(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジング内に位置づけられた複数の流体ディスペンサーと、
前記ハウジングに繋げられ、且つ前記ハウジングに対して移動可能な、ユーザーにより作動される部材と、
生体サンプルと試薬を混合するために、前記ユーザーにより作動される部材の運動を流体ディスペンサーの連続且つ同時の運動の事前設定された組み合わせに変換するための機構と、を含み、
前記ハウジングにおいて、各前記流体ディスペンサーは使用において流体を分配するためにシリンダーと前記シリンダー内でストロークするように構成されたプランジャーとを備えることを特徴とする生体サンプル調製デバイス。
【請求項２】
前記ユーザーにより作動される部材は蓋である請求項１に記載の生体サンプル調製デバイス。
【請求項３】
前記機構は同心の円形カムトラックを有し、該同心の円形カムトラックは前記蓋の回転運動を前記流体ディスペンサーの連続且つ同時の運動に変換する請求項２に記載の生体サンプル調製デバイス。
【請求項４】
前記蓋とハウジングの間に配されたラチェットを更に備える請求項２に記載の生体サンプル調製デバイス。
【請求項５】
滑らかな、正確に時間調節した試薬の流れを提供するために構成されたチャンネル、リザーバ及び出口スロットを更に備える請求項１に記載の生体サンプル調製デバイス。
【請求項６】
複数の前記プランジャーが個別の流体を分配するために同時に動作するように配置されている請求項１に記載の生体サンプル調製デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〈発明の分野〉
本発明は、バイオセンサーにより試験される流体サンプルの取り扱いのための方法、デバイス、及びシステムに関するものである。本発明は特に、核酸の試験及び診断に使用するための、動物の体液及び植物のサンプルに関する。
【背景技術】
【０００２】
生体サンプルの試験は典型的に、当業者によって研究室で行なわれる多段階プロセスである。以下のワークフローは、ヒト患者のためのＤＮＡ試験を考慮する。生体サンプルは、綿棒又は収集用ガラス瓶を使用して、ドナーから最初に採取されねばならない。頬組織を拭うための綿棒は、泡沫細胞内のドナー細胞を捕らえる、連続気泡のフォームである。フォームはその後、生体細胞を放出するために流体に浸され、撹拌される。一連の試薬＊は、（ａ）細胞を開いてＤＮＡを放つため；（ｂ）放ったＤＮＡを精製するため、及び（ｃ）増幅のためＤＮＡを試薬と混合するために、加えられる（ｐＨ、緩衝剤、安定剤、ポリメラーゼ、プライマー、プローブ、ビーズ、ヌクレオチドなど）。これら試薬は、手動ピペット（ｈａｎｄ  ｐｉｐｅｔｔｉｎｇ）により、又はバッチ試験のための自動化したプロセスにおいて加えられる。幾つかの点で、望まれない微粒子（食物、細胞残屑など）を分離させることが望ましい。これは、機械的なふるい又は遠心分離機によって行われ得る。ＤＮＡはその後、サンガーのシーケンス解析、合成によるシーケンス解析、又はリアルタイムＰＣＲなどの既知の技術を使用して試験され得る。
【０００３】
全プロセスはかなり複雑であり、高価な装置を使用する当業者が、試験を必要とする人に戻るのに典型的に数時間乃至数日かかる結果を提供することを要求する。
【０００４】
本発明者は、上述の試験のシステムを、操作する又は解釈するための専門的技術を必要としない単純な低価格のデバイスと交換することが望ましいことを理解した。彼らは故に、一般のユーザー（ｌａｙ  ｕｓｅｒ）によって手で操作され得ると、下記に述べられるデバイスを考案した。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の第１の態様に従い、生体サンプル調製デバイスが提供され、該デバイスは：
ハウジング；ハウジング内にある複数の流体ディスペンサー；ハウジングに繋げられ且つハウジングに対して移動可能な、ユーザーにより作動された部材；及び、サンプルと試薬を混合するために、部材の動きを、流体ディスペンサーの連続且つ同時の動きの事前設定された組み合わせに変換するための機構、を含む。
【０００６】
前記機構は、部材及び複数のホロワに繋げられる１以上のカムによって設けられ、１つのホロワは各流体ディスペンサーに繋げられ、ハウジングに対する部材の動きにより１以上のカムが前記流体ディスペンサーから流体を分配するためのホロワに作用するように配される。
【０００７】
部材は、ハウジングに対して回転するように配置され得る。
【０００８】
各流体ディスペンサーは、プランジャーとシリンダーを含み得、該シリンダーは、１つの端部にて前記プランジャーを受け取り、もう一方の端部にあるポートを通って流体を分配するように適用される。
【０００９】
各プランジャーの端部は、１以上のカムの１つによって作用され得る。
【００１０】
部材は、保持を増加するように配置される表面テクスチャを含み得る。
【００１１】
部材は、複数の同心のカムトラック（ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ  ｃａｍｓ  ｔｒａｃｋｓ）を含み得、好ましくは該カムトラックは、休止部分、置換部分、及び各ディスペンサーに対するロック部分を設ける。
【００１２】
デバイスは、ハウジングと部材の間にラチェットを含み得る。
【００１３】
本発明の第２の態様に従い、生体サンプル調製デバイスが提供され、該デバイスは：少なくとも２つの流体ディスペンサーであって、その少なくとも１つが、前記ディスペンサー中に封入される試薬を含む、流体ディスペンサー；流体ディスペンサーの各々を受け取りチャンバに接続する微小流体チャンネル（６２）であって、流体ディスペンサーは、流体チャンネルをほぼ同時に通って受け取りチャンバへ流すために流体を分配するように配置される、微小流体チャンネル（６２）を含む。
【００１４】
受け取りチャンバは、空気を排出し、予め定めた体積より多くの流体を排出するように配置される抽気孔を有し得る。
【００１５】
流体チャンネルは、チャンネル中で流れる流体間の混合を促進するための、曲がりくねった経路及び／又は表面テクスチャを含み得る。
【００１６】
チャンネルは、固形基板で形成された側壁の無いチャンネル、好ましくは箔又は接着フィルムによって基板を覆う層によって覆われているチャンネルの開口部であり得る。
【００１７】
ディスペンサーは各々、流体に作用するためのプランジャーを含み得、好ましくはここで、２つ以上のプランジャーが共に繋がれ得、好ましくは統合した構成部品を形成する。
【００１８】
混合比は、各流体ディスペンサーから分配された流体の体積によって決定され得る。
【００１９】
少なくとも１つのディスペンサーは、試薬を包含する密閉シリンダーを含み得る。
【００２０】
デバイスは、ハンドヘルド及び手動のものでもよい。
【００２１】
流体ディスペンサーの寸法は、予め定めた量、好ましくは５００μｌ未満の流体を分配するため選択される。
【００２２】
本発明の第３の態様に従い、流体混合デバイスが提供され、該デバイスは：ａ）開口側部、及びｂ）流体ポートを画成する土台であって、ここで、ポートはダムによってチャンネルから分離される、土台；及び、チャンネルとポートの開口側部を覆う土台に付けられる膜を含む。
【００２３】
膜の一部は、ポートからの流体がダムをわたってチャンネルに流れることを可能にするために、ポートに対する水圧下で土台から離れて動くように配置され得る。
【００２４】
ダムはポートを囲み、空隙はダムを囲む。
【００２５】
デバイスは、流体連通下にあり、且つポートとチャンネルの間にあるリザーバを含み得る。リザーバ、及びリザーバからチャンネルへの出口は、流体が出る前にリザーバを満たすように構成され得る。リザーバのそのような充満により、リザーバ中に作られる空気ポケットが確実に存在しなくなる。
【００２６】
本発明の第４の態様に従い、生体液サンプルを抽出するためのデバイスが提供され、該デバイスは：第１構成部品であって、該部品は、ハンドルと、圧縮されていない状態で流体を吸収するためにハンドルの端部にある綿棒とを有する、第１構成部品；及び、第２構成部品であって、該部品は、綿棒を受け取るための開口部と、圧縮状態で綿棒を圧縮するために綿棒に干渉するよう配置されるチャンバとを有する、第２構成部品を含む。
【００２７】
デバイスは、綿棒が圧縮状態にある場合に第２構成部品の開口部を十分に覆うための、ハンドルから突き出る蓋部を含み得る。
【００２８】
チャンバへの入口は、圧縮されていない状態の綿棒よりも大きく、チャンバは、圧縮状態へと圧縮された綿棒を受け取るように狭くなる。
【００２９】
デバイスは、流体サンプルがチャンバから出ることを可能にするために、チャンバ上にポートを含み得る。
【００３０】
デバイスは、綿棒を圧縮状態にロックするために第１及び第２の構成部品の協力部分によって形成されるロック機構を含み得、好ましくはロック機構は戻り止めである。
【００３１】
本発明の第５の態様に従い、生体液サンプルを抽出するためのデバイスが提供され、該デバイスは：ハンドル；流体を吸収するためのハンドルの端部にある綿棒；及び、綿棒を圧縮するためハンドルに沿って摺動するよう配置されるカラーを含む。
【００３２】
カラーは、綿棒を圧縮状態に受けとるために、ハンドルから離れて置かれる窪み部を有し得る。
【００３３】
綿棒はハンドルから分離可能であり得る。
【００３４】
カラーは、綿棒が圧縮されていない初期位置と、流体を排出するためにカラーが綿棒に干渉する圧縮位置との間で摺動可能であり得る。
【００３５】
カラーを圧縮位置へロックするために、カラーは、戻り止めを介して外部部品と協働し得る。
【００３６】
綿棒は独立気泡フォームを含む。
【００３７】
本発明の第６の態様に従い、サンプルの生物学的特性を感知する方法が提供され、該方法は：サンプルを含む流体を微小流体容器に提供する工程であって、各容器は、センサーと、物質により覆われる又は物質の中に固定される試薬を有する、工程；サンプルと反応させるために試薬を制御自在に放つため物質を溶かす工程；サンプルの特性を決定するために、試薬と、各容器におけるセンサーからの出力シグナルを相互に関連付ける工程を含む。
【００３８】
試薬は、分析物に特異的な試薬でもよく、好ましくは、サンプルに存在する場合に標的と化学的に結合する、対立遺伝子に特異的なプライマー又は抗原特異性抗体でもよい。
【００３９】
センサーは、試薬とサンプルの間の反応の１以上の副産物を検知するように構成され得る。
【００４０】
方法は、互いから容器を分離するために複数の容器を覆う工程を含み得、及び／又はヒーターのスイッチを入れる工程を含み得る。
【００４１】
本発明の第７の態様に従い、サンプルの生物学的特性を感知するためのカートリッジが提供され、該カートリッジは：ハウジング；センサーのアレイを中に統合する半導体チップ；サンプルを受け取るための微小流体ウェルのアレイ；各ウェルにある物質によって覆われる又はその中に固定される試薬；及び、物質に熱を提供するように構成されるヒーターを含む。
【００４２】
物質は、室温より上の、及びチップの操作温度より下の融点を有し得、好ましくは、前記物質はワックス、より好ましくはパラフィンでもよい。
【００４３】
カートリッジは、互いからウェルを分離するように移動可能である表面を含み得る。
【００４４】
カートリッジは温度センサーを含み得る。
【００４５】
カートリッジは、ヒーターと温度センサーに繋がれたコントローラーを含み得る。
【００４６】
本発明の第８の態様に従い、生体サンプルを感知するためのカートリッジが提供され、該カートリッジは：ハウジング；センサーのアレイを中に統合する半導体チップ；間にギャップを形成するためにチップから離れて配置されるシーリングブロック；サンプルを受け取るため一面で開放するウェルのアレイであって、その中でシーリングブロックとチップは、非シーリング位置と、互いからウェルを分離するようギャップを閉じるためのシーリング位置との間を互いに対して動くように配置される、ウェルのアレイを含む。
【００４７】
カートリッジは、カートリッジが外部装置から取り除かれるとともに、シーリングブロックをシーリング位置へと促すように配置されるアクチュエーターを含み得る。
【００４８】
カートリッジは、ウェルに露出可能な電極を含み得る。
【００４９】
カートリッジは、シーリングブロックを、非シーリング位置にある半導体チップから離れて置くための付勢手段を含み得る。
【００５０】
カートリッジは、半導体チップに接続されたヒートシンクを含み得る。
【００５１】
カートリッジは、流体サンプルを受け取るために、ハウジング中にポートを含み得る。
【００５２】
カートリッジは、気流を受け取り、半導体チップ及び／又はヒートシンクに向けるための、ハウジング中のポートを含み得る。
【００５３】
カートリッジは、外部装置にカートリッジを接続するための機械的コネクタを含み得る。
【００５４】
カートリッジは、外部回路に半導体チップを接続するための電気的コネクタ（８３）を含み得る。
【００５５】
ギャップは、センサーにわたって流体を保持するための毛管力を提供するように設けられ得る。
【００５６】
カートリッジは、過剰流体を含むために少なくとも半導体チップの一部を囲む、柔軟な裾部を含み得る。
【００５７】
微小流体ウェルのアレイは、平面基板の開口部により設けられ得、好ましくは、前記基板はプリント回路基板（ＰＣＢ）、より好ましくは柔軟なＰＣＢを含む。
【００５８】
カートリッジは、ウェルの表面を覆う湿潤剤を含み得る。
【００５９】
各ウェルの量は、好ましくは２０ｎｌより多く、より好ましくは５０ｎｌより多く、好ましくは２００ｎｌ未満であり、より好ましくは１００ｎｌ未満である。
【００６０】
本発明の第９の態様に従い、生体反応のための微小流体デバイスが提供され、該デバイスはラミネート構造（１１６）を有し、且つ：平面基板；平面基板の主要表面に堆積された伝導性トラック；伝導性トラック及び平面基板を覆う絶縁層；及び、１以上の微小流体容器を提供するためのラミネート構造を通過する１以上の開口部であって、トラックは、電極を提供するために、端部のみにて各微小流体容器へと露出される、開口部を含む。
【００６１】
微小流体デバイスは、電極基準電圧を提供する外部回路に伝導性トラックを接続するための電気的コネクタを含み得る。
【００６２】
微小流体デバイスは、基準電極に電極基準電圧を提供する回路を含み得る。
【００６３】
トラックは、互いから電気的に分離された多くのトラックチャンネルを含み得る。
【００６４】
付近の微小流体容器は、異なるトラックチャンネルに露出され得る。
【００６５】
本発明の第１０の態様に従い、微小流体デバイスを製造する方法が提供され、該方法は：平面基板を提供する工程；基板に伝導性トラックの第１セットを置く工程；等角の絶縁層でトラックと基板を覆う工程；伝導性トラックの縁部にのみ露出される開口部を形成するための工程（ｉ）乃至（ｉｉｉ）によって提供される層を切断する工程を含む。
【００６６】
ラミネートは、層を通じて打ち抜かれ得る。
【００６７】
開口部は、流体を受け取るための微小流体容器のポートを形成する。
【００６８】
方法は、１以上のセンサーを含む半導体基材を等角のシーリング層を有する層に繋げ得る。
【００６９】
平面基板はＰＣＢでもよい。
【００７０】
伝導性トラックの第１セットは、貴金属、好ましくは銀−塩化銀を含み得る。
【００７１】
方法は、第１セットから電気的に分離される基板上に伝導性トラックの第２セットを堆積する工程及びエッチングする工程を含み得る。
【００７２】
伝導性トラックはスクリーン印刷によって堆積され得る。
【００７３】
方法は、伝導性トラック上にボンドパッドを堆積する工程を含み得る。
【００７４】
本発明の第１１の態様に従い、生物学的特性を決定するためのデバイスが提供され、該デバイスは：ハウジング；外部センサーカートリッジにデバイスを繋ぐための機械的且つ電気的な結合手段を有するハウジング上のポート；及び、電気的な結合を介して、センサーカートリッジの温度を制御する及びセンサーカートリッジからのセンサーシグナルを処理するためのコントローラー及びシグナル処理回路を有する、ハウジング内の回路基板を含む。
【００７５】
デバイスは、外部コンピュータにデバイスを接続するための手段を含み得る。
【００７６】
デバイスは、前記ポートを通る気流を外部センサーカートリッジに向けるように配置されるファンを含み得る。
【００７７】
本発明の第１２の態様に従い、生体サンプルを試験するためのシステムが提供され、該システムは：サンプルを受け取るためのサンプル調製デバイスであって、該サンプル調製デバイスは、試薬と、該試薬をサンプルに混合するためのミキサーを有する、サンプル調製デバイス；１以上のセンサーを有するセンサーカートリッジであって、該カートリッジは、サンプルと試薬の混合物を受け取るためのサンプル調製デバイスに連結可能である、センサーカートリッジを含む。
【００７８】
システムは、ドナーからサンプルを採取するための綿棒、１以上のセンサーからの出力シグナルを受け取り且つ処理するためのカートリッジに接続可能なアナライザー；及び、試薬を包含する流体ディスペンサー、の１以上を含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
本発明の特定の実施形態は現在、以下の添付の図面を参照することによって、ほんの一例として記載される：
【図１】好ましいシステムの構成部品の分解図である。
【図２】（ａ）摺動カラーを伴う、及び（ｂ）ファンネルによって受け取られる、綿棒の断面図である。
【図３】圧縮位置にある綿棒の断面図である。
【図４】初期位置にある流体ディスペンサーの断面図である。
【図５】複数のプランジャー及びシリンダーの図である。
【図６】プランジャー及びカムの図である。
【図７】１セットのカムトラックの図である。
【図８】チャンバ中のプランジャー及びプランジャーチップの断面図である。
【図９】流体チャンネルを備えた土台の断面図である。
【図１０】流体チャンネルを備えた代替的な土台の図である。
【図１１】電極に露出された微小流体チャンバの図である。
【図１２】センサーチップに含まれるラミネート構造の図である。
【図１３】係合されたカートリッジを伴うサンプル調製デバイスの断面図である。
【図１４】部分的に係合されたカートリッジを伴うサンプル調製デバイスの図である。
【図１５】カートリッジの図である。
【図１６】作動前のカートリッジの断面図である。
【図１７】作動中のカートリッジの断面図である。
【図１８】作動後のカートリッジの断面図である。
【図１９】組織又は細胞から核酸を抽出し且つ分析する工程のフローチャートである。
【図２０】タンパク質を含む化学反応の図である。
【図２１】アナライザー中に係合されるカートリッジの図である。
【図２２】カートリッジ及びアナライザーの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００８０】
本システムは、綿棒、サンプル調製デバイス、センサーカートリッジ、及びアナライザーを含む。
【００８１】
〈システムの概略〉
生体サンプルを採取するためのシステムは図１に示される。この典型的なシステムは、動物（例えば、病原体を包含するサンプルを含む、ヒト及び他の哺乳動物）からサンプルを採取するための綿棒（１）；使用可能なフォーマットでサンプルを提供するためのサンプル調製デバイス（７０）；サンプルの特性を検知するためのセンサーカートリッジ（８０）；及び、ユーザー又は更に接続されたデバイスに出力を提供するためのセンサーのシグナルを処理するためのアナライザー（１１０）を含む。
【００８２】
システムは、様々なサンプルのタイプ、試薬、センサー配置、及びアナライザーにより操作するように柔軟なものであり得、その結果、様々な試験及び診断が、様々な生物源から得られ得る。例えば、サンプルは、細胞、又は器官或いは感染から削り取られた細胞を包含する多くの体液の１つでもよく、それは、適切な試薬と混合した場合に、１以上の特性に敏感な１以上のセンサー、好ましくはセンサーのアレイによって検知されるべき使用可能な条件（濃度、ｐＨ、バッファー等）で、流体中のＤＮＡ又はＲＮＡを提供する。試薬の幾つかは、ＤＮＡ又はＲＮＡの複数の核塩基の同一性を決定するために、センサーに露出された微小流体ウェルによって互いから分離される、分析物に特異的な試薬でもよい。他の特異的な試薬も、タンパク質などの核酸以外のサンプルを識別するために使用され得る。
【００８３】
ＤＮＡ又はＲＮＡなどの核酸は、動物の組織又は細胞、植物の組織又は細胞、細菌細胞、ウィルス粒子、又はウィルス感染細胞から分離され得る。サンプルは、血液、唾液、便、葉ディスク、又は土壌からなどの様々なソースから得られ得る。未処理のサンプルから核酸を抽出する方法は、サンプルのソース、及び機械的なせん断、超音波処理、又は不要性物質の濾過などの前処理工程が必要かどうかに依存して採用され得る。抽出された核酸は、核酸増幅、ＤＮＡシーケンス解析、又は核酸定量化などの様々な下流の適用に使用され得る。
【００８４】
組織又は細胞から核酸を抽出し且つ分析する工程は、図１９に例証される。特定の適用において、これら工程の幾つかは組み合わせることができる。第１工程は、化学的又は酵素的な手段を使用する、組織又は細胞の溶解を必要とする（１）。最適な溶解は、最適比にあるサンプルと溶解バッファーの量を組み合わせることにより達成される。次に、核酸の分解を防ぎ、且つ核酸の全体的な保全性を保護するために、安定剤が混合物に加えられ得る（２）。代替的に、安定剤は、互換性をもつ場合、溶解バッファーに組み込まれ得る。下流の適用に依存して、標的化されていない核酸の除去により核酸混合物の純度を増加させる工程は、下流の適用に最適なアッセイ状態を達成するために必要とされ得る（３）。核酸混合物の純度は、不要な／妨害物質の酵素消化、キレート化、及び／又は濾過によって増加され得る。結果として生じる核酸混合物は更に濃縮され又は希釈され（４）、続いて、適切な反応試薬と組み合わせ（５）、下流の適用（６）及び検知（７）を行う。
【００８５】
１つの実施形態において、タンパク質などの他の生体分子は、核酸分析について記載される方法に類似する工程を使用して、分離及び分析され得る。
【００８６】
方法、及び溶解バッファー、安定剤、精製技術、及び反応試薬の構成要素は、サンプルのソース、分析される生体分子（ＤＮＡ、ＲＮＡ、又はタンパク質）、及び下流の適用に依存して変わる。当業者は、本発明の範囲内にあると考えられる本開示を考慮して、変更及び代案を行うことが可能である。図１９は、組織又は細胞から核酸を抽出し且つ分析する工程を示す。最初の４工程は好ましくは、サンプル調製デバイスで行われ、最後の２工程はセンサーカートリッジで行われる。
【００８７】
下記は、遺伝学的な診断のアッセイのためにヒト唾液からＤＮＡを抽出する方法の例である。
【００８８】
好都合なｐＨで最適な溶解を達成するために、唾液の量は、予め定めた比率でアルカリ性の溶解バッファーと混合される。アルカリ性の溶解バッファーは、アルカリ塩基（ａｌｋａｌｉ  ｂａｓｅ）；ＥＤＴＡなどの金属キレート化剤を含み；及び、Ｔｒｉｔｏｎ−Ｘ  １００などの１以上の非イオン性洗浄剤を含み得る。アルカリ性の溶解バッファーにおけるアルカリ塩基は、細胞膜を分裂させるため、タンパク質を変性させるため、同様に、核酸の増幅及び検出に最適なｐＨを得るように抽出された唾液流体を調整するために使用される。アルカリ性の溶解バッファーの好ましいｐＨ範囲は、ｐＨ１０−１４の間にある。
【００８９】
ＰＣＲなどの核酸増幅、又は、ＴＭＡ、ＳＤＡ、ＨＤＡ、ＲＰＡ、ＮＡＳＢＡ、又はＬＡＭＰなどの等温増幅のために、唾液／溶解バッファーの混合物の特異的な小片は、核酸増幅を促進するために増幅試薬溶液と組み合わせられる。増幅試薬溶液は、ｄＮＴＰ、ポリメラーゼ、ＭｇＳＯ４、及びＮＨ４Ｃｌなどの効率的なＤＮＡ増幅に必要な構成要素を含む；しかし、センサーカートリッジに保存される、配列に特異的なプライマー又はプローブは除く。
【００９０】
核酸増幅反応を開始するために、唾液−溶解バッファーの混合物は、増幅前に、特定の生化学的反応及び検出に最適な範囲に最終ｐＨを調整する、増幅試薬と組み合わせられる。一般的に、最適な最終ｐＨは、６．０−９．５の範囲にあり、ポリメラーゼ、増幅効率、及び検出の物理的／化学的な特性に依存する。
【００９１】
以下の議論において、単純な携帯型の、手動のデバイスは、好ましい実施形態に関して議論される。サンプルはドナーから採取され、デバイスはユーザーにより操作される。幾つかの場合、ドナーはユーザーでもある。
【００９２】
〈生体液抽出〉
唾液、血液、及び尿を含むサンプルは、調製及びコンディショニングのためにデバイスに直接加えられ得る。代替的に、綿棒は、細胞を捕捉するために使用され得る。綿棒は、未加工で又は最小に調製されて使用される、頬側綿棒、鼻咽頭綿棒、咽頭綿棒、耳綿棒、生殖器綿棒、創傷綿棒、汚染された表面の綿棒、又はその他の綿棒でもよい。綿棒の材料は、連続気泡フォーム、独立気泡フォーム、編み込まれたポリエステル、又は凝集繊維（ｆｌｏｃｋｅｄ  ｆｉｂｒｅ）でもよい。宿主動物における核酸検出の適用に好ましい実施形態において、サンプルは、ハンドルとして作用する棒の端部に付けられる独立気泡フォームから作られる材料を有する綿棒によって採取される、唾液である。有利に、独立気泡フォームの綿棒の材料は生体細胞を捕捉せず、故に、このシステムは、それらを放つための機械的又はユーザーによる撹拌を必要としない。
【００９３】
代替的に、非フォーム材料が使用され得、それによりサンプルは、綿棒の表面上のみに運ばれる。あらゆる場合に、材料は柔軟であり（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）、実効表面積がサンプルを吸収又は吸着するために最初に大きくされ、次に、サンプルが排出されるよう実効表面積及び／又は量を少なくするために圧縮され得る。実効面積は、サンプルが吸着され得る表面の量である。材料の形状が変わり、量が圧縮される又は表面がその上で降り重ねられるようになる場合、実行面積は少なくされる。
【００９４】
好ましくは、綿棒の表面又は形状は、サンプルに対する能力を最大限にするように配置される。これは、溝、起伏、肋材、フィン、孔（止まり穴又は通り穴）などを加えることにより達成され得る。材料は、医療等級のＰＰ、ＨＤＰＥ、又はＬＤＰＥなどの、非浸出性且つ安定している、生体適合性材料でなくてはならない。
【００９５】
図２のＡは、流体を集めるための綿棒（５）、ハンドル（２）、及びカラー（３）を有する、サンプル抽出デバイス（１）の実施形態を示す。ユーザーは、流体サンプルを集めるために組織に綿棒（５）を提供し、こすり取った（ｌｏｏｓｅ）細胞を除去するために綿棒で組織を拭ってもよい。有利に、綿棒の表面は、組織から細胞をこすり取るように摩耗性でもよい。これら細胞は、流体の表面張力によって表面に付着し、また、独立気泡フォームの折り目に緩く含まれる。
【００９６】
図３に見られるように、綿棒は、サンプル調製デバイス（７０）のファンネル（１２）に挿入される。その後、カラー（３）は、通路（ｇｕｌｌｅｔ）（６）を通る綿棒（５）に干渉するために、ハンドルに対して摺動する。入口は、狭くなる通路に綿棒を導くように角を削られる。綿棒の材料は故に、所望される位置でサンプルを放出するために圧縮される。代替的に、カラーは、サンプルを放出するためのサンプル調製デバイスにおける土台に対して、（ハンドルに対して）縦方向で綿棒（５）を圧縮し得る。図４は圧縮位置にあるカラーを示す。
【００９７】
図２のＡの実施形態の代わりとして、図２のＢは、蓋として作用するハンドル（２）に固定されたカラー（３）を示す。綿棒はサンプル調製デバイスに挿入され、綿棒を圧縮するためにファンネル（１２）などのチャンバに干渉し、ファンネルの出口はサンプルのための入口ポートを設ける。チャンバは、綿棒より大きい入口から、綿棒の圧縮を最大限にする横断面の寸法（例えば、圧縮された時の綿棒又はハンドルを加えて圧縮された時の綿棒の横断面に十分に等しい）まで狭くなる断面を有するファンネルでもよい。チャンバは、圧縮された時の綿棒に十分に類似する横断面を有し得、且つ、抽出デバイスが挿入される場合に綿棒を縦に圧縮するために、綿棒に作用するための土台を有し得る。綿棒が完全に挿入される場合、蓋部（３）は、汚染物質が侵入すること、又は流体がデバイス（７０）に残るのを防ぐ。
【００９８】
一方の実施形態において、抽出デバイス（１）及びサンプル調製デバイス（７０）は、突出部（８）及び空隙（１１）を含む戻り止めによって、この圧縮位置にロックされる（抽出デバイス（カラー又はハンドル上の）或いはサンプル調製デバイスの何れかは、突出部又は空隙を有し得る）。故に、流体は、一旦係合されるとユーザーによりアクセスされることができず、それ故、過度の力を使用することなく非活性化されることができない。これは、ユーザー環境からサンプルを分離するための診断試験に有利である。サンプル調製デバイスに綿棒を挿入する動作は、綿棒の圧縮及びこの位置でのロックの両方を遂行する。
【００９９】
綿棒の体積とその圧縮比は、材料からサンプル調製デバイスに移された流体の量を決定する。好ましくは、綿棒によって放たれたサンプルの体積は、５０ｕｌより多い、１００ｕｌより多い、２００ｕｌより多い、又は４００ｕｌより多い。好ましくは、綿棒によって捕捉されたサンプルの体積は、２０００ｕｌ未満、１５００ｕｌ未満、又は１０００ｕｌ未満である。
【０１００】
綿棒の絞り出しは、サンプル調製デバイス中の開口シリンダーを満たし、任意の過剰な流体が、開口シリンダーの頂部にわたって流れる。図４に見られるように、流体は、シリンダー（２５）を満たすための傾斜を有するチャンネル（２２）に沿って綿棒（５）から移動する。傾斜の角度は、流れを促進し、且つわずかに垂直を阻止しているデバイスの任意の影響を回避するために、水平から２５度、好ましくは４５度より大きくなければならない。
【０１０１】
〈ドナー調製〉
ドナーから集めた唾液流体は、後の遺伝子の及び／又はタンパク質の診断アッセイ（例えば、核酸増幅反応、ＤＮＡシーケンス解析）に干渉する物質を包含し得る。例えば、核酸増幅反応において、干渉物質は核酸増幅を阻害し、増幅効率を減少し、及び／又は非特異的な増幅を増加することができる。唾液流体中の望まれない物質を最小化する、又は幾つかの例において排除するための追加の手段として、口内洗浄液洗浄手順が、唾液の収集前に行なわれ得る。口内洗浄液洗浄手順は、唾液サンプルの収集前の更なる待機期間を要することなく、ブラッシング、飲食等の直後に行なわれ得る。口内洗浄液洗浄手順において、個人は、口から口内洗浄液を吐き出す前に、特定の時間、好ましくは１０秒と２分の間、より好ましくは２０秒と５０秒の間で、口内洗浄液で自身の口をすすぐ。次に、唾液流体の収集前に唾液中の残りの口内洗浄液を除去又は減らすために、口は水で少なくとも２回、好ましくは少なくとも５回すすがれる。唾液流体は綿棒によって集められ得る。
【０１０２】
下記は、口内洗浄液洗浄プロトコルの例である：
１）２０−３０秒間、１０−３０ｍｌのＬｉｓｔｅｒｉｎｅ  Ｚｅｒｏ（商標）（例えば、満杯のＬｉｓｔｅｒｉｎｅのボトルキャップに対して半分）で口をすすぐ；
２）口から口内洗浄液を吐き出す；
３）１０−３０ｍｌの水で口をすすぐ；
４）さらに５回、工程３を繰り返す；
５）唾液収集前に１〜２分待つ；
６）収集管に唾液を吐き出すことにより唾液を集める。
【０１０３】
口内洗浄液は典型的に、防腐及び／又は抗菌の特性を持つ溶液である。口内洗浄液は、自家製、又は有機の或いは商用のソース由来のものでもよい。しかし、単なる塩と水から成る溶液は望ましくない。
【０１０４】
口内洗浄液はアルコールを包含してもよい。アルコールを包含している口内洗浄液が使用される場合、唾液収集前に唾液中の残りのアルコールの量を除去又は最小化するために、水による追加の洗浄工程が提供されることが、好ましい。これは、唾液サンプル中の残りのアルコールが後の診断アッセイの邪魔になり得るためである。好ましくは、口内洗浄液はアルコールを包含しない。
【０１０５】
商用ソース由来の口内洗浄液は：Ｃｏｌｇａｔｅ  Ｐｌａｘ（商標）（アルコール入り又はアルコール無し）、Ｌｉｓｔｅｒｉｎｅ（商標）（アルコール入り又はアルコール無し）、Ｃｏｒｓｏｄｙｌ（商標）、Ｄｅｎｔｙｌ  ｐＨ（商標）、Ｏｒａｌ−Ｂ（商標）、Ｓｃｏｐｅ（商標）、Ａｓｔｒｉｎｇ−Ｏ−Ｓｏｌ（商標）Ｃｅｐａｃｏｌ（商標）、Ｓａｒｋａｎ（商標）、Ｔａｎｔｕｍ  ｖｅｒｄｅ（商標）、及びＯｒｇａｎｉｃ  ｐｈａｒｍａｃｙ（商標）でもよい。
【０１０６】
１つの実施形態において、システム、好ましくはサンプル調製デバイスは、口内洗浄液の容器を含む。
【０１０７】
〈サンプル調製デバイス〉
サンプル調製デバイス（７０）は、流体を含む及び／又は混合するための様々な流体ディスペンサー及びレセプタクルであるハウジングを含む。ディスペンサー及び／又はレセプタクルは、シリンダー（２５）、（５０）、（４６）、（５２）、（２６）、及びプランジャー（２９）、（３３）、（３０）、（３５）、（３６）によって設けられ得る。図４は初期位置にあるディスペンサーを示す。プランジャーは、最終的な分配された位置に達するように下降する。栓（２３）に接続されるプランジャー（２９）は、出口ポート（２７）を通って流体を分配するためにシリンダー（２５）内でストロークする（ｓｔｒｏｋｅｓ）。栓（２４）に接続されるプランジャー（３０）は、出口ポート（２８）を通って流体を分配するためにシリンダー（２６）内でストロークする。
【０１０８】
プランジャーのセットは、これら流体を混合するために、レセプタクルに個別の流体を分配するよう同時に動くように配置される。引き続き、プランジャーの別のセットは、それら流体を混合するために、また別のレセプタクルに混合流体及び別の流体を分配するように同時に動き得る。後の及び同時の分配のこの組み合わせは、サンプル調製プロセスにおける追加の混合工程を可能にするために繰り返され得る。２以上のディスペンサーとレセプタクルの間を連絡する微小流体チャンネル（６２）が存在し、該チャンネルは、好ましくは混合を増加するための屈折した経路を提供する。チャンネルは、屈折した経路に従い、チャンネル制限を有し、及び／又は、流体に乱れを生じさせる粗面を有し、及びポートの間の距離と比較して実効長を増加させ得る。チャンネル断面は、流体速度及び境界効果を増加させ、それにより混合を促進するのに比較的小さくてもよい。好ましくは、断面は、１ｍｍ２未満、５００ｕｍ２未満、又は２００ｕｍ２未満である。
【０１０９】
図９及び１０は、中に形成されるチャンネル（６２）を有する土台（２１）の下側を示す代替的な実施形態である。矢印は、流量の方向を示す。チャンネルは、ポート（５１）及び（２７）を出る流体が、ポート（５５）に入る前に流れる及び混合することを可能にする。同様に、ポート（５５）及び（５３）はポート（２８）に流れる。
【０１１０】
デバイスは、複数の初めに分離した流体が、チャンネル（６２）に沿って一緒に混ぜ合わさり且つ流れることを可能にする。各プランジャーのストローク及びシリンダーの断面は、分配された流体の体積を正確に決定する。シリンダーは、空気又は流体がシリンダーの末端に先立ち、中を通って出ることを可能にするための抽気孔を有してもよく、その場合、量は、抽気孔位置の後のプランジャーのストロークに依存する。
【０１１１】
プランジャーの動作は、様々な方法で行われ得る。自動手段は、快適なユーザーアクションを制御された且つ効果的な動きに変換するために、水力学、ヨーク、スイッチ、ソレノイド、及び／又はモータを使用して、ディスペンサーを始動させるために使用され得る。しかし、コストを下げ、且つ電動機器の必要性を回避するために、好ましくはユーザーは、カムホロワなどの単純な機械的手段を使用してデバイスを動かす。
【０１１２】
カムは、ホロワ上での予め定められた出力動作を提供するようホロワに係合する形状又は特性を有する機械デバイスである。故に、カムの一定の移動は、ホロワ上での、異なる、略恣意的な、所望の動きをもたらすことができる。図７に示されるカムの１つの実施形態において、各々が回転中心から固定された半径にある、半円形トラック（４１）は、表面（９）からの距離がホロワの置換を画成するカム表面を設ける。図６に見られるように、ホロワ（４５）は、このカムトラック（４１）の表面にあり、表面（９）の平面に対して垂直な方向に動くことを強いられる。
【０１１３】
好ましい実施形態において、ユーザーは、同心の円形カムトラック（４１）に沿ってプランジャーのセットを置き換える表面（９）に接続される、回転可能なキャップ（１０）をねじる。カムトラックは、キャップ（１０）の回動運動を、プランジャーのための連続且つ同時の動きに変換する。回転の手動操作、及びカムによって有利に提供されるギヤリングは、押す又は引くなどの直線的な手の動作と比較して、動作の滑らか且つ連続的な比率を提供する。
【０１１４】
図７に見られるように、傾斜部分（４２）は回転運動を垂直運動に変換する。水平部分（４３）（４４）は、キャップの回転が垂直運動に変換しない間、休止時間を提供する。プランジャーの動きは、ユーザーの動きを逆にすることが、分配された流体の縮小を結果としてもたらさないことを意味するように、不可逆又は一方向性となるように設計される。カムはホロワに正に係合せず、その結果カムはホロワを押すことしかできず、ホロワを引くことができない。単一のカムトラックは、３つの連続する部分、（ｉ）プランジャーが動く前の第１休止部分（４３）、（ｉｉ）プランジャーが動く間の傾斜部分（４２）、及び（ｉｉｉ）プランジャーがシリンダーの下に固定される間の第２休止部分（４４）を有し得る。傾斜部分は第１及び第２の休止位置の間で移動する。故に、一旦動かされると、プランジャーは分配された位置で保たれ、後のプランジャー動作から流体の逆流を防ぐ。加えて、これは、デバイスの再使用を防ぎ、健康及び検疫の観点から重要である。
【０１１５】
キャップ（１０）の逆転を防ぎ、且つユーザーに可聴式フィードバックを提供するために、ラチェットが、キャップ（１０）とハウジングの間で使用され得る。ラチェットの動作は、回転の全体にわたって連続的であり、又はプロセスにおける重要な工程で提供され得る。ラチェットは、他方のキャップ及びハウジングにある突出部と協働する、一方のキャップ及びハウジングにある空隙によって設けられる。空隙と突出表面の幾何学的配列は、一方向で互いを通って摺動するが、他の方向でロックされるように配置される。
【０１１６】
図８に例証される第１タイプのディスペンサーは、第１タイプのシリンダー（５０）、栓（４９）、シリンダーをわたる貫通可能なシール、及びカッター（４８）を有するプランジャー（３３）を含み得る。シールを有するシリンダーは、流体の保存のために密封管を設ける。プランジャーは、流体を置き換えるために栓に作用する。図８はディスペンサーの初期位置を示し、ここで、栓はシリンダー内にあり、シールによってプランジャーから分離される。
【０１１７】
貫通可能なシールは、輸送又は保存中に内部に包含される流体を保存し、且つ動作の前に送達又は蒸発の損失を防ぎ、故に適切な混合比率を保証するために、障壁を設ける。
【０１１８】
第１タイプのシリンダーは、流体（例えば、核酸反応のための溶解バッファー、試薬）で予め満たされる。汚染、劣化、及び流体の漏れを防ぐために、シリンダーは両端で密閉される。第１端部上で、シリンダーは、シリンダーの第１端部に係合するプランジャーの端部の上でカッター（４８）により貫通可能な、箔などの膜で密閉される。第２端部上で、シリンダーは、流体出口ポートを有する土台（２１）に付けられる。出口ポートは、土台の底部を覆う膜によって最初に密閉される。この膜は、好ましくは接着剤によって土台に付けられる。膜は、熱により密閉した箔、ガスケット、又は圧感接着剤でもよい。
【０１１９】
使用中、プランジャーはシリンダーの第１端部の方へ動かされ、膜を貫通し、予め定義した量によって流体を置き換える。流体中の圧力は、シリンダーの第２端部上のシールを破壊し、その結果、流体はチャンネルを通って自由に移動する。
【０１２０】
栓とプランジャーは、プランジャー又はピストンの役割を果たすが、それらの別個の製造は、シリンダー壁に対して密閉するのに十分に柔らかく、一方で押されて膜を貫通するのに十分に堅い端部の供給を可能にする。栓は、シリンダーの壁に変形自在に接触するためのシーリング縁部（４７）を有し得る。統合された栓を有するプランジャーは、二部の注入プロセスを使用して作成され得、ここで、２つの材料は、強度とシーリングの２つの機能を提供するために別々に加えられる。
【０１２１】
１つの実施形態において、サンプル調製デバイスの土台（２１）は、微小流体チャンネル、微小流体ポート、及び微小流体チャンバのセットを画成するために使用される。チャンネル及びチャンバは、射出成形中に画成され、又は、チャンネル及びチャンバの一面を開いたままにする土台へと機械加工される。チャンバ及びチャンネルの開口側部を覆い、且つ環境からディスペンサー中の試薬を分離するポートを覆うために、柔軟な膜が土台に固定される。
【０１２２】
壁（６６）（６１）は、ディスペンサーポートとチャンネルの間のダムとして働き、ディスペンサー中の試薬（溶解又は酵素など）の環境への暴露を防ぐ。ポートでの水圧下で、膜は、流体がポートを出ることを許容するために膜を接触させる壁の表面上の点で屈曲する。
【０１２３】
図９に示される１つの実施形態において、体積／空隙（６６）は実質的に、ポート（５３）を囲む壁（６７）を囲み、その結果、ポートの近くの屈曲点に関わらず、流体は、他の領域を汚染する土台表面をわたって漏れずに、チャンネルへと続く。空隙はチャンネルの一部であり得る。好ましくは、壁と空隙は環状である。膜に接触する少なくとも１つの壁を有するポートを同心的に囲む、壁と空隙の１以上のセットが存在し得る。壁と空隙は、流体が壁をわたって次の空隙に流れる前に、優先的に十分に空隙を満たすように、配置される。好ましくは、壁は、土台（２１）内に一体的に形成される。代案として、壁は、柔軟であり、曲がり、又は、流体圧力下で脆弱に崩れ得る。例えば、シリコンの壁が、ポートの周囲に置かれ得る。
【０１２４】
図１０に示される別の実施形態において、ポートは、チャンネル（６２）内に位置し得る、単一点にあるダム（６１）によってチャンネル（６２）から分離されるだけである。流体がダムの上を流れて、チャンネルに沿って続くことを可能にするために、柔軟な膜はダム上で屈曲する。
【０１２５】
流体を加圧するユーザーアクションは、流体のタイミングにおける大きな不確実性に通じ得る。例えば、カムホロワ部分、ユーザーの力、及び土台への膜の接着における変化は、屈曲点が変わり得る、即ち、流体が１つの位置に送達され又は分配されている第２流体と混合する点を次々に変えることを意味する。膜は、低い流体速度で早く移動する、又は高速度で遅く移動し得る。また、高速度はおそらく、流れにある気泡を取り込む。
【０１２６】
故に、壁（６７）と空隙（６６）に加えて、ポート（５３）は、チャンネル（６３）、リザーバ（６４）、及び出口スロット（６５）を接続することにより、チャンネル（６２）から分離され得る。これら微小流体の構成要素は、滑らかな、正確に時間調節した、流れ侵入（ｆｌｏｗ  ｅｎｔｅｒｉｎｇ）チャンネル（６２）を提供するために、ポート（５３）を残す流体のタイミング及び速度における変化を除去する効果を有する。図９に示されるように、リザーバは、十分に大きな空隙（６６）又は分離したチャンバ（６４）でもよい。微小流体の構成要素（リザーバ、空隙、及びチャンネルなど）の体積は、チャンネル（６２）の別の流体と混合するための流体の退出の時間を計るために選択される。
【０１２７】
飛び出した流体が、早く及びゆっくりと、又は遅く及び素早く満たすことができるリザーバ（６４）に流れるのを可能にすることによって、リザーバを完全に満たすどちらの方法でも、リザーバからの排出が、それ自体のイニシャルバーストよりも更に予測可能な時間で生じることが確実となる。流体の流れは、重力又は位置よりも、表面張力によって決定される。リザーバ及びリザーバ出口は、流体が完全にリザーバを満たし、空気が流体の排出前にリザーバに残ることを確実にするように構成される。出口の寸法は、リザーバのものより小さい。故に、流体は排出前に全リザーバを湿らせる。好ましくは、出口ポートの領域は、リザーバ表面領域の２０％未満、より好ましくは１０％未満である。好ましくは、断面において、出口ポートの幅又は直径は、リザーバ周囲の２０％未満、より好ましくは１０％未満である。当業者は、相対的な寸法が流体特性に基づいてどのように設計され得るかを理解する。
【０１２８】
第２タイプのディスペンサーは、最初は空である。図４（右側）に見られるように、このディスペンサーは、流体ポート（２８）を有する土台に付けられる、第１及び第２の端部にて係合されるプランジャー（３０）を有する第２タイプシリンダー（２６）を含み得る。流体ポートに接続された第１チャンネルに混合される、２以上の流体が、その一部を満たすために第２タイプのシリンダーに侵入する。過剰な流体及び空気は、シリンダーの側壁にある抽気孔（３２）を通って出る場合がある。プランジャーがシリンダー中でストロークする場合、それは最初に、抽気孔を通って外に出た残りの空気を置き換え、その後、シリンダーの第２端部にある流体ポートを通って戻る流体を置き換える。代替的に、プランジャーは、シリンダー内に含まれる空気がチャンネル中で押されないように、シリンダーの端部の前で止まり得る。流体は、流体をシリンダーにもたらした第１チャンネルと異なる、微小流体チャンネルに沿って移動する。（圧縮不可能な）流体が、それ自体がカムトラックの平面部分（４４）により適所にロックされる、前のシリンダーにあるプランジャーによって１つの端部にて遮断されるため、流体は、第１チャンネルを通って後ろに移動することができない。
【０１２９】
第２チャンネルにおいて混合された流体は、別の流体と混合するためのレセプタクルに侵入し、又は検知されるためにセンサーへと流れ得る。
【０１３０】
第３タイプのディスペンサーは、上述のような綿棒から、又はシリンジ、或いはサンプル調製デバイスに組み込まれる形成された収集ビンから生体サンプルを受け取るように設けられる。図４に例証されるように、ディスペンサーは、プランジャーを受け取るための第１端部にある開口部、及び土台（２１）に固定される第２端部にある出口ポート（２７）を有する第３タイプのシリンダー（２５）を含み得る。サンプルは、第１開口部、又はシリンダー（２５）の壁のポートを介してシリンダーに侵入するために、傾斜チャンネル（２２）に沿って重力供給される（ｇｒａｖｉｔｙ  ｆｅｄ）。第１のユーザー動作は、シリンダー（２５）にプランジャー（２９）を係合する。第１シリンダーの壁の抽気孔又は欠落部は、予め定義した開始位置まで流体が漏れることを可能にする。開始位置から端部位置までのプランジャーの更なるストロークは、シリンダーから出るための既知の体積を画成する。
【０１３１】
プランジャー（２９）は、シリンダー（２５）から最初に除去され、動作後、シリンダー（２５）に係合するように動く。シリンダー（２５）の頂部は、プランジャーが、シリンダーの側面に係合及び密閉する前に幾つかの側面の耐久性を有するように、テーパ状にされ得る。
【０１３２】
好ましい実施形態において、第３タイプディスペンサーからの流体は、第２タイプのディスペンサーに侵入するために、第１タイプのディスペンサーからの流体と混合する。
【０１３３】
図５及び９に示される好ましい実施形態において、５つのシリンダー／プランジャー：サンプル流体を受け取るための第１シリンダー／プランジャー；溶解バッファーを包含するための第２シリンダー／プランジャー；溶解バッファー及びサンプルを受け取り且つ混合するための第３シリンダー／プランジャー；核酸反応のために試薬を包含するための第４シリンダー／プランジャー；及び、溶解バッファー／サンプルの混合物を受け取り、核酸反応のための試薬と混合するための第５シリンダー／プランジャーが存在する。示されるような第２及び第３のシリンダーは、第１タイプのシリンダーの例である。示されるような第３及び第５のシリンダーは、第２タイプのシリンダーの例である。図９は、カムトラックを回転させて、プランジャーを置き換える、キャップ（１０）に対する捩れ動作を示す。好ましくは、キャップは、刻みを付けた表面又はインデントなどの把持を改善するための、表面テクスチャ特徴（４０）を有する。
【０１３４】
１つの実施形態において、１対のプランジャーは、シリンダーからの流体の同時の排出を可能にし、それ故流れる間の混合を可能にするため、共に動くように配置される。好ましくは、前記対は共に、より好ましくは統合された注入の成型部分として形成される。
【０１３５】
〈センサーカートリッジ〉
一旦流体サンプルが調製されると、それは、ハウジング内にあるセンサーチップ（１００）を有するセンサーカートリッジ（８０）に運ばれる。最終的な混合流体は、チャンネルに沿って流れ、ノズル（５９）を介してセンサーカートリッジハウジングに侵入する（図９を参照）。
【０１３６】
１つの反応に十分な試薬のみが必要とされる場合；内部が、ユーザーによりアクセス可能である又は使用可能である必要が無い場合；及び、システムが、カートリッジを清潔にする又は改装する他の周辺機器を有する必要が無い場合に、カートリッジは使い捨てでもよい。好ましい実施形態において、センサーカートリッジハウジングは最初に、サンプル調製デバイス内に少なくとも部分的に、又は該デバイスに接して位置付けられる。図１３において、サンプル調製デバイスは、係合されるセンサーカートリッジと共に示される。図１４において、センサーカートリッジは、部分的に（ｐａｒｔｙ）除去された状態で示される。
【０１３７】
センサーカートリッジは、全てハウジング内にある、流体サンプルポート（８４）、空気ポート（８５）、電気コネクタ（８３）、シーリングブロック（８７）、微小流体容器（１０１）、フィン（１０５）、及びシーリングウェッジ（８６）を有する図１５の断面図において示される。ポート（８４）は、吸収又はシーリングの機能を提供する１以上の層を通る孔によって画成される。好ましくは、移動中に流体の漏出を防ぐために、１つの層は、ノズル（５９）の周囲で密閉するように配置されるガスケットであり、別の層は吸収材料である。
【０１３８】
一旦センサーカートリッジが内部にあると、流体はセンサーチップをわたって流れる。
複数の微小流体容器（１０１）は流体を受け取るように設けられ、各々が１以上のセンサーに暴露される。容器の頂部は最初に、流体が流れるために開き、センサーによって監視する前に密閉されるようになる。流体の均一且つ十分な分配を保証するために、流量のギャップを作るためのセンサー表面上に表面が存在する。ギャップの高さは、チップの表面に沿って吸い上げ動作を提供するように設計される。ギャップは、流体吸い上げの力が重力よりも大きくなるように設計されねばならない。ギャップは十分に一定であり、又は、（流体が壁へと取り上げられるように連続的な吸い上げ動作を提供するために）侵入ポートから遠位にある端部の方へと少なくされ得る。最適な高さは、使用される材料、流体粘度、及び流体の体積などの様々な要因に依存する。好ましい実施形態において、ギャップの高さは、１００ｕｍより高い、３００ｕｍより高い、又は７００ｕｍより高く、及び、３ｍｍ未満、２ｍｍ未満、又は１ｍｍ未満である。好ましい実施形態において、Ｔｒｉｔｏｎ、Ｓｉｌｏｘａｎｅ、ＢＳＡ、ＣＨＡＰＳなどの界面活性剤は、流れを改善するためにウェル及び／又はチップの表面を覆う。
【０１３９】
微小流体の体積又は微小流体容器は、流体を受け取る及び保持するように設計される、マイクロメーター寸法の構造を指す。例えば、微小流体の体積は、チャンネル、チャンバ、又はウェルでもよい。
【０１４０】
図１６−１８に示される好ましい実施形態において、シーリングブロック（８７）は、非シーリングからシーリングまで様々な状態で示される。ブロックは、流体の直交流及び外側への流体漏出から遮断するための微小流体の体積（１０１）の頂部に係合するために、ウェッジ（８６）により作動される。この分離は、付近のチャンバ間のチャンバに特異的な試薬及び反応副産物の汚染を防ぎ、また、チャンバ間の電気的分離を保証する。シーリング中、幾つかの流体は、満たされてないチャンバに広がり、幾つかの流体は、チップをわたってオーバーフローチャンバへと流れる。代替的に、オーバーフローチャンバが存在せず、代わりに、過剰流体がハウジングの内部で集まる場合がある。幾つかの実施形態において、裾部が、流体を保持するためにセンサーチップの周囲に設けられる。密閉していない位置にあるギャップにバイアスをかけ、その後、ブロックがシーリング位置にある場合に屈曲するために、裾部は、シーリングブロック（８７）及びＰＣＢ（８３）に接続され得る。
【０１４１】
ブロック（８７）とセンサーチップ（１００）の組み合わせは、流体を保持するための構造、チャンバを密閉及び分離するためにブロック及びセンサーチップを動かすための手段、基準電極を提供する電極、各チャンバに暴露可能な試薬、複数のセンサー、及びアナライザーに対するコネクタを設ける。
【０１４２】
１つの実施形態において、複数のセンサーのタイプが、流体の複数の特性を決定するために使用される。例えば、温度、化学発光（ｃｈｅｍｉｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｓｅ）、蛍光、ｐＨ、［Ｎａ＋］、［Ｋ＋］、及び他のイオン濃度のセンサーが、使用され得る。第２の実施形態において、同じセンサーのタイプのセンサーのアレイが、サンプルを各チャンバにおける異なる試薬又は試薬の混合物と反応させることにより、流体を試験するために使用される。そのため、チャンバに流れ込む流体は十分に同一であるが、複数の特性が、各分析物が存在するかどうかを決定するために複数の分析物に特異的な試薬（ＡＳＲ）を加えることにより、決定され得る。ＡＳＲは、配列に特異的又は対立遺伝子に特異的なプライマー、抗原に特異的な抗体、又はサンプル中の標的と化学的に反応するように選択される他の試薬でもよい。
【０１４３】
核酸の塩基、タンパク質のタイプ、又は、与えられた試薬を伴うこれら構成要素の分子及び副産物（ヌルの副産物の場合を含む）などの、サンプルの適した構成要素の知識から、構成要素を識別することができる。同一性の精度は、試薬の特異性及び適した構成要素の範囲に依存する。例えば、ポリクローナル抗体は、サンプルがタンパク質のクラスのメンバーを含んだかどうかを単に示すだけであり、一方で単クローン抗体は、特異的なタンパク質を識別することができる。前述の場合において、特異的なタンパク質は、サンプルがそのクラスの１つのメンバーのみを含む場合に知られる。同様に、配列に特異的なプライマーは、サンプルの核酸が、プライマーに相補的であった配列を含んだかどうかを示す。対象の配列は、一塩基多型（ＳＮＰ）でもよく、その場合、プライマーは、生体サンプルの核酸の単一の塩基を識別するための、対立遺伝子に特異的なプライマーでもよい。副産物を検知するセンサーの出力の監視は、２つのチャンバ間のシグナルの変化の違いを決定するために使用され得る。シグナル変化は、反応の開始から終わりまでのシグナルの変化として、又は、反応進行としてリアルタイムで計算されたものでもよい。反応は、単一の反応（核酸テンプレートへのヌクレオチドの組み込み）、進行中の反応（ＤＮＡの等温の増幅）、又は周期的な反応（ＤＮＡのポリメラーゼ連鎖反応の増幅）でもよい。更なる詳細は、引用によって本明細書に組み込まれる特許、ＵＳ７６８６９２９及びＵＳ７８８８０１５に見出され得る。
【０１４４】
プロテインキナーゼ反応は、以下のように行なわれ且つ監視され得る。キナーゼはリン酸転移酵素であり、それは、セリン、トレオニン、及びチロシンなどの選択的なアミノ酸（１３１）の遊離ヒドロキシル基への、ＡＴＰのガンマリン酸塩の移動を触媒する；これらアミノ酸はリン酸受容体と称される。リン酸転移反応中のＡＴＰの加水分解は、遊離水素イオンの解放に通じる。プロテインキナーゼの基質は、タンパク質、同様に長さが１８−２０のアミノ酸のペプチドでもよい。典型的に、ペプチドは、同系統の基質を結合するプロテインキナーゼ活性部位の能力によって認識される。プロテインキナーゼのクラスに依存して、特異性の一部は、リン酸受容体アミノ酸を囲むアミノ酸の配列を通じて得られ得る。故に、特異的なペプチド配列は、インビトロでキナーゼ活性を監視するために使用され得る。
【０１４５】
ペプチドは、一般的に長さが１８−２０のアミノ酸を含むタンパク質の小断片である。ペプチドは、対応するタンパク質の生理学的特性を集団的に構築し、故にそれらの取り扱いをより容易にする、二次構造及び三次構造を欠く傾向がある。
【０１４６】
例えば、ペプチドは各微小流体チャンバ内で固定化され得る。個々のチャンバはそれぞれ、特定のキナーゼ又はキナーゼのクラスによって認識され得る、配列に特異的なペプチドを包含する。キナーゼは、細胞溶解物；可溶性の精製された天然又は組み換え型のタンパク質としてチャンバに導入され；ミクロのビーズに共役される抗体又は親和性のタグを介して、ミクロのビーズ上で固定化され得る。固定化したキナーゼは、酵素の開裂又は他の代案的手段によって放たれ得る。
【０１４７】
反応を始めるために、ペプチドが放たれる。リン酸受容体アミノ酸を囲む配列が、対応するキナーゼを補足する場合、リン酸化反応が生じ得、ここで、ＡＴＰから加水分解したリン酸塩は、キナーゼによってペプチド上に転送される。記載された生化学的反応は、その後にセンサーによって検知され得る水素イオン副産物を生成する。反応は図２０に記載される（引用文献「Ｂｅｒｇ  ＪＭ，  Ｔｙｍｏｃｚｋｏ  ＪＬ，  Ｓｔｒｙｅｒ  Ｌ，  Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，  ５ｔｈ  ｅｄｉｔｉｏｎ  ２００２」を参照）。
【０１４８】
ＡＳＲ及び他の試薬は、試験されるべき流体の追加の前又は後に、各チャンバに加えられ得る。例えば、チップ表面、チャンバの壁、又はシールブロックは、後に試験のためのセンサーカートリッジの使用前に短期又は長期の貯蔵のためにドライダウンされる（ｄｒｉｅｄ  ｄｏｗｎ）、試薬を包含するマイクロリットル量により斑状にされ得る（ｓｐｏｔｔｅｄ）。試薬は、インクジェットプリンタ（圧電、又は熱応動のもの）、スクリーン印刷、及びマイクロ分配ピペットを含む、市販で入手可能な堆積装置を使用して斑状にされ得る。一旦流体がチャンバ中で密閉され、試薬が溶けて流体に入り込むと、反応は、標的分析物が存在し、その副産物がセンサーによって検知される場合に、生じる。副産物は、化学物質、イオン、又は、熱などの物理的特性でもよい。
【０１４９】
乾燥後、試薬は、試験されるべき流体中で溶けた後に放たれる物質（ワックスなど）によって覆われる、又はその中に固定され得る。それ故、流体がチャンバに分けられ、又はセンサーが検出回路に接続される前に、反応が起こらないことを保証することができる。図１に示される好ましいシステムにおいて、センサーカートリッジ（８０）は、流体を受け取るためのサンプル調製デバイス（７０）に接続され、次に、アナライザー（１１０）に接続されるために除去される。ユーザーが作動する適用において、ユーザーがカートリッジをいつ動かすかが不確かであり、そのため、反応のタイミングの制御が重要である。
【０１５０】
試薬は最初にチャンバにおいて堆積され、次に、物質によって覆われ得る。代替的に、試薬は、ワックスと、チャンバに堆積された組み合わせへと混合され得る。
【０１５１】
物質は好ましくは、チップの操作温度より下の、及び室温よりも高い融点を有する。物質は好ましくは、チャンバの反応に関して不活性であり、サンプル流体中で不溶性である。
【０１５２】
ワックスは、典型的に水中で不溶性であり、室温付近で順応性があり、且つ比較的低温（例えば４０℃より上）で溶ける化合物である。好ましい実施形態において、ワックスは、初期条件で体積に提供される流体において十分に不溶性である。実際に、これは、体積が密閉され、且つヒーターが着けられる前に、試薬の５％未満が流体になることを意味し得る。ワックスはパラフィンでもよい。
【０１５３】
好ましくは、コントローラーに接続されるハウジング内にヒーター及び温度センサーが存在する。流体が、微小流体の体積に送達され、密閉され、且つ互いから分離された場合、コントローラーは、ワックス中の試薬と流体との間の反応のタイミングを制御するためにヒーターをつけることができる。ヒーターと温度センサーは、半導体チップ（１１２）、ＰＣＢ（１１６）、又はシーリングブロック（８７）に統合され得る。
【０１５４】
〈微小流体技術〉
微小流体チャンバ（１０１）は、半導体チップ上のセンサーの上で除去される部分を有する薄い膜によって設けられ得る。膜は、チャンバの側面を設けるように孔が作られる、低コストの層を設ける。チャンバの底部はセンサー表面によって設けられる。膜は、シーリングを設けるためにセンサー表面に順応する表面を含む。孔は、レーザー切断、水噴射、ルーティング、掘削、又は打抜きによって作られ得る。商用プロセスは、マイクロリットルの体積を提供する膜を切断するために存在する。好ましい実施形態において、体積は、１０ｕｌ未満、５ｕｌ未満、１ｕｌ未満、又は０．２ｕｌ未満である。膜は、粘着テープ接着剤、柔軟なＰＣＢ、強剛なＰＣＢ、接着剤を有するガスケット、アンダーフィルエポキシ（ｕｎｄｅｒｆｉｌ  ｅｐｏｘｙ）、又は、加熱時に粘着性層を提供するアクリル樹脂の層である１枚のＢｏｎｄＰｌｙでもよい。膜は、図１２に示されるラミネート構造（１１６）を設けるためにＰＣＢを含み得る。
【０１５５】
図１２の好ましい実施形態に示されるように、センサーチップ（１００）は、センサーのアレイ、ヒーター、温度センサー、制御回路、及び、センサーを覆う微小流体チャンバ（１０１）を包含するラミネート構造（１１６）を統合する半導体チップ（１１２）を含む。好ましい実施形態において、センサーは、加水分解反応の間に放たれる又は吸収される陽子を検知するイオン感応電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）である。半導体チップは好ましくは、製造原価を下げ、且つ信頼性を改善するために、標準のＣＭＯＳプロセスで作られる。ラミネート構造は、半導体チップとアナライザー（１１０）の間に電気接続（８３）を提供するプリント回路板（ＰＣＢ）を含み得る。ＰＣＢの縁部又はＰＣＢのコネクタは、アナライザー（１１０）に接続し、機械的及び電気的な接続の両方を提供する。図１２は、以下のものを有する、両面回路基板（１１６）を作成するラミネート構造を示す：
・ポリイミドで作られる柔軟構造体であるコア材料（１２５）（１００−１５０ｕｍの厚み）；
・付近の層の間の絶縁を提供するカバー層（１２１）、（１２３）、（１２７）（２０−５０ｕｍの厚み）；
・回路トラックを提供するためにエッチングされる、伝導性メッキ（１２４）、（１２６）（２０−５０ｕｍの厚み）。半導体チップ（１１２）は、チップ及びメッキ層（１２６）上に並んだボンドパッド（１２９）によってＰＣＢに電気的に接続される；
・電極を提供するために印刷される銀−塩化銀インク（１２２）（１−１０ｕｍの厚み）；及び
・チャンバ間のシーリングにより半導体チップに機械的な接続を提供する粘着テープ接着剤（１２８）（３０−８０ｕｍの厚み）。
・これらの層の一部は、所望の電気的経路を提供するために、又は前の層へのアクセスを許容するために選択的に除去され得る。
【０１５６】
上述される膜の第１代替物として、微小流体構造は、ＭＥＭＳ技術を使用して、半導体チップ上で直接提供され得る。フォトリソグラフィーなどのポストＣＭＯＳ処理工程は、ポリイミド、ＳＵ−８、及び／又はＳｉＯ２の層、即ち微小流体ウェルを画成する層を構築するために使用され得る。そのような技術は当業者に既知であり、構造、プロセス、及び材料選択は、適用に依存する。
【０１５７】
第２代替物として、微小流体構造は、シーリングブロックの一部として形成され得る。ウェルは、ブロックの射出成形中に、又は、大量生産に適したホットエンボス加工又は他の技術によって形成され得る。
【０１５８】
どんな場合も、微小流体構造は、感知表面、ブロック表面、及び各量の壁を画成する構造の組み合わせによって提供される。組み合わせは、流体が、表面間のギャップを通って開放ウェルに流れるように配置され、前記組み合わせは、ギャップを閉じ、且つ個々の反応チャンバを分離するように移動可能である。
【０１５９】
〈電極〉
センサーチップは、各チャンバに露出された電極を含む。使用時、電極は、検出システムがトランジスターの閾電圧を設定することを可能にするために流体に基準電圧を提供する。電極（９２）、（９３）、（１２２）は、例えば銀−塩化銀、金、又は白金でもよい。
【０１６０】
電極（１２２）は、センサーチップ表面、又はセンサーチップに繋がれるＰＣＢ表面上に印刷されたスクリーンでもよい。電極は、ＤｕＰｏｎｔ（登録商標）の銀−塩化銀組成物５８７４でもよい。代替的に、電極はＰＣＢ上の回路トラックによって設けられる。図１１は、微小流体チャンバ（１０１）の縁に露出される２つの電極経路（９２）（９３）を示す。電極経路は、付近のチャンバが異なる電極経路に露出されるように代替のチャンバを接触させる。このように、漏出は、各電極経路のために異なる基準電位Ｖ１、Ｖ２を使用することにより、及び付近のチャンバの電位が特定のチャンバに存在するかどうかを決定する各チャンバにおいてセンサーを使用することにより、試験前に検知され得る。例えば、１つの電極経路の電位は０Ｖに設定され、他のものは３Ｖに設定され得る。３Ｖの電位を有する電極に露出されるセンサーのみが次のことを示すべきであり、即ち；付近のチャンバ／センサーのこの電位の検出は、チャンバ間の流体の漏れを示す。このエラーは、ユーザー、アナライザー（１１０）、又は外部コンピュータに報告され得る。
【０１６１】
本明細書で使用されるように、「外部の」は、議論又は請求されるデバイス又は方法に関するが、必ずしもその一部ではない特徴を指す。
【０１６２】
図１２に示されるように、電極はラミネート構造（１１６）の一部でもよい。環境からＰＣＢを保護するために、電極を含むＰＣＢは、カバー層（１２１）で覆われる。これは、ＰＣＲなどの特定の化学反応が金属の存在に敏感であるため、流体に暴露される電極の領域の最小化という更なる利点を有する。ラミネート構造（１１６）は、電極の横断面積のみを露出するように切り取られ、故に、基準シグナルに最小の表面領域を提供する。好ましくは、電極は、上記に議論されるように微小流体の量を作るためのプロセス中に暴露される。
【０１６３】
サンプル調製デバイスからカートリッジを引き抜くことは、各チャンバを分離するチップ上のカバーを押し下げるために、ウェッジに同時に係合する。図１６乃至１８は、キャッチ（８１）の水平動作が、一端からチップにわたって流体を拡散し且つチャンバを密閉するためのブロック（８７）の垂直置換をもたらすように、ブロック（８７）の傾斜表面に接触する傾斜表面（８９）を有するウェッジ（８６）に接続されるキャッチ（８１）を示す。
【０１６４】
図１８は、サンプル調製デバイスに係合するカートリッジを示す。サンプル調製デバイス上のカンチレバー（７１）は、カートリッジの除去が、ブロック（８７）を作動させるためにキャッチ（８１）及びウェッジ（８６）を引くように、カートリッジのキャッチ（８１）に柔軟に接触する及び引っ張るためのフックを有する。移動の終わりに向かって、フック（７１）は、キャッチ及び故にカートリッジを放つために突起（８２）を上げる。
【０１６５】
試験システムを完成するために、センサーチップは、回路を実行するための電源、センサーシグナルを監視し且つサンプルの特性を決定するためのシグナル処理手段、処理前及び処理後の値を保存するメモリー、及び、コンピュータ又は器具などの外部プロセッサーを伴う装置を接続するための入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路構成に接続される。
【０１６６】
１つの実施形態において、センサーチップ自体は更に、シグナル処理回路構成、メモリー、及びＩ／Ｏ回路構成を含む。
【０１６７】
図２１に示される別の実施形態において、カートリッジ（８０）は、アナライザー（１１０）に差し込まれ、該アナライザーは、ハウジング、及び、シグナル処理のための回路、メモリー、センサーインターフェース、及びＩ／Ｏ回路構成を含む。
【０１６８】
別の実施形態において、カートリッジ自体は、バッテリー上に自身の電源を含み、半導体チップはシグナルプロセッサーとコントローラーを含む。
【０１６９】
回路からの廃棄物として、及び化学的環境の一部として生成される熱の量に依存して（例えば、ＰＣＲについては９５℃と６０℃の間の熱サイクリング）、デバイスの温度は、操作するには高すぎるものとなり得る。図２２に示されるように、ファン（１１１）は、消散を向上させるためセンサーチップに繋がれるデバイス及びヒートシンク（１０５）を冷却するために、アナライザーのハウジング内に組み込まれ得る。周囲空気は、アナライザーのハウジングへと引き抜かれ、その後、アナライザーとカートリッジを接続するポートを通って配向され得る。代案として、ペルチェ素子が、熱交換を加速するためのアナライザーによって動力を供給される、センサーチップに統合され得る。
【０１７０】
流体がミリリットルの規模で操作され且つ試験される現行のシステムに反して、本発明の実施形態は、デバイスがより小さくなり且つより少ない試薬の量を使用することを可能にする、はるかに小さな量を使用し得る。しかし、構成要素、デッドボリューム、及び構成要素の柔軟性（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｆｌｅｘｉｎｇ）における変化は、混合の変化が反応に適切な範囲を超過することを意味するため、既知のプロセスを単に小型化することは、単純な自動化された大量生産製品における問題となる。プランジャー及びシリンダーが、強度と品質が確保されるようにマクロ寸法に作られ得、一方で流体のマイクロリットルの正確な分配を提供するように、本明細書に記載される設計は、製造の容易さを可能にする。更に、完了のための単一の行為が正確な比率を混合するデバイスに必要とされる唯一のものであるため、ユーザーは、それらの動作において正確である必要はない。同様に、分配される最終の混合流体の体積は、各センサーに露出される微小流体ウェルの提供により頑健に扱われ、カートリッジハウジングへの過剰充填を可能にし、且つ、指定された体積にウェルを密閉する。
【０１７１】
本発明は、上述のような好ましい実施形態に関して記載されてきたが、これら実施形態は単なる実例であり、請求項がそれら実施形態を制限しないことを理解されたい。当業者は、添付の特許請求の範囲内にあると考慮される本開示を考慮して、変更及び代案を行うことが可能である。本明細書に開示又は例証される各特徴は、単独で、若しくは本明細書に開示又は例証される任意の他の特徴との任意の適切な組み合わせであっても、本発明に組み込まれ得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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