(57)【要約】  本開示は、複数の試料チャンバの同時充填を行う装置に関する。一態様では、本装置は、共通流体源と、複数の独立した連続的な流体経路とを含む。独立した連続的な流体経路のそれぞれは、試料チャンバ及び空気区画を含む。試料チャンバは共通流体源に接続されていて、空気区画は試料チャンバに接続されている。試料チャンバは、１つにはアッセイチャンバを含む。アッセイチャンバは、モノリシック基板と、光学的透過特性を有するプラグとを含む。幾つかの実施形態では、アッセイチャンバは磁気式混合要素を収容する。幾つかの実施形態では、アッセイチャンバは両側テーパ状チャンバである。幾つかの実施形態では、空気区画の体積に対する試料チャンバの体積の比は、複数の流体経路の各流体経路の間でほぼ同等である。
2021518539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面を有する本体と、
前記本体の中央開口部と、
前記底面上の乾燥試薬と、を含み、前記本体は、赤色スペクトル、青色スペクトル、及び緑色スペクトルのうちの少なくとも１つにおける励起波長及び発光波長に対して透過性を有する材料から形成されている、
を含むプラグ。
【請求項２】
前記乾燥試薬は、前記底面のうちの、前記本体の前記中央開口部の幅より幅広な部分の上にある、請求項１に記載のプラグ。
【請求項３】
前記中央開口部の幅が、前記底面のうちの、前記乾燥試薬を収容している部分より幅広である、請求項１に記載のプラグ。
【請求項４】
前記底面に、前記乾燥試薬が入るキャビティを更に含む、請求項１に記載のプラグ。
【請求項５】
中央開口部の底部と前記プラグ本体の底部との間のプラグ厚さを更に含み、前記キャビティの深さが前記プラグ厚さの９０％未満である、請求項４に記載のプラグ。
【請求項６】
中央開口部の底部と前記プラグ本体の底部との間のプラグ厚さを更に含み、前記キャビティの深さが前記プラグ厚さの７０％未満である、請求項４に記載のプラグ。
【請求項７】
中央開口部の底部と前記プラグ本体の底部との間のプラグ厚さを更に含み、前記キャビティの深さが前記プラグ厚さの５０％未満である、請求項４に記載のプラグ。
【請求項８】
前記プラグ本体の外側エッジから前記キャビティの外周部にかけての環形を前記プラグ底面上に更に含む、請求項４に記載のプラグ。
【請求項９】
前記環形は前記キャビティの前記外周部を完全に取り囲む、請求項６に記載のプラグ。
【請求項１０】
前記キャビティは更に、前記底面に外周部を含み、前記キャビティの開始角度が前記外周部から、前記底面に対して測定され、前記開始角度は６０度以下である、請求項４に記載のプラグ。
【請求項１１】
前記キャビティは前記プラグ本体中央開口部より幅広である、請求項４〜８のいずれか一項に記載のプラグ。
【請求項１２】
前記プラグ本体中央開口部は前記キャビティより幅広である、請求項４〜８のいずれか一項に記載のプラグ。
【請求項１３】
前記プラグ本体底面は更に、境界のあるエリアを前記プラグ本体底面上に含み、前記乾燥試薬は前記境界のあるエリアの中にある、請求項１に記載のプラグ。
【請求項１４】
前記プラグ底面上の前記境界のあるエリアは、前記プラグ本体底面上のフィーチャによって与えられる、請求項１１に記載のプラグ。
【請求項１５】
前記フィーチャは、前記プラグ底面の上方に持ち上げられているか、前記プラグ底面に埋め込まれている、請求項１２に記載のプラグ。
【請求項１６】
前記フィーチャは湾曲断面又は矩形断面を有する、請求項１３に記載のプラグ。
【請求項１７】
前記境界のあるエリアの幅が前記本体中央開口部の幅より大きいか、前記境界のあるエリアの幅が前記本体中央開口部の幅より小さいか、前記境界のあるエリアの幅が前記本体中央開口部の幅とほぼ同じである、請求項１１に記載のプラグ。
【請求項１８】
前記プラグは研磨仕上げ又は平滑仕上げであることで、前記励起波長及び前記発光波長の透過性を促進する、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のプラグ。
【請求項１９】
前記プラグ本体上の、前記プラグ本体の前記中央開口部の周囲にフランジを更に含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のプラグ。
【請求項２０】
前記乾燥試薬は、核酸合成試薬、ペプチド合成試薬、ポリマー合成試薬、核酸、ヌクレオチド、核酸塩基、ヌクレオシド、ペプチド、アミノ酸、モノマー、検出試薬、触媒、又はこれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のプラグ。
【請求項２１】
前記乾燥試薬は、前記プラグ底面に付着する連続膜である、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記乾燥試薬は凍結乾燥試薬である、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記乾燥試薬は、前記プラグ底面に付着する複数の液滴を含む、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
アッセイチャンバであって、
ａ．テーパ状入口と、
ｂ．テーパ状出口と、
ｃ．底面及び中央開口部を本体に含むプラグであって、前記本体は、紫外スペクトル、青色スペクトル、緑色スペクトル、及び赤色スペクトルのうちの少なくとも１つにおける励起波長及び発光波長に対して透過性を有する材料から形成されている、前記プラグと、
ｄ．２つの湾曲境界であって、前記２つの湾曲境界と前記プラグとが一緒に前記アッセイチャンバの体積を囲むように、各湾曲境界が前記テーパ状入口から前記テーパ状出口まで延びている、前記２つの湾曲境界と、
ｅ．各湾曲境界から延びる肩部であって、前記プラグが各肩部と接触することによって、前記アッセイチャンバの境界が前記２つの湾曲境界によって与えられ、前記肩部は前記湾曲境界のそれぞれと前記プラグとから延びる、前記肩部と、
を含むアッセイチャンバ。
【請求項２５】
前記プラグは、前記アッセイチャンバ内で前記プラグ上に乾燥試薬を有する、請求項２４に記載のアッセイチャンバ。
【請求項２６】
前記プラグ上のキャビティが前記肩部のそれぞれの間に位置し、前記乾燥試薬は前記キャビティ内にある、請求項２５に記載のアッセイチャンバ。
【請求項２７】
前記湾曲境界又は前記肩部の一部分が、前記キャビティの外周部に合致する形状になっている、請求項２６に記載のアッセイチャンバ。
【請求項２８】
前記プラグ上の前記乾燥試薬は前記肩部のそれぞれの間に位置する、請求項２５に記載のアッセイチャンバ。
【請求項２９】
前記プラグ本体の前記底部の平らな一部分が前記肩部に接触する、請求項２４に記載のアッセイチャンバ。
【請求項３０】
前記アッセイチャンバの前記体積を調節する為に、前記肩部のそれぞれの高さが使用される、請求項２４に記載のアッセイチャンバ。
【請求項３１】
前記肩部のそれぞれの前記高さは１００マイクロメートル以上である、請求項３０に記載のアッセイチャンバ。
【請求項３２】
前記肩部のそれぞれの前記高さは、前記２つの湾曲境界の、離隔距離が最大になった時点での互いからの距離を超えない、請求項３０に記載のアッセイチャンバ。
【請求項３３】
前記肩部は、前記テーパ状入口から前記テーパ状出口にかけて前記アッセイチャンバの湾曲境界全体を保持する形状になっている、請求項２４〜３２のいずれか一項に記載のアッセイチャンバ。
【請求項３４】
前記２つの湾曲境界及び前記肩部はモノリシック基板に形成されている、請求項２４に記載のアッセイチャンバ。
【請求項３５】
前記モノリシック基板の表面に接着された膜を更に含み、前記膜は前記アッセイチャンバの１つの壁を形成する、請求項３４に記載のアッセイチャンバ。
【請求項３６】
請求項１〜２３のいずれか一項に記載のようなプラグを有する、請求項２４〜３５のいずれか一項に記載のアッセイチャンバ。
【請求項３７】
ａ．共通流体経路と、
ｂ．前記共通流体経路に接続された、複数の独立した連続的な流体経路であって、独立した連続的な各流体経路は、
ｉ．アッセイチャンバと、
ｉｉ．空気区画と、
を含み、
１．前記アッセイチャンバは前記共通流体経路に接続されており、前記アッセイチャンバの流体体積の一部が、乾燥試薬をプラグ上に有する前記プラグによって定義されており、
２．前記空気区画は、空気体積を有していて、前記アッセイチャンバを介して前記共通流体経路につながっており、
前記複数の独立した連続的な流体経路の各流体経路は、前記アッセイチャンバと前記共通流体源との接続を含まない閉鎖系であり、各アッセイチャンバは更に、を含む、
前記複数の独立した連続的な流体経路と、
ｃ．両側テーパ状チャンバであって、
ｉｉｉ．前記流体経路の入口導管の終端部と流体連通しているテーパ状入口と、
ｉｖ．前記空気区画の終端部と流体連通しているテーパ状出口と、
ｖ．２つの湾曲境界であって、前記２つの湾曲境界が一緒に前記アッセイチャンバの体積を囲むように、各湾曲境界が前記テーパ状入口から前記テーパ状出口まで延びている、前記２つの湾曲境界と、
を含む前記両側テーパ状チャンバと、
ｄ．各湾曲境界から延びる肩部であって、前記プラグが各肩部と接触することによって、前記アッセイチャンバの境界が前記２つの湾曲境界によって与えられ、前記肩部は前記湾曲境界のそれぞれと前記プラグとから延びる、前記肩部と、
を含む装置。
【請求項３８】
前記プラグ上のキャビティが前記肩部のそれぞれの間に位置し、前記乾燥試薬は前記キャビティ内にある、請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記プラグ上の乾燥試薬が前記肩部のそれぞれの間に位置する、請求項３７に記載の装置。
【請求項４０】
前記プラグ本体の前記底部の平らな一部分が前記肩部に接触する、請求項３７に記載の装置。
【請求項４１】
前記アッセイチャンバの前記体積を調節する為に、前記肩部のそれぞれの高さが使用される、請求項３７に記載の装置。
【請求項４２】
前記肩部のそれぞれの前記高さは１００マイクロメートル以上である、請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
前記肩部は、前記テーパ状入口から前記テーパ状出口にかけて前記アッセイチャンバの湾曲境界全体を保持する形状になっている、請求項３７〜４２のいずれか一項に記載のアッセイチャンバ。
【請求項４４】
前記２つの湾曲境界はモノリシック基板に形成されている、請求項３７に記載の装置。
【請求項４５】
前記プラグの前記本体はある深さで前記アッセイチャンバの前記モノリシック基板内に突出しており、前記プラグの前記本体が前記アッセイチャンバの前記モノリシック基板内に突出する前記深さを変化させることによって、前記アッセイチャンバ体積を変化させることが容易に可能である、請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】
前記湾曲境界又は前記肩部の一部分が、前記キャビティの外周部に合致する形状になっている、請求項３８に記載の装置。
【請求項４７】
前記装置の少なくとも一部分の表面に接着された第１の膜を更に含み、前記第１の膜は、前記装置の１つ以上のチャンバ、区画、又は導管の１つの壁を形成する、請求項３７〜４６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４８】
前記第１の膜に接着された第２の膜を更に含み、前記第２の膜は前記第１の膜より融解温度が高い、請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
前記第１の膜又は前記第２の膜を使用して前記流体経路のそれぞれに形成された熱カシメ領域を更に含み、前記熱カシメ領域は、前記共通流体経路を前記アッセイチャンバ及び前記空気チャンバから封鎖する、請求項４８に記載の装置。
【請求項５０】
前記複数の独立した連続的な流体経路のそれぞれの中に持ち上がったプラットフォームを更に含み、前記持ち上がったプラットフォームは前記アッセイチャンバの入口と前記共通流体経路との間に位置し、前記熱カシメ領域は、前記持ち上がったプラットフォームの一部分を使用して形成される、請求項４９に記載の装置。
【請求項５１】
請求項１〜２３のいずれか一項に記載のようなプラグを有する、請求項３７〜５０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５２】
複数の試料チャンバの同時充填を行う方法であって、
ａ．共通流体経路内の流体試料を加圧するステップと、
ｂ．前記共通流体経路から複数の入口導管に前記流体試料を導入するステップと、
ｃ．前記入口導管のそれぞれに沿って前記入口導管のそれぞれの入口導管終端部に向けて前記流体試料を流すステップであって、各入口導管は試料チャンバに接続されている、前記ステップと、
ｄ．各試料チャンバのテーパ状入口部分に沿って前記流体試料を流すステップと、
ｅ．各試料チャンバ内で肩部のペアに隣接する前記流体試料をプラグに沿って流すステップと、
ｆ．前記流体試料を各試料チャンバのテーパ状出口部分に沿って空気区画終端部に向けて流すステップと、
ｇ．各入口導管及び各試料チャンバに収容されていた気体を、各空気区画終端部と連通している空気チャンバ内へと押し退けるステップと、
を含む方法。
【請求項５３】
前記流体試料を加圧する前記ステップは一定圧力で実施される、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記一定圧力は、５、１０、２０、４０、又は６０ｐｓｉのうちの１つである、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記流体を加圧する前記ステップは更に、前記流体試料を一連の増加する圧力レベルで加圧することを含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５６】
圧力の各増加レベルは一定の継続時間で印加される、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
圧力の各増加レベルは一定量ずつ増やされる、請求項５５に記載の方法。
【請求項５８】
前記流体試料を加圧する前記ステップにより、低い圧力レベルから高い圧力レベルにかけての一連の圧力レベルが印加される、請求項５５に記載の方法。
【請求項５９】
使用時に、前記空気チャンバが試料チャンバの上方にあり、その為、前記流体試料を前記試料チャンバのテーパ状出口部分に沿って空気区画終端部に向けて流す前記ステップ、並びに各入口導管に収容されていた気体を押し退ける前記ステップは、重力に逆らって実施される、請求項５２に記載の方法。
【請求項６０】
使用時には、前記複数の試料チャンバの方向付けが、前記複数の試料チャンバのうちの特定の試料チャンバに関連付けられた各空気チャンバが前記試料チャンバの上方に位置付けられるように行われる、請求項５２又は請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記流体試料を前記装置の各流体経路の前記試料チャンバに流入させることにより、前記流体経路内の気体が前記流体経路の前記空気区画に向かって圧縮される、請求項５２に記載の方法。
【請求項６２】
前記空気区画のそれぞれの内圧が前記共通流体経路に印加されている圧力と等しくなった時点で、流体試料を加圧する前記ステップの間に達した圧力を保持するステップを更に含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項６３】
気体を押し退ける前記ステップの間に各空気区画の内圧を高めるステップと、前記共通流体経路に印加されている圧力が各空気区画の内圧と等しくなった時点で前記内圧を高めることを停止するステップと、を更に含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項６４】
前記空気区画のそれぞれの前記内圧が前記共通流体経路に印加されている圧力と等しくなった時点で、前記試料を流す前記ステップのそれぞれを停止するステップを更に含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項６５】
前記複数の試料チャンバのうちの少なくとも２つの試料チャンバの体積が異なる、請求項５２に記載の方法。
【請求項６６】
前記共通流体経路から前記複数の試料チャンバの各試料チャンバに入る流量が前記試料チャンバの流体体積に比例し、少なくとも２つの異なる流量がある、請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
前記複数の試料チャンバの各試料チャンバの同時充填を行うステップを更に含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項６８】
前記流体試料を前記テーパ状入口に沿って流す前記ステップの途中又は後に、前記流体試料を前記試料チャンバ内の分岐する２つの湾曲境界に沿って流すステップを更に含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項６９】
前記流体試料を前記肩部ペアに沿って流す前記ステップの後又は途中に、前記流体試料を前記試料チャンバ内の収斂する２つの湾曲境界に沿って流すステップを更に含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項７０】
前記２つの湾曲境界の収斂によって、前記流体試料のメニスカスの前面先導部における流体前進速度が低下し、これによって、前記流体試料が前記テーパ状出口に達した時点で、前記流体試料の前記メニスカスは前記アッセイチャンバの最大寸法に関してほぼ対称であり、これによって、充填中の前記アッセイチャンバ内での気泡のトラッピングが最小限に抑えられる、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
各試料チャンバにおいてメニスカスを前記空気チャンバ終端部に近接して位置させるステップを更に含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項７２】
前記流体試料内で形成された１つ以上の気泡を前記試料チャンバ内の前記流体試料のメニスカスに近接して位置させる為に、前記ステップのうちの１つ以上を実施することを更に含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項７３】
前記メニスカスは前記空気チャンバ終端部に近接する、請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
前記共通流体経路内の流体試料を加圧する前記ステップを実施する間は前記複数の入口導管のそれぞれを封止するステップを更に含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項７５】
前記試料チャンバのテーパ状部分に沿って前記流体試料を流す前記ステップを停止した時点で、前記複数の入口導管のそれぞれを封止するステップを更に含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項７６】
前記共通流体経路から前記入口導管のそれぞれに沿って前記流体試料を流す前記ステップを停止した時点で、前記複数の入口導管のそれぞれを封止するステップを更に含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項７７】
封止する前記ステップは、前記入口導管の閉鎖された部分を熱カシメするステップを更に含む、請求項７４〜７６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７８】
第１の膜の、前記入口導管のそれぞれに近接する部分を加熱するステップと、前記第１の膜を溶融して前記入口導管の前記それぞれを封鎖するステップと、を更に含む、請求項７４〜７６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７９】
全ての入口導管を同時に封止するステップを更に含む、請求項７７に記載の方法。
【請求項８０】
前記第１の膜によって前記入口導管から隔てられている第２の膜を、溶融することなく加熱するステップを更に含む、請求項７７に記載の方法。
【請求項８１】
前記第２の膜を溶融することなく、前記入口導管の一部分を前記第１の膜の一部分に融着させるステップを更に含む、請求項８０に記載の方法。
【請求項８２】
前記入口導管のそれぞれを封止した後、第１の膜又は第２の膜の一部分が、前記入口導管のそれぞれに形成された持ち上がったプラットフォームに融着される、請求項７４〜８１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物学的アッセイを実施できるマイクロ流体デバイスの分野に関する。特に本開示は、流体試料を流体源から、生物学的アッセイに対応するように構成された複数の試料チャンバまで送達するシステム、デバイス、及び方法を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
多くの既存のマイクロ流体デバイスが流体試料を、マイクロ流体デバイス内の１つの場所（例えば、共通源）から、マイクロ流体デバイス内の１つ以上の別の場所（例えば、１つ以上の試料チャンバ）まで送達するように構成されている。マイクロ流体デバイスが流体試料をマイクロ流体デバイス内の１つの場所からマイクロ流体デバイス内のただ１つの別の場所まで送達するように構成されている特定実施形態では、既存のマイクロ流体デバイスはデッドエンド充填を用いてよく、この場合、流体試料は閉鎖系の内圧に逆らって閉鎖系内に転送される。デッドエンド充填により、マイクロ流体デバイスの１つの場所への正確な充填が可能になり、流体試料があふれること、即ち流体試料が無駄になることが最小限に抑えられる。この、デッドエンド充填によって実現される正確さは特に、流体試料が高価な成分を含む実施形態において重要である。
【０００３】
マイクロ流体デバイスが流体試料をマイクロ流体デバイス内の１つの場所からマイクロ流体デバイス内の複数の別の場所まで送達するように構成されている別の実施形態では、この、流体試料の転送が非同期で実施されることが多く、それらの場所の１つ以上の間で充填完了時刻が異なる。充填完了が非同期であることは、マイクロ流体デバイスがアッセイの実施に使用される実施形態では問題となる。これは、アッセイ結果の信頼性が、結果に影響する変数（例えば、反応タイミング）の均一性に依存する為である。更に、マイクロ流体デバイスの複数の場所の間で充填が非同期であると、結果としてマイクロ流体デバイスの複数の場所のうちの１つ以上において充填が不正確になって、流体試料があふれること、即ち流体試料が無駄になることが起こりうる。このことは特に、流体試料の成分が高価である実施形態において望ましくないだけでなく、マイクロ流体デバイスがアッセイの実施に使用される実施形態においても望ましくなく、充填が不正確であると、複数の場所の間で流体試料が不均一になる可能性が高まって、アッセイ結果の信頼性が更に低下するおそれがある。上述の既存のマイクロ流体デバイスのこれらの弱点に加えて、多くの既存のマイクロ流体デバイスは更に、アッセイの作動を促進する組み込みフィーチャを含まない。
【０００４】
本明細書に記載の新規なデバイスは、デッドエンド充填を用いる、共通流体源から複数の試料チャンバまでの流体試料の送達を、複数の試料チャンバが同時に充填されるように制御するように構成されたマイクロ流体デバイスを含む。本明細書に記載のデバイスは、複数の試料チャンバの充填を正確に実施して、流体試料があふれること、即ち流体試料が無駄になることを最小限に抑えることを可能にする。更に、複数の試料チャンバの同時充填が本明細書に記載のデバイスによって可能になることにより、複数の試料チャンバの間で流体試料が同質である可能性が高まり、複数の試料チャンバの間での反応タイミングの均一性が高まり、これによって、マイクロ流体デバイスによって得られるアッセイ結果の信頼性が向上する。
【０００５】
特定の実施形態では、本明細書に記載の新規なデバイスは更に、アッセイの作動を促進する機能を含む。例えば、特定の実施形態では、本明細書に記載の新規なデバイスの試料チャンバのうちの１つ以上が、流体試料の充填中の試料チャンバ内の気泡のトラッピングを最小限に抑える両側テーパ状チャンバを含む。実施形態によっては気泡がアッセイの結果に干渉する為、アッセイ作動中には気泡トラッピングを最小限に抑えることが有利である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来の技術における課題を解決するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、全般的には、流体試料を流体源から、生物学的アッセイに対応するように構成された複数の試料チャンバまで送達するマイクロ流体デバイスに関する。
【０００８】
一態様では、本開示は、共通流体源と、共通流体源に接続された、複数の独立した連続的な流体経路と、を含む装置を提供する。独立した連続的な流体経路のそれぞれは、試料チャンバ及び空気区画を含む。試料チャンバは、流体体積を有し、共通流体源に接続されている。空気区画は、空気体積を有し、試料チャンバに接続されており、これによって、共通流体源に間接的に接続されている。複数の独立した連続的な流体経路の各流体経路は、試料チャンバと共通流体源との接続を含まない閉鎖系である。幾つかの実施形態では、本装置の１つの流体経路の流体体積は、本装置の別の流体経路の流体体積より大きい。各試料チャンバへの試料の同時送達をサポートする為に、空気体積に対する流体体積の比は、複数の流体経路の各流体経路の間でほぼ同等である。
【０００９】
本装置の幾つかの実施形態では、試料チャンバは、アッセイチャンバと、共通流体源をアッセイチャンバにつなぐ入口導管とを含む。特定の実施態様では、アッセイチャンバ体積は１μＬから３５μＬである。同様に、空気区画は、空気チャンバと、試料チャンバを空気チャンバにつなぐ空気導管とを含んでよい。従って、各流体経路は、入口導管、アッセイチャンバ、空気導管、及び空気チャンバを含んでよい。
【００１０】
幾つかの実施形態では、アッセイチャンバは両側テーパ状チャンバを含み、その両側テーパ状チャンバは、テーパ状入口、テーパ状出口、及び２つの湾曲境界を含む。テーパ状入口は、流体経路の入口導管の終端部と流体連通している。同様に、テーパ状出口は、空気区画の終端部と流体連通しており、しばしば空気導管の終端部と流体連通している。２つの湾曲境界は、２つの湾曲境界が一緒にアッセイチャンバの体積を囲むように、テーパ状入口からテーパ状出口まで延びている。更に、テーパ状入口とテーパ状出口は、アッセイチャンバ体積の最大寸法だけ離れている。更に、各湾曲境界は中点を含み、２つの湾曲境界が中点からテーパ状入口に向かって、並びに中点からテーパ状出口に向かって湾曲するにつれて、それらの湾曲境界の間の距離が短くなっていく。
【００１１】
特定の実施形態では、アッセイチャンバは、モノリシック基板に形成された第１の境界表面と、プラグで形成された第２の境界表面とを含む。プラグは本体及びキャップを含む。プラグの本体はある深さでアッセイチャンバのモノリシック基板内に突出しており、プラグの本体がアッセイチャンバのモノリシック基板内に突出する深さを変化させることによって、アッセイチャンバ体積を変化させることが容易に可能である。具体的には、プラグのキャップは、アッセイチャンバの第２の境界表面を形成する。別の実施形態では、アッセイチャンバの第３の境界表面が膜で形成されてよく、第１の境界表面、第２の境界表面、及び第３の境界表面が一緒にアッセイチャンバ体積を囲む。幾つかの実施形態では、プラグキャップは、アッセイチャンバ内で行われるアッセイで使用される１つ以上の乾燥試薬を保持するように構成された内部キャビティを含む。更に、アッセイチャンバ内でのアッセイの作動を容易にする磁気式混合要素がアッセイチャンバ内に置かれてよい。
【００１２】
本開示の装置の特定の態様では、本装置の一部分に１つ以上の膜が接着されてよい。例えば、本装置の少なくとも一部分の表面に第１の膜が接着されてよく、第１の膜は、本装置の１つ以上のチャンバ、区画、又は導管の１つの壁を形成する。後で詳しく論じる特定の実施形態では、本装置の１つ以上の流体経路の一部分を熱で封止することが望ましい場合がある。そこで、そのような実施形態では、融解温度がより高い第２の膜１４が第１の膜１２に接着されてよい。
【００１３】
更なる別個の態様では、本開示は、複数の試料チャンバの同時充填を行う方法を提供する。本方法は、上述の実施形態のうちの１つ以上による装置を用意するステップを含む。複数の試料チャンバの同時充填での使用の為に、用意される装置の共通流体源は流体試料を収容し、用意される装置の独立した連続的な流体経路のそれぞれは、気体（例えば、空気等）を収容する。本装置が用意された後、共通流体源中の流体試料に供給圧力が印加され、これによって、流体試料が共通流体源から本装置の各流体経路の試料チャンバへと押し出される。特定の実施形態では、供給圧力は一定圧力で印加される。別の実施形態では、供給圧力は、低い圧力から高い圧力にかけて印加される。特定の態様では、流体試料は、重力に逆らって入口導管を通って複数の試料チャンバまで移動する。このように流体試料を本装置の各流体経路の試料チャンバまで送達することにより、流体経路内の気体が流体経路の空気区画に向かって圧縮される。そしてこれにより、流体経路の空気区画の内圧が上昇する。空気区画の内圧が供給圧力と等しくなった時点で、共通流体源から流体経路への流体試料の流れが停止する。
【００１４】
本開示の方法の幾つかの実施形態では、用意された装置の少なくとも２つの試料チャンバの体積が異なる。例えば、用意された装置の第１の流体経路の試料チャンバの流体体積は、用意された装置の第２の流体経路の試料チャンバの流体体積より大きくてよい。大まかには、共通流体源から複数の試料チャンバの各試料チャンバに入る流量が試料チャンバの流体体積に比例する。更に、上述のように、空気体積に対する流体体積の比は、用意された装置の各流体経路の間でほぼ同等である。従って、用意された装置の試料チャンバは、第１の流体経路及び第２の流体経路の、サイズの異なる試料チャンバを含み、それらの試料チャンバの充填が同時に行われるように、ほぼ比例する流量で充填される。
【００１５】
上述のように、本開示の方法によって用意される装置の特定の実施形態は、１つ以上の試料チャンバを含んでよく、それらの試料チャンバは両側テーパ状チャンバを含む。そのような、用意された装置の１つ以上の試料チャンバが両側テーパ状チャンバを含む実施形態では、両側テーパ状チャンバの２つの湾曲境界によって、流体試料のメニスカスの前面先導部における流体前進速度が低下し、これによって、流体試料がテーパ状出口に達した時点で、流体試料のメニスカスはアッセイチャンバの最大寸法に関してほぼ対称であり、これによって、充填中のアッセイチャンバ内での気泡のトラッピングが最小限に抑えられる。
【００１６】
やはり上述のように、特定の態様では、本装置の流体経路を熱で封止することが望ましい場合がある。そのような態様では、本明細書に開示の方法は更に、共通流体源から流体経路への流体試料の流れが停止した時点で複数の流体経路の各流体経路を封止するステップを含む。この封止するステップは熱カシメによって実施されてよい。
【００１７】
更に別の態様では、本開示は、上述の装置の様々な実施形態と異なる、乾燥試薬を再水和する装置を提供する。そのような態様では、対象となる装置はアッセイチャンバを含む。アッセイチャンバは、モノリシック基板に形成された第１の境界表面と、プラグで形成された第２の境界表面とを含む。プラグは本体及びキャップを含む。プラグの本体はある深さでアッセイチャンバのモノリシック基板内に突出しており、プラグの本体がアッセイチャンバのモノリシック基板内に突出する深さを変化させることによって、アッセイチャンバ体積を変化させることが容易に可能である。具体的には、プラグのキャップは、アッセイチャンバの第２の境界表面を形成する。アッセイチャンバの第１の境界表面及び第２の境界表面は一緒に、アッセイチャンバの体積を囲む。プラグのキャップに形成される内部キャビティが、アッセイチャンバ内で行われるアッセイで使用される１つ以上の乾燥試薬を保持することが可能である。アッセイチャンバは、アッセイチャンバの体積内に磁気式混合要素を収容する。磁気式混合要素は、アッセイチャンバ体積内で旋回することが可能である。
【００１８】
乾燥試薬を再水和する装置の特定の実施形態では、アッセイチャンバは膜の第３の境界表面を含む。そのような実施形態では、第１の境界表面、第２の境界表面、及び第３の境界表面が一緒にアッセイチャンバ体積を囲む。
【００１９】
更なる別個の態様では、本開示は、乾燥試薬を可溶化する方法を提供する。本方法は、上述の実施形態の１つによる、乾燥試薬を再水和する装置を用意するステップを含む。本方法は更に、アッセイチャンバに流体を充填するステップと、本装置のアッセイチャンバの外側の磁石を回転させることにより、アッセイチャンバ内で磁気式混合要素の旋回を引き起こすステップとを含む。この、アッセイチャンバ内での磁気式混合要素の旋回によって、試薬が流体内で可溶化される。
【００２０】
概して、一実施形態では、プラグは、底面を有する本体と、本体の中央開口部と、底面上の乾燥試薬とを含み、本体は、赤色スペクトル、青色スペクトル、及び緑色スペクトルのうちの少なくとも１つにおける励起波長及び発光波長に対して透過性を有する材料から形成されている。
【００２１】
この実施形態及び他の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含んでよい。乾燥試薬は、底面のうちの、本体の中央開口部の幅より幅広な部分の上にあってよい。中央開口部の幅が、底面のうちの、乾燥試薬を収容している部分より幅広であってよい。プラグは更に、底面に、乾燥試薬が入るキャビティを含んでよい。プラグは更に、中央開口部の底部とプラグ本体の底部との間のプラグ厚さを含んでよく、キャビティの深さがプラグ厚さの９０％未満である。プラグは更に、中央開口部の底部とプラグ本体の底部との間のプラグ厚さを含んでよく、キャビティの深さがプラグ厚さの７０％未満である。プラグは更に、中央開口部の底部とプラグ本体の底部との間のプラグ厚さを含んでよく、キャビティの深さがプラグ厚さの５０％未満である。プラグは更に、プラグ本体の外側エッジからキャビティの外周部にかけての環形をプラグ底面上に含んでよい。環形はキャビティの外周部を完全に取り囲んでよい。キャビティは更に、底面に外周部を含んでよく、キャビティの開始角度が外周部から、底面に対して測定され、開始角度は６０度以下である。キャビティはプラグ本体中央開口部より幅広であってよい。プラグ本体中央開口部はキャビティより幅広であってよい。プラグ本体底面は更に、境界のあるエリアをプラグ本体底面上に含んでよく、乾燥試薬は境界のあるエリアの中にある。プラグ底面上の境界のあるエリアは、プラグ本体底面上のフィーチャによって与えられる。フィーチャは、プラグ底面の上方に持ち上げられているか、プラグ底面に埋め込まれていてよい。フィーチャは湾曲断面又は矩形断面を有してよい。境界のあるエリアの幅が本体中央開口部の幅より大きくてよく、或いは境界のあるエリアの幅が本体中央開口部の幅より小さくてよく、或いは境界のあるエリアの幅が本体中央開口部の幅とほぼ同じであってよい。プラグは研磨仕上げ又は平滑仕上げであることで、励起波長及び発光波長の透過性を促進してよい。プラグは更に、プラグ本体上の、プラグ本体の中央開口部の周囲にフランジを含んでよい。乾燥試薬は、核酸合成試薬、ペプチド合成試薬、ポリマー合成試薬、核酸、ヌクレオチド、核酸塩基、ヌクレオシド、ペプチド、アミノ酸、モノマー、検出試薬、触媒、又はこれらの組み合わせから成る群から選択されてよい。乾燥試薬は、プラグ底面に付着する連続膜であってよい。乾燥試薬は凍結乾燥試薬であってよい。乾燥試薬は、プラグ底面に付着する複数の液滴を含んでよい。
【００２２】
概して、一実施形態では、アッセイチャンバがテーパ状入口と、テーパ状出口と、底面を含むプラグと、本体の中央開口部とを含み、本体は、紫外スペクトル、青色スペクトル、緑色スペクトル、及び赤色スペクトルのうちの少なくとも１つにおける励起波長及び発光波長に対して透過性を有する材料から形成されており、更に２つの湾曲境界を含み、２つの湾曲境界とプラグとが一緒にアッセイチャンバの体積を囲むように、各湾曲境界がテーパ状入口からテーパ状出口まで延びており、更に各湾曲境界から延びる肩部を含み、プラグが各肩部と接触することによって、アッセイチャンバの境界が２つの湾曲境界によって与えられ、肩部は湾曲境界のそれぞれとプラグとから延びる。
【００２３】
この実施形態及び他の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含んでよい。プラグは、アッセイチャンバ内でプラグ上に乾燥試薬を有してよい。プラグ上のキャビティが肩部のそれぞれの間に位置してよく、乾燥試薬はキャビティ内にある。湾曲境界又は肩部の一部分が、キャビティの外周部に合致する形状になっていてよい。プラグ上の乾燥試薬が肩部のそれぞれの間に位置してよい。プラグ本体の底部の平らな一部分が肩部に接触してよい。アッセイチャンバの体積を調節する為に、肩部のそれぞれの高さが使用されてよい。肩部のそれぞれの高さは１００マイクロメートル以上であってよい。肩部のそれぞれの高さは、２つの湾曲境界の、離隔距離が最大になった時点での互いからの距離を超えなくてよい。肩部は、テーパ状入口からテーパ状出口にかけてアッセイチャンバの湾曲境界全体を保持する形状になっていてよい。２つの湾曲境界及び肩部はモノリシック基板に形成されてよい。アッセイは更に、モノリシック基板の表面に接着された膜を含んでよく、この膜はアッセイチャンバの１つの壁を形成する。アッセイチャンバはプラグを有してよい。
【００２４】
概して、一実施形態では、装置が、共通流体経路と、共通流体経路に接続された、複数の独立した連続的な流体経路とを含み、独立した連続的な流体経路のそれぞれはアッセイチャンバ及び空気区画を含む。アッセイチャンバは共通流体経路に接続されており、アッセイチャンバの流体体積の一部が、乾燥試薬をプラグ上に有するそのプラグによって定義されており、空気区画は、空気体積を有していて、アッセイチャンバを介して共通流体経路につながっている。複数の独立した連続的な流体経路の各流体経路は、アッセイチャンバと共通流体源との接続を含まない閉鎖系である。各アッセイチャンバは両側テーパ状チャンバを含み、肩部が各湾曲境界から延びており、プラグが各肩部と接触することによって、アッセイチャンバの境界が２つの湾曲境界によって与えられ、肩部は湾曲境界のそれぞれとプラグとから延びる。両側テーパ状チャンバは、流体経路の入口導管の終端部と流体連通しているテーパ状入口と、空気区画の終端部と流体連通しているテーパ状出口と、２つの湾曲境界であって、この２つの湾曲境界が一緒にアッセイチャンバの体積を囲むように、各湾曲境界がテーパ状入口からテーパ状出口まで延びている、２つの湾曲境界と、を含む。
【００２５】
この実施形態及び他の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含んでよい。プラグ上のキャビティが肩部のそれぞれの間に位置してよく、乾燥試薬はキャビティ内にある。プラグ上の乾燥試薬が肩部のそれぞれの間に位置してよい。プラグ本体の底部の平らな一部分が肩部に接触してよい。アッセイチャンバの体積を調節する為に、肩部のそれぞれの高さが使用されてよい。肩部のそれぞれの高さは１００マイクロメートル以上であってよい。肩部は、テーパ状入口からテーパ状出口にかけてアッセイチャンバの湾曲境界全体を保持する形状になっていてよい。２つの湾曲境界はモノリシック基板に形成されてよい。プラグの本体はある深さでアッセイチャンバのモノリシック基板内に突出してよく、プラグの本体がアッセイチャンバのモノリシック基板内に突出する深さを変化させることによって、アッセイチャンバ体積を変化させることが容易に可能である。湾曲境界又は肩部の一部分が、キャビティの外周部に合致する形状になっていてよい。本装置は更に、本装置の少なくとも一部分の表面に接着された第１の膜を含んでよい。第１の膜は、本装置の１つ以上のチャンバ、区画、又は導管の１つの壁を形成してよい。本装置は更に、第１の膜に接着された第２の膜を含んでよい。第２の膜は第１の膜より融解温度が高くてよい。本装置は更に、第１の膜又は第２の膜を使用して流体経路のそれぞれに形成された熱カシメ領域を含んでよい。熱カシメ領域は、共通流体経路をアッセイチャンバ及び空気チャンバから封鎖してよい。本装置は更に、複数の独立した連続的な流体経路のそれぞれの中に持ち上がったプラットフォームを含んでよく、この持ち上がったプラットフォームはアッセイチャンバの入口と共通流体経路との間に位置する。熱カシメ領域は、持ち上がったプラットフォームの一部分を使用して形成されてよい。本装置はプラグを有してよい。
【００２６】
概して、一実施形態では、複数の試料チャンバの同時充填を行う方法が、（１）共通流体経路内の流体試料を加圧するステップと、（２）共通流体経路から複数の入口導管に流体試料を導入するステップと、（３）入口導管のそれぞれに沿って入口導管のそれぞれの入口導管終端部に向けて流体試料を流すステップであって、各入口導管は試料チャンバに接続されている、上記ステップと、（４）各試料チャンバのテーパ状入口部分に沿って流体試料を流すステップと、（５）各試料チャンバ内で肩部のペアに隣接する前記流体試料をプラグに沿って流すステップと、（６）流体試料を各試料チャンバのテーパ状出口部分に沿って空気区画終端部に向けて流すステップと、（７）各入口導管及び各試料チャンバに収容されていた気体を、各空気区画終端部と連通している空気チャンバ内へと押し退けるステップと、を含む。
【００２７】
この実施形態及び他の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含んでよい。流体試料を加圧する上記ステップは一定圧力で実施されてよい。一定圧力は、５、１０、２０、４０、又は６０ｐｓｉのうちの１つであってよい。流体を加圧する上記ステップは更に、流体試料を一連の増加する圧力レベルで加圧することを含んでよい。圧力の各増加レベルは一定の継続時間で印加されてよい。圧力の各増加レベルは一定量ずつ増やされてよい。流体試料を加圧する上記ステップにより、低い圧力レベルから高い圧力レベルにかけての一連の圧力レベルが印加されてよい。使用時に、空気チャンバが試料チャンバの上方にあってよく、その為、流体試料を試料チャンバのテーパ状出口部分に沿って空気区画終端部に向けて流す上記ステップ、並びに各入口導管に収容されていた気体を押し退ける上記ステップは、重力に逆らって実施されてよい。使用時には、前記複数の試料チャンバの方向付けが、複数の試料チャンバのうちの特定の試料チャンバに関連付けられた各空気チャンバが試料チャンバの上方に位置付けられるように行われる。流体試料を本装置の各流体経路の試料チャンバまで流すことにより、流体経路内の気体が流体経路の空気区画に向かって圧縮されてよい。本方法は更に、空気区画のそれぞれの内圧が共通流体経路に印加されている圧力と等しくなった時点で、流体試料を加圧する上記ステップの間に達した圧力を保持するステップを含んでよい。本方法は更に、気体を押し退ける上記ステップの間に各空気区画の内圧を高めるステップと、共通流体経路に印加されている圧力が各空気区画の内圧と等しくなった時点で内圧を高めることを停止するステップと、を含んでよい。本方法は更に、空気区画のそれぞれの内圧が共通流体経路に印加されている圧力と等しくなった時点で、試料を流す上記ステップのそれぞれを停止するステップを含んでよい。複数の試料チャンバのうちの少なくとも２つの試料チャンバの体積が異なってよい。共通流体経路から複数の試料チャンバの各試料チャンバに入る流量が試料チャンバの流体体積に比例してよく、少なくとも２つの異なる流量がある。本方法は更に、複数の試料チャンバの各試料チャンバの同時充填を行うステップを含んでよい。本方法は更に、流体試料をテーパ状入口に沿って流す上記ステップの途中又は後に、流体試料を試料チャンバ内の分岐する２つの湾曲境界に沿って流すステップを含んでよい。本方法は更に、流体試料を肩部ペアに沿って流す上記ステップの後又は途中に、流体試料を試料チャンバ内の収斂する２つの湾曲境界に沿って流すステップを含んでよい。２つの湾曲境界の収斂によって、流体試料のメニスカスの前面先導部における流体前進速度が低下することが可能であり、これによって、流体試料がテーパ状出口に達した時点で、流体試料のメニスカスはアッセイチャンバの最大寸法に関してほぼ対称であり、これによって、充填中のアッセイチャンバ内での気泡のトラッピングが最小限に抑えられる。本方法は更に、各試料チャンバにおいてメニスカスを空気チャンバ終端部に近接して位置させるステップを含んでよい。本方法は更に、流体試料内で形成された１つ以上の気泡を試料チャンバ内の流体試料のメニスカスに近接して位置させる為に、上記ステップのうちの１つ以上を実施することを含んでよい。メニスカスは空気チャンバ終端部に近接することが可能である。本方法は更に、共通流体経路内の流体試料を加圧する上記ステップを実施する間は複数の入口導管のそれぞれを封止するステップを含んでよい。本方法は更に、試料チャンバのテーパ状部分に沿って流体試料を流す上記ステップを停止した時点で、複数の入口導管のそれぞれを封止するステップを含んでよい。本方法は更に、共通流体経路から入口導管のそれぞれに沿って流体試料を流す上記ステップを停止した時点で、複数の入口導管のそれぞれを封止するステップを含んでよい。封止する上記ステップは更に、入口導管の閉鎖された部分を熱カシメするステップを含んでよい。本方法は更に、第１の膜の、入口導管のそれぞれに近接する部分を加熱するステップと、前記第１の膜を溶融して入口導管のそれぞれを封鎖するステップと、を含んでよい。本方法は更に、全ての入口導管を同時に封止するステップを含んでよい。本方法は更に、第１の膜によって入口導管から隔てられている第２の膜を、溶融することなく加熱するステップを含んでよい。本方法は更に、第２の膜を溶融することなく、入口導管の一部分を第１の膜の一部分に融着させるステップを含んでよい。入口導管のそれぞれを封止した後、第１の膜又は第２の膜の一部分が、入口導管のそれぞれに形成された持ち上がったプラットフォームに融着されてよい。
【００２８】
本出願は、添付図面と併せて読むことにより、更に理解される。本発明対象の例示を目的として、図面には本発明対象の例示的実施形態が示されているが、本開示の発明対象は、開示された特定の方法、デバイス、及びシステムに限定されない。更に、図面は必ずしも正しい縮尺では描かれていない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】一実施形態による、流体試料を流体源から複数の試料チャンバまで送達する装置を示す図である。
【図２Ａ】一実施形態による、装置の複数の試料チャンバに流体試料を同時充填する間の時点Ａにおける装置を示す図である。
【図２Ｂ】一実施形態による、装置の複数の試料チャンバに流体試料を同時充填する間の時点Ｂにおける装置を示す図である。
【図２Ｃ】一実施形態による、装置の複数の試料チャンバに流体試料を同時充填する間の時点Ｃにおける装置を示す図である。
【図２Ｄ】一実施形態による、装置の複数の試料チャンバに流体試料を同時充填する間の時点Ｄにおける装置を示す図である。
【図２Ｅ】一実施形態による、装置の複数の試料チャンバに流体試料を同時充填する間の時点Ｅにおける装置を示す図である。
【図２Ｆ】一実施形態による、装置の複数の試料チャンバに流体試料を同時充填する間の時点Ｆにおける装置を示す図である。
【図２Ｇ】導管形状が、例えば、熱カシメゾーン内の持ち上がったプラットフォームである入口導管の断面図である。
【図２Ｈ】乃至
【図２Ｉ】図２Ｈは装置の斜視断面図であり、共通流体管路の熱カシメゾーン内の導管形状を示す図である。図２Ｉは、図２Ｈの共通流体管路の断面図であり、熱カシメゾーン内の持ち上がったプラットフォームを示す図である。
【図２Ｊ】乃至
【図２Ｋ】図２Ｊは装置を上から見下ろした図であり、独立した流体導管のそれぞれに沿う熱カシメゾーンが示されている。図２Ｋは、図２Ｊの独立した流体導管の１つの断面図であり、チャネルの熱カシメを容易にする導管形状又は持ち上がったプラットフォームが示されている。
【図３Ａ】一実施形態による独立した流体経路を示す図である。
【図３Ｂ】一実施形態によるアッセイチャンバを示す図である。
【図４】一実施形態による、流体試料を流体源から複数の試料チャンバまで送達する装置の一部分を示す図である。
【図５】一実施形態によるアッセイチャンバを３次元で示す図である。
【図６Ａ】一実施形態によるプラグを３次元で示す図である。
【図６Ｂ】一実施形態によるプラグの断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｂの拡大図である。
【図７Ａ】一実施形態によるアッセイチャンバの３次元断面図である。
【図７Ｂ】図７Ａのアッセイチャンバ及び混合球の内部の拡大図である。
【図７Ｃ】乃至
【図７Ｄ】図７Ａのアッセイチャンバの実施形態の組立時に使用されるプラグ、混合球、及び膜の斜視図及び断面図である。
【図８】平らな底面を有するプラグの断面図である。
【図９Ａ】乃至
【図９Ｂ】図９Ａは、図８のプラグの断面図であり、このプラグは、プラグ底面全体に沿う、体積がｖ１の乾燥試薬を有している。図９Ｂは、図９Ａのプラグを下から見上げた図であり、底面に沿う乾燥試薬体積ｖ１を示す図である。
【図１０Ａ】乃至
【図１０Ｂ】図１０Ａは、図８のプラグの断面図であり、このプラグは、プラグ底面の一部を覆う、幅がプラグ中央開口部と同等である、体積がｖ２の乾燥試薬を有している。図１０Ｂは、図１０Ａのプラグを下から見上げた図であり、底面に沿う乾燥試薬体積ｖ２を示す図である。
【図１１Ａ】乃至
【図１１Ｂ】図１１Ａは、図８のプラグの断面図であり、このプラグは、プラグ底面に沿う、幅がプラグ中央開口部の幅より小さい、体積がｖ３の乾燥試薬を有している。図１１Ｂは、図１１Ａのプラグを下から見上げた図であり、プラグ中央開口部の幅の内側の底面に沿う乾燥試薬体積ｖ３を示す図である。
【図１２Ａ】乃至
【図１２Ｂ】プラグ底面に沿う、ある体積の乾燥試薬を保持するフィーチャを示す図である。図１２Ａは、矩形断面を有する凸状フィーチャを示す。図１２Ｂは、矩形断面を有する凹状フィーチャを示す。
【図１３Ａ】乃至
【図１３Ｂ】プラグ底面に沿う、ある体積の乾燥試薬を保持するフィーチャを示す図である。図１３Ａは、円形断面を有する凸状フィーチャを示す。図１２Ｂは、円形断面を有する凹状フィーチャを示す。
【図１４Ａ】乃至
【図１４Ｂ】図１４Ａは、図１３Ａのプラグの断面図であり、このプラグは、凸状フィーチャ間のプラグ底面全体に沿う、体積がｖ１の乾燥試薬を有している。図１４Ｂは、図１４Ａのプラグを下から見上げた図であり、凸状フィーチャの境界の内側の底面に沿う乾燥試薬体積ｖ１を示す図である。
【図１５Ａ】乃至
【図１５Ｂ】図１５Ａは、図１３Ａのプラグの断面図であり、このプラグは、プラグ底面のうちの凸状フィーチャ間の部分に沿う、体積がｖ２の乾燥試薬を有している。図１５Ｂは、図１５Ａのプラグを下から見上げた図であり、凸状フィーチャの境界の内側の底面に沿う、プラグ中央開口部とほぼ同じ幅の乾燥試薬体積ｖ２を示す図である。
【図１６Ａ】乃至
【図１６Ｂ】図１６Ａは、図１３Ａのプラグの断面図であり、このプラグは、プラグ底面のうちの凸状フィーチャ間の部分に沿う、体積がｖ３の乾燥試薬を有している。図１６Ｂは、図１６Ａのプラグを下から見上げた図であり、凸状フィーチャの境界の内側の底面に沿う、プラグ中央開口部の幅より狭い幅の乾燥試薬体積ｖ３を示す図である。
【図１７Ａ】乃至
【図１７Ｂ】図１７Ａは、体積がｖ３の乾燥試薬を有する、図６Ａ及び６Ｂのようなキャビティを有するプラグの断面図である。このキャビティは、プラグ底面のほぼ全面を覆う。図１７Ｂは、図１７Ａのプラグを下から見上げた図であり、キャビティ内の底面に沿う乾燥試薬体積ｖ１を示す図である。
【図１８Ａ】乃至
【図１８Ｂ】図１８Ａは、体積がｖ２の乾燥試薬を有する、図６Ａ及び６Ｂのようなキャビティを有するプラグの断面図である。キャビティは、プラグ底面の全面より狭い範囲を覆い、プラグ中央開口部より幅広である。図１８Ｂは、図１８Ａのプラグを下から見上げた図であり、キャビティ内の底面に沿う乾燥試薬体積ｖ２を示す図である。
【図１９Ａ】乃至
【図１９Ｂ】図１９Ａは、体積がｖ３の乾燥試薬を有する、図６Ａ及び６Ｂのようなキャビティを有するプラグの断面図である。キャビティは、プラグ底面の全面より狭い範囲を覆い、プラグ中央開口部ほど幅広ではない。図１９Ｂは、図１９Ａのプラグを下から見上げた図であり、キャビティ内の底面に沿う乾燥試薬体積ｖ３を示す図である。
【図２０】アッセイチャンバの、入口及び出口を通る断面を示す図であり、プラグ底面が肩部によって支持されることを示す図である。肩部は、プラグのキャビティに対応する為の凹状部分を有する。
【図２１】アッセイチャンバの、入口及び出口を通る断面を示す図であり、プラグ底面が肩部によって支持されることを示す図である。肩部は、プラグのキャビティに対応する為の凹状部分を有する。図２１に示した肩部の高さは、図２０の肩部の高さより低い。
【図２２】アッセイチャンバの、チャンバの中点を通る断面を示す図であり、プラグを支持する肩部と、出口に向かう両側テーパ状側壁とを示す図である。
【図２３】プラグを受けて肩部で支持するようにサイズが決められた、装置の光学側の開口部の断面図である。この開口部は、第１の膜層及び第２の膜層で覆われている。
【図２４】プラグを受けて肩部で支持するようにサイズが決められた、装置の光学側の開口部の断面図である。この図では肩部及びテーパ状側壁が見える。この図ではプラグが開口部に挿入されているが、まだ肩部に載っていない。
【図２５】装置の光学側の斜視図であり、５つのプラグ開口部が示されている。各開口部の周囲にプラグ支持リングが示されている。各開口部の中に、プラグを支持する為の肩部が見える。
【図２６Ａ】アッセイチャンバの、入口及び出口を通る断面を示す図であり、プラグ底面が肩部によって支持されることを示す図である。この肩部は、プラグを係合してチャンバ深さを形成する肩部高さを有する。肩部には、プラグのキャビティに対応する為の凹状部分がある。
【図２６Ｂ】図２６Ａのプラグと肩部の組み合わせを非光学側から見た図である。肩部は、プラグを支持し、テーパ状側壁を保持し、凹部を形成して、キャビティ及び乾燥試薬がチャンバ内で露出するようにする。
【図２７Ａ】アッセイチャンバの、入口及び出口を通る断面を示す図であり、プラグ底面が肩部によって支持されることを示す図である。この肩部は、プラグを係合してチャンバ深さを形成する肩部高さを有する。肩部には、プラグのキャビティに対応する為の凹状部分がある。
【図２７Ｂ】図２７Ａのプラグと肩部の組み合わせを非光学側から見た図である。肩部は、プラグを支持し、テーパ状側壁を保持し、凹部を形成して、キャビティ及び乾燥試薬がチャンバ内で露出するようにする。
【図２８Ａ】アッセイチャンバの、入口及び出口を通る断面を示す図であり、プラグ底面が肩部によって支持されることを示す図である。この肩部は、プラグを係合してチャンバ深さを形成する肩部高さを有する。肩部には、プラグのキャビティに対応する為の凹状部分がある。
【図２８Ｂ】図２８Ａのプラグと肩部の組み合わせを非光学側から見た図である。肩部は、プラグを支持し、テーパ状側壁を保持し、凹部を形成して、キャビティ及び乾燥試薬がチャンバ内で露出するようにする。
【図２９Ａ】アッセイチャンバの、入口及び出口を通る断面を示す図であり、プラグ底面が肩部によって支持されることを示す図である。この肩部は、プラグを係合してチャンバ深さを形成する肩部高さを有する。肩部には、プラグのキャビティに対応する為の凹状部分がある。
【図２９Ｂ】図２９Ａのプラグと肩部の組み合わせを非光学側から見た図である。肩部は、プラグを支持し、テーパ状側壁を保持し、凹部を形成して、キャビティ及び乾燥試薬がチャンバ内で露出するようにする。
【図３０Ａ】アッセイチャンバの、入口及び出口を通る断面を示す斜視図であり、プラグ底面が肩部によって支持されることを示す図である。この肩部は、プラグを係合してチャンバ深さを形成する肩部高さを有する。肩部には、プラグのキャビティに対応する為の凹状部分がある。
【図３０Ｂ】図３０Ａのプラグと肩部の組み合わせを非光学側から見た図である。肩部は、プラグを支持し、テーパ状側壁を保持し、凹部を形成して、キャビティ及び乾燥試薬がチャンバ内で露出するようにする。
【図３０Ｃ】図３０Ａ及び３０Ｂのプラグと肩部の構成を使用して形成されたアッセイチャンバの形状及び体積を表す図である。
【図３１Ａ】アッセイチャンバの、入口及び出口を通る断面を示す斜視図であり、プラグ底面が肩部によって支持されることを示す図である。この肩部は、プラグを係合してチャンバ深さを形成する肩部高さを有する。肩部には、プラグのキャビティに対応する為の凹状部分がある。
【図３１Ｂ】図３１Ａのプラグと肩部の組み合わせを非光学側から見た図である。肩部は、プラグを支持し、テーパ状側壁を保持し、凹部を形成して、キャビティ及び乾燥試薬がチャンバ内で露出するようにする。
【図３１Ｃ】図３１Ａ及び３１Ｂのプラグと肩部の構成を使用して形成されたアッセイチャンバの形状及び体積を表す図である。
【図３２Ａ】アッセイチャンバの、入口及び出口を通る断面を示す斜視図であり、プラグ底面が肩部によって支持されることを示す図である。この肩部は、プラグを係合してチャンバ深さを形成する肩部高さを有する。肩部には、プラグのキャビティに対応する為の凹状部分がある。
【図３２Ｂ】図３２Ａのプラグと肩部の組み合わせを非光学側から見た図である。肩部は、プラグを支持し、テーパ状側壁を保持し、凹部を形成して、キャビティ及び乾燥試薬がチャンバ内で露出するようにする。
【図３２Ｃ】図３２Ａ及び３２Ｂのプラグと肩部の構成を使用して形成されたアッセイチャンバの形状及び体積を表す図である。
【図３２Ｄ】乃至
【図３２Ｅ】図３２Ａ、３２Ｂ、及び３２Ｃに示したプラグ、肩部、及びアッセイチャンバで使用されたプラグ及びキャビティの斜視図及び断面図である。
【図３３Ａ】アッセイチャンバの、入口及び出口を通る断面を示す斜視図であり、プラグ底面が肩部によって支持されることを示す図である。この肩部は、プラグを係合してチャンバ深さを形成する肩部高さを有する。肩部には、プラグのキャビティに対応する為の凹状部分がある。
【図３３Ｂ】図３３Ａのプラグと肩部の組み合わせを非光学側から見た図である。肩部は、プラグを支持し、テーパ状側壁を保持し、凹部を形成して、キャビティ及び乾燥試薬がチャンバ内で露出するようにする。
【図３３Ｃ】図３３Ａ及び３３Ｂのプラグと肩部の構成を使用して形成されたアッセイチャンバの形状及び体積を表す図である。
【図３３Ｄ】乃至
【図３３Ｅ】図３３Ａ、３３Ｂ、及び３３Ｃに示したプラグ、肩部、及びアッセイチャンバで使用されたプラグ及びキャビティの斜視図及び断面図である。
【図３４Ａ】乃至
【図３４Ｂ】装置の、それぞれ、非光学側及び光学側の図であり、この装置には、光学ゾーン内にあって光学的透過特性を有する複数のプラグと、その装置の、光学機能が不要な別のゾーンにあって光学特性を有しない少なくとも１つのプラグとが混在する。
【図３５Ａ】乃至
【図３５Ｂ】装置の、それぞれ、非光学側及び光学側の図であり、この装置は、光学的透過特性を有する複数のプラグだけを有する。
【図３６Ａ】乃至
【図３６Ｋ】図３Ａ及び３Ｂで示した例示的なチャンバ充填状態になる前に実施される、試料チャンバへの流体試料の投入のシーケンスの一例を示す図である。
【図３７】光学的透過性を有するプラグが５つある、装置の光学面を示す図である。各プラグを通して見たこれらの結果は、３つのチャンバに検出可能な発光があり、２つのチャンバに検出可能な発光がないことを示している。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本明細書では、流体試料を流体源から複数の試料チャンバまで送達するシステム、デバイス、及び方法を提供する。幾つかの実施形態では、本デバイスは、複数の独立した、連続的な流体経路を含み、各流体経路は、流体源に接続された試料チャンバと、試料チャンバに接続された空気区画とを含む。空気区画の体積に対する試料チャンバの体積の比は、共通流体源を共有する各流体経路の間でほぼ同等である。幾つかの実施形態では、各流体経路の試料チャンバは、両側テーパ状チャンバ、磁気式混合要素、及び／又はプラグを含む。幾つかの実施形態では、本方法は、複数の試料チャンバに流体試料を同時に充填することを含む。幾つかの実施形態では、本方法は、試料チャンバに流体試料を充填することと、各試料チャンバ内に保持された磁気式混合要素を使用して試料チャンバ内の流体試料を混合することと、を含む。
【００３１】
本開示の実施形態の詳細説明の前に、本開示が、説明される特定の実施形態に限定されないこと、従って、当然のことながら変更されてよいことを理解されたい。又、本明細書で使用される術語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、限定を意図するものではないことも理解されたい。本開示の範囲は、添付の特許請求項によってのみ限定される。
【００３２】
ある範囲の値が与えられた場合、その範囲の上限値と下限値の間にある、文脈が明らかに別の意味でない限り、下限値の単位の１０分の１までの各介在値、並びにその述べられた範囲にある他の任意の述べられた値又は介在値が、本開示に包含されることを理解されたい。これらのより小さい範囲の上限値及び下限値は、そのより小さい範囲に独立して含まれうるものであり、やはり本開示に包含され、述べられた範囲にある任意の特に排除される限界値になることもある。述べられた範囲が一方又は両方の限界値を含む場合、それらの含まれる限界値の一方又は両方を排除する範囲も又、本開示に包含される。
【００３３】
以下は、本発明を実施する為の具体的な実施形態の例である。これらの例は、例示のみを目的としており、本発明の範囲をいかなる形でも限定するものではない。使用される数値（例えば、量、温度等）については正確を期したが、当然のことながら、多少の実験的な誤差や偏差があることは考慮されたい。
【００３４】
別段の定義がない限り、本明細書において使用される全ての技術用語及び科学用語は、本開示の実施形態が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されている意味と同じ意味を有する。本開示の実施形態の実施又は試験には本明細書に記載の方法及び材料と同等又は等価である任意の方法及び材料を用いてもよいが、以下では代表的な方法及び材料の例を説明する。記載の方法はいずれも、記載されたイベントの順序で、又は論理的に可能な他の任意の順序で実施されてよい。
【００３５】
なお、本明細書、及び添付の特許請求の範囲において使用される単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに別の意味でない限り、複数の指示物を包含する。
【００３６】
システム
本開示には、流体試料を流体源から複数の試料チャンバまで送達するシステム、デバイス、及び方法が含まれる。対象の実施形態によるシステムは、流体源と、複数の独立した連続的な流体経路とを含み、各流体経路は、流体源に接続された試料チャンバと、試料チャンバに接続された空気区画とを含む。流体源、試料チャンバ、及び空気区画は、流体試料を流体源から試料チャンバまで送達する為に互いに併用される。
【００３７】
図１は、一実施形態による、流体試料を流体源から複数の試料チャンバまで送達する装置１００を示す。本装置は共通流体源１０１を含み、共通流体源１０１は複数の独立した連続的な流体経路に接続されている。本装置は、図１では１０本の流体経路を含むが、別の実施形態では任意の数の流体経路を含んでよい。例えば、幾つかの実施形態では、本装置は、独立した連続的な流体経路を２本、５本、１２本、又は２０本含んでよい。
【００３８】
複数の独立した連続的な流体経路のうちのそれぞれの独立した連続的な流体経路１１０は、試料チャンバ及び空気区画を含む。幾つかの実施形態では、各試料チャンバは、入口導管１２２及びアッセイチャンバ１２１を含む。幾つかの別の実施形態では、各空気区画は、空気導管１３２及び空気チャンバ１３１を含む。従って、そのような実施態様では、各流体経路は、入口導管、アッセイチャンバ、空気導管、及び空気チャンバを含む。
【００３９】
共通流体源は、流体試料を本装置の各流体経路に供給圧で供給できる入口、チャンバ、導管等である。共通流体源は、複数の流体経路の各流体経路に接続されていて、それらと流体連通している。別の実施態様では、図１に示すように、共通流体源は、各流体経路の入口導管に接続されていて、それらと流体連通している。従って、共通流体源は、流体試料を本装置の各流体経路に、それぞれの入口導管から供給することが可能である。
【００４０】
そして各流体経路の入口導管は、流体経路のアッセイチャンバに接続されていて、これと流体連通している。そして流体経路のアッセイチャンバは、流体経路の空気導管に接続されていて、これと流体連通している。図１に示したような特定の実施態様では、空気区画は空気導管を含み、その空気導管は、流体経路の空気チャンバに接続され、これと流体連通している。別の実施態様では、空気区画は、試料チャンバ、又は試料チャンバのアッセイチャンバに直接接続された単一構造で構成されてよい。
【００４１】
本明細書では「流体接続」及び「流体連続」という用語は、任意のダクト、チャネル、チューブ、パイプ等の経路が開いているときにその中を液体、気体、又は固体等の物質が無制限に通り抜けられることを意味する。経路が閉じていると、物質は通り抜けがほぼ制限される。典型的には、物質がわずかながら拡散して基板の材料を通り抜けることが、物質や基板材料の組成に応じて起きたり起きなかったりするが、これは流体連通には含まれない。
【００４２】
各流体経路が連続していることにより、共通流体源からの流体試料が流体経路全体にわたって移動することが可能である。具体的には、共通流体源からの流体試料は、各流体経路の入口導管を通ってアッセイチャンバに入り、空気導管を通って空気チャンバに入ることが可能である。しかしながら、幾つかの実施形態では、流体試料を本装置のアッセイチャンバに閉じ込めて、流体試料が空気区画に出ていって失われないようにすることが望ましい場合がある。そのような実施形態については後で詳述する。幾つかの実施形態では、流体試料が重力に逆らって移動して入口導管からアッセイチャンバに入るように、本装置の方向付けが行われる。
【００４３】
共通流体源と各流体経路の入口導管との接続がない場合、各流体経路は閉鎖系になる。本明細書では「閉鎖系」という用語は、周囲との間で熱交換及びエネルギ交換は可能であるが物質交換は不可能である系を意味する。閉鎖系という用語は、流体経路が形成されている基板の中に水蒸気や酸素のような気体がわずかながら浸透しうることを排除するものではない。言い換えると、流体経路の中にある物質は、共通流体源と流体経路の入口導管との接続を介する場合を除き、流体経路を出入りできない。本明細書に記載の装置を使用する特定の方法では、共通流体源と各流体経路との間の流体接続は、（例えば、熱カシメによって）方法の運用中は封止されている。
【００４４】
共通流体源と流体経路の入口導管との接続を封鎖することにより、流体経路は、物質が出入りできない完全な閉鎖系になり、その為、変化する変数が全くなく、流体経路の内圧が一定のままになる。そのような、共通流体源と流体経路の入口導管との接続を封鎖する一実施形態について、後で図２Ｅ及び２Ｆに関して詳しく論じる。
【００４５】
上述のように、各流体経路は試料チャンバ及び空気区画を含む。そして、各試料チャンバは入口導管及びアッセイチャンバを含み、各空気区画は空気導管及び空気チャンバを含む。
【００４６】
入口導管は、流体試料を共通流体源から流体経路のアッセイチャンバまで輸送するように構成されている。アッセイチャンバはアッセイを収容するように構成されている。幾つかの実施形態では、アッセイチャンバは、アッセイを促進する機能を含んでよい。例えば、後で図３Ｂに関して詳しく論じる幾つかの実施形態では、各アッセイチャンバは、アッセイチャンバへの流体試料の送達時の気泡の形成を最小限に抑えるように構成されている。この機能はアッセイ作動時に有利である。それは、幾つかの実施形態では、気泡がチャンバの充填を妨げたり、他の形でアッセイの結果に干渉したりする為である。更に、後で図４〜７に関して詳しく論じる幾つかの実施形態では、各アッセイチャンバは、プラグを含むか、且つ／又は、アッセイ作動を促進する乾燥試薬及び／又は磁気式混合要素を含むように構成されている。
【００４７】
試料チャンバは空気区画に流体接続されている。入口導管及びアッセイチャンバを含む実施形態では、アッセイチャンバは流体経路の空気区画に接続されている。上述のように、空気区画は空気導管及び空気チャンバを含んでよい。空気導管は、アッセイチャンバを流体経路の空気チャンバにつないでいる。
【００４８】
一装置の各アッセイチャンバが上述のようにアッセイを収容するように構成されている実施形態では、各アッセイチャンバに正確な量の流体試料が充填されるように、且つ、本装置の全てのアッセイチャンバにわたって流体試料の組成が均一になるように、アッセイチャンバに入る流体試料の流量を制御することが有利であろう。これにより、幾つかの実施形態では、アッセイチャンバ内で行われうるアッセイを標準化することが可能になる。従って、各流体経路の空気区画は、空気区画の内圧に応じて、流体経路のアッセイチャンバに入る流体試料の流量を制御するように構成されている。空気区画の構成及び機能については後で詳しく論じる。
【００４９】
各流体経路の試料チャンバ及び空気区画はいずれも、ある体積を有する。試料チャンバの体積を以下では「流体体積」と呼ぶ。流体経路の流体体積は、流体経路の入口導管の体積とアッセイチャンバの体積とを含む。同様に、空気区画の体積を以下では「空気体積」と呼ぶ。流体経路の空気体積は、流体経路の空気導管の体積と空気チャンバの体積とを含む。各試料チャンバの同時充填を達成する為に（特に、複数の流体経路のそれぞれの間で試料チャンバの体積が異なる場合）、共通流体源を共有する各流体経路の間で空気体積に対する流体体積の比は同じである。
【００５０】
流体試料が共通流体源から一装置の各流体経路に導入されるまでは、流体経路は、例えば空気等の気体を初期空気圧で含む。本開示全体を通して、空気は、大気気体の混合物、又は本装置において実施されるアッセイに適合する他の任意の気体混合物又は純粋気体を包含するものと解釈されたい。更に、当業者であれば理解されるように、本明細書に記載のデバイス及び方法の流体経路においては、空気の代わりに任意の気体が使用されてよい。例えば、幾つかの実施形態では、空気は別の気体に置き換えられてよく、例えば、不活性気体（例えば、窒素又はアルゴン等）に置き換えられてよい。
【００５１】
流体経路内の空気の初期圧力は、流体経路の内圧をある程度決定する。流体試料が共通流体源から流体経路に導入されると、各流体経路内の空気は、流体経路内を前進する流体試料によって押し退けられる。具体的には、前進する流体試料は、流体経路の入口導管から各流体経路に入って、流体経路内の空気を空気チャンバの方向に押し退ける。この押し退けの結果として、流体経路内の空気が占有する体積は減少する。この、空気が占有する体積の減少の結果として、空気の圧力、即ち流体経路の内圧は上昇する。具体的には、内圧は、空気が占有する体積の減少に比例して上昇する。
【００５２】
流体経路内で供給圧力と内圧が釣り合うように、流体経路内の流体試料の流量が決定される。具体的には、流体経路の内圧が、流体試料が流体経路に供給される際の圧力より低いと、流体試料は流体経路内を前進し続け、流体経路内にある空気を押し退け続け、それによって内圧が上昇する。これに対し、内圧の値が流体試料の供給圧力の値に近いほど、流体経路内で空気から流体試料にかかる圧力が高くなり、流体経路内で流体試料の流量が内圧によって減じられる。流体経路の内圧が流体試料の供給圧力と等しくなった時点で、流体経路への流体試料の流入が止まる。従って、流体経路内の、空気が含まれる体積を制御し、それによって、流体経路の内圧を制御することにより、流体経路内の流体試料の流量を制御することが可能である。
【００５３】
様々な状況において、流体経路内の流体試料の流量を制御することが望ましい場合がある。特に、特定の実施形態では、流体試料が流体経路の試料チャンバに閉じ込められ、流体経路の空気区画に流入しないように、流体経路内の流体試料の流量を制御することが望ましい場合がある。言い換えると、試料チャンバ（そして幾つかの実施形態では特にアッセイチャンバ）に流体試料がほぼ充填されるように、流体経路内の流体試料の流量を制御することが望ましい場合がある。本明細書では「ほぼ充填」又は「ほぼ一杯」という語句は、試料チャンバの流体体積の少なくとも９０％に流体試料が収容されていて、空気区画の空気体積のせいぜい１０％に流体試料が収容されていることを意味する。特に流体試料の充填が空気区画の空気体積の１０％以下であれば、本装置の動作が乱れることはない。
【００５４】
流体経路の試料チャンバをほぼ充填する為には、試料チャンバに流体試料がほぼ充填されるときに、流体試料が試料チャンバに供給される際の圧力が流体経路の内圧に等しくなければならない。更に、試料チャンバがほぼ充填されているときは流体試料が流体経路の試料チャンバに閉じ込められている為、流体経路内にある空気は、流体経路の空気区画内に圧縮されている。従って、流体経路の試料チャンバをほぼ充填する為には、試料チャンバに流体試料がほぼ充填されるときに、流体試料が試料チャンバに供給される際の圧力が流体経路の空気区画の内圧に等しくなければならない。
【００５５】
上述のように、内圧は、ある程度は試料チャンバから押し退けられた空気の体積に依存し、ある程度は押し退けられた空気を閉じ込めている体積に依存する。従って、流体経路の試料チャンバに流体試料がほぼ充填されると、押し退けられた空気は空気区画に閉じ込められ、内圧は、空気区画の空気体積と、試料チャンバの流体体積とに依存する。
【００５６】
従って、試料チャンバに流体試料がほぼ充填されたときに内圧と流体試料の供給圧力とを釣り合わせる為に、流体経路の流体体積は、試料チャンバの流体体積と供給圧力とを考慮して意図的に選択されてよい。更に、流体経路の初期内圧と流体試料の供給圧力も、空気体積の内圧と流体試料の供給圧力とを同等にする要因である為、流体経路の周囲内圧と流体試料の供給圧力も、試料チャンバに流体試料がほぼ充填されたときに流体試料の供給圧力と空気区画の内圧が等しくなるように意図的に選択されてよい。このように内圧と供給圧力が同等になると、試料チャンバがほぼ充填された時点で、流体経路に収容された流体試料にかかる力が正味ゼロになり、これによって、流体経路への流体試料の流入が止まる。
【００５７】
別の実施形態では、本装置の複数の流体経路内の流体試料の流量を、各流体経路の試料チャンバが同時に充填されるように制御することが望ましい場合がある。しかしながら、上述のように、幾つかの実施形態では、本装置の各流体経路の流体体積は異なってよい。このように各流体体積が異なると、流体試料が各流体経路に同時に流入した場合に、各試料チャンバの充填は同時ではなくなる。もっと正確に言えば、流体体積が異なる複数の流体経路に流体試料が同じ流量で流入すると、流体体積が小さい流体経路は、流体体積が大きい流体経路より先に流体試料が充填される。
【００５８】
各流体経路の試料チャンバがその流体体積に関係なく同時に充填されるようにする為に、各流体経路は、各流体経路に流入する流体試料の流量が流体経路の流体体積に比例するように構成されてよい。例えば、第１の流体経路の流体体積が第２の流体経路の流体体積の２倍であれば、第１の流体経路に流入する流体試料の流量が、第２の流体経路に流入する流体試料の流量の２倍であるように構成される。このようにすると、第１の流体経路の試料チャンバと第２の流体経路の試料チャンバは、充填が同時に行われる。
【００５９】
上述のように、流体試料が共通流体源から流体経路に流入する際の流量は、流体経路の内圧と供給圧力とに依存する。具体的には、内圧の値が供給圧力の値に近いほど、流体経路内で流体試料の流量が内圧によって減じられる。更に、上述のように、収容されている空気の内圧は、空気が収容されている体積にある程度依存する。具体的には、流体経路の、体積が小さい部分に押し退けられた空気は、同体積の空気が最初に流体経路の、体積が大きい部分に押し退けられた場合より、圧力の増加が大きい。
【００６０】
従って、各流体経路に流入する流体試料の流量が流体経路の流体体積に比例するように流体経路を構成する為に、各流体経路は、空気が収容される体積が流体経路の流体体積に比例するように構成されてよい。流体経路の試料チャンバが流体経路のうちの、流体試料が充填される部分である実施形態では、空気が収容される体積は、流体経路の空気体積である。従って、そのような実施形態では、流体経路の内圧と流体経路の流体体積とを反比例させる為に、各流体経路は、流体経路の空気体積が流体経路の流体体積に比例するように構成されてよい。
【００６１】
更に、一装置の各流体経路の試料チャンバの同時充填を達成する為に、この、流体経路の流体体積と流体経路の空気体積との比例関係は、本装置の全ての流体経路の間で同じでなければならない。具体的には、流体経路の空気体積に対する流体体積の比が、本装置の各流体経路の間でほぼ同等でなければならない。なお、本明細書では「ほぼ同等」は、空気体積に対する流体体積の比がせいぜい±１０％しか違わないことを意味する。
【００６２】
特定の実施形態では、入口導管及び空気導管の体積は、それぞれ、アッセイチャンバ及び空気チャンバの体積に対して無視できる。具体的には、本明細書では「無視できる」は、流体経路のうちの入口導管の体積が流体経路のうちのアッセイチャンバの体積のせいぜい１０％であり、同様に、流体経路のうちの空気導管の体積が流体経路のうちの空気チャンバの体積のせいぜい１０％であることを意味する。従って、そのような実施形態では、試料チャンバの流体体積は、大部分がアッセイチャンバの体積で占められ、わずかな部分が入口導管の体積で占められる。同様に、そのような実施形態では、空気区画の空気体積は、大部分が空気チャンバの体積で占められ、わずかな部分が空気導管の体積で占められる。
【００６３】
幾つかの実施形態では、一装置の１つ以上の流体経路の流体体積は異なってよい。例えば、本装置の第１の流体経路の流体体積は、本装置の第２の流体経路の流体体積より大きくてよい。この、本装置の流体経路間の流体体積の差は、アッセイチャンバ間の体積差、及び／又は流体経路の入口導管間の体積差の結果であってよい。
【００６４】
一装置の１つ以上の流体経路の流体体積が異なる実施形態では、本装置の１つ以上の流体経路の空気体積も異なることになる。その理由については後で詳しく論じる。本装置の流体経路間の空気体積の差は、空気チャンバ間の体積差、及び／又は流体経路の空気導管間の体積差の結果であってよい。
【００６５】
流体経路の入口導管及び空気導管の体積がアッセイチャンバ及び空気チャンバの体積に対して無視できる実施形態では、各流体経路の試料チャンバの同時充填を可能にする為に、流体経路の空気チャンバに対するアッセイチャンバの体積比が、各流体経路の間でほぼ同等であってよい。
【００６６】
方法
図２Ａ〜２Ｆは、一実施形態による、共通流体源からの流体試料を各試料チャンバに同時充填する過程における複数の連続した時点での図１の装置を示す。幾つかの実施形態では、本装置は、試料チャンバの充填中は、流体試料が重力に逆らって試料チャンバに移動するように方向付けられる。図１に関して上述したように、本装置の各流体経路の流体体積は異なってよい。従って、本装置の各流体経路の試料チャンバの同時充填を可能にする為に、空気体積に対する流体体積の比が本装置の各流体経路の間でほぼ同等である。
【００６７】
図２Ａ〜２Ｆの左下隅にある凡例に示すように、空気は、流体経路内で白いスペースで表されている。対照的に、流体試料は、共通流体源内及び流体経路内で黒いスペースで表されている。
【００６８】
図２Ａは、時点Ａにおける装置２００を示す。時点Ａでは、流体経路は空気２５０が充填されている。時点Ａにおいて流体経路に収容されている空気は初期空気圧を有しており、これは流体経路の内圧に少なくともある程度寄与している。時点Ａでは、共通流体源２０１は流体試料２６０を流体経路に、流体経路の内圧より高い供給圧力で供給している。流体試料の供給圧力が流体経路の内圧より高い為、流体試料は共通流体源から各流体経路の入口導管２２２に向かって前進している。流体試料が本装置内を前進するにつれて、流体経路に収容されている空気は、流体試料によって本装置の空気チャンバに向かって押し退けられる。このように空気が押し退けられて体積が小さくなると、空気の圧力、従って内圧が上昇する。内圧が上昇するにつれて、前進する流体試料にかかる空気の圧力が大きくなって、流体試料の流量が減じられる。
【００６９】
図２Ｂは、時点Ａに続く時点Ｂにおける装置２００を示す。時点Ｂでは、共通流体源２０１は流体試料２６０を供給圧力で流体経路に供給し続けている。
【００７０】
幾つかの実施形態では、各流体経路の試料チャンバの充填の間ずっと、流体試料の供給圧力は一定圧力で印加される。言い換えると、ある時点での供給圧力は、他の全ての時点での供給圧力と同等である。
【００７１】
別の実施形態では、供給圧力は、時間とともに低圧から高圧へと上昇するように傾斜を付けて印加される。言い換えると、第１の時点での供給圧力は、第１の時点に続く第２の時点での供給圧力より高い。そのような、供給圧力が傾斜を付けて印加される実施形態では、供給圧力は、時間とともに低圧から高圧へと直線的に上昇することが可能である。別の実施形態では、供給圧力に傾斜を付けることは、放物線軌道をたどって行われてよい。別の実施形態では、供給圧力に傾斜を付けることは、任意の別の軌道をたどって行われてよい。供給圧力が傾斜を付けて印加される実施形態では、この、供給圧力に傾斜を付けることにより、充填中に試料チャンバ内に形成されている可能性がある気泡を取り除くことが可能であり、これは、供給圧力が上昇していくと、気泡が圧縮されて、試料チャンバ内のそれらの場所から外れ、解放されて空気区画に入っていくことが可能になる為である。流体試料が重力に逆らって試料チャンバに入っていく特定の実施形態では、この、本装置の方向付けは、外れた気泡が試料チャンバの最上部に移動して空気区画に入ることを支援する。
【００７２】
図２Ｂに戻ると、時点Ｂでは、供給圧力は引き続き流体経路の内圧より高い。流体試料の供給圧力が引き続き流体経路の内圧より高い為、流体試料は、各流体経路内を流体経路の空気チャンバ２３１に向かって前進し続けている。具体的には、図２Ｂに示すように、流体試料は、各流体経路の少なくとも入口導管２２２内まで前進してきている。更に、流体試料は、流体経路の一部分であるアッセイチャンバ２２１内まで前進してきている。従って、空気は流体経路内でトラップされる。共通流体源から流体経路に供給された流体試料の体積が増えるにつれて、そしてそれに応じて、流体試料が流体経路内を空気チャンバに向かって前進するにつれて、各流体経路に収容されている空気は流体経路内で押し退けられて体積が小さくなる。それに応じて、流体経路の内圧は上昇する。このように各流体経路の内圧が上昇した結果として、流体経路内を前進する流体試料にかかる空気の圧力が上昇し、これによって、流体経路内の流体試料の流量が低下する。
【００７３】
しかしながら、各流体経路内の内圧の上昇は、本装置の全ての流体経路にわたって均一というわけではない。もっと正確に言えば、流体経路の内圧は、押し退けられた空気の体積に依存する。具体的には、流体が各チャネル内を移動するにつれて、流体の上流の空気は圧縮される。圧縮された気体は、前進する流体流に抵抗する背圧を発生させる。この背圧は、理想気体の法則に従って、元の体積に対する収容されている体積の比に反比例する。例えば、大きな空気体積につながっているチャネルにある流体は、小さな空気体積につながっている同じ長さのチャネルにある流体より高い背圧を受ける。
【００７４】
そして、流体の速度は、チャネルに印加されている圧力と、空気体積及び上流チャネルにある圧縮された気体からの背圧との差に比例する。従って、空気体積が大きいチャネルにある流体は、サイズが同じで空気体積が小さいチャネルにある流体より高速で移動する。
【００７５】
更に、上流の気体の体積が更に圧縮されるにつれ、背圧は比例して上昇する。流体の速度は圧力差に比例する為、チャネルが充填されるにつれて徐々に遅くなる。流体に印加された圧力と、圧縮された空気体積からの背圧とが等しくなった時点で、流体流は止まる。
【００７６】
図１に関して上述したように、各流体経路の試料チャンバの同時充填を可能にする為に、本装置の幾つかの実施形態では、各流体経路は、流体経路の空気体積が流体経路の流体体積に比例するように構成されている。例えば、流体体積が比較的大きい流体経路は、空気体積も比較的大きい。従って、そのような実施形態では、流体経路内の流体試料の流量は、流体経路の空気体積に比例する為、流体経路の流体体積にも比例する。言い換えると、流体体積が大きい流体経路は、流体体積が小さい流体経路より、流体試料の流量が比較的大きい。この現象は図２Ｂに見られる。具体的には、図２Ｂに見られるように、時点Ｂでは、流体体積が大きい流体経路は、流体体積が小さい流体経路より大きな体積の流体試料を収容する。これは、流体体積が大きい流体経路が、流体体積が小さい流体経路より、流体試料の流量が比較的大きい為である。
【００７７】
図１に関して詳しく論じたように、一装置の各流体経路の試料チャンバの同時充填を達成する為に、幾つかの実施形態では、流体経路の流体体積と流体経路の空気体積との比例関係は、本装置の全ての流体経路の間で同じである。具体的には、流体経路の空気体積に対する流体体積の比が、本装置の各流体経路の間でほぼ同等である。この、流体経路間でほぼ同等であることに基づいて、各流体経路の試料チャンバはほぼ同じ割合で充填され、これによって、各試料チャンバの同時充填が可能になる。本明細書では「ほぼ同じ割合」は、各試料チャンバが充填される割合がせいぜい±１０％しか違わないことを意味する。この現象は図２Ｃでも見られる。具体的には、図２Ｃに見られるように、時点Ｃでは、各流体経路の試料チャンバは同じ割合だけ流体試料が充填されている。この、試料チャンバの同時充填は時点Ｃだけでなく、試料チャンバの充填の全体を通して行われる。これについては、後で図２Ｃ及び２Ｄに関して詳しく論じる。
【００７８】
図２Ｃは、時点Ｂに続く時点Ｃにおける装置２００を示す。時点Ｃでは、共通流体源２０１は流体試料２６０を流体経路に、流体経路の内圧より高い供給圧力で供給し続けている。流体試料の供給圧力が引き続き流体経路の内圧より高い為、流体試料は、各流体経路内を流体経路の空気チャンバ２３１に向かって前進し続けている。具体的には、図２Ｃに示すように、流体試料は、本装置の各流体経路のアッセイチャンバ２２１の中まで前進してきている。
【００７９】
各流体経路内でトラップされている空気は、その空気が収容されている体積に応じた圧力で保持されている。具体的には、小さい体積に収容されている空気は、比較的大きい体積に収容されている空気より圧力が高い。
【００８０】
更に、各流体経路内でトラップされている空気は、トラップされている空気の圧力に少なくともある程度は依存する流体経路の内圧に応じて、流体経路内の流体試料の流量に影響を及ぼす。具体的には、圧力が高い空気は、圧力が比較的低い空気よりも、流体経路内の流体試料の流量を大きく低下させる。従って、空気の圧力は、その空気が収容されている体積に反比例する為、小さい体積に収容されている空気は、大きい体積に収容されている空気よりも、流体経路内の流体試料の流量を大きく低下させる。
【００８１】
図２Ｃに示した本装置の実施形態では、本装置の各流体経路は、流体経路の空気体積が流体経路の流体体積に比例するように、且つ、流体経路の空気体積に対する流体体積の比が本装置の各流体経路の間でほぼ同等であるように、構成されている。その結果、各流体経路の試料チャンバはほぼ同じ割合で充填され、これによって、本装置の各試料チャンバの同時充填が可能になる。
【００８２】
図２Ｄは、時点Ｃに続く時点Ｄにおける装置２００を示す。時点Ｄでは、共通流体源２０１は流体試料２６０を供給圧力で流体経路に供給し続けている。しかしながら、時点Ｄでは、各流体経路の内圧が、供給圧力と等しくなるまで上昇している。このように供給圧力と各流体経路の内圧とが同等であることにより、流体試料は流体経路内での前進が止まる。
【００８３】
図２Ｄに示した実施形態では、流体経路のアッセイチャンバ２２１に流体試料がほぼ充填されると、各流体経路への流体試料の流入が止まる。上記で論じたように、流体経路のアッセイチャンバがほぼ充填された時点で流体経路への流体試料の流入が止まる為には、アッセイチャンバに流体試料がほぼ充填された時点で空気体積の内圧と流体試料の供給圧力とが等しくなければならない。これを達成する為に、流体経路の空気体積と、流体経路内の初期空気圧と、流体試料の供給圧力とが意図的に選択されてよい。このようにして、流体試料が本装置のアッセイチャンバに閉じ込められることが可能である。
【００８４】
図２Ｄに更に示すように、各流体経路のアッセイチャンバは同じ時点Ｄで充填が完了する。言い換えると、図２Ｄの各試料チャンバの充填は同時に行われる。上記で論じたように、この、各試料チャンバの同時充填は、流体経路の空気体積が流体経路の流体体積に比例すること、並びに流体経路の空気体積に対する流体体積の比が本装置の各流体経路の間でほぼ同等であることの結果である。
【００８５】
図２Ｅは、時点Ｄに続く時点Ｅにおける装置２００を示す。時点Ｅでは、流体試料２６０の流体経路への流入が止まり、各流体経路の試料チャンバはほぼ充填されている。各流体経路内の流体試料のレベルは、流体試料の供給圧力と流体経路の空気区画の内圧とが釣り合うことによって保持される。
【００８６】
この、各流体経路内の流体試料のレベルを保持することを、共通流体源２０１による供給圧力の印加を続けることなく行う為に、各流体経路の入口導管２２２の一部が封止されてよい。入口導管を封止する無難な一方法として、被加熱要素２８４による熱カシメがあり、これによって流体経路が共通流体源から封鎖される。なお、図２Ｅに示すように、熱カシメプロセスの間、流体試料の供給圧力は保持される。
【００８７】
幾つかの実施形態では、本装置の少なくとも一部分の表面に第１の膜が接着され、これによって、第１の膜は、各流体経路の入口導管の１つの壁を形成する。一実施態様では、第１の膜の融点が本装置の基板とほぼ同じである。
【００８８】
別の実施形態では、第１の膜に第２の膜が接着される。そのような実施形態では、第２の膜の融点が第１の膜及び本装置の表面より高い為、各流体経路の入口導管の熱カシメを行う為に被加熱要素を介して本装置に熱が印加されると、第１の膜と本装置の表面とが第２の膜より先に融解する。このように第２の膜の融点が高いことにより、第１の膜と本装置の表面とが融解しても、加圧された流体試料が流体経路から漏れない。この熱カシメプロセスの結果として第１の膜が融解して、図２Ｆに示すように熱カシメ２０３が形成される。
【００８９】
この封止プロセスにより、各流体経路は、物質が出入りできない完全な閉鎖系になり、その為、変化する変数が全くなく、各流体経路の内圧が一定のままになる。
【００９０】
各流体経路のアッセイチャンバがアッセイを収容するように構成された実施形態では、入口導管を封止することが有利であり、それは、封止によって流体経路が環境から隔離されて、流体経路間の汚染、又は環境の汚染がない、密閉され制御された体積の中でアッセイを実施することが可能な為である。更に、熱カシメによって一定内圧が流体経路に組み込まれたことにより、アッセイの作動中のアッセイチャンバ内の気泡の形成が最小限に抑えられる。
【００９１】
図２Ｆは、時点Ｅに続く時点Ｆにおける装置２００を示す。時点Ｆでは、熱カシメプロセスが完了しており、熱カシメ２０３は、各流体経路が共通流体源２０１から封止される適切な位置にある。熱カシメの結果として、各流体経路の内圧が一定のままになり、これによって、流体試料のレベルは、共通流体源からの供給圧力の支援がなくても各流体経路内で保持される。従って、図２Ｆに示すように、共通流体源からの供給圧力は解除される。この段階では、本装置は、１つ以上のアッセイで使用されるように準備されている。
【００９２】
図２Ｇは入口導管の断面図であり、その導管形状は、例えば、熱カシメゾーン内の持ち上がったプラットフォームである。
【００９３】
図２Ｈは一装置の斜視断面図であり、共通流体管路の熱カシメゾーン内の導管形状を示している。図２Ｉは、図２Ｈの共通流体管路の断面図であり、熱カシメゾーン内の持ち上がったプラットフォームを示している。
【００９４】
図２Ｊは本装置を上から見下ろした図であり、独立した流体導管のそれぞれに沿う熱カシメゾーンが示されている。図２Ｋは、図２Ｊの独立した流体導管の１つの断面図であり、チャネルの熱カシメを容易にする導管形状又は持ち上がったプラットフォームが示されている。
【００９５】
デバイス
図３Ａは、一実施形態による独立した流体経路３１０を示す。この独立した流体経路は、試料チャンバ３２０及び空気区画３３０を含む。試料チャンバは、入口導管３２２及びアッセイチャンバ２２１を含む。試料チャンバは流体体積を含む。空気区画は、空気導管３３２及び空気チャンバ３３１を含む。空気区画は空気体積を含む。
【００９６】
流体経路の流体体積及び空気体積は、空気３５０及び／又は流体試料３６０を収容するように構成されている。図３Ａに示すように、空気は、流体経路内で白いスペースで表されている。対照的に流体試料は、流体経路内でクロスハッチで表されている。
【００９７】
図３Ａに示した実施形態では、流体体積に流体試料がほぼ充填されていて、空気体積には空気が充填されている。これに対し、別の実施形態では、流体体積及び空気体積に、流体試料及び／又は空気が任意の比で充填されてよい。例えば、流体経路に流体試料が投入される前に流体経路全体に空気が充填されてよい。流体経路に流体試料が充填されていく過程については、後で図２Ａ〜２Ｆに関して詳しく論じる。
【００９８】
流体経路の入口導管は、流体試料を共通流体源から流体経路のアッセイチャンバまで輸送するように構成されている。入口導管のうちの、入口導管をアッセイチャンバに接続している部分を入口導管終端部３２３と呼ぶ。
【００９９】
アッセイチャンバはアッセイを収容するように構成されている。幾つかの実施形態では、アッセイチャンバは、アッセイを促進する機能を含んでよい。例えば、後で図３Ｂに関して詳しく論じるように、アッセイチャンバは、アッセイチャンバへの流体試料の送達時の気泡の形成を最小限に抑えるように構成されている。
【０１００】
空気導管は、アッセイチャンバを流体経路の空気チャンバにつないでいる。空気導管の、空気導管をアッセイチャンバに接続する部分を空気区画終端部３３３と呼ぶ。
【０１０１】
図１に関して後述するように、空気区画は、空気区画の内圧に応じて、流体経路のアッセイチャンバに入る流体試料の流量を制御するように構成されている。
【０１０２】
この独立した流体経路は連続系である。具体的には、入口導管は、アッセイチャンバに接続されていて、アッセイチャンバと流体連通している。アッセイチャンバは、空気導管に接続されていて、空気導管と流体連通している。空気導管は、空気チャンバに接続されていて、空気チャンバと流体連通している。
【０１０３】
この独立した流体経路の連続性の結果として、流体試料は流体経路の全体にわたって移動することが可能である。具体的には、流体試料は、各流体経路の入口導管を通ってアッセイチャンバに入り、空気導管を通って空気チャンバに入ることが可能である。
【０１０４】
この独立した流体経路は、入口導管の一端の開口を無くすと閉鎖系になる。言い換えると、流体経路の中にある物質は、入口導管のその１つの開口を介する場合を除き、流体経路を出入りできない。従って、入口導管のその１つの開口を封鎖することにより、流体経路は、物質が出入りできない完全な閉鎖系になり、その為、変化する変数が全くなく、流体経路の内圧が一定のままになる。
【０１０５】
図３Ｂは、一実施形態によるアッセイチャンバ３２１を示す。アッセイチャンバはアッセイチャンバ体積を含む。幾つかの実施形態では、アッセイチャンバ体積は１μＬから３５μＬである。
【０１０６】
図３Ｂの左下隅にある凡例に示すように、空気３５０は、アッセイチャンバ体積内で白いスペースで表されている。対照的に流体試料３６０は、アッセイチャンバ体積内でクロスハッチで表されている。図３Ｂに示したアッセイチャンバの実施形態では、試料チャンバに流体試料がほぼ充填されている。言い換えると、試料チャンバの体積の少なくとも９０％に流体試料が収容されていて、空気区画のせいぜい１０％に流体試料が収容されている。
【０１０７】
図１に関して上述したように、幾つかの実施形態では、アッセイチャンバはアッセイを収容するように構成されている。そのような実施形態では、アッセイチャンバは、アッセイを促進する機能を含んでよい。例えば、図３Ｂに示したアッセイチャンバの実施形態では、アッセイチャンバは、アッセイチャンバへの流体試料の送達時の気泡の形成を最小限に抑えるように構成されている。この機能はアッセイ作動時に有利である。それは、気泡がアッセイチャンバの有効体積を変化させたり、アッセイの結果に干渉する可能性があったりする為である。
【０１０８】
図３Ｂに示した実施形態では、アッセイチャンバへの流体試料の送達時の気泡の形成を最小限に抑える為に、アッセイチャンバは両側テーパ状チャンバ３４０を含む。気泡形成を最小限に抑えることにおける両側テーパ状チャンバの役割については後で詳しく論じる。この両側テーパ状チャンバは、テーパ状入口３４１、テーパ状出口３４２、第１の湾曲境界３４４、及び第２の湾曲境界を含む。
【０１０９】
テーパ状入口は、両側テーパ状チャンバの入口であって、入口導管からの流体試料を受けるように構成されている。具体的には、テーパ状入口は、入口導管終端部３２３を介して入口導管に接続されていて、入口導管と流体連通している。上述のように、入口導管終端部は、入口導管のうちの、入口導管をアッセイチャンバに接続している部分である。従って、両側テーパ状チャンバにおいて流体試料を受ける場合、流体試料は入口導管終端部からテーパ状入口を通って両側テーパ状チャンバに入る。
【０１１０】
テーパ状出口は、両側テーパ状チャンバの出口であって、空気区画終端部３３３を介して空気区画に接続されていて、空気区画と流体連通している。上述のように、空気区画終端部は、空気区画の空気導管のうちの、空気区画をアッセイチャンバに接続している部分である。テーパ状入口とテーパ状出口は、アッセイチャンバ体積の最大寸法３４８だけ離れている。
【０１１１】
図３Ｂに示すように両側テーパ状チャンバに流体試料がほぼ充填されている実施形態では、空気は、空気区画終端部内を含む空気区画内に収容されてよい。そのような実施形態では、テーパ状出口は、両側テーパ状チャンバ内にある流体試料と、空気区画内にある空気とをつなぐように働くことが可能であり、これによって、流体試料が空気と境界面を有することが可能である。この、流体試料と空気の境界面は、流体試料の流量を制御することに使用可能であり、これについては図１〜２Ｄに関して上記で詳しく論じたとおりである。
【０１１２】
両側テーパ状チャンバは、２つの湾曲境界、即ち、第１の湾曲境界及び第２の湾曲境界を含む。各湾曲境界は、２つの湾曲境界がアッセイチャンバ体積を囲むように、テーパ状入口からテーパ状出口まで延びている。従って、両側テーパ状チャンバを出入りする経路だけが上述のようにテーパ状入口及びテーパ状出口を経由する。
【０１１３】
両側テーパ状チャンバの各湾曲境界は中点を含む。具体的には、第１の湾曲境界は第１の湾曲境界中点３４６を含み、第２の湾曲境界は第２の湾曲境界中点３４７を含む。２つの湾曲境界が中点からテーパ状入口に向かって、並びに中点からテーパ状出口に向かって湾曲するにつれて、それらの湾曲境界の間の距離が短くなっていく。言い換えると、各湾曲境界は、アッセイチャンバ体積の中心点３４３に対して凹状である。幾つかの実施形態では、２つの湾曲境界がそれぞれの中点からアッセイ両側テーパ状チャンバのテーパ状入口及びテーパ状出口に向かって湾曲するにつれて、このように２つの湾曲境界の間の距離が徐々に短くなることは、テーパ状入口及びテーパ状出口の両方に向かって同じ割合で発生しており、これによって、湾曲境界は湾曲境界の中点に関して対称である。別の実施形態では、２つの湾曲境界がそれぞれの中点からアッセイ両側テーパ状チャンバのテーパ状入口及びテーパ状出口に向かって湾曲するにつれて、このように２つの湾曲境界の間の距離が徐々に短くなることは、第１の湾曲境界及び第２の湾曲境界の両方で、テーパ状入口及びテーパ状出口の両方に向かって同じ割合で発生しており、これによって、２つの湾曲境界はアッセイチャンバ体積の最大寸法に関して互いに対称である。
【０１１４】
上述のように、図３Ｂに示した両側テーパ状チャンバのようなアッセイチャンバの構成により、アッセイチャンバへの流体試料の送達時の気泡の形成が最小限に抑えられる。具体的には、流体試料が両側テーパ状チャンバに流入すると、両側テーパ状チャンバ内の流体試料と空気の境界面がメニスカス３６１を含む。流体試料のメニスカスは前面先導部３６２を含む。メニスカスの前面先導部は、メニスカスのうちの、アッセイチャンバ内での流体試料の前進を先導する部分である。図３Ｂに示した実施形態のような、アッセイチャンバに流体試料がほぼ充填された実施形態では、メニスカスの前面先導部は、メニスカスのうちの、テーパ状出口に最も近接している部分である。
【０１１５】
アッセイチャンバへの流体試料の送達時の気泡の形成を最小限に抑える為に、流体試料が両側テーパ状チャンバに流入するにつれて、両側テーパ状チャンバの２つの湾曲境界によって、流体試料のメニスカスの前面先導部における流体試料の前進速度が遅くなり、これによって、流体試料がテーパ状出口に達した時点では、流体試料のメニスカスは、アッセイチャンバの最大寸法に関してほぼ対称である。ここでは「ほぼ対称」は、流体試料のメニスカスの前面先導部がテーパ状出口に達した時点で、メニスカスの前面後続部が湾曲境界の中点からテーパ状出口までの距離の少なくとも半分まで前進していることを意味する。流体試料がテーパ状出口に達する時点までに、流体試料のメニスカスがアッセイチャンバ体積の最大寸法に関してほぼ対称になるようにすれば、充填中のアッセイチャンバ内での気泡のトラッピングが最小限に抑えられる。
【０１１６】
図４は、一実施形態による装置の一部分４００を示す。図１〜３Ａに関して上記で論じた装置の実施形態と同様に、図４に示した装置は複数の流体経路を含む。更に、各流体経路は、独立した連続的な流体経路であって、入口導管４２２、アッセイチャンバ４２１、空気導管４３２、及び空気チャンバ４３１を含む。図４では、共通流体源、及び各流体経路と共通流体源との接続部分は切り取られている。
【０１１７】
図１及び３Ａに関して上述したように、共通流体源と流体経路の入口導管との接続を排除すると、各流体経路は閉鎖系になる。幾つかの実施形態では、流体経路を閉鎖系として構成する為に、流体経路は１つ以上の境界表面を含む。例えば、図２Ｅ及び２Ｆに関して上記で論じたように、本装置の各入口導管の境界表面は、第１の膜及び／又は第２の膜であってよい。
【０１１８】
図４に示した本装置の実施形態では、各流体経路のアッセイチャンバは２つの境界表面を含み、これによって、アッセイチャンバは、アッセイチャンバと入口導管とのつながり、及びアッセイチャンバと空気導管とのつながりを除けば閉鎖系である。具体的には、図４に示すように、各流体経路のアッセイチャンバは、モノリシック基板４０２に形成された第１の境界表面と、プラグキャップ４７２で形成された第２の境界表面とを含む。プラグキャップは、（図６Ａ〜７でラベル付けされている）プラグのうちの、ある深さでモノリシック基板内に突出している部分である。プラグは、モノリシック基板の開口内に置かれている。モノリシック基板とプラグキャップは一緒に、アッセイチャンバの連続的な境界表面を形成する。
【０１１９】
幾つかの実施態様では、各アッセイチャンバは更に、膜で形成された第３の境界表面を含む。そのような実施態様では、モノリシック基板とプラグと膜とが一緒にアッセイチャンバ体積を囲む。
【０１２０】
特定の実施形態では、図４〜７に示すように、プラグキャップはフランジ４７３を含む。フランジはプラグキャップの突出リムを含み、突出リムはアッセイチャンバの表面に溶接及び／又は接着されてよく、これによって、プラグの位置がアッセイチャンバのモノリシック基板の開口内で安定して、アッセイチャンバの内容物の加圧中にプラグが開口から放出されることがなくなる。モノリシック基板及びプラグキャップの構成については、後で図５〜６Ｂに関して更に詳しく論じる。
【０１２１】
図５は、一実施形態によるアッセイチャンバ５２１を３次元で示す。上記で詳しく論じたように、アッセイチャンバは、入口導管５２２と空気導管５３２の両方に接続されていて、これらと流体連通している。更に、アッセイチャンバは、モノリシック基板５０２とプラグキャップ５７２が境界になっている。
【０１２２】
好ましい一実施態様では、アッセイチャンバのモノリシック基板は単一構造の構成要素である。幾つかの実施形態では、モノリシック基板は射出成形されている。図５に示した実施形態のような幾つかの実施形態では、モノリシック基板は、図３Ｂに関して上記で論じたように、両側テーパ状チャンバの一部又は全てを形成してよい。具体的には、モノリシック基板は、図３Ｂに関して上記で論じたように、両側テーパ状チャンバの２つの湾曲境界を形成してよい。
【０１２３】
図４に関して上述したように、プラグキャップは、（図６Ａ〜７でラベル付けされている）プラグの構成要素である。やはり上述のように、幾つかの実施形態では、プラグキャップはフランジ５７３を含み、フランジ５７３は、アッセイチャンバのモノリシック基板の開口内のプラグの位置を安定させる為に、アッセイチャンバの表面に溶接及び／又は接着されてよい。プラグは、ある深さでモノリシック基板内に突出しており、これによって、プラグのうちの、アッセイチャンバの外側に見える構成要素はプラグキャップである。プラグキャップがフランジを含む実施形態では、図４及び５に示すように、フランジもアッセイチャンバの外側に見える。アッセイを収容する為にアッセイチャンバが使用される実施形態のような幾つかの実施形態では、アッセイチャンバ内のアッセイがアッセイチャンバの外側から光学的に検出可能であるように、プラグは透明である。
【０１２４】
図６Ａは、一実施形態によるプラグ６７０を３次元で示す。プラグは、プラグキャップ６７２及びプラグ本体を含む。図６Ａに示した実施形態のような幾つかの実施形態では、プラグキャップは更に、フランジ６７３を含む。図６Ａに示した実施形態のような別の実施形態では、プラグキャップは更に、後で詳しく論じる内部キャビティ６７４を含む。
【０１２５】
図４及び５に示した実施形態のような幾つかの実施形態では、プラグは、アッセイチャンバの境界表面を含む。具体的には、プラグキャップがアッセイチャンバの境界表面を形成し、プラグ本体が、ある深さで、モノリシック基板内の突出し、アッセイチャンバ内にも突出するように、プラグはアッセイチャンバのモノリシック基板の開口内に置かれてよい。幾つかの実施形態では、アッセイチャンバの体積が、少なくともある程度は、アッセイチャンバの境界表面を形成する為にプラグ本体がモノリシック基板内に突出する深さに依存する。具体的には、プラグ本体がアッセイチャンバ内に深く突出するほど、アッセイチャンバの体積が小さくなる。
【０１２６】
上述のように、幾つかの実施形態では、プラグキャップは、図６Ａに示したフランジを含む。フランジは、アッセイチャンバのモノリシック基板の開口内のプラグの位置を安定させる為に、アッセイチャンバの表面に溶接及び／又は接着されてよい。
【０１２７】
やはり上述のように、特定の実施態様では、プラグキャップは、図６Ａに示したように、内部キャビティを含んでよい。キャップの表面は、任意選択の内部キャビティを含めて、アッセイチャンバと流体連通している。特定の実施形態、特に、アッセイを収容する為にアッセイチャンバが使用される実施形態では、プラグ本体の内部キャビティは（図７でラベル付けされている）１つ以上の乾燥試薬を収容してよい。そのような実施形態では、アッセイチャンバは、その１つ以上の乾燥試薬を再水和及び／又は可溶化する為に使用されてよく、これについては後で図７に関して詳しく論じる。
【０１２８】
図６Ｂは、一実施形態によるプラグ６７０の３断面図である。
【０１２９】
図６Ｃは、図６Ｂの断面図の拡大図である。図６Ｃは、プラグ６７０の断面図である。プラグ６７０は、底面６７６と、乾燥試薬７５を収容するキャビティ６７４とを有する。底面６７６の、キャビティ６７４の外周部の周囲に環形６８０が形成されている。キャビティ６７４は、プラグ底面からキャビティ表面に向かって測定される開始角度６８６で開始されている。開始角度は、キャビティ６７４に保持されるべき乾燥試薬の所望の量に応じて異なってよい。キャビティと開始角度６８６のジオメトリは、プラグ６７０の透過品質への影響を最小限に抑えるように選択されてもよい。開始角度を含むキャビティの形状は、装置で使用されるスペクトル内の励起波長及び放射波長に対して透過性であるようにプラグの能力を最適化するように選択されてよい。一例示的態様では、励起波長及び放射波長は、赤色スペクトル、青色スペクトル、及び緑色スペクトルの少なくともいずれかにある。
【０１３０】
様々な実施形態では、開始角度６８６の選択によって様々な深さのキャビティ６７４が与えられる。一実施形態では、キャビティの深さがプラグ厚さ６８５の９０％に満たない。別の実施形態では、キャビティの深さがプラグ厚さ６８５の７０％に満たない。更に別の実施形態では、キャビティの深さがプラグ厚さ６８５の５０％に満たない。更に他の実施形態では、開始角度６８６は６０度以下である。別の実施形態では、開始角度６８６は３０度以下である。更に別の実施形態では、開始角度６８６は２０度以下である。更に別の実施形態では、開始角度６８６は１０度以下である。
【０１３１】
図７Ａは、一実施形態によるアッセイチャンバ７２１の３次元断面図である。図７Ｂは、図７Ａのアッセイチャンバ及び混合球の内部の拡大図である。図７Ｃ及び７Ｄは、図７Ａのアッセイチャンバの実施形態の組立時に使用されるプラグ、混合球、及び膜の斜視図及び断面図である。
【０１３２】
上述のように、アッセイチャンバは、入口導管７２２と空気導管７３２の両方に接続されていて、これらと流体連通している。やはり上述のように、アッセイチャンバは、モノリシック基板７０２とプラグ７７０が境界になっている。具体的には、プラグがモノリシック基板の開口内で固定されていることで、プラグ本体７７１が、ある深さでモノリシック基板内に突出していて、プラグキャップ７７２がアッセイチャンバの境界表面を形成している。アッセイチャンバの体積が、ある程度は、プラグ本体がモノリシック基板内に突出する深さに依存する。別の実施形態では、アッセイチャンバは膜が境界であってもよい。
【０１３３】
上記で論じたように、アッセイチャンバは、アッセイを促進する機能を含んでよい。例えば、幾つかの実施形態では、アッセイチャンバの内部がアッセイチャンバの外側から光学的に検出可能であるように、プラグは透明である。上述のように、幾つかの実施形態では、プラグキャップはフランジ７７３を含む。フランジは、アッセイチャンバのモノリシック基板の開口内のプラグの位置を安定させる為に、アッセイチャンバの表面に溶接及び／又は接着されてよい。やはり上述のように、特定の実施態様では、プラグキャップは内部キャビティ７７４を含んでよい。幾つかの実施形態では、プラグキャップの内部キャビティは、アッセイで使用される乾燥試薬７７５を収容してよい。乾燥試薬は、上記で論じたように入口導管からアッセイチャンバに入る流体試料によって再水和及び／又は可溶化されてよい。
【０１３４】
乾燥試薬の再水和及び／又は可溶化に必要な時間を短縮する為に、アッセイチャンバの内部に、旋回可能な磁気式混合要素７８１が含まれてよい。磁気式混合要素が旋回することにより、アッセイチャンバに収容された内容物の混合の支援が可能になり、従って、乾燥試薬の再水和及び／又は可溶化の支援が可能になる。幾つかの実施形態では、磁気式混合要素は形状が球体であってよい。別の実施形態では、磁気式混合要素は任意の別の形状を含んでよい。
【０１３５】
アッセイチャンバ内での磁気式混合要素の旋回を駆動する為に、回転可能な外部磁石７８２がアッセイチャンバの外部に位置してよい。外部磁石が磁気式混合要素の旋回を引き起こすように外部磁石の回転を駆動する為に、幾つかの実施形態では、外部磁石は、外部磁石の回転を駆動することが可能なモータ７８３と機械的に結合されてよい。外部磁石が回転することにより、アッセイチャンバ内での磁気式混合要素の旋回が引き起こされる。
【０１３６】
外部磁石がアッセイチャンバの中心の上方に位置する実施形態では、外部磁石は、アッセイチャンバ内での磁気式混合要素のバランスのとれたスピンを引き起こすことが可能である。バランスのとれたスピンは、内容物の混合には効果的でない。そこで磁気式混合要素のスピンをアンバランスにして、アッセイチャンバに収容されている内容物をより効果的に混合する為に、図７Ａ〜７Ｄに示した実施形態のような幾つかの実施形態では、外部磁石の位置をアッセイチャンバの中心からずらしている。外部磁石の位置をアッセイチャンバの中心からずらすことにより、磁気式混合要素は、アッセイチャンバの中心部で完全なバランスで回転するのではなく、アッセイチャンバの周囲を旋回する。これにより、アッセイチャンバに収容されている内容物の混合がより効果的に行われる。
【０１３７】
図７Ａ〜７Ｄは、一実施形態によるアッセイチャンバ７２１の複数の図を示す。図７Ｂに示すように、アッセイチャンバは、入口導管７２２と空気導管７３２の両方に接続されていて、これらと流体連通している。この実施態様では、アッセイチャンバは、プラグ７７０と膜７１２とモノリシック基板７０２とが境界になっていて、第１の湾曲境界７４４及び第２の湾曲境界７４５が形成されている。プラグがモノリシック基板の開口内で固定されていることで、プラグ本体７７１が、ある深さでモノリシック基板内に突出している。キャビティ７７４を有するプラグ７７６の底面がアッセイチャンバの１つの境界表面を形成している。モノリシック基板は第２の境界表面を画定していて、膜はアッセイチャンバの最後の境界表面を画定している。アッセイチャンバの体積が、ある程度は、プラグ本体がモノリシック基板内に突出する深さに依存する。
【０１３８】
上記で論じたように、アッセイチャンバは、アッセイを促進する機能を含んでよい。乾燥試薬の再水和及び／又は可溶化に必要な時間を短縮する為に、アッセイチャンバの内部に、旋回可能な磁気式混合要素７８１が含まれてよい。磁気式混合要素が旋回することにより、アッセイチャンバに収容された内容物の混合の支援が可能になり、従って、乾燥試薬の再水和及び／又は可溶化の支援が可能になる。幾つかの実施形態では、磁気式混合要素は形状が球体であってよい。別の実施形態では、磁気式混合要素は任意の別の形状を含んでよい。
【０１３９】
図７Ａは、本発明による混合システムの３次元断面図である。アッセイチャンバ内での磁気式混合要素７８１の旋回を駆動する為に、回転可能な外部磁石７８２がアッセイチャンバの外部に位置してよい。外部磁石が磁気式混合要素の旋回を引き起こすように外部磁石の回転を駆動する為に、幾つかの実施形態では、外部磁石は、外部磁石の回転を駆動することが可能なモータ７８３と機械的に結合されてよい。外部磁石が回転することにより、アッセイチャンバ内での磁気式混合要素の旋回が引き起こされる。
【０１４０】
外部磁石がアッセイチャンバの中心の上方に位置する実施形態では、外部磁石は、アッセイチャンバ内での磁気式混合要素のバランスのとれたスピンを引き起こすことが可能である。バランスのとれたスピンは、内容物の混合には効果的でない。そこで磁気式混合要素のスピンをアンバランスにして、アッセイチャンバに収容されている内容物をより効果的に混合する為に、図７Ａに示した実施形態のような幾つかの実施形態では、外部磁石の位置をアッセイチャンバの中心からずらしている。外部磁石の位置をアッセイチャンバの中心からずらすことにより、磁気式混合要素は、アッセイチャンバの中心部で完全なバランスで回転するのではなく、アッセイチャンバの周囲を旋回する。これにより、アッセイチャンバに収容されている内容物の混合がより効果的に行われる。別の実施形態では、混合チャンバ内での混合要素の動きを引き起こす為に、外部磁石を任意の非円形経路で（例えば、左右に）動かしてよい。更に別の実施態様では、混合要素の動きは非磁気的な力によって引き起こされてよく、例えば、混合チャンバを収容しているアセンブリの振動又は他の動きによって引き起こされてよい。
【０１４１】
図７Ｃは、混合チャンバの３次元分解側面図を示す。図７Ｄは同じ分解構成を断面図で示しており、この断面は流体流の方向、即ち、入口から出口への方向に垂直になっている。混合チャンバのパーツの組み立ては、当業者が個々の実施態様に関して有用且つ好都合と考える任意の順序で行われてよい。一組立方法は、モノリシック基板を用意する第１のステップを含み、モノリシック基板は、入口導管７２２と、出口導管と、第１の湾曲境界と、第２の湾曲境界と、基板に形成されたプラグ用開口７９８と、を有する。第２のステップでは、モノリシック基板の、プラグ用開口の反対側の面に膜７１２が取り付けられる。モノリシック基板への膜の取り付けは、当該技術分野において知られている任意の方法で行われてよく、例えば、熱カシメやレーザ溶接のような接着や溶接で行われてよい。第３のステップでは、モノリシック基板７０２及び膜７１２が境界になっている混合チャンバの中に球が置かれる。第４のステップでは、モノリシック基板の開口にプラグ７７０が挿入されて、混合チャンバの最終的な境界表面が形成される。プラグは、プラグのキャビティ７７４内、若しくはプラグの底面上に１つ以上の乾燥試薬が置かれてよい。任意選択で、本方法は更に、プラグをモノリシック基板に溶接するステップを含んでよい。そのような溶接により、モノリシック基板とプラグの境界面が封止されて、混合チャンバが加圧された場合の漏れの可能性が排除される。
【０１４２】
別の組立方法は、本明細書に記載のモノリシック基板を用意するステップと、モノリシック基板７９８の開口にプラグを挿入するステップと、基板とプラグで形成された混合チャンバの中に混合要素を置くステップと、基板に膜を取り付けるステップと、を含んでよい。任意選択で、プラグは、挿入後の任意の時点でモノリシック基板に溶接されてよい。
【０１４３】
更に別の組立方法は、プラグ７７０を用意するステップと、任意選択でプラグ７７０上に乾燥試薬を有するステップと、プラグのキャビティ７７４内に混合要素を置くステップと、本明細書に記載の特徴を有するモノリシック基板の開口にプラグを挿入するステップと、その後、基板の、プラグが挿入された面の反対側の面に膜を取り付けるステップと、を含む。
【０１４４】
実施例
図７Ａに関して上述した磁気式混合要素の動作範囲を決定する為に幾つかの別々の実験を実施した。
【０１４５】
実施例１：一方向混合
【０１４６】
第１の実験は、乾燥試薬の再水和を、図７Ａに示したようなデバイスにおいて１，０３０ｒｐｍ及び２，０６０ｒｐｍで６０秒間の一方向旋回により実施した。別の乾燥試薬を、陽性対照として使用する為に、標準ラボラトリベンチトッププロトコルを使用して再水和した。これらの再水和した試薬を使用し、ＬＡＭＰを使用して核酸配列を増幅した。陽性対照の性能は、２つの本デバイスの再水和条件の結果を比較する為のベースラインとして使用した。
【０１４７】
第１の実験の結果を下の表１に示した。陽性になるまでの時間（Ｔｐ）の標準偏差、並びに増幅に至った反応のパーセンテージを鑑みると、この実験結果は、６０秒間の一方向旋回を利用して乾燥試薬を再水和する為には１，０３０ｒｐｍでは不十分であることを示している。旋回速度を２，０６０ｒｐｍに上げると、標準偏差が小さくなり、１００％増幅が得られ、これは、一方向混合の場合には旋回速度を上げる必要があることを示している。
【表１】
2021518539.tif 000003
【０１４８】
実施例２：交互旋回（低速）
【０１４９】
第２の実験（２つのパートに分けて実施）は、１５秒ごとに旋回方向を反転して、旋回速度１，０３０ｒｐｍで６０秒間実施した。別の乾燥試薬を、陽性対照として使用する為に、標準ラボラトリベンチトッププロトコルを使用して再水和した。これらの再水和した試薬を使用し、ＬＡＭＰを使用して核酸配列を増幅した。陽性対照の性能は、本デバイスの再水和条件の結果を比較する為のベースラインとして使用した。
【０１５０】
第２の実験の結果を下の表２に示した。実施例１の１，０３０ｒｐｍの一方向旋回の結果と比較すると、これらの結果は、１５秒ごとに旋回方向を反転することによって、本デバイスの再水和性能が向上し、低い旋回速度が使用可能になることを示している。
【表２】
2021518539.tif 000004
【０１５１】
実施例３：交互旋回（中速）
【０１５２】
第３の実験は、１５秒ごとに旋回方向を反転して、旋回速度２，０６０ｒｐｍで６０秒間実施した。プロトコルの他の部分は第２の実験と同じである。
【０１５３】
第３の実験の結果を下の表３に示した。実験１の２，０６０ｒｐｍの一方向旋回の結果とは対照的に、これらの結果は、再水和した試薬の陽性になるまでの時間の標準偏差が小さくなることによって、２，０６０ｒｐｍでも、１５秒ごとに旋回方向を反転することによって、本デバイスの再水和性能が向上することを示している。これらの結果は更に、旋回方向の反転によってずれが大きくなっても再水和酵素のダメージは目立つほどではないことを示している。
【表３】
2021518539.tif 000005
【０１５４】
本デバイスを２，０６０ｒｐｍの交互旋回で６０秒間使用して再水和した乾燥試薬の再水和の程度を、標準ラボラトリベンチトッププロトコルを使用して再水和した対照と比較した。結果として得られた溶液の濃度を、分光光度計を使用して標準曲線に対して定量化した。第４の実験の結果を下の表４に示した。これらの結果は更に、本デバイスが標準ベンチトッププロトコルの再水和性能に匹敵しうることを示している。
【表４】
2021518539.tif 000006
【０１５５】
実施例４：拡張交互旋回
【０１５６】
第４の実験は、２，０６０ｒｐｍの一方向旋回を、継続時間として、ここまでの３つの実験で採用した６０秒の代わりに３０秒及び４５秒を採用して実施した。プロトコルの他の部分は、実施例２及び実施例３に記載したものと同じである。
【０１５７】
第４の実験の結果を下の表５に示した。これらの結果は、本デバイスが６０秒未満でも許容程度まで乾燥試薬を再水和できることを示している。実施例２の結果を採り入れて、旋回方向を交互にすることを追加することにより、この能力を更に強化できる可能性がある。
【表５】
2021518539.tif 000007
【０１５８】
実施例５：核酸の損失なし
【０１５９】
図１〜７Ａで説明したデバイスでの混合によって核酸が失われないことを確認する為に、既知の濃度の核酸標的を、乾燥試薬がないデバイスに投入し、２，０６０ｒｐｍの交互旋回と旋回なしで６０秒経過させた。結果として得られた核酸溶液の濃度を、ＲＴ−ｑＰＣＲにより、元の入力溶液と比較した。
【０１６０】
第１の実験の結果を下の表６に示した。この結果は、デバイス自体の表面、並びに混合ビードの旋回動作のいずれも、核酸の検出可能な損失又はダメージにつながらないことを示している。
【表６】
2021518539.tif 000008
【０１６１】
実施例６：熱カシメ
【０１６２】
図２Ｅ及び２Ｆに関して説明した、本装置の熱カシメの有効性を実証する為に１つの実験を実施した。
【０１６３】
テストクーポンを作成した。これは５つのウェルからなり、各ウェルはそれぞれの空気区画につながっている。各ウェルの体積（共通管路からウェル内につながるチャネルと、アッセイチャンバから空気チャンバにつながる空気導管とを含む）は、それぞれ、５．２８ｍｍ３、７．５６ｍｍ３、１３．１２ｍｍ３、５．３２ｍｍ３、及び９．９６ｍｍ３であった。空気チャンバの体積は、それぞれ、９．２４ｍｍ３、１３．２２ｍｍ３、２２．９６ｍｍ３、９．２９ｍｍ３、及び１７．４３ｍｍ３であった。９．２ｐｓｉ及び１０ｐｓｉの傾斜付き圧力で試料クーポンに水を充填した。アッセイチャンバの充填は、均一に、且つ、充填プロセス自体によって有意の気泡が引き起こされることなく行われた。９．２ｐｓｉでは、ウェルは全て、ほぼ充填され、１０ｐｓｉでは、ウェルは充填されて、流体は、ウェルと空気チャンバとをつないでいる空気導管の中まで延びた。従って、この２つの間の圧力（例えば、９．６ｐｓｉ）であれば、充填に理想的であると考えられる。
【０１６４】
熱カシメ後、流体経路は両側（空気及び水）に対する圧力を（１０ｐｓｉｇ）に保持する。更に流体経路は、熱カシメ後、引き続き圧力を１０日間保持する（これは、加圧されたウェルのドーム形成と液漏れがないことによって確認される）。
【０１６５】
実施例７：増幅と検出
【０１６６】
図１〜７Ａに関して説明した流体経路の熱カシメ後、流体経路を加熱しても試料チャンバ内で有意な気泡形成が引き起こされないことを実証する為に１つの実験を実施した。テストクーポンを作成した。これは、実施例６で説明したように、５つのウェルからなる。
【０１６７】
Ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｂｕｆｆｅｒ（ニュー・イングランド・バイオラボ）にＭｇＣｌ２、ｄＮＴＰ、ＬＡＭＰプライマ、ＦＡＭ分子ビーコンプローブ、Ｂｓｔ  ２ポリメラーゼ（ニュー・イングランド・バイオラボ）、及びＲＴｘ  Ｗａｒｍｓｔａｒｔ（逆転写酵素）（ニュー・イングランド・バイオラボ）を補充したものと、１００，０００コピーのＣＴ  ２３Ｓ  ＤＮＡ（テンプレートとして）とを、傾斜して１３ｐｓｉになる圧力で試料クーポンに充填した。その後、クーポンを熱カシメして６４℃まで加熱した。温度が上昇した最初の数分の間に、幾つかのアッセイチャンバにおいて非常に小さい気泡が形成された。３０分の間、これらの微小な気泡は安定していて、増幅や画像処理に干渉しなかった。５つのウェルのそれぞれの中での増幅は、６４℃に曝されて９〜１５分以内に視覚的に検出可能であった。
【０１６８】
図８は、平らな底面を有するプラグの断面図である。
【０１６９】
図９Ａは、図８のプラグの断面図であり、このプラグは、プラグ底面全体に沿う、体積がｖ１の乾燥試薬を有している。図９Ｂは、図９Ａのプラグを下から見上げた図であり、底面に沿う乾燥試薬体積ｖ１を示している。
【０１７０】
図１０Ａは、図８のプラグの断面図であり、このプラグは、プラグ底面の一部を覆う、幅がプラグ中央開口部と同等である、体積がｖ２の乾燥試薬を有している。図１０Ｂは、図１０Ａのプラグを下から見上げた図であり、底面に沿う乾燥試薬体積ｖ２を示している。
【０１７１】
図１１Ａは、図８のプラグの断面図であり、このプラグは、プラグ底面に沿う、幅がプラグ中央開口部の幅より小さい、体積がｖ３の乾燥試薬を有している。図１１Ｂは、図１１Ａのプラグを下から見上げた図であり、プラグ中央開口部の幅の内側の底面に沿う乾燥試薬体積ｖ３を示している。
【０１７２】
図１２Ａ及び１２Ｂは、プラグ底面に沿う、ある体積の乾燥試薬を保持するフィーチャを示す。図１２Ａは、矩形断面を有する凸状フィーチャを示す。図１２Ｂは、矩形断面を有する凹状フィーチャを示す。
【０１７３】
図１３Ａ及び１３Ｂは、プラグ底面に沿う、ある体積の乾燥試薬を保持するフィーチャを示す。図１３Ａは、円形断面を有する凸状フィーチャを示す。図１２Ｂは、円形断面を有する凹状フィーチャを示す。
【０１７４】
図１４Ａは、図１３Ａのプラグの断面図であり、このプラグは、凸状フィーチャ間のプラグ底面全体に沿う、体積がｖ１の乾燥試薬を有している。図１４Ｂは、図１４Ａのプラグを下から見上げた図であり、凸状フィーチャの境界の内側の底面に沿う乾燥試薬体積ｖ１を示している。
【０１７５】
図１５Ａは、図１３Ａのプラグの断面図であり、このプラグは、プラグ底面のうちの凸状フィーチャ間の部分に沿う、体積がｖ２の乾燥試薬を有している。図１５Ｂは、図１５Ａのプラグを下から見上げた図であり、凸状フィーチャの境界の内側の底面に沿う、プラグ中央開口部とほぼ同じ幅の乾燥試薬体積ｖ２を示している。
【０１７６】
図１６Ａは、図１３Ａのプラグの断面図であり、このプラグは、プラグ底面のうちの凸状フィーチャ間の部分に沿う、体積がｖ３の乾燥試薬を有している。図１６Ｂは、図１６Ａのプラグを下から見上げた図であり、凸状フィーチャの境界の内側の底面に沿う、プラグ中央開口部の幅より狭い幅の乾燥試薬体積ｖ３を示している。
【０１７７】
図１７Ａは、体積がｖ３の乾燥試薬を有する、図６Ａ及び６Ｂのようなキャビティを有するプラグの断面図である。このキャビティは、プラグ底面のほぼ全面を覆う。図１７Ｂは、図１７Ａのプラグを下から見上げた図であり、キャビティ内の底面に沿う乾燥試薬体積ｖ１を示している。
【０１７８】
図１８Ａは、体積がｖ２の乾燥試薬を有する、図６Ａ及び６Ｂのようなキャビティを有するプラグの断面図である。キャビティは、プラグ底面の全面より狭い範囲を覆い、プラグ中央開口部より幅広である。図１８Ｂは、図１８Ａのプラグを下から見上げた図であり、キャビティ内の底面に沿う乾燥試薬体積ｖ２を示している。
【０１７９】
図１９Ａは、体積がｖ３の乾燥試薬を有する、図６Ａ及び６Ｂのようなキャビティを有するプラグの断面図である。キャビティは、プラグ底面の全面より狭い範囲を覆い、プラグ中央開口部ほど幅広ではない。図１９Ｂは、図１９Ａのプラグを下から見上げた図であり、キャビティ内の底面に沿う乾燥試薬体積ｖ３を示している。
【０１８０】
図２０は、アッセイチャンバの、入口及び出口を通る断面を示す図であり、プラグ底面が肩部によって支持されることを示している。肩部は、プラグのキャビティに対応する為の凹状部分を有する。
【０１８１】
図２１は、アッセイチャンバの、入口及び出口を通る断面を示す図であり、プラグ底面が肩部によって支持されることを示している。肩部は、プラグのキャビティに対応する為の凹状部分を有する。図２１に示した肩部の高さは、図２０の肩部の高さより低い。
【０１８２】
図２２は、アッセイチャンバの、チャンバの中点を通る断面を示す図であり、プラグを支持する肩部と、出口に向かう両側テーパ状側壁とを示している。
【０１８３】
図２３は、プラグを受けて肩部で支持するようにサイズが決められた、一装置の光学側の開口部の断面図である。この開口部は、第１の膜層及び第２の膜層で覆われている。
【０１８４】
図２４は、プラグを受けて肩部で支持するようにサイズが決められた、一装置の光学側の開口部の断面図である。この図では肩部及びテーパ状側壁が見える。この図ではプラグが開口部に挿入されているが、まだ肩部に載っていない。
【０１８５】
図２５は一装置の光学側の斜視図であり、５つのプラグ開口部が示されている。各開口部の周囲にプラグ支持リングが示されている。各開口部の中に、プラグを支持する為の肩部が見える。
【０１８６】
図２６Ａは、アッセイチャンバの、入口及び出口を通る断面を示す図であり、プラグ底面が肩部によって支持されることを示している。この肩部は、プラグを係合してチャンバ深さを形成する肩部高さを有する。肩部には、プラグのキャビティに対応する為の凹状部分がある。
【０１８７】
図２６Ｂは、図２６Ａのプラグと肩部の組み合わせを非光学側から見た図である。肩部は、プラグを支持し、テーパ状側壁を保持し、凹部を形成して、キャビティ及び乾燥試薬がチャンバ内で露出するようにする。図２６Ａ及び２６Ｂに示した肩部とプラグの構成によって７．５μｌのウェルが形成される。
【０１８８】
図２７Ａは、アッセイチャンバの、入口及び出口を通る断面を示す図であり、プラグ底面が肩部によって支持されることを示している。この肩部は、プラグを係合してチャンバ深さを形成する肩部高さを有する。肩部には、プラグのキャビティに対応する為の凹状部分がある。
【０１８９】
図２７Ｂは、図２７Ａのプラグと肩部の組み合わせを非光学側から見た図である。肩部は、プラグを支持し、テーパ状側壁を保持し、凹部を形成して、キャビティ及び乾燥試薬がチャンバ内で露出するようにする。図２７Ａ及び２７Ｂに示した肩部とプラグの構成によって３．９μｌのウェルが形成される。図２６Ａ〜２７Ｂの例示的実施形態のプラグと肩部の組み合わせのプラグ及びボアサイズは、本体の流体端部で測定して４．７ｍｍの同じボア開口部を有する。有利なことに、これらの実施例は、様々な体積を実現する為にいかに様々な肩部寸法（例えば、肩部高さ）が使用可能であるかを示している。
【０１９０】
図２８Ａは、アッセイチャンバの、入口及び出口を通る断面を示す図であり、プラグ底面が肩部によって支持されることを示している。この肩部は、プラグを係合してチャンバ深さを形成する肩部高さを有する。肩部には、プラグのキャビティに対応する為の凹状部分がある。
【０１９１】
図２８Ｂは、図２８Ａのプラグと肩部の組み合わせを非光学側から見た図である。肩部は、プラグを支持し、テーパ状側壁を保持し、凹部を形成して、キャビティ及び乾燥試薬がチャンバ内で露出するようにする。図２８Ａ及び２８Ｂに示した肩部とプラグの構成によって１８．５μｌのウェルが形成される。
【０１９２】
図２９Ａは、アッセイチャンバの、入口及び出口を通る断面を示す図であり、プラグ底面が肩部によって支持されることを示している。この肩部は、プラグを係合してチャンバ深さを形成する肩部高さを有する。肩部には、プラグのキャビティに対応する為の凹状部分がある。
【０１９３】
図２９Ｂは、図２９Ａのプラグと肩部の組み合わせを非光学側から見た図である。肩部は、プラグを支持し、テーパ状側壁を保持し、凹部を形成して、キャビティ及び乾燥試薬がチャンバ内で露出するようにする。図２９Ａ及び２９Ｂに示した肩部とプラグの構成によって１３．８μｌのウェルが形成される。
【０１９４】
図３０Ａは、アッセイチャンバの、入口及び出口を通る断面を示す斜視図であり、プラグ底面が肩部によって支持されることを示している。この肩部は、プラグを係合してチャンバ深さを形成する肩部高さを有する。肩部には、プラグのキャビティに対応する為の凹状部分がある。
【０１９５】
図３０Ｂは、図３０Ａのプラグと肩部の組み合わせを非光学側から見た図である。肩部は、プラグを支持し、テーパ状側壁を保持し、凹部を形成して、キャビティ及び乾燥試薬がチャンバ内で露出するようにする。図３０Ａ及び３０Ｂに示した肩部とプラグの構成によって１３．８μｌのウェルが形成される。
【０１９６】
図３０Ｃは、図３０Ａ及び３０Ｂのプラグと肩部の構成を使用して形成されたアッセイチャンバの形状及び体積を表す。
【０１９７】
上記で詳述したように、図２８Ａ、Ｂ及び図３１Ａ〜Ｃは１８．５μｌのウェルを示している。図２９Ａ、２９Ｂ及び図３０Ａ〜３０Ｃは１３．８μｌのウェルを示している。これらの様々なプラグと肩部の高さ構成のそれぞれにおけるプラグサイズは５．９ｍｍである。有利なことに、様々なチャンバ体積を組み合わせた装置を実現する為に、肩部の構成及び寸法（例えば、高さ等）の調節に基づいて、共通のプラグサイズ又は構成を使用して、異なる複数のチャンバ体積を実現することが可能である。
【０１９８】
図３１Ａは、アッセイチャンバの、入口及び出口を通る断面を示す斜視図であり、プラグ底面が肩部によって支持されることを示している。この肩部は、プラグを係合してチャンバ深さを形成する肩部高さを有する。肩部には、プラグのキャビティに対応する為の凹状部分がある。
【０１９９】
図３１Ｂは、図３１Ａのプラグと肩部の組み合わせを非光学側から見た図である。肩部は、プラグを支持し、テーパ状側壁を保持し、凹部を形成して、キャビティ及び乾燥試薬がチャンバ内で露出するようにする。
【０２００】
図３１Ｃは、図３１Ａ及び３１Ｂのプラグと肩部の構成を使用して形成されたアッセイチャンバの形状及び体積を表す。図３１Ａ及び３１Ｂに示した肩部とプラグの構成によって１８．５μｌのウェルが形成される。
【０２０１】
図３２Ａは、アッセイチャンバの、入口及び出口を通る断面を示す斜視図であり、プラグ底面が肩部によって支持されることを示している。この肩部は、プラグを係合してチャンバ深さを形成する肩部高さを有する。肩部には、プラグのキャビティに対応する為の凹状部分がある。
【０２０２】
図３２Ｂは、図３２Ａのプラグと肩部の組み合わせを非光学側から見た図である。肩部は、プラグを支持し、テーパ状側壁を保持し、凹部を形成して、キャビティ及び乾燥試薬がチャンバ内で露出するようにする。
【０２０３】
図３２Ｃは、図３２Ａ及び３２Ｂのプラグと肩部の構成を使用して形成されたアッセイチャンバの形状及び体積を表す。
【０２０４】
図３２Ｄ及び３２Ｅは、図３２Ａ、３２Ｂ、及び３２Ｃに示したプラグ、肩部、及びアッセイチャンバで使用されたプラグ及びキャビティの斜視図及び断面図である。
【０２０５】
図３３Ａは、アッセイチャンバの、入口及び出口を通る断面を示す斜視図であり、プラグ底面が肩部によって支持されることを示している。この肩部は、プラグを係合してチャンバ深さを形成する肩部高さを有する。肩部には、プラグのキャビティに対応する為の凹状部分がある。
【０２０６】
図３３Ｂは、図３３Ａのプラグと肩部の組み合わせを非光学側から見た図である。肩部は、プラグを支持し、テーパ状側壁を保持し、凹部を形成して、キャビティ及び乾燥試薬がチャンバ内で露出するようにする。
【０２０７】
図３３Ｃは、図３３Ａ及び３３Ｂのプラグと肩部の構成を使用して形成されたアッセイチャンバの形状及び体積を表す。
【０２０８】
図３３Ｄ及び３３Ｅは、図３３Ａ、３３Ｂ、及び３３Ｃに示したプラグ、肩部、及びアッセイチャンバで使用されたプラグ及びキャビティの斜視図及び断面図である。
【０２０９】
図３４Ａ及び３４Ｂは一装置の、それぞれ、非光学側及び光学側の図であり、この装置には、光学ゾーン内にあって光学的透過特性を有する複数のプラグと、その装置の、光学機能が不要な別のゾーンにあって光学特性を有しない少なくとも１つのプラグとが混在する。
【０２１０】
図３５Ａ及び３５Ｂは一装置の、それぞれ、非光学側及び光学側の図であり、この装置は、光学的透過特性を有する複数のプラグだけを有する。
【０２１１】
図３６Ａ〜３６Ｋは、図３Ａ及び３Ｂで示した例示的なチャンバ充填状態になる前に実施される、試料チャンバへの流体試料の投入のシーケンスの一例である。
【０２１２】
図３６Ａ〜３６Ｋに示した以下の例は、試料チャンバに流体試料を毎分０．２μＬ投入するシーケンスである。図３６Ａ〜３６Ｋは、図３Ａ及び３Ｂに示した充填状態に達するまでの過程を示している。試料チャンバは、流体源と流体連通しているテーパ状入口と、空気区画と流体連通しているテーパ状出口と、を有する。試料チャンバは更に、光学的に透明なプラグによって境界表面が形成されており、このプラグは、生物学的アッセイの実施に必要な乾燥試薬を有する。試料チャンバの充填の様子は、図８Ａ及び図９Ａに示した膜側から見える。
【０２１３】
図３６Ａは、流体試料の投入前のアッセイチャンバを示す。本デバイスの、各アッセイチャンバを含む各流体経路には空気が充填されている。見えている不規則な円は、生物学的アッセイの実施に使用される乾燥試薬３６７５のエッジである。不規則円の内側のエリアには、プラグ３６７４の内部キャビティ上の乾燥した試薬があり、不規則円の外側のエリアには試薬がない。
【０２１４】
図３６Ｂは、流体試料に圧力が印加されてからしばらく経ったアッセイチャンバを示しており、この圧力印加によって流体試料は共通流体源（図示せず）から流出し、入口導管を通って、テーパ状入口３６４１から試料チャンバに流入する。流体試料がアッセイチャンバに流入するにつれて、流体試料は、チャンバ内にあった空気を押し退け、その空気をテーパ状出口に向かって押し出し、空気区画（図示せず）に流入させる。流体試料のメニスカス３６６１は、液体と空気の境界面を表しており、アッセイチャンバのテーパ状入口部分に沿ってチャンバの両側に接触している。図３６Ｂに示した図では、流体試料のメニスカスはプラグの底面の平らな環形を越えて前進していて、内部キャビティ３６７４と接触しているが、内部キャビティ内に位置する乾燥試薬３６７５のエッジにはまだ達していない。
【０２１５】
図３６Ｃは、流体試料がアッセイチャンバに充填され続けている様子を示しており、メニスカス３６１が内部キャビティ３６７４全体にわたって前進し続けて、乾燥試薬のエッジに接触している。この図では、メニスカス３６６１の中心部が、アッセイチャンバと接しているエッジより少し前に出ている。これは、幾つかの異なる要因によるものと考えられる。例えば、内部キャビティ３６７４内の乾燥試薬は、プラグの、試薬がないエリアより優先的に湿る。代替又は追加として、メニスカスがアッセイチャンバの中点３６４３に向かって動いて、流体流に垂直な幅が広がるにつれて、アッセイチャンバは深さを増し、それによって、アッセイチャンバの最も幅広であって最も深い部分がテーパ状入口とテーパ状出口の間の中点３６４３に位置する。流体試料の先導面が、再水和及び溶解を開始する為の試料流体の混合を生成するにつれて、乾燥試薬が徐々に内部キャビティ３６７４から離れる。メニスカス３６６１の先では、且つ空気区画の最も近くでは、メニスカスの空気側の乾燥試薬はまだ再水和に関与していない。アッセイチャンバ内及び空気区画内の空気は更に圧縮されて、圧力が高まる。
【０２１６】
図３６Ｄは、メニスカス３６６１が更に前進してアッセイチャンバに充填されている様子を示している。メニスカス３６６１の動きは試料チャンバ内で比較的均一であり、その為、メニスカスが内部キャビティ３６７４の最も深い部分、及び試料チャンバの最も幅広な部分に近づくとともに、先導面の全ての部分がほぼ均一に前進する（チャンバの幅は流体流全体に対して垂直であるように定義される）。乾燥試薬は、内部キャビティ３６７４の表面からの浮上と、流体試料との混合とを続けている。試料チャンバの約半分に流体試料が充填され、半分には空気が充填されたままである。
【０２１７】
図３６Ｅは、メニスカス３６６１がほぼ不均一に動くことが可能な様子を示している。メニスカスの左エッジはメニスカスの右エッジより高速で移動している。これは、ある程度は、乾燥試薬が試薬のないプラグ表面より優先的に湿ることによるものと考えられる。この場合、乾燥試薬のエッジは、アッセイチャンバの左部分に向かって中心からやや外れて位置する。メニスカス３６６１の右エッジは、接触している乾燥試薬３６７５が少なく、左エッジより遅れる。試料チャンバ全体にわたるメニスカスの不均一な動きによって、気泡や不完全な充填が生じる可能性がある。メニスカスの一方のエッジが他方のエッジより先に出口に達した場合、出口に液体が充填されて、空気がアッセイチャンバ内でトラップされる可能性がある。不完全な充填及び気泡のトラップは試料チャンバのテーパ状の入口及び出口によって減じられ、テーパ状の入口及び出口は、メニスカスが出口に近づくにつれ、メニスカスの前進速度を減じる。そして、乾燥試薬の再水和及び溶解が続けられる。
【０２１８】
図３６Ｆは、流体試料がアッセイチャンバのテーパ状出口３６４２部分に沿って流れている様子を示している。メニスカス３６６１がテーパ状出口に入ってメニスカス３６６１の左エッジが遅くなると、メニスカスの右エッジが左部分に追いつき始める。メニスカスは、試料チャンバの最も深い寸法と最も幅広の寸法の場所を通り過ぎて、現在はテーパ状出口に流入している。メニスカスがテーパ状出口を通って流れると、試料チャンバの深さ及び幅は着実に減っていく。この構成によって、メニスカスの先導する左部分に作用する表面減速力が増加し、よりバランスのとれた力分布が得られる。乾燥試薬３６７５が溶解していることが容易に見て分かる。流体試料の投入後に最初に流体試料に接触した乾燥試薬は、最も長時間にわたって流体試料中に懸濁していて、最も溶解が進んでいる。これは、流体流の方向に試料チャンバの中心に向かう筋で示されている。
【０２１９】
図３６Ｇは、流体試料がアッセイチャンバのテーパ状出口３６４２部分を通って流れ続けている様子を示している。メニスカス３６６１全体がテーパに進入するにつれて、メニスカスの右エッジは左エッジとほぼ並行する。空気区画につながるテーパ状出口にメニスカスが近づくにつれて、アッセイチャンバの深さ及び幅は減り続ける。乾燥試薬の大部分が流体試料と接触していて、溶解し続けている。
【０２２０】
図３６Ｈは、流体が空気区画終端部に近づくにつれて、メニスカス３６６１の動きが今や均一になり、左右部分がほぼ均等に前進する様子を示している。流体試料のメニスカスは今や乾燥試薬を完全に通り過ぎており、乾燥試薬の全てのエリアが流体試料に曝されていて、再水和及び溶解が可能である。
【０２２１】
図３６Ｉは、アッセイチャンバが充填状態に達した直後の様子を示している。流体経路及びアッセイチャンバを占めていた空気は全て、空気区画に押し出されている。不完全な充填と気泡のトラップは回避されて、再水和及び溶解が続いている。
【０２２２】
図３６Ｊは、充填から２０秒が経過した試料チャンバを示している。乾燥試薬が流体試料と接触している時間が長くなるにつれて、乾燥試薬の溶解が続く。乾燥試薬の残留粒子がアッセイチャンバ内を循環して溶解し続けている為、かすかな筋が見えるままになっている。
【０２２３】
図３６Ｋは、充填から延べ４０秒が経過した試料チャンバを示している。わずかな量の残留乾燥試薬がかすかに見えているが、ほとんどの試薬は今や流体試料中に懸濁している。
【０２２４】
充填完了後、試薬と流体試料との更なる混合を生成することが必要になる場合がある。一実施態様では、乾燥試薬を混合して均質な溶液を生成する為に、充填済み試料チャンバに熱サイクルを施すことによって、流体試料の対流移動が引き起こされる。熱サイクルを施す為に、試料チャンバと接触しているヒータが使用される。好ましくは、ヒータは本装置の非画像化面に置かれ、膜で封止されてよい。チャンバ内で対流移動を引き起こす為に、ヒータは、第１の間隔の間は第１の温度に設定され、その後の第２の間隔の間は第２の温度に設定される。この、第１の温度の後に第２の温度にするサイクルを少なくとも２回繰り返してよく、より好ましくは、少なくとも３回繰り返してよい。幾つかの実施態様では、このサイクルは５回繰り返され、或いは、所望の量の混合を生成するのに必要な任意の回数繰り返される。第１の温度と第２の温度は同じではない。第１の温度は第２の温度より、好ましくは少なくとも５℃高く、より好ましくは少なくとも７℃高く、更により好ましくは少なくとも１０℃高い。一実施態様では、試料チャンバは、５５℃という低い温度と、６５℃という高い温度との間で熱サイクルが施される。好ましい一実施態様では、試料チャンバは、６０℃という低い温度と、７０℃という高い温度との間で熱サイクルが施される。別の実施態様によれば、プラグの内部キャビティの端から端まで試料流体を前後に微妙に動かして乱流を引き起こすことによって、乾燥試薬と流体試料の更なる混合が生成される。この、流体の動きは、任意の正の原動力、負の原動力、又は両者の組み合わせを使用して達成可能である。
【０２２５】
一実施態様では、流体試料は、一定圧力を印加されて試料チャンバ内を流れる。一代替実施態様では、試料チャンバの充填が傾斜付き圧力によって行われる。例えば、０秒から１秒にかけて、圧力源は０ｋＰａに設定される。１秒では、圧力源は６０ｋＰａに設定される。１秒の後は、圧力源は、０．２秒の時間ステップごとに０．４４  ｋＰａずつ高くなって、延べ２６秒が経過した時点で最終圧力１１５ｋＰａに達する。この実施態様については圧力の文脈で説明したが、試料チャンバの充填は任意の原動力によって達成可能である。一実施態様では正の原動力が使用される。別の実施態様では負の原動力が使用される。
【０２２６】
装置実施形態の一例示的な使用時には、複数の試料チャンバの同時充填の一方法が提供される。本例示的方法は、共通流体経路内で流体試料を加圧するステップを含む。次に、共通流体経路から複数の入口導管に流体試料を導入するステップがある。次に、各入口導管に沿って各入口導管の入口導管終端部に向けて流体試料を流すステップがあり、各入口導管は試料チャンバに接続されている。その後、各試料チャンバのテーパ状入口部分に沿って流体試料を流すステップがあり、次に、各試料チャンバ内で肩部のペアに隣接する流体試料をプラグに沿って流すステップがある。本方法は、流体試料を各試料チャンバのテーパ状出口部分に沿って空気区画終端部に向けて流すことを続ける。上述の各ステップの間は、流体が流れることによって、各入口導管及び各試料チャンバに収容されていた気体が、各空気区画終端部と連通している空気チャンバ内へと押し退けられている。
【０２２７】
一態様では、本充填方法の実施において、流体試料を加圧するステップが一定圧力で実施される。一定圧力は、実施形態及び具体的な装置構成に応じて、５、１０、２０、４０、又は６０ｐｓｉのいずれかであってよい。任意選択で、流体を加圧する方法ステップは、流体試料を一連の増加する圧力レベルで加圧することを含んでよい。一実施態様では、圧力の各増加レベルは一定の継続時間で印加される。一実施態様では、圧力の増加レベルは一定量ずつ増やされる。一特定実施態様では、本装置は、使用時に、空気チャンバが試料チャンバの上方にあるように方向付けられ、その為、流体試料を試料チャンバのテーパ状出口部分に沿って空気区画終端部に向けて流すステップ、並びに各入口導管に収容されていた気体を押し退けるステップは、重力に逆らって実施される。追加又は任意選択で、本充填方法の間の使用時には、複数の試料チャンバの方向付けが、複数の試料チャンバのうちの特定の試料チャンバに関連付けられた各空気チャンバがその試料チャンバの上方に位置付けられるように行われる。
【０２２８】
図３７は、光学的透過性を有するプラグが５つある、一装置の光学面を示す図である。各プラグを通して見た結果は、３つのチャンバに検出可能な信号があり、２つのチャンバにはないことを示している。プラグを通して検出可能な信号は、光学的透過性を有するプラグを通してアッセイチャンバに与えられた励起光に敏感に応答する蛍光信号であってよい。或いは、この信号は、アッセイチャンバ内で発生する化学反応及び／又は酵素反応がもたらすルミネセンスであってよい。更に別の実施態様では、光学的透過性を有するプラグを通して検出可能な信号は、シンプルに、比色アッセイがもたらす色変化であってよい。色変化をよりよく可視化する為に、幾つかの実施態様では、プラグを通してウェルに照射する光（例えば、白色光）が使用されてよい。
【０２２９】
この例が示すように、光学的透過性を有するプラグの本体は、任意選択で、赤色スペクトル、青色スペクトル、及び緑色スペクトルのうちの少なくとも１つにおける励起波長及び発光波長に対して透過性を有する材料から形成される。
【０２３０】
本明細書において、ある特徴又は要素が別の特徴又は要素の「上に（ｏｎ）」あると言及された場合、その特徴又は要素は、直接その別の特徴又は要素に接していてよく、或いは、介在する特徴及び／又は要素が存在してもよい。これに対し、ある特徴又は要素が別の特徴又は要素の「直接上に（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｏｎ）」あると言及された場合、介在する特徴及び／又は要素は存在しない。又、当然のことながら、ある特徴又は要素が別の特徴又は要素に「接続されている（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「取り付けられている（ａｔｔａｃｈｅｄ）」、又は「結合されている（ｃｏｕｐｌｅｄ）」と言及された場合、その特徴又は要素は、直接その別の特徴又は要素に接続されているか、取り付けられているか、結合されていてよく、或いは、介在する特徴又は要素が存在してもよい。これに対し、ある特徴又は要素が別の特徴又は要素に、「直接接続されている（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「直接取り付けられている（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ａｔｔａｃｈｅｄ）」、又は「直接結合されている（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ）」と言及された場合、介在する特徴又は要素は存在しない。そのように記載又は図示された特徴及び要素は、１つの実施形態に関して記載又は図示されているが、他の実施形態にも当てはまってよい。又、当業者であれば理解されるように、ある構造又は特徴が別の特徴に「隣接して（ａｄｊａｃｅｎｔ）」配置されていて、その構造又は特徴が言及された場合、その言及は、隣接する特徴と部分的に重なり合うか、隣接する特徴の下層となる部分を有してよい。
【０２３１】
本明細書において使用された術語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、本開示の限定を意図したものではない。例えば、本明細書において使用される単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈上明らかに矛盾する場合を除き、複数形も同様に包含するものとする。更に、当然のことながら、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（含む）」及び／又は「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」という語は、本明細書で使用された際には、述べられた特徴、手順、操作、要素、及び／又は構成要素の存在を明記するものであり、１つ以上の他の特徴、手順、操作、要素、構成要素、及び／又はこれらの集まりの存在又は追加を排除するものではない。本明細書では、「及び／又は（ａｎｄ／ｏｒ）」という用語は、関連付けられて列挙されたアイテムのうちの１つ以上のアイテムのあらゆる組み合わせを包含するものであり、「／」と略記されてよい。
【０２３２】
「下に（ｕｎｄｅｒ）」、「下方に（ｂｅｌｏｗ）」、「下方の（ｌｏｗｅｒ）」、「上方の（ｏｖｅｒ）」、「上方の（ｕｐｐｅｒ）」などのような空間的に相対的な語句は、本明細書では、図面に示されるような、１つの要素又は特徴と別の要素又は特徴との関係を説明する場合に説明を簡単にする為に使用されてよい。当然のことながら、この空間的に相対的な語句は、使用時又は操作時の器具の、図面で描かれる向きに加えて、それ以外の向きも包含するものとする。例えば、図面内の器具が反転された場合、別の要素又は特徴の「下に（ｕｎｄｅｒ）」又は「真下に（ｂｅｎｅａｔｈ）」あると記載された要素は、その別の要素又は特徴の「上に（ｏｖｅｒ）」方向づけられることになる。従って、例えば、「下に（ｕｎｄｅｒ）」という語句は、「上に（ｏｖｅｒ）」及び「下に（ｕｎｄｅｒ）」の両方の向きを包含しうる。本装置は、他の方向づけ（９０度回転又は他の方向づけ）が行われてよく、それに応じて、本明細書で使用された空間的に相対的な記述子が解釈されてよい。同様に、「上方に（ｕｐｗａｒｄｌｙ）」、「下方に（ｄｏｗｎｗａｒｄｌｙ）」、「垂直方向の（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」、「水平方向の（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」などの用語は、本明細書では、特に断らない限り、説明のみを目的として使用される。
【０２３３】
「第１の」及び「第２の」という語句は、本明細書では様々な特徴／要素（ステップを含む）を説明する為に使用されてよいが、これらの特徴／要素は、文脈上矛盾する場合を除き、これらの語句によって限定されるべきではない。これらの語句は、ある特徴／要素を別の特徴／要素と区別する為に使用されてよい。従って、本発明の教示から逸脱しない限り、第１の特徴／要素が後述時に第２の特徴／要素と称されてもよく、同様に、第２の特徴／要素が後述時に第１の特徴／要素と称されてもよい。
【０２３４】
本明細書及び後続の特許請求の範囲の全体を通して、別段に記述しない限りは、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という後、及びその変形である「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などは、方法及び物品（例えば、装置（ｄｅｖｉｃｅ）及び方法を含む構成及び装置（ａｐｐａｒａｔｕｓ））において様々な構成要素が相互連帯して使用されてよいことを意味する。例えば、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語は、述べられた全ての要素又はステップの包含を意味するものであって、他のあらゆる要素又はステップの排除を意味するものではないことを理解されたい。
【０２３５】
実施例において使用される場合も含め、本明細書及び特許請求の範囲において使用されているように、且つ、特に断らない限り、あらゆる数値は、「約（ａｂｏｕｔ）」又は「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」という語句が前置されているものとして読まれてよく、たとえ、その語句が明示的に現れていなくても、そのように読まれてよい。「約（ａｂｏｕｔ）」又は「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」という語句は、大きさ及び／又は位置を示す場合に、記載された値及び／又は位置が、妥当な予想範囲の値及び／又は位置に収まっていることを示す為に使用されてよい。例えば、数値は、述べられた値（又は値の範囲）の±０．１％の値であってよく、述べられた値（又は値の範囲）の±１％の値であってよく、述べられた値（又は値の範囲）の±２％の値であってよく、述べられた値（又は値の範囲）の±５％の値であってよく、述べられた値（又は値の範囲）の±１０％の値であってよく、他のそのような値であってよい。本明細書で与えられるいかなる数値も、文脈上矛盾する場合を除き、その値の前後のおおよその値も包含するものと理解されたい。例えば、値「１０」が開示されている場合は、「約１０」も開示されている。本明細書に記載のいかなる数値範囲も、そこに包含される全ての副範囲を包含するものとする。又、当然のことながら、当業者であれば適正に理解されるように、ある値が開示されていれば、その値「以下の」値、その値「以上の」値、及びそれらの値の間の可能な範囲も開示されている。例えば、値「Ｘ」が開示されていれば、「Ｘ以下の」値、及び「Ｘ以上の」値（例えば、Ｘが数値の場合）も開示されている。又、本出願全体を通して、データが幾つかの異なるフォーマットで与えられていること、並びにこのデータが終点及び始点を表していて、これらのデータ点の任意の組み合わせにわたる範囲を有することも理解されたい。例えば、特定のデータ点「１０」及び特定のデータ点「１５」が開示されていれば、１０と１５の間の値だけでなく、１０及び１５より大きい値、１０及び１５以上の値、１０及び１５より小さい値、１０及び１５以下の値、及び１０及び１５に等しい値も開示されていると見なされる。２つの特定の単数の間の各単数も開示されていることも理解されたい。例えば、１０及び１５が開示されていれば、１１、１２、１３、及び１４も開示されている。
【０２３６】
ここまで様々な例示的実施形態について記載してきたが、特許請求の範囲によって示される本発明の範囲から逸脱しない限り、様々な実施形態に対して、幾つかある変更のいずれが行われてもよい。例えば、記載された各種方法ステップが実施される順序は、代替実施形態では変更されてよい場合が多く、代替実施形態によっては、１つ以上の方法ステップがまとめてスキップされてもよい。装置及びシステムの様々な実施形態の任意選択の特徴が、実施形態によっては含まれてよく、実施形態によっては含まれなくてよい。従って、上述の説明は、主に例示を目的としたものであり、特許請求の範囲に明記されている本発明の範囲を限定するように解釈されるべきではない。
【０２３７】
本明細書に含まれる実施例及び具体例は、本発明対象が実施されうる具体的な実施形態を、限定ではなく例示として示す。言及されたように、他の実施形態が利用されたり派生したりしてよく、本開示の範囲から逸脱しない限り、構造的な、或いは論理的な置換又は変更が行われてよい。本発明対象のそのような実施形態は、本明細書においては、個別に参照されてよく、或いは、「本発明」という言い方でまとめて参照されてよく、「本発明」という言い方で参照することは、あくまで便宜上であって、本出願の範囲を、実際には２つ以上が開示されていても、いずれか１つの発明又は発明概念に自発的に限定することを意図するものではない。従って、本明細書では特定の実施形態を図示及び説明してきたが、この、示された特定の実施形態を、同じ目的を達成するように作られた任意の構成で置き換えてよい。本開示は、様々な実施形態のあらゆる翻案又は変形を包含するものである。当業者であれば、上述の説明を精査することにより、上述の複数の実施形態の組み合わせ、及び本明細書に具体的な記載がない他の実施形態が明らかになるであろう。
参照符号一覧
アイテム                          最後の２桁
装置                              ００
共通流体源                        ０１
モノリシック基板                  ０２
熱カシメ                          ０３
持ち上がったプラットフォーム      ０５
独立した流体経路                  １０
第１の膜                          １２
第２の膜                          １４
試料チャンバ                      ２０
アッセイチャンバ                  ２１
入口導管                          ２２
入口導管終端部                    ２３
空気区画                          ３０
空気チャンバ                      ３１
空気導管                          ３２
空気区画終端部                    ３３
両側テーパ状チャンバ              ４０
テーパ状入口                      ４１
テーパ状出口                      ４２
両側テーパ状チャンバの中心点      ４３
第１の湾曲境界                    ４４
第２の湾曲境界                    ４５
第１の湾曲境界中点                ４６
第２の湾曲境界中点                ４７
最大寸法                          ４８
空気                              ５０
凹部                              ５２
流体試料                          ６０
メニスカス                        ６１
前面先導部                        ６２
プラグ                            ７０
プラグ本体                        ７１
プラグキャップ                    ７２
プラグキャップのフランジ          ７３
プラグキャップの内部キャビティ    ７４
乾燥試薬                          ７５
プラグ底面                        ７６
中央開口部                        ７７
中央開口部の側壁                  ７８
中央開口部の底部                  ７９
平らな環形                        ８０
磁気式混合要素                    ８１
外部磁石                          ８２
モータ                            ８３
被加熱要素                        ８４
プラグ厚さ                        ８５
開始角度                          ８６
凸状フィーチャ                    ８７
凹状フィーチャ                    ８８
肩部高さ                          ９２
肩部                              ９５
アッセイチャンバ体積              ９６
支持リング／凸状環形              ９７
モノリシック基板のプラグ用開口部  ９８
【図１】
2021518539.tif 000009
【図２Ａ】
2021518539.tif 000010
【図２Ｂ】
2021518539.tif 000011
【図２Ｃ】
2021518539.tif 000012
【図２Ｄ】
2021518539.tif 000013
【図２Ｅ】
2021518539.tif 000014
【図２Ｆ】
2021518539.tif 000015
【図２Ｇ】
2021518539.tif 000016
【図２Ｈ−２Ｋ】
2021518539.tif 000017
【図３Ａ】
2021518539.tif 000018
【図３Ｂ】
2021518539.tif 000019
【図４】
2021518539.tif 000020
【図５】
2021518539.tif 000021
【図６Ａ】
2021518539.tif 000022
【図６Ｂ】
2021518539.tif 000023
【図６Ｃ】
2021518539.tif 000024
【図７Ａ】
2021518539.tif 000025
【図７Ｂ】
2021518539.tif 000026
【図７Ｃ】
2021518539.tif 000027
【図７Ｄ】
2021518539.tif 000028
【図８】
2021518539.tif 000029
【図９Ａ．１０Ａ．１１Ａ】
2021518539.tif 000030
【図９Ｂ】
2021518539.tif 000031
【図１０Ｂ】
2021518539.tif 000032
【図１１Ｂ】
2021518539.tif 000033
【図１２Ａ】
2021518539.tif 000034
【図１２Ｂ】
2021518539.tif 000035
【図１３Ａ】
2021518539.tif 000036
【図１３Ｂ】
2021518539.tif 000037
【図１４Ａ．１５Ａ．１６Ａ】
2021518539.tif 000038
【図１４Ｂ】
2021518539.tif 000039
【図１５Ｂ】
2021518539.tif 000040
【図１６Ｂ】
2021518539.tif 000041
【図１７Ａ】
2021518539.tif 000042
【図１７Ｂ】
2021518539.tif 000043
【図１８Ａ】
2021518539.tif 000044
【図１８Ｂ】
2021518539.tif 000045
【図１９Ａ】
2021518539.tif 000046
【図１９Ｂ】
2021518539.tif 000047
【図２０】
2021518539.tif 000048
【図２１】
2021518539.tif 000049
【図２２】
2021518539.tif 000050
【図２３】
2021518539.tif 000051
【図２４】
2021518539.tif 000052
【図２５】
2021518539.tif 000053
【図２６Ａ】
2021518539.tif 000054
【図２６Ｂ】
2021518539.tif 000055
【図２７Ａ】
2021518539.tif 000056
【図２７Ｂ】
2021518539.tif 000057
【図２８Ａ】
2021518539.tif 000058
【図２８Ｂ】
2021518539.tif 000059
【図２９Ａ】
2021518539.tif 000060
【図２９Ｂ】
2021518539.tif 000061
【図３０Ａ】
2021518539.tif 000062
【図３０Ｂ】
2021518539.tif 000063
【図３０Ｃ】
2021518539.tif 000064
【図３１Ａ】
2021518539.tif 000065
【図３１Ｂ】
2021518539.tif 000066
【図３１Ｃ】
2021518539.tif 000067
【図３２Ａ】
2021518539.tif 000068
【図３２Ｂ】
2021518539.tif 000069
【図３２Ｃ】
2021518539.tif 000070
【図３２Ｄ】
2021518539.tif 000071
【図３２Ｅ】
2021518539.tif 000072
【図３３Ａ】
2021518539.tif 000073
【図３３Ｂ】
2021518539.tif 000074
【図３３Ｃ】
2021518539.tif 000075
【図３３Ｄ】
2021518539.tif 000076
【図３３Ｅ】
2021518539.tif 000077
【図３４Ａ】
2021518539.tif 000078
【図３４Ｂ】
2021518539.tif 000079
【図３５Ａ】
2021518539.tif 000080
【図３５Ｂ】
2021518539.tif 000081
【図３６Ａ】
2021518539.tif 000082
【図３６Ｂ】
2021518539.tif 000083
【図３６Ｃ】
2021518539.tif 000084
【図３６Ｄ】
2021518539.tif 000085
【図３６Ｅ】
2021518539.tif 000086
【図３６Ｆ】
2021518539.tif 000087
【図３６Ｇ】
2021518539.tif 000088
【図３６Ｈ】
2021518539.tif 000089
【図３６Ｉ】
2021518539.tif 000090
【図３６Ｊ】
2021518539.tif 000091
【図３６Ｋ】
2021518539.tif 000092
【図３７】
2021518539.tif 000093
【国際調査報告】
2021518539.tif 000094
2021518539.tif 000095
2021518539.tif 000096