(57)【要約】マイクロ流体デバイス用の試料装填カートリッジ（１）は、ある量の液体試料（３）を収容するように構成された試料リザーバ（２０）を有するカートリッジ本体（１０）と、試料リザーバ（２０）と連通している試料ポート（３０）とを備える。カートリッジ（１）はさらに、試料リザーバ（２０）から延在する流出チャネル（４０）と、試料リザーバ（２０）および試料ポート（３０）に接続されたフィードバックチャネル（５０）とを備える。カートリッジ本体（１０）は、フィードバックチャネル（５０）内の試料（３）の検出を可能にするために、フィードバックチャネル（５０）と位置合わせされた検出部（６０）を備える。実質的に液体試料（３）が流出チャネル（４０）に流入することなく、試料ポート（３０）内に受容された液体試料（３）をフィードバックチャネル（５０）に流入させるために、フィードバックチャネル（５０）の流れ抵抗は流出チャネル（４０）の流れ抵抗よりも小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体デバイス用の試料装填カートリッジ（１）であり、
ある容量の液体試料（３）を収容するように構成された試料リザーバ（２０）を備えるカートリッジ本体（１０）と、
前記試料リザーバ（２０）と連通しており、前記液体試料（３）を受容するように構成された試料ポート（３０）と、
前記試料リザーバ（２０）に接続され、前記試料リザーバ（２０）から延在する流出チャネル（４０）と、
前記試料リザーバ（２０）および前記試料ポート（３０）に接続されたフィードバックチャネル（５０）と
を備える試料装填カートリッジ（１）であって、
前記カートリッジ本体（１０）は、前記フィードバックチャネル（５０）内の液体試料（３）の存在の検出を可能にするために、前記フィードバックチャネル（５０）の少なくとも一部と位置合わせされた検出部（６０）を備え、
実質的に液体試料（３）が前記流出チャネル（４０）に流入することなく、前記試料ポート（３０）内に受容された液体試料（３）を前記フィードバックチャネル（５０）に流入させるために、前記フィードバックチャネル（５０）の流れ抵抗は前記流出チャネル（４０）の流れ抵抗よりも小さい、試料装填カートリッジ（１）。
【請求項２】
前記検出部（６０）は、前記フィードバックチャネル（５０）への視覚的アクセスを提供するために、前記フィードバックチャネル（５０）の少なくとも一部と位置合わせされた窓（６０）を備える、請求項１に記載の試料装填カートリッジ。
【請求項３】
前記検出部（６０）は、前記フィードバックチャネル（５０）にわたって電気的特性を測定するように配置された少なくとも１つの電極（６２、６４）を備える、請求項１または請求項２に記載の試料装填カートリッジ。
【請求項４】
前記検出部（６０）は、前記フィードバックチャネル（５０）内の液体試料（３）の存在を検出するように配置されたセンサ（６６）を備える、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の試料装填カートリッジ。
【請求項５】
前記試料ポート（３０）は、前記試料リザーバ（２０）の天井部（２２）に接続され、
前記フィードバックチャネル（５０）は、前記試料リザーバ（２０）の前記天井部（２２）および前記試料ポート（３０）に接続される、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の試料装填カートリッジ。
【請求項６】
前記流出チャネル（４０）は、前記試料リザーバ（２０）の底部（２４）と前記天井部（２２）との間に延びる軸（２）に関して前記天井部（２２）より下方の前記試料リザーバ（２０）の一端側（２６）の位置で、前記一端側（２６）に接続され、前記一端側（２６）から延在する、請求項５に記載の試料装填カートリッジ。
【請求項７】
実質的に液体試料（３）が前記流出チャネル（４０）に流入することなく、前記試料リザーバ（２０）が流体で満たされたときに、前記試料ポート（３０）内に受容された液体試料（３）を前記フィードバックチャネル（５０）に流入させるために、前記フィードバックチャネル（５０）の流れ抵抗は前記流出チャネル（４０）の流れ抵抗よりも小さい、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の試料装填カートリッジ。
【請求項８】
前記フィードバックチャネル（５０）の流れ抵抗と前記流出チャネル（４０）の流れ抵抗との比率は、１／１０未満、好ましくは１／１００未満、より好ましくは１／１０００未満である、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の試料装填カートリッジ。
【請求項９】
実質的に液体試料（３）が前記流出チャネル（４０）に流入することなく、前記試料ポート（３０）内に受容された液体試料（３）を前記フィードバックチャネル（５０）に流入させるために、前記フィードバックチャネル（５０）の断面積は前記流出チャネル（４０）の断面積よりも大きい、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の試料装填カートリッジ。
【請求項１０】
前記流出チャネル（４０）の断面積と前記フィードバックチャネル（５０）の断面積との比率は、好ましくは１／５０以下、好ましくは１／７５以下、より好ましくは１／１００以下である、請求項９に記載の試料装填カートリッジ。
【請求項１１】
前記試料ポート（３０）と前記試料リザーバ（２０）との間に介在される過充填リザーバ（７０）をさらに備え、前記フィードバックチャネル（５０）は、前記試料リザーバ（２０）および前記過充填リザーバ（７０）に接続される、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の試料装填カートリッジ。
【請求項１２】
前記試料ポート（３０）は、漏斗状構造体（３５）を備える、請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の試料装填カートリッジ。
【請求項１３】
吐出チャネル（８４）を介して前記試料リザーバ（２０）と流体連通している吐出チャンバ（８０）をさらに備え、前記吐出チャンバ（８０）の開口部は、隔壁（８２）によって閉鎖される、請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の試料装填カートリッジ。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の試料装填カートリッジ（１）と、
流れ流入チャネル（１３０）と流体接続しているそれぞれの第１の端部（１２２）および流れ流出チャネル（１４０）と流体接続しているそれぞれの第２の端部（１２４）を有する複数のセルチャネル（１２０）を備える基板（１１０）の形態のマイクロ流体デバイスと
を備えるデバイス（１００）であって、
前記セルチャネル（１２０）は、前記セルチャネル（１２０）に流入する標的細胞が前記流れ流出チャネル（１４０）に到達するのを防止するために、前記それぞれの第２の端部（１２４）と連通しているそれぞれのチャネル制限部（１２５）を備え、
前記試料装填カートリッジ（１）の前記流出チャネル（４０）は、前記流れ流入チャネル（１３０）と流体接続している、デバイス（１００）。
【請求項１５】
前記試料装填カートリッジ（１）は、第１の試料装填カートリッジ（１）であり、前記デバイス（１００）は、請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の第２の試料装填カートリッジ（１）を備え、
前記第１の試料装填カートリッジ（１）の前記流出チャネル（４０）は、前記流れ流入チャネル（１３０）の第１の流入ポート（１３１）と流体接続しており、
前記第２の試料装填カートリッジ（１）の前記流出チャネル（４０）は、前記流れ流入チャネル（１３０）の第２の流入ポート（１３３）と流体接続している、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
試料装填カートリッジ（１）の装填方法であって、
請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の試料装填カートリッジ（１）の試料ポート（３０）と位置合わせされた試料搬送デバイス（４）を配置するステップ（Ｓ１）と、
液体試料（３）がカートリッジ本体（１０）の検出部（６０）においてフィードバックチャネル（５０）内で検出可能になるまで、前記試料ポート（３０）を通して液体試料（３）を前記試料搬送デバイス（４）から前記試料装填カートリッジ（１）の試料リザーバ（２０）内に移送するステップ（Ｓ３）と
を含む、装填方法。
【請求項１７】
流体流回路（５）を前記試料ポート（３０）に密封接続するステップ（Ｓ４）と、
前記流体流回路（５）から前記試料ポート（３０）内へ流体流を供給して、前記試料リザーバ（２０）内の液体試料（３）を前記試料装填カートリッジ（１）の流出チャネル（４０）を通して外へ吐出するステップ（Ｓ５）と
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
針（８５）が隔壁（８２）を貫通するように、前記針（８５）を備える流体流回路（５）を請求項１３に記載の前記試料装填カートリッジ（１）の前記試料ポート（３０）および吐出チャンバ（８０）の開口部に密封接続するステップ（Ｓ４）と、
前記試料リザーバ（２０）内の液体試料（３）を前記試料装填カートリッジ（１）の前記流出チャネル（４０）を通して外へ吐出するために、前記流体流回路（５）から前記吐出チャンバ（３０）内へ流体流を供給するステップ（Ｓ５）と
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には、試料装填カートリッジ、そのような試料装填カートリッジを備えるデバイス、および試料装填カートリッジの装填方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
単一細胞生物学における近年の発展は、同質遺伝子細胞が、同一の条件下で増殖された場合にも、遺伝子発現および挙動において大きな差異を示し得ることを明らかにした。したがって、経時的に細胞間の表現型における差異を明らかにするための新規なデバイスが必要である。そのようなデバイスは、単一細胞の培養およびモニタリングにおける有効なツールとなるために、特定の基準を満たす必要がある。例えば、これらのデバイスは、装填直後に表現型特性をモニタリングすることができるように、細胞の装填が容易なものでなければならない。さらに、多くの異なる個々の細胞を同時に増殖させて、細胞間の差異を明らかにし、平均化による個々の細胞の特徴付けにおける測定誤差を克服する必要がある。デバイスは、例えば、系統依存性動態をモニタリングするために、一定かつ十分に制御された増殖条件下で長期間にわたって細胞の培養を可能にするように設計されなければならない。デバイスが新しい培地または試験薬に応答した動的変化をモニタリングするために培養条件の変更が可能である場合、さらに好ましい。例えば、同質遺伝子細胞の異なる培地を同時に試験するか、または異なる細胞株の培地変化に対する応答を同時にモニタリングすることが有利であり得る。
【０００３】
マイクロ流体デバイスの所望の用途は、標的細胞がマイクロ流体デバイスに装填された直後に、１セットの抗生物質または他の試験薬に対する生体試料中の標的細胞（例えば、細菌）の表現型応答を迅速かつ同時にモニタリングすることである。そのような用途では、分析の速度を上げるために、マイクロ流体デバイスに生体試料を直接装填できることが有利であろう。これは、例えば、マイクロ流体デバイスを試料装填カートリッジに接続することによって管理され得、試料装填カートリッジには、生体試料および／または計量容量の試験薬が予め装填され得る。
【０００４】
「Ｍｏｔｈｅｒ  Ｍａｃｈｉｎｅ」と呼ばれる先行技術のマイクロ流体デバイスは、Ｗａｎｇら著、Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｂｉｏｌｏｇｙ（２０１０年、２０巻、１０９９〜１１０３頁）に開示されている。Ｍｏｔｈｅｒ  Ｍａｃｈｉｎｅは、多くの異なるセルチャネル内の細胞を同時にモニタリングすることを可能にする。しかしながら、この先行技術のマイクロ流体デバイスにはいくつかの欠点がある。例えば、細胞装填は複雑であり、マイクロ流体デバイスにおける培養条件を迅速に変更することは困難である。
【０００５】
生体試料の分析に有用な別のマイクロ流体デバイスは、国際公開第２０１６／００７０６３号パンフレットおよび国際公開第２０１６／００７０６８号パンフレットに示されている。
【０００６】
Ｂａｌｔｅｋｉｎら著、ＰＮＡＳ（２０１７年、１１４（３４）巻、９１７０〜９１７５頁）は、マイクロ流体デバイスを使用した高速抗生物質感受性試験（ＡＳＴ）の試験であるＦＡＳＴｅｓｔを開示している。
【０００７】
多くのマイクロ流体デバイスは、特定の容量の試料または試薬を簡単な方法でマイクロ流体デバイスに装填する精度および再現性に関して欠点を有する。したがって、特に試料および試薬の装填に関して、マイクロ流体デバイスに改良の余地がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の一般的な目的は、特定の容量の試料または試薬を、例えばマイクロ流体デバイスに簡単な方法で装填することに関して、高い精度および一貫性を有する試料装填カートリッジを提供することである。
【０００９】
この目的および他の目的は、本明細書に開示される実施形態によって達成される。
【００１０】
本発明は、独立請求項で定義されている。さらなる実施形態は、従属請求項で定義されている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のマイクロ流体デバイス用の試料装填カートリッジは、ある容量の液体試料を収容するように構成された試料リザーバを備えるカートリッジ本体を備える。試料装填カートリッジはさらに、試料リザーバと連通しており、液体試料を受容するように構成された試料ポートを備える。流出チャネルは、試料リザーバに接続され、試料リザーバから延在し、フィードバックチャネルは、試料リザーバおよび試料ポートに接続される。カートリッジ本体は、フィードバックチャネル内の液体試料の存在の検出を可能にするために、フィードバックチャネルの少なくとも一部と位置合わせされた検出部を備える。本発明によれば、実質的に液体試料が流出チャネルに流入することなく、試料ポート内に受容された液体試料をフィードバックチャネルに流入させるために、フィードバックチャネルの流れ抵抗は流出チャネルの流れ抵抗よりも小さい。
【００１２】
デバイスは、上記の試料装填カートリッジと、流れ流入チャネルと流体接続しているそれぞれの第１の端部および流れ流出チャネルと流体接続しているそれぞれの第２の端部を有する複数のセルチャネルを備える基板の形態のマイクロ流体デバイスとを備える。セルチャネルは、セルチャネルに流入する標的細胞が流れ流出チャネルに到達するのを防止するために、それぞれの第２の端部と連通しているそれぞれのチャネル制限部を備える。試料装填カートリッジの流出チャネルは、流れ流入チャネルと流体接続している。
【００１３】
試料装填カートリッジの装填方法は、上記の試料装填カートリッジの試料ポートと位置合わせされた試料搬送デバイスを配置するステップを含む。液体試料は、液体試料がカートリッジ本体の検出部のフィードバックチャネル内で検出可能になるまで、試料搬送デバイスから試料ポートを通って試料装填カートリッジの試料リザーバ内に移送される。
【００１４】
本発明の試料装填カートリッジは、計量容量の液体試料を正確かつ一貫して装填するように設計される。試料装填カートリッジの正確な充填は、液体試料が確実に流れ流出チャネルに到達するように、また必要に応じて、マイクロ流体デバイスなどの下流側の用途または器具に移送され得る液体試料の正確な容量を得るために、手動または自動でモニタリングされ、検証され得る。特に、試薬が混合される場合、および／または乾燥試薬が試料装填カートリッジ中に溶解される場合、容量を正確に決定することが重要である。
【００１５】
実施形態は、そのさらなる目的および利点とともに、添付図面と併せて以下の説明を参照することによって最もよく理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態に係る、試料装填カートリッジを示す図である。
【図２】試料装填前の図１の試料装填カートリッジを示す図である。
【図３】試料装填中の図１の試料装填カートリッジを示す図である。
【図４】試料装填後の図１の試料装填カートリッジを示す図である。
【図５】図４の試料装填カートリッジを上から見た図である。
【図６】試料吐出前の図１の試料装填カートリッジを示す図である。
【図７】一実施形態に係る、試料吐出中の図１の試料装填カートリッジを示す図である。
【図８】別の実施形態に係る、試料吐出中の図１の試料装填カートリッジを示す図である。
【図９】別の実施形態に係る、試料装填カートリッジを示す図である。
【図１０】さらなる実施形態に係る、試料装填カートリッジを示す図である。
【図１１】さらに別の実施形態に係る、試料装填カートリッジを示す図である。
【図１２】試料装填中の図１１の試料装填カートリッジを示す図である。
【図１３】さらなる実施形態に係る、試料装填カートリッジを示す図である。
【図１４】さらに別の実施形態に係る、試料装填カートリッジを示す図である。
【図１５】試料吐出中の図１４の試料装填カートリッジを示す図である。
【図１６】一実施形態に係る、試料装填カートリッジの装填方法を示すフローチャートである。
【図１７】一実施形態に係る、デバイスを示す図である。
【図１８】図１７および図１９に示されているデバイスの基板を示す図である。
【図１９】別の実施形態に係る、デバイスを示す図である。
【図２０】別の実施形態に係る、試料装填カートリッジを示す図である。
【図２１】試料吐出中の図２０の試料装填カートリッジを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図面全体を通して、同様の要素または対応する要素には同じ参照番号を使用する。
【００１８】
本発明は、全般的には、試料装填カートリッジに関し、特に、マイクロ流体デバイスを含む種々の用途および器具に対して計量容量の液体試料を正確かつ一貫して装填するために使用され得る、そのような試料装填カートリッジに関する。
【００１９】
マイクロ流体デバイスは、典型的には、μｍおよびｎｍの範囲の小さい寸法の流体チャネルを特徴とし、ひいては、そのようなマイクロ流体デバイス内に存在する微小容量の液体試料を特徴とする。正確に計量された容量の液体試料を効率的にかつ簡単に装填することは、特に、マイクロ流体デバイス内への空気または他の駆動流体の導入を回避するときに、寸法および容量が小さいために容易ではない。その結果、正確な容量の液体試料を正確に計量するために複雑で扱いにくい装置が必要とされることが多く、次に、計量容量の液体試料をマイクロ流体デバイスに装填するための装置または別のデバイスが必要とされる。
【００２０】
本発明の試料装填カートリッジは、マイクロ流体デバイスなどの種々の下流側の用途および器具に移送され得る液体試料の容量の正確かつ一貫した計量を可能にする。本発明の試料装填カートリッジの正確な充填は、フィードバックチャネルの存在により、および試料装填カートリッジのフィードバックチャネルおよび流出チャネルの設計により、手動でまたは検出装置もしくは検出機器を使用して自動的に、容易にモニタリングされ、検出され、または検証され得る。
【００２１】
図１は、マイクロ流体デバイス用の一実施形態の試料装填カートリッジ１の断面図である。試料装填カートリッジ１は、ある容量の液体試料を収容するように構成された試料リザーバ２０を備えるカートリッジ本体１０を備える。試料装填カートリッジ１の試料ポート３０は、図１に示されているように直接的に、または図１３に示されているように間接的に、試料リザーバ２０と連通している。試料ポート３０は、液体試料を受容するように構成される。流出チャネル４０は、試料リザーバ２０に接続され、試料リザーバ２０から延在する。試料装填カートリッジ１はさらに、試料リザーバ２０に接続され、図１に示されているように直接的に、または図１３に示されているように間接的に、試料ポート３０に接続されたフィードバックチャネル５０を備える。カートリッジ本体１０は、フィードバックチャネル５０内の液体試料の存在の検出を可能にするために、フィードバックチャネル５０の少なくとも一部と位置合わせされた検出部６０を備える。実質的に液体試料が流出チャネル４０に流入することなく、試料ポート３０内に受容された液体試料をフィードバックチャネル５０に流入させるために、フィードバックチャネル５０の流れ抵抗は流出チャネル４０の流れ抵抗よりも小さい。
【００２２】
したがって、試料装填カートリッジ１は、液体試料が装填されるように構成された試料リザーバ２０を備える。試料リザーバ２０は、例示的であるが非限定的な例として、立方体、直方体、または円筒などの任意の設計を有し得る。試料リザーバ２０の容積は、試料装填カートリッジ１に装填され得る液体試料の容量を画定する。
【００２３】
試料ポート３０は、試料リザーバ２０と流体（好ましくは液体）接続しており、試料ポート３０を通って、または試料ポート３０から流入したときに試料リザーバ２０に液体試料を充填することができる。特定の実施形態では、試料ポート３０は、試料リザーバ２０の天井部２２のポートまたは開口部の形態である。図１では、このポートまたは開口部は、試料リザーバ２０の一端側２８と連通した形で、天井部２２に設けられる。このような設計では、一般に、一端から試料リザーバ２０への液体試料の流入を可能にするのが好ましく、一方で、流出チャネル４０およびフィードバックチャネル５０は、試料リザーバ２０の反対端側２６において、または反対端側２６と連通した形で試料リザーバ２０に接続されるのが好ましい。しかしながら、実施形態はこれに限定されない。例えば、試料ポート３０は、一端側２６から反対端側２８までの任意の位置の天井部２２のポートまたは開口であり得る。試料リザーバ２０の両端側２６、２８の一方または長手方向側の一方（図１には図示せず）で試料リザーバ２０に接続された試料ポート３０を有することも可能である。このような場合、試料ポート３０は、好ましくは、直接または間接的に、天井部２２で、または天井部２２に近い位置、例えば、天井部２２と試料リザーバ２０の底部２４との間の軸２に関して両側２６、２８の高い位置で、両端側２６、２８を通って試料リザーバ２０に接続される。
【００２４】
試料リザーバ２０は、例示的であるが非限定的な例として、円形、楕円形、正方形または長方形などの任意の断面形状を有し得る。
【００２５】
フィードバックチャネル５０は、好ましくは、試料リザーバ２０に接続される。例えば、フィードバックチャネル５０は、図１に示されているように、天井部２２において、試料リザーバ２０から延在し得る。あるいは、フィードバックチャネル５０は、試料リザーバ２０の両端側２６、２８のいずれか、または試料リザーバ２０の長手方向側のいずれかで試料リザーバ２０に入り得る。このような場合、フィードバックチャネル５０は、好ましくは、両端側２６、２８において、または天井部２２の近くで試料リザーバ２０に入る。
【００２６】
好適な実施形態では、図１に示されているように、試料ポート３０は試料リザーバ２０の天井部２２に接続され、フィードバックチャネル５０は天井部２２および試料ポート３０に接続される。
【００２７】
流出チャネル４０は、好ましくは両端側２６、２８の一方（例えば、両端側２６、２８の一方または長手方向側の一方）において、試料リザーバ２０に接続され、試料リザーバ２０から延在する。一実施形態では、流出チャネル４０は、試料リザーバ２０の両端側２６、２８の一方に接続され、試料リザーバ２０の両端側２６、２８の一方から（好ましくは、試料ポート３０が試料リザーバ２０に接続される一端側２８の反対端側２６から）延在する。したがって、好適な実施形態では、試料ポート３０および流出チャネル４０は、好ましくは、図１に示されているように、試料リザーバ２０の両端側２６、２８間に延びる軸６に沿って対向する両端側２６、２８で試料リザーバ２０に接続される。このような場合、フィードバックチャネル５０はさらに、好ましくは、流出チャネル４０と同じ一端側２６において、または同じ一端側２６と連通した形で、試料リザーバ２０に入る。
【００２８】
流出チャネル４０は、さらに好ましくは、試料リザーバ２０の底部２４と天井部２２との間に延びる軸２に関して天井部２２より下方の位置で、両端側２６、２８、好ましくは一端側２６で試料リザーバ２０に入る。つまり、流出チャネル４０への入口は、好ましくは、軸２に沿ってフィードバックチャネル５０の入口の下方に配置される。例えば、流出チャネル４０は、試料リザーバ２０の両端側２６、２８から、好ましくは試料リザーバ２０の底部２４における、または底部２４に近い一端側２６から延在し得る。
【００２９】
図２は、試料搬送デバイス４が試料ポート３０と位置合わせされた（例えば、試料ポート３０に接続された）、図１の試料装填カートリッジ１を示す。試料搬送デバイス４は、試料装填カートリッジ１の試料リザーバ２０内に装填される液体試料３を含む任意のデバイスであり得る。例えば、試料搬送デバイス４は、例示的であるが非限定的な例として、ピペット、シリンジ、ブリスターパック、ポンプが接続された事前充填式試料チャンバであり得る。
【００３０】
試料リザーバ２０の寸法に応じて、試料搬送デバイス４からの液体試料３の試料リザーバ２０への充填は、異なる実施形態に従って進行し得る。
【００３１】
第１の実施形態では、試料リザーバ２０は、大きな寸法を有し、したがって、試料リザーバ２０を充填するときの流れ抵抗は、極めて小さい。このような実施形態では、液体試料３が試料搬送デバイス４から試料ポート３０を通って試料リザーバ２０内に移送されると、液体試料３は、底部２４から天井部２２に向かって試料リザーバ２０を満たし始める。試料リザーバ２０内に存在する空気は、フィードバックチャネル５０を通って逃出することができ（したがって、フィードバックチャネル５０は通気口としても動作する）、任意選択で、流出チャネル４０の流れ抵抗に応じて流出チャネル４０を通って逃出することができる。
【００３２】
図３は、試料リザーバ２０の充填中の別の実施形態を示す。この実施形態では、試料リザーバ２０は、典型的には、より小さい寸法を有し、したがって、試料搬送デバイス４から移送される液体試料３に対してより大きい流れ抵抗を呈する。この実施形態では、試料リザーバ２０は、その一端側２８、すなわち、図３では試料ポート３０が試料リザーバ２０に流体接続されている一端側２８から充填を開始し、その後、反対端側２６に向かって進む。
【００３３】
液体試料充填中に、流出チャネル４０の大きい流れ抵抗は、充填段階で液体試料３が流出チャネル４０に流入するのを防止する、または制限する。一方で、明らかに、液体試料３は、試料リザーバ２０内に留まり、試料リザーバ２０を満たし、それと同時に、空気はフィードバックチャネル５０を通って排気される。試料リザーバ２０が液体試料３で満たされた時点で、液体試料３はフィードバックチャネル５０に流入することになる。したがって、フィードバックチャネル５０の流れ抵抗に対して流出チャネル４０の比較的大きい流れ抵抗は、実質的に液体試料３が流出チャネル４０に流入することなく、試料リザーバ２０が液体試料３などの流体で満たされたときに、液体試料３をフィードバックチャネル５０に流入させる。
【００３４】
一実施形態では、フィードバックチャネル５０の流れ抵抗と流出チャネル４０の流れ抵抗との比率は、１／１０未満、好ましくは１／１００未満、より好ましくは１／１０００未満である。
【００３５】
典型的な実施形態では、実質的に液体試料３が流出チャネル４０に流入することなく、試料リザーバ３が液体試料３で満たされたときに、液体試料３はフィードバックチャネル５０に流入し始める。そのような実施形態では、液体試料３は、試料リザーバ２０の全容積を占める。別の実施形態では、試料リザーバ２０を液体試料３で部分的に充填し、次に、試料ポート３を通して別の流体を流入させて、実質的に液体試料３が流出チャネル４０に流入することなく、液体試料３をフィードバックチャネル５０の中に押しやってもよい。そのような実施形態では、液体試料３は、試料リザーバ２０の内部容積の一部のみを占め、追加された他の流体は、試料リザーバ２０の残りの部分を占める。この他の流体は、空気などの気体混合物を含む気体であり得る。使用され得る流体の別の例は、液体試料３が水または水性試料である場合、液体試料３に不溶性であり、かつ液体試料３と混ざらない液体、例えば、油または油性液体であり得る。
【００３６】
したがって、液体試料３に対する流出チャネル４０内の流れ抵抗は、フィードバックチャネル５０内の流れ抵抗よりも著しく大きい。フィードバックチャネル５０の流れ抵抗よりも大きい流出チャネル４０の流れ抵抗は、流出チャネル４０の断面積よりもフィードバックチャネル５０の断面積を大きくすることによって実現され得る。例えば、流出チャネル４０は、１μｍ〜１００μｍの範囲内、好ましくは５μｍ〜７５μｍの範囲内、より好ましくは１０μｍ〜５０μｍの範囲内の直径（円形断面形状の場合）または辺（正方形または長方形断面形状の場合）を有し得る。これに対応して、フィードバックチャネル５０は、２５０μｍ〜５ｍｍの範囲内、好ましくは２５０μｍ〜１ｍｍの範囲内、より好ましくは２５０μｍ〜７５０μｍの範囲内、例えば約５００μｍのチャネル直径または辺を有し得る。
【００３７】
一実施形態では、流出チャネル４０の断面積とフィードバックチャネル５０の断面積との比率は、好ましくは１／５０以下、好ましくは１／７５以下、より好ましくは１／１００以下である。
【００３８】
フィードバックチャネル５０の流れ抵抗よりも大きい流出チャネル４０の流れ抵抗はさらに、または代替的に、マイクロメートルまたはナノメートル範囲の流路を有する下流側のマイクロ流体デバイスに流出チャネル４０を接続することによって実現され得る。そのような場合、流出チャネル４０と下流側のマイクロ流体デバイスまたはチャネルとの間の流体接続部は、流出チャネル４０の寸法が大きいマイクロメートル範囲またはミリメートル範囲であっても、流出チャネル４０内の液体試料３に対して大きい流れ抵抗を示すことになる。例えば、１００μｍを超える（例えば、２５０μｍを超える、さらには５００μｍを超える）直径（円形断面形状の場合）または辺（正方形または長方形断面形状の場合）を有する流出チャネル４０が使用され得る。
【００３９】
図４は、試料搬送デバイス４内の液体試料３が試料装填カートリッジ１に移送されたときの図１の試料装填カートリッジ１を示す。図から分かるように、試料リザーバ２０が液体試料３で満たされており、したがって、液体試料３を試料リザーバ２０内にさらに充填すると、実質的に液体試料３が流出チャネル４０に流入することなく、液体試料３をフィードバックチャネル５０に流入させることになる。液体試料３がフィードバックチャネル５０を充填し始めると、液体試料３は、フィードバックチャネル５０と位置合わせされたカートリッジ本体１０の検出部６０において検出され得る。したがって、検出部６０におけるフィードバックチャネル５０内の液体試料３の検出により、試料リザーバ２０に液体試料３が充填されていることが検証されて確認され、さらなる充填が停止され得る。したがって、検出部６０は、試料リザーバ２０が充填されたこと、そして試料リザーバ２０および、必要に応じて、試料装填カートリッジ１が正確な容積の液体試料３を収容していることを効率的に検証することを可能にする。
【００４０】
フィードバックチャネル５０内の液体試料３の存在、ひいては試料リザーバ２０の正確な充填をモニタリングまたは検出して検証するために、検出部６０の様々な実装形態が可能である。一実施形態では、検出部６０は、フィードバックチャネル５０への視覚的アクセスを提供するために、フィードバックチャネル５０の少なくとも一部と位置合わせされた窓６０を備える。これは、図４の試料装填カートリッジ１の上面図である図５において、より明確に示されている。
【００４１】
窓６０は、フィードバックチャネル５０の少なくとも一部への視覚的アクセスを可能にするために、半透明または透明な窓６０の形態であり得る。例えば、窓６０は、フィードバックチャネル５０の少なくとも一部と位置合わせされたカートリッジ本体１０に含まれる半透明または透明な材料で作製され得る。この半透明または透明な材料により、カートリッジ本体１０の他の部品１２、１４、１６、１８が不透明な材料で作製されていても、フィードバックチャネル５０またはその少なくとも一部への視覚的アクセスが可能である。別の実施形態では、試料装填カートリッジ１全体、またはその少なくとも頂部１２は、半透明または透明な材料で作製され、フィードバックチャネル５０へのアクセスを可能にする。別の解決策は、フィードバックチャネル５０の少なくとも一部と位置合わせされたカートリッジ本体１０の頂部１２に開口部または凹部の形態の窓６０を有することである。そのような場合、フィードバックチャネル５０への視覚的アクセスは、開口部または凹部を通して可能である。したがって、フィードバックチャネル５０は、カートリッジ本体１０内の少なくとも部分的に開口したチャネルである。
【００４２】
窓６０は、図５に示されているように、フィードバックチャネル５０の全長に沿って延在し得る。別の実施形態では、窓６０は、試料リザーバ２０へとつながるフィードバックチャネル５０の入口と連通した部分、試料ポート３０へとつながるフィードバックチャネル５０の出口と連通した部分、またはフィードバックチャネル５０の中間部分などのフィードバックチャネル５０の一部のみに沿って延在する。窓６０は、単一の（場合によっては延長された）窓６０の形態であり得る。別の可能性は、フィードバックチャネル５０の異なる部分に沿って延在する複数の別個の窓６０を有することである。
【００４３】
上記で開示されている実施形態では、フィードバックチャネル５０内の液体試料３の存在、ひいては試料リザーバ２０の正確な充填は、人間のオペレータなどによって視覚的に検出され得る。したがって、十分な液体試料３が試料装填カートリッジ１および試料リザーバ２０内に移送されたときに、人間のオペレータは直接、視覚的フィードバックを得る。
【００４４】
窓ベースの実施形態はまた、フィードバックチャネル５０内の液体試料３の存在の自動検出を可能にし、ひいては、試料リザーバ２０の正確な充填を可能にする。例えば、カメラまたは他の光学機器は、窓６０をモニタリングして、そこを通る任意の液体試料３を検出し得る。次に、カメラまたは機器は、液体試料３が窓６０を通してフィードバックチャネル５０内で検出されると、視覚信号または可聴信号などの信号を生成し得る。この信号は、試料リザーバ２０が既に満たされているので、試料装填カートリッジ１の充填を停止するように人間のオペレータに指示する。実際には、試料搬送デバイス４からの液体試料３の充填の制御も可能であり、この場合、充填は、カメラまたは機器によって生成された信号に基づいて制御される（例えば、停止される）。したがって、カメラまたは機器が窓６０を通してフィードバックチャネル５０内の液体試料３を検出すると、カメラまたは機器は、信号を生成し、試料搬送デバイス４のポンプもしくは他の装置、または試料搬送デバイス４に接続されたポンプもしくは他の装置に信号を送信し、そのことにより、ポンプまたは他の機器に、試料搬送デバイス４から試料リザーバ２０内への液体試料３の移送を停止させる。
【００４５】
図９は、フィードバックチャネル５０内の液体試料３の存在を検出する別の技術を使用する試料装填カートリッジ１の図である。この代替技術は、前述の窓ベースの解決策の代わりに、またはそれを補完するものとして使用され得る。図９に示されている実施形態では、検出部６０は、少なくとも１つの電極６２、６４（図面には、２つのそのような電極６２、６４が示されている）を備え、これらは、例えば、少なくとも２つの電極６２、６４間の電流を測定するように配置される。この実施形態では、液体試料３は導電性である。したがって、液体試料３がフィードバックチャネル５０に流入し、少なくとも２つの電極６２、６４を電気的に相互接続したときに、フィードバックチャネル５０内の液体試料３の存在は、少なくとも２つの電極６２、６４間の電流を測定することによって検証され得る。
【００４６】
図９において、２つの電極６２、６４は、フィードバックチャネル５０の天井部および底部に配置され、そのことにより、フィードバックチャネル５０を流れる電流を測定するように構成される。別の解決策は、フィードバックチャネル５０のそれぞれの長手方向側に２つの電極６２、６４を配置して（図９には図示せず）、同様にフィードバックチャネル５０を流れる電流を測定することであり得る。さらなる代替策は、電極６２、６４の一方をフィードバックチャネル５０の天井部または底部に配置し、他方の電極６４、６２を長手方向側の一方に配置すること、または両方の電極６２、６４をフィードバックチャネル５０の天井部に、底部に、または長手方向側の一方に配置することを含む。
【００４７】
電極６２、６４と液体試料３との間に電気回路を形成するために、一方の電極６２をフィードバックチャネル５０内に配置し、他方の電極６４をカートリッジ本体１０内の他の場所に配置することも可能である。例えば、他方の電極６４は、試料リザーバ２０内に配置され得る。
【００４８】
２つの電極６２、６４間の電流を測定する代わりに、フィードバックチャネル５０内の液体試料３の存在を検出するために、静電容量、抵抗、周波数または電圧などの他の電気的特性が測定またはモニタリングされ得る。そのような場合、２つの電極６２、６４間の液体試料３の存在が、静電容量、抵抗、周波数または電圧の変化をもたらし、このような変化がフィードバックチャネル５０内の液体試料３の存在を立証するものとなる。
【００４９】
２つの電極６２、６４は、点状電極であり得る、または領域にわたって延在する平面電極であり得る。検出部６０は、１対の電極６２、６４または複数の電極、すなわち、少なくとも２対の電極６２、６４を含み得る。後者の場合、電極６２、６４の対は、フィードバックチャネル５０に沿って分布され、したがって、フィードバックチャネル５０の長さに沿って異なる位置に配置され得る。
【００５０】
さらなる実施形態では、検出部６０は、フィードバックチャネル５０の少なくとも一部における液体試料３の存在を検出するように構成されたセンサ６６を含む（図１０参照）。フィードバックチャネル５０内の液体試料３の存在を検出するのに、様々なセンサ６６が使用され得る。例えば、センサ６６は、フィードバックチャネル５０の天井部、底部、および／または長手方向側、好ましくはフィードバックチャネル５０の底部に配置された圧電センサ６６であり得る。そのような場合、液体試料３が圧電センサ６６に接触すると、センサ６６は、フィードバックチャネル５０内の液体試料３の存在を示す、ひいては試料リザーバ２０の正確な充填を示す電気信号を生成する。他のセンサの例には、温度センサ、圧力センサ、磁気センサ、蛍光センサまたは化学発光センサなどの光センサが含まれる。
【００５１】
上記の電極ベースの実施形態と同様に、１つのセンサ６６がフィードバックチャネル５０の長さに沿って任意の場所に配置され得る、または複数のセンサ６６がフィードバックチャネル５０の長さに沿って異なる位置に配置され得る。
【００５２】
フィードバックチャネル５０内の液体試料３の検出時に信号を生成する実施例、および／または窓ベースの実施形態に関連して上述した試料搬送デバイス４から試料リザーバ２０内への液体試料３のさらなる充填を自動的に停止する実施例はさらに、電極ベースおよびセンサベースの実施形態と共に使用され得る。
【００５３】
いくつかの実施形態では、試料装填カートリッジ１は、好ましくは試料リザーバ２０内に１つまたは複数の試薬が事前に装填され得、これらの試薬は、試料リザーバ２０への液体試料３の添加時に液体試料３中に溶解され、および／または液体試料３と混合される。これらの場合、液体試料３中の試薬の濃度を検証するために、フィードバックチャネル５０の検出部６０内の窓、電極（複数可）またはセンサが使用され得る。これは、例えば、試薬が染料または蛍光色素分子を含む場合には、目視検査によって行うことができるが、例えば、試薬が液体試料３の電気化学的特性を変化させる場合には電気検知によって行うこともできる。
【００５４】
試料装填カートリッジ１には、上述したように、試料リザーバ２０内に液体試料３が事前に装填され得る。次に、試料装填カートリッジ１は、試料装填カートリッジ１および試料リザーバ２０からマイクロ流体デバイスなどの何らかの下流側の用途または器具に液体試料３を移送する前に、しばらくの間、液体試料３とともに保管され得る。あるいは、試料装填カートリッジ１は、その試料リザーバ２０に液体試料３が充填されるとすぐに、液体試料３を下流側の用途または器具に移送するために実質的に直接使用され得る。
【００５５】
図６は、試料吐出前の図１の試料装填カートリッジの概略図である。図６において、流体流回路５は、試料ポート３０に密封接続される。本明細書で使用される「密封接続される」は、流体流回路５と試料装填カートリッジ１との間に流体密または実質的に流体密な接続があることを示す。そのことにより、流体流回路５は、流体流回路５と試料装填カートリッジ１との間、例えば、流体流回路５とカートリッジ本体１０の頂部１２との間に流体密シールを形成する、Ｏリングの形態などのシール６を備える。
【００５６】
流体流回路５は、図６のハッチング矢印で示されるように、試料ポート３０内に流体流を生成するように配置される。次に、流体流は、試料リザーバ２０内の液体試料３を、試料リザーバ２０およびフィードバックチャネル５０の寸法に応じて、またはより正確には、吐出段階における流れ抵抗に応じて、図７または図８に示されているように、流出チャネル４０を通して外に吐出する。したがって、図７は、大きな寸法の試料リザーバ２０を用いた試料吐出を示し、図８は、小さな寸法の試料リザーバ２０を用いた試料吐出を示す。
【００５７】
流体流回路５は、比較的大きい流れ抵抗を有する流出チャネル４０を通して液体試料３を吐出するのに十分な圧力の流体流を生成することができる任意の回路であり得る。使用され得るそのような流体流回路５の非限定的な例としては、Ｆｅｓｔｏ社の流量制御弁および流量調整器、例えば、ＶＥＭＰ、ＶＥＡＡ、ＶＥＡＢ、ＶＰＣＦ、ＶＰＰＸ、ＶＰＰＭ、ＶＰＰＭ−ＮＰＴ、ＶＰＷＰ、ＭＰＰＥＳ、ＶＰＰＥ、ＭＰＹＥおよびＶＰＰＬが挙げられる。一般に、液体試料３は、任意のユニットまたは回路５からの圧力および／または流体流を使用して、試料リザーバ２０から吐出され得る。流体流回路５は、流体流が制御され得る調整流体流回路５であり得る。しかしながら、実施形態はこれに限定されない。例えば、流体流回路５は、必ずしも流体流制御部を有さない加圧流体チャンバであり得る。
【００５８】
試料ポート３０において流体流を生成することによって試料リザーバ２０から液体試料３を吐出する代わりに、またはそれを補完するものとして、流出チャネル４０に負圧が印加され、そのことによって流出チャネル４０を通して液体試料３を「吸引」することができる。
【００５９】
流体流回路５によって生成される流体流中の流体は、液体試料３との相溶性を有する任意の気体、気体混合物または液体であり得る。そのような気体の例示的であるが非限定的な例は、空気である。
【００６０】
さらなる実施形態では、可撓性膜（図示せず）が試料ポート３０に配置されて、試料ポート３０を覆い得る。そのような場合、流出チャネル４０を通って外へ流出する液体試料３の流れは、流体または機械的圧力を可撓性膜上に印加することによって誘導され得る。このような場合、カートリッジ本体１０の内部は、流れ駆動圧力を生成する装置から隔離され、液体試料３による装置の汚染のリスクが最小限に抑えられる。
【００６１】
図１１および図１２は、試料装填カートリッジ１の別の実施形態を示す。この実施形態では、試料リザーバ２０の天井部２２およびフィードバックチャネル５０の底部を構成するカートリッジ本体１０の構造体１５は、楔形であり得る。そのような場合、この構造体１５の厚みは、試料ポート３０に面する端部の厚みより、一端側２６に面する端部の厚みの方が小さい。一実施形態では、構造体１５は、片楔の形態であり、すなわち、１つの実質的に平坦な表面および１つの傾斜した表面を有する。例えば、この構造体１５の底部、すなわちリザーバ２０の天井部２２が傾斜し、フィードバックチャネル５０の底部を構成する構造体１５の頂部が平坦であり得る。あるいは、構造体１５の底部が平坦であり、構造体の頂部が傾斜し得る。別の実施形態では、構造体１５は、図１１に示されているように、傾斜した頂部および底部を有する両楔の形態である。
【００６２】
試料リザーバ２０とフィードバックチャネル５０とを分離する楔形構造体１５を有することにより、図１２に示されているように、試料リザーバの充填中にフィードバックチャネル５０を通して空気を外へ排気することが容易になる。
【００６３】
図１３は、試料装填カートリッジ１の別の実施形態を示す。この実施形態では、試料装填カートリッジ１は、試料ポート３０と試料リザーバ２０との間に介在される過充填リザーバ７０を備える。フィードバックチャネル５０は、この実施形態では、試料リザーバ２０および過充填リザーバ７０に接続される。したがって、この実施形態では、フィードバックチャネル５０は、過充填リザーバ７０を介して試料ポート３０と流体接続しているが、物理的には間接的に接続している。図１３に示されているように、試料ポート３０と試料リザーバ２０との間に過充填リザーバ７０を介在させることにより、試料装填カートリッジ１に液体試料３を過充填するリスクが低減される。したがって、試料リザーバ２０に液体試料３が充填され、フィードバックチャネル５０が液体試料３で充填され始める場合、過剰な液体試料３は過剰充填リザーバ７０に入り、その中に残る。したがって、そのことにより、試料装填カートリッジ１を過充填することで試料ポート３０を通して過剰な液体試料３を外へ逃出させるリスクが低減される。したがって、過充填リザーバ７０は、試料装填段階で試料装填カートリッジ１、特にカートリッジ本体１０の頂部１２が液体試料３で汚染されるリスクを低減する
【００６４】
過充填および汚染のリスクが低減される試料装填カートリッジ１の別の実施形態が図１４に示されている。この実施形態では、試料ポート３０は漏斗状構造体３５を備える。漏斗状構造体３５は、図１４に示されているように、カートリッジ本体１０から延在し得る。漏斗状構造体３５は、有利には、試料ポート３０の周囲に円周方向に配置され、そのことにより、カートリッジ本体１０の頂部１２に対して、試料ポート３０への漏斗状開口部を形成する延長構造体を形成する。装填段階でフィードバックチャネル５０および／または試料リザーバ２０から逃出する過剰な液体試料３は、その後、漏斗状構造体３５によって画定される余分の容積内に収容されることになる。
【００６５】
別の実施形態では、漏斗状構造体３５は、カートリッジ本体１０内に存在し、カートリッジ本体１０からカートリッジ本体１０の頂部１２の上方に必ずしも延在しない。すなわち、試料ポート３０は、漏斗状構造体３５の形態であることが好ましいということである。
【００６６】
図１３および図１４に示されている実施形態を組み合わせることができる。したがって、試料装填カートリッジ１は、図１３に示されるような過充填リザーバ７０と、図１４に示されるような漏斗状構造体３５とを備え得る。さらに、そのような実施形態のいずれも、図１１および図１２に示されているような楔形構造体１５を含み得る。
【００６７】
図１５は、図１４の試料装填カートリッジ１の試料リザーバ２０からの液体試料３の吐出を示す。この実施形態では、流体流回路５は、好ましくは、漏斗状構造体３５の周囲に配置され、そのことにより、漏斗状構造体３５の外側でカートリッジ本体１０の頂部１２上に円周方向に配置されたＯリングなどのシール６で漏斗状構造体３５を取り囲む。
【００６８】
図２０は、試料装填カートリッジ１のさらなる実施形態を示す。この実施形態は、異なる試料装填カートリッジ１から液体試料３を吐出するために使用され得る流体流回路を使用するときに、異なる試料装填カートリッジ１間の汚染を防止する、または少なくとも最小限に抑えるように設計される。試料装填カートリッジは、吐出チャンバ８０を備え、吐出チャンバ８０は、例えば試料ポートと吐出チャンバ８０とを相互接続する吐出チャネル８４を使用して、試料ポート３０と流体接続している。このような吐出チャネル８４は、好ましくは、吐出チャンバ８０を試料リザーバ２０から分離するカートリッジ本体１０の壁の上部に配置される。吐出チャネル８４は、図２０では、例示的な例として、フィードバックチャネル２０と実質的に位置合わせされる。しかしながら、実施形態はこれに限定されない。
【００６９】
一実施形態では、吐出チャンバ８０は、試料装填カートリッジ１の外側への吐出チャンバ８０の開口部を閉鎖する、隔壁８２によって閉鎖または密閉される。
【００７０】
図２１は、吐出段階の図２０の試料装填カートリッジ１を示す。この実施形態では、流体流回路５は、カートリッジ本体１０の頂部１２と密封接触して係合する、１つまたは複数のＯリングなどのシール６を備える。より詳細には、シール６は、好ましくは、試料ポート３０および吐出チャンバ８０の開口部を取り囲むように設けられる。流体流回路５は、好ましくは、図２１に示されているように、吐出チャンバ８０の開口部内に、隔壁８２を通して貫入される針８５または他の中空貫通構造体を備える。次に、流体は、流体流回路５によって、針８２を通って吐出チャンバ８０内に、さらに吐出チャネル８２を通って試料リザーバ２０内に吐出され、そのことにより、流出チャネル４０を通って液体試料３が吐出され得る。
【００７１】
試料装填カートリッジ１のこの設計では、流体流回路５は、試料リザーバ２０またはその中に存在する液体試料３と決して接触することはない。一方、明らかに、流体流回路５は、液体試料３が全く存在しない吐出チャンバ８０のみに貫入する。すなわち、異なる試料装填カートリッジ１の試料リザーバ２０内に収容された液体試料３を吐出するために１つの同じ試料流体流回路５を使用するときの相互汚染のリスクは、流体流回路が試料ポート３０を通して試料リザーバ２０内に直接流体を吐出するように設計される場合と比較して、最小限に抑えられる、または少なくとも大幅に低減される。したがって、図２０および図２１に示されている実施形態は、相互汚染を最小限に抑えるべき用途において好ましい。
【００７２】
図２０および図２１に示されている実施形態は、図１２〜図１４に示されている実施形態のいずれかと組み合わせられ得る。
【００７３】
試料装填カートリッジ１は、任意の液体試料３を装填するために使用され得る。試料は、例えば、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）分子、リボ核酸（ＲＮＡ）分子ならびに／もしくはタンパク質などの目的の分子を含む、および／または目的の細胞を含む生体試料であり得る。例えば、生体試料は、例示的であるが非限定的な例として、血液試料、血漿試料、尿試料、唾液試料、糞便試料、脳脊髄液試料、羊水試料、乳試料、喀痰試料またはリンパ液試料であり得る。試料装填カートリッジ１に装填された液体試料３は、代替的には、１つまたは複数の薬品、試験薬または化学物質（例えば、抗生物質）、化学療法剤、標識（例えば、化学発光標識、蛍光標識、放射性標識および色素）、抗体などを含む液体試料（例えば、緩衝液試料または水性試料）であり得る。
【００７４】
試料装填カートリッジ１の試料リザーバ２０は、液体試料３を充填する前では、空であり得る。別の実施形態では、試料リザーバ２０は、液体試料３を充填する前に少なくとも１つの薬剤を含み得る。このような薬剤は、例えば、凍結乾燥製剤、乾燥製剤および／またはこのような薬剤を含むパッドであり得る。液体試料３が試料リザーバ２０に流入し、少なくとも１つの薬剤と接触すると、薬剤（複数可）は、液体試料３中に溶解されるか、または少なくとも液体試料３中に懸濁される。
【００７５】
一例として、少なくとも１つの薬剤は、検出部６０において検出され得る蛍光色素分子または他の検出可能な薬剤であり得る。
【００７６】
試料装填カートリッジ１の一実施形態では、検出部６０は任意選択であり、したがって省略されてもよい。このような実施形態では、試料リザーバ２０に液体試料３が正確に充填されたことを検証するするために検出可能なフィードバックを行うことができない。しかしながら、それにもかかわらず、この実施形態は、流出チャネル４０の流れ抵抗よりも小さい流れ抵抗を有するフィードバックチャネル５０の存在により、液体試料３を効率的に充填するという利益をもたらす。すなわち、フィードバックチャネル５０およびそのより小さい流れ抵抗が、充填段階において液体試料３が流出チャネル４０に流入するリスクを効率的に防止する、または少なくとも大幅に低減するということである。
【００７７】
試料装填カートリッジ１は、１回の使用のみを意図した使い捨てカートリッジ１であり得る。このような場合、試料リザーバ２０内に事前に装填された液体試料３が流出チャネル４０を通して吐出されるとすぐに、試料装填カートリッジ１は廃棄される。あるいは、試料装填カートリッジ１は、複数回使用用途で使用するものであり得る、すなわち、少なくとも１回再使用され得る。したがって、そのような場合、試料装填カートリッジ１の試料リザーバ２０では、複数のサイクルの試料装填および試料吐出が行われ得る。
【００７８】
試料装填カートリッジ１は、一部品で製造され得る、または、例えば、超音波もしくはレーザ溶接、接着、または他の結合形態を使用して試料装填カートリッジ１を形成するように接続された複数の部品で製造され得る。試料装填カートリッジ１およびそのカートリッジ本体１０用の材料の例示的であるが非限定的な例としては、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエステル（ＰＥＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリエポキシド、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フェノールホルムアルデヒド（ＰＦ）、メラミンホルムアルデヒド（ＭＦ）、尿素−ホルムアルデヒド（ＵＦ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、マレイミド／ビスマレイミド、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリイミド、プラスターチ材料、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、またはそれらの混合物などのプラスチックが挙げられる。また、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン（ＳＥＢＳ）ポリマーおよびスチレン−ブタジエン−スチレン（ＳＢＳ）ポリマーなどの他のポリマーが試料装填カートリッジ１およびそのカートリッジ本体１０用の材料として使用され得る。試料装填カートリッジ１に使用され得る他の材料としては、アルミニウム、銅、チタン、コバルト、ニッケル、亜鉛およびそれらの合金）、鋼鉄および他の鉄合金、マグネシウム合金、ＣｏＰ合金、ＣｏＣ合金およびＮＡＳ合金などの金属および金属合金が挙げられる。
【００７９】
図１６は、試料装填カートリッジ１の装填方法を示すフローチャートである。該方法は、ステップＳ１おいて、実施形態のいずれかの試料装填カートリッジ１の試料ポート３０と位置合わせされた試料搬送デバイス４を配置するステップを含む。該方法はさらに、ステップＳ３において、液体試料３がカートリッジ本体１０の検出部６０においてフィードバックチャネル５０内で検出可能になるまで、試料ポート３０を通して液体試料３を試料搬送デバイス４から試料装填カートリッジ１の試料リザーバ２０内に移送するステップを含む。
【００８０】
一実施形態では、該方法はさらに、任意選択のステップＳ２を含み、ステップＳ２は、検出部６０においてフィードバックチャネル５０内で検出可能な液体試料３があるかどうかを判定または検証するためにカートリッジ本体１０の検出部６０をモニタリングするステップを含む。ステップＳ２におけるこのモニタリングは、本明細書に開示されているような実施形態のいずれかに従って、例えば、人間のオペレータによって視覚的に、例えば、カメラによって光学的に、電気的測定値またはセンサ読み取り値を使用して、行われ得る。ステップＳ２のモニタリングにおいて液体試料３が検出できない場合、該方法はステップＳ３に進み、液体試料３が試料搬送デバイス４から試料リザーバ２０内に移送される。ステップＳ２およびステップＳ３のループは、好ましくは、ステップＳ２におけるモニタリングが、液体試料３が検出部６０においてフィードバックチャネル５０内で検出可能であり、したがって試料リザーバ２０に液体試料３が正確に充填されていると判定するまで継続される。そのような場合、代わりに、該方法は、直接または後の時点で、ステップＳ４に進む。このステップＳ４は、図６、図７、図８または図１５に示されているように、流体流回路５を試料ポート３０に密封接続するステップを含む。該方法のこの実施形態はさらに、ステップＳ５において、流体流回路５から試料ポート３０内へ流体流を供給して、試料リザーバ２０内の液体試料３を試料装填カートリッジ１の流出チャネル４０を通して外へ吐出するステップを含む。このステップＳ５は、図７、図８または図１５に示されているように実行され得る。
【００８１】
一実施形態では、ステップＳ４は、図２１に示されているように、針８５が隔壁８２を貫通するように、針８５を備える流体流回路５を試料装填カートリッジ１の試料ポート３０および吐出チャンバ８０の開口部に密封接続するステップを含む。この実施形態では、ステップＳ５は、試料リザーバ２０内の液体試料３を試料装填カートリッジ１の流出チャネル４０を通して外へ吐出するために、流体流回路５から吐出チャンバ３０内へ流体流を供給するステップＳ５を含む。
【００８２】
液体試料３は、流出チャネル４０から、マイクロ流体デバイスなどの任意の下流側の用途または器具へ吐出され得る。
【００８３】
図１７は、いずれかの実施形態の試料装填カートリッジ１を備えるデバイス１００の実施形態を示す。デバイス１００はさらに、図１８を参照すると、流れ流入チャネル１３０と流体接続しているそれぞれの第１の端部１２２および流れ流出チャネル１４０と流体接続しているそれぞれの第２の端部１２４を有する複数のセルチャネル１２０を備える基板１１０の形態のマイクロ流体デバイスを備える。セルチャネル１２０は、セルチャネル１２０に流入する標的細胞が流れ流出チャネル１４０に到達するのを防止するために、それぞれの第２の端部１２４と連通しているそれぞれのチャネル制限部１２５を備える。試料装填カートリッジ１の流出チャネル４０は、流れ流入チャネル１３０と流体接続している。
【００８４】
基板１１０内のセルチャネル１２０は、好ましくは流れ流入チャネル１３０および流れ流出チャネルも、好ましくはマイクロチャネルである。したがって、基板１１０は、好ましくはマイクロ流体基板またはデバイスである。
【００８５】
デバイス１００の基板１１０は、国際公開第２０１６／００７０６３号パンフレット、国際公開第２０１６／００７０６８号パンフレット、およびＢａｌｔｅｋｉｎら著、ＰＮＡＳ（２０１７年、１１４（３４）巻、９１７０〜９１７５頁）のいずれかに開示されているように設計され得る。
【００８６】
好適な実施形態では、流れ流入チャネル１３０は、第１の流入ポート１３１と流体接続している第１の端部１３２を有し、第１の流入ポート１３１は、流出チャネル４０と流体接続している。流れ流入チャネル１３０はさらに、第２の端部１３４を有し、第２の端部１３４は、任意選択的に第２の流入ポート１３３と流体接続し得る。基板１１０内の流れ流出チャネル１４０は、流出ポート１４１と流体接続している。
【００８７】
別の実施形態では、図１９を参照すると、流れ流入チャネル１３０の第１の流入ポート１３１は、第１の液体試料を含む第１の試料装填カートリッジ１の流出チャネル４０と流体接続している。次に、流れ流入チャネル１３０の第２の流入ポート１３３は、第２の液体試料を含む第２の試料装填カートリッジ１の流出チャネル４０と流体接続し得る。第１の液体試料および第２の液体試料は、同じ種類の液体試料または異なる液体試料であり得る。例えば、第１の液体試料は、抗生物質などの試験薬を含む尿試料などの生体試料であり得、第２の液体試料は、試験薬を含まない生体試料である。
【００８８】
これらの実施形態のいずれにおいても、流出ポート１４１は、第３の試料装填カートリッジ１の流出チャネル４０と流体接続し得る。
【００８９】
いくつかの実施形態では、基板１１０は、それぞれの流れ流入チャネル１３０および流れ流出チャネル１４０を有する少なくとも２組のセルチャネル１２０を備え得る。そのような場合、少なくとも流れ流入チャネル１３０のそれぞれの第１の流入ポート１３１は、第１の液体試料を含む共通の試料装填カートリッジ１の流出チャネル４０と流体接続し得る。次に、少なくとも２つの流れ流入チャネル１３０のそれぞれの第２の流入ポート１３３は、好ましくは、第２の液体試料、第３の液体試料などを含む異なる試料装填カートリッジ１の流出チャネル４０と流体接続している。したがって、共通の試料装填カートリッジ１が各々の第１の流入ポート１３１に接続されるが、それぞれの第２の流入ポート１３３は、それぞれの試料装填カートリッジ１と流体接続している。第１の液体試料、第２の液体試料および／または第３の液体試料は、同じ種類の液体試料または異なる液体試料であり得る。例えば、第１の液体試料は、細菌を含む尿試料などの生体試料であり得るが、第２の液体試料は、抗生物質などの試験薬を含む増殖培地であり、第３の液体試料は、試験薬を含まない増殖培地である。
【００９０】
動作中、試料リザーバ２０に標的細胞を含む生体試料が事前に装填されている場合、生体試料は、試料リザーバ２０から流出チャネル４０を通って流れ流入チャネル１３０の第１の流入ポート１３１内へ吐出される。生体試料は、セルチャネル１２０を通って流され、さらに流れ流出チャネル１４０に入って、流出ポート１４１を通って外へ流される。次に、セルチャネル１２０内のそれぞれのチャネル制限部１２５は、生体試料中に存在する標的細胞がそれぞれのチャネル制限部１２５を通過して流れ流出チャネル１４０に流入するのを効率的に防止する、または少なくとも制限する、または阻止することになる。したがって、生体試料中に存在する標的細胞は、セルチャネル１２０内に捕捉される。
【００９１】
上述の実施形態は、本発明のいくつかの例示的な例として理解されるべきである。本発明の範囲から逸脱することなく、実施形態に対して様々な修正、組み合わせ、および変更を行うことができることは当業者には理解されよう。特に、異なる実施形態における異なる部分的解決策は、技術的に可能であれば、他の構成において組み合わせることができる。しかしながら、本発明の範囲は、添付の請求項によって定義される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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