(57)【要約】流体カートリッジ上で診断検査を実行するための器具。カートリッジ読取機は、読取機に挿入される流体カートリッジに含有されるサンプルの診断検査を実行することに供される。流体カートリッジは、少なくとも１つのサンプル処理領域を備える流体層と、液体試薬を含有する少なくとも１つの折畳式ブリスタと、空気圧式インタフェースと、電気的インタフェースと、少なくとも１つの機械的弁とを備える。読取機は、筐体と、読取機に対して固定位置を占める上クランプ及び第１のクランプに対して移動可能な下クランプであって、上クランプ及び下クランプがその間にカートリッジ受け領域を画定する、上クランプ及び下クランプとを備える。読取機は、下クランプに備えられる熱モジュールであって、熱モジュールが読取機に挿入されるカートリッジの少なくとも１つのサンプル処理領域を加熱する少なくとも１つの熱スタックを備える、熱モジュールを備える。読取機は、読取機に挿入されるカートリッジに備えられる機械的弁を作動させる少なくとも１つの機械的作動装置を備える。
2018507403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
読取機に挿入される流体カートリッジに含有されるサンプルの診断検査を実行するカートリッジ読取機であって、
前記流体カートリッジが、
少なくとも１つのサンプル処理領域を備える流体層と、
液体試薬を含有する少なくとも１つの折畳式ブリスタと、
空気圧式インタフェースと、
電気的インタフェースと、
少なくとも１つの機械的弁と
を備え、
前記読取機が、
筐体と、
前記読取機に対して固定位置を占める上クランプ及び第１のクランプに対して移動可能な下クランプであって、前記上クランプ及び前記下クランプがそれらの間にカートリッジ受け領域を画定する、前記上クランプ及び前記下クランプと、
前記下クランプに備えられる熱モジュールであって、前記熱モジュールが前記読取機に挿入される前記カートリッジの前記少なくとも１つのサンプル処理領域を加熱する少なくとも１つの熱スタックを備える、前記熱モジュールと、
前記読取機に挿入される前記カートリッジの前記空気圧式インタフェースに結合する複数の空気圧式インタフェースポートと、前記空気圧式インタフェースポートのうちの１つまたは複数に１つまたは複数の陽圧を供給するように構成された第１のポンプと、前記空気圧式インタフェースポートのうちの１つまたは複数に１つまたは複数の陰圧を供給するように構成された第２のポンプとを備える空気圧モジュールと、
前記読取機に挿入される前記カートリッジに備えられた前記機械的弁を作動させる少なくとも１つの機械的作動装置と、
前記読取機に挿入される前記カートリッジに備えられた前記少なくとも１つの折畳式ブリスタを折り畳む少なくとも１つのブリスタ作動装置と、
前記読取機に挿入される前記カートリッジの前記電気的インタフェースに電気的に連結する複数のピンを備える電気モジュールと、
前記読取機に挿入される前記カートリッジ上に印刷されたバーコードを読み取るバーコード読取機と
を備え、
前記空気圧モジュール、前記少なくとも１つの機械的作動装置、前記少なくとも１つのブリスタ作動装置、前記電気モジュール、及び前記バーコード読取機のそれぞれの少なくとも一部が、前記カートリッジ受け領域によって熱モジュールから離間されるように、前記上クランプに結合されている、
前記カートリッジ読取機。
【請求項２】
前記熱モジュール、前記空気圧モジュール、前記少なくとも１つの機械的作動装置、前記少なくとも１つのブリスタ作動装置、前記電気モジュール、及び前記バーコード読取機の作動を制御する制御ユニットをさらに備える、
請求項１に記載のカートリッジ読取機。
【請求項３】
前記筐体が、
前記熱モジュールを備える第１の熱区域と、前記空気圧モジュール、前記少なくとも１つの機械的作動装置、前記少なくとも１つのブリスタ作動装置、前記電気モジュール、及び前記バーコード読取機を備える第２の熱区域との間の第１の仕切りと、
前記第２の熱区域と前記制御ユニットを備える第３の熱区域との間の第２の仕切りと
を備える、
請求項２に記載のカートリッジ読取機。
【請求項４】
前記第１の仕切り及び前記第２の仕切りが、前記筐体に備えられる断熱仕切り壁を備える、
請求項３に記載のカートリッジ読取機。
【請求項５】
前記第１の熱区域、前記第２の熱区域、及び前記第３の熱区域のそれぞれが、前記筐体のそれぞれの入口を通して空気を吸い込むように構成されたファンを備え、空気が前記筐体から出ることを可能にする１つまたは複数の通気孔をさらに備える、
請求項４に記載のカートリッジ読取機。
【請求項６】
前記筐体が、基部と、前側と、後側と、頂部とを備え、
前記第１の熱区域が、前記前側寄りに前記筐体の前記基部に配置され、
前記第３の熱区域が、前記後側寄りに前記筐体の前記基部より上方に持ち上げられている、
請求項３〜５のいずれか１項に記載のカートリッジ読取機。
【請求項７】
前記第３の熱区域が、前記筐体の前記頂部から離間される、
請求項６に記載のカートリッジ読取機。
【請求項８】
前記第１の熱区域の前記ファンに対する前記入口が、前記筐体の前記基部に配置される、
請求項５に従属するときの請求項６または７に記載のカートリッジ読取機。
【請求項９】
前記第２の熱区域の前記ファンに対する前記入口が、前記筐体の前記基部に配置される、
請求項５に従属するときの請求項６または７に記載のカートリッジ読取機。
【請求項１０】
前記１つまたは複数の通気孔が、前記筐体の前記頂部、前記筐体の前記基部、及び前記筐体の前記後側に配置される、
請求項５〜９のいずれか１項に記載のカートリッジ読取機。
【請求項１１】
前記筐体の前記底部の前記通気孔が、前記第１の熱区域と連結される、
請求項１０に記載のカートリッジ読取機。
【請求項１２】
前記筐体の前記頂部の前記通気孔が、前記第２の熱区域と連結される、
請求項１０または１１に記載のカートリッジ読取機。
【請求項１３】
前記筐体の前記後側の前記通気孔が、前記第２の熱区域及び前記第３の熱区域と連結される、
請求項１０〜１２のいずれか１項に記載のカートリッジ読取機。
【請求項１４】
前記カートリッジ受け領域が、開位置と閉位置との間で移動し、前記読取機に挿入される前記カートリッジを受けるように構成されるトレイを備える、
先行請求項のいずれか１項に記載のカートリッジ読取機。
【請求項１５】
前記トレイがリブを備え、前記筐体が、前記トレイの開位置から前記トレイの閉位置への前記トレイの移動中、前記リブが自由に摺動し得るスロットを備え、
前記スロットが、前記トレイの移動を防ぐように、前記トレイが前記トレイの閉位置にあるときに前記リブを固定的に保持する寸法を有するテーパ部を有する、
請求項１５に記載のカートリッジ読取機。
【請求項１６】
前記下クランプが、使用時、カートリッジを前記トレイから持ち上げて、前記カートリッジを前記上クランプに対して固定的に保持するように構成されている、
請求項１４に記載のカートリッジ読取機。
【請求項１７】
前記上クランプ、前記下クランプ、及び前記トレイが、前記筐体が載るように構成される表面に対して１°〜１０°、好ましくは５°の角度で傾いている、
請求項１４または１５に記載のカートリッジ読取機。
【請求項１８】
前記トレイが前記トレイの閉位置にないときに検知するためのセンサをさらに備え、
電源及び電源制御装置をさらに備え、
前記電源制御装置が、前記トレイが前記トレイの閉位置にないことを前記センサが検知したときに前記熱モジュールへの電力を切断するように構成される、
請求項１４に記載のカートリッジ読取機。
【請求項１９】
前記筐体が、前記熱モジュールを交換するように使用者がアクセスできるように構成されたアクセスパネルを有する、
先行請求項のいずれか１項に記載のカートリッジ読取機。
【請求項２０】
前記下クランプが、前記上クランプに対して相対的に移動する間、前記上クランプに対して適正に位置合わせされたままであるように、前記上クランプと前記下クランプとの間にアライメントピンをさらに備える、
先行請求項のいずれか１項に記載のカートリッジ読取機。
【請求項２１】
前記空気圧モジュール、前記少なくとも１つの機械的作動装置、前記少なくとも１つのブリスタ作動装置、及び前記電気モジュールのうちの任意の１つが、１つまたは複数のばねを使用して前記筐体に取り付けられている、
先行請求項のいずれか１項に記載のカートリッジ読取機。
【請求項２２】
流体カートリッジであって、前記流体カートリッジの中に含有されるサンプルの診断検査を実行する流体カートリッジにおいて、
前記カートリッジが、
少なくとも１つのサンプル処理領域を備える流体層と、
液体試薬を含有する少なくとも１つの折畳式ブリスタと、
空気圧式インタフェースと、
電気的インタフェースと、
少なくとも１つの機械的弁と
を備え、
先行請求項のいずれか１項に記載のカートリッジ読取機とともに使用するように構成されており、
前記少なくとも１つのサンプル処理領域が、前記熱モジュールによって加熱可能であるように構成されており、
前記空気圧式インタフェースが、前記空気圧モジュールの前記複数の空気圧式インタフェースポートに結合するように構成されており、
前記機械的弁が、前記機械的作動装置によって作動されるように構成されており、
前記少なくとも１つの折畳式ブリスタが、前記少なくとも１つのブリスタ作動装置によって折り畳まれるように構成されており、
前記電子インタフェースが、前記電気モジュールの前記複数のピンに結合するように構成されている、
前記流体カートリッジ。
【請求項２３】
実質的に添付図面を参照して説明しかつ添付図面に示したカートリッジ読取機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体カートリッジに含まれる流体サンプルの診断検査を実行し、そこから結果を読み取るカートリッジ読取機に関する。
【背景技術】
【０００２】
サンプルの調製及び分析には多くの運搬上の問題がある。従来多くの医学的サンプル（血液、唾液、尿、及びスワブ溶出液など）は、地元の診療所の医師、例えば一般開業医（ＧＰ）または主治医（ＰＣＰ）にサンプルの分析に必要な設備がない状態で提供される。それゆえサンプルを分析する研究所にサンプルを送らなければならない。次いで検査結果を分析し診断するために、検査結果は照合されＧＰに戻されなければならない。このやり方は不十分なものである。第１に、サンプルが輸送中に紛失する、または誤った患者と取り違えられる重大な危険性がある。さらに最近の技術開発により、検査を行うために費やされる時間全体が低減されてきた一方で、サンプルを研究所に送ることに関わる遅れは要求を満たさない。
【０００３】
それにもかかわらず、研究所で見られるような分析システムは複雑であり、信頼性のある末端の分析試験を行うためにソースサンプルから十分な量の純粋な標的を提供することは難しいことが多い。このため、通常地元のＧＰ診療所でこうした検査をその場で実行することは不可能である。
【０００４】
しかし近年、検査をより迅速かつより簡単に行うために、また必要なサンプルの量を少なくするために、分析システムの規模を低減するように努力されてきた。例えば「ラボオンチップ」（ＬＯＣ）装置（微小流体装置のサブセット）は、病院で実行されるほぼすべての医学的検査または診断操作を単一の微小流体チップ上に一体化する。このような微小流体装置を形成するチャネルは少量の流体を取り扱い、例えばサンプルを混合する、サンプルを装置に通して移動させる、サンプルを異なる試薬に反応させるなどの所望の機能を達成させるように一緒に連結される。これらのチップは、検査の遂行を制御し検査結果を測定するために機械に挿入されてもよい。
【０００５】
しかし微小流体装置内のサンプルを取り扱うことは非常に困難である可能性があることがわかった。特に、サンプルに異なる行為を実行するために、サンプルをある場所から別の場所に動かすことを必要とする小さいチャネル及び他のフィーチャにインタフェースすることは困難である。また純粋に毛細管現象を使用して操作するＬＯＣ装置の複雑性は制限される。さらにＬＯＣのサンプルの大きさが小さいため、装置は感度が低くなり、したがって標的がサンプル内に存在する可能性も低くなる。
【０００６】
代替手法は流体カートリッジを使用することである。流体カートリッジの構成要素の大きさは微小流体装置用より大きく、そのためカートリッジ上で異なる行為を実行するために様々な異なる場を通してサンプルを動かすことが可能になる。これにより、通常のＬＯＣ装置を使用して実行し得る検査より複雑な検査を行うことが可能になる一方で、さらに地元のＧＰ診療所で使用する可能性がある分析システムを提供する。
【０００７】
流体カートリッジは概して、実行される試験のステップの少なくともいくつかを開始かつ制御するように構成されるカートリッジ読取機に挿入される。例えば、カートリッジ読取機は、カートリッジの存在を検出して、カートリッジの様々なチャネルを通してサンプルを動かすことによって、試験を開始してもよい。読取機は、必要な試薬のカートリッジへの導入を開始し、試験の所要時間を通したサンプル温度などの変数を制御してもよい。最後に、必要な試験が実行されると、読取機は結果を読み取って、使用者に示すように構成されてもよい。
【０００８】
ますます、医学的診断に有益な科学試験は、ポリメラーゼ連鎖反応（「ＰＣＲ」）などの生化学的方法に関与してきている。ＰＣＲ試験は、核酸の画定された部分の存在を試験する特に鋭敏な方法を提供した。したがってＰＣＲ試験を流体カートリッジ上で行うことが望ましく、ＰＣＲ試験の実行及び／または制御が可能な地元の診療所の医師のオフィスでの使用に好適なカートリッジ読取機を提供することが望ましい。ＰＣＲの使用は、カートリッジ上での迅速で信頼性の高い熱制御を必要とする。
【０００９】
ＰＣＲをマイクロチップの基準に低減することは、携帯用検出技術及び高処理能力の分析システムに重要である。この方法を使用して、クラミジア・トラコマチス菌、ＨＩＶまたはあらゆる他の病原微生物などの特定の病原体に特有の核酸の有無に関して体液を試験することができる。
【００１０】
市販の自動ＤＮＡ増幅試験の導入により、より多くの研究所が検体の通常検査に対してこれらの技術を導入できるようになった。しかしこの目的に使用するカートリッジ及びカートリッジ読取機を改善する必要がある。
【００１１】
電気化学信号伝達を使用して、サンプルの遺伝的標的または免疫組織化学標的の存在を示してもよい。サンプルは、実際には、１組の検出電極を備えるセル内に保持されてもよい電解質を形成するように処理される。セル内の電極間に電位差を印加すると、電解質内のいくつかの化合物は、電極に移動して、わずかな電流となる電子を交換する生来の傾向を有する。可溶性化合物のすべての組合せはいくらかの電気化学的活性を有し、この活性が生じる割合はそれらの化合物の量の測定を可能にする。したがって、サンプル内の異なる化合物の存在を、それらの酸化還元電気化学の特有の特徴を探すことによって測定してもよい。特に、サンプルは、サンプルが標的分子を含むことが存在することと等価である選択化合物からなる標識を含むように処理してもよい。
【００１２】
電気化学的活性を測定するために使用される回路は、３つの電極、作用電極、対電極、及び参照電極を有する定電位電解装置である。作用電極と対電極との間に電位差が印加され、結果として、標的ＤＮＡの存在を示す標識が作用電極上で酸化し、作用電極から対電極へ電流が流れる。この電流は、両方の電極でのガルバニック活性（電極と電解質との間の生来の反応性）に依存し、作用電極電気化学の効果のみを測定するために、印加される電位差は、局部的な化学効果による変動が比較的小さい「標準電極」となるように選択された参照電極により決定される量だけ、対電極のガルバニック活性に対して補正される。
【００１３】
このように補正された任意の所与の電位差で流れる電流が測定され、当該電流はサンプル内の標識化合物を示す信号を供給する。従来、対電極は、この電極での反応が、関心の１つである、作用電極の反応の結果として流れる電流を制限しないように、極端に大きい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、上記のようなカートリッジ及びカートリッジ読取機の開発中、本発明者らは、従来の設計の定電位電解装置によって生成される信号では不十分であることを見出し、そのため、より良好な信号を生成する配置の改善を必要とした。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、読取機に挿入される流体カートリッジに含まれるサンプルの診断検査を実行するためのカートリッジ読取機を提供し、ここで、流体カートリッジは、少なくとも１つのサンプル処理領域を備える流体層と、液体試薬を含む少なくとも１つの折畳式ブリスタと、空気圧式インタフェースと、電気的インタフェースと、少なくとも１つの機械的弁とを備え、読取機は、
筐体と、
読取機に対して固定位置を占める上クランプ及び第１のクランプに対して移動可能な下クランプであって、上クランプ及び下クランプがその間にカートリッジ受け領域を画定する、上クランプ及び下クランプと、
下クランプに備えられる熱モジュールであって、熱モジュールが読取機に挿入されるカートリッジの少なくとも１つのサンプル処理領域を加熱する少なくとも１つの熱スタックを備える、熱モジュールと、
読取機に挿入されるカートリッジの空気圧式インタフェースに結合する複数の空気圧式インタフェースポートと、空気圧式インタフェースポートのうちの１つまたは複数に１つまたは複数の陽圧を供給するように構成される第１のポンプと、空気圧式インタフェースポートのうちの１つまたは複数に１つまたは複数の陰圧を供給するように構成される第２のポンプとを備える空気圧モジュールと、
読取機に挿入されるカートリッジに備えられる機械的弁を作動させる少なくとも１つの機械的作動装置と、
読取機に挿入されるカートリッジに備えられる少なくとも１つの折畳式ブリスタを折り畳む少なくとも１つのブリスタ作動装置と、
読取機に挿入されるカートリッジの電気的インタフェースに電気的に連結する複数のピンを備える電気モジュールと、
読取機に挿入されるカートリッジ上に印刷されたバーコードを読み取るバーコード読取機と
を備え、空気圧モジュール、少なくとも１つの機械的作動装置、少なくとも１つのブリスタ作動装置、電気モジュール、及びバーコード読取機のそれぞれの少なくとも一部は、カートリッジ受け領域によって熱モジュールから離間されるように、上クランプに結合される。
【００１６】
したがって、使用中、熱モジュールで発生する熱が、熱に敏感である残りのモジュールの作動に大きく影響を与えないのは、それらの残りのモジュールがカートリッジによって熱モジュールから保護されるからである。
【００１７】
好ましくは、制御ユニットは、熱モジュール、空気圧モジュール、少なくとも１つの機械的作動装置、少なくとも１つのブリスタ作動装置、電気モジュール、及びバーコード読取機の作動を制御するために提供される。
【００１８】
いくつかの実施形態において、筐体は、
熱モジュールを備える第１の熱区域と、空気圧モジュール、少なくとも１つの機械的作動装置、少なくとも１つのブリスタ作動装置、電気モジュール、及びバーコード読取機を備える第２の熱区域との間の第１の仕切りと、
第２の熱区域と制御ユニットを備える第３の熱区域との間の第２の仕切りとを備える。
【００１９】
したがって、熱モジュールからの熱に敏感である残りのモジュールは、１つの仕切り（ならびにカートリッジ）によって分離され、熱に特に敏感である制御ユニットは、さらなる仕切りによって保護される。
【００２０】
好ましくは、第１及び第２の仕切りは、筐体に備えられる断熱仕切り壁を備える。
【００２１】
好ましくは、第１、第２、及び第３の熱区域のそれぞれは、筐体のそれぞれの入口を通して空気を吸い込むように構成されるファンを備え、空気が筐体から出ることを可能にする１つまたは複数の通気孔をさらに備える。
【００２２】
好ましくは、筐体は、基部と、前側と、後側と、頂部とを備え、第１の熱区域は、前側寄りに筐体の基部に配置され、第３の熱区域は、後側寄りに筐体の基部より上方に持ち上げられている。
【００２３】
好ましくは、第３の熱区域は、筐体の頂部から離間される。したがって、第３の熱区域は、熱が上昇する筐体の一部には配置されない。
【００２４】
好ましくは、第１の熱区域のファンに対する入口は、筐体の基部に配置される。
【００２５】
好ましくは、第２の熱区域のファンに対する入口は、筐体の基部に配置される。
【００２６】
好ましくは、１つまたは複数の通気孔は、筐体の頂部、筐体の基部、及び筐体の後側に配置される。
【００２７】
好ましくは、筐体の底部の通気孔は、第１の熱区域と連結される。
【００２８】
好ましくは、筐体の頂部の通気孔は、第２の熱区域と連結される。
【００２９】
好ましくは、筐体の後側の通気孔は、第２及び第３の熱区域と連結される。
【００３０】
好ましくは、カートリッジ受け領域は、開位置と閉位置との間で移動し、読取機に挿入されるカートリッジを受けるように構成されるトレイを備える。
【００３１】
好ましくは、トレイはリブを備え、筐体は、その開位置からその閉位置へのトレイの移動中、リブが自由に摺動してもよいスロットを備え、スロットは、トレイの移動を防ぐように、トレイがその閉位置にあるときにリブを固定的に保持する寸法を有するテーパ部を有する。
【００３２】
好ましくは、下クランプは、使用時、カートリッジをトレイから持ち上げて、カートリッジを上クランプに対して固定的に保持するように構成される。
【００３３】
好ましくは、上クランプ、下クランプ、及びトレイは、筐体が載るように構成される表面に対して１°〜１０°、好ましくは５°の角度で傾いている。
【００３４】
好ましくは、読取機は、トレイがその閉位置にないときに検知するセンサをさらに備え、電源及び電源制御装置をさらに備え、電源制御装置は、トレイがその閉位置にないことをセンサが検知したときに熱モジュールへの電力を切断するように構成される。
【００３５】
好ましくは、筐体は、熱モジュールを交換するように使用者がアクセスできるように構成されるアクセスパネルを有する。
【００３６】
好ましくは、下クランプが、上クランプに対して相対的に移動する間、上クランプに対して適正に位置合せされたままであるように、読取機は、上クランプと下クランプとの間にアライメントピンをさらに備える。
【００３７】
好ましくは、空気圧モジュール、少なくとも１つの機械的作動装置、少なくとも１つのブリスタ作動装置、及び電気モジュールのうちの任意の１つは、１つまたは複数のばねを使用して筐体に取り付けられる。
【００３８】
本発明は、流体カートリッジであって、前記流体カートリッジの中に含まれるサンプルの診断検査を実行するための流体カートリッジも提供し、カートリッジは、少なくとも１つのサンプル処理領域を備える流体層と、液体試薬を含む少なくとも１つの折畳式ブリスタと、空気圧式インタフェースと、電気的インタフェースと、少なくとも１つの機械的弁とを備え、先行請求項のいずれか１項に記載のカートリッジ読取機で使用するために構成され、ここで、少なくとも１つのサンプル処理領域は、熱モジュールによって加熱可能であるように構成され、空気圧式インタフェースは、空気圧モジュールの複数の空気圧式インタフェースポートに結合するように構成され、機械的弁は、機械的作動装置によって作動されるように構成され、少なくとも１つの折畳式ブリスタは、少なくとも１つのブリスタ作動装置によって折り畳まれるように構成され、電子インタフェースは、電気モジュールの複数のピンに結合するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明が適用可能な、例示的流体カートリッジの概略図である。
【図２】本発明に提供できる、例示的流体カートリッジの上面図である。
【図３】図２の例示的流体カートリッジの分解図である。
【図４】図２の例示的流体カートリッジの筐体の斜視図である。
【図５】図２の例示的流体カートリッジのブリスタ・サブアセンブリの斜視図である。
【図６Ａ】図２の例示的流体カートリッジの空気圧層の上面図である。
【図６Ｂ】図２の例示的流体カートリッジの空気圧層の底面図である。
【図７】図２の例示的流体カートリッジの空気圧箔の上面図である。
【図８Ａ】図２の例示的流体カートリッジの液体層の上面図である。
【図８Ｂ】図２の例示的流体カートリッジの液体層の底面図である。
【図９】図２の例示的流体カートリッジの液体箔の上面図である。
【図１０】図２の例示的流体カートリッジの電極層の上面図である。
【図１１ａ】例示的読取機の前面図を示す。
【図１１ｂ】例示的読取機の前面図を示す。
【図１２ａ】図１１ａ及び１１ｂに示される読取機の筐体の分解図を示す。
【図１２ｂ】図１１ａ及び１１ｂに示される読取機の筐体の分解図を示す。
【図１３】図１１ａ及び１１ｂに示される読取機の基部の底面図を示す。
【図１４】例示的読取機に備えられる主サブシステムの概略図を示す。
【図１５】６枚の基板上に編成される、例示的読取機の内部構成要素の概略図を示す。
【図１６】図１１ａ及び１１ｂの読取機の断面を示す。
【図１７ａ】例示的読取機の引出しを示す。
【図１７ｂ】例示的読取機の引出しを示す。
【図１８ａ】読取機の上クランプに摺動自在に取り付けられる図１７ａ及び１７ｂの引出しを示す。
【図１８ｂ】読取機の上クランプに摺動自在に取り付けられる図１７ａ及び１７ｂの引出しを示す。
【図１９】読取機の引出しラッチ機構を示す。
【図２０】読取機に挿入された例示的カートリッジの断面を示す。
【図２１ａ】上クランプの平面図を示す。
【図２１ｂ】下クランプの平面図を示す。
【図２２】例示的読取機のクランプ・アセンブリの断面を示す。
【図２３】検査サイクル中、読取機によって実行されるステップの概略図を示す。
【図２４】上クランプに備えられる遮断弁ラッチ機構を示す。
【図２５】例示的読取機の下クランプに配置される第１、第２、及び第３の熱スタックを示す平面図である。
【図２６ａ】例示的読取機に備えられる熱スタックを示す。
【図２６ｂ】例示的読取機に備えられる熱スタックを示す。
【図２６ｃ】例示的読取機に備えられる熱スタックを示す。
【図２７】図２６の熱スタックに設けられるアルミニウム・スプレッダ・プレートを示す。
【図２８】図２５の熱スタックによって加熱及び／または冷却される第１、第２、及び第３の区域を有する例示的カートリッジの平面図を示す。
【図２９】第１、第２、及び第３のブリスタ作動装置と機械的弁作動装置とを備える上クランプの平面図である。
【図３０】図２９の第１、第２、及び第３のブリスタ作動装置の先端形状を示す。
【図３１ａ】図２９の機械的作動装置の先端形状を示す。
【図３１ｂ】例示的カートリッジに備えられる機械的弁の弁空洞を示す。
【図３２】読取機に備えられる空気圧ブロックの斜視図である。
【図３３】図３２の空気圧ブロックの上面図である。
【図３４】図３２の空気圧ブロックの側面図である。
【図３５】空気圧ブロックからの空気管が連結されるマニホルド上のインタフェースを示す。
【図３６】カートリッジ上の対応するインタフェースに結合するように構成されるマニホルド上のインタフェースを示す。
【図３７】上クランプ上に配置される空気圧式インタフェースを示す。
【図３８】空気圧ブロックの空気圧回路図を示す。
【図３９】本発明が実装される例示的カートリッジの筐体の一部を示す。
【図４０】電極を含む例示的回路を示す。
【図４１】微分パルスボルタンメトリーまたは方形波パルスボルタンメトリーを使用した検査の結果を示す。
【図４２】緩衝液におけるフェロセンの順電流及び逆電流を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
次に本発明の実施形態について、例示的カートリッジを読み取る例示的カートリッジ読取機に照らして説明する。本発明を理解する必要はないが、カートリッジの構造、製造、機能及び使用の原理、ならびに検査を実行する関連した方法の概要を提供することは有益である。
【００４１】
本発明を説明するために選択された例示的カートリッジ及びカートリッジ読取機、ならびに関連方法は、核酸抽出プロセス、続いてＰＣＲ増幅及び電気化学検出を使用して病原細菌を検出することに供される。しかし、本発明は例示的読取機及び関連方法に限定されず、広範囲のサンプル分析技法または生物学的試験、例えば液体サンプル内の任意の標的核酸配列の試験での使用に適切であることが、当業者には理解されるはずである。
【００４２】
本明細書に記載され、添付図面に示された本発明の装置及び方法は、非限定的な例示的実施形態であり、本発明の範囲は特許請求の範囲のみによって定義されることが、当業者には理解されよう。例示的一実施形態に関連して示された、または記載された特徴は、他の実施形態の特徴と組み合わされてもよい。このような修正形態及び変形形態は本開示の範囲内に含まれる。
【００４３】
例示的カートリッジ読取機は、流体部であって、当該流体部を通ってサンプルが流れ、当該流体部の中で核酸抽出、増幅、及び検出が行われる流体部と、流体部を通る流れを制御する空気圧部と、サンプルに核酸を実行する、すなわちＰＣＲを実行するのに供されるサンプル処理領域と、対象の増幅された核酸の検出に供される電位差を供給する少なくとも２つの電極とを備える例示的流体カートリッジとともに使用することが意図される。流体部及び空気圧部は、以下の例示的カートリッジに関して記載されるような、流体層、流体箔、空気圧層及び空気圧箔から構成されてもよい。しかし流体部は必ずしも流体層及び流体箔のみから構成されず、空気圧部は必ずしも空気圧層及び空気圧箔のみから構成されない。むしろそれらの層は、層のすべての部分または一部が各部を作り出すように、相互作用して流体部及び空気圧部を生成してもよい。流体部は、カートリッジの特定の層を指すのではなく、制御されたサンプルの流れを可能にする機能を提供するカートリッジの特定領域を指し、空気圧部は流体部を通る流れを制御する機能を提供するカートリッジの特定領域を指す。
【００４４】
筐体、流体部、及び空気圧部はプラスチックから作成される。プラスチックとは、樹脂、合成樹脂、高分子、セルロース誘導体、カゼイン素材、及び蛋白質プラスチックを含む、柔軟時に形状付与され、次いで硬化され得る合成または天然有機物質を意味する。カートリッジを構成できるプラスチックの例には、熱可塑性プラスチックに限定されないが、例えばポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、トパーズなどの環状オレフィン共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン、及び熱可塑性エラストマ、例えばポリプロピレンが含まれる。プラスチックの筐体、流体部、及び空気圧部は、プラスチックから作成されない構成要素（例えばブリスタは金属箔から作成され、金属はサンプル入口に挿入される）を含むことができるが、それらは主にプラスチックから形成される。プラスチック材料の使用は、カートリッジの経済的生産を促進する。
【００４５】
空気圧箔及び流体箔は金属箔から作成されてもよいが、好ましい材料は上述されたものを含むプラスチックである。特に箔はポリエチレンテレフタレート／ポリプロピレン複合材であり、ポリプロピレンが流体サンプルと接触することが好ましい。
【００４６】
標的核酸配列はサンプル内で検出される任意の核酸である。カートリッジ内で増幅され検出される標的核酸（複数可）は通常ＤＮＡであるが、ＲＮＡを増幅し検出することも可能である。一部の実施形態では、カートリッジはＤＮＡ及びＲＮＡの両方の標的の増幅及び／または検出を可能にすることがある。
【００４７】
液体サンプルは、対象の標的核酸（複数可）が存在するかどうかを判定するために、カートリッジ内に導入される組成物である。サンプルは、（例えば臨床診断に対して）検出される核酸が存在する疑いがある組成物であってもよく、または（例えば汚染検査に対して）検出される核酸が存在する可能性がある組成物であってもよい。
【００４８】
液体サンプルは様々な源を有することができる。例えば液体サンプルは（例えば感染の診断または遺伝子型判定に対して）動物または植物から採取される材料であることが可能である。このようなサンプルは最小限の侵襲性または非侵襲性で採取されてもよい。例えばサンプルはスワブを使用して動物から採取されてもよく、または体液であってもよい。別法として、サンプルは（例えば汚染検査に対して）食品または水から採取された物質であってもよい。サンプルは通常細胞を含み、標的核酸（存在する場合）をカートリッジ内のこれらの細胞から抽出できる。カートリッジの中に導入される前にサンプルを薄めたり、他の方法によって処理できるが、カートリッジがこのようにして前処理されていない物質を取り扱うことができることが好ましいことは当業者に理解されよう。
【００４９】
サンプルが採取される動物は、脊椎動物であっても非脊椎動物であってもよい。脊椎動物は哺乳類であってもよい。哺乳類の例には、これらに限定されないが、マウス、ラット、豚、犬、猫、ウサギ、または霊長類などが含まれる。動物は霊長類であってもよく、好ましくはヒトである。したがってカートリッジを使用してヒトのサンプルの臨床診断ができる。
【００５０】
サンプルの分析に加えて、カートリッジは、カートリッジが予期したとおりに機能していることを確認するために陽性及び／または陰性対照を分析できる。使用者によって対照部（複数可）をカートリッジの中に導入でき、または使用前にカートリッジ内に備えることができる。
【００５１】
陽性内部対照核酸を含むことにより、核酸増幅が失敗した（無効結果）ためにサンプルに対する陰性結果が得られたのかどうかを使用者が特定できる。増幅チャンバ内に存在するにもかかわらず、陽性対照核酸が検出チャンバ内に検出されない場合、使用者はその検査を無効結果の可能性があると特定でき、別の検査を実行できる。
【００５２】
陽性対照核酸は、カートリッジ内で使用されるサンプル内に発見されない任意の核酸であってもよい。内部対照ＤＮＡは、動物に対する病原体ではなく、特に細菌に特有の核酸を含む細菌から採取されてもよい。対照核酸が動物サンプルのために採取され得る元となる可能性のある細菌の一例はペクトバクテリウム・アトロセプチカムであるが、サンプル内に存在しない任意の対照核酸を使用してよい。
【００５３】
カートリッジの流体部は、サンプルが流れるチャネル及びチャンバを備える。カートリッジを通るサンプルの流れは、２つの方法で制御される。第一に、流体部は気体入口を有する。気体入口は気体供給部に連結され、この入口を介して気体を流体部の中に注入することにより、サンプルが下流に押されカートリッジを通って検出チャンバに向かうことができる。気体供給部は読取機によって提供されてもよい。別法として、気体供給部は搭載された気体供給部であってもよい。好ましくは、気体供給部は外部源によって提供され、気体入口は、気体供給部がカートリッジ上の空気圧入口を介して提供されるように、空気圧回路に連結される。第二に、少なくとも１つの空気圧で制御された弁は流体部を通るサンプルの局部的な動きを制御する。空気圧で制御された弁（複数可）は他の空気圧で制御された弁と無関係に制御されてもよく、概して気体入口を介してサンプルを下流に動かす気体供給部と無関係に制御されてもよい。また気体入口及び空気圧で制御された弁（複数可）により、サンプルが流体部を通って洗い流されることが可能である、例えば過剰容量の物質を排除できる。また流体部は、空気及び廃棄物質がカートリッジ内に生じる圧力が高まることなく流体部のチャネル及びチャンバから出ることができる排出部を有する。好ましくは、排出部は廃棄チャンバ及び／または廃棄口を備える。
【００５４】
カートリッジの流体部は、細胞溶解及び核酸分離に供される試薬及び／または物理的成分を含む。これらは、細胞を溶解し、核酸を細胞片及び他の細胞成分から分離できる任意の試薬または物理的成分であってもよい。例えば試薬または物理的成分は、（ｉ）サンプル内に存在し得る標的細胞を溶解させることができる溶解緩衝液であって、例えばノニルフェノキシポリエトキシルエタノール（ＮＰ−４０として入手可能）もしくはｔ−オクチルフェノキシポリエトキシエタノール（トリトンＸ１００（Ｔｒｉｔｏｎ  Ｘ  １００）として入手可能）などの洗剤を含む、またはチオシアン酸グアニジンを含む緩衝液、及び／または、（ｉｉ）特に核酸に結合するが他の望ましくない細胞成分（例えば蛋白質及び脂質）に結合しない捕捉担体またはカラムを備えてもよい。捕捉カラムは捕捉フィルタを備え、デプスフィルタをさらに備えてもよい。フィルタはガラス繊維（ワットマンフィルタ（Ｗｈａｔｍａｎ  ｆｉｌｔｅｒ）として入手可能）で作成されてもよく、またはシリカで作成されてもよいが、他の細胞成分から核酸を分離できる任意のカラムまたは担体を使用してもよい。捕捉カラムが細胞片及び他の細胞成分から核酸を分離できるように、洗浄緩衝液を使用して細胞片及び他の細胞成分を取り除き、続いて溶出緩衝液を使用して捕捉担体またはカラムから分離された核酸を溶出する溶出を実施することができる。
【００５５】
サンプルが通って流れるチャネルは、核酸増幅を行うことができる少なくとも１つの増幅チャンバにサンプル入口を流体連結させる。増幅チャンバ（複数可）の目的は、サンプル内に存在する対象の任意の標的核酸を（また存在する場合には陽性対照核酸を）増幅できることである。任意の核酸増幅方法を使用してもよく、これらを例示的カートリッジに関して以下により詳細に説明する。様々な核酸増幅方法に必要な様々な核酸増幅試薬が当技術分野において周知である。これらの試薬は、サンプル（及び任意の陽性対照）が一旦増幅チャンバに到達すると核酸増幅に必要なすべての試薬を含むように、増幅チャンバ（複数可）内に、または増幅チャンバ（複数可）の上流に提供される。また検出される標的核酸に従って核酸増幅方法を適合させることも当技術分野には周知である（例えばプライマーの設計）。したがって当業者は核酸増幅に応じて試薬を適合させることができるはずである。用語「チャンバ」はいかなる特定の大きさまたは形状も示さないが、その代わりに用語「チャンバ」は核酸増幅を起こすことができるように設計された流体部内の領域を意味する。したがって例えばチャンバは、サンプルを（例えば空気圧で制御された弁の使用により）流体隔離できる一方で、核酸増幅に必要なステップ（例えば熱循環など）を生じる領域であることが可能であり、またチャンバが必要な任意の外部資源に近接するように（例えばカートリッジ読取機内の熱源の隣であり、それによって熱循環を起こすことができる）、チャンバをカートリッジ内に配置することができる。
【００５６】
複数の検査増幅チャネル及び／またはチャンバをカートリッジ内に備えてもよい。異なる検査増幅チャネル及び／またはチャンバは、対象の異なる核酸を増幅するために必要な試薬を含んでもよい。したがって複数の検査増幅チャネル及び／またはチャンバを使用することにより、複数の検査を単一のカートリッジ上で同時に実行できる（何らかの対照を含む）。別法として、複数の異なる核酸の増幅に供される試薬が単一の増幅チャンバ内に存在してもよく、異なる核酸を（複数の標的核酸であっても、または１つの標的核酸及び１つの対照核酸であっても）同時に同じ増幅チャンバ内で増幅してもよい。
【００５７】
核酸増幅後にサンプルが流れるさらなるチャネルは、核酸増幅の結果を検出できる少なくとも１つの検出チャンバに該少なくとも１つの増幅チャンバを流体連結させる。検出チャンバ内または検出チャンバの上流には、サンプルが一旦検出チャンバに到達するとサンプルが検出に必要なすべての試薬を含むように、核酸検出に供される試薬が存在する。核酸検出に供される試薬は特定の標的核酸に特有のものであってもよい、すなわち試薬は特定の核酸配列の存在を検出できてもよい。別法として、核酸検出に供される試薬は任意の核酸の存在の検出に供される一般的な試薬であってもよい。このような一般的な試薬は、標的核酸以外のすべての核酸を検出前に取り除く場合に使用されてもよい。例えばこれは、標的核酸以外のサンプル内に存在するすべての核酸を加水分解できるヌクレアーゼを提供することによって達成されてもよい。増幅された標的核酸を、例えば増幅された生成物に組み込まれ、加水分解できないプライマー内に化学修飾を含むことによって、加水分解から保護することができる。核酸検出に供される試薬については例示的カートリッジに関連して以下に説明するが、電気化学標識を含むプローブを通常備える。プローブは、増幅チャンバ（複数可）内で増幅された、増幅された核酸と交雑することができる。プローブの増幅された核酸との交雑に続いて、核酸の検出が標識からの信号の検出可能な変化によって生じてもよい。実際には、これには３つの段階である、標的ＤＮＡへのプローブの結合と、Ｔ７によるプローブからの標識の隔離と、後続の、標識からの信号の検出とが含まれる。一部の実施形態では、変化はプローブの加水分解によってもたらされてもよい。プローブが加水分解される場合、加水分解は通常二本鎖特異的ヌクレアーゼを使用して達成され、二本鎖特異的ヌクレアーゼはエクソヌクレアーゼまたはエンドヌクレアーゼであることが可能である。好ましくは、ヌクレアーゼはＴ７エンドヌクレアーゼである。標識からの信号はプローブの加水分解に伴う変化を受けることができる。これは、標識が、残りのプローブに結合することから、残りのプローブから解放される、または単一のヌクレオチドもしくはプローブの短い部分に結合することに移行するときの、標識の環境の変化に起因する。プローブのタイプ及び使用できる検出方法のさらなる詳細は、ＨｉｌｌｉｅｒらによるＢｉｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、６３（２００４）、３０７〜３１０に見られる。別法として、プローブの加水分解に依存しない標識からの信号の検出可能な変化をもたらす方法を使用してもよい。例えばＩｈａｒａらによるＮｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ、１９９６、Ｖｏｌ．２４、Ｎｏ．２１  ４２７３〜４２８０を参照されたい。標識の環境のこの変化は、標識からの信号の変化をもたらす。対象の核酸の存在を検出するために、標識からの信号の変化を検出することができる。
【００５８】
陽性対照核酸を使用する場合、核酸検出に供される試薬はさらに標識を含む陽性対照プローブを含むことになる。陽性対照プローブは増幅された対照核酸と交雑することができる。陽性対照及び標的プローブの標識によって提供される信号は同一であってもよいが、対照及び検査核酸に対応する信号を見分けられるように別個の検出チャンバ内に存在する。別法として、プローブが同一の検出チャンバ内に存在する場合であってもそれぞれの信号を見分けられるように、対照及び標的プローブの標識によって供給される信号は異なる電圧で酸化してもよい。
【００５９】
複数の検査検出チャネル及び／またはチャンバはカートリッジ内に含まれてもよい。異なる検査検出チャネル及び／またはチャンバは、対象の異なる核酸を検出するために必要な試薬を含んでもよい。したがって複数の検出検査チャネル及び／またはチャンバの使用により、複数の検査を単一のカートリッジ上で同時に行うことができる。別法として、複数の異なる核酸の検出に供される試薬が単一の検出チャンバ内に存在してもよく、異なる核酸が（複数の標的核酸であっても、または１つの標的核酸及び１つの対照核酸であっても）、同時に同じ検出チャンバ内で検出されてもよい。
【００６０】
標識はカートリッジの電極の使用によって検出可能であるので、標識は通常フェロセンなどの電気化学標識である。使用し得る標識の例は、ＷＯ０３／０７４７３１、ＷＯ２０１２／０８５５９１及びＰＣＴ／ＧＢ２０１３／０５１６４３に見られる。標識によって放出される信号はカートリッジ読取機によって検出できる。
【００６１】
カートリッジの空気圧部は、それぞれが少なくとも１つの空気圧で制御された弁を制御する、少なくとも１つの空気圧回路を備える。空気圧部は、カートリッジを通るサンプルの流れを空気圧で制御された弁の開閉によって制御する。弁の開閉は、空気圧入口を通って加えられる空気圧回路内の空気圧の変化によって制御される。通常カートリッジは多くの空気圧で制御された弁を含む。空気圧で制御された弁は別個の空気圧入口によって制御されてもよい。これらの弁を使用して、必要なステップが実行されるまで流体部を通るサンプルの下流への移動を防ぎ、かつ／または上流へのサンプルの不要な逆動を防ぐことができる。例えば細胞溶解及び核酸分離が行われるまで少なくとも１つの増幅チャンバの下流への移動を防ぐために、弁を少なくとも１つの増幅チャンバの上流に設けてもよい。細胞溶解及び核酸分離に続いて、下流への流れが可能になるように、少なくとも１つの増幅チャンバの上流の弁を開いてもよい。次いでサンプル入口に向かって戻るチャンバの逆流を防ぐために弁を再度閉じることができる。
【００６２】
カートリッジは、少なくとも１つの検出チャンバに電位差を供給できる少なくとも２つの電極を備える。その電位差は該少なくとも１つの検出チャンバを通って流れる電流を発生させ、それによって電気化学的活性標識から信号を検出することが可能になる。
【００６３】
カートリッジ読取機は概して、サンプルを含むカートリッジが挿入されてもよいカートリッジ受け領域と、検査サイクル中、第１及び第２のクランプであってカートリッジ第１のクランプと第２のクランプとの間に保持される第１及び第２のクランプと、例示的カートリッジ上の空気圧ポートに結合し、例示的カートリッジ内に備えられた１つまたは複数の空気圧弁を作動させる空気圧アセンブリと、流体カートリッジの様々なサンプル取扱い区域を加熱する１つまたは複数の熱スタックを備える熱モジュールと、と少なくとも２つの電極に結合した電子インタフェースであって当該電子インタフェースから電気信号を受け取るように構成された電子インタフェースと、検査を制御してそこから結果を読み取るのに必要とされる処理手段を備える制御ユニットとを備える。例示的カートリッジ読取機は、さらに、流体カートリッジ上に設けられた１つまたは複数の折畳式ブリスタであって、当該ブリスタの中に含まれる流体を流体装置のチャネルのネットワーク内に放出するように構成された１つまたは複数の折畳式ブリスタを作動させる１つまたは複数の機械的作動装置と、カートリッジ内に備えられた機械的弁を作動させる機械的弁作動装置と、障害、電力損失の発生時、または検査の終了時に流体カートリッジ上に備えられた遮断弁を作動させるように構成された遮断作動装置とを備えてもよい。カートリッジ読取機は、さらに、例えば、カートリッジに取り付けられたバーコード標識からの情報を読み取るバーコード読取機などの読取機に挿入されたカートリッジを特定する手段を備えてもよい。
【００６４】
１．例示的カートリッジ
１．１  概説
以下に記載される例示的カートリッジは、カートリッジの中に導入されるサンプルの検査を実行する、１回限り使用の使い捨て型カートリッジであることが意図される。例示的カートリッジは適切な規模のチャネル（以下で詳しく述べる）を備えた流体カートリッジである。しかし本発明は微小流体装置、またはＬＯＣで実行されてもよい。一旦検査が行われると、カートリッジは捨てられることが好ましい。しかし必要に応じてカートリッジを再度使用できるようにカートリッジは再処理に出されてもよい。
【００６５】
カートリッジは選択した検査の実行に必要なすべての生物剤を備えることが好ましい。例えば例示的カートリッジは、対象の病原体の有無または量を検出するために使用される。任意の病原体が検出されてもよい。カートリッジによって検出できる病原体の例はクラミジア・トラコマチス、膣トリコモナス、淋菌、マイコプラズマ・ジェニタリウム、及びメチシリン耐性黄色葡萄球菌である。これを受けてカートリッジは、細菌を溶解し、破片を廃棄物へと洗浄する緩衝液と、標的ＤＮＡを再懸濁する清浄な緩衝液とを備える。カートリッジは核酸増幅に供される乾燥試薬をも備える。核酸増幅は任意の核酸増幅方法を使用して実行されてもよい。核酸増幅方法は、増幅の様々なステップを循環内で様々な温度で行えるように、行われる方法の温度が多様である熱循環方法であってもよい。例えばプライマーの溶融、アニーリング、及び拡張をそれぞれ異なる温度で実行してもよい。温度によって循環させることにより、方法ステップのそれぞれのタイミングを制御できる。別法として、核酸増幅は温度が一定に保たれる等温方法であってもよい。温度循環方法及び等温核酸増幅方法のいずれでも、核酸増幅中は温度が制御される。
【００６６】
核酸増幅方法の例は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、リガーゼ連鎖反応（ＬＣＲ）、鎖置換増幅（ＳＤＡ）、転写介在増幅、核酸配列ベース増幅（ＮＡＳＢＡ）、ヘリカーゼ依存性増幅及びループ介在等温増幅である。核酸増幅に供される試薬は使用される核酸増幅方法によって異なるが、ポリメラーゼ及び三リン酸ヌクレオチドを含む。
【００６７】
以下に説明するように、カートリッジは、核酸増幅方法の生成物である、増幅された核酸の有無に依存できる検出試薬をも備える。核酸検出に供される試薬は、増幅された核酸と交雑することができるプローブを備える。プローブはフェロセン標識を含む。プローブを増幅された核酸と交雑後、核酸の検出は標識からの信号の検出可能な変化によって生じる。変化はプローブの加水分解によってもたらされ、これは二本鎖特異的ヌクレアーゼを使用して達成される。ヌクレアーゼはＴ７エンドヌクレアーゼである。フェロセンは、フェロセンがプローブの一部であるとき、またはフェロセンが単一のヌクレオチドのみに取り付けられているとき、異なる電気化学信号を与えるので、加水分解は容易に検出される。したがって標識からの信号の変化により、対象の核酸の存在を検出できる。
【００６８】
電極は、標的核酸の存在下で起きる標識からの信号の検出可能な変化を検出できる。
【００６９】
カートリッジはカートリッジ読取機（図示せず）とともに使用するように構成される。カートリッジは、複数の空気圧、機械的、熱的、及び電気的インタフェース（以下により詳しく記載する）を備え、該インタフェースを通して読取機がカートリッジと相互作用して検査を実行する。それゆえ使用時にはカートリッジは読取機の中に挿入され、読取機は検査を行うためにインタフェースを介してカートリッジとの相互作用を開始するように起動される。本発明を理解するために、特定の検査を行い、検査結果を提供するためにカートリッジがどのように読取機と相互作用するかを正確に記載する必要はないが、カートリッジの例示的作動の概要を以下に提供する。
【００７０】
１．２  例示的カートリッジの概略図
例示的流体カートリッジの構成要素の構造及び配置を詳しく説明する前に、図１に示された概略図を参照して上位概念の例示的カートリッジの配置を記載することが有益である。
【００７１】
カートリッジを通る、流体サンプルを含む液体の流れに関して、カートリッジの配置全体を考慮することが都合がよい。以下で別段の指定がない限り、液体サンプル及び液体緩衝液を含む液体の通路を、上流端部及び下流端部を有する「流体通路」と呼ぶ。以下で別段の指定がない限り、「下流」は概して液体の流れの方向を指し、「上流」は流れの方向の反対方向を指す。例示的カートリッジ内の流体通路は異なる分岐部を有しても（したがって異なる流体通路を形成しても）よいが、すべての通路は、当業者が上流方向及び下流方向を見分けられる、認識可能な流れの方向を有する。しかしこの一般的定義には例外があり、それは液体サンプルが混合チャンバ１０とベローズ２０との間に汲み上げられる場合である。この場合、流体は、流体が有する、下流方向からなる流体の流れの一般的方向とは反対方向の上流に断続的に戻って汲み上げられる。この混合は溶解とサンプルを混合し、内部対照を再水和する機能を果たす。
【００７２】
液体サンプルはエントリポートを通ってサンプル混合チャンバ１０においてカートリッジの中に導入される。以下の３章でさらに記載するように、好ましいエントリポートの特定の配置自体が、カートリッジの単離された発明の態様をなしてもよい。サンプル表示器１２は、サンプル混合チャンバ１０の中に導入されるサンプルがサンプル表示器１２において見えるように、サンプル混合チャンバ１０に流体結合される。また溶解緩衝液を含有するブリスタ１４もサンプル混合チャンバ１０に連結される。溶解緩衝液はチオシアン酸グアニジンを含む。サンプルが一旦サンプル混合チャンバ１０の中に導入され、検査が開始されると、溶解緩衝液がその中に導入された液体サンプルと混合するサンプル混合チャンバ１０の中に溶解緩衝液を放出するように、溶解ブリスタ１４が折り畳まれる。
【００７３】
主チャネル１６に沿ってサンプル混合チャンバ１０の下流に粗フィルタ１８がある。粗フィルタ１８は、液体サンプルが主チャネル１６を通過する際に、皮膚または体毛などの液体サンプル内の任意の大きい破片を濾過する。
【００７４】
主チャネル１６に沿って粗フィルタ１８の下流に、上流ベローズ弁２２ａ及び下流ベローズ弁２２ｂを有するベローズ２０がある。以下により詳細に記載するように、ベローズ２０は、その上流弁及び下流弁２２ａ、２２ｂとともに液体サンプルを流体通路の上流端部から（すなわちサンプル混合チャンバ１０から）下流端部に汲み上げることができる。要するに、これはベローズ２０ならびに上流ベローズ弁及び下流ベローズ弁２２ａ、２２ｂ内の可撓性膜の作用によって達成される。上流ベローズ弁及び下流ベローズ弁２２ａ、２２ｂは、一方側では液体サンプルをサンプル混合チャンバ１０からベローズ２０の中に引き込み、また他方側ではベローズ２０から主チャネル１６を通してさらに下流側に引き出すよう、局部圧力差を生成するように作動する。これは、弁内の可撓性膜の周到に準備された空気圧作動によって達成される。以下の３章でさらに詳細に記載するように、好ましい弁の特定の配置自体が、カートリッジの単離された発明の態様をなしてもよい。
【００７５】
主チャネル１６に沿ってベローズの下流に捕捉カラム２４がある。捕捉カラム２４の目的は、核酸を細胞片及び他の細胞成分から分離することである。捕捉カラムは、いずれもガラス繊維から作成された捕捉フィルタ及びデプスフィルタを備える。以下の３章でさらに詳細に記載するように、好ましい捕捉カラムの特定の配置自体が、カートリッジの単離された発明の態様をなしてもよい。
【００７６】
２つの分岐チャネル２６、２８は、下流ベローズ弁２２ｂと捕捉カラム２４との間で主チャネル１６に接合する。分岐チャネルの目的は、所望の検査の実行に必要な液体緩衝液を導入することである。例えば検査が例示的カートリッジによって行われる状態で、サンプルが一旦通過すると、溶出緩衝液及び洗浄緩衝液を主チャネルの中に導入することが必要である。洗浄緩衝液は洗浄緩衝液ブリスタ３０内に含有され、溶出緩衝液は溶出緩衝液ブリスタ３２内に含有される。洗浄緩衝液、溶出緩衝液の主チャネル１６の中への導入は、それぞれ洗浄緩衝液弁３４、溶出緩衝液弁３６によって制御される。検査の適時に、洗浄緩衝液ブリスタ３０及び溶出緩衝液ブリスタ３２は、洗浄緩衝液及び溶出緩衝液を分岐チャネル２６、２８の中に放出し、ひいては洗浄緩衝弁３４及び溶出緩衝弁３６を通して主チャネル１６の中に放出するように折り畳まれる。
【００７７】
主チャネル１６の廃棄分岐部１６ａに沿って捕捉カラム２４の下流に廃棄チャンバ３８がある。以下の３章でさらに詳細に記載するように、好ましい廃棄チャンバの特定の配置自体が、カートリッジの単離された発明の態様をなしてもよい。廃棄チャンバ３８の目的は、核酸以外の細胞片及び他の細胞成分を収集し、それらを含有することであり、それによって細胞片及び他の細胞成分が検査チャネル５４ａまたは対照チャネル５４ｂに入るのを防ぐ。廃棄チャンバ３８は廃棄口４０を通して大気に通じ、特定の物質が廃棄チャンバ３８から大気中に漏れるのを防ぐために、廃棄チャンバ３８と廃棄口４０との間にエアロゾル・インパクタ４２が設けられる。主チャネル１６の主チャネル廃棄分岐部１６ａ内の廃棄チャンバ弁４４は、検査中に流体が廃棄チャンバ３８の中に移動するのを適時に許容及び防止する。
【００７８】
主チャネル１６の溶出分岐部１６ｂに沿って捕捉カラム２４の下流に溶出チャンバ４６がある。溶出チャンバ４６の目的は、サンプルが増幅チャンバに入る前に、サンプル調製を終わらせ、また気泡を消失させることを可能にすることである。主チャネル１６の溶出分岐部１６ｂ内の溶出チャンバ弁４８は、検査中に流体が溶出チャンバ４６の中に移動するのを許容及び防止する。
【００７９】
溶出チャンバ４６の下流に回旋状の混合チャネル５２がある。ここにおいて、調製されたサンプルが遮断弁５０を通過する前に混合される。
【００８０】
本出願では、遮断弁５０の上流の構成要素はカートリッジの「フロントエンド」内に備えられるとみなす一方で、遮断弁５０の下流の構成要素はカートリッジの「バックエンド」内に備えられるとみなす。総じて液体サンプルはカートリッジのフロントエンド内で分析に向けて調製され、分析はカートリッジのバックエンド内のサンプルについて実行される。
【００８１】
遮断弁５０を開けて、調製された液体サンプルがカートリッジのフロントエンドからバックエンドに通過させる。検査において適時に液体サンプルが調製され、分析のためにカートリッジのバックエンド内に入った後、遮断弁５０はいかなるサンプルもフロントエンドに再度入らないように閉じる。遮断弁５０が一旦閉じると、遮断弁５０を再度開くことはできない。また遮断弁５０は停電の場合に予防手段として作用し、読取機は濾出を防ぐために遮断弁５０を閉じる。
【００８２】
遮断弁５０の下流では、流体通路は増幅検査チャネル５４ａ及び増幅対照チャネル５４ｂに分かれる。増幅チャネル５４ａ、５４ｂは、それぞれ増幅チャンバ入口弁５８ａ、５８ｂ及び増幅チャンバ出口弁６０ａ、６０ｂを有する増幅チャンバ５６ａ、５６ｂを備える。任意の核酸増幅方法が核酸増幅チャンバ内で実行されてもよい。ＰＣＲを使用する場合、核酸増幅チャンバは、耐熱性ＤＮＡポリメラーゼ、ｄＮＴＰ、増幅される核酸に交雑できる１対のプライマーを含有する。適宜、核酸増幅チャンバが緩衝塩、ＭｇＣｌ２、パッシベーション剤、ウラシルＮ−グリコシラーゼ、及びｄＵＴＰをさらに含有してもよい。使用できる耐熱性ＤＮＡポリメラーゼの例は、テルムス・アクウァーティクス由来のＴａｑポリメラーゼである。
【００８３】
例示的カートリッジ内のそれぞれの核酸増幅チャンバは、流体層内に形成された第１及び第２の浅いウェルの形の試薬収容フィーチャを備える。カートリッジ内で使用される試薬はウェルの中に分散配置される。例示的カートリッジ内では、検査用試薬及び一般的試薬はそれぞれ異なるウェルに分散配置されることにより互いから隔離される。それゆえ検査用試薬はチャンバ内の第１のウェル内にスポット配置され、一般的試薬はチャンバ内の第２のウェル内にスポット配置される。一般的試薬をそのままに保持しながら異なる検査を行うには、試薬を分離して分散配置することにより、異なる組の検査用試薬の作成中に検査用試薬を交換することがより容易である。
【００８４】
例示的カートリッジ内では、核酸増幅チャンバの検出チャンバに対する割合は１：２である。調製されたサンプルは遮断弁５０でカートリッジのバックエンドに入り、２つの核酸増幅チャンバに分けられる。処理後、核酸増幅チャンバから２つの処理された量のサンプルはそれぞれ２つの検出チャンバに分けられる。したがって例示的カートリッジの中に導入されたそれぞれのサンプルに対して、４つの検出チャンバが２つの核酸増幅チャンバから満たされてもよく、したがって二重構成の増幅及び四重構成の検出が容易である。
【００８５】
しかし、１つもしくは３つまたはそれ以上の核酸増幅チャンバが、望ましい任意段の多重構成が設けられるように提供されてもよく、設けられる検出チャンバの数は核酸増幅チャンバの検出チャンバに対する１：２の割合を維持しながら調節されてもよいことが理解されよう。
【００８６】
割合１：２が例示的カートリッジに好ましいのは、このような割合により、検出チャンバ内の検出に必要な異なる標識の数に比べて２倍の数の標的核酸を試験できるからである。しかし、割合は、液体サンプルに対する標識及びＰＣＲ標的の数に依存して変更されてもよいことが理解されよう。例えば割合は１：１、１：３、または標識の数に対してｎ倍に多重されたＰＣＲ標的が存在する際、各流体通路の主チャネルから分岐するｎ個の検出チャンバが存在するように１：ｎであってもよい。
【００８７】
クラミジア・トラコマチスに特有のＰＣＲプライマーは、核酸増幅に必要なその他の試薬と一緒に増幅検査チャネル内の増幅チャンバ内で乾燥される。陽性対照核酸に特有のＰＣＲプライマーは、核酸増幅に必要なその他の試薬と一緒に増幅対照チャネル内の増幅チャンバ内で乾燥される。またペクトバクテリウム・アトロセプチカムから採取した陽性対照核酸は、増幅対照チャネル内の増幅チャンバ内に供給される。乾燥された試薬は、液体サンプルが乾燥された試薬に到達したときに再構成される。
【００８８】
増幅チャンバ出口弁６０ａ、６０ｂの下流で、増幅チャネル５４ａ、５４ｂはそれぞれ２つのさらなる検出チャネルに分かれて、各増幅チャンバに２つの検出チャンバがつながる、全体で合計４個の検出チャンバ６２ａ〜６２ｄが提供される。標的プローブを含む核酸検出に供される試薬は、検査増幅チャンバ５６ａまたは５６ｂの下流の検出チャンバ６２ａ〜６２ｄ内で乾燥される。対照プローブを含む核酸検出に供される試薬は、対照増幅チャンバ５６ａまたは５６ｂ（いずれが上述の検査チャンバでないとしても）の下流の検出チャンバ内で乾燥される。検出チャンバ６２ａ〜６２ｄは、それぞれ流体通路の下流端部に終端部を形成する個別の気体ばね６４ａ〜６４ｄを備える。
【００８９】
核酸検出に供される試薬は検出チャンバ内に供給される。核酸検出に供される試薬は、フェロセン標識を有するプローブを含む。これらのプローブは増幅された核酸と交雑することができる。プローブが増幅された核酸と交雑した後、プローブは、標識を残りのプローブから解放させる二本鎖特異的ヌクレアーゼ１によって加水分解される。上述したように、標識を残りのプローブから解放することにより、標識からの信号に検出可能な変化がもたらされる。対照プローブは標的プローブと別個の検出チャンバ内に設けられ、標的核酸及び対照核酸の検出は、それぞれの信号を見分けられるように異なる検出チャンバ内で行う。
【００９０】
増幅出口弁６０ａ、６０ｂの下流であるが、４つの検出チャネルを生成するフォーク部の上流において、２つのバイパスチャネル６６ａ、６６ｂがそれぞれ２つの増幅チャネル５４ａ、５４ｂに接合する。バイパスチャネル６６ａ、６６ｂの目的は、液体サンプルが検出チャンバ６２ａ〜６２ｄに入る前に増幅チャネル５４ａ、５４ｂ内の過剰な液体サンプルを取り除くことである。バイパスチャネル６６ａ、６６ｂはバイパス弁６８に連結し、バイパス弁６８も主チャネル１６が増幅チャネル５４ａと５４ｂに分かれる前に遮断弁５０の下流で主チャネル１６の溶出チャンバ分岐部１６ｂに流体結合される。
【００９１】
以下の３章でさらに詳細に記載するように、第１及び第２の増幅チャンバまたは第１〜第４の検出チャンバなどのカートリッジ内の好ましいチャンバの特定の配置自体が、カートリッジの単離された発明の態様をなしてもよい。
【００９２】
例示的カートリッジ内の増幅チャンバの数及び検出チャンバの数は、好ましい実装形態に依存して変化してよいことが理解されよう。さらにチャネル、チャンバ及び弁などの他の構成が、特許請求の範囲に定義されるように本発明の範囲から逸脱することなく可能である。
【００９３】
次に上に紹介された例示的カートリッジの様々な構成要素の物理的構造及び作動について、図２〜図１０を参照して説明する。
【００９４】
１．３  例示的カートリッジの物理的構造
１．３．１  例示的カートリッジの概要及び外形的特徴
例示的カートリッジが図２に示されている。上に記載されたように、読取機は複数のインタフェースを通してカートリッジと相互作用する。例示的カートリッジ１００内に示されたインタフェースは、空気圧式インタフェース１０１、電気的インタフェース１０２、バイパス弁インタフェース１０３、及び遮断弁インタフェース１０４である。これらの各インタフェースについては次により詳細に記載する。好ましい実装形態に応じてより多いまたはより少ないインタフェースを提供できることが理解されよう。
【００９５】
熱インタフェースもカートリッジ内に設けられるが、図示されていない。熱インタフェースにより、核酸増幅を行うことができるように増幅チャンバの温度を調節できる。
【００９６】
図２に示された例示的カートリッジ１００は、読取機への挿入に供される挿入端部１０５及び非挿入端部１０６を備える。非挿入端部１０６の近位に、サンプルをサンプル混合チャンバ１０の中に導入するためのサンプル入口１０７がある。例示的カートリッジ内で、サンプルは通常細胞を含み、標的核酸（存在する場合）をこれらの細胞から抽出することができるが、スワブ溶出液、尿、精液、血液、唾液、便、汗、及び涙などの他の流体サンプルを他の実装形態に使用できる。サンプルは、例えばピペットを使用してサンプル入口１０７を通してサンプル混合チャンバ１０の中に導入されてもよい。
【００９７】
例示的カートリッジ１００及び読取機は、カートリッジが読取機の中に挿入されると前述のすべてのインタフェースが読取機によって作動できるように構成される。一方、カートリッジが読取機の中に挿入されたままサンプルをサンプル混合チャンバ１０の中に導入することができるように、サンプル入口１０７は読取機の外部に維持される。
【００９８】
図２に示された例示的カートリッジ１００は、サンプル表示器窓１０９をさらに備え、当該サンプル表示器窓からサンプル表示器１２が覗けることにより、サンプルがサンプル混合チャンバ１０の中に導入されたかどうかが確認される。
【００９９】
例示的カートリッジ１００の空気圧式、機械的、及び電気的インタフェースのすべてが、本例においては上面１１０からなる、カートリッジの同一面上に配置される。熱インタフェース（図示せず）はカートリッジの底面上に設けられる。これにより読取機の設計が単純化され、読取機の同一領域においてそれらのインタフェースと相互作用する、関連した空気圧式、機械的、及び電気的部位を設けることができ、それによって最良の空間使用がなされる。またこれにより、読取機の熱部位が空気圧式、機械的、及び電気的部位から離間して設けられることが可能である。
【０１００】
１．３．２  カートリッジの内部構成要素
図２に示された例示的カートリッジ１００は、次に記載する様々な構成要素から形成される。図３は、図２の例示的カートリッジ１００の分解図を示す。カートリッジ１００は、上から下へ、筐体１１１、ブリスタ・サブアセンブリ１１２、空気圧箔１１３、空気圧層１１４、流体層１１５、及び流体箔１１６を備える。また図３には１つの電極層１１７、２つのフィルタ１１８及び複数の吸収パッド１１９も示されており、これらについては以下により詳細に記載する。
【０１０１】
筐体１１１はアクリロニトリル・ブタジエン・スチレンから製造される。空気圧箔１１３及び流体箔１１６は、ポリエチレンテレフタレート／ポリプロピレン複合材から製造される。空気圧層１１４及び流体層１１５はポリプロピレンから製造される。
【０１０２】
筐体１１１、フィルタ１１８、及びパッド１１９を除き、前段落に述べた構成要素はそれぞれその隣接した１つまたは複数の構成要素に密着する。それゆえブリスタ・サブアセンブリ１１２は空気圧箔１１３に密着し、空気圧箔１１３は空気圧層１１４に密着し、空気圧層１１４は流体層１１５に密着し、流体層１１５は流体箔１１６に密着する。電極層１１７も流体層１１５に密着する。
【０１０３】
互いの層の密着は、関連したチャンバ、弁、ポンプ、ベローズ、及び他の構成要素とともに、カートリッジ内に一連の流体密チャネルを供給する。液体サンプルを通過させるチャネルは液密であり、気体を通過させるチャネルは気密である。適宜、すべての構成要素を液密及び気密の両方とする。例えば空気圧層及び流体層の片側または両側に形成された凹部及び開口は、一緒に挟持されて空気圧箔及び流体箔のそれぞれに密着するとき、前述のチャネル、チャンバ、弁、ポンプ、ベローズ、及び他の構成要素を提供するために必要な形状を生成する。
【０１０４】
図３における上述の各構成要素について、次により詳細に記載する。
【０１０５】
１．３．３  筐体１１１
図４は筐体１１１をより詳細に示す。示されたように、筐体１１１は、概ね矩形の上面１２０及び当該上面から４つの全側面（図４ではそのうち２つが見える）上に懸装された壁１２１を備える。筐体１１１の主な目的は、カートリッジのある特定の構成要素、中でも注目すべきはブリスタ・サブアセンブリ１１２及び遮断弁インタフェース１０４を保護することである。したがって筐体１１１は空気圧層１１４及び流体層１１５より短く、カートリッジ１００を組み立てるときに筐体１１１がそれらの層の一部のみを覆うようになっていることに留意されよう。例示的カートリッジ１００では、空気圧式インタフェース１０１、電気的インタフェース１０２、及びバイパス弁インタフェース１０３は、読取機が容易に接近できるように筐体１１１によって覆われていない。
【０１０６】
筐体１１１の上面１２０はその中に３つの孔１２２ａ〜１２２ｃを有し、それぞれはカートリッジが組み立てられるときに３つの凹部を形成するように孔の周辺から懸装された壁を有する。凹部の目的は、ブリスタが読取機によって接近され押され得るが、それ以外は偶発的な衝撃から保護されるように、ブリスタ・サブアセンブリ１１２のブリスタを収納することである。当然であるが、例示的カートリッジは３つのブリスタを備えるので、筐体１１１は３つの対応する凹部を形成する３つの対応する孔１２２ａ〜１２２ｃを備える。好ましい実装形態に依存して、より多いまたはより少ないブリスタ、孔及び凹部が設けられてもよいことが理解されよう。別法として、筐体１１１は、すべての利用可能なブリスタを収納する単一の凹部を形成する単一の孔を備えることができる。
【０１０７】
カートリッジ１００の挿入端部１０５と非挿入端部１０６との間を筐体１１１の長さに沿って延在する筐体１１１の側壁１２１は、少なくともそれらの下縁部の一部に沿ってフランジ１２３を備える。フランジ１２３の目的は２つの包囲である。まず、フランジ１２３は、カートリッジ１００を全体的に保持するように、空気圧層１１４内に形成された相応の数のタブを受け留める１つまたは複数の窓１２４ａ、１２４ｂを備える。次に、カートリッジ１００が載置される平面上に流体箔１１６が懸垂されるように、フランジ１２３を、カートリッジが組み立てられるときに流体箔１１６の下面を超えて突出するような大きさにする。これにより、そうでなければ起こり得る流体箔１１６への偶発的な損傷が防止される。
【０１０８】
図４に描かれた例示的カートリッジ内では、フランジ１２３は実質的にカートリッジの２つの対向する側面の長さに沿って設けられているが、フランジがカートリッジの３つまたは４つの縁部に沿って設けられ、さらにカートリッジが載置される平面上に箔が懸垂され得ることが理解されよう。同様に、図４に描かれたカートリッジは実質的に縁部の全長に沿って延在するフランジ１２３を示すが、１つの縁部の一部のみに沿って延在する１つのフランジが設けられてもよく、または複数のフランジが各縁部に沿って設けられてもよい。
【０１０９】
筐体１１１は、非挿入端部１０６において、カートリッジ１００を読取機に手で挿抜することを容易にする把持部１２５をさらに備える。把持部１２５は筐体１１１内に形成された一連の畝部及び溝部を備えるが、刻付けなどの摩擦を増加させる代替構造も可能である。
【０１１０】
筐体１１１はサンプル入口孔１２６をさらに備え、サンプル入口孔１２６を通してサンプルがカートリッジ１００のサンプル混合チャンバ１０の中に、例えばピペットを使用して導入されてもよい。所与の直径に対する入口孔１２６の周囲に、液体サンプルの一定量の漏れを収容するために筐体１１１の上面１２０の中に窪んだ溜り部１２７がある。例示的実施形態の溜り部１２７は実質的に平坦であるが、溜り部１２７は、あらゆる漏れが入口孔１２６を通って流れ出るように入口孔１２６に向かって傾斜していてもよい。
【０１１１】
例示的筐体１１１は、サンプル窓１０９を形成する第１の切取部１２８及び遮断弁インタフェース１０４に接近させるための第２の切取部１２９の、複数の切取部をさらに備える。ブリスタを保護する凹部を備えるので、筐体１１１内の切取部１２９のみを通って遮断弁インタフェース１０４に接近させることにより、遮断弁インタフェース１０４は偶発的な衝撃からある程度保護され、これにより遮断弁を作動し、カートリッジの操作不能を表示することができる。
【０１１２】
１．３．４  ブリスタ・サブアセンブリ１１２
図５はブリスタ・サブアセンブリ１１２をより詳細に示す。ブリスタ・サブアセンブリ１１２は個別に製造されてもよく、その間にブリスタは好ましい検査を行うために必要な液体試薬で予め満たされ、その後に空気圧箔１１３に接着される。
【０１１３】
ブリスタ・サブアセンブリ（すなわち「ブリスタ・パック」）は当業者にはよく知られている。ブリスタは液体を含有するのに供される折畳式チャンバであり、液体はブリスタの上を押すことによりブリスタから放出され、それによってブリスタは折り畳まれる。典型的なブリスタ・パックにおいて、ブリスタのチャンバは箔または他の壊れやすい層によって封止され、箔または他の壊れやすい層は、ブリスタを折り畳む際にチャンバ内部の圧力が一定の大きさに一旦達すると破断する。
【０１１４】
例示的カートリッジ内で、ブリスタ・サブアセンブリ１１２は３つのブリスタ１３０ａ〜１３０ｃを備える。これらはそれぞれ、細胞溶解を実行できる試薬を備える溶解緩衝液、洗浄緩衝液、及び溶出緩衝液を含有する。
【０１１５】
例示的ブリスタ・サブアセンブリ１１２は基板１３１を備え、前述のブリスタ１３０ａ〜１３０ｃは基板１３１の上に、チャンバを設けるように形状付与された変形可能な高分子層によって形成される。３つのブリスタ１３０ａ〜１３０ｃに対応する３つの孔１３２ａ〜１３２ｃは、基板１３２を通過する。各孔はチャンバを形成する変形可能な高分子層によって覆われ、それによって孔をチャンバだけでなく各孔１３２ａ〜１３２ｃとチャンバとの間のシール１３３ａ〜１３３ｃに連結させる。ブリスタ１３０ａ〜１３０ｃ上に適切な圧力を加えると、シール１３３ａ〜１３３ｃは破断し、それによってブリスタの液体含有物はブリスタから放出され、基板１３１内の孔１３２ａ〜１３２ｃを通って流れブリスタ・サブアセンブリから出る。
【０１１６】
示されたように、シール１３３ａ〜１３３ｃはチャンバの周縁を少なくとも部分的に包囲し、シール１３３ａ〜１３３ｃはチャンバ内で基板１３１に接する。破断するように設計された（それによって孔１３２ａ〜１３２ｃとチャンバとの間に液体通路を形成する）各シール１３３ａ〜１３３ｃ内の点では、シール１３３ａ〜１３３ｃは残りの周縁より弱くてもよい。これにより、シール１３３ａ〜１３３ｃの的確な部分は適切な圧力が加えられたときに確実に破断する。
【０１１７】
ブリスタは、カートリッジをその中に挿入したときに読取機によって折り畳まれてもよい。１つまたは複数の機械的作動装置（足部など）が、ブリスタを折り畳むように凹部の中に読取機によって適用されてもよい。
【０１１８】
ブリスタ・サブアセンブリ１１２は、組立治具が製造中にアセンブリの位置決めを容易にする基準を提供できるように構成された２つの基準穴１３４ａ、１３４ｂをさらに備える。
【０１１９】
１．３．５  空気圧層１１４
図６Ａ及び図６Ｂは空気圧層１１４をより詳細に示す。図６Ａは空気圧層の上面図であり、図６Ｂは底面図である。空気圧層１１４は剛性プラスチック層１３５から構成され、場所によってはプラスチック層１３５は複数の可撓性膜で外側被覆されて、カートリッジを組み立てるときにある特定の構成要素を形成する。可撓性膜は熱可塑性エラストマから製造される。
【０１２０】
剛性プラスチック層１３５は、当該剛性プラスチック層中に複数の異なる形状の凹部及び当該剛性プラスチック層を貫通する孔を有する。流体層１１５と組み合わせて、剛性プラスチック層１３５内のいくつかの凹部及び／または剛性プラスチック層１３５を貫通する孔は、サンプル混合チャンバ１３６、廃棄チャンバ１３７、捕捉カラム１３８、溶出チャンバ１３９、第１及び第２の増幅チャンバ１４０ａ、１４０ｂ、及び、第１〜第４の検出チャンバ１４１ａ〜１４１ｄを含む多くの構成要素を形成する。また孔１４２を設けて電極層１１７への接近を可能とする。
【０１２１】
外側被覆の可撓性膜及び空気圧箔１１３との組合せにより、剛性プラスチック層を貫通する複数の他の孔は、上流ベローズ弁１４２、ベローズ１４３、空気圧式インタフェース１４４、下流ベローズ弁１４５、洗浄緩衝液入口弁１４６、洗浄緩衝液空気入口弁１４６ａ、溶出緩衝液入口弁１４７、溶出緩衝液空気入口弁１４７ａ、廃棄チャンバ弁１４８、溶出チャンバ弁１４９、遮断弁１５０、第１及び第２の増幅チャンバ入口弁１５１ａ、１５１ｂ、及び、第１及び第２の増幅チャンバ出口弁１５２ａ、１５２ｂを含む多くの他の構成要素を形成する。さらなる孔は、（空気圧箔ではなく）外側被覆の可撓性膜との組合せにより、バイパス弁１５３を形成する。
【０１２２】
遮断弁１５０及びバイパス弁１５３を除いて、空気圧層内に形成された弁は空気圧で作動可能な弁である。すなわち各弁は弁が配置された流体チャネルを開閉するように作動可能であり、この弁は、弁に結合された空気圧制御線に特定の圧力を加えることによって作動される。空気圧制御線は、読取機がカートリッジ１００を挿入されるときにアクセスした空気圧式インタフェース１４４に結合される。それゆえ、所与の空気圧弁を作動させるために、読取機は弁を開閉させるように弁に連結された空気圧制御線に適切な圧力を加えるだけである。
【０１２３】
また遮断弁１５０及びバイパス弁１５３も読取機によって、ただし機械的に作動される。各弁はやはり、弁を配置した流体チャネルを開閉するように作動可能であるが、弁は１つまたは複数の機械的作動装置（足部など）を弁に適用することによって作動される。
【０１２４】
空気圧層は、組立治具が製造中に層の位置決めを容易にする基準を提供できるように構成された２つの基準穴１５４ａ、１５４ｂをさらに備える。カートリッジを組み立てるときに、空気圧層内の基準穴１５４ａ、１５４ｂはブリスタ・サブアセンブリ内の基準穴１３４ａ、１３４ｂと位置合せされる。
【０１２５】
空気圧層は孔１５５ａ〜１５５ｃをさらに備え、孔１５５ａ〜１５５ｃは、カートリッジを組み立てるときに（以下に記載するように空気圧箔を通して）ブリスタ・サブアセンブリの基板１３１を通過する孔１３２ａ〜１３２ｃと一致する。
【０１２６】
１．３．６  空気圧箔１１３
図７は空気圧箔１１３をより詳細に示す。上述したように、空気圧箔１１３は空気圧層１１４の上面に密着し、それによってその中に形成されたチャネル、チャンバ、弁、ポンプ、ベローズ、及び他の構成要素を流体密封する。したがってほとんどの場合、空気圧箔１１３は、有効な封止を提供するように概ね矩形の平箔シートである。好都合なことに、空気圧箔１１３は、空気圧層１１４を通って移動する試薬に反応しないように不活性である。
【０１２７】
しかし空気圧箔１１３は、空気圧層１１４全体を被覆しない。特に空気圧箔１１３は、カートリッジ１００の非挿入端部１０６においてサンプル混合チャンバ１３６も廃棄チャンバ１３７も被覆せず、挿入端部１０５においてバイパス弁１５３も被覆しない。さらに空気圧箔１１３は切取部１５６、１５７を備えるので、空気圧箔１１３は遮断弁１５０または空気圧式インタフェース１４４のそれぞれを被覆しない。
【０１２８】
空気圧箔１１３は３つの孔１５８ａ〜１５８ｃをさらに備え、３つの孔１５８ａ〜１５８ｃは、カートリッジ１００を組み立てるときにブリスタ・サブアセンブリの基板１３１を通過する孔１３２ａ〜１３２ｃ及び空気圧層１１４を通過する孔１５５ａ〜１５５ｃと一致する。孔１５８ａ〜１５８ｃはブリスタ内の液体試薬を空気圧層１１４に移動させることができ、それゆえ孔１５５ａ〜１５５ｃを通る流体層１１５に移動させることができる。
【０１２９】
空気圧箔１１３は、組立治具が製造中に層の位置決めを容易にする基準を提供できるように構成された２つの基準穴１５９ａ、１５９ｂをさらに備える。カートリッジを組み立てるときに、空気圧箔内の基準穴１５９ａ、１５９ｂは他の層内の基準穴と位置合せされる。
【０１３０】
空気圧箔は、強度を付与し、液体サンプル及び緩衝液に接触する不活性物質を提供するように頂部にポリプロピレンの層を備え、かつ箔が（これもポリプロピレンから製造された）空気圧層を熱封止できるようにポリエチレンテレフタレートの層から製造された複合箔である。
【０１３１】
１．３．７  流体層１１５
図８Ａ及び８Ｂは流体層１１５をより詳細に示す。図８Ａは空気圧層の上面図であり、図８Ｂは底面図である。流体層１１５は剛性プラスチック層１６０から構成される。先に説明したように、流体層１１５（図示せず）の上面は空気圧層１１３の底面（図５Ｂ参照）に密着するので、空気圧層と流体層の組合せによって形成された様々なチャネル、チャンバ、弁、ポンプ、ベローズ、及び他の構成要素が位置合せされる。
【０１３２】
空気圧層１１３の剛性プラスチック層１３５と同様に、流体層１１５の剛性プラスチック層１６０は当該剛性プラスチック層の中にある複数の異なる形状の凹部及び当該剛性プラスチック層を貫通する孔を有する。空気圧層１１３及び流体箔１１６との組合せにより、剛性プラスチック層１６０内のいくつかの凹部及び／または剛性プラスチック層１６０を貫通する孔は、サンプル入口チャンバ１３６、捕捉カラム１３８、溶出チャンバ１３９、第１及び第２の増幅チャンバ１４０ａ、１４０ｂ、第１〜第４の検出チャンバ１４１ａ〜１４１ｄ、上流ベローズ弁１４２、ベローズ１４３、空気圧式インタフェース１４４、下流ベローズ弁１４５、洗浄緩衝液入口弁１４６、洗浄緩衝液空気入口弁１４６ａ、溶出緩衝液入口弁１４７、溶出緩衝液空気入口弁１４７ａ、廃棄チャンバ弁１４８、溶出チャンバ弁１４９、遮断弁１５０、第１及び第２の増幅チャンバ入口弁１５１ａ、１５１ｂ、及び、第１及び第２の増幅チャンバ出口弁１５２ａ、１５２ｂを含むいくつかの構成要素を形成する。また孔１６１を設けて電極層１１７への接近を可能とする。
【０１３３】
さらに（空気圧層１１４ではなく）流体箔１１６との組合せにより、流体層１１５の凹部は、さらに、粗フィルタ１６２、回旋状混合チャネル１６３、及び、カートリッジを組み立てるときに液体サンプル及び液体試料がカートリッジを通過することができるように、かつ、弁、ポンプ、ベローズ、及び他の構成要素の空気圧作動を促進するように、上述の構成要素を一緒に連結させる複数のチャネルを提供する。
【０１３４】
流体層は、組立治具が製造中に層の位置決めを容易にする基準を提供できるように構成された２つの基準穴１６４ａ、１６４ｂをさらに備える。カートリッジを組み立てるときに、流体層内の基準穴１６４ａ、１６４ｂは他の層内の基準穴と位置合せされる。
【０１３５】
上述のように、チャネルは空気圧式インタフェースと上述した様々な弁及びベローズとの間に形成される。例示的カートリッジ内で、空気圧式インタフェースは、以下のような様々な構成要素に連結された１１個のポートを備える。
ポート１：ベローズ
ポート２：上流ベローズ弁
第１及び第２の増幅チャンバ入口弁
第１及び第２の増幅チャンバ出口弁
ポート３：下流ベローズ弁
ポート４：洗浄緩衝液入口弁
ポート５：洗浄緩衝液空気入口
ポート６：洗浄緩衝液空気入口弁
溶出緩衝液空気入口弁
ポート７：溶出緩衝液空気入口
ポート８：溶出緩衝液入口弁
ポート９：基準圧力線
ポート１０：溶出チャンバ弁
ポート１１：廃棄チャンバ弁
【０１３６】
例示的カートリッジの様々な発明の態様が上掲された接続部の特定のもの（特に単一ポートに連結される第１及び第２の増幅チャンバ入口弁及び出口弁、ならびに単一ポートに連結される洗浄及び溶出緩衝液空気入口）を使用して実行されてもよいが、まさに上掲された構成が必須ではないことが理解されよう。
【０１３７】
１．３．８  流体箔
図９は流体箔１１６をより詳細に示す。上述したように、流体箔１１６は流体層１１５の下面に密着し、それによってその中に形成されたチャネル、チャンバ、弁、ポンプ、ベローズ、及び他の構成要素を流体密封する。したがってほとんどの場合、流体箔１１６は、有効な封止を提供するように概ね矩形の平箔シートである。好都合なことに、流体箔１１６は、空気圧層内で動く試薬に反応しないように不活性である。
【０１３８】
しかし、流体箔１１６は、流体層１１５全体を被覆しない。特に流体箔１１６は、挿入端部１０５において検出チャンバ１４１ａ〜１４１ｄを被覆しない。
【０１３９】
流体箔１１６は、組立治具が製造中に層の位置決めを容易にする基準を提供できるように構成された２つの基準穴１６５ａ、１６５ｂを備える。カートリッジを組み立てるときに、流体箔内の基準穴１６５ａ、１６５ｂは他の層内の基準穴と位置合せされる。
【０１４０】
流体箔は、強度を付与し、液体サンプル及び緩衝液に接触する不活性物質を提供するように頂部にポリプロピレンの層を備え、かつ箔が（これもポリプロピレンから製造された）流体層を熱封止できるようにポリエチレンテレフタレートの層から製造された複合箔である。
【０１４１】
１．３．９  電極層１１７
最後に図１０は電極層１１７をより詳細に示す。上述したように、電極層１１７は流体層１１５に密着する。電極層１１７は４組の検出電極１６６ａ〜１６６ｄを備える。各組の検出電極１６６ａ〜１６６ｄは、読取機にカートリッジが挿入されたときに読取機内の対応する電気接点と結合する第１〜第３の電気接点１６８ａ〜１６８ｄを備える。好ましくは、電気接点は電気接続を最適化するために銀から作成される。好ましくは、塩化銀で被覆された銀である電極を使用して最適なガルバニック挙動を確保する。
【０１４２】
各組の検出電極１６６ａ〜１６６ｄは、作用電極１６９ａ〜１６９ｄ、対電極１７０ａ〜１７０ｄ、及び参照電極１７１ａ〜１７１ｄを備える。各電極はそれぞれの電気接点に結合される。また各組の検出電極１６６ａ〜１６６ｄは、電極とそれぞれの電気接点との間の界面を覆う誘電体１７２ａ〜１７２ｄも備える。
【０１４３】
電気化学信号伝達を使用して、サンプルの遺伝的標的または免疫組織化学標的の存在を示してもよい。サンプルは、実際には、１組の検出電極を備えるセル内に保持されてもよい電解質を形成するように処理される。セル内の作用電極１６９ａ〜１６９ｄと対電極１７０ａ〜１７０ｄとの間に電位差を印加すると、電解質内のいくつかの化合物は、電極に移動して電子を交換し、わずかな電流となる生来の傾向を有する。可溶性化合物のすべての組合せはいくらかの電気化学的活性を有し、この活性が生じる割合はそれらの化合物の量の測定を可能にする。したがって、サンプル内の異なる化合物の存在を、それらの酸化還元電気化学の特有の特徴を探すことによって測定してもよい。特に、サンプルを、サンプルが標的分子を含むことと存在することとが等価である選択化合物からなる標識を含むように処理してもよい。
【０１４４】
例示的カートリッジ内では、電極１６６ａ〜１６６ｄは、第１〜第４の検出チャンバ１４１ａ〜１４１ｄ内の液体サンプルが第１〜第４の組の電極１６６ａ〜１６６ｄと接触するように配置される。
【０１４５】
読取機により作用電極１６９ａ〜１６９ｄと対電極１７０ａ〜１７０ｄとの間に電圧掃引が印加される。
【０１４６】
このように補正された任意の所与の電位差で流れる電流が測定され、当該電流はサンプル内の標識化合物を示す信号を供給する。従来、対電極は、この電極での反応が、関心の１つである、作用電極の反応の結果として流れる電流を制限しないように、極端に大きい。
【０１４７】
上記で紹介された例示的カートリッジの操作方法について次に簡潔に説明する。
【０１４８】
１．４  例示的カートリッジの操作方法
１．４．１  フロントエンド
上述したように、流体サンプル（尿サンプルなど）はピペットを使用してサンプル混合チャンバ１０の中に導入される。サンプルの一部はサンプル表示器１２に移動して、サンプルがサンプル混合チャンバの中に存在することを示す。
【０１４９】
混合チャンバ１０内にサンプルを含むカートリッジ１００が一旦読取機の中に挿入され、読取機が作動されると、検査を開始してもよい。まず読取機は溶解緩衝液ブリスタ１４を折り畳むために機械的作動装置（足部など）を適用する。そうすることで、溶解緩衝液は、溶解緩衝液をサンプルと混合するサンプル混合チャンバ１０の中に放出される。
【０１５０】
次いでベローズ２０及びその弁２２ａ、２２ｂは、溶解緩衝液とサンプルを混合させ、内部対照を再水和するように、液体サンプル及び溶解緩衝液をサンプル混合チャンバ１０の中に往復移動させる。混合ステップに続いて、サンプル及び溶解緩衝液の培養により細胞溶解を起こすことができる。
【０１５１】
次いでベローズ２０及びその弁２２ａ、２２ｂは作動を開始して、サンプルをサンプル混合チャンバ１０から汲み上げて主チャネル１６の中に入れ、粗フィルタ１８を通して捕捉カラム２４に向かって移動させる。捕捉カラム２４内で核酸はそれらの大きさ及び電荷に基づいて捕捉カラム内の特にフィルタに結合する。不要な液体サンプルは廃棄チャンバ３８に移動する。
【０１５２】
不要な液体サンプルが一旦廃棄チャンバ３８に移動し、捕捉カラム２４に結合した核酸が残ると、読取機は洗浄緩衝液ブリスタ３０を折り畳むために機械的作動装置（足部など）を適用する。そうすることで洗浄緩衝液は第１の分岐チャネル２６の中に、ひいては主チャネル１６の中に放出される。洗浄緩衝液は空気を使用して洗浄緩衝液空気入口及び／または溶出緩衝液空気入口から廃棄チャンバの中に洗い流される。
【０１５３】
洗浄サンプルが一旦廃棄チャンバ３８に移動し、捕捉カラム２４内に結合され浄化された核酸のみが残ると、読取機は溶出緩衝液ブリスタ３２を折り畳むために機械的作動装置（足部など）を適用する。そうすることで溶出緩衝液は第２の分岐チャネル２８の中に、ひいては主チャネル１６の中に放出され、捕捉カラム２４を通して捕捉カラムから核酸を溶出チャンバ４６に溶出する。
【０１５４】
サンプルは溶出チャンバ４６内に定着し、増幅チャンバに入る前に気泡を消失させることができる。
【０１５５】
１．４．２  バックエンド
制御された圧力が、溶出チャンバから遮断弁５９を通して増幅チャンバ５６ａ、５６ｂまで流体を移送するために加えられる。任意の過剰の液体サンプルが流体通路からバイパスチャネル６８を通して取り除かれてもよい。核酸増幅チャンバ５６ａ〜５６ｄ内で対象の核酸（複数可）（存在する場合）は、対象の核酸が検出可能なレベルで存在するように増幅される。また対照核酸も、対照核酸が検出可能なレベルで存在するように増幅される。上述のように、任意の核酸増幅方法を使用してもよい。ＰＣＲを使用する場合、プライマーは、特に対象の核酸に交雑し、Ｔａｑポリメラーゼなどの耐熱性ポリメラーゼによりｄＮＴＰを介して各プライマーの３’末端に拡張される。ＰＣＲの開始前、入口及びＰＣＲチャンバへの出口の弁を閉じて、サンプルを分離し、検出チャンバは、機械的弁を介して、ここで大気に放出されている溶出チャンバに戻るように放出される。
【０１５６】
制御された圧力が、増幅チャンバから検出チャンバまで流体を移送するために加えられる。検出チャンバ内で標的プローブは特に対象の標的増幅された核酸に交雑し、対照プローブは特に増幅された対照核酸に交雑する。ヌクレアーゼは、プローブが増幅された核酸に交雑した後、標的プローブ及び対照プローブを加水分解する。標的プローブ及び対照プローブの加水分解により標識がプローブから解放されて、標識からの信号の検出可能な変化がもたらされる。
【０１５７】
液体サンプルが一旦検出チャンバ内を占めると、読取機は機械的作動装置を遮断弁５０に適用して弁を閉じ、装置のバックエンド内の液体サンプルを分離させる。
【０１５８】
電極は少なくとも１つの検出チャンバに電位差を供給する。標識の状態（すなわち標識がプローブの全長に取り付けられているか、またはプローブが加水分解され、標識がないかまたは単一のヌクレオチドもしくはプローブの短い部分に取り付けられている）に依存して、電極への拡散速度が異なり、結果的に、検出チャンバを通って流れることができる電流が異なる。したがって電極により、交雑されたプローブの加水分解からもたらされた標識からの信号の変化を読取機が検出可能になる。
【０１５９】
２．例示的カートリッジ読取機
２．１  概説
例示的カートリッジ読取機は、カートリッジを読取機に挿入するのに供される引出しと、第１及び第２のクランプであって当該第１のクランプと第２のクランプとの間に例示的カートリッジを受けて、保持するように適合された第１及び第２のクランプと、例示的カートリッジに備えられる３つの折畳式ブリスタを作動させる３つのブリスタ作動装置と、例示的カートリッジ上で空気圧ポートとインタフェースする空気圧式インタフェースと空気圧式インタフェースに適切な圧力を提供する少なくとも１つのポンプとを備える空気圧モジュールと、例示的カートリッジ内の３つの区域の温度を制御する３つの熱スタックを備える熱モジュールと、例示的カートリッジに備えられる電極に電気的に連結する電気的インタフェースと、例示的カートリッジのラッチ遮断弁を作動させる遮断弁閉鎖機構と、例示的カートリッジに備えられるバイパス弁を作動させる機械的弁作動装置とを含む筐体を備える。
【０１６０】
２．２  一般的配置及び熱区域
図１１ａ及び１１ｂは、本発明が実装されてもよいカートリッジ読取機２００の外観を示す。カートリッジ読取機２００は、外部筐体２０１と、カートリッジ引出し２０２と、タッチスクリーンディスプレイ２０３と、電源ボタン２０４とを備える。
【０１６１】
筐体は、前面２０５と、後面２０６と、第１及び第２の側面２０６ａ、２０６ｂが両側に設けられる基部（図示せず）とを有する三角柱の形態をとる。筐体の前面及び後面は上縁２０７で接する。
【０１６２】
通気孔は、熱を放散させるために筐体に設けられ、上縁２０７に近位の、後面２０６の第１の通気孔２０８と、筐体の下縁に沿った基部の、さらに詳細には基部と側面との間の（すなわち、第１及び第２の側面２０６ａ、２０６ｂが基部に接する位置の）第２の通気孔２０９ａ、２０９ｂと、第１及び第２の側面２０６ａ、２０６ｂの、さらに詳細には、第１及び第２の側面２０６ａ、２０６ｂと後面２０６及び基部のそれぞれとの間の（すなわち、第１及び第２の側面２０６ａ、２０６ｂが基部及び後面に接する位置の）第３の通気孔２１０ａ、２１０ｂとを含む。
【０１６３】
図１２ａ及び１２ｂは、図１１ａ及び１１ｂの筐体の分解図である。図１２ａは、基部２１１及び後面２０６を形成する筐体の部分を示し、基部２１１及び後面２０６は（例えば）射出成形によって形成される一体の部品である。示されるように、筐体の内部構成要素を支持し、以下により詳細に記載するように、筐体内の温度管理にも寄与する支持構造２１２ａ、２１２ｂが筐体内にある。
【０１６４】
図１２ｂは、前面２０４ならびに第１及び第２の側面を形成する筐体の部分を示す。これらの部品はそれぞれ、個別に形成され、ねじなどの好適な固定手段を使用して、筐体の残りの構成要素に取り付けられる。
【０１６５】
図１３は、筐体の基部２１１の底部を示し、第２及び第３の通気孔２０９ａ、２０９ｂ、２１０ａ、２１０ｂは明確に視認できる。
【０１６６】
アクセスパネル２１４は、読取機２００の基部に設けられる。アクセスパネルは、ねじなどの好適な固定手段を使用して基部２１１に固定され、以下により詳細に記載するように、読取機２００の内部構成要素への容易なアクセスを可能とする。
【０１６７】
図１４は、読取機２００の主なサブシステムの一部を示す。特に読取機は、外部電源から電力を受け取り、読取機の構成要素間に電力を分配する電力制御モジュール２１５と、カートリッジ内のサンプルの電気化学検出及び分析を管理する電子機器制御モジュール２１６と、検査中、カートリッジに供給される熱エネルギを管理する熱モジュール２１７と、検査の間、カートリッジへの流体圧の供給を管理する空気圧ブロック２１８と、カートリッジを受けて、筐体内にカートリッジを固定するカートリッジ取扱いモジュール２１９とを備える。示される他の構成要素は、タッチスクリーン及びカートリッジ１００を含む。図に示されない読取機２００の他の主なサブシステムは、ブリスタ作動装置システム及び機械的弁作動装置システムである。
【０１６８】
図１５は、６枚のボードである、メインボード２２０、サーマルボード２２１、パワーボード２２２、定電位電解装置ポゴピンボード２２３、コネクタボード２２４、及びセンサボード２２５の上に編成される読取機の内部構成要素を示す。
【０１６９】
メインボード２２０は、読取機の全体的な制御を提供する。メインボード２２０は、読取機の残りの構成要素を制御する命令を処理及び生成するＣＰＵモジュール２２５を備える。メインボード２２０はまた、視覚的かつ聴覚的に装置の状態を示す４つの信号伝達ＬＥＤ２２７及びブザー２２８と、イーサネットポート２２９及び３つのＵＳＢポート２３０を含む入出力ポートと、３つの光学センサ２３１及び４つの圧力センサ２３２を含むセンサとを備える。メインボードは、ＣＰＵにユーザ入力を提供するＬＣＤタッチスクリーン２３３にも結合される。
【０１７０】
サーマルボード２２１は、電圧を印加し、カートリッジの検出チャンバの電流を検出する定電位電解装置回路２３４を備える。定電位電解装置回路２３４は、ＡＤＣ２３５ａを介してメインボードに結合される。定電位電解装置回路２３４は、定電位電解装置ポゴピンボード２２３にも結合され、定電位電解装置ポゴピンボード２２３は、カートリッジ上の電気接点に結合する１２個のポゴピン２３６を備える。
【０１７１】
サーマルボードは、熱エネルギをカートリッジに加えるために、コネクタボード２２４上のペルチェ装置を駆動するペルチェドライバ２３７も備える。ペルチェドライバ２３７は、メインボードに、かつ、ＡＤＣ２３５ｂを介してセンサボードに結合される。
【０１７２】
パワーボードは、７つのステッパモータ、１８個の弁、２つのポンプ、１つのソレノイド、及び１つの電磁石へのコネクタを備える。パワーボードはバーコードエンジン２３８にも結合される。
【０１７３】
コネクタボードは、３つのペルチェ装置及び３つのファンへのコネクタを備える。センサボードは、ＡＤＣ２３５ｃを介してサーマルボードに連結される６つのペルチェ温度センサを備える。
【０１７４】
２３９の直流電力は、サーマルボード２２１上に提供され、サーマルボードから、２４ｖの電力線２４０ａ〜２４０ｃで、メインボード、パワーボード、コネクタボード、及びセンサボードに分配した。信号線２４１ａ、２４１ｂはメインボードならびにサーマル及びパワーボードを相互接続し、一方、信号線２４１ｃ、２４１ｄはメインボード及びサーマル及びパワーボードを相互接続する。
【０１７５】
図１６は、読取機２００の断面を示す。図示のように、読取機は断熱壁２４５によって３つの熱区域に区分される。第１の区域２４２は、前面２０５寄りに読取機の基部に設けられる。第１の区域は熱モジュール２１７を含み、それによって熱モジュールから放散させた熱が第２または第３の区域に入ることを防ぐ。特に、第１の区域は、コネクタボードに連結される３つのペルチェ、３つのファン、及び６つのペルチェ温度センサを備える。
【０１７６】
第２の区域２４３は、電力制御モジュール２１５、電子機器制御モジュール２１６、空気圧ブロック２１８、及びカートリッジ取扱いモジュール２１９、ならびに、ブリスタ作動装置システム及び機械的弁作動装置システムを含む。
【０１７７】
第３の区域２４４は後面寄りに設けられ、基部より上方に持ち上げられているが、読取機の頂部から離間されている。最冷区域である第３の区域は、メインボードを備える。
【０１７８】
第１、第２、及び第３の区域はそれぞれ、空気が通気孔から噴出される前に、区域に空気を引き入れるためのファンを備える。
【０１７９】
２．３  カートリッジの取扱い
図１７ａ及び１７ｂは、カートリッジ読取機の引出し２０２をさらに詳細に示す。図１７ａ及び１７ｂに示されるように、引出し２０２は、前部２５０と、後部２５１と、第１及び第２の側部２５２ａ、２５２ｂとを備える。第１及び第２の側部は前部及び後部を連結し、それによってカートリッジ受けトレイ２５３の外縁を画定する。切取部２５４がトレイ２５３に設けられるので、トレイに挿入されるカートリッジはトレイ２５３によってその外縁の周囲が支持される一方で、カートリッジ１００の下面の略すべてが切取部２５４を通してアクセス可能である。垂直リブ２５６が、第１及び第２の側部２５２ａ、２５２ｂのうちの１つに沿って延在する。上クランプに対して引出しを開位置に付勢する引出しばね２５８は、引出し２０２の後部側で、第１及び第２の側部２５２ａ、２５２ｂの１つより上に設けられる。図１７ａに示されるように、カートリッジ１００及びカートリッジ受けトレイ２５３は、カートリッジ１００が図１７ａに示される方向でのみ、引出し２０２に配置できるように、非対称設計を備える。上述した例示的カートリッジの場合、これは、サンプル入口ポートが引出し２０２の前部に配置される一方、検出及びサンプル処理チャンバが引出し２０２の後部に配置されることを意味する。
【０１８０】
ここで図１８ａ及び１８ｂを参照すると、引出し２０２は、上クランプ２６０に摺動自在に取り付けられる。垂直リブ２５６は、上クランプ２６０に設けられる溝部２６２に係合し、それによって引出し２０２の上クランプ２６０に対する第１の方向への移動を制限する。溝部２６２は後部に向けて（例えば、引出しを閉じる最後の２０ｍｍで）狭くなり、それによって上クランプ２６０の中で引出し２０２を厳密に位置合せする。リブ２５６に隣接して、引出し２０２は、上クランプ２６０に堅固に取り付けられる２つの光学センサ（図示せず）によって観測されるフラグ機能（図示せず）も含む。これらは、引出し２０２の開閉を読取機の制御システムに通知する信号を提供する。
【０１８１】
引出しラッチ機構は、引出し２０２と上クランプ２６０との間に設けられる。図１９を参照すると、引出しラッチ機構は、上クランプ２６０に設けられるラッチピン２６４を備え、ラッチピン２６４は引き出しが閉じられたとき、引出し２６０に設けられる凹部２６６と位置合せされる。ラッチピン２６４は、付勢手段（図示せず）によってラッチ凹部２６６に係合する位置に付勢される。ソレノイド（図示せず）は上クランプ２６０に設けられ、ソレノイドはラッチピン２６４に係合するために、選択的に起動することができる。
【０１８２】
図１９に示されるラッチ機構は、読取機２００によって実行される検査の間、さらには読取機が非作動状態にある間、引き出し２０２を閉じたまま保持する。検査サイクル中の適時に（すなわち、例示的カートリッジ１００が挿入されるとき、または取り除かれるとき）、読取機２００はソレノイドを瞬時に起動させ、それによって、凹部２６６からラッチピン２６４を後退させる。ラッチピン２６４が凹部２６６から引き抜かれると、引出し２６０は引出しばね２５８の影響を受けて自動的に開く。傾斜２７０は、凹部２６６に隣接して引出し２０２の後部に設けられる。使用者が引出し２０２を押して閉じると、ラッチピン２６４は傾斜２７０を乗り越えて、凹部２６６に再係合し、それによって引出しラッチ機構をリセットして、引出しをその閉位置で係止させる。
【０１８３】
ここで図２０を参照すると、引出し２０２及び上クランプ２５０は、読取機が置かれる面によって定義される水平面に対して５度の角度で位置決めされる。実際には、これは、読取機に挿入される例示的カートリッジ１００について、サンプル入口が検出及びサンプル処理チャンバより上に配置されることを意味する。
【０１８４】
図２１ａ及び２１ｂは、それぞれ上クランプ２６０及び下クランプ２８８の概略図を示す。これらの図に示されるように、クランプは、部品を組み合わせるための固定点を提供する複数のねじ込みインサートを含む。インサートが引き抜かれるリスクを避けるために、設計は、反対側から固定に至るまで螺合される係留インサートを使用する。
【０１８５】
ここで図２１ａを参照すると、上クランプ２６０は、カートリッジ読取機２００内に固定的に取り付けられ、カートリッジ受け領域２７１と、後部２７２ａと、２つの延在する側部２７２ｂ、２７２ｃとを備える。カートリッジ受け領域２７２は、空気圧式インタフェース２７４と、電気的インタフェース２７６と、第１、第２、及び第３のブリスタ作動装置２７８ａ〜２７８ｃと、機械的弁作動装置２８０と、遮断弁作動装置２８２とを備える。第１、第２、及び第３のクランプ作動装置２８４ａ〜２８４ｃは、上クランプ２６０の後部及び側部内に固定される。各クランプ作動装置は、ステッパモータ（図示せず）によって駆動されるリードスクリュー２９１ａ〜２９１ｃを備える。各クランプ作動装置２８４ａ〜２８４ｃに隣接して、上クランプ２６０は少なくとも１つのハードストップ２８６を備える。
【０１８６】
ここで図２１Ｂを参照すると、下クランプ２８８は、カートリッジ読取機内で上クランプに対して移動可能であり、中央隆起部２８９と、後部２９０ａと、中央隆起部２８９の両側に延在する２つの側部２９０ｂ、２９０ｃとを備える。隆起中央部２８９は、引出し２０２に設けられる切取部２５４を通して嵌合する大きさとされる。第１、第２、及び第３のクランプ作動装置ナット２９２ａ〜２９２ｃは、それぞれ下クランプ２８８の後部ならびに第１及び第２の側部に取り付けられる。３つのクランプ作動装置ナット２９２ａ〜２９２ｃのそれぞれは、上クランプ２６０に取り付けられる対応するクランプ作動装置２８４ａ〜２８４ｃに螺合される。上記に加えて、下クランプ２８８は、第１、第２、及び第３の熱スタック２８７ａ〜２８７ｃを備え、それらは以下でより詳細に説明される。
【０１８７】
図２２は、上クランプと下クランプとの間に固定されるカートリッジ１００の断面を示す。
【０１８８】
上クランプ２６０を下クランプ２８８に連結する３つのクランプ作動装置２８４ａ〜２８４ｃが明確に示される。
【０１８９】
２つの静的位置合せ軸２９４ａ、２９４ｂは、下クランプ２８８に固定的に連結され、上クランプ２６０の第１及び第２の側部上の２つの対応する孔２９６を貫通する。しかし、当業者には、２つ以上の位置合せ軸が設けられてもよいことが理解されよう。構台２９８は、上クランプ２６０より上で２つの位置合せ軸２９６の間に固定的に連結される。第１及び第２のプライミングばね３００ａ、３００ｂは、上クランプ２６０と構台２９８との間、好ましくは、静的位置合せ軸２９４のそれぞれのまわりに設けられる。２つのロケーションピン３０２は、読取機に挿入された例示的カートリッジ１００の２つの対応する凹部と位置合せするために、上クランプ２６０の下面から突出する。
【０１９０】
下クランプ２８８の固定されたブッシユ３０４は、位置合せ軸２９４が下クランプ２８８に対する垂直を維持することを保証し、一方で、クランプ作動装置ナット２９２ａ〜２９２ｃは、下クランプ２８８とその支持ブラケット３０６との間の係留空間での浮動を可能にされる。下クランプ２８８の少なくとも１つの成形されたストップフィーチャ（図示せず）は、クランプ作動装置ナット２９２ａ〜２９２ｃの回転を防止し、その設計は、ナット２９２ａ〜２９２ｃが、柱３０８を剪断する可能性がある回転力ではなく、垂直力のみ受けることを保証する。
【０１９１】
検査中、クランプ作動装置２８４ａ〜２８４ｃは、下クランプ２８８を３つの位置の間で移動させる。その位置は、３つのクランプ作動装置２８４ａ〜２８４ｃのそれぞれが上クランプ２６０に備えられるハードストップフィーチャ２８６ａ〜２８６に対して止まる完全開位置、及び、上クランプ２６０の少なくとも一部が上クランプ２６０の少なくとも一部に当接する完全閉位置である。完全閉位置において、カートリッジ１００は、上クランプ２６０に対して確実に保持され、それによって上クランプに備えられた空気圧式及び電気的インタフェースを、例示的カートリッジに設けられた対応するインタフェースと係合させる。好ましくは、カートリッジは、下クランプ２８８を介して、クランプ作動装置２８４ａ〜２８４ｃによって提供される少なくとも１００Ｎ、より好ましくは少なくとも１５０Ｎ、最も好ましくは少なくとも２００Ｎの力で上クランプに対して保持される。
【０１９２】
ここで、例示的な検査サイクルを通した上クランプに対する下クランプの移動を、図２３を参照して説明する。図２３は例示的な検査サイクルに含まれるステップの概略図を示す。
【０１９３】
使用者は、検査を要求することによって、検査サイクルを開始する。開始後、３つのクランプ作動装置２８４ａ〜２８４ｃは、下クランプ２８８を、３つのクランプ作動装置２８４ａ〜２８４ｃのそれぞれがその対応するハードストップ２８６ａ〜２８６ｃに対して止まる点で定義される完全開位置に移動させる。クランプ作動装置２８４ａ〜２８４ｃのすべてがハードストップ２８６ａ〜２８６ｃに対して止まると、下クランプ２８８は上クランプ２６０と平行に位置合せされ、遮断弁ラッチ機構が準備される。遮断弁ラッチ機構は、以下でより詳細に説明される。
【０１９４】
次いで、下クランプ２８８は、中間の「ホーム」ポジションに移動する。ホームポジションでは、下クランプ２８８は上クランプ２６０から離間し、下クランプ２８８の隆起中央部２８９は、引出し２０２の切取部２５４の下に配置される。下クランプ２８８がホームポジションに到達すると、読取機は上に記載された引出しラッチ外し機構を起動し、引出し２０２は自動的に開く。使用者がカートリッジ１００を挿入して、引出し２０２を閉じると、下クランプ２８８は完全閉位置へ移動する。
【０１９５】
完全閉位置において、下クランプ２８８の隆起中央部２８９は、引出しトレイ２５３で切取部２５４を通して突き出し、それによってカートリッジ１００を引出し２０２の外に持ち上げ、その中で上クランプ２６０との安定した接触を保持する。これにより、上クランプ及び例示的カートリッジ上で空気圧式及び電気的インタフェースを係合させ、機械的作動装置をカートリッジ１００上でそれらの対応物と位置合せする。
【０１９６】
検査が完了すると、クランプ作動装置２８４ａ〜２８４ｃは、下クランプ２８８をホームポジションに戻して、カートリッジ１００を引出しトレイ２５３に下げ、使用者が使用されたカートリッジ１００を取り除いて捨てるように、引出し２０２が自動的に開く。
【０１９７】
上記のクランプ作動装置システムは開ループであり、作動装置が止まる上クランプ２６０に備えられるハードストップ２８６によって定義される下クランプの位置制御に依存する。この技術は、下クランプ２８８がクランプ処理の開始時には常に上クランプ２６０と平行であり、完全開位置が明確に定義されることを保証する。しかし、当業者には、クランプ作動装置２８４ａ〜２８４ｃを停止させる代替的な方法が提供されてもよいことが理解されよう。例えば、クランプが必要な位置の光学センサ（図示せず）に到達するまで、モータは個別に作動してもよい。
【０１９８】
一実施形態の図２３に示されるように、検査が完了した後、かつ、下クランプ２８８はそのホームポジションに戻されて、カートリッジの除去のために引出し２０２が開く前に、例示的読取機２００は下クランプ２８８を完全開位置に移動させてもよい。これにより、使用されたカートリッジ１００が取り除かれる前に、以下でより詳細に説明される遮断弁ラッチ機構を、次の検査ができるようにリセットすることができる。
【０１９９】
上述した例示的な実施形態において、上クランプ及び下クランプは、下クランプの上面と上クランプの下面との間の距離Ｄが、下クランプがその完全閉位置にあるときは約０ｍｍ、下クランプがそのホームポジションにあるときは約７．８ｍｍ、下クランプがその完全開位置にあるときは約１４．５ｍｍであるような大きさとされる。しかし、当業者には、上クランプと下クランプとの間の距離Ｄが複数の要因に基づいて決定されてもよいことが理解されよう。例えば、距離Ｄは、異なるカートリッジ寸法のために、または、異なるクランプ形状のために調整されてもよい。さらに、当業者には、２つのクランプ作動装置が設けられてもよく、あるいは、４つ以上のクランプ作動装置が設けられてもよいことが理解されよう。
【０２００】
本明細書に記載の例示的読取機において、上及び下クランプは好ましくは、それぞれがステンレス鋼ブラケットで補強された、ガラス繊維強化ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）から形成される。しかし、当業者には、他の材料が上及び下クランプのために使用されてもよいことが理解されよう。例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）またはＰＣ（ポリカーボネート）が使用されてもよい。
【０２０１】
２．４  遮断弁作動装置
図２４は、遮断弁作動機構をより詳細に示す。図２４に示されるように、上クランプは作動アセンブリ３１０を備える。作動アセンブリ３１０は電機子３１２を備え、電機子３１２は強磁性材料から形成されてもよく、上クランプ２６０のカートリッジ受け領域２７１において、上クランプ２６０、及び上クランプ２６０の下に備えられる第２の部分３１６より上に備えられてもよい。軸３１４は、上クランプ２６０に設けられる開口３１８を貫通し、電機子３１２及び第２の部分３１６を連結する。第２の部分３１６に取り付けられるプランジャ３２０は、例示的カートリッジ１００に設けられる凹部と位置合せされ、凹部には遮断弁５０が配置される。プランジャは、任意の形状を備えてもよいが、好ましくは、遮断弁の弁作動装置に接触するように構成される平端部を備える。
【０２０２】
作動ばね３２２は、第２の部分３１６の上面と上クランプ２６０に設けられる軸受面３２４との間に閉じ込められるので、作動アセンブリ３１０は、上クランプ２６０に対して下向きに、そして、プランジャ３２０が例示的カートリッジ１００上の遮断弁５０を作動させる位置に付勢される。電磁石３２６は、下記の作動アセンブリ２９０の第１の部分と位置を合わせるように、上クランプより上の構台２９８に取り付けられる。好ましくは、取付ばね３２８が電磁石３２６を構台２９８に連結する。
【０２０３】
図２４に示される遮断弁起動システムは、カートリッジ１００上の遮断弁５０を閉じるように設計され、増幅された検査材料の逃げを減少させる。システムは、検査の最後または停電時に弁を閉じる。
【０２０４】
検査の開始時、遮断弁起動機構は、下クランプ２８８のその完全開位置への移動によって準備される。
【０２０５】
下クランプ２８８が検査処理の開始時に完全開位置に移動すると、クランプ作動装置２８４ａ〜２８４ｃが圧縮され、２つの位置合せ軸２９４のまわりに設けられる２つのプライミングばね３００ａ〜３００ｂにエネルギが蓄えられる。ばね３００ａ、３００ｂは、上クランプ２６０と位置合せ軸２９４によって下クランプ２８８に取り付けられる構台２９８との間で圧縮される。下クランプ２６０がその完全開位置に移動すると、構台２９８は、構台２９８に取り付けられる電磁石３２６が作動アセンブリ３１０の電機子３１２上で底を打つ点まで下げられる。電磁石３２６が構台２９８にばね取付けされる場合、下クランプがその完全開位置に到達する前に、電磁石は電機子３１２と接触する。下クランプ２８８が完全開位置に移動すると、取付ばね３２８は圧縮される。
【０２０６】
電磁石３２６は電機子３１２に係合するように起動されるので、電機子は作動アセンブリ３１０を引き上げ、下クランプ２８８がそのホームポジションに上げられると、作動ばね３２２を圧縮する。遮断弁起動機構が準備され、下クランプ２８８がそのホームポジションにあるとき、プランジャ３２０は例示的カートリッジ１００に設けられる凹部から離れる。
【０２０７】
好ましくは、２つのプライミングばね３００ａ〜３００ｂによって提供される垂直力は、作動装置ばねを圧縮するために必要な力を超過する。しかし、プライミングばねを設けなくてもよい、あるいは、２つのプライミングばね３００ａ〜３００ｂによって付与される垂直力が作動装置ばねを圧縮するのに必要な力以下でもよく、そして、クランプ作動装置が、下クランプ２８８がその固定位置に移動するときに作動ばねに打ち勝つのに必要な力を提供するように構成されてもよいことが、当業者には理解されよう。
【０２０８】
本明細書に記載される例示的読取機において、下クランプがその完全開位置に到達すると、電磁石３２６は起動される。しかし、当業者には、下クランプ２８８が完全開位置に到達する前にまたはその後に、電磁石３２６がわずかに起動されてもよいことが理解されよう。遮断弁作動機構が準備されると、カートリッジ１００が読取機２００に挿入されてもよく、検査が実行されてもよい。
【０２０９】
検査の最後に（または停電時に）、読取機２００は電磁石３２６への電流を切り、作動ばね３２２がカートリッジ１００のプランジャ３２０を遮断弁５０上に、それを閉じるのに十分な力で押し下げる。読取機が遮断弁を作動させると、弁はラッチ閉鎖されたままである。
【０２１０】
形状的な制約のために、例示的読取機２００において、プランジャ３２０の中央軸は電磁石３９６の中央軸と一致していない。しかし、機構の形状は、電磁石３９６から作動アセンブリ３１０に沿って（プライミング中）、そして遮断弁５０上で（起動中）作用する力が作動ばね３２２の直径内であることを保証することによって、プランジャ３２０の任意の妨害を防ぐことができる。明らかに、本発明による読取機は、電磁石、作動アセンブリ、及びプランジャの中央軸が略同じであるように設けられてもよい。
【０２１１】
２．５  熱スタック
再び図２１ｂを参照すると、下クランプ２８８は３つの熱スタック２８７ａ〜２８７ｃを備える。
【０２１２】
図２５は、３つの熱スタック２８７ａ〜２８７ｃを備える、下クランプ２８８の隆起中央部２８９の平面図を示す。第１の熱スタック２８７ａは隆起部２８９の前部に設けられ、読取機に挿入された例示的カートリッジのサンプル調製領域と位置合せするように位置決めされる。第２及び第３の熱スタック２８７ｂ、２８７ｃは、隆起部２８９の後部で互いに隣接して設けられる。第２及び第３の熱スタック２８７ｂ、２８７ｃはそれぞれ、例示的カートリッジのサンプル処理領域（例えば、１つまたは複数のＰＣＲチャンバ）、及びカートリッジの検出領域と位置合せするように位置決めされる。第１、第２、及び第３の熱スタック２８７ａ〜２８７ｃのそれぞれは、（図２１ｂに示される）下クランプ２８８の開口と位置合せされ、位置合せされるカートリッジの領域で流体箔と接触して、熱交換するように構成される。
【０２１３】
使用中、熱スタック２８７ａ〜２８７ｃは、サンプル調製領域、サンプル処理チャンバ、及び検出チャンバに接する流体箔と接触して、熱交換するために使用され、それによって、サンプル調製領域、サンプル処理チャンバ、及び検出チャンバ内のサンプルの温度を制御する。図２８は、熱スタックのそれぞれが接触するように構成される例示的流体カートリッジの領域を示す。第１の熱スタックは、サンプル混合チャンバ１３６及び粗フィルタ１６２の領域を覆う、第１の領域３６２の流体箔と位置合せされて、それに接触するように構成される。第２の熱スタックは、サンプル処理チャンバ、例えばＰＣＲチャンバ５６ａ、５６ｂを覆う、第２の領域３６４の流体箔と位置合せされて、それに接触するように構成される。第３の熱スタックは、検出チャンバ６２ａ〜６２ｄを覆う、第３の領域の流体箔と位置合せされて、それに接触するように構成される。図２５に示されるように、上述した例示的カートリッジとともに使用される構成の例示的読取機において、第１の熱スタックは約４３ｍｍ×２２ｍｍの領域にわたって箔と接触するように構成され、第２の熱スタック２８７ｂは２０ｍｍ×２０ｍｍの領域にわたって箔と接触するように構成され、第３の熱スタックは２８ｍｍ×２０ｍｍの領域にわたって接触するように構成される。第１の熱スタックと第２及び第３の熱スタックとの間の距離Ｄは約５０ｍｍである。これらの寸法が例示的カートリッジとの使用のために設計される読取機に対応し、第１、第２、及び熱スタックの大きさ及び位置は、それに応じて、代替的な流体カートリッジの必要な領域と位置合せして、接触するように修正されてもよいことが、当業者には理解されよう。
【０２１４】
ここで図２６ａ〜２６ｃを参照すると、第１、第２、及び第３の熱スタック２８７ａ〜２８７ｃのそれぞれは、スプレッダ・プレート３３０と、リザーバ・ブロック３３８と、ヒート・シンク３４０と、ファン３４２とを備える。第１の側部３３４と第２の側部３３６とを有するペルチェ装置３３２は、スプレッダ・プレート３３０とリザーバ・ブロック３３２との間に設けられる。ペルチェ装置３３２の第１の側部３３４はスプレッダ・プレート３３０と熱接触し、一方、ペルチェ装置の第２の側部３３６はリザーバ・ブロック３３８と熱接触する。このペルチェ装置は通常、高出力及び熱循環に対して最適化される、Ｍａｒｌｏｗ装置である。
【０２１５】
１つまたは複数の温度センサ（図示せず）が、スプレッダ・プレート３３０及びリザーバ・ブロック３３８に取り付けられる。通常、温度センサは、スプレッダ・プレート３３０及びリザーバ・ブロック３３８のそれぞれに設けられる機械加工された凹部に組み込まれて、エポキシ樹脂にはめ込まれる。しかし、当業者には、１つより多い温度センサが各スプレッダ・プレート３３０及び各リザーバ・ブロック３３８に設けられてもよいことが認識されよう。通常、リザーバ・ブロック３３８はアルミニウムから形成され、一方、ヒート・シンク３４０は銅から形成されるが、当業者には他の熱伝導性材料が使用されてもよいことが認識されよう。
【０２１６】
例示的読取機において、第１及び第３の熱スタック２８７ａ、２８７ｃは、静的制御温度を提供するように設計され、一方、第２のスタック２８７ｂは、第２の加熱器の表面温度を可能な限り迅速に変えるように設計されている。これは、第２のスタック２８７ｂのスプレッダ・プレート３３０ｂを修正してその質量を最小化することによって達成される。
【０２１７】
図２７は、第２の熱スタック２８７ｂのスプレッダ・プレート３３０ｂをより詳細に示す。スプレッダ・プレート３３０ｂは、第１の面３５６と第２の面（図示せず）とを有し、好ましくはアルミニウムから構成される。第１の面３５６は、例示的カートリッジの流体箔に接触する略平面的な中央部３４９を備え、一方、第２の面は、ペルチェ装置３３２の第１の側部３３４に接触する略平面的な中央部を備える。図２７に示されるように、スプレッダ・プレート３３０ｂは、その長さに沿った長辺３４４と、その幅に沿った短辺３４６とを有する略長方形の設置面積を有する。固定点３４８は、スプレッダ・プレート３３０ｂの各角に設けられる。好ましくは、固定点３４８は、ねじが挿入されてもよい凹孔である。
【０２１８】
スプレッダ・プレート３３０ｂは、隣接する固定点３４８の間のそれぞれの短辺に沿って延在する第１及び第２の切取部３５０ａ、３５０ｂを有する。その短辺３４６のそれぞれの外縁において、スプレッダ・プレート３３０ｂは、少なくとも１つの厚みが低減された領域３５１ａ〜３５１ｃを備える。図２７に示される例示的な実施形態において、スプレッダ・プレート３３０ｂは、１つの短辺に沿った第１の厚みが低減された領域３５１ａと、もう一方の短辺の、隆起３５２によって分離された２つのさらなる厚みが低減された領域３５１ｂ、３５１ｃとを備える。隣接する固定点３４８の間のそれぞれの長辺に沿って延在する、１つまたは複数の厚みの低減された領域３５４ａ、３５４ｂも設けられる。好ましくは、それぞれの長辺に沿って延在する厚みが低減された領域３５４ａ、３５４ｂは、それぞれの長辺に沿って延在する細長い凹部として設けられるので、隆起３５８は長辺３４４の外縁を囲む。しかし、当業者には、スプレッダ・プレートのそれぞれの長縁に沿って延在する、１つまたは複数の厚みが低減された領域が設けられてもよいことが理解されよう。
【０２１９】
通常、厚さが約１ｍｍである厚みの低減された領域を除いて、スプレッダ・プレート３３０ｂの厚さは約３ｍｍである。図２７に示される領域の少なくとも１つでスプレッダ・プレート３３０の厚さを減少させることによって、スプレッダ・プレートの質量を減少させることができる一方で、複数の検査サイクルを通して繰り返し加えられるクランプ力に耐えるのに必要とされる剛性が維持される。
【０２２０】
第１及び第３のスプレッダ・プレート３３０ａ、３３０ｃは好ましくはアルミニウムから形成されて、通常は、それらの性能があまり重要ではなく、よって最適化されないので、ＰＣＲより大きく、単純な形状を有する。
【０２２１】
再び図２６ａ〜２６ｃを参照すると、カートリッジとのより良好な熱接触を保証するために、各熱スタックは、下クランプ２８８に対してばね取付けされている。一般に、２つのばね３６０ａ、３６０ｂは、図２６ａ〜２６ｃに示されるように、各熱スタック２８７ａ〜２８７ｃのいずれかの側部に設けられる。好ましくは、各熱スタック２８７ａ〜２８７ｃは、ばね３６０ａ、３６０ｂが圧縮されていないとき、各熱スタック２８７ａ〜２８７ｃの上面が下クランプを約１ｍｍ押し上げるように、下クランプ２８８にばね取付けされる。
【０２２２】
検査の開始時、下クランプ２８８がその完全閉位置に向けて移動されると、熱スタック２８７ａ〜２８７ｃは、機械に挿入されたカートリッジ１００の裏面の流体箔と接触する。下クランプ２８８がその完全閉位置に移動すると、熱スタック２８７ａ〜２８７ｃが取り付けられたばね３６０ａ、３６０ｂは圧縮される。
【０２２３】
第１、第２、及び第３の熱スタック２８７ａ〜２８７ｃのそれぞれは、必要な熱接触の程度に応じた異なる力でカートリッジの流体箔にあてがわれる。通常、第１の熱スタック２８７ａは第１の力で流体箔にあてがわれ、第２の第１の熱スタック２８７ｂは第２の力であてがわれ、第３の熱スタックは第３の力で流体箔にあてがわれるが、ここで、第２の力は第１の力より大きく、第１の力は第２の力より大きい。理想的には、第１の熱スタックは３０Ｎ±１０Ｎの力で箔にあてがわれ、第２の熱スタックは４５Ｎ±１０Ｎの力で箔にあてがわれ、第３の熱スタックは２５Ｎ±１０Ｎの力で箔にあてがわれる。
【０２２４】
第１、第２、及び第３の熱スタック２８７ａ〜２８７ｃによって流体箔に加えられる力は、熱スタック２８７ａ〜２８７ｃのそれぞれが下クランプ２８８に取り付けられるばね３６０ａ、３６０ｂの剛性によって決定されてもよい。あるいは、それぞれのスタックが突出する距離は変化してもよいので、ばね３６０ａ〜３６０ｃのそれぞれは異なる量だけ圧縮されなければならない。
【０２２５】
熱スタック２８７ａ〜２８７ｃのそれぞれの表面温度は、サーマルボード２２１によって個別に支配され、サーマルボード２２１はメイン制御ボード２２０の下に直接取り付けられる。サーマルボードの概略図は図１５に示される。サーマルボードは、ペルチェ装置２３２ａ〜２３２ｃ及び３つの直流ファンのための駆動回路を含む。これらの回路は、コネクタボード２２４を介してペルチェ装置及びファンに連結される。
【０２２６】
使用中、第１、第２、及び第３の熱スタックのそれぞれの表面温度は、温度センサ（図示せず）によって監視されて、サーマルボード上のペルチェドライバによって維持される。温度センサは、各熱スタック２８７ａ〜２８７ｃの表面の温度を測定するように構成される。この情報はサーマルボードにフィードバックされ、この情報により、熱スタック２８７ａ〜２８７ｃのそれぞれの表面での温度センサから信号に基づいて、ペルチェドライバによってペルチェ装置２３２ａ〜２３２ｃのそれぞれに供給される信号を変化させて、流体箔の所望の温度を達成する。当業者にはよく理解されているように、各ペルチェ装置の第１の側部は、必要に応じて、流体箔の各部分に対する冷却器または加熱器として駆動されてもよい。
【０２２７】
検査中、サーマルボードは通常、３５℃〜４０℃、好ましくは約３７℃の一定温度で第１の熱スタックを維持するように構成される。
【０２２８】
低質量の第２のスプレッダ・プレートを含む、第２の熱スタックの設計は、サンプル処理領域の迅速な循環を可能にする。通常、第２の熱スタックは、約６５℃〜約９５℃でサンプル処理領域間の温度を循環させる。スプレッダ・プレート３３０ｂの低質量のために、７〜８．５秒のサイクル時間が可能である（サイクル＝熱スタックの表面が６５℃から９５℃まで、そして９５℃から６５℃まで変化するのにかかる時間）。好ましくは、１サイクルは７秒である。通常は、３５〜４５（好ましくは４０）熱サイクルが、単一の検査シーケンスで完了される。その後、ＰＣＲスタックは、検出チャンバへのサンプルの移動のために、一定温度で保持される。
【０２２９】
好ましくは、第３の熱スタックは約２０℃の表面温度を維持する。これにより、検出チャンバ６２ａ〜６２ｄに提供される試薬の過熱を防ぐ。実際には、サンプル処理領域は検出チャンバに隣接して、非常に高い温度まで加熱されるので、第３の熱スタックは、検査サイクルの少なくとも一部に対して、検出チャンバのための冷却器として構成される。
【０２３０】
検査が完了した後、下クランプはそのホームポジションに戻り、カートリッジが引出し２０２に下げられると、熱スタック２８７ａ〜２８７ｃは流体箔との接点から移動する。下クランプの後部に第２の熱スタックを設けることによって、引出しが開いているときでも、（最高温度を有する）第２の熱スタックに使用者はアクセスできない。
【０２３１】
２．６  ブリスタ及び弁作動
ここで図２９を参照すると、上クランプ２６０は、４つの機械的作動装置である、３つの機械的ブリスタ作動装置２７８ａ〜２７８ｃと機械的弁作動装置２８０とを備える。ブリスタ作動装置のそれぞれは、筐体３９５と、リニア作動装置（図示せず）と、ステム部３９５と、先端部３７０とを備える。リニア作動装置のそれぞれは、好ましくは、スプライン軸と係合されるステッパモータを備える（例えば、Ｈａｙｄｏｎ  Ｋｅｒｋ  ｕｎｉｔ，ｍｏｄｅｌ  ｎｏ．２５４４３−０５−０４８）が、当業者には、他のリニア作動装置が設けられてもよいことが理解されよう。
【０２３２】
例示的カートリッジにおいて、溶解緩衝液、洗浄緩衝液、及び溶出緩衝液を１つずつ含む、３つのブリスタが設けられる。しかし、当業者には、本明細書に記載されるブリスタ作動装置が任意の流体を満たされたブリスタ・サブアセンブリで実装されてもよい
ことが認識されよう。
【０２３３】
図３０は、ステム３９５と先端３７０とをそれぞれ備える、第１、第２、及び第３のブリスタ作動装置２７８ａ〜２７８ｃの先端形状を示す。各先端は直径Ｄを備え、上クランプと下クランプとの間に挿入されたカートリッジ１００上の対応するブリスタと位置合せして、それを折り畳むように大きさが決められる。好ましくは、例示的カートリッジの溶解ブリスタを作動させるように構成される作動装置先端は約１９．５ｍｍの直径ＤＬを有し、洗浄ブリスタを作動させるように構成されるブリスタ先端は１５．０ｍｍの直径ＤＷを有し、溶出ブリスタを作動させるように構成される作動装置先端は約１０．１ｍｍの直径を有する直径ＤＥを有するが、当業者には、各作動装置先端の半径を変更して、作動するブリスタの大きさを反映してもよいことが理解されよう。ばね３７４（図２０に示される）は、作動装置筐体とブリスタ作動装置先端３７０との間に設けられてもよい。
【０２３４】
図３０に示されるように、作動装置先端は、例示的カートリッジに備えられる折畳式ブリスタと接触するように構成されるドーム形の作動表面を有してもよい。理想的には、溶解作動装置のためのドーム形表面の曲率半径Ｒは１７．３ｍｍであり、洗浄作動装置のための曲率半径は１５．１ｍｍであり、溶出作動装置のための曲率半径は１１．５ｍｍである。１つの実施形態において、第１、第２、及び第３のブリスタ作動装置のうちの少なくとも１つは、対応するブリスタに接触するための平坦な先端を備える。略平坦な先端を有するブリスタ作動装置を提供することによって、読取機は、折畳式ブリスタに含まれる流体の略すべてを噴出させることができる。
【０２３５】
使用に際して、読取機は、溶解ブリスタ、次いで洗浄ブリスタ、次いで溶出ブリスタを作動させるように構成される。各ブリスタを作動させるために、読取機は、作動装置先端がその下のブリスタから離間している第１の位置から、ブリスタ作動装置が折畳式ブリスタを完全に折り畳んで、含有物をカートリッジに放出した第２の位置まで、作動装置を移動させる。好ましくは、読取機は、ブリスタが折り畳まれた後、ブリスタ作動装置２７８ａ〜２７８ｃをそれらの第２の位置で時間Ｔの間、保持し、それによって、ブリスタの放出された含有物がブリスタ・チャンバに再び入ることを防ぐ。好ましくは、時間Ｔは、少なくとも５秒、より好ましくは少なくとも７秒、より好ましくは約１０秒である。好ましくは、各作動装置先端によって移動される距離は、少なくとも３０ｍｍ、より好ましくは少なくとも４０ｍｍ、より好ましくは約４４ｍｍである。好ましくは、読取機は、その完全作動位置に各ブリスタ作動装置を維持する。さらにまた、リニア作動装置のそれぞれは、先端が逆駆動できないように構成され、それによって作動後、ブリスタ含有物がブリスタに再び入ることを防ぐ。逆駆動できない好適なリニア作動装置の例は、Ｈａｙｄｏｎ  Ｋｅｒｋ  ｕｎｉｔ，ｍｏｄｅｌ  ｎｏ．２５４４３−０５−０４８でもよい。
【０２３６】
ここで図３１ａ、３１ｂを参照すると、上クランプは、機械的弁作動装置２８０をさらに備える。機械的弁作動装置２８０は、読取機に挿入されたカートリッジ１００に備えられる機械的弁と位置合せして、それを作動させるように構成される。
【０２３７】
図３１Ｂに示されるように、例示的カートリッジに備えられる機械的弁は好ましくは、第１及び第２のバルブシートを含む弁チャンバ４００を備える。第１のバルブシートは第１の開口４０２を備え、一方、第２のバルブシートは第２及び第３の開口４０３、４０４を備える。第１の開口は距離ａだけ第２の開口から離間し、第２の開口は距離ｂだけ第３の開口から離間しており、ここではａ＞ｂである。弁膜は、弁チャンバを封止し、第１のバルブシートの第１の開口に対して封止するための第１の部分と、第２のバルブシートの第２及び第３の開口に対して封止するための第２の部分とを備える。
【０２３８】
図３１ａは、機械的弁作動装置２８０をより詳細に示す。機械的弁作動装置は、第１の作動部３７６と第２の作動部３７８とを備える。第１の作動部は、第１の弁膜部に接触するための第１の略平面部３８０を有する略長方形の本体を構成する。略平面部３８０は長さＬ及び幅Ｗを備え、ここで、長さは幅より大きい。通常は、第１の作動部３７６は、例示的カートリッジに備えられる弁空洞内に嵌合するように大きさが決められ、丸い角を有する相補的な設置面積を有し、その設置面積は弁膜の略すべてを覆う。第２の作動装置部３７８は、第２の弁膜部に接触するための第２の略平面部３８２を有する、略円筒体を備え、第１の作動部材の第１の平面部３８０上に設けられる。第２の部分の直径Ｄは、幅Ｗ以下である。好ましくはＤ＝Ｗ＝７ｍｍである。第２の作動装置部３７８は、長さＬの一端の近くに設けられ、第１の作動装置部３７６に対して移動可能に取り付けられ、第１の部分から離れて上クランプと下クランプとの間に固定されるカートリッジの方へばね２７７によって付勢される。第１の作動部の略長方形の本体は、ばね２７７が圧縮されるとき、第１及び第２の作動部の下面が面一になるように第２の作動部が嵌合する凹部を備える。適宜、固定手段４０６ａ、４０６ｂが、長辺のそれぞれに設けられてもよい。
【０２３９】
読取機は、連続的な移動の２つの段階で機械的弁を作動させるように構成され、第１の作動装置部は、第１の開口に対して弁膜の第１の部分を封止し、一方、作動装置の第２の部分は、第２及び第３の開口に対して弁膜の第２の部分を封止する。
【０２４０】
使用に際して、読取機は、第２及び第３の開口を封止し、次いで第１の開口を封止することによって、機械的弁を閉じる。弁を開くときはその逆である。つまり、第１の弁開口が開けられ、次いで第２及び第３の弁開口が開けられる。
【０２４１】
弁を閉じるために、読取機は、第１の作動装置部を固定されたカートリッジの方へ移動させ、それによって第２の作動装置部を弁膜の第２の部分と接触させる。第２の作動装置部は、第２の弁膜部を変形させ、第２の弁膜部を第２及び第３の開口に対して封止する。この時点で、第１の作動装置部は、第１の弁膜部から離間している。
【０２４２】
作動装置が第１の作動装置をカートリッジの方へ移動し続けると、ばね３７７は第２の作動装置部と第１の作動装置部との間で圧縮される。第１の作動装置部が固定されたカートリッジの方へ移動し続けると、第１の作動装置部は弁膜の第１の部分に接触し、最終的に、弁膜を変形させて、弁膜を第１の開口に対して封止する。
【０２４３】
弁を開くために、読取機は第１の作動装置部を、固定されたカートリッジから離して上クランプの方へ移動させる。そうすることで、第１の作動装置部は、第１の開口に対して第１の弁膜部をもはや封止しない位置へ移動し、一方、第２の作動装置部は、ばね３７７の影響下で、第２及び第３の開口上の封止を維持する。第１の作動装置部がさらにカートリッジから移動すると、ばね３７７はその完全な伸長に到達し、第２の作動装置部は第２の弁膜部から離れるように移動し、それによって、第２及び第３の開口が開く。
【０２４４】
機械的弁作動装置２８０は、検査が完了すると、カートリッジの後端を減圧するために、遮断弁作動装置と組み合わせて使用してもよい。カートリッジの後端を減圧するために、読取機は、第１及び第２のバルブシートに対して弁膜の第１の部分を封止し、次いで、第３のバルブシートに対して第２の弁膜部を封止する。検査の最後に、読取機は、遮断弁作動装置を作動させて、上記のように流体カートリッジの遮断弁を閉じる。遮断弁を閉じる際、読取機はカートリッジの後端内に閉鎖系を作成する。遮断弁の作動に続いて、上記のように、作動弁が開けられ、それによって遮断弁によって封止された閉鎖系の体積を増加させる。
【０２４５】
２．７  空気圧
ここで空気圧システムが、図３２〜３８を参照して説明される。システムは、読取機に挿入されたカートリッジ上の空気圧式インタフェースに連結する空気圧式インタフェースを形成する１１個の空気圧ポートを含む空気マニホルドに連結される、カートリッジ読取機筐体内に位置する空気圧ブロックを備える。
【０２４６】
図３２〜３７は空気圧ブロック４１０を示し、空気圧ブロック４１０は機械加工されたアルミニウム及び関連する構成要素から構築される。空気圧ブロックは、「空気圧論理」（以下で詳細に説明される）、基準圧力、または、カートリッジのチャネルを空にするための陽性「送風機」圧力を使用して、ベローズ及び弁を制御するために使用される陽圧及び陰圧を発生するのに必要なすべての構成要素を備える。これらの構成要素の例としては、陽圧を発生させるためのポンプ（以降、圧力ポンプ）と、陰圧を発生させるためのポンプ（以降、真空ポンプ）と、３つの圧力リザーバ（２つの陽圧リザーバ及び１つの陰圧リザーバ）と、そのそれぞれが１つの空気圧ポートを１つまたは複数の圧力リザーバに結合する、複数のソレノイド弁とを含む。
【０２４７】
空気管に連結し、次に空気マニホルドに連結する１１個の空気圧ポート４１１は、空気圧ブロック上に設けられる。図３５は、空気圧ブロックからの空気管が連結されるマニホルド上のインタフェース４１２を示す。図３６は、カートリッジ上の対応するインタフェース４１３ｂに結合するように構成されるマニホルド上のインタフェース４１３ａを示す。
【０２４８】
図３６に示されるように、空気マニホルド上の空気圧ポートは、それぞれ、５つのポート及び４つのポートの２列で配置される。ポートは、一方の列のポートが他方の列の２つのポートの間で等間隔をあけて位置合せされるように、互いにオフセットされる。ポートは付番され、ポート番号１は５つのポートの列の一端に配置される。続くポート番号はそれぞれ、前のポートに隣接するが、他の列にある。したがって、５つのポートの列は奇数ポート（番号１、３、５、７、９、及び１１）を含み、その一方で、４つのポートの列は偶数ポート（番号２、４、６、８、及び１０）を含む。ポートの番号付けは以下でより詳細に説明される。
【０２４９】
図３７は、上クランプ上に配置される空気圧式インタフェースを示す。
【０２５０】
図３８は、空気圧ブロックの空気圧回路図を示す。回路は、陽圧サブシステムと、陰圧サブシステムとを備える。１１個の空気圧ポートはそれぞれ、ソレノイド弁に結合され、そのうちの８個は、陽圧サブシステム及び陰圧サブシステムの供給線に結合される「３ポート、２ポジション」ソレノイド弁（以降、「空気圧論理」ソレノイド弁）であり、さらなる２個は、陽圧サブシステムの供給線にのみ結合される「２ポート、２ポジション」ソレノイド弁（以降、「送風機」ソレノイド弁）であり、最後の１個は、陽圧サブシステムの供給線にのみ結合される「３ポート、２ポジション」ソレノイド弁（以降、「基準圧力」ソレノイド弁）である。
【０２５１】
陰圧サブシステムは、真空リザーバに結合される真空ポンプを備える。ポンプは、真空リザーバで−０．５ｂａｒｇのゲージ圧を維持するように構成される。真空リザーバは、８個の「空気圧論理」ソレノイド弁がそれぞれ結合される供給線に真空を適用してもよいかどうかを制御する「２ポート、２ポジション」ソレノイド弁に結合される。
【０２５２】
陽圧サブシステムは、第１及び第２の圧力リザーバに結合される圧力ポンプを備える。ポンプは、第１の圧力リザーバでは１ｂａｒｇのゲージ圧を維持し、第２の圧力リザーバでは１．５ｂａｒｇのゲージ圧を維持するように構成される。「２ポート、２ポジション」ソレノイド弁は、ポンプを第１及び第２の圧力リザーバに選択的に結合する。第１の圧力リザーバは、８個の「空気圧論理」ソレノイド弁がそれぞれ結合される第１の供給線に圧力を加える。
【０２５３】
８個の「空気圧論理」ソレノイド弁は、空気圧式インタフェースポート、ならびに第１及び第２の入口ポートに結合される出口ポートをそれぞれ有する。デフォルトでは（すなわち、それらの通常の、非作動位置では）、弁は、第１の入口ポートを出口ポートに結合するように構成され、第２の入口ポートを出口ポートに結合するために作動しなければならない。陰圧サブアセンブリの供給線は、８個の「空気圧論理」ソレノイド弁の第１の入口ポートに結合され、その一方で、陽圧サブアセンブリの第１の供給線は、第２の入口ポートに結合される。したがって、デフォルトでは（かつ、陰圧サブアセンブリの「２ポート、２ポジション」ソレノイド弁が開いていると仮定すると）、８個の「空気圧論理」ソレノイド弁は、それらの対応する空気圧式インタフェースポートに陰圧が加えられることを可能にする。個々にまたは集合的に作動すると、８個の「空気圧論理」ソレノイド弁は、それらの対応する空気圧式インタフェースポートに陽圧が加えられることを可能にする。
【０２５４】
第２の圧力リザーバは、２個の「送風機」ソレノイド弁及び「基準圧力」ソレノイド弁がそれぞれ結合される第２の供給線に圧力を加える。より詳細には、第２の供給線は第１、第２の分岐に分岐し、そのうちの第１の分岐は２個の「送風機」ソレノイド弁に結合される。第２の供給線の第２の分岐は、圧力調整器を介して「基準圧力」ソレノイド弁に結合される。
【０２５５】
２個の「送風機」ソレノイド弁はそれぞれ、空気圧式インタフェースポートに結合される出口ポートと、第２の圧力リザーバに結合される入口ポートとを有する。デフォルトでは（すなわち、それらの通常の、非作動位置では）、弁は閉じられているので、入口ポートは出口ポートから切り離されている。作動すると、２個の「送風機」ソレノイド弁は、それらの対応する空気圧式インタフェースポートに陽圧が加えられることを可能にする。第２の圧力リザーバは、この目的のために１ｂａｒｇで毎分少なくとも１．５リットルの流量を供給するように構成される。
【０２５６】
「基準圧力」ソレノイド弁は、空気圧式インタフェースポート、ならびに第１及び第２の入口ポートに結合される出口ポートを有する。デフォルトでは（すなわち、それらの通常の、非作動位置では）、弁は、第１の入口ポートを出口ポートに結合するように構成され、第２の入口ポートを出口ポートに結合するために作動しなければならない。第１の入口ポートは、通常は閉じられているさらなる「通気孔」ソレノイド弁に連結されるチャネルであるが、否定は空気に開けられ、その一方で、第２の入口ポートは、圧力調整器を介して第２の圧力リザーバに結合される。したがって、デフォルトでは、「基準圧力」ソレノイド弁は、対応する空気圧式インタフェースポートを封止する。「通気孔」ソレノイドが作動するとき、空気圧式インタフェースは大気に連結される。「基準圧力」ソレノイド弁が作動するとき、調整された圧力を対応する空気圧式インタフェースポートに加えることが可能にする。
【０２５７】
メインボード上の制御装置は、圧力ポンプ、真空ポンプ、及びすべてのソレノイド弁の作動を制御する。したがって、検査中、制御装置は、所定のサイクルに従って、ポンプ及び弁を作動させてもよい。
【０２５８】
空気圧システムは、流体カートリッジ上で４つの基本機能を実行する。第１の機能は、カートリッジのまわりに流体サンプルを圧送するベローズを作動させることである。第２の機能は、カートリッジに配置される様々な空気圧弁を作動させることである。第３の機能は、カートリッジのチャネルを空にすることである。第４の機能は、基準圧力を提供することである。
【０２５９】
ベローズ及び弁の作動は、８個の「空気圧論理」ソレノイド弁によって実行される。弁は、（１ｂａｒｇの）陽圧または（−０．５ｂａｒｇの）陰圧をそれらの弁に結合される各空気圧ポートに加えることが可能である。陰圧が加えられるとき、カートリッジの弁及びベローズは開き、陽圧が加えられるとき、閉じられる。したがって、カートリッジのベローズ及び空気圧弁は制御されてもよい。
【０２６０】
ベローズの作動は一例として説明される。弁はベローズのいずれかの側部に置かれる。空気は、ベローズを開ける（陰圧を加える）ことによって、ベローズに引き込まれ、一方、上流弁は開かれ（陰圧を加える）、下流弁は閉じられている（陽圧を加える）。次いで、上流弁は閉じられ（陽圧を加える）、空気は、ベローズを閉じる（陽圧を加える）ことによって、ベローズから放出し、一方、下流弁は開いている（陰圧を加える）。このサイクルは、流体を下流に圧送するために繰り返される。
【０２６１】
カートリッジのチャネルの排出は、２個の「送風機」ソレノイド弁によって実行される。これらの弁は、１．５ｂａｒｇの陽圧を加えることが可能であり、１ｂａｒｇの圧力で毎分少なくとも１．５リットルの流量を達成する。各弁は、カートリッジのチャネルの異なる部分を空にして、乾燥させる。
【０２６２】
カートリッジのチャネルを空にして、乾燥させるために、空気圧弁を開ける必要があることが理解されるであろう。読取機は（２つのポンプのために）陰圧及び陽圧を同時に加えることができるので、それに応じて適切な「空気圧論理」ソレノイド弁を作動させることによって、カートリッジ上で必要な空気圧弁を開け、次いで、それに応じて「送風機」ソレノイド弁を作動させることによって、カートリッジのチャネルを空にすることが可能である。
【０２６３】
（上述した例示的カートリッジに対応する）好ましい事例において、空気圧式インタフェースポート番号１〜４、６、８、１０、及び１１は「空気圧論理」ソレノイド弁に結合され、空気圧式インタフェースポート番号５及び７は「送風機」ソレノイド弁に結合され、空気圧式インタフェースポート番号９は基準圧力ソレノイド弁に結合される。
【０２６４】
２個の「送風機」ソレノイド弁ならびに「基準圧力」ソレノイド弁と、それらのそれぞれの空気圧式インタフェースポートとのそれぞれの間に、カートリッジから読取機に流れる任意の流体を捕捉するための流体トラップが設けられ、よって、このような流体が読取機を傷つけることを防止する。
【０２６５】
各空気圧式インタフェースポートの直径は３ｍｍ以上であり、例示的カートリッジの空気圧式インタフェースは、直径が３ｍｍ以上である空気圧式インタフェースポートを受けるように構成される。
【０２６６】
２．８  電極及びカートリッジ読取機の改善された配置
上述のように、読取機は、上クランプに備えられ、カートリッジに備えられる電極と接触するように構成される電気的インタフェースを備える。
【０２６７】
従来、定電位電解装置内の対電極は余剰電子を十分に供給するために作用電極より大きい。しかしこの従来の驚異の供給をより良好に転じることにより例示的カートリッジがもたらされることがわかった。例示的カートリッジ内で上に記載された液体サンプルに実行される電気化学に対して、対電極より大きい作用電極を有することにより、より大きい信号が供給され、感度を高めることによって改善されることがわかった。換言すると、比較的大きい作用電極から比較的小さい対電極に電流が流れることにより、従来の構成を超える改善が提供される。改善は、水性緩衝液に変性フェロセン・カルボン酸を含む標識を検出するために、特に効果的である。
【０２６８】
図１０を参照すると、好ましくは、各作用電極１６９ａ〜１６９ｄはＵ字型に形成され、各対電極１７０ａ〜１７０ｄはそれぞれのＵ字型の作用電極の２つの突起部の間に直線状の細長い形状に形成される。
【０２６９】
図１０において、作用電極１６９ａ〜１６９ｄのそれぞれは、８．１ｍｍの全長を有する。各電極は、長さ５．１ｍｍのショートプロング１７４ａ〜１７４ｄから作られ、ショートプロング１７４ａ〜１７４ｄに９０°で方向付けられる長さ１．３ｍｍの相互接続部１７６ａ〜１７６ｄに接続され、ショートプロング１７４ａ〜１７４ｄに平行かつ隣接し、相互接続部１７６ａ〜１７６ｄに９０°で方向付けられる長さ８．１ｍｍのロングプロング１７８ａ〜１７８ｄに接続される。作用電極の幅はその長さに沿って０．７４ｍｍであり、１０．２ｍｍ２の全表面積を提供する。
【０２７０】
対電極１７０ａ〜１７０ｄのそれぞれは、長さ７．２ｍｍ及び幅０．３５ｍｍの細長い部分から作られ、２．５ｍｍの全表面積を提供する。したがって、対電極の表面積の、作用電極の表面積に対する比は、１：４である。この比は、感度を高めることで効果的に測定できるより大きい信号を提供することで特に効果的であることが発見された。
【０２７１】
図１０に示されるように、電極の組における各電極は、カートリッジ読取機の対応する電気接点に電気的に連結するために、電気接点に連結される。例えば、各作用電極１６９ａ〜１６９ｄは電気接点１８０ａ〜１８０ｄに連結され、各対電極１７０ａ〜１７０ｄは電気接点１８４ａ〜１８４ｄに連結され、各参照電極１７１ａ〜１７１ｄは電気接点１８２ａ〜１８２ｄに連結される。４個の検出チャンバを有するカートリッジに対して、１２個の電気接点１８０ａ〜１８０ｄ、１８２ａ〜１８２ｄ、１８４ａ〜１８４ｄがある。
【０２７２】
図３９は、本発明が実装される例示的カートリッジの筐体の一部を示す。図３９に示される電気的インタフェース１０２は、図で見ることができる。電気的インタフェースは、筐体の細長い孔１８６を通してアクセス可能である１２個の電気接点１８０ａ〜１８０ｄ、１８２ａ〜１８２ｄ、１８４ａ〜１８４ｄを備え、それによって読取機上の対応する電気接点に電気的に連結するための、各電気接点１８０ａ〜１８０ｄ、１８２ａ〜１８２ｄ、１８４ａ〜１８４ｄ上の接触領域を提供する。示されるように、各電気接点は２．７ｍｍ×１．５ｍｍの接触領域を示す。各電気接点についてより小さいまたはより大きい接触領域を提供することが可能であり、例えば、接触領域はそれぞれ、少なくとも０．５ｍｍ×０．５ｍｍ、好ましくは少なくとも１ｍｍ×０．５ｍｍ、より好ましくは少なくとも２ｍｍ×１ｍｍ、より好ましくは少なくとも２．７ｍｍ×１．５ｍｍでもよい。
【０２７３】
検査を実行するために例示的カートリッジが挿入される読取機は、制御モジュールと、カートリッジ上の１２個の電気接点に対応する１２個の電気接点を有する電子インタフェース（図示せず）とを備える。読取機の電気接点は、読取機に挿入されたカートリッジの方へ付勢されるようにはねる１２本のピンの形態をとる。カートリッジが読取機に挿入されて、ピンがカートリッジの電気接点と接触するとき、ピンは、電気接点に対して３００〜９００ｍＮ（ピンあたり）のばね力を加える。ピンは、カートリッジと読取機との間の光電気連結を提供するように金メッキされる。
【０２７４】
カートリッジ内のサンプルの電気化学検査を実行するために、読取機の制御モジュール及び電子インタフェースは、カートリッジの対、参照、及び作用電極と接触するピン全体に電位差を与える（１８０ａ〜１８０ｄ、１８４ａ〜１８４ｄ）。次いで、これらの電極間を流れる電流が測定される。この電位差を与えて、結果として得られる電流を測定するための好適な回路は、回路で行われていることの図式表現とともに、図１０にされる。要約すると、制御モジュールの信号発生器及び読取機の電子インタフェースは、作用及び対電極全体に、参照電極上での活性のために補正される、電位差（Ｖａｐｐｌｉｅｄ）を与え、作用電極から対電極へと流れる、結果として得られる電流は、電流測定手段Ｉによって測定される。読取機によって実行される所定の検査において、カートリッジの対電極及び作用電極と接触するピン全体に与えられる電位差（１８０ａ〜１８０ｄ、１８４ａ〜１８４ｄ）は、以下で説明されるように、電圧スイープによって変化する。
【０２７５】
カートリッジの参照電極と接触する読取機のピン（１８２ａ〜１８２ｄ）は、電圧測定手段Ｖに結合される。したがって、図４０に示される回路は、参照電極と作用電極との間の電圧（Ｖｃｏｎｔｒｏｌ）、及び、参照電極と対電極との間の電圧（Ｖｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）を測定することができる。参照電極は基準として使用されるので、他のすべての電圧は、この参照電極に対して示され、ゆえに、作用電極の活性にのみ関連する。これは、参照電極の電圧が酸化還元条件の影響をほとんど受けないためであり、ゆえに、それが測定される作用電極における化学反応の酸化還元状態のみであることを意味する。
【０２７６】
読取機の制御モジュール及び電子インタフェースは、微分パルスボルタンメトリーまたは方形波パルスボルタンメトリーを使用して検査を行うように構成される。
【０２７７】
ここで、微分パルスボルタンメトリーを使用する第１の例示的検査は、図４１を参照して説明される。
【０２７８】
第１の例示的検査において、ゆっくりと増加する電圧スイープは、各増加の開始時に重ねられる比較的大きいステップパルスによって、作用及び制御電極（すなわちＶａｐｐｌｉｅｄ）全体に与えられる。完全スイープは、参照電極に対して約−０．７ボルト〜＋１ボルトである。この範囲は、水の部分加水分解及びＤＮＡ分子自体の劣化によって制限される実用的な半電池の範囲内にある。
【０２７９】
各パルスは５０ｍＶの大きさを有し、スイープは、１パルスあたり３ｍＶのステップ増加で増加する。検査の所要時間はステップ増加を増加させることによって短くしてもよいが、これはより粗い結果をもたらす。そのため、１ｍＶ〜５ｍＶのステップ増加が好ましく、好ましくは、２ｍＶ〜４ｍＶである。
【０２８０】
各パルスは、２つの異なる電流をサンプルに流す。それは、パルスの山の間の電流
と、パルスの谷の間の電流である。パルスの山の間に流れる電流は順電流（Ｍ１）であり、パルスの谷の間に流れる電流は逆電流（Ｍ２）である。これらの電流を測定して、Ｖａｐｐｌｉｅｄに対して（Ｖｒｅｆｅｒｅｎｃｅに関して）プロットしてもよい。特に、図４２に示されるように、Ｍ１とＭ２との間の差動電流を、Ｖａｐｐｌｉｅｄに対して（Ｖｒｅｆｅｒｅｎｃｅに関して）プロットしてもよい。これらから、標識の電気化学的活性と関連付けられるピーク差動電流を識別し、サンプルの標識を示す信号を提供してもよい。
【０２８１】
当業者は、本明細書に記載された本発明の態様を状況に応じて様々な方法で実施するために例示的カートリッジを修正することができよう。本発明の範囲は以下の特許請求の範囲によって定義されることが意図される。
【図１】
2018507403.tif 000003
【図２】
2018507403.tif 000004
【図３】
2018507403.tif 000005
【図４】
2018507403.tif 000006
【図５】
2018507403.tif 000007
【図６Ａ】
2018507403.tif 000008
【図６Ｂ】
2018507403.tif 000009
【図７】
2018507403.tif 000010
【図８Ａ】
2018507403.tif 000011
【図８Ｂ】
2018507403.tif 000012
【図９】
2018507403.tif 000013
【図１０】
2018507403.tif 000014
【図１１Ａ】
2018507403.tif 000015
【図１１Ｂ】
2018507403.tif 000016
【図１２Ａ】
2018507403.tif 000017
【図１２Ｂ】
2018507403.tif 000018
【図１３】
2018507403.tif 000019
【図１４】
2018507403.tif 000020
【図１５】
2018507403.tif 000021
【図１６】
2018507403.tif 000022
【図１７Ａ】
2018507403.tif 000023
【図１７Ｂ】
2018507403.tif 000024
【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
2018507403.tif 000027
【図２０】
2018507403.tif 000028
【図２１Ａ】
2018507403.tif 000029
【図２１Ｂ】
2018507403.tif 000030
【図２２】
2018507403.tif 000031
【図２３（ｉ）】
2018507403.tif 000032
【図２３（ｉｉ）】
2018507403.tif 000033
【図２３（ｉｉｉ）】
2018507403.tif 000034
【図２４】
2018507403.tif 000035
【図２５】
2018507403.tif 000036
【図２６Ａ】
2018507403.tif 000037
【図２６Ｂ】
2018507403.tif 000038
【図２６ｃ】
2018507403.tif 000039
【図２７】
2018507403.tif 000040
【図２８】
2018507403.tif 000041
【図２９】
2018507403.tif 000042
【図３０】
2018507403.tif 000043
【図３１Ａ】
2018507403.tif 000044
【図３１Ｂ】
2018507403.tif 000045
【図３２】
2018507403.tif 000046
【図３３】
2018507403.tif 000047
【図３４】
2018507403.tif 000048
【図３５】
2018507403.tif 000049
【図３６】
2018507403.tif 000050
【図３７】
2018507403.tif 000051
【図３８（ｉ）】
2018507403.tif 000052
【図３８（ｉｉ）】
2018507403.tif 000053
【図３８（ｉｉｉ）】
2018507403.tif 000054
【図３９】
2018507403.tif 000055
【図４０】
2018507403.tif 000056
【図４１】
2018507403.tif 000057
【図４２】
2018507403.tif 000058
【国際調査報告】
2018507403.tif 000059
2018507403.tif 000060