(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受容サンプル中の微粒子又は細胞の沈降を生じさせるために回転軸を中心として回転するように構成されているカートリッジであって、
カートリッジは、第１端部と、第２端部と、連結相手と、を有し、
カートリッジの長さは、カートリッジの幅の２倍超であり、
回転軸は、カートリッジの連結相手と位置合わせされてカートリッジの第１端部と第２端部の間に位置しており、
カートリッジは、
前記受容サンプルを保持するように構成されている中心キャビティと、
前記中心キャビティと流体連通するように構成されている沈降カラムであって、
前記中心キャビティの断面積よりも小さい断面積を有する沈降カラムと、
前記中心キャビティに連結されている第１開口部と、前記沈降カラムに連結されている第２開口部と、を含むサンプル誘導キャビティであって、前記第１開口部が第１断面積を含み、前記第２開口部が前記第１断面積よりも小さい第２断面積を含み、前記サンプル誘導キャビティが規定体積の前記受容サンプルを保持するように構成されており、且つ前記カートリッジの回転中に細胞を前記沈降カラム内に誘導するように構成されている、サンプル誘導キャビティと、
を含む、カートリッジを含む、装置。
【請求項２】
動作モード時、前記カートリッジを受容し、且つ回転するように構成されている器具を更に含み、前記器具が、
モータと、
少なくとも前記動作モード時、前記器具を前記カートリッジと結合するように構成されている連結機構と、
前記モータに提供される電力量を制御するように構成されている制御部と、
を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記制御部が、更に、前記モータの回転速度、前記モータの方向又は回転、前記モータの回転時間、及びこれらの任意の組み合わせからなる群のいずれかを制御するように構成されている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記制御部に結合された複数のエミッタを更に含む、請求項２又は３に記載の装置。
【請求項５】
前記制御部は、更に、前記エミッタによって放出される光の量を制御するように構成されている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記制御部が、更に、前記器具の状態を検知するように構成されており、前記状態が、前記器具の蓋が開いているか閉じているか、前記器具のバッテリーの電圧、前記カートリッジが前記器具に取り付けられているかどうか、及び前記カートリッジの回転速度からなる群から選択される、請求項２〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記器具が複数の基準点を更に含み、各基準点が電圧値を含み、前記制御部が、更に、
前記モータが回転している際の複数の特定時間に前記器具の前記複数の基準点における電圧値の差を測定するように構成されており、且つ
電力を提供することにより前記モータの前記回転速度又は回転時間を制御するように構成されており、前記提供される電力が前記複数の基準点における前記電圧の差に基づく
請求項２〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記器具が複数の基準点を更に含み、各基準点が電圧値を含み、前記制御部が、更に、前記モータに電力を提供し、前記複数の基準点における前記電圧値を測定することにより、前記カートリッジが前記モータに取り付けられているかどうかを検知するように構成されている、請求項２〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記モータがモータ端子を更に含み、前記器具が１つ又は複数の基準電圧を含み、前記制御部が、更に、第１時間間隔の間前記モータに電力を提供し、第２時間間隔の間前記モータへの電力の提供を停止し、前記モータ端子の電圧差及び前記１つ又は複数の基準電圧又は前記器具のバッテリーの前記電圧差のうちの１つを測定することにより前記カートリッジが前記モータに取り付けられているかどうかを検知するように構成されている、請求項２〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記器具が、磁石と、磁界を検知するように構成されているセンサと、を更に含む、請求項２〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記器具が蓋を更に含み、前記磁石が前記器具の前記蓋に組み込まれており、前記器具蓋が閉じている場合、前記磁石と前記センサとの間の第１距離により前記センサが前記磁石の磁界を検知することが可能になるように前記センサが前記器具に組み込まれている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記センサが前記制御部に結合されており、前記制御部が、更に、前記センサ内の磁界の変化を検知するように構成されており、前記磁界の変化が、前記磁石と前記センサとの間の前記第１距離が、閉じた蓋を示す閾値距離よりも小さいかどうかに相当する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記制御部が、更に、前記磁石と前記センサとの間の前記距離が前記閾値距離よりも大きい場合、前記モータに電力を供給するのを停止するように構成されている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記カートリッジが、前記カートリッジの回転のため前記カートリッジを器具の連結機構に連結するように構成されている連結相手を更に含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記モータが組み込み式シャフトを更に含み、前記連結相手が前記組み込み式シャフトに取り付けられるように構成されている、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記カートリッジが第１速度で回転している際、前記サンプル誘導キャビティが特定体積の前記受容サンプルを前記中心キャビティから受容するように構成されている、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記カートリッジが第２速度で回転している際、細胞を前記沈降カラム内に誘導するように構成された勾配で前記サンプル誘導キャビティが前記カートリッジに組み込まれており、前記第２速度が前記第１速度よりも速い、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記カートリッジが浅いチャネルを更に含み、前記浅いチャネルは、前記受容サンプルが前記中心キャビティから前記サンプル誘導キャビティに前記浅いチャネルのみを通じて移動することができるように前記サンプル誘導キャビティの前記第１開口部を前記中心キャビティに連結し、前記浅いチャネルが、前記カートリッジが回転していないときに前記受容サンプルが前記中心キャビティから前記サンプル誘導キャビティに移動することを防止するように構成されている第３断面積を含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記カートリッジが、前記中心キャビティ又は浅い連結チャネルに連結されており、前記第１速度での回転時に前記サンプル誘導キャビティに誘導されなかった前記キャビティ内の前記受容サンプルの微粒子又は細胞を受容するように構成されている追加チャネルを更に含む、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記カートリッジが前記中心キャビティの断面積よりも実質的に小さな第４断面積を含むチャネルによって前記中心キャビティに連結されているオーバフローチャンバを更に含み、前記チャネルが、前記第１回転速度の間、前記中心キャビティから前記オーバフローチャンバに前記受容サンプルが移動することを防止するように構成されており、且つ、前記第２回転速度の間、前記キャビティから前記オーバフローチャンバに前記受容サンプルが移動することを可能にするように構成されている、請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記カートリッジが前記中心キャビティに連結されているオーバフローチャンバを更に含み、前記オーバフローチャンバが、前記オーバフローチャンバ及び前記サンプル誘導キャビティが前記キャビティの前記中心の周りに質量を等しく分配し、回転時における前記カートリッジのバランスをとるように構成されている、請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
前記中心キャビティが、前記第１速度での回転後、前記第２速度での回転時に、前記サンプル誘導キャビティ及び前記沈降カラム内にない前記受容サンプルの微粒子又は細胞が前記沈降カラムの外側でペレットを形成するように構成されている、請求項１７〜２１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記沈降カラムが、更に、前記第２回転速度の間、ヒトの肉眼で見える境界を含む細胞のペレットを沈降させるように構成されている、請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
前記沈降した細胞のペレットの幅を光学的に拡大し、前記ペレットの可視化を補助するように構成されている、前記沈降カラム上方の高分子構造に組み込まれた円柱レンズを更に含む、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
前記カートリッジに組み込まれた筐体に含まれる細胞標識を更に含む、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２６】
前記細胞標識がアクリニジンオレンジである、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記カートリッジに組み込まれた筐体に含まれる流体又は水溶性標識を更に含む、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
前記流体又は水溶性標識が前記細胞と前記サンプルとの間のコントラストを高めるように構成されている、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記流体又は水溶性標識が生細胞と死細胞との間のコントラストを高めるように構成されている、請求項２７又は２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記流体標識がトリパンブルーである、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記カートリッジが、選択的光吸収色素を含有する生成ポリマー層を更に含む、請求項１〜３０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３２】
前記器具のポリマー層内の前記色素が照明波長を選択的に吸収し、前記沈降した細胞のペレットの高さの視覚的蛍光識別を可能にするように構成されている、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記カートリッジに選択的光反射性ダイクロイック層がコーティングされている、請求項１〜３２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３４】
前記カートリッジを受容し、前記細胞の細胞標識による蛍光放出を発生させるため前記沈降カラムの照明を下から提供するように構成されている器具を更に含む、請求項１〜３３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３５】
前記カートリッジの下方要素が着色されており、前記カートリッジの上方要素が透明であるため、上からの前記沈降カラムの照明により光が前記沈降カラム内の前記細胞から散乱され、前記沈降カラムに沿った細胞がない部分に相当する位置にある前記カートリッジの前記着色された下方要素により吸収され、前記沈降した細胞のペレットの可視化を補助する、請求項１〜３４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３６】
前記カートリッジ側部からの前記沈降カラムの照明により前記沈降カラム内の前記細胞から光が散乱し、コントラストを高めるように前記カートリッジの下方要素が不透明であり、前記カートリッジの上方要素及び側部要素が透明である、請求項１〜３５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３７】
前記受容サンプルが精液であり、前記細胞が精子細胞である、請求項１〜３６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３８】
前記沈降カラム内、前記中心キャビティ内、又は前記サンプル誘導キャビティ内に１つ又は複数の密度媒体を更に含む、請求項１〜３７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３９】
前記カートリッジが蒸発バリア及び前記キャビティを更に含み、前記沈降カラム及び前記サンプル誘導キャビティが前記密度媒体を保持するように構成されている、請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
前記１つ又は複数の密度媒体が精漿の密度よりも高く、精子細胞の密度よりも低い密度を含み、前記１つ又は複数の密度媒体が、沈降した精子細胞を、前記沈降カラム内の前記受容サンプル中の精液及び他の微粒子から分離するように構成されている、請求項３８又は３９に記載の装置。
【請求項４１】
前記１つ又は複数の密度媒体が、不動精子細胞の密度よりも高く、運動精子細胞の密度よりも低い密度を含み、前記１つ又は複数の密度媒体が前記沈降カラム内の精液、不動細胞及び他の微粒子から運動細胞を分離するように構成されている、請求項３８に記載の装置。
【請求項４２】
前記１つ又は複数の密度媒体が死細胞の密度よりも高く、生細胞の密度よりも低い密度を含み、前記１つ又は複数の密度媒体が、前記沈降カラム内の精液、死細胞及び他の微粒子から生細胞を分離するように構成されている、請求項３８〜４１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４３】
１つ又は複数の追加の沈降カラムと、１つ又は複数のそれぞれのサンプル誘導キャビティと、を更に含む、請求項１〜４２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４４】
前記１つ又は複数の沈降カラム内、前記中心キャビティ内、又は前記１つ又は複数のサンプル誘導キャビティ内に１つ又は複数の密度媒体を更に含む、請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
前記沈降カラム内、前記中心キャビティ内、又は前記サンプル誘導キャビティ内に１つ又は複数の着色又は蛍光ポリマーフロートを更に含む、請求項１〜４４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４６】
前記受容サンプルが第１密度を有する第１細胞型と、第２密度を有する第２細胞型と、を含み、前記第１密度が前記第２密度よりも高く、前記１つ又は複数のフロートのうちの１つが前記第１密度よりも低く、前記第２密度よりも高い密度を含む、請求項４５に記載の装置。
【請求項４７】
前記フロートが、精漿の第２密度よりも高く、精子細胞の第３密度よりも低い第１密度を含み、前記フロートが、前記沈降カラム内の沈降した精子細胞と精漿との間に境界をマークするように構成されている、請求項４５又は４６に記載の装置。
【請求項４８】
前記フロートが、蛍光ポリスチレンビーズ、着色ポリスチレンビーズ、及びポリスチレンのチップからなる群から選択される、請求項４５〜４７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４９】
前記沈降カラムが、細胞濃度の推定値を前記沈降カラム内の前記沈降した細胞の体積から視覚的に把握することを可能にするように構成されている少なくとも１つのマーキングを更に含む、請求項１〜４８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５０】
前記沈降カラムが複数の部分を更に含み、各部分が、前記複数の部分の別部分の別の断面積とは異なる断面積を含む、請求項１〜４９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５１】
前記沈降カラムが、前記沈降カラム内の前記沈降した細胞の細胞濃度を使用者が推定するのを補助するように構成されている複数のマーキングを更に含み、前記沈降カラムの前記複数の部分が、前記沈降した細胞の細胞濃度を使用者が測定するのを更に補助するように構成されている異なる断面積を含む、請求項５０に記載の装置。
【請求項５２】
前記カートリッジが、回転時、前記受容サンプルの撹拌を補助するように構成されている密な固体物体を含む、請求項１〜５１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５３】
前記沈降カラムの少なくとも一部が透明な物質を含む、請求項１〜５２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５４】
前記カートリッジが長さを更に含み、前記キャビティが直径を更に含み、前記直径が前記カートリッジの前記長さの半分以下である、請求項１〜５３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５５】
前記サンプル誘導キャビティが前記キャビティから半径方向外側に、且つ前記沈降カラムから半径方向内側に延在する、請求項１〜５４のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年１１月７日出願の米国仮特許出願第６１／７２３，６６５号明細書の利益を主張するものであり、その全体を参照により本明細書に組み込む。
【０００２】
本発明は、概して、診断目的の生物学的サンプルの流体処理、細胞などの懸濁粒子状物質の沈降又は遠心ペレット成形、密度に基づく粒子状物質の分離、及び充填体積の測定による微粒子又は細胞の計数に関する。特に、本発明は、男性の生殖能力試験、特に、精子細胞計数に関する。
【背景技術】
【０００３】
世界的に、新しく子供を妊娠しようとする夫婦の１０〜２０％が最適に満たない生殖能力を有する。妊娠の難しさは男性若しくは女性の生殖系のいずれか又はこの二者の組み合わせの欠陥、又は他の寄与因子による場合がある。不妊の症例の約４０％では男性パートナーが寄与因子である。男性の生殖能力を評価するために利用可能な主要測定基準は精子数及び運動性である。精子数は精液中の精子細胞の濃度であり、運動性は運動が可能な精子細胞の割合である。
【０００４】
男性の生殖能力を測定する従来の方法は、精子数及び運動性を測定するための顕微鏡検査を含む臨床検査の実施を含む。臨床検査用の精液サンプルを検査場所で提供しなければならず、男性被検者のプライバシーの問題が生じる。更に、検査場所又は臨床的環境で精液サンプルを提供することは不自然又は当惑することであると広く認識されている。この認識により、男性の生殖能力に関する問題が大きく広がっているにもかかわらず妊娠が困難な夫婦が男性の生殖能力試験を受けることをためらう場合がある。臨床的状況の嫌悪が試験をためらわせている場合は自宅で使用するのに適した精液分析試験が有用となり得る。サンプル中の精子細胞の濃度が特定数（例えば、２０００万／ｍＬ）を超える場合に色付きのラインが表示されるか、サンプル中の生存精子細胞の濃度が特定数（例えば、１０００万／ｍＬ）を超えると色変化が表示されるものなどの、自宅で使用するためのいくつかの精液分析試験キットが開発されている。試験キットのこれら例においては、精液分析試験は精子数の非定量的評価を提供する。低い精子数が訂正可能であるか、精子数が時間の経過とともに変化する場合では、絶対精子数及び運動性の定量的推定値を有することが望ましい場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
開示されるデバイス及び方法は、精液などの流体中の細胞の遠心沈降による精子細胞などの細胞の濃度の推定を含む、生物学的サンプル中の微粒子含有量の推定用である。推定は、規定断面積の密閉された沈降カラムを使用し、沈降カラム内の圧縮された細胞のペレットの高さを沈降カラムに沿ったスケールバーの補助により測定することによって実施される。一実施形態においては、デバイスは、沈降カラム並びに流体及び沈降微粒子又は細胞を誘導するためのチャネル及びキャビティを収容するカートリッジを含む。他の実施形態においては、沈降カラムは、細胞集団を密度によって更に分離するために規定密度の流体を収容する。沈降カラムは、また、断面積が変動する部分を含んでもよく、沈降カラム内の沈降した細胞の高さの外観を、別の場合に可能な範囲よりも広い範囲の細胞濃度における、沈降した細胞中の細胞濃度の測定に類似させることを可能とする。デバイスは、また、カートリッジを特定時間間隔の間特定の回転速度で回転させるための器具を含むか、それとともに使用することができる。
【０００６】
デバイスの実施形態は、精子細胞濃度及び運動精子細胞濃度を推定するための自宅用試験キットとして自宅で使用することができ、男性の生殖能力障害の診断及び監視を補助し、使用者が臨床的環境でサンプルを提供しなければならない状況を回避することができる。生殖能力に関連して使用される場合、デバイス及び方法は精子数及び運動性の定量的評価を可能にする。使用者は、精子数が特定の閾値を上回るか下回るかを判定するだけでなく実際の精子数のより正確な推定値を得ることができる。使用者は、例えば、精子数及び運動性がややわずかに低く、より迅速に訂正可能となり得るかどうかを判断することができる。同様に、使用者は精子数が時間の経過とともに変化するかどうかを判断することができ、場合により、使用者が精子数の原因因子を特定することを可能にし、そうでなければ精子数が高くなる時間を記録することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態による回転前及び後の沈降を示す。
【図２】本発明の一実施形態によるカートリッジの上面図である。
【図３】本発明の一実施形態によるカートリッジの側部断面図である。
【図４】本発明の一実施形態によるデバイスをキットとして示す。
【図５】本発明の一実施形態によるカートリッジの上面図である。
【図６】本発明の一実施形態によるカートリッジの側部断面図である。
【図７】本発明の一実施形態による動作中のカートリッジの初期状態、回転速度１状態及び回転速度２状態を示す。
【図８】本発明の一実施形態によるカートリッジの上面図である。
【図９】本発明の一実施形態によるカートリッジの側部断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態による動作中のカートリッジの初期回転状態及び回転速度１状態を示す。
【図１１】本発明の一実施形態によるカートリッジの上面図を示す。
【図１２】本発明の一実施形態によるカートリッジの側部断面図を示す。
【図１３】本発明の一実施形態による動作中のカートリッジの初期状態、回転速度１状態、回転速度２状態及び最終状態を示す。
【図１４】本発明の一実施形態によるデバイスをキットとして示す。
【図１５】本発明の一実施形態による細胞数推定用の流体を調製するための方法のフローチャートである。
【図１６】本発明の一実施形態による、酵素を備えた細胞数推定用の流体を調製するための方法のフローチャートである。
【図１７】本発明の一実施形態による細胞数推定用の流体を調製するための方法のフローチャートである。
【図１８】本発明の一実施形態による沈降カラムの上面図及び側面図を示す。
【図１９】本発明の一実施形態による、レンズを備えた沈降カラムの上面図及び側面図を示す。
【図２０】本発明の一実施形態による、沈降カラムに沿ってレンズを備えた沈降カラム内の流体の反射光を分析するためのシステムを示す。
【図２１】本発明の一実施形態による、沈降カラムの端部にあるレンズを備えた沈降カラム内の流体の反射光を分析するためのシステムを示す。
【図２２】本発明の一実施形態によるテーパ状沈降カラムの上面図及び側部断面図を示す。
【図２３】本発明の一実施形態による、検出器に対向する光源を含む沈降カラム内の流体からの反射光を分析するためのシステムを示す。
【図２４】本発明の一実施形態による、カートリッジの透明面を照明する光源を含む沈降カラム内の流体からの反射光を分析するためのシステムを示す。
【図２５】本発明の一実施形態による、密度勾配を有する沈降カラムの上面図及び側部断面図を示す。
【図２６】本発明の一実施形態による、カートリッジ、器具、及びキャビティ−シャフト構成の側面図を示す。
【図２７】本発明の一実施形態による、カートリッジ、器具、及びキャビティ−シャフト構成の側面図及び底面図を示す。
【図２８】本発明の一実施形態による、カートリッジ及び器具の側部断面図及び正面図を示す。
【図２９】本発明の一実施形態による、カートリッジ及び器具の上面図及び側面図、並びにカートリッジの構成１状態及び構成２状態を示す。
【図３０】本発明の一実施形態による密な物体を含むカートリッジの一実施形態を示す。
【図３１】本発明の一実施形態による、カートリッジ、カートリッジ用の筐体、及びテーパ状のフォームファクタを有する器具を示す。
【図３２】本発明の一実施形態によるカートリッジ及び器具の別の構成を示す。
【図３３】本発明の一実施形態によるカートリッジの開いた筐体を示す。
【図３４】本発明の一実施形態による密度媒体を有する沈降カラムを示す。
【図３５】本発明の一実施形態による２つの密度媒体を有する沈降カラムを示す。
【図３６】本発明の一実施形態による、それぞれに密度媒体を有する２つの沈降カラムを示す。
【図３７】本発明の一実施形態による細胞の運動性を識別するように構成されているカートリッジを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図は本発明の種々の実施形態を単に説明の目的で示すものである。当業者であれば、本明細書中に示される構造及び方法とは別の実施形態を本明細書中に記載される本発明の原理から逸脱することなく用い得ることは以下の説明から容易に理解されよう。
【０００９】
遠心分離後、規定断面のカラム内に充填された精子細胞が占める体積に基づき精子数及び運動性を推定する種々の実施形態を開示する。方法は基本的に、遠心分離後のキャピラリ内の濃厚赤血球の体積によってサンプル体積の血液中の赤血球の濃度を推定するヘマトクリット法に類似する。ヘマトクリット法は、血液サンプル中の赤血球数を、既知のサンプル体積の血液から遠心分離した後の赤血球の充填体積に基づき推定する十分に確立された技法である。充填体積に基づく細胞数の推定は白血球及び白血球亜型（ｌｅｕｋｏｃｙｔｅ  ｓｕｂ−ｔｙｐｅｓ）などの有核細胞型にも適用されている。例えば、ある血液分析器では、赤血球、顆粒球及びリンパ球細胞数をキャピラリ内において遠心力を作用させたサンプル体積の血液から推定する。多くの場合、ヘマトクリットキャピラリ内に組み込まれたスケールバーが目視基準を提供し、細胞濃度の推定を補助する。したがって、充填体積沈降は、細胞濃度を推定するための読み取りが容易な方法を提供し、この方法は精子細胞の計数に適用することができる。
【００１０】
しかしながら、血液分析に使用されている従来の実装形態を精液分析に直接適用するのは全く実用的ではない。ヒトに関しては、血液中の赤血球の平均濃度は精液中の平均精子濃度よりも約１００倍高い。また、精液の相当に高い粘性が、ヘマトクリット管の動作に必要な毛管作用による規定体積のサンプルの取り込みを妨げ、遠心分離時における精子細胞の沈降を抑制又は阻止する。また、精液は血液とは異なり、組成が非常に不均質である（すなわち、当初から高い精子濃度の領域及び低い精子濃度の領域を含む）ため、再生可能な濃度の測定値を得るためには均質化が必要である。これら理由のため、測定可能な精子細胞の沈降ペレットを形成するには異なる流体構造と変更を施したサンプル処理ステップが必要である。更に、上述のヘマトクリット及び血液分析法にはスピンのため及び沈降キャピラリを収容するため重く高価な遠心分離機又は専用の分析器が必要なことから、それらは一般に実用的でない。それでもなお、上記の相当な課題を軽減する手段が開発されれば、充填体積沈降は使用が簡単な、精子数を推定する手段を提供し得る。
【００１１】
一実施形態においては、細胞数の推定はキット内に含まれ得るデバイスの使用により提供される。デバイスは、充填体積カラムを含むカートリッジと、カートリッジをスピンさせるための電動式器具と、を含む。カートリッジは、例えば、電動式器具のモータシャフトとカートリッジとの間の摩擦プレス嵌め（ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ  ｐｒｅｓｓ  ｆｉｔ）を使用して、又は複数の磁石を使用して電動式器具に取り付けてもよい。加えて、デバイスをキットとして用意する場合、また、サンプルをカートリッジに移送するのを補助するための流体移送デバイスとサンプル採取用カップとを含んでもよい。カートリッジは使い捨てカートリッジであってもよいため、使用者は各サンプルに対して新しいカートリッジを使用することができる。
【００１２】
本明細書全体にわたり、開示する方法及びデバイスは生殖能力分析のために精液サンプルを操作するための方法及びデバイスの観点から示される。しかしながら、これら例は単に説明目的で提供するものである。方法及びデバイスは、充填体積沈降を含むこの方法のための他の適切な流体又はサンプルとともに使用することができる。例えば、デバイスは、また、モータオイル中の微粒子の充填体積の調査に適用しても、サンプル体積の血液中の赤血球又は白血球の自動定量に適用してもよい。他の種類のサンプル中の他の種類の微粒子又は固体もまた、全体にわたり記載されているデバイス及び方法により定量され得るか、又は分析され得る。いくつかの実施形態では、サンプルは食品、土壌又は他の物質であり、他の実施形態においては、サンプルは血液、大便、精液などの生物学的サンプル並びにヒトなどの有機体から得られる可能性のある他のサンプルである。
【００１３】
充填体積中、細胞１１の濃度を細胞１１が占める体積に基づき推定するためのデバイスの一実施形態を図１に示す。当初、細胞１１は流体１２中に懸濁している。一実施形態においては、細胞１１は精子細胞であり、流体１２は精液である。回転後、細胞１１は沈降チャンバ１３の底部に充填され、沈降した細胞は当初流体１２中に懸濁していた細胞１１の数に比例する体積を占める。
【００１４】
図２及び図３それぞれにカートリッジ２１の一実施形態の上面図及び側部断面図を示す。カートリッジ２１の上面図を図２に示し、断面側面図を図３に示す。カートリッジ２１はポリマー又は他の類似の材料を含む種々の材料から構成され得る。発明を実施するための形態の全体にわたり記載される全てのカートリッジを同じ方法で構成してもよい。概して、本明細書中に含まれるいずれかのカートリッジに関して記載した特徴又は材料は本明細書中に記載される他のカートリッジのいずれに含めることも使用することもできる。本明細書中に記載されるカートリッジはカートリッジ２１とすることも図によって記載されるカートリッジの実施形態とすることもできる。
【００１５】
カートリッジ２１は、目盛り２３を含む沈降カラム２２を含んでもよい。目盛り２３は使用者が沈降した細胞の体積を特定するのを補助する。カートリッジは、また、中心サンプル入口キャビティ２４と、規定体積を有するサンプル誘導キャビティ２５と、を含んでもよく、サンプル誘導キャビティ２５は中心サンプル入口キャビティ２４と流体連通している。換言すると、流体は中心サンプル入口キャビティ２４とサンプル誘導キャビティ２５との間を移動可能である。例えば、サンプル誘導キャビティ２５の体積に等しい体積の流体が中心サンプル入口キャビティ２４に添加され、カートリッジ２１がカートリッジ２１の中心軸線３３を中心に時計回り方向又は反時計回り方向に回転すると、サンプル誘導キャビティ２５内に流体が回収される。例えば、２０００〜１００００ＲＰＭで２〜１０分間更に回転させると、流体からの細胞は沈降カラム２２の底部に充填され、沈降した細胞は使用者が目盛り２３を使用することにより読み取ることができる。加えて、カートリッジ２１は、カートリッジ２１をスピンさせるための電動式器具にカートリッジ２１を確実に連結するように構成されているハブ取付部３１を含んでもよい。一実施形態においては、カートリッジ２１は、カートリッジ２１を回転させるための電動式器具に、複数の磁石を使用して連結しても取り付けてもよい。本明細書中における全てのカートリッジ及び器具に関する記載においては、カートリッジと器具とを取り付けるために複数の磁石が使用され得る。
【００１６】
加えて、蛍光細胞標識、コントラスト染料（ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｄｙｅｓ）、特定密度のビーズを提供するため、又は精子細胞の実施形態においては、精液の粘性を低減して使用者による読み取りをより簡単にするために、カートリッジ２１は、試薬ペレット３２を保持しても消化酵素などの化学試薬でコーティングしてもよい。これら試薬はフリーズドライしてもよい。
【００１７】
キットとしてのデバイスの一実施形態を図４に示す。デバイスは、使い捨てカートリッジなどのカートリッジ４１と、バルブピペット、他の種類のピペット、又はシリンジなどの流体移送デバイス４２と、流体を採取するための採取用カップ４３と、カートリッジ４１を回転するように構成されている器具４５と、を含む、細胞の計数に使用される物品を含む。使用者は移送デバイス４２を使用して規定のサンプル体積をカートリッジ４１内に移送する。移送デバイス４２は規定のサンプル体積の測定を補助するように構成されているレベルマーク（ｌｅｖｅｌ  ｍａｒｋ）を有してもよい。図５〜１３に具現化されたカートリッジ設計においては、使用者は厳密でない量のサンプルをカートリッジに移送してもよい。採取用カップ４３は試薬ペレット３２に関して上述したものなどの試薬ペレット４４を含んでも化学試薬でコーティングしてもよく、試薬又はペレットはフリーズドライしてもよい。同様に、本明細書中の試薬ペレットを含む全ての採取用カップにおいては、採取用カップは、摂政ペレット３２に関して上述したものなどの試薬ペレットを含んでも化学試薬でコーティングしてもよく、試薬及び／又はペレットはフリーズドライしてもよい。カートリッジ４１を回転又はスピンするため、使用者はカートリッジ４１を器具４５に取り付けることができる。一実施形態においては、カートリッジ４１及び器具４５は、カートリッジ４１を器具４５に確実に取り付けるための追加構成要素を含む。
【００１８】
図５及び図６それぞれにカートリッジ５１の一実施形態の上面図及び側部断面図を示す。カートリッジ５１は、目盛り５３を含む沈降カラム５２を含んでもよい。目盛り５３は沈降した細胞の体積を使用者が特定するのを補助するように構成されている。カートリッジ５１は、また、中心サンプル入口キャビティ５４と、規定体積を有するサンプル誘導キャビティ５５と、を含んでもよい。カートリッジ５１は、また、サンプル誘導キャビティ５５を平衡させることを目的としたカウンタバランスキャビティ５７を備えたオーバフローチャンバ５６を含んでもよい。オーバフローチャンバ５６は浅いチャネル５８によって中心サンプル入口キャビティ５４に連結されている。浅いチャネル５８は、図７に更に記載されているように、回転中、例えば、２回目の回転中、カートリッジ５１内のサンプルが中心サンプル入口キャビティ５４からオーバフローチャンバ５６に移動することを可能にする。サンプル誘導キャビティ５５は更なる浅いチャネル５９によって中心サンプル入口キャビティ５４に連結されている。更なる浅いチャネル５９は、一実施形態において、浅いチャネル５８の各深さ又は直径を超える深さ又は直径を含む。例えば、１回目の回転中、浅いチャネル５９は、サンプルが中心サンプル入口キャビティ５４からサンプル誘導キャビティ５５に移動することを可能にする。これについては図７に更に記載されている。浅いチャネル５８及び更なる浅いチャネル５９は、例えば、遠心分離中、カートリッジ５１が閾値回転速度を超えない限りは、流体のぬれ力及び表面張力がチャネル５８及び５９内におけるサンプルの移動を妨げるように構成された深さ又は直径を有する。浅いチャネル５９内におけるサンプルの移動を生じさせるのに必要な閾値回転速度は少なくとも部分的に浅いチャネルの直径又は深さに基づく。例えば、閾値回転速度は浅いチャネルの直径又は深さが減少するにつれて増加する。加えて、カートリッジ５１は、例えば、遠心分離中、カートリッジ５１をスピンさせるための電動式器具にカートリッジ５１を確実に連結するように構成されているハブ取付部６１を含んでもよい。試薬ペレット３２に関して上述したように、カートリッジ５１は試薬ペレット６２を保持しても、化学試薬でコーティングしてもよい。
【００１９】
図７に、カートリッジ７１内における流体の移動の一実施形態の初期状態、第１回転速度状態及び第２回転速度状態をそれぞれ記載する。まず、流体７７を中心サンプル入口キャビティ７２内に装填する。初期状態においては、カートリッジ７２の影を付けた部分は流体７７を示す。例えば、１００〜４０００ＲＰＭの範囲内、好ましくは、５００〜２０００ＲＰＭの範囲内の第１回転速度での回転時、流体は、第１時限の間、回転速度１状態に見られるように、サンプル誘導キャビティ７３が一杯になるまで規定体積を有するサンプル誘導キャビティ７３に入る。オーバフローチャンバ７４はカウンタバランスキャビティ７５を含んでもよい。カートリッジ７１は沈降カラム７６を含む。
【００２０】
回転速度１状態に見られるように、浅い連結チャネル７８の断面積はオーバフローチャンバ７４の断面積よりも小さいため、第１回転速度の間、流体７７がオーバフローチャンバ７４に入ることは妨げられる。有効引力に打ち勝つ流体の表面張力とぬれ力のバランスにより、オーバフローチャンバ７４への流体７７の進入を防止する。加えて、第１回転速度の間に流体７７が同様に進入することができるサンプル誘導キャビティ７３の平衡をカウンタバランスキャビティ７５が補助する。第２時限の間、第２回転速度（例えば、２０００〜１００００ＲＰＭ、２〜１０分間）でカートリッジ７１が回転すると、回転速度２状態に示すように、中心サンプル入口キャビティ７２内に残った流体がオーバフローチャンバ７４及びカウンタバランスキャビティ７５に入る。第２時限における第２回転速度での遠心分離により、サンプル誘導キャビティ７３内の細胞は沈降カラム７６内において圧縮される。その後、沈降し且つ圧縮された細胞のペレットを、回転速度１状態時、サンプル誘導キャビティ７３及び沈降カラム７６内に初めに収容されていた細胞の量に比例する細胞ペレット高さによって使用者が読み取ることができる。第２時限の間、余分な流体はオーバフローチャネル７４に誘導されるため、厳密な量の流体から細胞を測定することができる。いくつかの実施形態では、更なる時限の間更なる回転を実施することができる。これは本明細書中に記載されるいずれの実施形態にも適用され得る。更なる実施形態においては、ある時間間隔の間１回の回転のみが実施され、場合によっては、この１回の回転により細胞が圧縮される。これは本明細書中に記載されるいずれの実施形態にも適用され得る。
【００２１】
図８及び図９に、カートリッジ８１の別の実施形態の上面図及び側部断面図をそれぞれ示す。カートリッジ８１は目盛り８３を含む沈降カラム８２を含んでもよい。目盛り８３は沈降した細胞の体積を使用者が特定するのを補助するように構成されている。カートリッジ８１は、また、中心サンプル入口キャビティ８４と、規定体積を有するサンプル誘導キャビティ８５と、を含んでもよい。カートリッジ８１は、また、サンプル誘導キャビティ８５を平衡させることを目的としたカウンタバランスキャビティ８７を備えたオーバフローチャンバ８６を含んでもよい。オーバフローチャンバ８６は浅い連結チャネル８８によって中心サンプル入口キャビティ８４に連結されている。図５の浅いチャネル５９などの浅いチャネルによって中心サンプル入口キャビティ８４に連結されているサンプル誘導キャビティ８５とは異なり、サンプル誘導キャビティ８５は中心サンプル入口キャビティ８４と直接流体連通させることができる。サンプル誘導キャビティ８５と中心サンプル入口キャビティ８４は図２及び図３に示したものと類似する方法で連結されている。カートリッジ８１は、また、遠心分離中にスピンさせるための電動式器具にカートリッジ８１を確実に連結するように構成されているハブ取付部９１を含んでもよい。カートリッジ８１は、試薬ペレット３２に関して上述したように試薬ペレット９２を含んでも化学試薬でコーティングしてもよい。
【００２２】
図１０に、カートリッジ１０１内における流体の移動の一実施形態の初期回転状態及び第１回転速度状態を記載する。初期状態において示したように、まず、流体１０７を中心サンプル入口キャビティ１０２内に装填する。カートリッジはある時間間隔（例えば２〜１０分間）の間第１回転速度（例えば２０００〜１００００ＲＰＭ）で回転し、流体を１つの工程で分配することになっており、簡略化された器具設計を可能にする。単一速度での回転時、流体はサンプル誘導キャビティ１０３及び沈降カラム１０６に入る。サンプル誘導キャビティ１０３及び沈降カラム１０６は規定体積を含み、且つサンプル誘導キャビティ及び中心サンプル入口キャビティがチャネルによって連結されている図５及び図７とは異なり、中心サンプル入口キャビティ１０２と直接流体連通している。カートリッジ１０１の回転速度が加速し、第１回転速度に到達すると、中心サンプル入口キャビティ１０２とオーバフローチャンバ１０４を連結する浅いチャネル１０８内の表面張力及びぬれ力に打ち勝つのに必要な速度を超過し、図１０の最も右側の図に示されるように、中心サンプル入口キャビティ１０２内に残った流体がオーバフローチャンバ１０４及びカウンタバランスキャビティ１０５に入る。したがって、サンプル誘導キャビティ１０３内に残った流体は、遠心分離後、沈降カラム１０６内の沈降した細胞の体積に寄与する唯一の流体である。遠心分離を続けることにより（例えば、２〜１０分間）、サンプル誘導キャビティ１０３内の細胞は沈降カラム１０６内で圧縮され、回転１状態時、サンプル誘導キャビティ１０３及び沈降カラム１０６内部の流体中に初めに含まれていた細胞の量に比例するペレット高さにより、使用者は沈降した細胞ペレットを読み取ることができる。
【００２３】
図１１及び図１２に、カートリッジ１１１の別の実施形態の上面図及び側部断面図をそれぞれ示す。カートリッジ１１１は目盛り１１３を含む沈降カラム１１２を含んでもよい。目盛り１１３は沈降した細胞の体積を使用者が特定するのを補助するように構成されている。カートリッジ１１１は、また、中心サンプル入口キャビティ１１４と、サンプル誘導キャビティ１１５と、を含んでもよい。カートリッジ１１１は、また、サンプル誘導キャビティ１１５を平衡させるためのカウンタバランスキャビティ１１６を含んでもよい。サンプル誘導キャビティ１１５は角度をなした浅いチャネル１１７によって中心サンプル入口キャビティ１１４に連結されている。角度をなした浅いチャネル１１７は、沈降した細胞を保持又は保管するための伸張部１１８を含む。例えば、角度をなした浅いチャネル１１７は、沈降カラム１１２に対し、カートリッジ１１１の中心から半径方向外側に角度をなしている。沈降カラム１１２はカートリッジ１１１の中心から半径方向外側に第１の半径方向軸線に沿って配置されているが、角度をなした浅いチャネル１１７は、また、カートリッジ１１１の中心から半径方向外側に第２の半径方向軸線及び第３の半径方向軸線に沿って配置される。この場合、第２の半径方向軸線及び第３の半径方向軸線は第１の半径方向軸線ではない。加えて、カートリッジ１１１は、例えば、遠心分離中、カートリッジ１１１をスピンさせるための電動式器具にカートリッジ１１１を確実に連結するように構成されているハブ取付部１２１を含んでもよい。試薬ペレット３２に関して上述したように、カートリッジ１１１は１つ又は複数の試薬ペレット１２２を含んでも、化学試薬でコーティングしてもよい。
【００２４】
カートリッジ１３１内における流体の移動の一実施形態の初期状態、第１回転状態、第２回転状態及び最終状態を図１３に記載する。初期状態に見られるように、流体１３９を中心サンプル入口キャビティ１３２内に装填する。回転時、流体は、中心サンプル入口キャビティ１３２から、チャネル伸張部１３７、連結チャネル１３３、及び規定体積を有するサンプル誘導キャビティ１３４内に移動する。第１回転速度状態は回転速度１状態において示される。カートリッジの回転速度が表面張力に打ち勝つのに必要な速度を超えると、中心サンプル入口キャビティ１３２内に残った流体は任意選択的なカウンタバランスチャンバ１３５に入る。第２回転速度状態は回転速度２状態において示される。例えば、２０００〜１００００ＲＰＭでの２〜１０分間のカートリッジ１３１の更なる回転により、誘導キャビティ１３４内の細胞は沈降カラム１３６内で圧縮され、沈降したペレットを、回転速度１状態時、サンプル誘導キャビティ１３４及び沈降カラム１３６内に収容されていた細胞の量に比例するペレット高さにより使用者が読み取ることができる。最終状態は最終状態において示される。回転速度１状態時、初めにチャネル伸張部１３７及び中心サンプル入口キャビティ内に収容されていた細胞はチャネル伸張部１３７内に捕捉されるため、沈降カラム１３６内の沈降した細胞の体積に寄与しない。図１３の示されるカートリッジ設計において圧縮された細胞が回収される位置を１３８として示す。カートリッジ１３１の設計の利点は、オーバフローチャンバがないことから、前に記載したカートリッジ設計に比べてカートリッジ１３１の製造に必要な材料及び複雑さが低減されることである。中心サンプル入口キャビティから余分な流体を物理的に除去するのではなくむしろ、沈降した細胞を沈降カラム１３６とは別の位置の余分な流体から捕捉することによって対象となる流体の体積のみからの細胞体積の測定を実現することができる。
【００２５】
図１４は、カートリッジ１４１を含む、細胞、精子細胞又は他の粒子測定用のキットを示す。カートリッジ１４１は図１１及び図１２（しかし他の図のカートリッジも使用できる）に記載したカートリッジの別の実施形態である。サンプル入口キャビティ１４２のサイズは、その全体に流体１４８を収容するため増加している。一実施形態においては、流体は精液であり、キャビティは、ヒト男性が生成する最大流体体積を超える体積を含む。最大流体体積は約５ミリリットルである。この設計は、分析用の流体を中心キャビティ１４２によって直接採取するように構成されている。任意選択的に、流体は採取用カップ１４３内に採取してもよい。採取用カップ１４３は、カートリッジ１４１のサンプル入口キャビティ１４２内に流体を注ぐためのスパウト１４４を含んでもよい。２０００〜１００００ＲＰＭで２〜１０分間等の遠心分離時、サンプル誘導キャビティ１４５内の細胞は沈降カラム１４６内で圧縮されるが、サンプル入口キャビティ１４２内に残った流体中の細胞はそこに保持される。サンプル入口キャビティ１４２又は採取用カップ１４３のいずれかが、酵素消化、コントラスト増強、又は他のアッセイ増強機能のための化学試薬を含んでもよい。流体の漏れを防止するため遠心分離中にカートリッジ１４１に取り付けるように構成された蓋１４７をキットに含めてもよい。図５及び図６の設計又は図８及び図９の設計は、最大５ミリリットルなどのより大きな体積の流体の分析を可能にする十分に大きなオーバフローキャビティを含んでもよい。
【００２６】
図１５は、遠心分離後、規定断面のカラム内に充填された精子細胞が占める体積に基づき精子数を推定するための方法の一実施形態のフローチャートである。異なる実施形態では、方法におけるステップを異なる順序で実施してもよく、特定のステップを省略してもよく、及び／又は追加ステップを実施してもよい。一実施形態においては、方法は、採取用カップと、カートリッジと、移送デバイスと、器具と、を含むキットを使用して実施される。本明細書中に記載される任意のカートリッジ又は器具設計をこの方法において使用してもよい。
【００２７】
使用者はサンプル又は流体を採取用カップ内に採取する１５１。一実施形態においては、採取用カップは、流体の液化を加速するための、キモトリプシン、トリプシン、ブロメライン又はパパインなどの消化酵素を含む。流体は、例えば、採取用カップ内において使用者によりかき混ぜられるか攪拌される１５２（又はサンプルは他の方法で攪拌され得る。例えば、器具内に配置されると器具により攪拌される）。流体のかき混ぜ又は撹拌は流体への酵素の溶解を加速する。酵素により流体を液化させるため（例えば１〜３０分の）時間間隔を経過させる。その後、シリンジ又はバルブ移送ピペットなどの移送デバイスを使用して流体の一部をカートリッジに移送する１５３。一実施形態においては、流体の投入後、カートリッジに蓋又はステッカーでキャップをする。カートリッジを器具に取り付ける１５４。この器具は、カートリッジを回転させるように構成されたモータを含む。任意選択的に、器具はある時間間隔の間カートリッジを１つの方向に加速し、その後、反対方向に加速してもよく、流体を機械的に撹拌し、より一貫した測定のため均質化を促進し、粘性を低減する。器具は、また、カートリッジを１つの方向に加速し、停止させ、その後、これをある時間間隔の間繰り返し、機械的撹拌を提供してもよい。器具はカートリッジをある回転速度（例えば、２０００〜１００００ＲＰＭで２〜１０分間）でスピンさせる１５５又は回転させる。任意選択的に、カートリッジをある時間間隔の間（例えば、１〜５分間）回転速度を低下させてスピンし、カートリッジの沈降カラム内における圧縮された細胞の制御された広がりを可能にする。回転後、カートリッジは器具によって停止され、使用者はカートリッジの沈降カラム内の圧縮された細胞ペレットの高さに基づき流体の細胞数又は濃度を推定することによって結果を読み取る１５６。いくつかの実施形態では、器具は使用者が読み取ることができるデジタル表示を含む（例えば、器具のユーザインターフェース上のデジタル表示）。本明細書中に記載される器具の全ての実施形態は器具のユーザインターフェース上のデジタル表示を含んでもよい。一実施形態においては、器具は蓋を含む。蓋は１つ又は複数の磁石を含み、器具は、磁界を検知するように構成された１つ又は複数のセンサを含む。１つ又は複数の磁石及び１つ又は複数のセンサは、蓋を器具上で閉じた際に、蓋内の１つ又は複数の磁石及び器具内の１つ又は複数のセンサが一定距離離れるように蓋及び器具内部に配置されており、この距離は１つ又は複数のセンサが蓋内の１つ又は複数の磁石の磁界を検知するのに必要な閾値距離よりも短いため、器具上で蓋が閉じていることを検知する。別の実施形態においては、１つ又は複数の磁石を器具内に配置することができ、１つ又は複数のセンサを器具の蓋内に配置することができる。本明細書に記載した磁石及びセンサ構成を本明細書中に記載される任意の器具に適用することができる。
【００２８】
図１６は、遠心分離後、規定断面のカラム内に充填された精子細胞が占める体積に基づき精子濃度を推定するための方法の一実施形態のフローチャートである。異なる実施形態では、方法におけるステップを異なる順序で実施してもよく、特定のステップを省略してもよく、及び／又は追加ステップを実施してもよい。一実施形態においては、方法は、採取用カップと、カートリッジと、移送デバイスと、器具と、を含むキットを使用して実施される。本明細書中に記載される任意のカートリッジ又は器具設計をこの方法において使用してもよい。
【００２９】
流体又はサンプルは使用者が採取用カップ内に採取する１６１。均質化を助けるため使用者は流体をかき混ぜても攪拌してもよい。その後、流体の一部を即座に又は流体の凝集前に移送デバイスを使用してカートリッジに移送する１６２。移送デバイスはシリンジであってもバルブ移送ピペットであってもよい。カートリッジは、任意選択的に、カートリッジ内への流体の投入後カートリッジに確実にキャップをするように構成されている蓋又はステッカーを含んでもよい。カートリッジを器具に取り付ける１６３。器具はモータを含み、モータは、流体を液化するため、ある時間間隔の間、カートリッジを回転、スピン又は往復する１６４ように構成されている。器具は、流体を機械的に攪拌するため、ある時間間隔の間カートリッジを１つの方向に、その後、もう１つの方向に交互に加速し、より一貫した測定のために均質化及び流体の粘性の低下を促進してもよい。カートリッジ内に含まれる酵素は攪拌された流体に作用し、（例えば、１〜３０分間）流体の液化を促進することができる。器具はある時間間隔の間特定速度で（例えば、２０００〜１００００ＲＰＭで２〜１０分間）カートリッジをスピンする１６５。任意選択的に、カートリッジは、その後、沈降カラム内における圧縮された細胞の制御された広がりを可能にするため低下したＲＰＭで（例えば、１〜５分間）スピンしてもよい１６５。このスピンを実施した後、カートリッジは器具によって停止され、使用者は沈降カラム内の圧縮された細胞ペレットの高さから流体中の細胞濃度の推定値の結果を読み取ってもよい１６６。
【００３０】
図１７は、遠心分離後、規定断面のカラム内に充填された精子細胞が占める体積に基づき精子濃度を推定するための方法の一実施形態のフローチャートである。異なる実施形態では、方法におけるステップを異なる順序で実施してもよく、特定のステップを省略してもよく、及び／又は追加ステップを実施してもよい。一実施形態においては、方法は、採取用カップと、カートリッジと、器具と、を含むキットを使用して実施される。本明細書中に記載される任意のカートリッジ又は器具設計をこの方法において使用してもよい。
【００３１】
流体又はサンプルはカートリッジ内に採取する１７１か、採取用カップ内に採取する１７２。サンプルを採取用カップ内に採取する１７２場合、全流体をカートリッジ内に注ぐ１７３。カートリッジは、任意選択的に、カートリッジ内への流体の投入後カートリッジに確実にキャップをするように構成されている蓋を含んでもよい。カートリッジを器具に取り付ける１７４。器具はモータを含み、モータはカートリッジを回転、スピン又は往復する１７５ように構成されている。器具は、流体を機械的に攪拌するため、ある時間間隔の間カートリッジを１つの方向に、その後、もう１つの方向に交互に加速し、より一貫した測定のために均質化及び流体の粘性の低下を促進してもよい。カートリッジ内に含まれる酵素は攪拌された流体に作用し、（例えば、１〜３０分間）流体の液化を促進することができる。カートリッジはある時間間隔の間特定速度で（例えば、２０００〜１００００ＲＰＭで２〜１０分間）スピンする１７６。任意選択的に、沈降カラム内における圧縮された細胞の制御された広がりを可能にするため、カートリッジを、その後、低下したＲＰＭで（例えば、１００〜２０００ＲＰＭで１〜５分間）スピンしてもよい１７６。このスピンを実施した後、カートリッジは器具によって停止され、使用者は沈降カラム内の圧縮された細胞の高さから流体中の細胞濃度の推定値の結果を読み取ってもよい１７７。
【００３２】
図１５〜１７に記載した方法のそれぞれにおいて、使用者は、本明細書全体にわたり記載されるカートリッジ及び／又はキットを使用して、並びに本明細書中に記載されているもののようなカートリッジを回転するための器具を使用して全ステップを自身で自宅において実施してもよい。他の実施形態においては、使用者はカートリッジ内にサンプルを提供するが、その後、このカートリッジを、本明細書中に記載されるもののような、診療所にある器具を使用してサンプルの回転／遠心分離を実施する生殖医療センター（ｆｅｒｔｉｌｉｔｙ  ｃｅｎｔｅｒ）などの診療所に送る。この場合、使用者は採取１５１、１６１、１７２、１７１ステップ並びに場合によりかき混ぜ／インキュベート１５２、移送１５３、１６２及び注ぐ１７３ステップなどの他のステップを実施するが、診療所は器具へのカートリッジの取り付け１５４、１６３、１７４を以下のステップとともに実施してもよい。別の実施形態においては、使用者はサンプルを保持デバイス内に提供し、それを診療所でカートリッジに移送する。この場合、診療所は、移送及び注ぐステップ、並びに場合によりかき混ぜ／インキュベートステップを実施する。したがって、方法は、使用者によって実施されるステップの部分集合又は診療所によって実施されるステップの部分集合のみを含み得る。
【００３３】
図１８〜２５は、沈降カラムの構成の種々の実施形態を記載する。記載した種々の実施形態のいずれも図３〜１４に記載したカートリッジ設計に組み込んでもよい。
【００３４】
図１８は、沈降カラムの上面図及び側面図の拡大図を示す。沈降カラムは目盛り１８２及び数１８３を含む。細胞が遠心分離により圧縮された後、得られたペレット１８４の高さを、ペレット１８４中の細胞と流体１８５との間の反射率の差によって又は蛍光細胞標識を含む他の手段によって視覚的に特定してもよい。使用者は、細胞１８４と流体１８５との間の界面に最も近い目盛り１８２に最も近い数１８３を読み取ることによって流体中の細胞の初期濃度を推定することができる。
【００３５】
図１９は、沈降カラムの上面図及び側面図の拡大図を示す。沈降カラムは目盛り１９２及び数１９３を含む。沈降カラムは、沈降カラム及び沈降カラムのサイズを拡大するように構成されているレンズ１９６を含む。レンズ１９６は例えばポリマーの射出成形によって製造時に沈降カラムに組み込むことができる。レンズ１９６の存在により、使用者がペレット１９４と流体１９５との間の界面をより容易に可視化することを可能にしてもよい。一実施形態においては、レンズ１９６は円筒形状である。他の種類及び形状のレンズもまた使用できる。細胞が遠心分離により圧縮された後、ペレット１９４の高さを細胞と流体１９５との間の反射率の差によって又は蛍光細胞標識を含む他の手段によって視覚的に特定してもよい。使用者は、流体中の細胞の初期濃度を、細胞１９４と流体１９５との間の界面に最も近い目盛り１９２に最も近い数１９３を読み取ることによって推定することができる。
【００３６】
図２０は、蛍光分析における使用を意図した沈降カラムの別の実施形態の側面図を示す。上部レンズ２０１及び下部レンズ２０２が沈降カラムの上面及び底面にそれぞれ組み込まれている。一実施形態においては、レンズは円筒形状である。他の種類及び形状のレンズもまた使用できる。ＬＥＤ、フィルタ式ランプ又はレーザ−などの蛍光励起光源２０３は、光が下部レンズ２０２によって沈降カラムに集束するように光を放出する。ペレット２０４内の標識された細胞が衝突する光によって励起され、限界波長よりも長い波長の光２０５を放出する。光２０５は上部レンズ２０１によって検出器２０６上に集束される。検出器２０６は、ＣＣＤカメラであっても、フォトダイオードであっても、光電子増倍管であっても、ヒトの眼であってもよい。励起された細胞によって放出される光２０５の波長を選択的に通過させるため、検出器２０６と沈降カラムとの間に選択的フィルタ２０７を配置してもよい。検出器２０６は沈降カラムに沿って走査することによりペレット２０４の高さを特定してもよく、これは総蛍光信号に基づき得る。
【００３７】
図２１は、蛍光分析における使用を意図した沈降カラム２１１の別の実施形態を示す。沈降カラム２１１の幾何学的形状により、遠心分離後、細胞は小さな表面積を有するペレット２１２に圧縮される。上部レンズ２１３及び下部レンズ２１４が沈降カラムの上面及び底面にそれぞれ組み込まれている。上部レンズ２１３及び下部レンズ２１４は球面レンズであっても非球面レンズであってもよい。ＬＥＤ、フィルタ式ランプ又はレーザ−などの蛍光励起光源２１５は光が下部レンズ２１４によってペレット２１２に集束されるように光を放出する。ペレット２１２内の細胞は、核酸を含む細胞内でのみ活性となるアクリニジンオレンジ（ａｃｒｉｎｉｄｉｎｅ  ｏｒａｎｇｅ）などの蛍光染料で標識されてもよい。ペレット２１２内の標識された細胞は衝突する光によって励起され、限界波長よりも長い波長の光２１７を放出する。光２１７は上部レンズ２１３によって検出器２１８上に集束される。検出器２１８は、ＣＣＤカメラであっても、ＣＭＯＳセンサであっても、フォトダイオードであっても、光電子増倍管であっても、ヒトの眼であってもよい。励起された細胞２１７によって放出される光２１７を選択的に通過させるため、選択的フィルタ２１９を検出器２１８と沈降カラム２１１との間に配置してもよい。検出器２１８は存在する細胞の総数をペレット２１２内の細胞によって放出される全積分蛍光（ｔｏｔａｌ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）に基づき特定してもよい。
【００３８】
図２２は、広範囲の細胞濃度の推定への使用を意図した沈降カラムの別の実施形態を示す。沈降カラムは目盛り２２１及び数２２２を含む。細胞が遠心分離により圧縮された後、得られたペレット２２３の高さを、ペレット２２３内の細胞と流体２２４との間の光散乱及び反射率の差によって視覚的に特定しても、蛍光細胞標識を含む他の手段によって視覚的に特定してもよい。使用者は、ペレット２２３内の細胞と流体２２４との間の界面に最も近い目盛り２２１に最も近い数２２２を読み取ることによって流体中の細胞の初期濃度を推定することができる。この実施形態においては、沈降カラムはテーパ状であり、基準断面積を超える高断面積２２５のセクションと、セクション２２５とセクション２２６との間の移行面積２２７を有する基準断面積を超えない低断面積２２６のセクションと、を含む。この実施形態においては、低い細胞濃度を含むペレットは低断面積２２６を含む部分に収容されるが、実質的により高い細胞濃度を含むペレットは高断面積２２５を含む部分に収容される。目盛り２２１及び数２２２は異なる断面積に合わせて調整され、使用者が細胞濃度を正確に推定することを可能にする。当業者には、沈降カラムテーパの多くの変形形態が可能であることは明白である。例えば、異なる断面積を有する複数のセクションを作製するため２つ以上の移行面積２２７を沈降カラムに組み込んでもよい。例えば、複数のセクションは継続的に増加又は減少する断面積を有するセクションを含んでもよい。別の例においては、広範囲の細胞濃度に対応するため、断面積は沈降カラムに沿って連続的に増加しても減少してもよく、それに応じて目盛り２２１及び数２２２を調整することができる。複数のセクションは、また、沈降カラム内のペレット２２３の高さの外観がペレット２２３の細胞濃度に対応するように異なる断面積を含んでもよい。例えば、使用者が４ｍｍの高さのペレット２２３を認めた場合は４目盛り２２１あり、各目盛りはペレット２２３に沿って互いに等距離である。加えて、各目盛りには数２２２が付されてもよい。高さの外観がペレット２２３の細胞濃度に対応しない実施形態においては、ペレット２２３に沿って互いに等距離でない４目盛り２２１があってもよい。
【００３９】
図２３は、ポリマーの上部層２３２とポリマーの下部層２３３とによって封入された沈降カラム２３１の一実施形態を示す。上部層２３２と下部層２３３は超音波溶接、レーザ溶接又は熱接着を含むプロセスによって接合してもよい。ＬＥＤ、フィルタ式ランプ又はレーザ−などの蛍光励起光源２３４は光が沈降カラム２３１内のペレット２３５に衝突するように光を放出する。下部層２３３は、コントラストを強化するため光源２３４によって放出される光を選択的に通過させるように構成されたフィルタ剤（ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ  ａｇｅｎｔｓ）で染色してもよい。ペレット２３５内の細胞は、核酸を含む細胞内でのみ活性となるアクリニジンオレンジなどの蛍光染料で標識してもよい。ペレット２３５内の標識された細胞が衝突する光によって励起され、限界波長よりも長い波長の光２３６を放出する。光２３６は検出器２３７上に衝突する。検出器２３７の実施形態はＣＣＤカメラ、フォトダイオード、光電子増倍管又はヒトの眼を含む。細胞検出の精度を向上するため、上部層２３２は、ペレット２３５内の細胞によって放出される限界波長よりも長い光２３６を選択的に通過させるように構成されたフィルタ剤で染色してもよい。検出器２３７は沈降カラムに沿った走査により推定した細胞濃度を特定してもよく、これは総蛍光信号に基づき得る。細胞数推定の精度を高めるため、ここで記載した、フィルタ剤を有する染料を使用した沈降カラム２３１の実施形態を、図１９、２０及び２１に記載されるレンズと組み合わせてもよい。沈降カラム２３１に関して記載した特徴を、また、粒子を用いたイムノアッセイにおける検出を強化するために使用してもよい。沈降カラム２３１に関して記載した特徴もまた図２１の沈降カラム２１１に組み込んでもよい。
【００４０】
図２４は、ポリマーの上部層２４２とポリマーの下部層２４３とによって封入された沈降カラム２４１の一実施形態を示す。上部層２４２と下部層２４３は超音波溶接又は熱接着を含むプロセスによって接合してもよい。ＬＥＤ、太陽光、又は室内照明などの光源２４４は上部層２４２を介してペレット２４５に衝突する光を放出する。上部層２４２のポリマーは透明である。ペレットの微粒子の性質のためペレット２４５は光源２４４に向かって光２４７を散乱するが、流体２４６は光を透過する。下部層２４３にカーボンブラック又は他の光吸収色素などの光吸収材料が添加されているか、カーボンブラック又は他の光吸収色素などの光吸収材料により被覆されている場合、流体２４６によって透過される光の一部が吸収され、ペレット２４５と流体２４６との間の光学的コントラストを高める。細胞濃度を推定するため、散乱光２４７はＣＣＤカメラ、移動通信デバイス又はヒトの眼などの検出器によって検出してもよい。この実施形態においては、光源２４４は上部層２４２に対して垂直である。光源２４４は、また、上部層２４２と平行に又は上部層２４２内に配置してもよく、それでもなお観察者又は検出器に向かって光２４７を散乱する。この構成により層２４２及び層２４３の平面表面からの干渉反射（ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を防止する又は最小にすることによってペレット２４５の光学的コントラストを更に高めてもよい。
【００４１】
図２５は、遠心分離後の流体の沈降カラムの一例を示す。この流体は、流体の密度よりも高いが、流体中の特定の細胞又は微粒子の密度よりも低い密度の粒子又は物質を含む。沈降カラムは目盛り２５２及び数２５３を含む。遠心分離後、中間密度の粒子又は物質は圧縮された細胞のペレット２５５と流体２５６との間に中間層２５４を形成する。ペレット２５５と、中間層２５４と、流体２５６との間の界面の光学的コントラストを高めるため、中間層２５４は染色ポリスチレン又は別のポリマーなどの特徴的に着色された粒子又は物質を含んでもよい。使用者はペレット２５５と中間層２５４との間の界面に最も近い目盛り２５２に最も近い数２５３を読み取ることによってサンプル中の細胞の初期濃度を推定することができる。
【００４２】
図２５は、更に、遠心分離後の流体の沈降カラムの一例を示しうる。流体は死細胞を同定する染料と遠心分離前に混合した。例えば、染料は死細胞中に選択的に分配され得るが、生細胞には分配され得ない。死んだ又は不動精子細胞が生きている及び運動精子細胞の密度よりも低い密度を有することは当技術分野において公知である。沈降カラムは目盛り２５２及び数２５３を含む。遠心分離後、流体は、遠心分離の中心に最も近い流体層２５６と、遠心分離の中心から最も遠い生細胞層又はペレット２５５と、２つの層２５６と層２５５との間の中間密度を有する死細胞層２５４と、を有する層に分離する。生細胞は染料を排除するため、死細胞層２５４及び同様に染料の色を呈する流体層２５６とは視覚的に異なる。使用者は、ペレット２５５と死細胞層２５４との間の界面に最も近い目盛り２５２に最も近い数２５３を読み取ることによって流体中の生細胞の初期濃度を推定することができる。使用者は、また、死細胞の数を視覚的に異なる死細胞層２５４から推定することができる。上述のように、死細胞層２５４とペレット２５５との間のコントラストを高めるため、ポリマーフラグメント又は粒子から形成された中間密度層を遠心分離前に流体に混合してもよい。
【００４３】
図２６及び図２７は、カートリッジを器具のモータに取り付けるための機構の種々の実施形態を示す。これら実施形態は、本明細書中に記載されるカートリッジ又は器具のいずれかとともに使用しても、カートリッジを本明細書中に記載されるもの以外の他の器具に取り付けるために使用してもよい。任意の実施形態においては、カートリッジ、モータシャフト、又はモータに取り付けるように構成されているアダプタは、カートリッジをモータに取り付けるための機構を提供する磁性材料を含んでもよい。
【００４４】
図２６は、カートリッジ２６１を器具のモータ２６２に取り付けるための概略の実施形態を示す。カートリッジはキャビティ２６３を含む。キャビティ２６３はモータ２６２のシャフト２６４の第２直径よりも小さい第１直径を含む。カートリッジ２６１をモータ２６２に取り付けるため、シャフト２６４はキャビティ２６３内にプレス嵌めされる。キャビティ２６３の第１直径に使用される材料並びにカートリッジ２６１に使用される材料の弾性係数は、器具に取り付けられた際にシャフト２６４とカートリッジ２６１のキャビティ２６３との間に密な摩擦嵌合が設けられ、カートリッジ２６１の回転を可能にするように選択してもよい。
【００４５】
図２７は、カートリッジ２７１を器具２７２のモータ２７５に取り付けるための概略の第２実施形態を示す。カートリッジはキャビティ２７３を含む。キャビティ２７３はある形状を含み、アダプタ２７４は同じ形状を含み、且つキャビティ２７３内に嵌合するように構成されている。アダプタ２７４はモータ２７５に取り付けられる。カートリッジをモータに取り付けるため、アダプタ２７４はキャビティ２７３内にプレス嵌めされる。キャビティ２７３の第１直径に使用される材料及びカートリッジ２７１に使用される材料の弾性係数は、器具に取り付けられた際に、モータ２７５とカートリッジ２７１のキャビティ２７３との間に密な摩擦嵌合が設けられ、カートリッジ２７１の回転を可能にするように選択してもよい。アダプタ２７４の材料は、アダプタを曲げることを可能にするよう構成され、カートリッジとアダプタとの間に確実な嵌合を形成する切り欠きを含んでもよい。別の実施形態においては、モータ２７２はキャビティを含むソケットを含んでもよく、カートリッジ２７１は対応する突起物を含んでもよい。カートリッジとの「スナップ」フィットを形成するためモータ２７２のアダプタ２７４に追加の突起物を付加してもよい。
【００４６】
図２８〜３３は、器具の種々の実施形態を示す。これら実施形態は、全体にわたり記載されているカートリッジのいずれか、及び全体にわたり記載されている取り付け機構のいずれかとともに使用してもよい。加えて、カートリッジはここで記載したもの以外の他の器具に取り付けることができる。
【００４７】
図２８は、カートリッジ２８７を回転するように構成されている器具の概略の一実施形態を示す。この実施形態は、全体にわたり記載されているカートリッジのいずれかとともに使用してもよい。器具は、筐体２８１、プリント回路基板２８２、モータ２８３、蓋２８４、スイッチ２８５、インジケータＬＥＤ２８６又はこれらの任意の組み合わせを含む。別の実施形態においては、プリント回路基板２８２は、モータ２８３、スイッチ２８５又はインジケータＬＥＤ２８６に結合された任意の適切な制御部であってもよい。プリント回路基板２８２は、１つ又は複数のマイクロコントローラと、水晶発振器と、モータ制御トランジスタと、電力調整回路と、ＬＥＤと、ユーザスイッチと、器具を動作するため、又は使用者にフィードバックを提供するために必要な他の回路と、を含んでもよい。プリント回路基板２８２は、カートリッジが器具に取り付けられているか否かを検知するように構成してもよい。一実施形態においては、プリント回路基板２８２は、カートリッジが取り付けられているか否かを、取り付けられたカートリッジがある状態及びない状態で回転した場合にモータにより発生した（逆起電力などによる）電圧の差によって検知する。例えば、器具は、複数の基準点を含み、プリント回路基板２８２はこの複数の基準点の中から電圧を測定することができる。このような検知は、器具を作動させるための追加のスイッチが必要なく、器具のコストを低減し、器具の使用をより容易にすることから有利となり得る。上述のようにカートリッジを混合及びスピンするためにプリント回路基板２８２は特定の時間間隔の間モータに可変電力を提供するように構成することができる。更に、プリント回路基板２８２は、アッセイの完了を含む重要な事象を使用者に通知するためインジケータＬＥＤ２８６の照明を制御するように構成することができる。蓋は、蓋の閉鎖中にカートリッジ２８７上で閉じる構造２８８を含んでもよく、構造２８８は、動作中におけるカートリッジ２８７の、モータ２８３への確実な取り付けを確実とするように構成されている。器具は、外部交流−直流電力変換器２８９又は電気ソケットに差し込むように構成された他の適切な電源機構により電力を供給されてもよく、代替的に又は付加的に電力を提供するように構成されたバッテリー一式を含んでもよい。電力がバッテリーによって提供される場合、一定した回転速度を維持し、且つバッテリー電圧の変動を補償するため、プリント回路基板２８２はモータに提供される電力を調整するように構成してもよい。加えて、プリント回路基板２８２はバッテリー電圧が閾値未満に低下した場合に回転を終了し、ＬＥＤの点滅などの警告信号を表示するように構成することができる。蓋又は筐体は、また、蓋が開いている際にカートリッジの回転を妨げ、使用者の安全を確保するように構成されたラッチを含んでもよい。蓋又は筐体は、また、器具の動作を引き起こすように構成されたスイッチ又は他の機構を含んでもよい。いくつかの実施形態では、蓋は、１つ又は複数の磁石が器具内の１つ又は複数のセンサから閾値距離離されるとモータの作動又は器具の他の動作を引き起こす１つ又は複数の磁石を含んでもよい。このような実施形態は、器具を作動させるための追加のスイッチが必要なく、器具のコストが低下し、使用をより簡単に及び／又はより直感的にすることから有利となり得る。
【００４８】
図２９は、蛍光検出分析での使用を意図したカートリッジ２９１及び器具２９２の構成の別の実施形態の上面図、側面図、構成１の図及び構成２の図を示す。この構成は、また、目視検査法に使用することができる。全体にわたり記載されているカートリッジのいずれもこの構成とともに使用することができる。器具は、可撓性材料を含み、カートリッジの一部、又は器具内の特定位置にカートリッジを停止するよう構成されたカートリッジ上のキャッチ特徴部２９４と交差する突当要素２９３を含む。突当要素２９３の可撓性材料又はカートリッジキャッチ特徴部２９４の材料は、可撓性材料によりカートリッジが自由に回転するように構成される一方で、モータが十分な動力を提供するように選択してもよい。しかしながら、カートリッジは電力が低下するかモータから取り外されると特定位置に停止するように構成されている。したがって、分析されることになるカートリッジの部分２９５は器具からの追加の制御入力なしで静的分析のために光源２９６及び／又は光検出器２９７と位置合わせすることができる。光検出器及び光源は図２９の構成１に示されるようにカートリッジの両側に配置しても、図２９の構成２に示されるようにカートリッジの上部又は下部などの同じ側に互いに角度をなして配置してもよい。
【００４９】
図３０は、精液又は他の粘性若しくは微粒子含有サンプルなどの流体の機械的撹拌を示す。カートリッジ３０１は、流体３０５を受容する中心キャビティ３０２を含む。これは全体にわたり記載されているカートリッジのいずれかとともに使用してもよい。中心キャビティは、流体チャネル３０４の直径又は幅よりも大きな直径を含む密な物体３０３を含んでもよく、流体チャネル３０４は中心キャビティから半径方向外側に案内される。カートリッジはまず第１方向３０６に、その後、第２方向３０７に加速させてもよく、その後、この交互の動きを規定の時間間隔の間継続する。その代わりに、カートリッジは第１方向３０６に加速させて停止させてもよく、この１つの方向における加速と停止のパターンを規定の時間間隔の間繰り返す。これら動きのパターンが流体の撹拌を引き起こし、任意の封入された密な物体３０３を流体に対し動かしてもよく、機械的撹拌を補助し、流体の粘性を低下する又は流体中の粒子の凝集を分解するように構成されている。
【００５０】
図３１は、器具３１１及びカートリッジ３１２、器具３１１及びカートリッジ３１２、流体、精液又は微粒子分析のためのカートリッジ及び器具の側面図を示す。この器具は全体にわたり記載されているカートリッジのいずれかとともに使用してもよい。器具は、モータ３１３と、プリント回路基板３１４と、モータ筐体３１５と、カートリッジ筐体３１６と、バッテリーなどの電源３１７と、を含む。一実施形態においては、モータ筐体３１５はテーパ状である。一実施形態においては、カートリッジ筐体３１６はカートリッジにぴったりと合うように作られており、開くことができる。ユーザスイッチ及びインジケータＬＥＤもまた含めてもよい（不図示）。カートリッジ及びカートリッジ筐体は器具から完全に取り外すことができるように構成されており、両方とも使い捨てであってもよい。閉じられると、カートリッジ筐体はカートリッジの第１の側と第２の側とを互いに不可逆的に結合するように構成することができ、動作中又は流体の処理後に使用者がカートリッジを開けることを防止する。遠心分離などの動作中における器具の過剰なノイズ、振動及び動きを防止するため、器具は、器具の底面に取り付けられた吸引カップ又はゴム足などの固定機構３１８を含んでもよい。器具は、動作中に器具が転倒することを防止するように構成された金属板などの密な材料の形態の、重みを付けたバラスト３１９を含んでもよい。
【００５１】
図３２は、流体、精液又は微粒子分析のための器具３２１及びカートリッジ３２２の別の実施形態を示し、器具はカートリッジ及びカートリッジ筐体３２６に上から差し込まれている。これは、全体にわたり記載されているカートリッジのいずれかとともに使用してもよい。器具は、モータ３２３と、制御盤３２４と、モータ筐体３２５と、カートリッジ筐体３２６と、バッテリーなどの電源３２７と、を含む。一実施形態においては、モータ筐体３２５はテーパ状である。一実施形態においては、カートリッジ筐体３１６はカートリッジにぴったりと合うように作られている。ユーザスイッチ及びインジケータＬＥＤもまた含めてもよい（不図示）。器具は、動作中に器具が転倒することを防止するように構成された金属板などの密な材料の形態の、重みを付けたバラストを含んでもよい。
【００５２】
図３３は、（図３１の）器具３１１から取り外し可能であり、且つカートリッジ３３３を含むカートリッジ筐体３３１の構成の一実施形態を図示する。これは、全体にわたり記載されているカートリッジのいずれかとともに使用してもよい。筐体３３１は、下半分３３４と、上半分３３５と、一体成形ヒンジ（ｌｉｖｉｎｇ  ｈｉｎｇｅ）３３６と、を含んでもよい。筐体３３１は図３３に示すように開くことができ、使用者が流体をカートリッジ３３３に添加することを可能にするように構成されている。流体添加後、使用者はカートリッジ筐体３３１を閉じてもよい。遠心分離中カートリッジ３３３を回転させるためカートリッジ３３３とクロージャ３３１とを組み合わせたものを器具３１１に連結してもよい。一実施形態においては、カートリッジ及び筐体はポリマーから作製してもよく、且つ使い捨てであってもよい。
【００５３】
図３４〜３７は、精子細胞などの細胞から異なるタイプの粒子を分離するためカートリッジに更に液体試薬が添加される実施形態を示す。これら実施形態のいずれかを全体にわたり記載されているカートリッジ又は器具のいずれかとともに使用してもよい。
【００５４】
図３４は、微粒子を微粒子の固有の物理的特性に基づき分離するために規定密度の液体媒体が使用される実施形態を示す。一実施形態においては、カートリッジ３４１に所定の体積の密度媒体３４２を充填する。密度媒体３４２は規定密度の流体媒体を含む。密度媒体３４２はカートリッジ３４１に組み込まれた沈降カラム３４３の規定体積を占める。本明細書中に記載される全カートリッジの沈降カラム、サンプル誘導キャビティ及びサンプル入口キャビティは密度媒体を保持できるように構成されている。密度媒体はカートリッジ内に格納しても、キットの一部として含めてもよい。サンプル流体はカートリッジの中心キャビティ３４４から装填し、規定体積のサンプル流体が沈降カラム３４３内の密度媒体３４２上に層を形成するようにカートリッジを特定の回転速度である時間間隔の間スピンさせる。遠心分離中、サンプル流体中の、密度媒体３４２の密度よりも高い密度を含む微粒子が遠心分離中に沈降カラムの端部に沈降し、ペレット３４５を形成する。上述のようにより高い密度の微粒子の初期濃度を推定するためペレット３４５の高さを測定してもよい。密度媒体の密度よりも低い密度を含む余分な流体及び微粒子は上澄み３４６として懸濁したままになる。サンプル流体は精液を含んでもよく、微粒子は精子細胞を含んでもよい。精子細胞の固有の物理的特性は密度を含んでもよく、細胞の密度特性は、運動性、生存性又は形態を含んでもよい。いくつかの実施形態では、密度媒体は、精子細胞を細胞片及び白血球などの、精液中に見られる他の微粒子から分離するように構成されている特定密度の流体を含んでもよい（すなわち、密度媒体は精子細胞よりも低密度であり、他の微粒子よりも高密度である）。この実施形態においては、精子細胞の濃度を推定するためペレット３４５を精液中の他の微粒子の干渉なく測定してもよい。いくつかの実施形態では、密度媒体３４２は、運動精子細胞を非運動精子細胞から分離するように構成されている特定密度の流体を含んでもよい（すなわち、密度媒体は非運動精子細胞よりも高密度であり、運動精子細胞よりも低密度である）。この実施形態においては、運動精子細胞の濃度を推定するためにペレット３４５を測定してもよい。別の実施形態においては、密度媒体３４２はＸ染色体を含む精子細胞を、Ｙ染色体を含む精子細胞から分離するように構成された特定密度を含んでもよい（Ｘ染色体を含む精子細胞は平均的にＹ染色体を含む精子細胞よりも高密度である）。
【００５５】
図３５は、規定密度を含む２つ以上の液体密度媒体が沈降カラム３５２に装填され、連続的な又は不連続な密度勾配を形成するカートリッジ３５１の一実施形態を図示する。サンプル中の微粒子を微粒子の固有の物理的特性に基づき分離し、密度勾配に分離してもよい。一実施形態においては、密度媒体は、最初に沈降カラム３５２に装填される第１密度媒体３５３と、第１密度媒体３５３の後に沈降カラム３５２に装填される第２密度媒体３５４と、を含む。サンプル流体はカートリッジ３５１の中心キャビティ３５６から装填し、規定体積のサンプル流体が沈降カラム内の密度媒体３５３及び密度媒体３５４上に層を形成するようにカートリッジをある時間間隔の間特定の回転速度でスピンさせる。遠心分離中、第１密度媒体３５３の密度及び第２密度媒体３５４の密度よりも高い密度を含む微粒子が沈降カラムの底部にペレット３５７を形成する。第１密度媒体３５３の密度よりも低いが第２密度媒体３５４の密度よりも高い密度を含む微粒子は２つの密度媒体３５３及び３５４の界面３５８に集まる。密度媒体３５３及び密度媒体３５４よりも低い密度を含む余分なサンプル流体及び微粒子は上澄み３５９として懸濁したままになる。
【００５６】
図３６は、規定密度を含む２つ以上の液体密度媒体がカートリッジ上の２つの沈降カラム３６２及び３６４に装填されたカートリッジ３６１の一実施形態を示す。第１沈降カラム３６２には第１密度媒体３６３が充填されており、第２沈降カラム３６４には第２密度媒体３６５が充填されている。例えば、臨床流体を中心キャビティ３６６から装填し、規定体積のサンプルが各個々の沈降カラム３６２及び３６４内の各予め装填された密度媒体３６３及び３６５上に層を形成するようにある時間間隔の間特定の回転速度でカートリッジに遠心力を作用させる。遠心分離中、臨床流体中の微粒子は各沈降カラム内における密度に基づき分離され、各沈降カラム３６２及び３６４の端部にそれぞれペレット３６７及びペレット３６８を形成する。いずれかの密度媒体の密度よりも低い密度を含む余分な臨床流体及び微粒子は上澄み３６９及び上澄み３６１０として懸濁したままになる。この実施形態は複数の沈降カラム及び密度媒体にも適用してよい。例えば、特定の実施形態は、それぞれがゼロ、１つ又はそれを超える密度媒体を含む３つ以上の沈降カラムを備えたカートリッジを含んでもよい。
【００５７】
図３７は、遠心分離前に精子細胞などの運動細胞を不動細胞から分離するために拡散を使用することにより全細胞及び細胞運動性の百分率の定量を可能にするカートリッジの一実施形態を示す。流体をサンプル入口チャネル３７１に装填し、カートリッジの中心セクション３７３の他方の側の対応する入口チャネル３７２内にシース液を装填する。流体及びシース液は重力による流れ又は他の圧力源により中心セクション３７３の一方の側から他方の側に流れる。共同中心チャネル３７４内において、運動細胞が入口３７１及び入口３７２を含むサンプル入口流体流から出口３７７及び出口３８８を含むシース液流まで泳ぐことができることにより、下部チャネル内にとどまる不動細胞から分離される。分離後、上部チャネル内の運動細胞が上部沈降チャネルに運搬され、下部チャネル内の細胞が下部沈降チャネルに運搬されるようにカートリッジをある時間間隔の間特定の回転速度で回転する。回転後、上部及び下部沈降チャネル内のペレット３７５及びペレット３７６の体積をそれぞれ使用して総細胞数及び運動率を定量化する。
【００５８】
上述の記載及び図は、本明細書中に記載されるデバイス、システム及び方法に組み込まれ得る種々の設計の実施形態を提供する。本明細書中に記載されるものよりも多数、少数及び／又は本明細書中に記載されるものとは異なる構成要素及びステップをデバイス、システム及び方法とともに使用してもよい。全体にわたり記載されている種々のカートリッジは全体にわたり記載されている種々のキットのいずれにおいても使用され得る。全体にわたり記載されているキットの構成要素は変更することができる。
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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