(57)【要約】  本発明は、処理カートリッジ（２）のための遠心分離装置（１）であって、自身の中心軸（Ｃ１）の周りに回転可能であり、且つ少なくとも１つのカートリッジ保持体（１５）を備える回転板（３）を備え、回転板（３）は上面（４）と下面（５）とを有し、カートリッジ保持体は、自身の中心軸（Ｃ２）の周りで回転可能であり、回転板の中心軸（Ｃ１）から中心がずれて配置され、且つ貫通通路（６）を包囲する内側壁（７）を備え、貫通通路は、処理カートリッジを収容することができ、且つ回転板の上面から下面へと延び、内側壁は、処理カートリッジが貫通通路に挿入され、係止組立体によって解放可能に固定され得るような、処理カートリッジ（２）における少なくとも１つの協働する第１の当接面（９）と相互作用するための弾性係止組立体（８、２５）と、処理カートリッジにおける少なくとも１つの協働する第２の当接面（１１）と相互作用するための少なくとも１つの停止要素（１０）であって、カートリッジが解放可能に固定されたときに、処理カートリッジを所望の鉛直方向高さ（Ｌ）に保つように配置される少なくとも１つの停止要素と、を備える。
2021502241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理カートリッジ（２）のための遠心分離装置（１）であって、自身の中心軸（Ｃ１）の周りに回転可能であり、且つ少なくとも１つのカートリッジ保持体（１５）を備える回転板（３）を備え、前記回転板（３）は上面（４）と下面（５）とを有し、前記カートリッジ保持体は、自身の中心軸（Ｃ２）の周りで回転可能であり、前記回転板の前記中心軸（Ｃ１）から中心がずれて配置され、且つ貫通通路（６）を包囲する内側壁（７）を備え、前記貫通通路は、前記処理カートリッジを収容することができ、且つ前記回転板の前記上面から前記下面へと延び、前記内側壁は、
前記処理カートリッジ（２）における少なくとも１つの協働する第１の当接面（９）と相互作用するための弾性係止組立体（８、２５）であって、前記処理カートリッジが前記貫通通路に挿入され、前記係止組立体によって解放可能に固定され得る、弾性係止組立体（８、２５）と、
前記処理カートリッジにおける少なくとも１つの協働する第２の当接面（１１）と相互作用するための少なくとも１つの停止要素（１０）であって、前記カートリッジが解放可能に固定されたときに、前記処理カートリッジを所望の鉛直方向高さ（Ｌ）に保つように配置される少なくとも１つの停止要素（１０）と、
を備える、遠心分離装置（１）。
【請求項２】
前記弾性係止組立体は、収容された処理カートリッジの前記少なくとも１つの第２の当接面（１１）を前記少なくとも１つの停止要素に押し付けるように配置される、請求項１に記載の遠心分離装置。
【請求項３】
前記内側壁（７）は、前記処理カートリッジの周辺側壁に配置された、協働する凹部（１３）または鉛直リブとそれぞれ相互作用するための鉛直リブ（１２）または凹部の少なくとも一方を備え、これにより前記カートリッジは、前記カートリッジ保持体の中心軸（Ｃ２）に対する特定の回転方向のみにおいて前記カートリッジ保持体内に導入され得る、請求項１または２に記載の遠心分離装置。
【請求項４】
前記弾性係止組立体は、前記第１の当接面が前記処理カートリッジ（２）の周辺側壁（２９）に配置されたときに、前記第１の当接面（９）と相互作用するためのものである、請求項１から３のいずれか一項に記載の遠心分離装置。
【請求項５】
前記停止要素は、前記第２の当接面が前記処理カートリッジ（２）の周辺側壁（２９）に配置されたときに、前記第２の当接面（１１）と相互作用するためのものである、請求項１から４のいずれか一項に記載の遠心分離装置。
【請求項６】
前記弾性係止組立体（８、２５）は係止位置に向けて付勢され、前記係止位置では、収容された処理カートリッジ（２）が解放可能に固定され得る、請求項１から５のいずれか一項に記載の遠心分離装置。
【請求項７】
前記弾性係止組立体（８、２５）は、前記内側壁の周りに離間された複数の弾性要素を備え、前記弾性要素の各々は、好ましくは前記内側壁（７）内に配置されたあらかじめ力が加えられた球体（８）である、請求項１から６のいずれか一項に記載の遠心分離装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの停止要素は、前記カートリッジ保持体（１５）の前記内側壁（７）に凹部（１０）を備え、前記凹部は前記側壁の縁部分から延び、前記縁部分から遠位にある前記凹部の一端（４１）は、前記第２の当接面（１１）と相互作用するためであり、好ましくは前記少なくとも１つの停止要素は、前記内側壁の周りに離間された前記凹部（１０）のうちの少なくとも２つを備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の遠心分離装置。
【請求項９】
前記内側壁（７）は、前記処理カートリッジの前記周辺側壁に配置された協働する凹部（１３）と相互作用するための鉛直リブ（１２）を備え、前記少なくとも１つの停止要素は、前記第２の当接面（１１）と相互作用するために前記鉛直リブ（１２）内に凹部（１４）を備える、請求項３および９に記載の遠心分離装置。
【請求項１０】
少なくとも前記カートリッジ保持体（１５）の前記内壁（７）を備えるカートリッジ保持体要素（３５）は、軸受組立体（３７）を介して前記回転板（３）にスライド可能に連結されており、これにより前記内壁（７）は、前記回転板に対して前記カートリッジ保持体の前記中心軸（Ｃ２）の周りに回転し得る、請求項１から９のいずれか一項に記載の遠心分離装置。
【請求項１１】
前記カートリッジ保持体（１５）は、前記処理カートリッジが使用中に前記回転板（３）の前記下面（５）から前記貫通通路（６）に入れるように配置される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の遠心分離装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の遠心分離装置（１）のための処理カートリッジ（２）であって、上面（２７）と、下面（２８）と、周辺側壁（２９）と、を備え、前記周辺側壁は、前記上面（２７）から離れる方を向いた少なくとも１つの第１の当接面（９）と、前記下面（２８）から離れる方を向いた少なくとも１つの第２の当接面（１１）と、を備え、前記第１の当接面は、前記カートリッジの中心軸（Ｃ３）に対して傾斜された前記周辺側壁の区域の一部であり、前記少なくとも１つの第２の当接面は、前記周辺側壁の少なくとも１つのリブ／突起（３０）に配置される、処理カートリッジ（２）。
【請求項１３】
前記周辺側壁（２９）は、前記下面（２８）から前記上面（２７）へと延びる凹部（１３）を備える、請求項１２に記載の処理カートリッジ。
【請求項１４】
前記上面（２７）、前記下面（２８）、および前記周辺側壁（２９）は円板形の本体を定める、請求項１２または１３に記載の処理カートリッジ。
【請求項１５】
前記カートリッジの内部容積が微小流体処理回路を備える、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の処理カートリッジ。
【請求項１６】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の遠心分離装置（１）と、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の処理カートリッジ（２）と、を備える処理システム。
【請求項１７】
カートリッジ装填トレイ(24)とカートリッジ装填ピストン(32)とを備える、請求項1から11のいずれか一項に記載の遠心分離装置内に処理カートリッジを装填する方法であって、
好ましくは請求項12から15のいずれか一項に記載の処理カートリッジである処理カートリッジ(2)を、前記カートリッジ装填トレイ(24)に装填するステップと、
前記カートリッジ装填トレイ(24)を移動させて、これにより前記処理カートリッジの中心線(C3)が、前記カートリッジ保持体の中心線(C2)と一列になるようにするステップと、
前記カートリッジ装填ピストン(32)を鉛直方向に移動させて、これにより前記処理カートリッジ(2)が前記少なくとも1つのカートリッジ保持体(15)に押し込まれ、それによって前記処理カートリッジが前記カートリッジ保持体内に解放可能に固定されるようにするステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理カートリッジのための遠心分離装置の分野に関し、より詳細には、二軸遠心分離機と、このような遠心分離機のための処理カートリッジとに関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞、粒子、および沈殿物の沈降を加速するのに加えて、異なる密度を有する液体または細胞を分離するための手段としての遠心分離は、長く化学的および生化学的な実験計画の不可欠な部分となってきた。カートリッジまたはチップに配置された微小流体回路における化学的な反応または検定を行うために遠心分離を使用することは一般的である。これらの例の大半では、微小流体回路に適用される遠心力の方向は一定であり、微小流体回路がコンパクトディスク（ＣＤ）形のチップまたはカートリッジ内に配置される、ＣＤプレイヤと同様の遠心分離機がしばしば使用される。
【０００３】
例えば特許文献１に開示されているような二軸遠心分離機の使用は、微小流体回路において処理を実施するためのより柔軟でより迅速な手段を提供する。しかしながら、チップを二次的な軸に対して回転させることができるという要件のため、ＣＤプレイヤの原理に基づく遠心分離装置は実現性がない。
【０００４】
特許文献２(Holenら)は、軸の周りで回転するために鉛直軸に搭載された円形の板を含む二軸遠心分離装置を開示している。板は電気モータによって駆動される。板には、試料処理装置カードを受け入れるように各々が適合されている２つの試料処理装置カード保持体が搭載される。各々のカード保持体は、トレイに相当し、カード保持体を回転させるために別体の駆動手段に動作可能に連結された軸上に、板に対して回転可能に搭載される。試料処理装置カードは、カードを保持体へと手作業で配置し、トレイの周辺に配置された指状の突起によってカードを固定することによって、カード保持体に配置および固定される。
【０００５】
特許文献３(Koharaら)は、汚染および気泡をもたらすことなく、簡単な構造および低コストで斜めの液体の移動を実施できると考えられる化学的反応デバイスおよび化学的反応装置を開示している。回転による遠心力によって液体を移動させるために、および、ターンテーブルとは独立した流路の方向を逆にするために、回転させられ得るターンテーブルの中心以外の位置で化学的反応デバイスを支持するための機構が設置される。
【０００６】
特許文献４(Kaisha)は、可変遠心力をマイクロチップに付与するための二重軸システムを有するマイクロチップ試験デバイスを開示している。マイクロチップはチップ保持体に手作業で配置される。チップ保持体は、マイクロチップを固定するための閉鎖可能カバーを伴う開放した箱形の部品として形成される。
【０００７】
特許文献５(Borchら)は、試料処理装置のための二重軸遠心分離装置を開示している。試料処理装置は、回転可能な板の中の保持手段に配置されている。保持手段は、試料処理装置が配置され得る回転ベイまたは区画室として開示されている。
【０００８】
どの先行技術も、カートリッジ保持体への処理カートリッジの自動的な挿入に適する二重軸遠心分離装置を開示していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第2011/081531号パンフレット
【特許文献２】米国特許第4,814,282号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第2006/083667号明細書
【特許文献４】欧州特許出願公開第1 873 529号明細書
【特許文献５】国際公開第2011/081530号パンフレット
【特許文献６】国際公開第2011/081521号パンフレット
【特許文献７】米国特許第6,593,143号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
処理の間に処理カートリッジが所定の鉛直方向高さに解除可能に固定および維持／保持され得るカートリッジ保持体を有する二重軸遠心分離装置を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、添付の特許請求の範囲によって、および以下において定められている。
【００１２】
第１の態様において、本発明は、処理カートリッジのための遠心分離装置であって、自身の中心軸の周りで回転可能であり、少なくとも１つのカートリッジ保持体を備える回転板を備え、回転板は上面と下面とを有し、カートリッジ保持体は、自身の中心軸の周りに回転可能であり、回転板の中心軸から中心がずれて配置され、貫通通路を包囲する内側壁を備え、
−  貫通通路は、処理カートリッジを収容することができ、回転板の上面から下面へと延び（つまり、通路は回転板の上面に第１の端を有し、回転板の下面に第２の端を有する）、
−  内側壁は、処理カートリッジが貫通通路に挿入され、係止組立体によって解放可能に固定され得るように、処理カートリッジにおける少なくとも１つの協働する第１の当接面と相互作用するための弾性係止組立体と、処理カートリッジにおける少なくとも１つの協働する第２の当接面と相互作用するための少なくとも１つの停止要素であって、カートリッジが解放可能に固定されたときに処理カートリッジ（つまり、処理カートリッジの上面または下面）を所望の鉛直方向高さ／水平面に保つように配置される（つまり、少なくとも１つの停止要素が試料処理カートリッジの上面または下面を所望の高さに保持するように配置される。したがって、カートリッジの上面または下面が回転板の回転平面と平行となることを確実にする）少なくとも１つの停止要素と、を備える、
遠心分離装置を提供する。
【００１３】
遠心分離装置の実施形態では、内側壁は、処理カートリッジがカートリッジ保持体の中心軸に対する特定の回転方向のみにおいてカートリッジ保持体内に導入され得るように、処理カートリッジの周辺側壁に配置された協働する凹部または鉛直リブとそれぞれ相互作用するための鉛直リブまたは凹部の少なくとも一方を備える。
【００１４】
係止組立体は、処理カートリッジにおける少なくとも１つの協働する第１の当接面と相互作用するための係止組立体面を備え、係止組立体面の少なくとも一部は、第１の当接面に向かう方向を向く。停止要素は、処理カートリッジにおける少なくとも１つの協働する第２の当接面と相互作用するための停止要素面を備え、停止要素面の少なくとも一部は、第２の当接面に向かう方向を向く。
【００１５】
遠心分離装置の実施形態では、弾性係止組立体は、第１の当接面が処理カートリッジの周辺側壁に配置されるときに第１の当接面と相互作用するためのものである。
【００１６】
遠心分離装置の実施形態では、停止要素は、第２の当接面が処理カートリッジの周辺側壁に配置されるときに第２の当接面と相互作用するためのものである。
【００１７】
遠心分離装置の実施形態では、弾性係止組立体は、収容された処理カートリッジを少なくとも１つの停止要素に押し付ける／押し当てるように配置される。好ましい実施形態では、弾性係止組立体は、収容された処理カートリッジを鉛直方向に、好ましくは上方向に、押す／強制的に動かすように配置される。
【００１８】
遠心分離装置の実施形態では、弾性係止組立体は、収容された処理カートリッジに係止力を提供するように配置され、係止力は、処理カートリッジを少なくとも１つの停止要素に対して保持する。好ましい実施形態では、係止力は、実質的に上向きの方向である。
【００１９】
遠心分離装置の実施形態では、弾性係止組立体は係止位置に向けてあらかじめ力が加えられ／付勢され、その係止位置では、収容された処理カートリッジが解放可能に固定され得る。
【００２０】
遠心分離装置の実施形態では、弾性係止組立体は、内側壁の周りで離間された、好ましくは内側壁の周りで均一に離間された、複数の弾性要素を備える。好ましい実施形態では、弾性要素の各々は、好ましくは内側壁内に配置されたあらかじめ力が加えられた／荷重が掛けられた球体である。各々の球体または要素は、処理カートリッジにおける第１の当接面に対して球体または要素を押すように配置された任意種類のバネによってあらかじめ力が加えられ得る。
【００２１】
遠心分離装置の実施形態では、少なくとも１つの停止要素は、カートリッジ保持体の内側壁に凹部を備え、凹部は側壁の縁部分から延び、縁部分から遠位にある凹部の一端は、第２の当接面と相互作用するためであり、好ましくは少なくとも１つの停止要素は、内側壁の周りで離間された前記凹部のうちの少なくとも２つを備える。
【００２２】
遠心分離装置の実施形態では、内側壁は、処理カートリッジの周辺側壁に配置された協働する凹部と相互作用するために鉛直リブを備え、少なくとも１つの停止要素は、第２の当接面と相互作用するために鉛直リブ内に凹部を備える。
【００２３】
遠心分離装置の実施形態では、カートリッジ保持体の内壁を備える第１のカートリッジ保持体要素が少なくとも、内壁がカートリッジ保持体の中心軸の周りで回転でき、軸受組立体を介して回転板にスライド可能に連結され、好ましくは軸受組立体が玉軸受組立体である。
【００２４】
遠心分離装置の実施形態では、カートリッジ保持体は、処理カートリッジが使用中に回転板の下面から貫通通路に入れるように配置される。
【００２５】
遠心分離装置の実施形態では、遠心分離装置は、カートリッジ装填トレイと、処理カートリッジを少なくとも１つのカートリッジ保持体内に装填するためのカートリッジ装填ピストンと、処理カートリッジをカートリッジ保持体から放出するためのカートリッジ放出ピストンと、を備える。好ましい実施形態では、装填ピストンと放出ピストンとは、カートリッジ装填トレイおよび回転板の両側に同軸に配置され、任意選択でカムシャフト組立体によって制御され得る。
【００２６】
遠心分離装置の実施形態では、遠心分離装置は、回転板および少なくとも１つのカートリッジ保持体の回転を制御するための少なくとも１つのモータを備える。
【００２７】
遠心分離装置の実施形態では、遠心分離装置は、処理カートリッジにおいて実施される処理の制御、検出、および／または分析のための光学システムを備える。
【００２８】
第２の態様では、本発明は、上面と、下面と、周辺側壁と、を備える、第１の態様による遠心分離装置のための処理カートリッジを提供し、周辺側壁は、上面から離れる方を向いた少なくとも１つの第１の当接面を備える。好ましい実施形態では、第１の当接面は、カートリッジの中心軸に対して角度の付けられた／傾斜された周辺側壁の区域の一部である（つまり、第１の当接面は、弾性係止組立体によって第１の当接面に加えられる力がカートリッジを少なくとも１つの停止要素に押し付ける／押し当てるように、処理カートリッジの上面から離れる方を向く）。
【００２９】
処理カートリッジは、周辺側壁の主要な一部分の周りで延びる単一の第１の当接面を備え得る、または、周辺側壁に沿って配置される少なくとも２つもしくは少なくとも３つの別々の第１の当接面を備え得る。
【００３０】
処理カートリッジの上面および下面は、好ましくは平行である第１の面および第２の面とそれぞれ称されてもよい。
【００３１】
処理カートリッジの実施形態では、周辺側壁は、下面から離れる方を向いた少なくとも１つの第２の当接面を備える。好ましい実施形態では、少なくとも１つの第２の当接面は、周辺側壁に配置された少なくとも１つのリブ／突起に配置され、好ましくは少なくとも３つの離間されたリブ／突起に配置される。リブ／突起は周辺側壁の周りで均一に離間され得る。第２の当接面は処理カートリッジの中心軸に対して垂直であり得る。
【００３２】
処理カートリッジの実施形態では、周辺側壁は、下面から上面へと延びる凹部を備える。さらなる実施形態では、凹部は、第２の当接面を提供する肩要素を備える。
【００３３】
実施形態では、処理カートリッジは、周辺側壁に配置された２つのリブ／突起の各々に配置された第２の当接面と、下面から上面へと延びる凹部の肩要素に配置された第２の当接面とを備える。
【００３４】
処理カートリッジの実施形態では、上面、下面、および周辺側壁は円板形の本体を定める（つまり、周辺側壁は実質的に円形である）。
【００３５】
処理カートリッジの実施形態では、カートリッジの内部容積が微小流体処理回路を備える。
【００３６】
第３の態様では、本発明は、第１の態様による遠心分離装置と、第２の態様による処理カートリッジとを備える処理システムを提供する。
【００３７】
処理システムの実施形態では、回転板の上面は、処理カートリッジがカートリッジ保持体内に解放可能に固定されるとき、処理カートリッジの上面より高い鉛直方向高さにある。
【００３８】
第４の態様では、本発明は、カートリッジ装填トレイとカートリッジ装填ピストンとを備える、第１の態様による遠心分離装置内に処理カートリッジを装填する方法であって、
−  好ましくは第２の態様による処理カートリッジである処理カートリッジをカートリッジ装填トレイに装填するステップと、
−  処理カートリッジの中心線がカートリッジ保持体の中心線と一列になるようにカートリッジ装填トレイを移動させるステップと、
−  処理カートリッジが少なくとも１つのカートリッジ保持体に押し込まれ、それによって処理カートリッジがカートリッジ保持体内に解放可能に固定されるように、カートリッジ装填ピストンを鉛直方向に移動させるステップと、
を含む方法を提供する。
【００３９】
方法の実施形態では、カートリッジ装填ピストンは、処理カートリッジが下から少なくとも１つのカートリッジ保持体に押し込まれるように鉛直方向上向きに移動させられる。
【００４０】
「処理カートリッジ」という用語は、カートリッジ内に導入される適切な試料に対して分析、検定などを実施するのに適すると共に、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）および合成化学反応などの様々な種類の化学反応を実施するのに適する内部流体回路を備えるチップ／カートリッジを意味するように意図されている。
【００４１】
「弾性係止組立体」という用語は、好ましくは弾性力を加えることで、処理カートリッジを解放可能に固定することができる任意の適切な弾性係止装置を意味するように意図されている。
【００４２】
「弾性要素」という用語は、弾性力を相互係止する装置または表面に提供できる任意の適切な要素を定義するように意図されている。本明細書では、弾性要素が、好ましくは弾性力である力を処理カートリッジの第１の当接面に提供することができる要素である。
【００４３】
「解放可能に固定される」という用語は、処理カートリッジが、弾性係止組立体によって処理カートリッジに加えられる弾性力に打ち勝つだけの力を処理カートリッジに加えることで解放され得るように固定されることを意味するように意図されている。
【００４４】
「第１の当接面」という用語は係止面とも称され、「第２の当接面」は停止面とも称され得る。第１の当接面および第２の当接面の各々は、単一の連続面または複数の別々の面であり得る。
【００４５】
「処理システム」という用語は、処理カートリッジ内に導入される適切な試料に対して分析、検定などを実施するのに適すると共に、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）および合成化学反応などの様々な種類の化学反応を処理カートリッジ内で実施するのに適するシステムを定義するように意味されている。
【００４６】
ここで、本発明の実施形態が、単なる例として、以下の図面を参照して、より詳細に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明による遠心分離装置の実施形態の斜視図である。
【図２】照明および光学的な組立体が取り外されている、図１における遠心分離装置の斜視図である。
【図３】図１および図２における遠心分離装置の回転組立体の斜視図である。
【図４】解放可能に固定された処理カートリッジを備える、図１および図２における遠心分離装置のカートリッジ保持体の上面図である。
【図５】図４におけるカートリッジ保持体の側面図である。
【図６】図４におけるカートリッジ保持体の下面図である。
【図７】図４におけるカートリッジ保持体の断面での側面図である。
【図８】図４におけるカートリッジ保持体の分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
本発明による例示の遠心分離装置１が図１に示されている。特定の要素が図示の目的のために除去されている遠心分離装置のさらなる図が、図２および図３に示されている。
【００４９】
遠心分離装置１は、分析の検定、化学的処理などのために使用されるマイクロチップまたはカートリッジの中の液体処理および流れ制御のために使用できる。マイクロチップまたはカートリッジは、本明細書において、概して処理カートリッジと称される。本遠心分離装置の使用によって、少なくとも２つの次元での流体要素の制御された処理が実施され得る。
【００５０】
図１〜図３を参照すると、遠心分離装置１は水平方向に配置された回転板３を備える。回転板３は、上面４と下面５とを有し、板３の中心（つまり、板の中心軸）を貫いて交差する第１の鉛直軸Ｃ１の周りで回転させられるように適合されている。
【００５１】
遠心分離装置１は２つのカートリッジ保持体１５、１５’をさらに備える。カートリッジ保持体は、回転板３に配置され、図３に見られるように、第１の軸Ｃ１の両側に対称的に配置されている。各々のカートリッジ保持体は、それぞれの鉛直な第２の軸Ｃ２、Ｃ２’（つまり、各々のカートリッジ保持体の中心軸）の周りで回転するように配置され、その第２の軸の周りで時計回りおよび反時計回りの両方で回転させられ得る。各々のカートリッジ保持体は、処理カートリッジ２を収容して解放可能に固定するように適合されている。カートリッジ保持体に固定されたとき、処理カートリッジは、それぞれのカートリッジ保持体と第２の軸Ｃ２、Ｃ２’の周りで一緒に回転することになる（また、回転板３が回転されるとき、第１の軸Ｃ１の周りでも回転することになる）。カートリッジ保持体の詳細および処理カートリッジの外部の設計は図４〜図８に示されており、後でさらに説明される。
【００５２】
遠心分離装置１は第１のサーボ機構モータ１７ａと第２のサーボ機構モータ１７ｂとをさらに備える。一般に、サーボ機構モータ（またはサーボモータ）は、正確な回転速度および回転位置が定められて常に監視され得るモータを表す。サーボ機構モータ１７ａ、１７ｂは回転板３の反対の側／面にある。第１のモータ１７ａは回転板３の下方に位置決めされており、第２のモータ１７ｂは回転板３の上方に位置決めされている。
【００５３】
第１のモータ１７ａは、回転板３を第１の軸Ｃ１の周りに回転させるように配置されている。そのために、第１のモータ１７ａは、第１の駆動シャフト（図示略）を介して回転板３に固定またはしっかりと結合され得る。第１の駆動シャフトは、第１のモータ１７ａの別体のシャフトまたは出力シャフトであり得る。第１の駆動シャフトは第１の軸Ｃ１と同軸である。第１の駆動シャフトに対する第１のモータ１７ａの回転比は、ここでは１：１であり、つまりモータの１回転がシャフトの１回転に対応している。第２のモータ１７ｂは、２つのカートリッジ保持体１５、１５’を駆動または回転させるように適合されている。第２のモータ１７ｂは、図３においてより詳細に示されているように、カートリッジ保持体１５、１５’の各々に機械的に連結または結合されている。
【００５４】
図３を参照すると、第２のモータ１７ｂは、第１の軸Ｃ１と同軸の（かつ第１の駆動シャフトと一直線にされた）第２の駆動シャフト１８を有する。第２の駆動シャフト１８に対する第２のモータ１７ｂの回転比は１：１である。第２の駆動シャフト１８は回転板３においてギヤまたは歯車１９で終端となっている。ギヤ１９は、第２の駆動シャフト１８にしっかりと結合されているが、回転板３にはしっかりと結合されていない。ギヤ１９は、各々のカートリッジ保持体に１つずつのセットである、中間ギヤ組立体２０、２０’の２つのセットとさらに係合している。中間ギヤ組立体２０、２０’の各々は、それぞれのカートリッジ保持体１５、１５’の外周に配置されたギヤ２１または歯のセット（図５〜図７参照）とさらに係合する。第２のモータ１７ｂとギヤ２１（または、結果的にカートリッジ保持体）との間のギヤ比は例えば７２：１であり得るが、任意の適切な比が可能である。
【００５５】
遠心分離装置は、回転板３およびカートリッジ保持体１５、１５’の回転を制御するための適切な制御手段（図示略）をさらに備え得る。
【００５６】
この実施形態では、遠心分離装置は、回転板３およびカートリッジ２の方に向けられたストロボ光源およびカメラを備える第１の光学分析制御システム２２を備える。これは、カートリッジ２の流体回路内で、様々な試薬、試料、分析ビーズ、溶媒などを方向付けるための遠心分離過程を監視および制御するために使用される。
【００５７】
遠心分離装置は第２の光学分析制御システム２３も備える。このシステムは、カートリッジ２の方に向けられた、カートリッジの流体回路内で得られる処理結果を分析するために使用される光線を生成する。処理結果は、例えば化学反応の最終生成物、または流体回路１６で実施された試料の検定で得られた分析ビーズのセットであり得る。光学分析制御システム２３は、カートリッジ２上の光線が当たる場所を監視するために、カートリッジ２の形状を視覚化するためのカメラをさらに備え得る。これは、光線に対するカートリッジ２の正確な位置決めのために、回転板３およびカートリッジ保持体１５の回転を微調整するのに使用される。光線からの反射光、または光線に反応して処理結果物から発された光が、処理結果の特性を決定するために検証される。
【００５８】
代替および／または追加の分析制御システムが、例えば、参照により組み込まれている特許文献１（８頁３１行目〜１０頁２３行目）に記載されている。
【００５９】
別々のモータに各々連結される２つの同軸の駆動シャフトの使用によって回転板およびカートリッジ保持体の必要とされる回転移動を得る基本的な解決策は、例えば特許文献６および特許文献７に開示されている。本発明の遠心分離装置は、回転板およびカートリッジ保持体（つまり、同軸の駆動シャフトを有する２つのモータ）の必要な回転移動を得るために特定の好ましい設計を参照することで記載されるが、他の解決策が本開示に基づいて当業者には明らかとなる。このような代替の解決策は、例えば回転板を回転させるための第１のモータと、カートリッジ保持体の各々のための別々の第２のモータと、を備えてもよい。第２のモータは、例えば回転板上またはその内側に配置され、好ましくは回転板の中心軸に対して対称的に配置され得る。
【００６０】
遠心分離装置１の回転板３に配置された有利なカートリッジ保持体および適切な処理カートリッジ２の詳細は、図４〜図８に示されている。
【００６１】
カートリッジ保持体は、回転板３の上面４から下面５へと延びる貫通通路６を包囲する内側壁７を備える。貫通通路、または少なくともカートリッジがそこから挿入される通路の端部は、通路６が処理カートリッジ２を収容することができるように、処理カートリッジ２の外周に実質的に対応する断面を有する。
【００６２】
処理カートリッジ２は、図６〜図８を見ると、円板形の本体を定める上面２７、下面２８、および周辺側壁２９を備える。周辺側壁は、係止面９（つまり、少なくとも１つの第１の当接面）と、複数の停止面１１（つまり、少なくとも１つの第２の当接面）と、を備える。係止面９は処理カートリッジの上面２７から離れる方を向いている。この実施形態では、係止面は、カートリッジの中心軸（Ｃ３）に対して角度が付けられた周辺側壁２９の下方区域の一部である。複数の停止面は、下面２８から離れる方を向き、周辺側壁２９における２つの突起／リブの上に、および鉛直凹部１３内の肩要素３１に配置される。例示の実施形態では、処理カートリッジの周辺壁とカートリッジ保持体の内壁とは、実質的に円形の断面を有する。
【００６３】
しかしながら、処理カートリッジの周辺壁とカートリッジ保持体の対応する内壁とは、他の実施形態では、長方形、正方形、または楕円形など任意の適切な断面を有する。
【００６４】
内側壁７は、処理カートリッジ２における協働する係止面９（つまり、少なくとも１つの第１の当接面）と相互作用するようにバネ２５（つまり、複数の弾性要素を備える弾性係止組立体）によってあらかじめ力が加えられた複数の球体８を備える。球体８は、内壁に沿って同じ鉛直方向高さに位置決めされ、内壁７にある複数の対応する開口２６を通じて延びている。したがって、処理カートリッジが通路６に挿入されるとき、球体８はそれらのそれぞれのバネ２５に抗して最初に押され、カートリッジの上方区域を通過させることができる（つまり、カートリッジはバネによって提供される弾性力に打ち勝つだけの力で押される）。処理カートリッジの上方区域の通過後、球体はそれぞれのバネによって下方区域で係止面９を押し付けるようにさせられる。カートリッジ保持体に収容されるときに処理カートリッジを所定の鉛直方向高さに保持するために、カートリッジ保持体は、内壁７に配置された２つの凹部１０と、鉛直リブ１２内に配置された１つの凹部（つまり、停止要素）（図示略）と、を備える。内壁における２つの凹部１０の各々は、処理カートリッジの２つのリブ／突起３０のうちの一方に配置されたそれぞれの停止面１１と相互作用し、鉛直リブ１２内の凹部は、処理カートリッジの凹部１３の肩要素３１と相互作用する。このようにして、処理カートリッジは、カートリッジ保持体に挿入され、所定の高さに、解放可能に固定される。二軸遠心分離装置における処理カートリッジの処理の間、処理カートリッジは、その中心軸Ｃ２の周りでの回転において大きなＧの力および高速な変化に曝される。高い正確性の再現可能な結果を得るために、処理カートリッジの鉛直方向高さは、常に所定の高さに維持されなければならない。弾性係止組立体と停止要素とを備える本カートリッジ保持体の利点は、処理カートリッジが処理全体を通じて、所定の鉛直方向高さにしっかりとかつ解放可能に保持されることである。処理カートリッジの周辺側壁に配置された係止面９および停止面１１を有することのさらなる利点は、カートリッジの上面および下面の全体が光学読取分析制御システム２２、２３にとって視認可能であり、必要とされる液体回路１６を設計するとき、カートリッジ容積の最大限の利用と優れた柔軟性とを可能にすることである。
【００６５】
図４〜図８のカートリッジ保持体１５は、３つの主要な環形の要素、すなわち内壁７を備える第１の要素３５（つまり、第１のカートリッジ保持体要素）と、玉軸受３７を備える第２の要素３６と、ギヤ２１を備える第３の要素３８と、を備える。第２の要素は、回転板３にしっかりと連結されるかまたは回転板３に埋め込まれる外側区域３９と、第１の要素および第３の要素にしっかりと連結される内側区域４０と、を有する。したがって、第３の要素がギヤ２１と中間ギヤ組立体２０との間の相互作用によって回転させられると、第１の要素は回転板３に対して回転する。
【００６６】
本発明によるカートリッジ保持体および処理カートリッジは、図４〜図８に開示されているような特定の実施形態を参照して記載されている。しかしながら、貫通通路６を有し、処理カートリッジにおける対応する係止面および停止面も有する、カートリッジ保持体における使用に適する他の種類の弾性係止組立体および停止要素が、本明細書の教示に基づいて当業者には明らかとなる。代替の係止組立体は、例えば処理カートリッジにおける係止面との直接的な相互作用のために内壁に配置される、任意の種類の適切な弾性クリップ留具などを備えてもよい。さらに、最も単純な実施形態では、カートリッジ保持体は、処理カートリッジとの相互作用に適する係止組立体および停止要素を備えてもよく、係止面および停止面は、それぞれ処理カートリッジの下面の一区域および上面の一区域である。
【００６７】
カートリッジ保持体の設計、具体的には貫通通路と弾性係止組立体との組み合わせは、カートリッジ保持体に対する処理カートリッジの高度に有利な自動的な装填および／または放出を可能にする。
【００６８】
使用中、処理カートリッジは、カートリッジ装填トレイ２４（図１には閉位置で示されている）を介して遠心分離装置に挿入される。カートリッジ装填トレイは、一般的なＣＤ装填トレイと実質的に同様である。トレイは、処理カートリッジ２を収容するように配置され、トレイに配置された処理カートリッジの下方に配置された中央開口（図示略）を備える。カートリッジ装填トレイが開位置（図示略）にあるとき、操作者は、続いて遠心分離装置に挿入する（つまり、カートリッジ装填トレイを閉位置へと移動させることで）ために、処理カートリッジ２をカートリッジ装填トレイ２４上に配置できる。閉位置において、処理カートリッジはカートリッジ保持体１５、１５’の一方のすぐ下方に配置され得る。遠心分離装置は、処理カートリッジをカートリッジ保持体１５、１５’の一方に装着するためのカートリッジ装填ピストン３２と、処理カートリッジをカートリッジ保持体の一方から放出するためのカートリッジ放出ピストン３３と、を特徴とする。装填ピストンと放出ピストンとは、カートリッジ装填トレイおよび回転板３の両側に同軸に配置され、カムシャフト組立体３４によって制御され得る。処理カートリッジの装填の間、装填ピストン３２は、鉛直方向上向きに移動されて処理カートリッジの下面２８と係合し、カートリッジ２をカートリッジ保持体１５の通路６内に下から押し込む。装填ピストン３２は、弾性係止組立体の弾性力に打ち勝つだけの力をカートリッジに加える。処理の後、処理カートリッジはカートリッジ保持体１５からカートリッジ装填トレイ２４へと放出される。カートリッジを放出するとき、放出ピストン３３は、鉛直方向下向きに移動されて処理カートリッジの上面２７と係合し、カートリッジをトレイに押し込む。放出ピストン３３は、弾性係止組立体８、２５の弾性力に打ち勝つだけの力をカートリッジ２に加える。
【００６９】
本発明は、カートリッジ保持体の下方に配置されたカートリッジ装填トレイから、カートリッジ保持体に対してカートリッジ２を自動的に装填／放出するための特定の機械的なカムシャフト組立体３４を参照して記載されている。しかしながら、カートリッジ保持体に対するカートリッジ２の自動的な装填／放出を得るための他の解決策が、本開示に基づいて当業者には明らかとなる。
【００７０】
処理カートリッジ２は内部流体回路または微小流体回路を備える。概略的な流体回路１６が、例示の目的のために図１〜図３のカートリッジに示されている。処理カートリッジの流体回路は、例えば全血試料に対して様々な種類の分析の検定を実施するための試料を処理するために、またはポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）および合成化学反応を含む様々な化学反応を処理するために、設計され得る。カートリッジは、例えばｎＬの量、μＬの量、またはｍＬの量の様々な液体を取り扱い、処理、および移送するための微小通路および様々な液体用空洞を備える。さらに、カートリッジは光学的に透明または半透明であり得る。これは、カートリッジ全体を通じた、液体の移送、発色現象、分離などの研究を可能にする。試料は、液体試料（または液化された固体試料）、液体、血液試料などであり得る。また、カートリッジは１つまたは複数の試薬を含み得る。この遠心分離装置１に適した処理カートリッジで使用され得る例示の流体回路は、例えばその内容が本明細書において参照により組み込まれている特許文献５に開示されている。さらに、このような流体回路で実施され、流体回路に適し得る様々な方法が、国際出願第PCT/EP2015/063811号明細書、国際出願第PCT/EP2015/063817号明細書、および国際出願第PCT/EP2015/063824号明細書に開示されている。さらに、処理カートリッジは一般的に、試料の導入のためのポートを備える。しかしながら、一部の例では、例えば処理カートリッジが短い保存可能期間を有する少量の化学物質/薬物の製造のために使用される場合、必要とされる試薬は、処理カートリッジの製造中に導入されてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１  遠心分離装置
２  処理カートリッジ
３  回転板
４  上面
５  下面
６  貫通通路
７  内側壁
８  球体（弾性係止組立体）
９  係止面
１０  凹部（停止要素）
１１  係止面（当接面）
１２  鉛直リブ
１３  凹部
１５、１５’  カートリッジ保持体
１６  液体回路
１７ａ  第１のサーボ機構モータ
１７ｂ  第２のサーボ機構モータ
１８  第２の駆動シャフト
１９  ギヤ、歯車
２０、２０’  中間ギヤ組立体
２１  ギヤ
２２  第１の光学分析制御システム
２３  第２の光学分析制御システム
２４  カートリッジ装填トレイ
２５  バネ（弾性係止組立体）
２６  開口
２７  上面
２８  下面
２９  周辺側壁
３０  リブ／突起
３１  肩要素
３２  カートリッジ装填ピストン
３３  カートリッジ放出ピストン
３４  カムシャフト組立体
３５  第１の要素（カートリッジ保持体要素）
３６  第２の要素
３７  玉軸受
３８  第３の要素
３９  外側区域
４０  内側区域
Ｃ１  第１の鉛直軸
Ｃ２、Ｃ２’  第２の軸
Ｃ３  カートリッジの中心軸
Ｌ  鉛直方向高さ
【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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【国際調査報告】
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