空は、サイクル全体で依然として相当に一定であり、弁（例えば、弁９１７ａ〜９１７ｈ）に起因する調合および洗浄中の揺らぎにより、カートリッジ上の複数のマイクロ弁およびポンプを動作させるように切り替える。図１１Ｃは、動作中のヒータのデューティサイクルおよび様々な温度を示す。スクリーン印刷熱電対の温度測定から得られたアッセイ温度は、この例において４０℃に維持され、スクリーン印刷熱電対からのフィードバックは、デューティサイクルを制御するべく用いられる。
【０１４８】
図１２Ａは、いくつかの実装に従って用いられ得る読み取り機およびカートリッジシステムの例のブロック図を示す。図１２Ｂおよび１２Ｃは、図１２Ａの複数の要素のいくつかの実装例、およびこれらの要素間の様々な可能な相互接続のブロック図を示す。まず、図１２Ａを参照すると、読み取り機２２は、プロセッサ４１、プログラムコード４０、ユーザインターフェース４７、外部システムおよび／もしくはデバイス用の１もしくは複数の追加インターフェース４９、バイオセンサ制御電子装置４３、空圧サブアセンブリおよび電子装置４５、ならびにカートリッジインターフェース３７を含む。
【０１４９】
プロセッサ４１は、ＡＲＭプロセッサ等の低電力消費量を有する１または複数のマイクロプロセッサであり得る。読み取り機２２を動作させるための複数の命令を実装するプログラムコード４０は、例えば、任意の揮発性もしくは不揮発性メモリ媒体、またはフラッシュメモリ、ＲＯＭもしくはＲＡＭを含むデバイスに格納されたソフトウェアまたはファームウェアであってもよく、または任意の種類のディスク、磁気もしくは光カードを含む回転媒体、ナノシステム（分子メモリＩＣを含む）、または複数の命令および／もしくはデータを格納するのに好適なその他の種類のコンピュータ可読媒体もしくはデバイス等、プログラムコードを格納することが可能な任意の媒体上に提供され得る。更に、プログラムコード全体、またはその一部は、送信媒体を介してソフトウェアソースから読み取り機２２に送信およびダウンロードされ得る。また、開示される複数の実装のコンピュータコードが例えば、Ｃ、Ｃ＋＋等の任意のプログラミング言語で実現され得、既知の他の多くのプログラミング言語が用いられ得ることが理解されるであろう。
【０１５０】
ユーザインターフェース４７は、典型的に、ディスプレイ（例えば、モニタ画面、ＬＣＤディスプレイ等）、および読み取り機とインタラクトするためのキーボード、タッチパッド、タッチスクリーン、ペン等の１もしくは複数のユーザ入力デバイスを含む。外部インターフェース４９は、ＪＴＡＧインターフェース、ＵＳＢインターフェース等を含む、１もしくは複数の外部システムおよび／またはデバイスへの複数のインターフェースを含み得る。
【０１５１】
バイオセンサ制御電子装置４３は、複数のアッセイパラメータ、例えば、電気化学的アッセイ用のアッセイ電極の電圧、アッセイ温度等を制御する回路を含み得る。空圧サブアセンブリおよび電子装置４５は、カートリッジ２１および関連する電子装置のマイクロ流体層３３に圧力および真空を供給するように構成された１または複数のポンプ、複数の線、および複数の弁を含み得る。カートリッジインターフェース３７は、カートリッジ２１の読み取り機インターフェース３５への電気的および空圧接続を提供するように構成される。例えば、読み取り機２２のカートリッジインターフェース３７は、カートリッジ２１上の対応する複数の導電トレースおよび空圧ポートに接続するように構成された、複数の接触パッドおよび空圧線を含み得る。
【０１５２】
読み取り機インターフェース３５に加えて、カートリッジ２１は、読み取り機インターフェース３５を介して読み取り機から、またはこれに対する複数の電気信号を受信および提供し得るバイオセンサ３１と、読み取り機インターフェース３５を介して読み取り機からの圧力および真空入力を受信し得るマイクロ流体層３３とを含む。
【０１５３】
図１２Ｂおよび１２Ｃは、図１２Ａの複数の要素のいくつかの実装例、およびこれらの要素間の様々な可能な相互接続のブロック図を示す。まず、図１２Ｂを参照すると、外部システム２３、読み取り機２２、および読み取り機／カートリッジインターフェース２６が示される。図１２Ａおよび１２Ｂに示されるいくつかの要素は、ここでは専ら簡潔に説明される従来の既知の要素を含む。例えば、外部システム２３は、読み取り機２２と直接にインターフェース接続することが可能なパーソナルコンピュータ、ワークステーション、タブレット、またはその他のコンピューティングシステムもしくはデバイスであり得る。図１２Ｂの例において、外部システム２３は、アプリケーション・プログラマ・インターフェースを、読み取り機２２に常駐の複数のプロセスに提供し得る、アプリケーション・プログラム・インターフェース（ＡＰＩ）５１を含む。また、図１２Ｂの例において、外部システム２３は、ＵＳＢ接続を介して読み取り機２２に接続された状態で示されている。複数の他の実装において、外部システム２３は、任意の種類のネットワーク接続（例えば、インターネット）、または有線もしくは無線の非ネットワーク接続（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）またはＷｉＦｉ）を介して読み取り機２２に直接的または間接的に接続され得る。読み取り機２２は、携帯式であり、一般に、用いる間、読み取り機２２が外部システム２３に未接続であることが企図される。例えば、読み取り機２２は、外部システム２３に未接続の医師または他のオペレータにより、病院または現場環境において搬送され、用いられ得る。しかし、いくつかの実装において、読み取り機２２は、例えば、データを送信し、プログラムコードの更新等を行うべく、外部システム２３に接続され得る。
【０１５４】
図１２Ｂの例において、読み取り機２２は、メインボード２５、ドーターボード２７、および弁インターフェースボード２８を含む。図１２Ｂの例において、メインボード２５は、例えば、複数のＪＴＡＧピン、ユーザが複数の命令を入力し、または複数のプロンプトに応答するためのキーボード５９、複数のユーザメニュー、命令、プロンプト、および／またはアッセイ結果を表示するように構成されたディスプレイ６１を含む外部インターフェース５７、ならびに複数のプリンタ、バーコードリーダ、および／もしくは他のデバイス用の外部インターフェース４５を含む。また、読み取り機２２は、電力入力部７３を含み、これは、プラグおよび／または複数のバッテリでＤＣを受けるように構成され得る。電力入力部７３は、電流センサ７１を含み得る。複数の内部センサ６３は、メインボード２２に含まれ、温度および他の複数の条件を監視し得る。
【０１５５】
図１２Ｂの例において、メインボード２５は、内部バスを介してドーターボード２７に接続される。ドーターボード２７は、電流―電圧コンバータ７７、定電位電解装置８１、電流および電圧信号をデジタル化する高精度Ａ／Ｄコンバータ７５、ならびに高精度電圧基準８５を含む、アッセイ制御用の電子装置を含み得る。ドーターボード２７は、挿入、カートリッジ識別等を検出する追加のセンサも含み得る。また、メインボード２５は、弁インターフェースボード２８に接続され、これは、空圧電子装置９１および温度フィードバック駆動電子装置８７を含む。空圧電子装置９１は、ポンプ９３、複数の弁９５、およびマニホルド９７を含む空圧サブアセンブリ９２とインターフェース接続する。図９Ａを参照して、空圧サブアセンブリの一例が説明される。
【０１５６】
また、図１２Ｂは、アッセイ制御電子装置をバイオセンサ３１（図１２Ｃに示される）に接続する電気的インターフェース９９、および空圧サブアセンブリをマイクロ流体層３３（図１２Ｃに示される）に接続する空圧インターフェース９８を含む、カートリッジ／読み取り機インターフェース２６を図示する。図１２Ｃは、カートリッジ２１を図示し、これは、バイオセンサ３１を含む。図１２Ｃの例において、バイオセンサ３１は、例えば、図７Ａに関する上記のスクリーン印刷バイオセンサ３１である。バイオセンサ３１は、アッセイ電極９０、ヒータ８６、および温度センサ８８を含む。また、カートリッジは、マイクロ流体層３３を含む。図４Ａ〜４Ｈに関して、マイクロ流体層の一例が上記されている。
【０１５７】
上述の構想は、明確な理解を目的として詳細に説明されたが、一定の変更形態および修正形態が添付の特許請求の範囲内で実施され得ることが明らかであろう。複数のプロセス、システム、および装置を実装する多くの代替の方法が存在することに留意されたい。従って、本実施形態は、例示的であり、限定的なものとはみなされない。本明細書に記載の発明は、以下の項目に記載の形態によっても実施され得る。
［項目１］
試料中の１または複数の分析物をセンシングするためのカートリッジであって、
試料を受け取るための試料インレットチャンバと、
固相試薬を貯蔵する試薬チャンバと、
前記試料インレットチャンバに接続され、調合チャンバおよび前記試薬チャンバを有する調合回路と、
１または複数のセンサと、
前記１または複数のセンサの上方に流路を提供する検出チャネルとを備える、カートリッジ。
［項目２］
前記試薬チャンバと前記検出チャネルとの間に配置され、前記試料中の複数の気泡を通気する気泡除去チャネルを更に備える、項目１に記載のカートリッジ。
［項目３］
複数の液体試薬を含む１または複数の穿刺可能なコンパートメントを更に備える、項目１または２に記載のカートリッジ。
［項目４］
前記複数の穿刺可能なコンパートメントを穿刺する複数の穿刺メカニズムを更に備える、項目３に記載のカートリッジ。
［項目５］
前記複数の穿刺メカニズムは、空圧で作動する、項目４に記載のカートリッジ。
［項目６］
前記カートリッジは、少なくとも２つのセンサを備え、電気化学的酵素センシングおよび電気化学的酵素結合免疫吸収アッセイ（ＥＬＩＳＡ）センシングを、１つの試料に実行する、項目１〜５のいずれか１項に記載のカートリッジ。
［項目７］
前記検出チャネルを加熱するスクリーン印刷ヒータを更に備える、項目１〜６のいずれか１項に記載のカートリッジ。
［項目８］
スクリーン印刷熱電対を更に備える、項目１〜７のいずれか１項に記載のカートリッジ。
［項目９］
前記カートリッジは、読み取り機から空圧および電気入力のみを受け取る、項目１〜８のいずれか１項に記載のカートリッジ。
［項目１０］
前記調合回路は、前記気泡除去チャネルを有する、項目２に記載のカートリッジ。
［項目１１］
前記気泡除去チャネルは、前記調合回路の外部にある、項目２に記載のカートリッジ。
［項目１２］
前記試薬チャンバと前記気泡除去チャネルとの間に緩衝剤ゾーンを更に備える、項目１１に記載のカートリッジ。
［項目１３］
マイクロ流体層を更に備え、前記マイクロ流体層は、前記試薬チャンバ、前記調合チャンバ、および前記検出チャネルを有する、項目１〜１２のいずれか１項に記載のカートリッジ。
［項目１４］
複数のスクリーン印刷電極を有するセンシングアセンブリを更に備え、２またはそれより多いセンサは、前記複数のスクリーン印刷電極を有する、項目１〜１２のいずれか１項に記載のカートリッジ。
［項目１５］
プラズマ濾過膜を更に備える、項目１〜１４のいずれか１項に記載のカートリッジ。
［項目１６］
前記プラズマ濾過膜に接続された真空ラインを更に備える、項目１５に記載のカートリッジ。
［項目１７］
前記気泡除去チャネルは、疎水性膜により被覆される、項目２に記載のカートリッジ。
［項目１８］
前記カートリッジ内における全ての液体の移動は、空圧で作動される、項目１〜１７のいずれか１項に記載のカートリッジ。
［項目１９］
疎水性膜に接続された複数の流体止めを更に備える、項目１〜１８のいずれか１項に記載のカートリッジ。
［項目２０］
試料インレットポート、１または複数の固体試薬コンパートメント、１または複数の液体試薬コンパートメント、および、試料中の複数の生体分子を検出する２またはそれより多いセンサを含むセンサウェルを有するカートリッジと、
前記カートリッジを受ける読み取り機とを備え、
前記読み取り機は、複数の空圧入力を前記カートリッジに提供し、前記試料中の２またはそれより多い標的分析物の検出情報を示す、前記カートリッジからの複数の電気信号を受信する、電気化学センサアセンブリ。
［項目２１］
前記カートリッジ内における流体の移動は、前記複数の空圧入力により空圧で作動する、項目２０に記載の電気化学センサアセンブリ。
［項目２２］
前記読み取り機は、設定レベルＰｖで真空を供給し、設定レベルＰｐで圧力を供給し、
Ｐｐは、Ｐｖよりも大きい、項目２０または項目２１に記載の電気化学センサアセンブリ。
［項目２３］
前記読み取り機は、１つのモータと１つのヘッドのポンプ、前記ポンプの第１の側面上の第１の逆止弁、および前記ポンプの第２の側面上の第２の逆止弁を備え、
前記第１の逆止弁は、Ｐｖのクラッキング圧を有し、前記第２の逆止弁は、Ｐｐのクラッキング圧を有する、項目２２に記載の電気化学センサアセンブリ。
［項目２４］
カートリッジを受ける読み取り機であって、
設定レベルＰｖでカートリッジに真空を供給し、設定レベルＰｐで圧力を供給する空圧アセンブリと、
前記カートリッジから電気信号情報を受信する検出アセンブリとを備え、
Ｐｐは、Ｐｖよりも大きい、読み取り機。
［項目２５］
前記空圧アセンブリは、１つのモータと１つのヘッドのポンプ、前記ポンプの第１の側面上の第１の逆止弁、および前記ポンプの第２の側面上の第２の逆止弁を備え、
前記第１の逆止弁は、Ｐｖのクラッキング圧を有し、前記第２の逆止弁は、Ｐｐのクラッキング圧を有する、項目２４に記載の読み取り機。
［項目２６］
前記読み取り機は、前記カートリッジに関連する少なくとも２つのアッセイを識別し、第１の測定電圧および第２の測定電圧を印可し、
前記第１の測定電圧は、第１のアッセイに関連し、前記第２の測定電圧は、第２のアッセイに関連し、
前記第２の測定電圧は、前記第１の測定電圧の後に印加される、項目２４または２５に記載の読み取り機。
［項目２７］
前記第１の測定電圧および前記第２の測定電圧は、前記カートリッジ上の同一の電極に印加される、項目２６に記載の読み取り機。
［項目２８］
前記読み取り機は、前記カートリッジの電極上の複数の気泡の存在を検出する、項目２４〜２７のいずれか１項に記載の読み取り機。
［項目２９］
生体試料中の第１の標的分析物および第２の標的分析物をセンシングするためのカートリッジであって、
第１の標的分析物と反応し、第１の電気化学的信号を直接的または間接的に生成する１または複数の酵素を用いて被覆された第１の作用電極と、
捕獲種が付着した第２の作用電極とを備え、
前記捕獲種は、前記第２の標的分析物を捕捉し、第２の電気化学的信号を直接的または間接的に生成し、
前記カートリッジは、１つの試料の、１回限りの使用の、使い捨てカートリッジである、カートリッジ。
［項目３０］
試料中の２またはそれより多い分析物を検出する方法であって、
読み取り機を用いて、前記試料を含むカートリッジを受け取る段階と、
試料ウェルに前記試料を供給する段階と、
第１の測定電圧を、前記カートリッジ上の１または複数のセンサに印加する段階と、
前記１または複数のセンサのうち１つからの第１の電気化学的信号を測定する段階と、
前記第１の電気化学的信号に基づいて、前記試料中の第１の対象種の存在、不存在、または量を判断する段階と、
第２の測定電圧を、前記カートリッジ上の１または複数のセンサに印加する段階と、
前記１または複数のセンサのうち１つからの第２の電気化学的信号を測定する段階と、
前記第２の電気化学的信号に基づいて、前記試料中の第２の対象種の存在、不存在、または量を判断する段階とを備える、方法。
［項目３１］
前記試料を前記試料ウェルに供給する段階は、真空を試料ポートに適用する段階を備える、項目３０に記載の方法。
［項目３２］
カートリッジのセンサ上の複数の気泡を検出する読み取り機であって、
前記カートリッジを受けるためのインターフェースと、
前記カートリッジ上のセンサウェルのインピーダンスを測定し、
等価回路の直列抵抗Ｒｓおよび直列キャパシタンスＣｓを判断し、
前記直列抵抗Ｒｓと前記直列キャパシタンスＣｓとの間の関係が指定された基準を満たすか否かを判断し、
前記関係の前記判断に基づいて、気泡が検出されるか否かを判断する、
命令を含むコンピュータ可読媒体とを備える、読み取り機。
［項目３３］
化学的センサカートリッジであって、
カートリッジケーシングと、
前記カートリッジケーシングの第１の場所に配置された液体試薬を含むポーチと、
前記カートリッジケーシング内に配置された空圧で作動可能な穿刺メカニズムとを備え、
前記空圧で作動可能な穿刺メカニズムは、前記第１の場所に開口部を有するキャビティ内に配置されたスパイクを有する、カートリッジ。
［項目３４］
前記穿刺メカニズムは、前記穿刺メカニズムが空圧で作動するときに、前記スパイクを前記ポーチの方に押す変形可能な被膜を含む、項目３３に記載の化学的センサカートリッジ。
［項目３５］
前記穿刺メカニズムは、前記ポーチを前記スパイクに引く真空ラインを含む、項目３３に記載の化学的センサカートリッジ。
［項目３６］
試料中の１または複数の分析物をセンシングするためのカートリッジであって、
試料を受け取る試料インレットポートと、
１または複数のセンサを有するセンサウェルと、
試薬チャンバと前記センサウェルとの間に配置され、前記試料中の複数の気泡を通気する気泡除去チャネルとを備える、カートリッジ。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
0006478333.tif 000003
【図１Ｃ】
0006478333.tif 000004
【図１Ｄ】
0006478333.tif 000005
【図２Ａ】
0006478333.tif 000006
【図２Ｂ】
0006478333.tif 000007
【図２Ｃ】
0006478333.tif 000008
【図２Ｄ】
0006478333.tif 000009
【図２Ｅ】
0006478333.tif 000010
【図３】
0006478333.tif 000011
【図４Ａ】
0006478333.tif 000012
【図４Ｂ】
0006478333.tif 000013
【図４Ｃ】
0006478333.tif 000014
【図４Ｄ】
0006478333.tif 000015
【図４Ｅ】
0006478333.tif 000016
【図４Ｆ】
0006478333.tif 000017
【図４Ｇ】
0006478333.tif 000018
【図４Ｈ】
0006478333.tif 000019
【図５Ａ】
0006478333.tif 000020
【図５Ｂ】
0006478333.tif 000021
【図５Ｃ】
0006478333.tif 000022
【図６Ａ】
0006478333.tif 000023
【図６Ｂ】
0006478333.tif 000024
【図６Ｃ】
0006478333.tif 000025
【図６Ｄ】
0006478333.tif 000026
【図６Ｅ】
0006478333.tif 000027
【図７Ａ】
0006478333.tif 000028
【図７Ｂ】
0006478333.tif 000029
【図７Ｃ】
0006478333.tif 000030
【図７Ｄ】
0006478333.tif 000031
【図８Ａ】
0006478333.tif 000032
【図８Ｂ】
0006478333.tif 000033
【図９Ａ】
0006478333.tif 000034
【図９Ｂ】
0006478333.tif 000035
【図１０Ａ】
0006478333.tif 000036
【図１０Ｂ】
0006478333.tif 000037
【図１１Ａ】
0006478333.tif 000038
【図１１Ｂ】
0006478333.tif 000039
【図１１Ｃ】
0006478333.tif 000040
【図１２Ａ】
0006478333.tif 000041
【図１２Ｂ】
0006478333.tif 000042
【図１２Ｃ】
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