(57)【要約】【課題】  本発明は、核酸混合物中の核酸ターゲットをマイクロ流体分析するための方法、装置を含むシステムを提供する。【解決手段】  本発明によれば、マイクロ流体システムは、増幅前に、混合物からターゲットを予備選択する（４２）。予備選択は、ターゲットに選択性を示すレセプタ上にターゲットを保持させ、その後、保持されていないターゲット以外の核酸を除去することによって、ターゲットに関して混合物を濃縮する。その後、予備選択されたターゲットを、濃縮された混合物から増幅させ（４４）、検定する（４６）。【選択図】図１
2004147658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
核酸ターゲット（７２）及びターゲット以外の核酸（７４）からなる核酸混合物（６０）中の前記核酸ターゲット（７２）を分析する方法（４０）であって、
前記核酸混合物（６０）を、基材（６８）上に形成されている電子素子（６６）に含まれる電極（８０）に引き付けるステップ（５０）と、
前記電極（８０）付近に配置されているレセプタ（７８）に前記ターゲット（７２）を結合させることによって、前記ターゲット（７２）を選択的に保持するステップ（５２）と、
保持されていない核酸（７４）を除去することにより、前記ターゲット（７２）に関して前記混合物（６０）を濃縮するステップ（５４）と、
前記濃縮された混合物から前記ターゲット（７２）を増幅するステップ（４４）と、
からなる方法。
【請求項２】
前記濃縮するステップ（５４）が、流体（７６）を機械的に流動させることにより、前記保持されていない核酸（７４）を少なくとも部分的に移動させるステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記移動させるステップが、加熱、及び前記レセプタ（７８）への電界の適用のうちの少なくとも一方によって設定される結合が厳密な条件下で行われる請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記引き付けるステップ（５０）及び前記保持するステップ（５２）が、第１の区画（１６４）において行われ、前記増幅するステップが異なる第２の区画（１６６）において行われる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記増幅されたターゲットを検出するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記レセプタ（７８）が、前記ターゲット（７２）に対して少なくとも実質的に相補的な核酸であり、該核酸が前記電極（８０）に接続されている請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記レセプタ（７８）が第１のレセプタであり、該方法（４０）が前記増幅されたターゲットを検定するために第２のレセプタを前記増幅されたターゲットに接触させるステップをさらに含み、前記第２のレセプタが前記ターゲット（７２）に選択的に結合するように構成されている請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のレセプタ及び前記第２のレセプタが同一である請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のレセプタ及び前記第２のレセプタが構造的に異なり、空間的に分離されている請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記増幅するステップの前に、前記保持されているターゲットを移動させるステップをさらに含む請求項１に記載の方法（４０）。
【請求項１１】
核酸ターゲット（７２）を含有している核酸混合物（６０）中の前記核酸ターゲット（７２）を分析するためのマイクロ流体デバイス（１１４）であって、
少なくとも部分的にチャンバを画定する基材部分（２５８）であって、基材（２６０）及び該基材（２６０）上に形成されている電子素子（１５８）を構成要素として含んでおり、該電子素子（１５８）が少なくとも第１及び第２の電極（２７２）を含んでおり、該電極の各々が前記チャンバ内に電界を形成するよう動作可能な前記基材部分と、
特異的に前記ターゲット（７２）を結合させるための第１及び第２のレセプタ（７８）であって、それぞれが異なっており、且つ前記第１の電極（２７２）及び前記第２の電極（２７２）にそれぞれ接続されている前記第１及び第２のレセプタと、
からなるマイクロ流体デバイス。
【請求項１２】
前記チャンバが複数のチャンバであり、前記第１の電極（２７２）と第２の電極（２７２）とが異なるチャンバ内に配置されている請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
核酸ターゲット（７２）とターゲット以外の核酸（７４）とからなる核酸混合物（６０）中の前記核酸ターゲット（７２）を分析するためのマイクロ流体デバイス（１１４）であって、
流体連通している第１及び第２のチャンバを少なくとも部分的に画定する基材部分（２５８）であって、基材（２６０）と該基材（２６０）上に形成されている電子素子（１５８）とを構成要素として含んでおり、該電子素子が前記第１のチャンバ内に電界を形成するよう動作可能な第１の電極（２７２）と、前記第２のチャンバ内に電界を形成するよう動作可能な第２の電極（２７２）とを含んでいる前記基材部分と、
特異的に前記ターゲット（７２）を結合させるための第１及び第２のレセプタ（７８）であって、該第１及び該第２のレセプタ（７８）が前記第１の電極（２７２）及び前記第２の電極（２７２）にそれぞれ接続されている前記第１及び第２のレセプタと、
からなるマイクロ流体デバイス。
【請求項１４】
前記電子素子（１５８）が、前記ターゲット（７２）と前記第１のレセプタ（７８）との結合を無効にするよう動作可能な加熱素子を含んでいる請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記基材部分（２５８）に接続されており、少なくとも部分的に機械的に流体を流動させることにより前記チャンバを通して前記流体を移動させるように構成されている流体ハンドリング部（１４２）をさらに含んでいる請求項１１から１４のいずれか１つに記載のデバイス。
【請求項１６】
核酸ターゲット（７２）とターゲット以外の核酸（７４）とからなる核酸混合物（６０）中の該核酸ターゲット（７２）を分析するためのマイクロ流体デバイス（６２）であって、
前記核酸混合物（６０）を引き付けるための手段であって、基材（６８）上に形成されている電子回路（６６）に含まれる電極（８０）を含んでいる前記引き付けるための手段と、
前記引き付けるための手段の付近にある、前記ターゲット（７２）を選択的に保持するための手段と、
前記ターゲット（７２）に関して前記混合物（６０）を濃縮するために、保持されていない核酸（７４）を除去する手段と、
濃縮された混合物から前記ターゲットを増幅するために、前記濃縮された混合物を熱サイクルにかけるための手段と、
からなるマイクロ流体デバイス。
【請求項１７】
前記増幅されたターゲットを検定するための手段をさらに含んでいる請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記除去するための手段が、流体を機械的に移動させるための手段を含む請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記熱サイクルにかけるための手段が、前記電子素子（６６）内に含まれている請求項１６に記載のデバイス。
【請求項２０】
核酸混合物（６０）中の核酸ターゲット（７２）を分析するためのマイクロ流体デバイス（６２）であって、
前記混合物（６０）から前記ターゲット（７２）を予備選択するための手段（４２）と、
前記予備選択されたターゲットを増幅するための手段（４４）と、
増幅後に前記予備選択されたターゲットを検定するための手段（４６）と、
からなるマイクロ流体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核酸を分析するための装置に関し、さらに詳細には、マイクロ流体システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ゲノム配列決定及びプロテオミクスの急速な進歩によって、バイオテクノロジ分野における生物学的検体内の核酸を分析するための、より高速で、より効率的な装置の開発が押し進められてきている。したがって、バイオテクノロジ分野では、しばしばラボ・オン・ア・チップと呼ばれる、検体分析用の小型のマイクロ流体デバイスの開発に向けて大きな力が注がれてきている。そのような装置は、ごく微量の流体の検体を分析することができ、試薬及び検体をより経済的に利用できるようにするとともに、場合によっては、検定の速度を著しく速めることができる。中でも人体の健康状態の判定、遺伝子検査及び病原体検出は、これらの装置のおかげで、将来、臨床環境あるいは現場において非常に速やかに実行されるルーチン化された比較的低コストの手順となる可能性がある。
【０００３】
そのようなマイクロ流体の可能性にもかかわらず、少量の希薄なターゲット核酸の分析は、マイクロ流体デバイスにとって技術的に大きな問題となる。一般的な核酸分析は、最初の検体処理において、全ての核酸を非選択的に単離することを基礎とする。その後、概ね全ての単離された核酸が存在する中で、核酸ターゲット（単数又は複数）を選択的に増幅させ、その後、増幅されたターゲットを検定する。しかしながら、多くの場合に、そのターゲットは初期の検体処理中に比較的希薄な形で単離されており、単離された全核酸のごくわずかな部分にしか相当しない。例えば、ヒト病原体の臨床的に意義を持つレベルは、１μl（マイクロリットル）のヒト血液当たり１粒子あるいは１生物体よりもかなり少ないレベルに相当する。さらに、力価の低い病原体あるいはシングルコピー遺伝子中の対象となる遺伝子部位は、哺乳類検体から単離された全ＤＮＡの１００万分の１よりも小さい値に相当する。
【０００４】
ある検体において単離された核酸のごく一部を構成する希薄なターゲットは、そのターゲットを増幅する場合に少なくとも２つの問題をもたらすことがある。第１に、ターゲットが希薄であるので、検出可能な数のターゲット分子を含有する十分に多くの液量を確保するために、１００μｌまで、あるいはそれ以上の比較的大きなチャンバが必要とされることがある。結果として、検出可能な数のターゲット分子を入力する必要があるので、増幅前にさらに検体を処理することが必要となるか、又はいくつかのタイプのマイクロ流体デバイス、とりわけマイクロリットル以下の流量のターゲット核酸を増幅し検定する装置は利用することさえできないことがある。大量の希薄な検体では、かえって、マイクロ流体デバイスの利点が失われる。第２に、ターゲットは、多くの場合において検体内の単離された全核酸のごく一部にしか相当しないので、ターゲット以外の余分な核酸によって増幅効率が低下してしまう。例えば、ターゲット以外の核酸との副作用によって、ターゲットの増幅速度が低下し、増幅試薬が使い果たされる場合があり、その結果として、ターゲット信号の信号対ノイズ（Ｓ／Ｎ）比が少なくとも低下し、場合によってはターゲット信号が完全に消失してしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、核酸混合物中の核酸ターゲットをマイクロ流体分析するための方法、装置を含むシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
当該システムは、増幅前に、混合物からターゲットを予備選択するための方法を含む。予備選択は、ターゲットに選択性を示すレセプタ上にターゲットを保持させ、その後、保持されていないターゲット以外の核酸を除去することによって、ターゲットに関して混合物を濃縮する。その後、予備選択されたターゲットを、濃縮された混合物から増幅させ、検定することができる。その方法を実施するために構成されている装置も開示される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のマイクロ流体システムは、例えば核酸分析などの、対象となる分析物が希薄な検体を用いた場合にも、極微量の検体から対象となる分析物を検定することを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
核酸をマイクロ流体分析するための方法及び装置を含むシステムが提供される。当該システムでは、核酸ターゲットとターゲット以外の核酸との混合物から核酸ターゲットが予備選択される。予備選択中に、ターゲット以外の核酸から、ターゲットを少なくともある程度精製し、濃縮させることができる。
【０００９】
予備選択の方法は、以下のステップのいくつかあるいは全てを含むことができる。はじめに、核酸混合物をマイクロ流体チャンバに導入することができる。チャンバ内では、混合物を、電極（単数又は複数）、例えば、基材上に形成されている電子素子に含まれる電極に引き付けることができる。引き付けられた混合物中のターゲット分子は、電極付近に固定されており、且つ概ね接続されているレセプタ（単数又は複数）によって選択的に結合される。それに対して、ターゲット以外の核酸は概ね結合されないままである。次いで、結合されていない核酸を除去することにより、例えば、保持されていない核酸を大量の流体で流すことにより、あるいは保持されていない核酸を界面動電現象によって移動させることにより、ターゲットに関して混合物を濃縮することができる。次に、濃縮された混合物内のターゲットを、後続の処理のために、任意の適切な物理的、電気的及び／又は化学的処理によって、レセプタから解放することができる。
【００１０】
予備選択されたターゲットは増幅され、その後、検定することができる。増幅は、同じあるいは異なるマイクロ流体チャンバにおいて行うことができる。ターゲット以外の核酸は予備選択によって概ね除去されるので、ターゲット以外の核酸によって引き起こされる副作用が少なく、増幅をさらに効率的に行うことができる。さらに、いくつかの実施形態では、厳密度の低い増幅条件を用いて、例えば別個のターゲット種を増幅できるようになる。増幅後に、増幅されたターゲットを直に、あるいはレセプタへの結合を介して検定することができる。検定レセプタには、予備選択レセプタと同じレセプタ、又はそれと異なるレセプタを用いることができる。いずれの場合でも、例えば電界強度、温度あるいは化学的厳密度を変化させることで、検定レセプタは、予備選択と同じ、あるいはそれよりも高い厳密度で、ターゲットの検定を行うことができる。厳密度をより高くすることで、例えば遺伝子多型性を分析するために、予備選択されたターゲットを、関連はするが異なる複数の種に分割することができる。それゆえ、本明細書に記載される方法及び装置によって、希薄検体及び／又は複合検体で、核酸をより選択的に、且つ／又はさらに正確に分析できるようになる。
【００１１】
以下に記載する（Ｉ）予備選択を利用する核酸分析、（ＩＩ）一体型カートリッジを用いるマイクロ流体分析、（ＩＩＩ）マイクロ流体システム、（ＩＶ）検体、及び（Ｖ）検定、の各セクションにおいて、さらに別の形態を示す。
【００１２】
Ｉ．予備選択を利用する核酸分析
本セクションでは、予備選択を利用する核酸分析用のマイクロ流体システムについて説明する。予備選択では、ターゲット以外の核酸を少なくともある程度除去することで、核酸ターゲット（単数又は複数）に関して核酸混合物を濃縮することができる。ターゲット以外の核酸からの干渉を抑えることができるため、予備選択されたターゲットは、さらに高い効率で選択、即ち選択的に増幅及び検定することができる。予備選択を利用する分析のための例示的な方法及び装置は、本セクションにおいて後述する。予備選択を利用する分析用のカートリッジの実施形態は、セクションＩＩにおいて後述する。
【００１３】
図１には、予備選択を利用する核酸分析法４０のフローチャートを示している。４２で示すように、ターゲット選択性のレセプタを用いて、核酸ターゲットを予備選択することができる。予備選択では、ターゲット以外の核酸混合物を除去し、ターゲットを少なくともある程度精製することにより、ターゲット以外の核酸と比較して核酸混合物中のターゲットを濃縮することができる。さらに予備選択は、ターゲットを搬送するための流体の量を低減させ、それによって、選択と呼ばれる後続の選択的な反応（単数又は複数）及び／又は検定のためにターゲットを濃縮させることができる。例えば、４４で示すように、予備選択されたターゲットを選択的に増幅して、ターゲットに関与する分子の全数を増加させることができる。増幅は、セクションＩＩ〜Ｖにおいて後述する試薬、方法及び／又は装置のうちの任意のものを用いて行うことができる。その後、４６で示すように、増幅されたターゲットは、例えばセクションＩＩあるいはＶにおいて後述する検定手順のうちの任意の手順を用いて検定することができる。詳細には、例えばマイクロ流体カートリッジの検定チャンバにおいて、増幅されたターゲットをそこに配置されているレセプタあるいはレセプタアレイと接触させることにより、選択的に検定することができる（図１１〜図１７参照）。その後、増幅されたターゲットとレセプタあるいはレセプタアレイとの結合を測定することができる。
【００１４】
図２には、核酸ターゲットを予備選択する方法４２のフローチャートを示している。方法４２は、図１記載の方法４０を構成する１ステップである。
【００１５】
４８に示すように、核酸ターゲットを含有する核酸混合物をマイクロ流体チャンバに導入する。該混合物は、セクションＩＩに記載しているように、マイクロ流体デバイス内で検体を予備処理して核酸を単離することにより生成させるか、あるいは、例えば、自動あるいは手動の検体操作によって装置の外部で予備処理することができる。適切な検体としては、セクションＩＶにおいて後に示す検体のうちの任意の検体が挙げられる。その混合物は、大量の流体を流すことにより、例えば機械的に流体を流動させることにより導入することができる。代替的に、混合物は、セクションＩＩＩにおいて示すように、流体及び／又は核酸の界面動電現象によって移動させることによって、あるいは任意の他の適切なポンピング機構（単数又は複数）によって導入することができる。
【００１６】
次に、５０に示すように、混合物を電極に電気的に引き付ける。電極は、基材上に形成されている電子素子内に含まれており、単一の電極あるいは複数の電極を用いることができる。例えば、電気的に接続されている制御装置（セクションＩＩの図７参照）によって電子素子を制御することにより、各電極に電気的にバイアスをかけることも、かけないこともできる。正にバイアスをかける場合、電極は、その電極が発生する電界内で負に帯電された核酸を引き付け、それによって電極付近に混合物（及びターゲット）を電気的に濃縮させることができる。
【００１７】
その後、５２に示すように、ターゲットを電極付近に配置されているレセプタと結合させることにより保持する。保持されているターゲットは、ターゲット以外の核酸と比較してより保持されている、即ち、レセプタと結合することで所定の位置に選択的に保持されている。レセプタにターゲットが結合する速度及び／又は効率は、ターゲットの濃度と関係している。したがって、電極に混合物を引き付けるステップにより、ターゲット結合の速度及び／又は効率を向上させることができる。
【００１８】
レセプタは電極の近くに配置され、電極に接続されている。任意の適切な接続を用いることができる。例えば、電極に付着しているか、あるいは電極と結合しているゲルのような層内にレセプタを収容することによって形成される接続を用いることができる。代替的に、あるいはそれに加えて、レセプタを化学的に電極に結合させているか、あるいは、例えばレセプタに付着しているビオチンと電極に付着しているアビジン（逆もまた同様）などの特定の結合対の相互作用を介して付着させることができる。レセプタを電極に接続するのに適している他の特定の結合対は、表１あるいはセクションＶにおいて後に列挙する。より一般的には、レセプタと電極との間の接続は、予備選択中に電極にごく近接してレセプタを保持できる任意の接続関係を示すものである。
【００１９】
レセプタには、ターゲット以外の核酸と比較して、ターゲットと特異的に（又は選択的に）相互作用する任意の材料を用いることができる。例示的なレセプタには、核酸、即ち天然あるいは合成オリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、あるいは例えばペプチド核酸などのそれらと構造的に類似なものが挙げられる。そのような核酸は、ターゲットと特異的に塩基対を形成するように構成することができる。したがって、レセプタには、部分的に、あるいは完全に単鎖の核酸を用いることができ、ターゲットに少なくとも概ね相補的なものを用いることができる。レセプタは、選択的にあるいは特異的に結合できるようにする長さ、例えば、少なくとも約６、１０、１５あるいは２０ヌクレオチドの長さを有することができる。レセプタは、任意の適切なＧＣ含有量、長さ及び化学的構造を有しており、保持ステップが実施される条件下で選択的な結合を生じさせることができる。レセプタには、電極の近くに配置され、且つ／又は電極に接続されている単一の種あるいは混合種を用いることができる。例えば、ヌクレオチド多型、特に一塩基多型からなるターゲットなどの、多型性である１つあるいは複数のターゲットを保持するために、レセプタ混合物には、例えば１つあるいは複数の部位を変性した核酸などの同族の混合物を用いることができる。代替的に、あるいはそれに加えて、レセプタ混合物として、ターゲット配列とは隔置され、且つ／又は結合されない、同族でないレセプタ種の混合物を用いることができる。レセプタのさらに別の形態は、セクションＩＩ及びＶにおいて後述する。
【００２０】
レセプタの適切な構造を選択することに加えて、ターゲット保持が行われる条件を変更することによっても、結合の選択性（あるいは厳密度）を調整することができる。中でも、適切な温度、イオン強度、溶媒組成及び／又は電界強度を含む任意の適切な条件を選択することができる。温度は、マイクロ流体デバイス全体の周囲温度を制御することにより、あるいは局部的に温度を制御することにより調整することができる。そのような局部的な制御は、例えば薄膜ヒータ及び温度センサなどの電気温度制御装置によって実施することができる。イオン強度は、例えば、核酸混合物の形成中に、及び／又はイオンの界面動電現象によって決定することができる。同様に、例えば有機溶媒（例えば、ホルムアミド）の濃度などの溶媒組成は、混合物の形成中に、及び／又は後続の水あるいは有機溶媒での希釈により決定することができる。１）核酸二本鎖が単鎖に分離する温度、２）二本鎖長、３）ＧＣ含有量、４）イオン強度及び５）ホルムアミド濃度、の間の相互関係は当業者には知られており、且つ／又は実験的に決定することができる。また電子工学的な厳密度を用いて、例えば、電極（単数又は複数）に加えられる電圧及び／又は電流を制御することにより、レセプタ−ターゲット結合（及び分離）を調節することもできる。
【００２１】
ターゲットを保持した後、５４に示すように、保持されていない核酸を除去することによって、ターゲットに関して混合物を濃縮することができる。レセプタによってターゲットが選択的に保持されるので、ターゲット以外の核酸はターゲットと比較してほとんど結合されず、それゆえ保持されない、即ち所定の場所に固定されない。したがって、核酸混合物に対して非選択的に加えられる力によって、ターゲット以外の核酸が選択的に移動する。その力として、例えば、セクションＩＩにおいて示すマイクロ流体カートリッジの流体ハンドリング部を用いて、核酸混合物を含む流体を移動させるための機械的な力を用いることができる。代替的に、あるいはそれに加えて、その力として、流体及び／又は核酸を流動させる電気的な力、あるいは核酸及び／又は流体を移動させる任意の他の適切な力を用いることができる。また濃縮するステップは、例えば、弱く結合されており、且つ／又は非特異的に結合されているターゲット以外の核酸を除去するために、洗浄溶液でターゲットを洗浄するステップを含むこともできる。
【００２２】
その後、５６に示すように、予備選択されたターゲットは、レセプタとの結合から解放される。解放は、ターゲットとレセプタとの分離を促進する任意の処理によって引き起こすことができる。適切な処理として、例えば、電気温度制御装置を用いて、チャンバ内の流体を加熱することが挙げられる。代替的に、あるいはそれに加えて、そのような処理として、限定はしないが、イオン強度、溶媒組成及び／又は電界強度（電子工学的な厳密度）を変化させることが挙げられる。
【００２３】
解放されたターゲットは、図１に示されており、セクションＩＩにおいて後述するように、選択的に増幅され、検定される。選択的な増幅は、ターゲットに対して選択性を有する核酸プライマーを用いて実施することができる。１つあるいは複数のプライマーが、予備選択のために用いられるレセプタ（単数又は複数）と一致させることができるが、いくつかの実施形態においては、増幅のために用いられる各プライマーは、予備選択において用いられるレセプタ（単数又は複数）とは異なっている。そのような予備選択時のレセプタとは異なるプライマーは、レセプタに偶然に相補的であることにより予備選択されてしまったターゲットではない配列と比較して、ターゲットを選択的に増幅するための能力を向上させる。いくつかの実施形態においては、レセプタ及びレセプタ−ターゲット結合条件を選択することによって、ターゲットを選択的に検定することができる。増幅されたターゲットを検定する際に用いられるレセプタ（単数又は複数）は、予備選択のために用いられるレセプタと同一であるか、それと類似のものであるか、あるいはそれとは異なるものを用いることができる。例えば、予備選択レセプタとほとんど、あるいは全く重複しない配列を有する検定レセプタを用いることにより、より高い選択性を得ることもできる。場合によっては、予備選択レセプタは検定レセプタよりも選択性が低いものを用いることもできる。例えば、予備選択レセプタは、検定レセプタよりも、より変性されており、長さがより短く、且つ／又は厳密度のより低い結合条件下でターゲットと接触させることができる。
【００２４】
図３〜図６は、図２の方法４２を用いて、マイクロ流体デバイス６２において予備選択を行う種々の段階にある核酸混合物６０の幾分概略的な図を示している。
【００２５】
図３は、装置６２内の予備選択チャンバ６４に導入される核酸混合物６０を示している。チャンバ６４には、任意の適切な流体区画を用いることができる。ここでは、チャンバ６４は基材６８上に形成されている電子素子６６によって部分的に画定されるマイクロ流体チャンバである。電子素子は、チャンバ６４内の流体及び／又は核酸の特性を検出及び／又は変性するように構成することができる。基材には半導体あるいは絶縁体を用いることができ、特にチャンバは、基材６８及び／又は電子回路６６に取り付けられる流体障壁７０によって部分的に画定することもできる。基材、電子回路、流体障壁及び流体チャンバのさらに別の形態は、セクションＩＩ及びＩＩＩにおいて後述する。
【００２６】
混合物６０は、１つあるいは複数の分子からなる核酸ターゲット７２と、ターゲット以外の核酸７４とを含む。ターゲット以外の核酸７４は、ターゲット７２よりもかなり多く、即ち少なくとも約１０００倍は大量に存在する場合がある。混合物６０は、７６で示されるような機械的に流動させた流体によって装置６２の別の部分に受容される。電子素子６６の電極（単数又は複数）８０に接続されている相補的な単鎖レセプタ７８に結合できるようにするために、混合物６０は単鎖にすることができる。複数の電極を用いる場合、各電極は、別個のレセプタと、あるいは同じレセプタ（あるいは同一のレセプタ混合物）と接続することができる。混合物６０は、混合物の処理中に、任意の適切な二本鎖変性機構によって、いつでも単鎖にすることができる。例示的な実施形態では、混合物６０は、電子素子６６の薄膜層８２内に含まれる電子素子を用いて、チャンバ６４において熱的にあるいは電子的に変性される。代替的に、装置６２の任意の他の適切な部分において、あるいは装置６２の外部において、化学的に、熱的に及び／又は電気的に、混合物６０を変性することができる。
【００２７】
図４は、電極８０に引き付けられている核酸混合物６０を示している。８４に示すように、電極８０は正にバイアスをかけることができ、電極８０のすぐ近くに、それゆえ接続されるレセプタ（単数又は複数）７８の近くに、混合物６０を濃縮する電界を生じる。
【００２８】
また図４は、レセプタ７８との結合を介して選択的に保持されているターゲット７２も示している。ここでは、レセプタ７８は、ターゲット７２と選択的に塩基対を形成する単鎖オリゴヌクレオチドである。したがって、レセプタ７８及びターゲット７２は二本鎖の核酸８６を形成する。図に示されているように、レセプタ７８は、例えば、レセプタ７８が化学合成によって生成されるときには、ターゲット７２よりもかなり短くすることができる。
【００２９】
図５は、保持されていないターゲット以外の核酸７４を除去することにより、ターゲット７２に関して濃縮されている混合物６０を示している。７６に示すように、除去は機械的に流体を流動させることによって、あるいは流体及び／又は帯電した分子を移動させるための任意の他の適切な機構によって実施することができる。
【００３０】
図６は、レセプタ７８から解放された後の予備選択されたターゲット７２を示している。該解放は、温度作用、化学的作用、及び／又は電気的作用を利用する任意の適切な機構によって実施することができる。予備選択によって、ターゲット以外の核酸７４からターゲット７２が少なくともある程度精製される。
【００３１】
精製されたターゲットは、予備選択チャンバ６４において、あるいは装置６２内の別の場所で、増幅及び検定を含むさらに別の処理が施される。例えば、精製されたターゲットは、増幅のために別のチャンバに移され、その後、検定のために予備選択チャンバ６４に戻される。この場合には、レセプタ７８をターゲットの予備選択及び検定の両方の場合に用いることができるか、あるいはチャンバ６４内の同じサイトか、又は異なるサイトのいずれかにおいて、異なるレセプタを検定の場合に用いることもできる。他の実施形態では、精製されたターゲットは予備選択チャンバ６４において増幅され、チャンバ６４において、あるいは異なるチャンバにおいて検定するができる。
【００３２】
セクションＩＩにおいてさらに十分に記載するように、混合物６０は予備選択チャンバ６４の容積よりもかなり多くの量を有することができ、結果として、方法４２の一部が周期的に実施されるようになる。例えば、方法４２のステップ４８〜５４は、チャンバ６４によって保持される混合物６０の総量に応じて、繰返し実施することができる。ステップ４８〜５４は、予備選択チャンバ６４を通る混合物７２の流れに合わせて実施することができる。
【００３３】
ＩＩ．一体型カートリッジを用いるマイクロ流体分析
核酸をマイクロ流体分析するための方法及び装置を含むシステムが提供される。該システムは、入力ポート（単数又は複数）において検体（単数又は複数）を受容し、検体を予備処理して核酸を単離し、対象の１つあるいは複数の核酸（核酸種）を得るために単離された核酸を検定するように構成されているカートリッジを構成要素として含んでいる。前記システムは、セクションＩに示すように、ターゲットを予備選択し、増幅し、検定するために用いることができる。カートリッジと電気的に、及び任意選択として、機械的に、光学的に及び／又は音響的に連動する制御装置によって、カートリッジの動作を制御することができる。カートリッジは別個の部分あるいは装置を構成要素として含んでいる。それらには、巨視的な、即ち大量の流体を操作するための流体ハンドリング部と、微視的な、即ち少量の流体を操作するための、流体連通している電子工学的検定部とが含まれる。これら２つの部分は個別の機能を発揮する。流体ハンドリング部は、検体及び試薬を保持し、搬送し、経路を決定し、且つ／又は受容する貯蔵室を有しており、検体から対象の核酸あるいは他の分析物を単離する予備処理サイトも構成要素として含んでいる。流体ハンドリング部は、試薬及び単離された核酸（あるいは分析物）を電子検定部に搬送し、そこで、核酸のさらに別の処理及び検定を電子工学的にやり遂げることができる。
【００３４】
流体ハンドリング部あるいは流体ハンドリング装置は、巨視的世界（すなわち、ユーザ）とカートリッジとの間の種々のインターフェース機構を提供することができる。例えば、流体ハンドリング部は、検体を受容するための流体インターフェース、即ち入力ポートと、制御装置に電気的に接続するための電気的インターフェースとを提供する。また流体ハンドリング部は、例えば、バルブ、ポンプを機械的に制御したり、圧力をかけるなどの、制御装置との機械的なインターフェースを提供することもできる。代替的に、あるいはそれに加えて、流体ハンドリング部には、制御装置に対して着脱するために、マイクロ流体デバイスが把持され、容易に取り扱われるようにするためのユーザインターフェースを設けることもできる。機械的インターフェース及びユーザインターフェースはいずれも、流体ハンドリング部の外側領域を形成するハウジングによって設けることができる。
【００３５】
流体ハンドリング部は、流体ハンドリング部及び検定部のうちの選択された区画を介して、時間的及び空間的に制御された状態で、流体、試薬及び／又は検体を収容し、特定の方向に流動させるように構成されている。したがって、流体ハンドリング部は、検体を予備処理及び／又は処理する際に用いられる流体を保持するための試薬チャンバと、流体ハンドリング部及び検定部の片方あるいは両方から廃棄流体及び副生物を受容するための廃棄物チャンバと、検体入力サイトと試薬及び廃棄物チャンバとを流体連通するように相互に接続する中間チャンバ／流路とを含むことができる。中間チャンバには、検体を予備処理し、検体から核酸を単離するためのサイト（単数又は複数）が含まれる。
【００３６】
流体ハンドリング部は、流体を操作する際の主な区画を有している。流体ハンドリング部は、機械的に流動させた流体によって、流体ハンドリング部及び検定部を通して、試薬及び検体を移動させることができる。さらに、この部分は、電子検定部よりも、流体のためのより大きな容積を有している。したがって、流体ハンドリング部は、任意の必要な分枝及び／又は複合流体ネットワーク構造を提供するプロセス及び材料を用いて形成することができる。例えば、流体ハンドリング部は、射出成形あるいは他の適切な方法を用いて、実質的にプラスチックから形成することができる。さらに、流体ハンドリング部の流体ネットワークを、任意の適切な３次元形状内に延在させることができ、一般的に、平坦な表面に沿って流体ネットワークを画定することは要求されない。それゆえ、流体ハンドリング部は、流体ネットワーク内の種々の次元の別の経路を介して流体の経路を柔軟に決定することができる。いくつかの実施形態では、流体ハンドリング部は、共有面から２ｍｍ以上離れて延在する流路を画定することができる。
【００３７】
検定部あるいは検定装置はチップ部とも呼ばれ、流体ハンドリング部に流体連通しており、流体ハンドリング部に固定することができる。検定部は、ユーザが直に流体を扱うインターフェースではない場合があり、即ち検定部は、流体ハンドリング部から直に検体あるいは試薬を受容するが、一般的には外部環境から直には受容しない。
【００３８】
検定部は、半導体素子（トランジスタ、ダイオード等）及び薄膜素子（薄膜抵抗器、導体、パッシベーション層等）を含む、電子素子とも呼ばれる電子回路を含むように構成されている。そのような電子素子は、検定部内のベース層あるいは基材上に形成される。本明細書において用いられるような用語、基材「上に形成される」は、半導体素子及び薄膜素子が基材上及び／又は基材内に形成されることを意味する。適切な基材は一般的には平坦であり、半導体（例えば、シリコンあるいはガリウムヒ素）あるいは絶縁体（例えば、ガラス、セラミックあるいはアルミナ）を含む。半導体基材の場合には、半導体素子は基材内に直に、即ち基材の表面に、及び／又は表面の下に形成される。絶縁性基材の場合には、例えば、フラットパネルの応用形態の場合に用いられるように、基材上に半導体層をコーティングされる。
【００３９】
基材は、検定部を構築する役割を果たす。基材は、流体障壁に取り付けることができ、流体障壁は、基材及び電子回路とともに少なくとも１つの流体区画を画定することができる。基材は一般的に平面あるいは平坦な表面を有するので、基材及び関連する電子回路によって部分的に画定される流体区画及び他の流体区画は、平坦な基材構造によって制約される空間形状を有する。電子回路、あるいは少なくともその薄膜部分は、基材の表面上に配置されており、流体区画に対して動作可能に配置され、流体区画内の核酸を処理する電子素子を提供する。それに対して、基材の反対側の表面は流体ハンドリング部に隣接することができる。
【００４０】
検定部は、流体ハンドリング部よりもかなり小さい流体容積を有する。検定部内に形成される処理チャンバは、適切な基材の構造に制限される。したがって、検定部内のチャンバの寸法の少なくともいくつかは、流体ハンドリング部内の流体チャンバの寸法よりも著しく小さく、約５０μｌ未満、好ましくは１０μｌ未満、さらに好ましくは１μｌ未満の容積を有している。したがって、動作可能に接続されている電子回路を用いることによって、検定部の処理チャンバは、そのチャンバの静的な流体容積の何倍もの量の流体の検体を処理することができる。例えば、検定部は、核酸を保持しつつ、大量の流体を流体ハンドリング部に戻すことができるようにすることによって、流体ハンドリング部から受容した流体内の核酸を濃縮することができる。したがって、カートリッジの個別の部分が、個別の流体操作及び検体処理ステップを共同して実施する。さらに、以下に示すカートリッジ及び方法の形態は、セクションＩＶに示す検体のうちの任意のものに用いることができ、且つ／又はセクションＶに示す検定のうちの任意のものに用いることができる。
【００４１】
図７〜図９は、検体、特に核酸を含む検体を処理及び分析するためのマイクロ流体システム１１０の一実施形態を示している。図７及び図８は、それぞれシステムの外面図及び断面図を示している。図９は、システムの選択された形態を示しているシステム１１０の概略図である。システム１１０は、制御装置１１２と、制御装置１１２に電気的に接続されるように構成されている一体型カートリッジ１１４とを構成要素として含んでいる。図７及び図８では、制御装置によって収容され、それゆえ制御装置内に設置され、位置決めされたカートリッジ１１４が示されている。本明細書において用いられるとき、用語「カートリッジ」とは、より大きな制御装置内に設置されるように設計される小型のモジュラユニットを意味する。本明細書において用いられるとき、用語「設置される」とは、一般的にカートリッジを制御装置に少なくとも部分的に挿入することにより、カートリッジが制御装置と適切に接続されていることを意味する。したがって、制御装置１１２は凹部１１６を有しており、例えば、カートリッジ１１４上にある電気的な接触パッド１１８と凹部１１６内に配置されている対応する接触構造１２０との間の接触によって形成される電気的インターフェースを介して結合することにより、凹部１１６はカートリッジ１１４を接続できるように収容する（図８参照）。代替的に、制御装置１１２は、任意の他の適切な構造を用いて、導電性結合、容量性結合及び／又は誘導性結合により、カートリッジ１１４との電気的インターフェースを形成することができる。制御装置１１２は任意の適切な寸法を有することができ、例えば、手持ちできるほど十分に小さいか、あるいは作業台あるいは床に置いて用いるほど大きい場合がある。
【００４２】
制御装置１１２は、カートリッジ１１４内の処理を制御するために、カートリッジ１１４との間で制御信号を送受信するように構成されている。いくつかの実施形態においては、カートリッジ１１４は検出用電子素子を構成要素として含んでいる。そのような電子素子を備える場合、制御装置は、検定結果を判定するために制御装置１１２によって用いられる信号をカートリッジ１１４から受信する。制御装置は、カートリッジ内の電子素子との電気的リンクを介して、及び／又はカートリッジとのインターフェースを有するセンサを介して、カートリッジ内の状態（例えば、温度、流量、圧力等）を検出し、制御することができる。代替的に、あるいはそれに加えて、制御装置１１２は、カートリッジ上の情報記憶素子から情報を読み出し、例えばカートリッジによって収容される試薬、カートリッジによって実施される検定、許容範囲の検体量あるいは種類などのカートリッジについての情報を確認することができる。したがって、制御装置１１２は、中でも電源／アース線、データ入力線、発射パルス線、データ出力線及び／又はクロック線を含む、セクションＩＩＩにおいて後述する入力線及び出力線のうちのいくつかあるいは全てを一般的に備えている。
【００４３】
制御装置１１２は、検定データの最終的な処理に加わるか、あるいは検定データを別の装置に転送することができる。制御装置１１２は、例えば多数のデータポイント（例えば、テスト核酸とレセプタアレイとの結合から得られる（以下に記載している））の分析、及び／又はデータの数学的及び／又は統計的な分析などの結果を解釈することができる。代替的に、あるいはそれに加えて、制御装置１１２は、検定データを、例えば、濃縮管理するもののような別の装置に転送することができる。したがって、制御装置１１２は転送前に検定データを符号化することができる。
【００４４】
制御装置１１２は、デジタル情報を処理するコントローラ１２２を構成要素として含んでいる（図９参照）。コントローラは一般的に、制御装置１１２及びカートリッジ１１４が発揮する電気的、機械的及び／又は光学的な機能を調整するための電気信号（１２４、１２６、１２８の双方向の矢印によって示されている）を送受信する。
【００４５】
制御装置１１２は、図９の１２６で示すように、ユーザインターフェース１３０を介してユーザと通信することができる。ユーザインターフェース１３０は、キーパッド１３２（図７参照）、画面１３４、キーボード、タッチパッド、マウス等を含むことができる。通常は、ユーザインターフェースによって、ユーザはデータを入力及び／又は出力できるようになる。入力されるデータは、例えば、検体処理の開始を指示するために、検体処理を中止するために、種々の処理パラメータ（例えば、回数、温度、実行されることになる検定等）のための値を入力するために用いることができる。処理の段階、カートリッジパラメータ、測定結果のような出力されるデータは、画面１３４上に表示され、印刷装置（図示せず）に送出され、装置上のメモリに格納され、且つ／又は例えばパーソナルコンピュータのような別のデジタル装置に送信することもできる。
【００４６】
また制御装置１１２は、カートリッジ１１４との１つあるいは複数の光学的、機械的及び／又は流体インターフェースを含むことができる（図８及び図９参照）。光学的インターフェース１３６は、カートリッジ１１４に光信号を送信し、且つ／又はカートリッジ１１４から光信号を受信することができる。光学的インターフェース１３６は、カートリッジが制御装置１１２と接続される際に、カートリッジ１１４の光学的に透明な領域１３８と位置合わせすることができる（図８及び以下に示す説明を参照）。したがって、光学的インターフェース１３６は、１つあるいは複数の放出器と、カートリッジから光学的な情報を受信するための１つあるいは複数の検出器とを備える検出機構として機能する。そのような光学的情報は、カートリッジ内で処理することにより生成される検定結果に関連する場合がある。代替的に、あるいはそれに加えて、光学的インターフェース１３６は検体処理の態様に関連し、例えば、光触媒化学反応、検体破壊、検体加熱等のための光源を提供することができる。いずれの場合でも、光学的インターフェース１３６の動作はコントローラ１２２によって指示することができ、図９の１２４に示すように、対応する測定値がコントローラ１２２によって受信され、それによって光学的インターフェース１３６からの測定値が電子的に処理され、格納される。制御装置１１２は、例えば、カートリッジを加圧するか、あるいは圧力を調整するために、１つあるいは複数の電子制御された機械的インターフェース（図示せず）を含むことができる。制御装置１１２の例示的な機械的インターフェースには、例えば、１つあるいは複数のバルブアクチュエータ、バルブアクチュエータを制御するバルブレギュレータ、シリンジポンプ、ソニケータ及び／又は空気圧力源がある。いくつかの実施形態において、制御装置は、制御装置をカートリッジに流体連通させる１つあるいは複数の流体インターフェースを構成要素として含むことができる。例えば、制御装置は、流体を収容し、その流体をカートリッジに搬送する流体貯蔵室を含むことができる。しかしながら、ここに示す制御装置１１２は、カートリッジ１１４と流体連通するように構成されていない。代わりに、本実施形態では、動作中には、閉じたあるいは分離された流体システム、即ち検体が受容された後には、流体がネットワークに実質的に追加されたり、ネットワークから除去されたりしない流体ネットワークである。マイクロ流体システム内の光検出、ならびに機械的インターフェース及び流体インターフェースのさらに別の形態は、セクションＩＩＩにおいて後述する。
【００４７】
カートリッジ１１４は必要に応じた構成及び寸法を有することができる。いくつかの実施形態においては、カートリッジ１１４は使い捨てのもの、即ち１つの検体あるいは１組の検体を（一般的に同時に）分析するために一度だけ使用することを目的とするものもある。カートリッジ１１４の寸法は、実施されるべき検定、操作されるべき流体容積、カートリッジの流体以外の容積等によって決定される。しかしながら、カートリッジ１１４は一般的には、片手で容易に掴むことができ、及び操作することができるほど十分に小さい（あるいはさらに小さい）。
【００４８】
カートリッジ１１４は通常、少なくとも２つの構造的及び機能的に異なる構成要素、即ち流体ハンドリング部１４２と検定（あるいはチップ）部１４４とを構成要素として含んでいる。流体ハンドリング部は、例えばバルブ及びポンプを動作させるために、制御装置と外部機械的インターフェースを形成するハウジング１４５を構成要素として含むことができる。ハウジングは内部流体区画の構造を画定することができる。また、ハウジング１４５は、カートリッジの外部構造を概ね画定することができ、それゆえ、ユーザが手持ちするための掴み面を備えることができる。検定部１４４は、流体ハンドリング部１４２に、例えば、流体ハンドリング部１４２の外部あるいは内部表面上に固定して取り付けることができる。例えば、光学的インターフェース１３６を用いる場合のように、光学的に結果が測定されるときには、検定部１４４を外部に取り付けることが適している。結果が電気的に測定されるとき、あるいは流体ハンドリング部１４２が透明であるときには、内部及び／又は外部に取り付けることが適している。以下に記載するように、検定部１４４も通常は流体ハンドリング部１４２に流体連通しており、これら２つの部分間で流体が行き来できる。
【００４９】
このように、流体ハンドリング部１４２は、カートリッジの外部から流体を受容し、その流体を収容し、例えば、機械的に流体を流動させることにより、流体ハンドリング部１４２及び検定部１４４の両方の流体区画にその流体を搬送するように構成することができる。したがって、流体ハンドリング部は、検定部１４４の対応する流体ネットワーク（あるいは流体空間）１４８よりも著しく大きな流体容量（容積）を有する流体ネットワーク１４６を画定することができる。各流体ネットワークは１つの流体区画、より一般的には、複数の流体連通している流体区画、一般的には流体導管によって接続されるチャンバを有することができる。
【００５０】
流体ハンドリング部１４２は、検体入力サイトあるいはポート１５０を構成要素として含んでいる。検体入力サイト１５０は一般的に外部からアクセス可能であるが、検体がそのサイトに導入された後に封止することができる。１つの検体入力サイト１５０を含むカートリッジ１１４が示されているが、流体ハンドリング部１４２は、任意の適切な数の検体入力サイトを構成要素として含むことができる。
【００５１】
また流体ハンドリング部１４２は、支援試薬を収容するための１つあるいは複数の試薬貯蔵室（あるいは流体貯蔵チャンバ）１５２も含んでいる（図９参照）。試薬貯蔵室１５２はそれぞれ外部からアクセス可能であり、それによって流体ハンドリング部が製造された後に、試薬を取り込むことができる。代替的に、製造中に、試薬貯蔵室１５２のうちのいくつかあるいは全てが試薬を取り込むこともできる。支援試薬は一般的に、検体処理、分析及び／又はカートリッジ１１４の全般的な動作に関連する任意の流体溶液あるいは混合物を含有している。
【００５２】
また流体ハンドリング部１４２は、予備処理チャンバ（単数又は複数）１５４及び／又は廃棄物チャンバ（単数又は複数）１５６のような、１つあるいは複数のさらに別のチャンバを構成要素として含むこともできる。予備処理チャンバ（単数又は複数）１５４及び廃棄物チャンバ（単数又は複数）１５６は、例えば、検体入力サイト１５０及び／又は試薬貯蔵室１５２を介して内部だけからアクセス可能であるか、あるいは、その１つあるいは複数が、外部からユーザによってアクセスされる。予備処理チャンバ（単数又は複数）１５４は、一般的に流体の流れに応じて、検体の組成を幾分変化させるように構成されている流路である。例えば、そのような流路は、分析物（例えば核酸）を、入力される検体から単離することができ、即ち、以下に記載するように、分析物を廃棄物質あるいはその検体の廃棄部分から少なくともある程度分離することができる。流体ハンドリング部のさらに別の形態は、セクションＩＩＩにおいて後述する。
【００５３】
好ましい実施形態では、流体ハンドリング部１４２、及び実際にはカートリッジ１１４の全ての流体区画は、検体入力サイト１５０を除いて、顧客がアクセスできないように封止されている。該封止は、試薬が汚染される可能性を回避し、安全性を確保し、且つ／又は流体ハンドリング部１４２からの流体の損失を回避するための役割を果たす。試薬のうちのいくつか、及び／又は予備処理及び／又はさらに別の処理の結果として生成された処理に伴う副生物は有毒であるか、そうでなくても、それらが漏出し、且つ／又はユーザに触れる場合には、ユーザにとって有害な場合がある。さらに、試薬のいくつかは非常に高価であり、それゆえ、カートリッジ１１４内における供給量は最小限のものとなっている。したがって、カートリッジ１１４の好ましい実施形態は、一体型で、封止されており、使い捨てのカートリッジであり、流体インターフェース（単数又は複数）は検体入力１５０のみであり、電気的インターフェース１１８と、任意選択の機械的、光学的及び／又は音響的インターフェースとを有するカートリッジである。
【００５４】
検定部１４４は、流体ハンドリング部１４２で核酸が単離された後に、流体ネットワーク１４８内の核酸をさらに処理するように構成されている。したがって、検定部１４４は電子素子あるいは電子回路１５８を基礎とし、該回路は、流体ハンドリング部１４２から受容する核酸の処理を制御して、処理しやすくするために、薄膜電子素子を含むことができる。それに対して、検定部１４４内の大量の流体の流れは、流体ハンドリング部１４２から機械的に流動させた流体によって媒介され、検定部１４４を通して、流体ハンドリング部１４２に戻すことができる。
【００５５】
検定部の電子回路１５８は、流体及び／又は分析物の特性を変化させ、及び／又は検出するための薄膜電子素子を含むことができる。そのような薄膜素子の例示的な役割は、単離された核酸を濃縮及び／又は予備選択すること、その核酸を種々の反応チャンバ及び／又は検定サイトに移動させること、反応条件（例えば、増幅、レセプタへのハイブリダイゼーション、二本鎖核酸の変性などにおいて）を制御することなどを含む（セクションＩＩＩ参照）。薄膜素子は、流体ネットワーク１４８の任意の領域に動作可能に接続することができる。動作可能な接続とは、例えば、電極で流体と直に接触させるか、あるいは１つあるいは複数の絶縁性薄膜層によって流体から隔置するかがある（以下の説明を参照）。いずれの場合でも、動作可能に配置される素子は、基材の表面付近に配置される（以下の説明を参照）。電子回路、薄膜層及び基材のさらに別の形態は、このセクション及びセクションＩＩＩにおいて後述する。
【００５６】
検定部１４４の電子回路１５８は、制御装置１１２と電気的に接続されることによって、少なくとも部分的に制御される。例えば図９に示しているように、コントローラ１２２は、接触構造１２０を介して、１２８に示すように、カートリッジ１１４の流体ハンドリング部１４２上に配置されている接触パッド１１８と接続することができる。接触パッド１１８はさらに、１６０で示すように、電子回路１５８と電気的に接続することができる。回路１５８をさらに複雑にし、且つ／又はカートリッジ１１４上にある個別の接触パッド（あるいは部位）の数を最小限に抑えるために、１つあるいは複数の付加的な集積回路あるいはインターフェース回路が、回路１５８への中間にある接触パッド１１８に電気的に接続することができる。こうして、接触パッドは単体で、あるいはインターフェース回路と組み合わさって、カートリッジが制御装置内に設置されるときに、電子回路をコントローラに電気的に接続する相互接続回路を形成する。また接触パッドは、カートリッジ１１４に、例えば図示されるように、流体ハンドリング部１４２に配設されている電子情報記憶素子１６２に接続することもできる。情報記憶素子は、流体ネットワーク構成、貯蔵室内容量、検定能力、検定パラメータのような、カートリッジに関連する情報を格納することができる。別の実施形態では、接触パッド１１８あるいは他の電気的接続構造物を、流体ハンドリング部１４２内に収容する代わりに、あるいはそれに加えて、検定部１４４上に配置することができる。
【００５７】
検定部１４４は通常、少なくとも部分的に回路１５８の動作によって、流体ネットワーク１４８において核酸処理を実施するように構成されている。ここでは、流体ネットワーク１４８は３つの機能的な区画、即ち濃縮器１６４と、増幅チャンバ１６６と、検定チャンバ１６８とを含むように示されている。以下にさらに詳細に記載するように、これらの機能区画はそれぞれ、核酸の保持及び解放（及びこれらによる濃縮）を容易にし、且つ／又は電極のサブセットに向けて核酸を移動させるのを容易にするための電極を構成要素として含むことができる。濃縮器１６４及びチャンバ１６６、１６８は、図示されるように、異なる区画／流路によって、例えば、一連の区画のアレイとして画定することができる。代替的に、これらの機能区画は部分的に、あるいは完全に重なり合うことができ、例えば１つのチャンバによって全てを設けることができる。
【００５８】
濃縮器１６４は、予備処理チャンバ１５４から受容する核酸を濃縮するように構成されている。濃縮器１６４の電極は、電気的に正にバイアスをかけることができ、一方、流体は流体ハンドリング部１４２から、濃縮器を通って、流体ハンドリング部１４２内の廃棄物チャンバ１５６に戻される。したがって、濃縮器１６４は、複数の個別のサイトにおいて流体ハンドリング部１４２に流体連通させることができ（図１１〜図１７参照）、それにより濃縮器は導管としての役割を果たすことができるようになる。導管によって、濃縮器の流体容量よりもはるかに大きな流量を（２つの流体ハンドリング部の貯蔵室間で）移送できるようになる。この処理ステップは流体を除去し、且つ、例えば正に帯電しているか、帯電していないか、あるいは弱く負に帯電している物質を除去することにより、核酸をある程度精製することができる。
【００５９】
いくつかの実施形態では、濃縮器１６４は核酸の予備選択（セクションＩ参照）を実施できるように構成することができる。そのような予備選択によって、検定部内の薄膜電子素子の制御下で、増幅のようなさらに別の処理を実行するだけの十分に小さな容積内にターゲット核酸を濃縮させることができる。したがって、濃縮器１６４における予備選択によって、流体ハンドリング部におけるより多くの量から、検定部におけるはるかに少ない量にまで検体を移行させるのを容易にすることができ、結果として、ターゲット核酸の電子工学的処理が可能になる。
【００６０】
増幅反応を用いて検定感度を上げることにより、増幅チャンバ１６６を用いて濃縮された核酸の中から１つあるいは複数のターゲット核酸（あるいは複数の核酸）を複製することができる。増幅反応は一般的に、ターゲット核酸の分子の全数（あるいはターゲット種内に含まれるある部位）を増加させる任意の反応を含み、結果として一般的に、核酸全体に対してターゲット核酸が濃縮される。ＤＮＡを複製する酵素、ＲＮＡをＤＮＡに転写する酵素及び／又はテンプレートによって誘導されるプライマーの連結をおこなう酵素は、増幅反応を媒介することができる。方法及び用いられる酵素にもよるが、増幅には、熱サイクル性のもの（例えば、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）あるいはリガーゼ連鎖反応（ＬＣＲ））、あるいは等温性もの（例えば、鎖置換増幅（ＳＤＡ）あるいは核酸配列に基づく増幅（ＮＡＳＢＡ））がある。これらのうち任意の方法の場合に、チャンバ１６６内の温度制御は、電子素子１５８に含まれている薄膜ヒータのようなヒータによって行うことができる。例えば、標識化されたプライマーあるいはヌクレオチドを組み込むことにより、核酸は増幅中に標識化され、検出が容易となる。プライマーあるいはヌクレオチドは、セクションＩＩＩにおいて後述され、表１に列挙されているように、色素、放射性同位元素あるいは特異結合部材で標識化することができる。代替的に、核酸は、個別の処理ステップにおいて（例えば、末端転移酵素、プライマー伸長、親和試薬、核酸色素等）あるいは検体を入力する前に標識化することができる。そのような個別の標識化は、例えば、十分な量のターゲット核酸が、入力された検体内に含有しており、増幅ステップが省略される場合に適している。
【００６１】
検定チャンバ１６８は、特定の配列、長さ及び／又は配列モチーフの存在によって核酸を分離あるいは識別する処理ステップを実施する。いくつかの実施形態において、検定チャンバは、核酸のための１つあるいは複数の特定のレセプタを含んでいる。レセプタは、ターゲット核酸に特異に結合する任意の試薬を含むことができる。例示的なレセプタとして、単鎖核酸、ペプチド核酸、抗体、化合物、ポリマー等がある。レセプタはアレイ内に配置されており、一般的には所定の位置に固定化することができ、結果として、ターゲット核酸をレセプタのうちの１つに結合させることで、検定チャンバ内の所定の位置（単数又は複数）において、検出可能な信号が発生する。したがって、増幅が利用される場合、増幅された核酸（ターゲット）は、結合を検査するために各レセプタと接触する。以下にさらに詳細に記載するように、レセプタアレイは、ターゲットを該レセプタアレイ上に電気的に濃縮させる電極に隣接して、配置することができる。別の実施形態では、検定チャンバは、例えば、電気泳動及び／又はクロマトグラフィを用いて、寸法に応じてターゲット核酸を分離することができる。代替的に、あるいはそれに加えて、検定チャンバは、例えば分子標識プローブなどの固定化されていないレセプタを設けることができ、且つ／又はレセプタを用いない検出用のサイトを設けることができる。
【００６２】
光学的インターフェース１３６は、検定部１４４の任意の適切な場所において検体処理を測定することができる。例えば、上記のように、光学的インターフェースは、増幅チャンバ１６６内の核酸の増幅を測定するための放出器−検出器対と、検定チャンバ１６８において処理した後の増幅された核酸の結合及び／又は位置を検出するための放出器−検出器対とを別々に含むことができる。代替的に、あるいはそれに加えて、光学的インターフェースは、チップ流体ネットワーク１４８を介して、流体の動きを測定することができる。
【００６３】
図９は、１７０の太い矢印によって示されるように、検体処理中に流体ネットワーク１４６及び１４８内を流れる流体の動き（試薬及び／又は検体）の例示的な方向を示している。一般的に、流体は、試薬貯蔵室１５２から、検体入力サイト１５０及び予備処理チャンバ（単数又は複数）１５４を通って、廃棄物チャンバ（単数又は複数）１５６及び検定部１４４まで流れる（以下の説明を参照）。流体ハンドリング部１４２から検定部１４４に入る流体は、廃棄物チャンバ（単数又は複数）１５６に戻されるか、検定部内の他の流体区画に移される。
【００６４】
図１０には、制御装置１１２を用いてカートリッジ１１４を操作し、検体内のターゲット核酸（単数又は複数）を分析するための例示的な方法１８０のフローチャートが示されている。最初に、１８２に示すように、例えば注入によって、検体がカートリッジ１１４の検体入力サイト１５０において導入される（取り込まれる）。次に、１８４に示すように、例えば、カートリッジを導電性接触用の凹部１１６と接続することにより、その検体を含むカートリッジを、制御装置１１４に電気的に接続することができる。１８６に示すように、そのような取込み及び接続は逆の順序で実行することもでき、即ち、カートリッジを制御装置に接続した後に、検体をカートリッジに導入することもできる。その後、カートリッジは、１８８に示すように、処理を開始するために起動される。カートリッジは、ユーザインターフェース１３０を介してのユーザからの入力、カートリッジの制御装置への接続、検体の導入、且つ／又はその他の行為によって起動することができる。起動した後に、１９０に示すように、検体は予備処理される。予備処理は一般的には、以下にさらに記載するように、検体を予備処理チャンバ１５４に移動させ、必要に応じて、検体を処理して核酸を解放及び単離する。単離された核酸は、一般的に流体を機械的に流動させることにより、検定チャンバ１４４内の濃縮器１６４に移され、１９２に示すように、濃縮される。濃縮された核酸は、対象の核酸をターゲットとするプライマーを用いて、１９４に示すように、必要に応じて選択的に増幅することができる。次に、増幅された核酸は、例えば、１９６に示すように、レセプタあるいはレセプタアレイを増幅された核酸に接触させることによって、検定することができる。その後、検定結果は、１９８に示すように、光学的に、且つ／又は電気的に検出することができる。
【００６５】
図１１は、カートリッジ１１４の流体ハンドリング部１４２及び検定部１４４においてそれぞれ相互に接続される流体ネットワーク１４６及び１４８によって形成される例示的な自給式流体ネットワーク２０２のさらに詳細な図を示している。チャンバは長方形、あるいは円として表されている。チャンバを相互に接続するチャネル２０４は、平行な線によって表される。図に示しているように、チャネル２０４は、流体ハンドリング部１４２と検定部１４４と間の境界部２０５を横切る場所において、その２つの部分を流体連通させる。バルブ２０６は、塗り潰した「ボータイ状の印」（閉じたバルブ）あるいは白抜きのボータイ状の印（開いたバルブ：以下を参照）によって表される。バルブは通常は電気的に駆動し、それゆえ、制御装置１１２に電気的に接続される（図示せず）。代替的に、あるいはそれに加えて、バルブは、制御装置１１２上の電気作動式のバルブアクチュエータ／レギュレータによって機械的に操作することができる。例示的なバルブとして、ソレノイドバルブ及びシングルユースバルブが挙げられる。ガス選択ベント２０８は、終端されたチャネル上にある薄い長方形によって表される（例えば、検定チャンバ１６８上のベントを参照）。適切なバルブ及びベントは、セクションＩＩＩにおいてさらに記載する。
【００６６】
図１１は、検体を受容し、起動する準備がなされたカートリッジを示している。したがって、カートリッジは、流体を表している点描によって示しているように、試薬貯蔵室１５２内に試薬を予め取り込んでいる。試薬を予め取り込んでいる試薬貯蔵室１５２は、適切なｐＨ、緩衝性能、イオン強度、溶媒組成等を有している洗浄溶液２１０、２１２を収容することができる。また、１つあるいは複数の貯蔵室１５２は溶解試薬２１４を収容することもでき、溶解試薬２１４には、例えば、カオトロピック剤、高いあるいは低いイオン強度の緩衝剤、１つあるいは複数のイオンあるいは非イオン洗浄剤、有機溶媒（単数又は複数）等が挙げられる。さらに、１つあるいは複数の貯蔵室１５２は、例えばＰＣＲ混合物２１６などの増幅混合物、あるいは１つあるいは複数の増幅試薬を含有している任意の他の混合物を収容するができる。一般的には、対象の核酸（単数又は複数）に選択的にハイブリダイズする任意の核酸（単数又は複数）を増幅試薬として用いることができる。
【００６７】
ＰＣＲ混合物２１６は一般的に、適切な緩衝剤、Ｍｇ２＋、ターゲット核酸（単数又は複数）を選択的に増幅するための特異なプライマー、ｄＮＴＰ、熱安定ポリメラーゼ等を含有している。１つあるいは複数のプライマー及び／又はｄＮＰＴは、上記のように、例えば色素あるいはビオチンで標識化される。ＰＣＲ混合物２１６の代わりに、カートリッジによって実施される増幅方法に基づいて、任意の他の適切な増幅混合物を用いることもできる。さらに、ＲＮＡを分析するために、ＰＣＲ混合物は逆転写酵素を含有することもできる。代替的に、一般的には増幅前に、ＲＮＡをテンプレートとして用いて相補的なＤＮＡの合成を行うための試薬を、個別の貯蔵室によって供給することができる。
【００６８】
試薬貯蔵室１５２は、流体を機械的に流動させることにより、流体を搬送するように構成することができる。例えば、試薬貯蔵室１５２は折り畳み式バッグの構造をとることができ、ばねあるいは他の弾性構造体により各バッグに正圧をかけることができる。代替的に、試薬貯蔵室１５２はガスで加圧することができる。どのような加圧機構であっても、バルブ２０６を操作して各貯蔵室からの試薬の搬送を選択的に制御することができる。セクションＩＩＩには、機械的に流体を流動させるための、さらに別の例示的な機構が記載されている。
【００６９】
カートリッジ１１４は、種々の機能を果たす内部チャンバを構成要素として含んでいる。内部チャンバには廃棄物チャンバ１５６が含まれ、本形態では、Ａ及びＢで示される２つの廃棄物チャンバが含まれている。廃棄物チャンバ１５６は、試薬貯蔵室１５２（及び検体入力サイト１５０）から流体を受容し、それゆえベント２０８を含み、ガスを廃棄物チャンバから排気することができる。内部チャンバ（流路）は、検体チャンバ２１８と、フィルタスタック２２０と、チップチャンバ１６４、１６６、１６８とを構成要素として含むことができる。検体チャンバ２１８及びフィルタスタック２２０はそれぞれ、以下にさらに記載するように、検体を受容し、それを予備処理するように構成されている。検定チャンバ１６８は、調整ベント２２２によって、即ちベント２０８を制御するバルブ２０６によって排気することができる。内部チャンバ及び／又はチャネル２０４のうちのいくつかあるいは全てが、例えば、カートリッジ製造の一部として、適切な流体によって下塗りされる。詳細には、検定部１４４のチャンバ／チャネルが下塗りされる。それに対して、いくつかのチャンバ及び／又はチャネルは、カートリッジ起動前に下塗りされない場合がある。
【００７０】
図１２は、検体を取り込んでいる段階におけるカートリッジ１１４内での流体の動きのアクティブ領域を示している。この図、及び図１３〜図１６では、濃い点描はアクティブ領域を示すのに対して、薄い点描はカートリッジ内の他の場所にある貯蔵室内の試薬あるいは廃棄物を示す。液状検体のような検体は、検体入力サイト１５０で取り込まれ、２２４で示される経路に概ね沿って、検体チャンバ２１８によって受容される。取り込むことができる検体の量は、ここでは、検体チャンバ２１８上にあるベント２０８と、検体チャンバ２１８の容量とによって制限される。一旦、検体チャンバ２１８が満たされたなら、ベント２０８は、さらに別の検体の導入を制限する逆圧を与えることができる。代替的に、あるいはそれに加えて、検体容量に達した時点を知らせるために、検体チャンバ２１８内に、あるいはその周囲に、電気的あるいは光学的な流体センサを配置することができる（図示せず）。検体チャンバ２１８の下流にあるバルブ２２６によって、この時点で検体がフィルタスタック２２０に流れるのを防ぐことができるか、あるいは、例えば、廃棄物チャンバＡを通して排出することで、検体を、検体入力サイト１５０からフィルタスタック上にそのまま取り込むことができる。
【００７１】
検体は任意の適切な形態、例えばセクションＩＶにおいて示す任意の形態をとることができる。しかしながら、ここに示すカートリッジの実施形態は、核酸２２７を分析するように構成されているので、検体は一般的に核酸、即ちＤＮＡ及び／又はＲＮＡを含有しており、即ち核酸を含有し懸濁している。核酸２２７は、組織あるいは生物学的粒子において搬送され、それらからの抽出物内に存在し、且つ／又は部分的にあるいは完全に精製されている。細胞２２８、ウイルス及び細胞小器官が例示的な生物学的粒子である。取り込まれる検体の量は、検体の利用性、少量を取り扱うことの容易性、検体内のターゲット核酸存在量及び／又はカートリッジ容量等に基づき、任意の適切な量にすることができる。
【００７２】
図１３は、検体を予備処理している段階における、カートリッジ１１４内の流体の動きのアクティブ領域を示している。溶解試薬２１４は、バルブ２３０、２３２、２３４を開くことにより、経路２２９に沿って導入される。こうして、溶解試薬は通常は、核酸２２７を含有している検体を、検体チャンバ２１８からフィルタスタック２２０にまで搬送する。余分な流体は廃棄物チャンバＡに搬送することができる。フィルタスタックは一般的に、核酸の単離、即ち検体廃棄物質からの少なくとも部分的な分離を行うように構成されており、その分離は少なくとも３つの機能、即ち粒子濾過、検体からの核酸の解放及び解放された核酸の保持のうちの任意の機能あるいは全ての機能によって行われる。ここでは、廃棄物質は、対象の核酸に相当しない、特に任意の検体由来の成分、合成物、凝集物あるいは粒子と定義する。例示的な廃棄物質として、細胞片あるいはウイルス片、壊れていない細胞あるいはウイルス粒子、細胞膜、細胞質成分、核酸以外の可溶性物質、核酸以外の不溶性物質、対象ではない核酸等が挙げられる。また廃棄物質は、核酸を濃縮するために除去される、検体由来の流体を含む。
【００７３】
濾過には、細胞、粒子、細片等を機械的に保持するフィルタによって実行される任意の寸法選択プロセスを用いることができる。したがって、フィルタスタックは、分離処理のために検体粒子（細胞、ウイルス等）を局在化させることができ、カートリッジ流体ネットワーク２０２内の後続の処理及び／又は流体の流れを妨害する恐れがある微粒子を除去することもできる。この最初の目的のために適したフィルタとして、小細孔膜、繊維フィルタ、細幅チャネル等が挙げられる。１つあるいは複数のフィルタをフィルタスタックに含むことができる。いくつかの実施形態において、フィルタスタックは、流体が流れる方向に沿って除去能が向上する一連のフィルタを含むものもある。そのような一連の配列によって、フィルタが粒子で目詰まりを起こす頻度を低減させることができる。
【００７４】
フィルタスタック２２０上に保持されている検体を、検体内の未処理、且つ／又は利用しにくい形態から核酸２２７を解放する処理にかけることができる。代替的に、あるいはそれに加えて、解放処理は、フィルタスタック上に検体を保持する前に実行される場合がある。その処理によって、細胞表面、核及び／又はミトコンドリア膜の完全性を変化させることができ、且つ／又は、特に細胞以下の構造体を構成要素に分解することができる。例示的な解放処理として、圧力変化（例えば、音波又は超音波／パルスあるいはフレンチプレスの場合のようなチャネル細幅化によって生じる圧力降下）、温度変化（加熱及び／又は冷却）、例えば電圧パルスなどの電気的処理、例えば洗浄剤、カオトロピック剤、有機溶媒、高塩あるいは低塩などを用いる化学的処理、流体区画内の突起（スパイクあるいは鋭いエッジ等）が挙げられる。ここでは、核酸を搬送する細胞２２８から解放された後の核酸２２７が示されている。
【００７５】
核酸の保持は一般的にフィルタの下流で実施される。核酸保持は、核酸２２７を可逆的に結合する保持基質によって行われる。この第２の機能のために適した保持基質として、特にビーズ、粒子及び／又は膜が挙げられる。例示的な保持基質に、正に帯電している樹脂（イオン交換樹脂）、活性シリカ等を含むことができる。一旦、核酸２２７が保持されたら、さらに別の溶解試薬あるいは洗浄溶液を、保持された核酸２２７に流し、保持されていない夾雑物を除去することができる。
【００７６】
図１４は、フィルタスタック２２０から核酸２２７を解放し、検定部１４４の濃縮チャンバ１６４において、解放された核酸２２７を濃縮する際のカートリッジ１１４内の流体の動きのアクティブ領域を示している。流体は、２１０で示される洗浄溶液Ａから、検体チャンバ２１８及びフィルタスタック２２０を通って、流体経路２３６に沿って、もう１つの廃棄物チャンバ、即ち廃棄物チャンバＢまで流れる。経路２３６に沿って流動を開始するために、バルブ２３０及び２３４が閉じられ、バルブ２３２は開いた状態のまま、バルブ２３８及び２４０が開かれる。洗浄溶液Ａは、フィルタスタック２２０内に保持された核酸２２７を解放するように構成することができる（図７参照）。したがって、核酸２２７がフィルタスタック内の保持基質によって保持される機構に基づいて、洗浄溶液Ａは配合されている。保持されている核酸を解放するための洗浄溶液は、例えば、流体のｐＨ、イオン強度及び／又は誘電率を変化させることができる。例示的な洗浄溶液は、高いあるいは低いｐＨ、高いあるいは低いイオン強度、有機溶媒等を含有している。予備処理によって、検体に由来する核酸の第１段階の濃縮及び精製が行われる。
【００７７】
解放された核酸２２７は、濃縮チャンバ１６４においてさらに濃縮（及び精製）される。濃縮チャンバ１６４は通常検定部１４４内に形成されており、１つあるいは通常は複数の電極を構成要素として含んでいる。その電極のうちの少なくとも１つは、解放された核酸が濃縮チャンバ１６４に入る前に、あるいは入る際に、電気的に（正に）バイアスをかけることができる。結果として、濃縮チャンバ１６４内に流入する核酸２２７は、正にバイアスをかけられた電極（単数又は複数）に引き付けられ、それにより保持される。核酸２２７を搬送する大量の流体と、それに加えられる洗浄溶液Ａは、廃棄物チャンバＢまで継続して流すことができる。したがって、核酸２２７は濃縮され、濃縮チャンバ１６４内に保持されることによってさらに精製される。この核酸２２７の濃縮によって、検定部１４４は非常に小さな容積の流体区画、例えば、約１μｌ未満の流体容量を有し、処理が行われる区画を有することができる。電極の構造、数、配置及びコーティングのさらなる形態を以下に記載する。
【００７８】
いくつかの実施形態において、濃縮チャンバ１６４は、例えば図３〜図６の予備選択チャンバ６４などの予備選択チャンバのように構成されている。したがって、濃縮チャンバ１６４を用いて、対象のターゲット核酸（単数又は複数）に関して予備処理された検体を濃縮し、高濃度化させることができ、結果として、以下に記載するように、予備処理されたターゲットをより効率的にさらに処理することができる。
【００７９】
図１５は、濃縮された核酸を検定部１４４の増幅チャンバ１６６に移送する段階における、カートリッジ１１４内の流体の動きのアクティブ領域を示している。図示するように、通常流体は、ＰＣＲ混合物２１６を保持しているチャンバ１５２から、流体経路２４２に沿って、増幅チャンバ１６６まで流れる。経路２４２に沿って流体を流動させるために、濃縮チャンバ１６４において保持用の正のバイアスが電極（単数又は複数）から除去されたときに、バルブ２３８及び２４０が閉じられ、バルブ２４４及びベントバルブ２２２が開かれる。ＰＣＲ混合物２１６は、流体を流動させることにより核酸２２７を搬送することができる。代替的に、増幅チャンバ１６６内の電極に正のバイアスがかけられ（以下を参照）、ＰＣＲ混合物２１６が予め取り込まれている増幅チャンバ１６６に、核酸２２７を電気泳動によって移送することができる。いずれの場合でも、増幅チャンバ１６６からの、及び検定チャンバ１６８への余分な流体の流れは、例えば、接続用のチャネル２４６内の流体レベルをモニタし、ベントバルブ２２２を閉じる適切な時点を知らせる電気あるいは光センサ（図示せず）によって制限することができる。いくつかの実施形態において、核酸２２７を増幅チャンバ１６６に移動させる前には、濃縮チャンバ１６４は、ＰＣＲ混合物２１６によってある液面が保持されている。例えば、濃縮チャンバ１６４内の保持用の正のバイアスが解除されベントバルブ２２２が開く前は、ＰＣＲ混合物２１６は、開いているバルブ２４０を通って廃棄物チャンバＢに誘導される。増幅チャンバ１６６内に位置する核酸２２７は、例えば、核酸２２７中の対象の核酸ターゲット（あるいはターゲット部位）２４７の量を選択的に増加させるために、等温インキュベーションあるいは熱サイクルによって増幅されるか、場合によっては、増幅されないままにされる。
【００８０】
図１６は、増幅された核酸２４７を検定部１４４の検定チャンバ１６８に移送する段階における、カートリッジ１１４内の流体の流れのアクティブ領域を示している。流体は、洗浄溶液Ｂを保持するチャンバ１５２から検定チャンバ１６８まで流体経路２４８に沿って流れる。流体経路２４８は、バルブ２５０及びベントバルブ２２２を開くことにより開通させることができる。検定チャンバ１６８は、例えば、ベントバブル２２２上のベント２０８によって、あるいは、特に流体の位置をモニタし、バルブ２５０を閉める信号を発するセンサによって、溢れないように制限することができる。上記のように、核酸２２７及び増幅されたターゲット核酸２４７は、流体を流動させることにより、且つ／又は検定チャンバ１６８内に配置されている電極を用いて電気泳動させることにより移送することができる（以下を参照）。いくつかの実施形態において、増幅チャンバ１６６は最初に、ベントバルブ２２２を閉じ、バルブ２４０、２５０を開き、それにより、洗浄溶液Ｂを増幅チャンバ１６６及び濃縮チャンバ１６４を通して廃棄物チャンバＢに誘導することにより、洗浄溶液Ｂによってある液面が保持されている。代替的に、あるいはそれに加えて、増幅された核酸（単数又は複数）２４７は、検定溶液が予め取り込まれている検定チャンバ１６８に電気泳動により移送することができる。
【００８１】
増幅されたターゲット核酸（単数又は複数）２４７（及び単離された核酸２２７）は、検定チャンバ１６８において検定される。例えば、検定チャンバ１６８は、セクションＩＩＩにおいて記載するように、核酸を同定及び／又は定量するために配置されている１つあるいは複数のレセプタ（位置アレイ）を構成要素として含んでいる。増幅された核酸２４７のレセプタへのハイブリダイゼーションを、検定チャンバ１６８内のレセプタ付近に配置されている電極によって促進することができる。この電極は、増幅された核酸をアレイの個々の要素（あるいは小群）に誘導するため、順に正のバイアスをかけることができる。特異結合あるいはハイブリダイゼーションを可能にするために、増幅されたターゲット核酸（単数又は複数）２４７を、アレイの多くの場所あるいは全ての場所に電気泳動により移動させた後に、結合されていない、あるいはハイブリダイズされていない核酸（単数又は複数）を、電気泳動により、及び／又は流体を流動させることにより除去することができる（ここでは示していない）。
【００８２】
図１７及び図１８は、検定部１４４の一形態の、外部カートリッジ１１４からみた平面図、及び断面図をそれぞれ示している。検定部１４４は基材部分２５８を構成要素として含んでいる。基材部分２５８は、検定部の流体区画を少なくとも部分的に画定している。基材部分は基材２６０を含んでいる。また基材部分は、基材上に形成されており、基材の表面２６２付近に配置されている電子回路１５８及び／又は薄膜層を構成要素として含むこともできる。回路の薄膜電子素子及びネットワーク１４８の流体区画はそれぞれ、基材の共通の表面付近に配置することができ、それによって電子素子は流体ネットワークの領域に近接して並置され、且つ／又は流体連通させることができる。したがって、薄膜素子は、流体ネットワーク１４８内の流体（あるいは検体／分析物）の特性を変化させ、且つ／又は検出するように構成することができる。基材２６０のための例示的な材料はシリコンであり、通常単結晶シリコンを用いることができる。他の適切な基材材料及び特性は、セクションＩＩＩにおいて後述する。
【００８３】
流体ネットワーク１４８、あるいは１つあるいは複数の流体区画からなる流体連通している流体空間は、基材の表面２６２付近に、基材部分２５８及び流体障壁２６３を用いて、共に画定することができる。流体空間は、基材部分と流体障壁との間に流体を保持するための全流体容積を決定することができる。用語「共に画定する」は、流体空間あるいはそれら流体区画を、概ね（あるいは完全に）基材部分２５８と流体障壁２６３との間に配置することを意味する。流体障壁２６３には、流体が、流体ネットワーク１４８あるいはそれら流体区画から障壁を通って装置の外部に実質的に散逸する、あるいは出るのを防ぐ任意の構造を用いることができる。流体が実質的にカートリッジから出るのを防ぐとは、流体の液滴、小滴あるいは液流が流体障壁を通って装置から離れることがないことを意味する。したがって、流体障壁は、流体ネットワーク１４８を装置の外部領域に流体連通させる開口部を有しない。また流体障壁は、流体障壁と基材部分との間の接合部に画定される境界を流体連通させないように封止して、その接合部において流体が実質的にカートリッジから出るのを防ぐこともできる。通常は、流体障壁は、流体ネットワーク１４８から流体が蒸発して損失するのも制限する。
【００８４】
流体ネットワーク１４８は以下のように形成することができる。基材２６０及び／又は回路１５８の表面２６２によって、流体ネットワーク１４８の底壁２６４が画定される。パターニングされたチャネル層２６６が、表面２６２及び底壁２６４上に配置され、側壁２６８を画定することができる。チャネル層２６６は、限定はしないが、ネガフォトレジストあるいはポジフォトレジスト（例えば、ＳＵ−８あるいはＰＬＰ）、ポリイミド、ドライフィルム（例えば、デュポン社のリストン（商標登録））及び／又はガラスを含む任意の適切な材料から形成することができる。チャネル層２６６をパターニングするための方法には、フォトリソグラフィ、微細機械加工、成形、スタンピング、レーザーエッチング等が挙げられる。カバー２７０は、底壁２６４から離隔してチャネル層２６６上に配置され、電子回路１５８から離隔して流体ネットワーク１４８の上側領域を封止することができる（図１８参照）。カバー２７０は、例えばチャネル層２６６に結合されているか、さもなければチャネル層２６６に取り付けられている層などの、チャネル層２６６から分離している構成要素であるか、又はチャネル層２６６と一体に形成されている。いずれの場合でも、流体障壁２６３は、流体が流れて、カートリッジから散逸しないように封止されている反対側の壁部２７１も構成要素として含んでいる。カバー２７０は、検定がカバーを介して光学的に検出されるときには透明であり、例えば、ガラスあるいは透明なプラスチックを用いることができる。代替的に、カバー２７０は、検定が電気的に検出されるときには、不透明にすることができる。流体ネットワーク１４８は、上記のように、空間的に個別のチャンバ１６４、１６６、１６８を含み、個別の処理を実行することができ、且つ／又は個別の処理を共用の流体区画において実行することもできる。
【００８５】
回路１５８の少なくとも１つの薄膜部分は、基材２６０の表面２６２上に形成されており、且つその表面によって支持されている。回路は通常は、１つあるいは複数の電子回路を少なくとも部分的に画定する薄膜層を含んでいる。回路は、流体ネットワーク１４８内の流体と接触する電極２７２を構成要素として含むことができる。電極及び他の薄膜素子（セクションＩＩＩ参照）は、一般的に、基材上に形成されている、即ち表面２６２の上及び／又は下に形成されている半導体回路（信号処理回路を含む）を介して、電気的接触パッド２７４（図１７参照）に電気的に接続することができる。所与の数の接触パッド２７４は、著しく多くの数の電極及び／又は他の薄膜素子を制御することができる。好ましい実施形態では、接触パッド２７４は、フレキシブル回路の場合のように接触１１８に電気的に接続される。
【００８６】
電極２７２は、任意の適切な組成、分布及びコーティングを有することができる。電極２７２に適した材料は、金属、金属合金あるいは金属誘導体のような導電性材料である。例示的な電極材料として、金、プラチナ、銅、アルミニウム、チタン、タングステン、金属シリサイド等が挙げられる。回路１５８は、流体ネットワーク１４８の底壁２６４に沿った１つあるいは複数のサイトにおいて電極を含むことができる。例えば、ここで示しているように、電極は、濃縮器１６４の場合のようにチャネル／チャンバに沿った１つの列内に、及び／又はチャンバ１６６、１６８の場合のように２次元のアレイに、複数の個別ユニットとして配列することができる。代替的に、あるいはそれに加えて、電極２７２は細長くするか、あるいは任意の他の適切な形状を有することができる。各電極２７２は、個々に正又は負のいずれかに電気的にバイアスをかけられ、核酸を引き付けるか、反発するようにするか、又は、電気的にバイアスをかけない場合もある。核酸の望ましい保持、且つ／又は核酸の流動方向に基づいて、制御装置１１２及び／又はカートリッジ１１４によって任意の適切な空間的、時間的に調整された方法を用いて、電気的にバイアスをかけることができる。電極２７２は浸透層によって被覆することができ、それによって流体及びイオンは流体区画内の電極に到達できるが、より大きな分子（例えば核酸）は電極と直に接触しないようにすることができる。そのような直接の接触は、核酸に化学的に損傷を与える場合がある。適切な電極被覆物は、例えば、特にヒドロゲル及び／又はゾルゲルを含有し、スパッタリング法、スピンコーティング法のような任意の適切な方法によって適用することができる。被覆物の例示的な材料として、例えば、ポリアクリルアミド、アガロース及び／又は合成ポリマーが挙げられる。
【００８７】
検定部１４４は、流体ハンドリング部１４２に流体連通している。流体連通させる接続には任意の適切な境界流路（あるいは単一の流路）を用いることができ、カートリッジの流体ネットワーク１４６、１４８を接続することができる。そのような流体連通させる接続によって、流体区画に関して液体を輸送できる、即ち、流体区画へ輸送したり、及び／又は流体区画から輸送したりすることができる。
【００８８】
流体ネットワーク１４６、１４８は、基材２６０及び／又は流体障壁２６３によって空間的に分離することができる。基材２６０によって分離される場合、境界流路は、流体ネットワークを接続させるために、一般的に基材２６０の表面２６２から反対側の表面２７６まで基材２６０を貫通して延在している。境界流路は、流体が移動する経路を画定する給送構造として図示されている。代替的に、あるいはそれに加えて、１つあるいは複数の境界チャネルが基材２６０のエッジ２７８を迂回して延在し（図１７参照）、流体ネットワーク１４６に接続されている（図１１〜図１６参照）。例えば、境界チャネルはチャネル層２６６及び／又はカバー２７０を貫通して延在させ、カートリッジから大量の流体が流出しないように封止することができる。別の実施形態では、流体ネットワーク１４６、１４８は、基材２６０によってではなく、流体障壁２６３によって空間的に分離することもでき、いくつかの、あるいは全ての境界チャネルが同様に流体障壁２６３を貫通して延在し、流体ネットワーク１４６と流体連通している。
【００８９】
図示する実施形態では、２８０ａ〜２８０ｅと符号が付された境界流路は、基材の反対側の表面まで基材２６０を貫通して延在している（図１６〜図１８参照）。境界流路２８０は、流体ハンドリング部の任意の流体区画を流体ネットワーク１４８の流体区画に、一般的にその２つの部分の流体コンジットあるいはチャンバに直に接続することによって、流体連通させる。例えば、境界流路２８０は、試薬貯蔵室１５２を検定部１４４のチャンバ（１６４〜１６８）に、検定部のチャンバを廃棄物チャンバに、予備処理チャンバ２２０を検定部のチャンバに、検定部の２つ以上のチャンバを互いに（図示せず）、検体入力サイト１５０を検定部のチャンバに直に（同様に図示せず）、及び／又は検定部のチャンバをバルブ及び／又はベント（例えばバルブベント２２２）に接続することができる。検定部の個々の区画は、任意の適切な数の境界流路２８０に直に接続することができる。本形態では、濃縮チャンバ１６４は２８０ａ〜２８０ｃの３つを有し、増幅チャンバ１６６及び検定チャンバ１６８の各々が、それぞれ２８０ｄ及び２８０ｅの１つを有している。
【００９０】
図１８は、境界流路２８０ｅが、検定部１４４を流体ハンドリング部１４２に如何に流体連通しているかを示している。境界流路２８０ｅは、流体を、流路２８２に沿って、検定チャンバ１６８からバルブベント２２２に搬送するように構成されている（図１６参照）。境界流路は、流体を、流体ハンドリング部１４２の１つの流路（あるいは複数の流路）２０４に搬送することができる。各流路２０４は、流体を流体ハンドリング部１４２内の１つあるいは複数のチャネル２０４に誘導し、且つ検定部１４４内の１つあるいは複数の流体区画に誘導する流体マニホルド２８４を介して、境界流路２８０に接続することができる。したがって、検定部１４４は、例えば、接着剤２８６を用いて、流体マニホルド２８４に固定して取り付けることができる。
【００９１】
境界流路の直径を、その長さ（一般的に、流体が流れる方向に平行に測定される）に沿って変化させることができる。例えば、境界流路２８０ｅの直径は、流体を送出するための開口部２８８を形成するために、基材２６０によって画定される中間領域内よりも、基材２６０の表面２６２に隣接するチャネルの端部領域においての方が小さい。開口部は、流体区画へ、及び／又は流体区画から流体を誘導することで、流体を輸送することができる。開口部２８８は通常流体区画に隣接している。流体区画は、流体障壁によって少なくとも部分的に画定され、流体が、その区画から局部的にマイクロ流体デバイスを出ることができないように、即ち流体障壁を通って直に外部に出ることができないように構成されている。流体区画は、基材部分と流体障壁との間で共に画定するができる。開口部は、薄膜層２９０が基材２６０と接触しないオーバーハング（あるいは棚状部）２９２を形成する周辺領域を含むことができる。開口部２８８は、任意の適切な直径、即ち約１μｍ〜１００μｍの直径を有することができる。開口部あるいは穴によって、基材によって画定される境界流路領域そのものによるよりも、より制限された流体の流れを供給することができる。開口部２８８は、基材２６０の表面２６２上に形成されている１つあるいは複数の薄膜層２９０内に形成される開口部によって画定される。薄膜層２９０は通常薄く、即ち基材２６０の厚みよりも著しく薄く、セクションＩＩＩにおいて記載するような厚み及び／又は機能的な役割を有することができる。
【００９２】
図１９〜図２５は、例示的な検定部製造法を用いて、検定部１４４内の境界流路２８０ｅ、開口部２８８及び検定チャンバ１６８を形成する各段階を示している。適切な薄膜付着及びパターニングステップが、Ｗｅｂｅｒらの米国特許第６、０００、７８７号及びＫａｗａｍｕｒａらの米国特許第６、３３６、７１４号に記載されており、それらの特許は同じ譲受人に譲渡され、参照することによってその内容の全てを本明細書に取り入れることとする。本明細書では、パターニングは、概ね、例えば薄膜層の種々の領域を光に選択的に露出した後の、薄膜層のパターン化された付着処理を意味する。
【００９３】
図１９は、検定部に適した開始材料、即ち反対側にある表面２６２、２７６が概ね平坦な基材２６０を示している。ここに示す方法は、例えば約０．１〜２ｍｍ、あるいは０．２〜１ｍｍの厚みを有する薄いシリコン基材を用いて実施することができる。基材は、薄膜層２９０を追加中及び／又は追加後に、通常は追加前に、トランジスタ、ＦＥＴ、バイポーラ素子及び／又は他の半導体電子素子（図示せず）を形成するｎ及びｐドープ領域を含むように変性することができる。
【００９４】
図２０は、基材２６０の表面２６２上に薄膜層２９０を適用し、パターニングした後の検定部を示している。薄膜層２９０は、回路１５８の導電性部分を形成し、且つ／又は保護するために用いられる任意の適切な薄膜を含有することができる。薄膜層は、導電性材料（例えば、電極、及び素子間の導電性接続を形成するためのもの）、半導体材料（例えば、ｎ及びｐドープ材料を用いてトランジスタを形成するためのもの）及び／又は絶縁性材料（例えば、パッシベーション層）から形成することができる。薄膜層は従来法によって適用され、パターニングすることができる。薄膜層２９０のうちの少なくとも１つは、開口部２８８の周辺部２９４を画定するようにパターニングされる。
【００９５】
図２１は、パターニングされていないチャネル層２９６が、薄膜層２９０及び開口部２８８上に付着した後の検定部を示している。チャネル層２９６は、適切な厚み、通常は約１〜２００μｍ、さらに通常は２〜１００μｍ、さらに好ましくは５〜５０μｍで適用することができる。チャネル層２９６（及び流体障壁）のための例示的な材料は既に記載している。
【００９６】
図２２は、エッチングマスク２９８が基材２６０の反対側の表面２７６に加えられた後の検定部を示している。エッチングマスクは適切な厚みの層として適用され、局部的な領域（単数又は複数）において選択的に除去されて、開口部３００を画定することができる。開口部３００は、任意の適切な直径を有することができるが、通常は開口部２８８の直径よりも大きい直径を有する。開口部３００は開口部２８８の反対側に配置され、それによって開口部３００を薄膜層２９０に突出させることにより、基材内に、開口部２８８の周囲を包囲することができる対応するチャネルあるいは貫通孔３０１が形成される。
【００９７】
図２３は、境界流路２８０ｅの基材領域が形成され、エッチングマスク２９８が除去された後の検定部を示している。基材２６０は、開口部３００（図２２参照）によって画定される容積に沿って面２７６から概ね直交する方向にエッチングされ、チャネル３０１を形成することができる。任意の適切なエッチング手順を用いて、境界流路２８０ｅの基材部分を形成することができるが、通常は、ディープ反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）が用いられる。薄膜層２９０のうちの１つあるいは複数の層がエッチストップとしての役割を果たすことができ、結果として、オーバーハング領域２９２が形成される。エッチング後、マスクは反対側の表面２７６から剥離されるか、その表面上に残すことができる。
【００９８】
図２４は、パターニングされていないチャネル層２９６の種々の領域が選択的に除去され、パターニングされたチャネル層２６６が形成された後の検定部を示している。選択的な除去は任意の適切なプロセス、例えば、層２９６をフォトパターニングし、その後、フォトパターニングされた層を現像、あるいはレーザーアブレーションすることで実施することができる。
【００９９】
図２５は、カバー２７０を取り付けた後の、しかしながらマニホルド２８４を介して検定部を流体ハンドリング部１４２に付加する前の、完成した検定部１４４を示す。カバー２７０は、例えば接着、加熱及び加圧、陽極結合、音波溶接及び／又は従来法などの任意の適切な方法によって、流体障壁２６６に取り付けられることができる。
【０１００】
図２６は、検定部３０４内に形成されているチップ内流路３０２のやや概略的な図を示している。チップ内流路３０２は開口部２８８を通って、基材２６０に入り、基材２６０から出ることができ、反対側の表面２７６までは延在しない。それゆえ、チップ内流路３０２は、カートリッジの部分１４２と１４４との間に延在している境界流路２８０とは異なる。チップ内流路（単数又は複数）３０２を用いて、基材部分２５８及び流体障壁３０８によって共に画定されるチャンバ３０６間で流体を送出することができる。代替的に、あるいはそれに加えて、チップ内流路を用いて、流体を混合し（以下を参照）、反応あるいは検定等を実施することができる。
【０１０１】
図２７〜図２９は、例示的な方法を用いて、検定部３０４内にチップ内流路３０２を形成する各段階を示している。材料及び処理ステップは、概ね図１８〜図２５の場合に記載されたようなものである。図２７は、薄膜層２９０が基材２６０の表面２６２上に形成され、パターニングされて、複数の開口部２８８が形成された後の製造段階を示している。図２８は、開口部２８８の下側にある基材２６０を異方性エッチングし、基材の窪みあるいは溝３１０を形成した後の検定部を示している。代替的に、溝３１０は等方性エッチングによって形成することができる。いずれの場合でも、エッチャントは開口部２８８を通って基材２６０に到達し、薄膜層２９０に切り込みを入れ、それによって各開口部２８８の下に配される局部的な窪み３１２を合体して１つにすることによって、溝３１０を形成することができる。したがって、開口部２８８は通常は、基材２６０のエッチング中に窪み３１２が流体連通できるほど十分に近接して配置される。図２９は、流体障壁３０８を用いてチャンバ３０６を形成した後の検定部３０４を示している。本形態では、流体障壁３０８は、チャンバ側壁を画定するチャネル層２６６と、チャンバ３０６の上側を封止するカバー２７０を構成要素として含んでいる。薄膜層２９０によって画定され、溝３１０を形成するために用いられる開口部２８８のうちの１つあるいは複数の開口部は、チャネル層２６６によって閉塞することができる。例えば、本形態では、中央の開口部が、３１４で示すように、チャネル層２６６によって封止されている。
【０１０２】
図３０は、マニホルドチャネル３１８を有している検定部３１６を示している。マニホルドチャネル３１８は、薄膜２９０内の２つ以上の開口部２８８に流体連通している基材貫通流路である。本形態では、開口部２８８はマニホルドチャネル３１８を２つのチャンバ３０６に流体連通させている。別の形態として、マニホルドチャネル３１８は、検定部の流体ネットワーク内にある任意の適切な数の区画に流体連通させることができる。マニホルドチャネル３１８を用いて、例えば、流体ハンドリング部１４２から（あるいは流体ハンドリング部１４２へ）流体を受容する（あるいは送出する）ことができ、例えば、チャンバ３０６の一方あるいは両方に（チャンバ３０６の一方あるいは両方から）流体を送出する（受容する）ことができる。またマニホルドチャネル３１８を用いて、図２６に示すように、チャンバ３０６間で流体を誘導することもできる。マニホルドチャネル３１８を形成するための例示的な方法は、図２８において溝３１０を形成した後の、図２１〜図２５に概説される手順による。
【０１０３】
図３１は、混合チャンバ３３２を構成要素として含む検定部３３０の部分的な平面図である。混合チャンバ３３２は、複数の開口部３３６（６つの入口開口部と１つの出口開口部とが図示されている）において薄膜層の下側に形成される、図２８の溝３１０に類似の溝３３４を有する。溝３３４は、複数の入口チャネル３３８、３４０によって検定部３３０の流体ネットワークから流体を供給され、入口チャネルは矢印によって示される経路に沿って流体を入口開口部に搬送する。各チャネルは、流体、一般的には異なる流体を溝３３４に誘導し、溝に沿った交互配置の形状を用いて、溝内の複数のチャネルからの流体を混合できるようにする。混合された流体は、３４２で示されるように、出口開口部３３６において溝３３４を出て、その流体は検定部３３０の流体ネットワークの出口チャネル３４４に戻される。別の実施形態では、任意の適切な数の入口及び出口チャネルを、任意の適切な数の開口部３３６を介して、混合チャンバ３３２に接続することができる。
【０１０４】
図３２は、検定部１４４の選択された部分、特に薄膜層２９０をさらに詳細に示している。例示的な薄膜２９０は、基材２６０から形成されるフィールド酸化膜（ＦＯＸ）層３５２と、ＦＯＸ層３５２上に配置されるＰＳＧ（ｐｈｏｓｈｏ−ｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ）層３５４とを含むことができる。ＦＯＸ層３５２は、加熱作用を断熱するための熱障壁を提供する。ＰＳＧ層３５４は、３５５で示されるように、開口部２８８から後退しており、流体が、腐蝕作用を有するＰＳＧ層と接触するのを避けることができる。したがって、ＰＳＧ層３５４は流体と接触する開口部２８８よりも大きな直径を有する、保護された開口部を画定する。また薄膜は、タンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）のような任意の適切な抵抗性材料から形成されている抵抗層３５６も含むことができる。電流は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金（図示せず）のような任意の適切な導電性材料から形成される、接続された導体から抵抗層３５６内に流れる。抵抗層は熱を発生し、その熱は、特にＦＯＸ層３５２によって基材２６０とは断熱することができる。１つあるいは複数のパッシベーション層３５８がこれらの薄膜を覆うことができる。パッシベーション層に適した材料として、例えば窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）あるいはシリコンカーバイド（ＳｉＣ）が挙げられる。電極、トランジスタ及びダイオードのような、基材表面の上及び／又は下に配置することができる、さらに別の電子回路造作物はここでは示されていない。
【０１０５】
ＩＩＩ．マイクロ流体システム
検体を操作し、且つ／又は分析するためのマイクロ流体システムが提供される。マイクロ流体システムは概して、非常に少量の流体（液体及び／又は気体）の検体を受容し、操作し、分析するための装置及び方法を含んでいる。少量の流体は１つあるいは複数の流路によって搬送され、その流路のうちの少なくとも１つは通常は約０．１〜５００μｍ、さらに通常は約１００μｍあるいは５０μｍ未満の断面寸法あるいは深さを有している。マイクロ流体デバイスは、任意の適切な全流体容積を有することができる。したがって、マイクロ流体デバイス内の１つあるいは複数の領域における流体は、一般的に低レイノルズ数によって特徴付けられる、乱流が最小限の層流となる。
【０１０６】
流体区画は、マイクロ流体デバイス内に流体連通して接続されることができる。「流体連通している」とは一般的に、区画間を流体を連絡させる経路が装置内に存在することを意味する。その経路は常に開いているか、開閉するバルブによって制御することができる（以下を参照）。
【０１０７】
種々の流体区画は、マイクロ流体デバイス内で流体を搬送し、且つ／又は保持することができ、装置によって包囲されている。流体を搬送する区画は流路である。流路には、例えばチャネル、処理チャンバ、開口部あるいは表面（例えば、親水性、帯電等）などの、マイクロ流体デバイス内において流体が移動する経路を決定する任意の画定された経路あるいはコンジットが挙げられる。流路へ送出するために、あるいは流路から受容するために、流体を保持する区画は、チャンバあるいは貯蔵室と呼ばれる。多くの場合に、チャンバあるいは貯蔵室は、そこを通して流体を流すことのできる流路でもある。流体連通しているマイクロ流体デバイス内の流体区画は、流体ネットワークあるいは流体空間を形成し、それらは分岐される場合もあり、分岐されない場合もある。ここに示すようなマイクロ流体デバイスは、単一の流体連通している流体ネットワーク、あるいは複数の個別の流体連通していない流体ネットワークを含むことができる。複数の個別の流体ネットワークを用いる場合、その装置は、同時に及び／又は次々に、複数の検体を受容し、操作するように構成することができる。
【０１０８】
チャンバは、末端チャンバ及び中間チャンバとして大きく分類することができる。末端チャンバは一般的に、流体ネットワークにおいて流体を移動させるための始点あるいは終点と定義することができる。そのようなチャンバは、例えば、装置の製造あるいは準備中に試薬を受容する、外部環境とのインターフェースとして機能するか、あるいはマイクロ流体デバイス内の流路からのみ流体を受容することができる。例示的な末端チャンバは、処理された検体、試薬及び／又は廃棄物を受容し、且つ／又は収容する貯蔵室として機能することができる。末端チャンバは、検体分析前に、且つ／又は検体分析中に流体を取り込むことができる。中間チャンバは、流体ネットワーク内の中間的な位置にあり、それゆえ、検体分析中に処理、反応、測定、混合等のための流路として機能することができる。
【０１０９】
マイクロ流体デバイスは、流体ネットワーク内の流体あるいは流体成分を押し出し、且つ／又は吸い込むための１つあるいは複数のポンプを構成要素として含むことができる。各ポンプには、例えば機械駆動式（圧力媒介）ポンプあるいは電磁ポンプを用いることができる。機械駆動式ポンプは、正圧によってネットワークの中に流体を押し出すことができる。その圧力はばね、加圧された気体（システムの内部あるいは外部から供給される）、モータ、シリンジポンプ、空気ポンプ、蠕動ポンプ等によって与えられることができる。代替的に、あるいはそれに加えて、圧力駆動式ポンプは、負圧によって、即ち、減圧された領域に向かって流体を吸い込むことができる。電磁あるいは電気駆動式ポンプは電界を用いて、電気泳動、電子浸透、電気毛管現象等によって流体及び／又は流体成分を流動させることができる。いくつかの実施形態において、微細機械加工によって製造されるマイクロポンプ、例えば、圧電の動力によって流動させるダイアフラムポンプを用いることができる。
【０１１０】
ここに示すマイクロ流体デバイスにバルブも構成要素として含まれる。バルブは一般的に、流体ネットワーク内を通る流体の流れを調整するための任意の機構を有し、例えば、双方向バルブ、チェックバルブ及び／又はベントがある。例えば、バルブは、流体が流路内に流れるのを阻止したり、可能にしたりする、即ちバイナリスイッチとして、及び／又は流速を調整するために用いることができる。したがって、バルブを操作することによって、例えば、流体ネットワークのアクティブな部分を選択したり、流体ネットワークの１つあるいは複数の部分を離隔することができ、且つ／又は実施される処理ステップを選択することができる。それゆえ、バルブは、流体、試薬及び／又は検体（単数又は複数）を、ある流体区画から流体ネットワークの所望の領域に搬送するように配置され、操作される。適切なバルブは、例えば、可動ダイアフラムあるいは可動薄膜、圧縮することのできる流路壁あるいは可動流路壁、ボールバルブ、スライドバルブ、フラップバルブ、バブルバルブ及び／又は不混和流体を構成要素として含むことができる。そのようなバルブは、ソレノイド、モータ、圧力（上記を参照）、ヒータ等によって操作することができる。
【０１１１】
適切なバルブとして、従来の製造方法によって薄膜電子素子（以下を参照）に沿って基材上（あるいは基材内）に形成されるマイクロバルブを用いることができる。マイクロバルブは、例えば、静電力、圧電力及び／又は熱膨張力によって駆動することができ、内部あるいは外部にアクチュエータを有することができる。静電バルブは、例えば、基材内に形成されている穴を覆うように動作することができるポリシリコン膜あるいはポリイミドカンチレバーを構成要素として含んでいる。圧電バルブは、バルブアクチュエータと反対方向に膨張する外部（あるいは内部）の圧電ディスクあるいは圧電ビームを構成要素として含んでいる。熱膨張バルブは、ダイアフラムによって仕切られている封止された圧力チャンバを構成要素として含んでいる。チャンバを加熱することにより、ダイアフラムがバルブシートと反対方向に膨張する。代替的に、熱膨張バルブはバブルバルブを含むことができる。バブルバルブは、流体を加熱するヒータ素子によって形成することができ、流路内に気泡を形成して、その気泡が流路の中を流体が流れないように阻止する。加熱を中断することにより、気泡が減少し、流体が流れるようになる。マイクロバルブは可逆的に、即ち開閉することができるか、実質的に不可逆な、即ち開閉のいずれかのみが可能なシングルユースバルブにすることができる。例示的なシングルユースバルブは、流体流路内の感熱性障害物、例えばポリイミド層である。そのような障害物は、加熱する際に破壊あるいは変性され、流体が流れるようになる。
【０１１２】
ベントは、例えば、流体がある流体区画に入る結果として生じる排気ガスを放出できるようにするために用いられる。適切なベントは、ガスは通過できるが、親水性液体の通過を制限する疎水性膜を構成要素として含んでいる。例示的なベントはゴアテックス膜である。
【０１１３】
ここに記載しているようなマイクロ流体デバイスは、３つのステップ、即ち入力、処理及び出力を実行あるいは調整するように構成することができる。これらのステップは一般的に、所与の検体毎に順番に実行されるが、複数の検体が装置に入力される場合には非同期に実行される場合もある。
【０１１４】
入力ステップでは、マイクロ流体デバイスのユーザは、外界からマイクロ流体デバイスに検体（単数又は複数）を導入できる。したがって、入力は外界と装置との間のインターフェース（単数又は複数）を必要とする。それゆえ、そのインターフェースは通常はポートとして機能し、インターフェースとしてセプタム、バルブ等を用いることができる。代替的に、あるいはそれに加えて、検体（単数又は複数）を、装置内で試薬から合成することができる。試薬は、ユーザによって、あるいは装置の製造中に導入することができる。好ましい実施形態では、試薬は製造中に導入され、装置あるいはカートリッジ内に封止される。
【０１１５】
その後、入力された検体（単数又は複数）は処理される。処理ステップは、検体の組成、濃度及び／又は温度のような検体の物理的あるいは化学的特性を変性する任意の検体操作あるいは処理を含むことができる。処理ステップによって、入力された検体を、検体内の分析物（単数又は複数）の分析に、より適した形態に変性することができ、反応を介して検体の形態を照会することができ、検体を濃縮させることができ、信号強度を高めることができ、且つ／又は検体を検出可能な形態に変換することができる。例えば、処理ステップによって、入力された検体からの１つあるいは複数の分析物を抽出あるいは解放（例えば、細胞あるいはウイルスから）し、分離し、精製し、濃縮し、且つ／又は高濃度化（例えば、増幅による）させることができる。代替的に、あるいはそれに加えて、処理ステップによって、検体あるいはその分析物（単数又は複数）を物理的、化学的及び／又は生物学的に変性するために、検体あるいはその分析物（単数又は複数）を処理することができる。例えば、処理ステップは、色素で標識化することにより、あるいは酵素又は基質、検査試薬あるいは他の反応性物質と反応させることにより、検体／分析物を化学的に変性することができる。同様に、あるいは代替的に、処理ステップは生物学的、物理的あるいは化学的条件あるいは媒介物によって、検体／分析物（単数又は複数）を処理することを含むことができる。例示的な条件あるいは媒介物には、例えば、ホルモン、ウイルス、核酸（例えば、トランスフェクションによる）、熱、放射線、超音波、光、電圧パルス（単数又は複数）、電界、粒子照射、洗浄剤、ｐＨ及び／又はイオン強度が挙げられる。代替的に、あるいはそれに加えて、処理ステップは分析物の選択的な配置を含むことができる。分析物を選択的に配置する例示的な処理ステップとして、毛管電気泳動、クロマトグラフィ、親和性基質への吸着、１つあるいは複数の配置されているレセプタへの特異結合（例えば、ハイブリダイゼーション、レセプタ−リガンド相互作用等による）、分類（例えば、測定された信号に基づく）等が挙げられる。
【０１１６】
出力ステップは検体処理後に実行することができる。マイクロ流体デバイスは、分析及び／又は調製の目的で用いることができる。したがって、出力ステップは、一般的に、マイクロ流体デバイスから任意の検体関連信号あるいは物質を得ることを含んでいる。
【０１１７】
検体関連信号には、処理される検体に直接的及び／又は間接的に関係しており、且つマイクロ流体デバイスから、あるいはマイクロ流体デバイスによって測定される検出可能な信号が含まれる。検出可能な信号として、例えば、アナログ値及び／又はデジタル値、一価あるいは多価、時間依存値あるいは時間非依存値（例えば、定常値あるいは終点値）及び／又は平均値あるいは分布値（例えば、時間的及び／又は空間的）を用いることができる。
【０１１８】
検出可能な信号は、数ある検出方法の中で、光学的及び／又は電気的に検出することができる。検出可能な信号には、例えば、吸光度、ルミネッセンス（蛍光、エレクトロルミネッセンス、生物発光、化学発光）、回折、反射、散乱、円偏光二色性及び／又は旋光度のような光学信号（単数又は複数）を用いることができる。適切な蛍光方法は、例えば、蛍光共鳴エネルギー転移（ＦＲＥＴ）、蛍光寿命（ＦＬＴ）、蛍光強度（ＦＬＩＮＴ）、蛍光偏光（ＦＰ）、内部全反射蛍光（ＴＩＲＦ）、蛍光相関分光（ＦＣＳ）、光退色後の蛍光再生（ＦＲＡＰ）及び／又は蛍光標識式細胞分取（ＦＡＣＳ）を含むことができる。光学信号は、非位置値、あるいは１組の値として測定することができ、及び／又は、例えば、電荷結合素子の場合のように、イメージング方法を用いて測定されるような空間的情報を有している。いくつかの実施形態において、検出可能な信号として、例えば、搭載されるフォトダイオード（単数又は複数）が発生する光電子信号を用いることができる。他の検出可能な信号は、表面プラズモン共鳴法、核磁気共鳴法、電子スピン共鳴法、質量分析法等によって測定することができる。代替的に、あるいはそれに加えて、検出可能な信号として、電気信号（単数又は複数）、即ち測定される電圧、抵抗、コンダクタンス、キャパシタンス、電力等を用いることができる。例示的な電気信号は、例えば、分子結合事象（単数又は複数）（例えば、核酸二本鎖形成、レセプタ−リガンド相互作用等）として、細胞膜にわたって測定することができる。
【０１１９】
いくつかの実施形態において、マイクロ流体デバイスは、検体を調製するために用いることができる。出力される検体関連物質として、処理後に装置を出る１つあるいは複数の任意の化学的あるいは生物学的化合物、ポリマー、凝集物、混合物、集合物及び／又は生物が挙げられる。そのような検体関連物質は、例えば、化学的に変性（合成）され、生物学的に変性、精製され、且つ／又は選別された、入力検体の誘導体である。
【０１２０】
マイクロ流体デバイスは、セクションＩＩにおいて例示しているように、流体をハンドリング（且つ収容）するための部分、及び検定を行うための部分として、個別の構造的な部分を構成要素として含むことができる。これらの部分は、個別の処理及び／又は操作ステップを実行するように構成することができる。流体ハンドリング部は、検定部から離隔して形成され、検定部の流体ネットワークあるいは流体空間よりも大きな３次元寸法の流体ネットワークあるいは流体空間を有することができる。流体ハンドリング部は、数十あるいは数百μｌ〜約５ｍｌ以上までの流体容積を有する１つあるいは複数のチャンバを含んでいる任意の適切な容積の流体チャンバを有することができる。
【０１２１】
流体ハンドリング部は、検体を受容するための検体入力サイト（ポート）（単数又は複数）と、試薬を保持及び搬送し、且つ／又は廃棄物を受容するための複数の流体貯蔵室とを構成要素として含むことができる。流体ハンドリング部は、いくらか大きな流体容積、場合によっては、１μｌあるいは１ｍｌよりも大きな容積、を収容するための寸法を有することができる。さらに、流体ハンドリング部は、廃棄物から対象の分析物（単数又は複数）を分離するために、例えば１つあるいは複数の細胞を含有する検体から分析物（例えば核酸）を単離するために、１つあるいは複数の流路によって形成される予備処理サイト（単数又は複数）を構成要素として含むことができる。流体ハンドリング部は、一般的に平坦ではない流体ネットワークあるいは流体空間を画定することができる。平坦ではない、即ち３次元の流体ネットワークの場合、流体ネットワークの１つあるいは複数の部分を、任意の共通の平面から２ｍｍ以上離して配置することができる。
【０１２２】
検定部は、最終的な検体処理が行われ、且つ／又は検定信号が測定されるサイトを提供することができる。検定部は、一般的には約５０μｌ未満、好ましくは約１０μｌ未満、さらに好ましくは約１μｌ未満の流体チャンバを有し、より小さな検体量を操作し、分析するように構成されている。
【０１２３】
検定部は、流体ハンドリング部とは個別に、即ち流体ハンドリング部と共有されない個別の構成要素から形成することができる。したがって、検定部は、流体ハンドリング部とは別に形成することができ、その後、流体ハンドリング部の流体区画を流体連通するように流体ハンドリング部に取り付けることができる。
【０１２４】
検定部は基材部分と流体障壁とを含んでいる。基材と流体障壁との間に、電子回路を、少なくとも部分的に、あるいは少なくともその大部分を配置することができる。基材部分は、基材部分の表面付近にある流体障壁と共に流体空間を画定することができる。電子回路は薄膜部分あるいは電子回路（単数又は複数）の層を含むことができ、薄膜層も基材の表面付近に配置される。表面に近接あるいは隣接する構造体は、その基材の反対側の表面よりも、その基材の表面の近くに存在している。
【０１２５】
基材の電気的特性によって、電子回路、特に固体電子スイッチング回路が基材及び流体障壁に対して配置される位置が決定される。基材に半導体を用いることができ、それによって、電子回路のいくつかの部分が、例えばｎドーピング及びｐドーピングによって基材内に形成することができる。代替的に、基材として絶縁体を用いることができる。この場合には、全ての電子回路が基材の外部に支持される。適切な基材は、例えば薄膜の付着を容易に行うことができる、一対の相対する表面が概ね平坦あるいは平面的なものである。基材には、シリコン、ガリウムヒ素、ゲルマニウム、ガラス、セラミック、アルミナ等を含む、少なくとも概ね無機的な構造物を用いることができる。
【０１２６】
薄膜電子回路は薄膜あるいは薄膜層を含んでいる。電子回路の各薄膜層は、回路の動作において直接的あるいは補助的な役割、即ち、例えば導電性、絶縁性、抵抗性、容量性、ゲーティング及び／又は保護的な役割を果たすことができる。保護的な役割及び／又は絶縁性の役割は、電気的な絶縁、流体が媒介する腐蝕を防ぐための化学的隔離等を提供することができる。薄膜層は、約１００μｍ、５０μｍあるいは２０μｍ未満の厚みを有することができる。代替的に、あるいはそれに加えて、薄膜層は、約１０ｎｍ、２０ｎｍあるいは５０ｎｍよりも厚い厚みを有することができる。そのような薄膜は電子素子を形成する。電子素子と呼ばれる理由は、それらが検定部の電子回路によって電子制御されるためである。電子素子は、検定部の流体区画内の流体の特性を変性し、且つ／又は検出するように構成されている。したがって、電子素子及び薄膜層の種々の部分は、基材と、検定部の流体ネットワークあるいは区画との間に配置することができる。例示的な変性用の素子として、電極、ヒータ（例えば抵抗体）、冷却器、ポンプ、バルブ等が含まれる。したがって、変性される特性は、例えば、流体あるいは流体区画内の分析物の分布あるいは位置、分析物の移動度、分析物の濃度、関連する検体成分に対する分析物の組成比、流体の流速、流体の単離、あるいは流体／分析物の温度が挙げられる。代替的に、あるいはそれに加えて、薄膜素子は流体及び／又は分析物の条件あるいは位置をモニタ、あるいは検出することができる。例示的な検出素子として、温度センサ、流速センサ、ｐＨセンサ、圧力センサ、流体センサ、光センサ、電流センサ、電圧センサ、分析物センサ等が挙げられる。変性素子及び検出素子の組み合わせによって、フィードバック制御、例えば、検定部内の流体領域の閉ループ温度制御が可能となる。
【０１２７】
検定部に含まれている電子回路は、線形に応答する電気回路とは対照的に、フレキシブル（柔軟）である。電子回路は、半導体素子（トランジスタ、ダイオード等）及び固体電子スイッチングを用いて、より少ない数の入力−出力配線で非常に多くの電子素子に電気的に接続することができる。したがって、電子回路は、例えば、電源／アース線、データ入力線、発射パルス線、データ出力線及び／又はクロック線を含む、入力及び出力配線の任意の適切な組み合わせに接続され、且つ／又は含むことができる。電源／アース線は、変性素子及び検出素子に電源を供給することができる。データ入力線は、電源投入される素子（例えば、ヒータ（単数又は複数）、電極（単数又は複数））を指示するデータを提供することができる。発射パルス線は、チップの外部あるいは内部に供給することができる。これらの配線は、変性素子及び／又は検出素子を起動するための特定の１組のデータをアクティブにするように構成することができる。データ出力線は、検定部の回路からデータを、例えば検出素子からデジタルデータを、受信することができる。データ入力及び出力の速度に基づいて、単一のデータ入力／出力線あるいは複数のデータ入力／出力線を設けることができる。データ速度が遅い場合、単一のデータ入力／出力線で十分な場合があるが、よりデータ速度が速い場合では、例えば並列に複数の薄膜素子を駆動する場合では、１つあるいは複数のデータ入力線及び個別のデータ入力／出力線が必要になる場合がある。クロック線は、例えばコントローラからのデータを送受信するタイミングなどの、処理のタイミングを提供することができる（以下を参照）。
【０１２８】
マイクロ流体デバイスは、制御装置あるいはコントローラによって制御されるように構成することができる。したがって、マイクロ流体デバイスは、例えば導電的、静電容量的及び／又は電気誘導的に、コントローラに電気的に接続される。コントローラは、上記の入力及び／又は出力線のうちの任意の配線を提供することができる。さらに、コントローラは、ユーザインターフェースを提供することができ、データを格納することができ、１つあるいは複数の検出器を提供することができ、且つ／又は機械的インターフェースを提供することができる。コントローラの例示的な機能として、マイクロ流体デバイス内の流体、検体及び／又は分析物を変性及び／又は検出するために、バルブ、ポンプ、ソニケータ、光源、ヒータ、冷却器等を操作し、且つ／又は提供することが挙げられる。
【０１２９】
特にマイクロ流体デバイス、流体ハンドリング部、検定部及びコントローラのさらに別の形態は、セクションＩＩにおいて既に記載している。
【０１３０】
ＩＶ．検体
ここに示すようなマイクロ流体システムは、検体を処理するように構成されている。検体として、一般的に、対象の物質（あるいは分析物）を分析するか、あるいは対象の物質を調製するためにそれを変性するか、のいずれかのために、マイクロ流体システムによって受容され、処理される任意の対象の物質が挙げられる。検体は一般的に、システムによって測定されるか、あるいはシステムによって有利に変性される（例えば、精製される、選別される、誘導体化される、培養されるなど）対象となる１つあるいは複数の特性を有している。検体は、１つあるいは複数の任意の化合物、ポリマー、凝集物、混合物、抽出物、合成物、粒子、ウイルス、細胞及び／又はそれらの組み合わせを含有している。対象の分析物及び／又は物質は、例えば検体内の主成分、副成分あるいは微量成分などの、検体の任意の部分を形成することができる。
【０１３１】
検体、及びその中に含まれる分析物は、生物学的なものを用いることができる。生物学的検体には、一般的に、細胞、ウイルス、細胞抽出物、細胞生成物質あるいは細胞関連物質、候補となりそうな細胞修飾物あるいは未知の細胞修飾物、及び／又はその人為的な変異体が含まれる。細胞には、任意の単細胞あるいは多細胞生物からの真核細胞及び／又は原核細胞が含まれ、任意の種類の細胞あるいは一群の種類の細胞が含まれる。細胞生成物質あるいは細胞関連物質には、特に、核酸（ＤＮＡあるいはＲＮＡ）、タンパク質（例えば、酵素、レセプタ、制御因子、リガンド、構造タンパク質等）、ホルモン（例えば、核ホルモン、プロスタグランジン、ロイコトリエン、一酸化窒素、環状ヌクレオチド、ペプチドホルモン等）、炭水化物（例えば、単糖類、二糖類あるいは多糖類、グリカン、糖タンパク質等）、イオン（例えば、カルシウム、ナトリウム、カリウム、クロライド、リチウム、鉄等）及び／又は他の代謝生成物あるいは細胞移入物質が含まれる。
【０１３２】
生物学的検体には、例えば、臨床検体、研究検体、環境検体、法医学的検体及び／又は工業検体を用いることができる。臨床検体は、診断及び／又は予後徴候を目的として得られた任意のヒトあるいは動物検体を含むことができる。例示的な臨床検体には、血液（血清、全血あるいは細胞）、リンパ液、尿、大便、胃内容物、胆汁、精液、粘液、膣垢、脳脊髄液、唾液、汗、涙、皮膚、毛、組織診試料、吸引液、外科的検体、腫瘍等が含まれる。研究検体には、培養された細胞あるいはウイルス（例えば、野生型、遺伝子操作されたもの及び／又は突然変異体）、その抽出物、部分的あるいは完全に精製された細胞物質、細胞から分泌された物質、薬剤スクリーニングに関連する物質等の生物学的及び／又は生物医学的研究に関連する任意の検体が含まれる。環境検体には、生物学的態様に基づいて分析あるいは操作される土壌、空気、水、植物及び／又は人為的な構造物が含まれる。
【０１３３】
検体は非生物的な場合もある。非生物学的検体には、一般的に、生物学的検体と定義されない任意の検体が含まれる。任意の適切な無機及び有機化合物、ポリマー及び／又は混合物の、存否、濃度、寸法及び／又は構造を得るために、非生物学的検体は分析されることがある。適切な非生物学的検体として、環境検体（例えば、土壌、空気、水等からの検体）、合成された物質、工業生産により生成された生成物あるいは廃棄物等が挙げられる。
【０１３４】
検体は固体、液体及び／又は気体の場合がある。検体は、マイクロ流体システムに導入される前に予備処理するか、あるいはそのまま導入することができる。システム外部における予備処理には、化学的処理、生物学的処理（培養、ホルモン処理等）及び／又は物理的処理（例えば、熱処理、圧力、放射線、超音波破壊、流体との混合等）が含まれる。固体検体（例えば、組織、土壌等）は、マイクロ流体デバイスに導入される前あるいは導入された後に、流体内に溶解あるいは分散させることができ、及び／又は対象の分析物は、固体検体からマイクロ流体システム内の流体に解放させることができる。液体及び／又は気体検体は、システムの外部で予備処理することができ、且つ／又はそのまま導入することができる。
【０１３５】
Ｖ．検定
マイクロ流体システムを用いて、入力された検体のある性質を検定（分析／検査）することができる。生物学的あるいは非生物学的検体の任意の適切な性質を、マイクロ流体システムによって分析することができる。適切な性質は、検体によって搬送される１つあるいは複数の分析物の特性に関係している。そのような特性には、存否、濃度（例えば、細胞内に発現したＲＮＡあるいはタンパク質の濃度）、寸法、構造、活性（例えば酵素あるいは生物学的活性）、細胞内の位置、細胞の表現型等が含まれる。構造には、一次構造（例えば、ヌクレオチドあるいはタンパク質の配列、ポリマー構造、異性体構造（単数又は複数）あるいは化学的修飾）、二次あるいは三次構造（例えば、局部的折畳み構造あるいは高次の折畳み構造）、及び／又は四次構造（例えば、分子間相互作用）が含まれる。細胞の表現型は、細胞状態、電気的活性、細胞形状、細胞移動性、細胞同一性、伝達遺伝子活性等に関係する。
【０１３６】
マイクロ流体検定は、１つあるいは複数の核酸の存否あるいは濃度を測定することができる。分析される各核酸は単一の分子として存在することができ、より一般的には複数の分子として存在することができる。複数の分子は同一あるいは概ね同一の場合があり、且つ／又は一般的には、同一である２０以上の連続した塩基部位を共有する場合がある。本明細書において用いられるような核酸（核酸種）には、一般的に、共有結合された単量体サブユニットの連鎖として形成されている、核酸ポリマーあるいはポリヌクレオチドが含まれる。単量体サブユニットは、塩基アデニン、シトシン、グアニン、ウラシル、チミン、ヒポキサンチン、キサンチンあるいはイノシンのうちの任意のものあるいは全てを含むポリリボ核酸（ＲＮＡ）及び／又はポリデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）を形成することができる。代替的に、あるいはそれに加えて、核酸は、例えば、メチル化塩基、ペプチド核酸、硫黄置換型バックボーン等を含む、自然誘導体あるいは合成誘導体の場合がある。核酸は、単鎖、二本鎖及び／又は三本鎖の場合があり、野生型あるいは組換え型、欠失、挿入、反転、再配列及び／又はそれらの点変異体の場合がある。
【０１３７】
核酸分析には、検体内の１つあるいは複数の核酸種（ＤＮＡ及び／又はＲＮＡ）の存否、量、寸法、一次配列、完全性、変性及び／又は鎖構造を測定するために、検体を検査することが含まれる。そのような分析は、遺伝子型同定情報を提供することができ、且つ／又は、例えば、特定の遺伝子（単数又は複数）あるいは遺伝子部位（単数又は複数）からの遺伝子発現を測定することができる。
【０１３８】
遺伝子型同定情報は、検体内の、病原体種のような微生物の同定及び／又は定量のために用いることができる。例示的な病原性生物は、限定はしないが、例えばＨＩＶ、肝炎ウイルス、狂犬病ウィルス、インフルエンザ、ＣＭＶ、ヘルペスウイルス、パピローマウイルス、ライノウイルスなどのウイルスと、例えば黄色ブドウ球菌、ウェルシュ菌、腸炎ビブリオ菌、ネズミチフス菌、炭疽菌、ボツリヌス菌、大腸菌などの細菌と、例えば属名でカンジダ症、コクシジウム症、ブラストミセス症、ヒストプラスマ症、アスペルギルス症、接合菌症、フザリウム症及び毛芽胞菌に含まれる菌などの菌類と、例えばマラリア原虫（例えば、三日熱、熱帯熱、マラリア等）、ランブル鞭毛虫、赤痢アメーバ、クリプトスポリジウム及びアメーバなどの原虫とを含むことができる。その分析によって、例えばヒト、動物、植物、食物、土壌あるいは水が、ある特定の微生物（単数又は複数）で感染するか、あるいはそれを保有するか否かを判定することができる。場合によっては、その分析は、存在する特定の菌株（単数又は複数）についての固有の情報を提供することもできる。
【０１３９】
遺伝子型同定分析には、例えば、特定の遺伝子部位の存否、コピー数及び／又は配列を判定するために、臨床的あるいは法医学的に分析するための遺伝子スクリーニングが含まれる。遺伝子スクリーニングは、出生欠陥をスクリーニングして遺伝子疾患及び／又は一塩基多型を特定するために、あるいは腫瘍を確認するために、出生前あるいは出生後診断に適している。遺伝子スクリーニングは、患者治療（例えば薬剤選択、患者カウンセリング等）において医師を支援するためにも用いることができる。法医学的分析は、例えば遺伝子型分析を用いることで、例えば人を識別したり、犯行現場における特定の人物の存在を判定したり、あるいは親子を判定したりすることができる。いくつかの実施形態において、核酸は一塩基多型を有しており、且つ／又は一塩基多型に関して分析することができる。
【０１４０】
マイクロ流体システムは、遺伝子発現を分析するために、定量的（発現の量）に、あるいは定性的（発現の存否）に用いられることができる。遺伝子発現の分析は、ＲＮＡ上で直に行われるか、あるいは検体ＲＮＡをテンプレートとして用いて、例えば逆転写酵素を用いて合成された相補的なＤＮＡにおいて行うことができる。相補的なＤＮＡは、例えば検定部おいて、セクションＩＩに示す実施形態のようなマイクロ流体デバイス内で、あるいは装置の外部で、即ち検体入力前に合成することができる。
【０１４１】
発現分析は、特に医療用あるいは研究用として利益をもたらす。例えば、個々の遺伝子あるいは一群の遺伝子の発現分析（プロファイリング）は、人の健康状態、薬剤（単数又は複数）あるいは他の処置の選択等を判定あるいは予測するのに用いることができる。他方では、あるいはそれに加えて、発現は、例えば伝達遺伝子分析、スクリーニングライブラリ（例えば、化合物、ペプチド、抗体、ファージ、細菌等のライブラリ）などの研究の応用形態においても有用とされる。
【０１４２】
検定は、分析物のある特性を測定できる処理ステップを含むことができる。そのような処理ステップには、標識化、増幅、レセプタ（単数又は複数）への結合等が含まれる。
【０１４３】
標識化は、分析物の検出能を高めるために実施することができる。適切な標識剤は、分析物に共有結合あるいは非共有結合し、且つ光学的に検出可能な色素（フルオロフォア、発色団、エネルギー移動群等）、特異的な結合対を形成する物質（例えばビオチン、ジゴキシゲニン、エピトープタグなどのＳＢＰ、表１参照）等を含有している。標識剤は、例えば核酸テンプレートによる複製（あるいは連結）、タンパク質リン酸化及び／又はメチル化などの酵素反応によって結合されるか、あるいは化学的、生物学的あるいは物理的（例えば、特に光あるいは熱触媒）に結合される。
【０１４４】
核酸分析の場合、核酸検出の感度を高めるために増幅を行うことができる。増幅は、ターゲット核酸種の存在量（分子数）あるいはターゲット種内の部位を選択的に増加させる任意の処理法である。増幅には、熱サイクル処理（例えば、ポリメラーゼ連鎖反応、リガーゼ連鎖反応等）、あるいは等温処理（例えば、鎖置換増幅）がある。増幅のさらに詳しい形態は、セクションＩＩにおいて既に記載している。
【０１４５】
レセプタ結合は、分析物（又は、分析物の存在によってテンプレートされた、あるいは分析物の存在に由来する反応生成物）を、分析物に特異的に結合するレセプタと接触させるステップを含む。レセプタ（単数又は複数）は、例えばアレイのマイクロ流体区画に取り付けるか、又はマイクロ流体区画内のある位置に固定するか、区画の全体にわたって分布させることができる。「特異的に結合する」とは、混合物内の他の成分に概ね結合せず、混合物内の意図した相手に対して高い選択性で結合することを意味する。特異的な結合は、約１０−４Ｍ未満の結合係数によって特徴付けることができ、好ましい特異結合係数は、約１０−５Ｍ、１０−７Ｍあるいは１０−９Ｍ未満である。レセプタ−分析物相互作用に適している例示的な特異結合対を、以下の表１に列挙する。
【０１４６】
【表１】
2004147658.tif 000003
【０１４７】
検体検定、詳細には検体内の核酸分析物の検定のさらに詳しい形態は、セクションＩ及びＩＩにおいて既に記載している。
【０１４８】
上述した発明の開示において、本発明の多数の異なる実施形態を示した。これらの実施形態は、それぞれ特定の形態において開示されてきたが、本明細書に開示及び例示された特定の実施形態は、本発明を限定するものではなく、本発明は記載されていない多数の形態において実施することができる。それゆえ、本開示の対象には、本明細書に開示される種々の要素、機構、機能及び／又は特性の全ての、新規で、自明ではない組み合わせ、及びその下位の組み合わせが含まれる。同様に、請求項が「１つの」あるいは「第１の」要素あるいはそれと同等のものを記載する場合、そのような請求項は、２つ以上のそのような要素を必要としない場合もあるが、１つあるいは複数のそのような要素を包含することを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】予備選択を利用する核酸分析法のフローチャート
【図２】核酸ターゲットの予備選択法のフローチャート
【図３】図２記載の予備選択法の第１段階を示す予備選択チャンバ内の概略図
【図４】図２記載の予備選択法の第２段階を示す予備選択チャンバ内の概略図
【図５】図２記載の予備選択法の第３段階を示す予備選択チャンバ内の概略図
【図６】図２記載の予備選択法の第４段階を示す予備選択チャンバ内の概略図
【図７】マイクロ流体システムの一実施形態（外面図）
【図８】マイクロ流体システムの一実施形態（断面図）
【図９】マイクロ流体システムの一実施形態（概略図）
【図１０】制御装置を用いてカートリッジを制御し、検体内のターゲット核酸を分析するための例示的な方法を示すフローチャート
【図１１】カートリッジによる検体処理の第１段階（概略図）
【図１２】カートリッジによる検体処理の第２段階（概略図）
【図１３】カートリッジによる検体処理の第３段階（概略図）
【図１４】カートリッジによる検体処理の第４段階（概略図）
【図１５】カートリッジによる検体処理の第５段階（概略図）
【図１６】カートリッジによる検体処理の第６段階（概略図）
【図１７】検定部の一実施形態（平面図）
【図１８】検定部の一実施形態（断片的な断面図）
【図１９】検定部内の境界流路、開口部及び検定チャンバの製造法の第１段階
【図２０】検定部内の境界流路、開口部及び検定チャンバの製造法の第２段階
【図２１】検定部内の境界流路、開口部及び検定チャンバの製造法の第３段階
【図２２】検定部内の境界流路、開口部及び検定チャンバの製造法の第４段階
【図２３】検定部内の境界流路、開口部及び検定チャンバの製造法の第５段階
【図２４】検定部内の境界流路、開口部及び検定チャンバの製造法の第６段階
【図２５】検定部内の境界流路、開口部及び検定チャンバの製造法の第７段階
【図２６】検定部内のチップ内流路（概略図）
【図２７】検定部内のチップ内流路の形成法の第１段階
【図２８】検定部内のチップ内流路の形成法の第２段階
【図２９】検定部内のチップ内流路の形成法の第３段階
【図３０】マニホルドチャネルを有する検定部（断面図）
【図３１】混合チャンバを有する検定部（断片的な平面図）
【図３２】検定部内の薄膜層（断面図）
【符号の説明】
【０１５０】
４０  核酸ターゲットを分析する方法
４２  ターゲットを予備選択するための手段
４４  ターゲットを増幅するステップ
４６  ターゲットを検定するための手段
５０  核酸混合物を電極に引きつけるステップ
５２  ターゲットをレセプタに選択的に保持するステップ
５４  ターゲットを濃縮するステップ
６０  核酸混合物
６６  電子素子
６８  基材
７２  核酸ターゲット
７４  ターゲット以外の核酸
７８  レセプタ
８０  電極
１１４  マイクロ流体デバイス
１５８  電子素子
１６４  第１の区画
１６６  第２の区画
２５８  基材部分
２６０  基材
２７２  第１及び第２の電極
【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】
2004147658.tif 000019
【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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