(57)【要約】  流体カートリッジのための弁が提供される。弁は、第１および第２の流体通路のそれぞれに連結された第１および第２の開口を有する弁空洞部、ならびに弁空洞部内の可撓性膜を備え、可撓性膜は第１の開口を封止するように作動可能な第１の部分および第２の開口を封止するように作動可能な第２の部分を有し、弁空洞部は、第１の開口を第２の開口と無関係に封止できるために、第１の可撓性膜部を第２の可撓性膜部と無関係に作動できるように構成される。【選択図】なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体サンプル処理領域を減圧するための流体カートリッジ内の弁システムであって、前記流体サンプル処理領域は、
前記流体サンプル処理領域を形成するチャネル網であって、前記チャネル網は流体サンプルを前記チャネル網の中に導入するための第１のチャネルに流体連結される、チャネル網と、
前記第１のチャネルと前記チャネル網との間の遮断弁であって、前記遮断弁は前記チャネル網を密封するように作動可能であり、それによってその中に閉システムを生成する、遮断弁と、
前記チャネル網内の第２のチャネルを遮断する制御弁であって、前記制御弁は第１および第２の開口を介して前記第２のチャネルに結合された弁チャンバを有し、前記弁チャンバは、前記弁が前記第１の開口と前記第２の開口との間に流体が流れることを防ぐために閉じられると第１の容量を有し、前記第１の開口と前記第２の開口との間に流体が流れることができるために前記弁を開くと第２のより多い容量を有するように構成される、制御弁とを備え、
前記弁システムは、前記チャネル網内の前記総量を減らすために前記制御弁を閉じること、前記チャネル網を密封し、それによって前記チャネル網内に閉システムを生成するために前記遮断弁を作動させること、および前記チャネル網の前記閉システム内の前記総量を増やすために前記制御弁を開くことにより、前記流体サンプル処理領域を減圧するように作動可能である、弁システム。
【請求項２】
前記チャネル網は、
前記第１のチャネルによって導入された流体サンプルを受領し処理するための流体通路をさらに備え、前記流体通路は前記遮断弁における上流端部および下流端部を有し、前記下流端部は閉じられ、
前記第２のチャネルは前記流体通路から過剰流体サンプルを取り除くためのバイパスチャネルであり、前記バイパスチャネルは、前記流体通路に沿って途中の接合部において前記流体通路に結合され、前記接合部の上流および前記遮断弁の下流の前記第１のチャネルに結合される、請求項１に記載の弁システム。
【請求項３】
前記制御弁は、
弁空洞部および前記弁空洞部内の可撓性膜をさらに備え、前記可撓性膜は、前記第１の開口を封止するように作動可能な第１の部分および前記第２の開口を封止するように作動可能な第２の部分を有し、
前記弁チャンバは前記可撓性膜と前記弁空洞部との間に形成され、
前記弁チャンバは、前記第１の開口を前記第２の開口の後に封止できるために、前記第１の可撓性膜部を前記第２の可撓性膜部から独立して作動できるように構成される、請求項２に記載の弁システム。
【請求項４】
前記チャネル網は、
前記第１のチャネルによって導入された流体サンプルを受領し処理するための第１および第２の流体通路をさらに備え、前記第１および第２の流体通路は、それぞれ前記遮断弁における上流端部および下流端部を有し、前記下流端部は閉じられており、
前記第２のチャネルは、前記第１および第２の流体通路から過剰流体サンプルを取り除くためのバイパスチャネルであり、前記バイパスチャネルは、
前記第１の流体通路に沿って途中の接合部で前記第１の流体通路に結合された第１のバイパス部と、
前記第２の流体通路に沿って途中の接合部で前記第２の流体通路に結合された第２のバイパス部とを備え、
前記第１および第２のバイパス部は、前記それぞれの接合部の上流および前記遮断弁の下流で前記第１のチャネルに結合される、請求項１に記載の弁システム。
【請求項５】
前記弁チャンバは、
第３の開口であって、前記制御弁は、
まず前記第１の開口を介して前記接合部の上流および前記遮断弁の下流の前記第１のチャネルと、
前記第２の開口を介して前記第１のバイパス部と、
前記第３の開口を介して前記第２のバイパス部に結合される、第３の開口と、
前記弁チャンバを覆う可撓性膜であって、前記可撓性膜は、前記第１の開口を封止するように作動可能な第１の部分および前記第２および第３の開口を封止するように作動可能な第２の部分を有する、可撓性膜とをさらに備え、
前記弁チャンバは、前記第１の開口を前記第２および第３の開口の後に封止できるために、前記第１の可撓性膜部を前記第２の可撓性膜部から独立して作動できるように構成される、請求項４に記載の弁システム。
【請求項６】
流体サンプル処理領域を形成するチャネル網、前記チャネル網に流体連結された第１のチャネル、前記第１のチャネルと前記チャネル網との間の遮断弁、ならびに前記チャネル網内の第２のチャネルを遮断する制御弁を備える流体カートリッジ内の流体サンプル処理領域を減圧する方法であって、前記制御弁は、前記弁が閉じているときに前記制御弁が第１の容量を有し、前記制御弁が開いているとき有するように構成され、
流体が前記第１のチャネルを通り前記チャネル網の中に移動するステップと、
前記チャネル網の前記容量を減らすために前記制御弁を閉じるステップと、
前記チャネル網を密封し前記チャネル網内に閉システムを生成するために前記遮断弁を閉じるステップと、
前記チャネル網の前記閉システム内の前記容量を増加させ、それによって前記流体サンプル処理領域を減圧するために前記制御弁を開くステップとを含む、方法。
【請求項７】
流体カートリッジのための弁であって、
第１および第２の通路のそれぞれに結合された第１および第２の開口を有する弁空洞部と、
前記空洞部内の可撓性膜であって、前記可撓性膜は、前記第１の開口を封止するように作動可能な第１の部分および前記第２の開口を封止するように作動可能な第２の部分を有する、可撓性膜とを備え、
前記弁空洞部は、前記第１の開口を前記第２の開口から独立して封止できるために、第１の可撓性膜部を前記第２の可撓性膜部から独立して作動できるように構成される、弁。
【請求項８】
弁チャンバは前記可撓性膜と前記空洞との間に形成され、前記第１および第２の開口は前記チャンバと連通し、
前記可撓性膜の前記第１および第２の部分はそれぞれ、そのそれぞれの開口から離間された第１の位置と、そのそれぞれの開口を封止する第２の位置との間を移動できるように構成され、それによって前記弁チャンバの前記量を変更する、請求項７に記載の弁。
【請求項９】
前記弁空洞部は第３の通路に連結された第３の開口をさらに備え、前記可撓性膜の前記第２の部分も前記第３の開口を封止するように作動可能である、請求項７または８に記載の弁。
【請求項１０】
前記第１の開口と前記第２の開口との距離はａであり、前記第２の開口と前記第３の開口との距離はｂであり、ａはｂより長い、請求項９に記載の弁。
【請求項１１】
前記可撓性膜は、前記可撓性膜の前記第１および第２の部分をそれらの第１の位置に付勢するように、弾性的に変形可能な高分子膜である、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の弁。
【請求項１２】
前記弁チャンバは第１の高分子層、好ましくは前記流体カートリッジの空気圧層内に形成される、請求項１〜５または７〜１１のいずれか１項に記載の弁システム。
【請求項１３】
前記チャネル網は第２の高分子層、好ましくは前記流体カートリッジの流体層内に形成される、請求項１〜５または７〜１１のいずれか１項に記載の弁システム。
【請求項１４】
前記第１の高分子層はポリプロピレンを備える、請求項１２に記載の弁システム。
【請求項１５】
前記第２の高分子層はポリプロピレンを備える、請求項１３に記載の弁システム。
【請求項１６】
前記弁膜は熱可塑性エラストマを備える、請求項１１に記載の弁システム。
【請求項１７】
弁空洞部および前記弁空洞部内の可撓性膜を備える流体カートリッジ内の弁を作動する方法であって、
前記可撓性膜の第１の部分が前記弁空洞部内の前記第１の開口を封止するために前記第１の部分に力を加えるステップと、続いて、
前記可撓性膜の第２の部分が前記弁空洞部内の前記第２の開口を封止するために前記第２の部分に力を加えるステップとを含む、方法。
【請求項１８】
チャンバは前記可撓性膜と前記弁空洞部との間に形成され、前記可撓性膜の前記第１の部分に力を加える前記ステップは、前記可撓性膜の前記第１の部分を、前記第１の部分が前記第１の開口から離間された第１の位置から、前記第１の部分が前記第１の開口を封止する第２の位置に動かすことにより、前記チャンバの前記量を減らすことをさらに含み、前記可撓性膜の前記第２の部分に力を加える前記ステップは、前記可撓性膜の前記第２の部分を、前記第２の部分が前記第２の開口から離間された第１の位置から、前記第２の部分が前記第２の開口を封止する第２の位置に動かすことにより、前記チャンバの前記量を減らすことをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の部分と前記第１の開口との間の前記封止を破断するために、前記可撓性膜の前記第１の部分上の前記力を取り除くステップと、
前記第２の部分と前記第２の開口との間の前記封止を破断するために、前記可撓性膜の前記第２の部分上の前記力を取り除くステップとをさらに含む、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記可撓性膜は前記開位置に付勢され、前記第１の部分上の前記力を取り除く前記ステップは、前記第１の部分をその第２の位置からその第１の位置に動かすことにより前記チャンバの前記量を増やすことをさらに含み、前記第２の部分上の前記力を取り除く前記ステップは、前記第２の部分をその第２の位置からその第１の位置に動かすことにより前記チャンバの前記量を増やすことをさらに含む、請求項１８に従属する場合の請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記可撓性膜の前記第１の部分に力を加える前記ステップは、前記第１の部分が前記弁空洞部内の第３の開口を封止することをさらに含む、請求項１７〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の開口と前記第２の開口との距離はａであり、前記第２の開口と前記第３の開口との距離はｂであり、ａはｂより長い、請求項２１に記載の方法。
【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のための弁に関し、より詳細には、弁システムを減圧するために使用できる機械弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
サンプルの調整およ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、尿およ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、サンプルが輸送中で紛失される、または誤った患者と取り違えられる危険性が大きい。さらに最近の技術開発で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には満足されていない。
【０００３】
それにもかかわらず、研究所で発見さ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、検査をより迅速に単純に行うために、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、病院で単一の微小流体チップ上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、一緒に連結されるので、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。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。従来のＬＯＣに見られるようなこうした小さいチャネル内で、サンプルに異なる行為を実行するために、外力を加えてサンプルをある場所から別の場所に動かすことは困難である。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、したがってサンプル内に存在する標的の可能性も低くなる。
【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より複雑な検査を行うことが可能になる一方で、それでも地元の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】
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への関与が増加してきた。ＰＣＲ試験は、核酸の画定された部分の存在を試験する有力な方法を提供した。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い。
【０００８】
ＰＣＲをマイクロチップの基準に低減することは、携帯用検出技術およ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を体液で試験することができる。
【０００９】
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流体装置を改善する必要がある。
【００１０】
いかなる微小流体装置も弁からの濾出を最小にする必要がある。弁からの濾出を最小にすることは、生体サンプルを取り扱うように設計された装置には特に重要である。これはサンプルのいかなる濾出も汚染を引き起こさないことが可能であるだけでなく、将来検査を行う際に偽陽性をもたらすこともあるからである。微小流体装置からの濾出を最小にする必要性は、標的ＤＮＡが加えられ、偽陽性結果をもたらす危険性を増すので、ＰＣＲ技術を利用する装置内で特に急務である。
【００１１】
一部のカートリッジは、サンプルの導入から、混合およびサンプルの調整を通し、装置を通したサンプルを汲み上げ、サンプルを異なる試薬と反応させ、ならびに処理および検出からサンプルを分析するいくつかのステップを実行するように適合されてもよい。これらの装置内に、サンプルの調整を行う正面端部、ならびに処理および検出を行う背面端部が存在してもよい。カートリッジの正面端部は、通常開システム、すなわち例えばサンプルが導入される大気に排出される。したがってシステムの正面端部は最も濾出する傾向があり、処理された流体はカートリッジの背面端部から上流に濾出が起こり得るカートリッジの正面端部に移動できないことが重要である。ＬＯＣ装置では、サンプルのカートリッジの周囲の移動は、機械的または空気圧的に作動された弁によって制御される。
【００１２】
米国特許出願公開第２００９０１６２８６４号は、プローブをサンプル液内で特殊な生物学的物質と反応させるための反応槽を備える、生物学的物質の検出カートリッジを開示している。カートリッジは反応槽の内側に面する多孔質膜をさらに備え、気体・液体分離膜は多孔質膜と重なり、多孔質膜と接触した側面と反対側の気体・液体分離膜上に提供された空気ポンプを備え、空気ポンプで内部を生物学的物質とプローブとの反応中に陰圧を保つことができる。これにより反応中に反応槽内に発生したあらゆる気泡を、気体・液体分離膜を通して単純な方法によって排出することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
使用中および使用後に弁の濾出を最小にすることに加えて、弁をそれらの開位置からそれらの閉位置に動かす際に、弁が弁チャンバ内に残っている大量の余剰流体をシステムに戻させないことが、容量感知分析に使用される装置（ＰＣＲ技術を使用するカートリッジなど）に重要である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の態様では、流体サンプル処理領域を減圧するために流体カートリッジ内に弁システムが提供され、流体サンプル処理領域は流体サンプル処理領域を形成するチャネル網を備え、チャネル網は流体サンプルをチャネル網の中に導入するための第１のチャネルに流体連結され、第１のチャネルはその中に遮断弁を有し、遮断弁はチャネル網密封するように作動可能であり、またチャネル網との間の遮断弁であって、遮断弁は前記チャネル網を密封するように作動可能であり、それによってその中に閉システムを生成する。したがって遮断弁は第１のチャネルとチャネル網との間に提供される。弁システムは、チャネル網内の第２のチャネルを遮断する制御弁をさらに備え、制御弁は第１および第２の開口を介して第２のチャネルに結合された弁チャンバを有し、弁チャンバは、弁が第１の開口と第２の開口との間に流体が流れることを防ぐために閉じられると第１の容量を有し、第１の開口と第２の開口との間に流体が流れることができるために弁を開くと第２のより多い容量を有するように構成され、弁システムは、チャネル網内の総量を減らすために制御弁を閉じること、チャネル網を密封し、それによってチャネル網内に閉システムを生成するために遮断弁を作動させること、およびチャネル網の閉システム内の総量を増やすために制御弁を開くことにより、流体サンプル処理領域を減圧するように作動可能である。
【００１５】
好ましくは、チャネル網の閉システムに達した容量の増加は、少なくとも５％、より好ましくは少なくとも８％、より好ましくは少なくとも１０％、最も好ましくは１３％以上である。
【００１６】
好ましくは、減圧に続いて、閉システム内の圧力は閉システム内の開始圧力の９５％未満、より好ましくは開始圧力の９０％未満、最も好ましくは開始圧力の８８．５％以下である。
【００１７】
好ましくは、弁が開位置にあるときの弁チャンバの容量は、弁が閉位置にあるときの弁チャンバの容量の少なくとも１５０％、より好ましくは弁チャンバの開容量は閉容量の２００％、より好ましくは開容量は閉容量の２１０％、最も好ましくは開容量は閉容量の２２０％である。好ましくは、該網の総容量（弁チャンバの容量を除く）は５００μｌ〜１０００μｌ、より好ましくは６００μｌ〜９００μｌ、より好ましくは７００μｌ〜８００μｌ、最も好ましくは約７８０μｌである。
【００１８】
好ましくは、弁Ｄ２００が開いているときの弁チャンバＤ２５０の容量は５０μｌ〜３００μｌ、より好ましくは８０μｌ〜２００μｌ、より好ましくは１００μｌ〜２５０μｌ、より好ましくは１２０μｌ〜１６０μｌ、最も好ましくは約１５３μｌである。
【００１９】
好ましくは、弁Ｄ２００が閉じているときの弁チャンバＤ２５０の容量は０μｌ〜２００μｌ、より好ましくは１０μｌ〜１５０μｌ、より好ましくは２０μｌ〜１３０μｌ、より好ましくは３０μｌ〜１１０μｌ、より好ましくは４０μｌ〜９０μｌ、より好ましくは５０μｌ〜８０μｌ、最も好ましくは約６９μｌである。
【００２０】
好ましくは、チャネル網の流体サンプルの総量は１５０μｌ〜２５０μｌ、より好ましくは１７５μｌ〜２２５μｌ、より好ましくは１９０μｌ〜２１０μｌ、最も好ましくは約２００μｌである。
【００２１】
好ましくは、弁が閉じているときのシステムの圧縮量は５５０μｌ〜７００μｌ、より好ましくは５７０μｌ〜６８０μｌ、より好ましくは６００μｌ〜６６０μｌ、最も好ましくは約６４９μｌである。
【００２２】
好ましくは、弁が開いているときのシステムの圧縮量は５００μｌ〜９００μｌ、より好ましくは６００μｌ〜８００μｌ、より好ましくは７００μｌ〜７５０μｌ、最も好ましくは約７３３μｌである。
【００２３】
チャネル網は、第１のチャネルによって導入された流体サンプルを受領し処理するための流体通路をさらに備えてもよく、流体通路は遮断弁における上流端部および下流端部を有し、下流端部は閉じられており、第２のチャネルは流体通路から過剰流体サンプルを取り除くためのバイパスチャネルであり、バイパスチャネルは、流体通路に沿った途中の接合部において流体通路に結合され、接合部の上流および遮断弁の下流の第１のチャネルに結合される。処理後にサンプル処理チャンバから前進するあらゆる処理されたサンプルが薄まるのを阻止するために、流体通路から未処理の余剰流体を取り除くことが好ましい。
【００２４】
制御弁は、弁空洞部および弁空洞部内の可撓性膜を備え、可撓性膜は、第１の開口を封止するように作動可能な第１の部分および前記第２の開口を封止するように作動可能な第２の部分を有し、弁チャンバは可撓性膜と弁空洞部との間に形成され、弁チャンバは、第１の開口を第２の開口の後に封止できるために、第１の可撓性膜部を第２の可撓性膜部から独立して作動できるように構成される。独立して作動可能な弁膜部を提供することにより、弁の片側をまず閉じ、それによって過剰背圧をチャネル網に加えるのを阻止することが可能である。
【００２５】
チャネル網は、第１のチャネルによって導入された流体サンプルを受領し処理するための第１および第２の流体通路をさらに備えてもよく、第１および第２の流体通路は、それぞれ遮断弁における上流端部および下流端部を有し、下流端部は閉じられており、第２のチャネルは、第１および第２の流体通路から過剰流体サンプルを取り除くためのバイパスチャネルであり、バイパスチャネルは、第１の流体通路に沿って途中の接合部で第１の流体通路に結合された第１のバイパス部と、第２の流体通路に沿って途中の接合部で第２の流体通路に結合された第２のバイパス部とを備え、第１および第２のバイパス部は、それぞれの接合部の上流および遮断弁の下流で第１のチャネルに結合される。バイパスチャネルは、それを介して余剰流体を第１および第２の流体通路から排出できる経路を提供する。
【００２６】
弁チャンバは、第３の開口であって、制御弁は、まず第１の開口を介して接合部の上流および遮断弁の下流の第１のチャネルと、第２の開口を介して第１のバイパス部と、第３の開口を介して第２のバイパス部に結合される、第３の開口と、弁チャンバを覆う可撓性膜であって、可撓性膜は、第１の開口を封止するように作動可能な第１の部分および第２および第３の開口を封止するように作動可能な第２の部分を有する、可撓性膜をさらに備え、弁チャンバは、第１の開口を第２および第３の開口の後に封止できるために、第１の可撓性膜部を第２の可撓性膜部から独立して作動できるように構成される。第１の開口は、余剰流体を第１および第２のバイパス部に押し戻さないために、それを通って弁チャンバ内に捕捉されたあらゆる流体が第２の弁膜部を作動すると逃れることができる出口を提供する。
【００２７】
本発明の第２の態様では、流体サンプル処理領域を形成するチャネル網、チャネル網に流体連結された第１のチャネル、第１のチャネルとチャネル網との間の遮断弁、ならびにチャネル網内の第２のチャネルを遮断する制御弁を備える流体カートリッジ内の流体サンプル処理領域を減圧する方法が提供され、制御弁は、弁が閉じているときに制御弁が第１の容量を有し、制御弁が開いているとき有するように構成され、方法は、流体が第１のチャネルを通りチャネル網の中に移動するステップと、チャネル網の容量を減らすために制御弁を閉じるステップと、チャネル網を密封しチャネル網内に閉システムを生成するために遮断弁を閉じるステップと、チャネル網の閉システム内の容量を増加させ、それによって流体サンプル処理領域を減圧するために制御弁を開くステップとを含む。
【００２８】
本発明の第３の態様では、流体カートリッジのための弁が提供され、第１および第２の通路のそれぞれに結合された第１および第２の開口を有する弁空洞部と、空洞部内の可撓性膜とを備え、可撓性膜は、第１の開口を封止するように作動可能な第１の部分および第２の開口を封止するように作動可能な第２の部分を有し、弁空洞部は、第１の開口を第２の開口から独立して封止できるために、第１の可撓性膜部を第２の可撓性膜部から独立して作動できるように構成される。
【００２９】
弁チャンバは可撓性膜と空洞との間に形成されてもよく、第１および第２の開口はチャンバと連通し、可撓性膜の第１および第２の部分はそれぞれ、そのそれぞれの開口から離間された第１の位置と、そのそれぞれの開口を封止する第２の位置との間を移動できるように構成され、それによって弁チャンバの量を変更する。弁チャンバの量を変更することにより、その中に弁が配置されたシステムの量を変更することができる。
【００３０】
弁空洞部は第３の通路に連結された第３の開口をさらに備えてもよく、可撓性膜の第２の部分も第３の開口を封止するように作動可能である。
【００３１】
好ましくは、第１の開口と第２の開口との距離はａであり、第２の開口と第３の開口との距離はｂであり、ａはｂより長い。これにより弁膜の第１の部分が第１の開口を封止することなく、弁膜の第２の部分が第２および第３の開口を封止することができる。
【００３２】
可撓性膜は、可撓性膜の第１および第２の部分をそれらの第１の位置に付勢するように、弾性的に変形可能な高分子膜であってもよい。
【００３３】
弁チャンバは第１の高分子層、好ましくは流体カートリッジの空気圧層内に形成されてもよい。チャネル網は第２の高分子層、好ましくは流体カートリッジの流体層内に形成されてもよい。第１の高分子層はポリプロピレンを備えてもよい。第２の高分子層はポリプロピレンを備えてもよい。弁膜は熱可塑性エラストマを備えてもよい。
【００３４】
本発明の第４の態様では、弁空洞部および弁空洞部内の可撓性膜を備える流体カートリッジ内の弁を作動する方法が提供され、方法は可撓性膜の第１の部分が弁空洞部内の第１の開口を封止するために第１の部分に力を加えるステップと、続いて可撓性膜の第２の部分が弁空洞部内の第２の開口を封止するために第２の部分に力を加えるステップとを含む。
【００３５】
チャンバは可撓性膜と弁空洞部との間に形成されてもよく、可撓性膜の第１の部分に力を加えるステップは、可撓性膜の第１の部分を、第１の部分が第１の開口から離間された第１の位置から、第１の部分が第１の開口を封止する第２の位置に動かすことにより、チャンバの量を減らすことをさらに含んでもよく、可撓性膜の第２の部分に力を加えるステップは、可撓性膜の第２の部分を、第２の部分が第２の開口から離間された第１の位置から、第２の部分が第２の開口を封止する第２の位置に動かすことにより、チャンバの量を減らすことをさらに含む。
【００３６】
方法は、第１の部分と第１の開口との間の封止を破断するために、可撓性膜の第１の部分上の力を取り除くステップと、第２の部分と第２の開口との間の封止を破断するために、可撓性膜の第２の部分上の力を取り除くステップとをさらに含んでもよい。
【００３７】
可撓性膜は開位置に付勢されてもよく、第１の部分上の力を取り除くステップは、第１の部分をその第２の位置からその第１の位置に動かすことによりチャンバの量を増やすことをさらに含んでもよく、第２の部分上の力を取り除くステップは、第２の部分をその第２の位置からその第１の位置に動かすことによりチャンバの量を増やすことをさらに含んでもよい。
【００３８】
可撓性膜の第１の部分に力を加えるステップは、第１の部分が弁空洞部内の第３の開口を封止することをさらに含んでもよい。
【００３９】
好ましくは、第１の開口と第２の開口との距離はａであり、第２の開口と第３の開口との距離はｂであり、ａはｂより長い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に提供できる、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流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流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流体圧箔の上面図である。
【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１１】単離された発明の態様を形成できる、好都合な弁の配置の断面図である。
【図１２】単離された発明の態様を形成できる、別の好都合な弁の配置の断面図である。
【図１３ａ】単離された発明の態様を形成できる、好都合な入口ポートの配置の断面図である。
【図１３ｂ】図１３ａの入口ポートの配置の斜視図である。
【図１４ａ】単離された発明の態様を形成できる、好都合な捕捉カラムの配置の断面図である。
【図１４ｂ】図１４ａの捕捉カラムの配置の一部の斜視断面図である。
【図１５ａ】単離された発明の態様を形成できる、好都合な廃液チャンバの配置の断面図である。
【図１５ｂ】図１５ａの廃液チャンバの配置の斜視断面図である。
【図１６】例示的弁システムの概略を示す図である。
【図１７ａ】閉位置にある図１６の弁システムに適切な弁の断面図である。
【図１７ｂ】開位置にある図１７ａの弁の断面図である。
【図１８】別の例示的弁システムを含む例示的カートリッジの背面端部の概略を示す図である。
【図１９】例示的方法の流れ図である。
【図２０】本発明の第１の実施形態による弁システムの概略を示す図である。
【図２１】本発明の第１の実施形態による弁の断面図である。
【図２２】開位置にある本発明の第２の実施形態による弁の断面図である。
【図２３】中間位置にある図２２の弁の断面図である。
【図２４】閉位置にある図２２の弁の断面図である。
【図２５】本発明の実施形態による弁システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
次に本発明の実施形態について、本発明が実行される例示的流体カートリッジに照らして説明する。本発明を理解する必要はないが、構造、製造、機能の原理および流体カートリッジの使用、ならびに検査の実行に関連した方法の概要を提供することは有益である。
【００４２】
例示的流体カートリッジおよび本発明を示すために選択された関連方法は、ＰＣＲ増幅および電気化学検出を使用してクラミジア・トラコマチス菌を検出するためのものである。しかし本発明は例示的流体カートリッジおよ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標的核酸配列の試験のために様々な異なるカートリッジ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。
【００４３】
本明細書に記載され、添付図面に示された本発明の装置および方法は、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および変形形態は本開示の範囲内に含まれる。
【００４４】
例示的カートリッジは、それを通ってサンプルが流れ、その中で核酸増幅およ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、対象の増幅された核酸の検出のために電位差を提供する少なくとも２つの電極とを備える。流体部および空気圧部は、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、空気圧層およ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およ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およ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、流体部および空気圧部を生成するために相互作用してもよい。カートリッジの特定の層を指すより、むしろ流体部は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。
【００４５】
筐体、流体部およ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、および蛋白質プラスチックを含む、柔らかいときに形状され、次いで硬化でき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、およ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、流体部および空気圧部は、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。
【００４６】
空気圧箔およ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ることが好ましい。
【００４７】
標的核酸配列はサンプル内で検出されるあらゆる核酸である。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およびＲＮＡの両方の標的の増幅および／または検出を可能にすることがある。
【００４８】
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。
【００４９】
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獲得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獲得されてもよい。例えばサンプルはスワブを使用して動物から獲得されてもよく、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）食品または水から獲得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。サンプルを薄めることができ、あるいはカートリッジの中に導入される前に処理できるが、カートリッジはこの方法で前処理をされなかった物質を取り扱うことができることが好ましいことが当業者には理解されよう。
【００５０】
サンプルを獲得される動物は、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。
【００５１】
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された機能をすることを確認するために陽性および／または陰性制御を分析できる。制御部（複数可）を使用者が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。
【００５２】
内部陽性制御核酸を含むことにより、核酸増幅が失敗した（偽陰性）のでサンプルに対する陰性結果が獲得された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、陽性制御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偽陰性結果の可能性があると特定でき、別の検査を実行できる。
【００５３】
内部陰性制御を含むことにより、汚染が存在するので陽性結果が獲得できなかったかどうかを使用者が特定できる。陰性制御は、核酸が提供されない、またはサンプルが構成要素の必要がない増幅反応、例えばプライマーのないＰＣＲを受けるＰＣＲをチャンバ内で実行するものであることが可能である。増幅チャンバ内にないことが意図されたにもかかわらず核酸が検出チャンバ内に検出される場合、使用者は検査が偽陽性結果の可能性があると特定でき、別の検査を実行できる。
【００５４】
陽性制御核酸は、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あらゆる核酸であってもよい。内部制御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。そこから制御核酸が動物サンプルのために採取されてもよい、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あらゆる制御核酸を使用してよい。
【００５５】
カートリッジの流体部は、サンプルが流れるチャネルおよ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。また気体入口およ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、空気およ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およ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、排出部は廃液チャンバおよび／または廃液通気孔を備える。
【００５６】
カートリッジの流体部は、細胞溶解および核酸分離のための試薬および／または物理的成分を含む。これらは、細胞を溶解し、核酸を細胞片および他の細胞成分から分離できるあらゆる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、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、および／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（例えば蛋白質および脂質）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あらゆる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および他の細胞成分から核酸を分離できるように、細胞片および他の細胞成分を取り除くために洗浄緩衝液を使用し、続い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ために溶出緩衝液を使用する溶出を実施することができる。
【００５７】
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あらゆる標的核酸を（また存在する場合には陽性制御核酸を）増幅できることである。あらゆる核酸増幅方法を使用してもよく、これらは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は周知である。これらの試薬は、サンプル（およびあらゆる陽性制御）が一旦増幅チャンバに到達すると核酸増幅のため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あらゆる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。
【００５８】
複数の検査増幅チャネルおよび／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および／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。したがって複数の増幅検査チャネルおよび／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（あらゆる制御を含み）実行できる。別法として、複数の異なる核酸の増幅のための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つの標的核酸および１つの制御核酸であっても）同時に同じ増幅チャンバ内で増幅してもよい。
【００５９】
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のために必要なすべての試薬を含むように、核酸検出のための試薬が存在する。核酸検出のための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、核酸検出のための試薬はあらゆる核酸の存在を検出のための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。核酸検出のための試薬については例示的カートリッジに関して以下に説明するが、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。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から離れる、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ために残りのプローブへの結合から移動する際に、標識の環境における変化に起因する。プローブのタイプおよ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。標識の環境におけるこの変化は、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。
【００６０】
陽性制御核酸を使用する場合、核酸検出のための試薬はさらに標識を含む陽性制御プローブを含むことになる。陽性制御プローブは増幅された制御核酸と交雑することができる。陽性制御およ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、制御およ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、制御および標的プローブの標識によって提供される信号は異なってもよい。
【００６１】
複数の検査検出チャネルおよび／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および／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および／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のための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つの標的核酸および１つの制御核酸であっても）、同時に同じ検出チャンバ内で検出されてもよい。
【００６２】
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、国際公開第０３／０７４７３１号、国際公開第２０１２／０８５５９１号および国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ第２０１３／０５１６４３号に見られる。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。
【００６３】
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、カートリッジを通って流れるサンプル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。例えば細胞溶解およ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提供してもよい。細胞溶解およ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。
【００６４】
カートリッジは、少なくとも１つの検出チャンバを横切る電位差を提供できる少なくとも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もたらし、それによって電気化学的活性標識から信号を検出可能になる。
【００６５】
次に上の記載に従って作動する例示的カートリッジについて、添付図面を参照して記載する。
【００６６】
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ために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。
【００６７】
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。あらゆる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・ジェニタリウムおよ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核酸増幅のための試薬を備える。核酸増幅はあらゆる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、アニーリングおよ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。温度循環方法および等温核酸増幅方法のどちらでも、核酸増幅中は温度が制御される。
【００６８】
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およびループ介在等温増幅である。核酸増幅のための試薬は使用される核酸増幅方法によって異なるが、ポリメラーゼおよび三リン酸ヌクレオチドを含む。
【００６９】
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も備える。核酸検出のための試薬は、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。
【００７０】
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。
【００７１】
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、それを通って読取機が検査を実行するためにカートリッジと相互作用する、多数の空気圧、機械的、熱的および電気的界面（以下により詳しく記載する）を備える。それゆえ使用中にカートリッジは読取機の中に挿入されるはずであり、読取機は検査を行うために界面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はずである。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。
【００７２】
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およ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高レベル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。
【００７３】
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、液体サンプルおよび液体緩衝液を含む液体の通路は、上流端部および下流端部を有する「流体通路」と呼ばれる。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（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、当業者が上流方向および下流方向を見分けられる流れの認識できる方向を有する。しかしこの一般的定義に例外があり、こ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、流体流れのその一般的方向（これは下流である）の反対方向に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、内部制御を再水和する機能を果たす。
【００７４】
液体サンプルは入口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。好ましい入口ポートの特定の配置は、以下の３章でさらに記載するように、それ自体がカートリッジの単離された発明の態様を形成してもよい。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で見えるように、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。
【００７５】
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あらゆる大きい破片を濾過する。
【００７６】
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および下流ベローズ弁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、その上流弁および下流弁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および下流ベローズ弁２２ａ、２２ｂ内の可撓性膜の恩恵によって達成される。上流ベローズ弁および下流弁ベローズ２２ａ、２２ｂは、一方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の中に引き寄せるために、また他方はベローズ２０からさらに下流に主チャネル１６を通って、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。好ましい弁の特定の配置は、以下の３章でさらに詳細に記載するように、それ自体がカートリッジの単離された発明の態様を形成してもよい。
【００７７】
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、核酸を細胞片および他の細胞成分から分離することである。捕捉カラムは、どちらもガラス繊維から作成された捕捉フィルタおよびデプスフィルタを備える。好ましい捕捉カラムの特定の配置は、以下の３章でさらに詳細に記載するように、それ自体がカートリッジの単離された発明の態様を形成してもよい。
【００７８】
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。例えば検査を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、溶出緩衝液およ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。洗浄緩衝液および溶出緩衝液の主チャネル１６の中への導入は、洗浄緩衝液弁３４および溶出緩衝液弁３６のそれぞれによって制御される。検査の適切な点において、洗浄緩衝液ブリスタ３０および溶出緩衝液ブリスタ３２は、洗浄緩衝液およ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および溶出緩衝弁３６を通って主チャネル１６の中に放出するように折り畳まれる。
【００７９】
主チャネル１６の廃液分岐部１６ａに沿って捕捉カラム２４の下流に廃液チャンバ３８がある。好ましい廃液チャンバの特定の配置は、以下の３章でさらに詳細に記載するように、それ自体がカートリッジの単離された発明の態様を形成してもよい。廃液チャンバ３８の目的は、核酸以外の細胞片およ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および他の細胞成分が検査チャネル５４ａまたは制御チャネル５４ｂに入るのを防ぐ。廃液チャンバ３８は廃液通気孔４０を通って大気に放出され、エアロゾル・インパクタ４２は特定の物質が廃液チャンバ３８から大気中に漏れるのを防ぐために、廃液チャンバ３８と廃液通気孔４０との間に提供される。主チャネル１６の主チャネル廃液分岐部１６ａ内の廃液チャンバ弁４４は、検査中に流体が適切な点で廃液チャンバ３８の中を移動するのを容認および防止する。
【００８０】
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、サンプル調整を終わらせ、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、検査中に流体が適切な点で溶出チャンバ４６の中を移動するのを容認および防止する。
【００８１】
溶出チャンバ４６の下流に屈曲した混合チャネル５２がある。ここでは調整されたサンプルが遮断弁５０を通過する前に混合される。
【００８２】
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「正面端部」内に備えられることを指す一方で、遮断弁５０の下流の構成要素はカートリッジの「背面端部」内に備えられることを指す。総じて液体サンプルはカートリッジの正面端部内で分析するために調整され、分析はカートリッジの背面端部内のサンプルで実行される。
【００８３】
遮断弁５０は、調整された液体サンプルがカートリッジの正面端部から背面端部に通過できるために開く。検査の適切な点で液体サンプルが調整され、分析のためにカートリッジの背面端部内に入った後、遮断弁５０はいかなるサンプルも正面端部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、読取機は漏れを防ぐために遮断弁５０を閉じる。
【００８４】
遮断弁５０の下流では、流体通路は増幅検査チャネル５４ａおよび増幅制御チャネル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およ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。あらゆる核酸増幅方法は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。恣意的には、核酸増幅チャンバは緩衝塩、ＭｇＣｌ２、パッシベーション剤、ウラシルＮ−グリコシラーゼおよび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。
【００８５】
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および第２の浅いウェルの形の試薬収容特徴を備える。カートリッジ内で使用される試薬はウェルの中に印付けをされる。例示的カートリッジ内では、検査の特定試薬および一般的試薬はそれぞれ異なるウェルに印付けすることにより互いから隔離される。それゆえ検査の特定試薬はチャンバ内の第１のウェル内に印付けされ、一般的試薬はチャンバ内の第２のウェル内に印付けされる。個別に試薬を印付けすることにより、異なる検査を行うように、異なる組の検査の特定試薬に対して作成中に検査の特定試薬を交換することがより容易である一方で、一般的試薬はそのままに保たれる。
【００８６】
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。調整されたサンプルは遮断弁５０でカートリッジの背面端部に入り、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、したがって二重増幅および４プレックスの検出が容易である。
【００８７】
しかし１つまたは３つまたはそれ以上の核酸増幅チャンバが、望ましいあらゆる基準のマルチプレックスを提供するために提供されてもよく、提供された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の割合を維持するためにそれに応じて調節されてもよいことが理解されよう。
【００８８】
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および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倍多いマルチプレックスされた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。
【００８９】
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。陽性制御核酸に特有の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制御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制御核酸は、増幅制御チャネル内の増幅チャンバ内に提供される。乾燥された試薬は、液体サンプルが乾燥された試薬に届いたときに再構成される。
【００９０】
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、各増幅チャンバに対して２つの検出チャンバがもたらされ、全体で合計４個の検出チャンバ６２ａ〜６２ｄを提供する。標的プローブを含む核酸検出のための試薬は、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。制御プローブを含む核酸検出のための試薬は、制御増幅チャンバ５６ａまたは５６ｂ（どちら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その独自の気体ばね６４ａ〜６４ｄを提供される。
【００９１】
核酸検出のための試薬は検出チャンバ内に提供される。核酸検出のための試薬は、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によって加水分解される。上に説明したように、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。制御プローブは標的プローブと別個の検出チャンバ内に提供され、標的核酸および制御核酸の検出は、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。
【００９２】
増幅出口弁６０ａ、６０ｂの下流だが、４つの検出チャネルを生み出す分岐部の上流で、２つのバイパスチャネル６６ａ、６６ｂはそれぞれ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。
【００９３】
第１および第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は、以下の３章でさらに詳細に記載するように、それ自体がカートリッジの単離された発明の態様を形成してもよい。
【００９４】
例示的カートリッジ内の増幅チャンバの数およ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、チャンバおよ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。
【００９５】
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および作動について、図２〜１０を参照して説明する。
【００９６】
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および外形的特徴
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、読取機は複数の界面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内に示された界面は、空気圧式界面１０１、電気的界面１０２、バイパス弁界面１０３、および遮断弁界面１０４である。これらの各界面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依存してより多いまたはより少ない界面を提供できることが理解されよう。
【００９７】
熱界面もカートリッジ内に提供されるが、図示されていない。熱界面により、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。
【００９８】
図２に示された例示的カートリッジ１００は、読取機に挿入されるための挿入端部１０５および非挿入端部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、汗およ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を通ってサンプル混合チャンバ１０の中に導入されてもよい。
【００９９】
例示的カートリッジ１００および読取機は、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界面が読取機によって作動できるように構成される。一方、サンプルはサンプル混合チャンバ１０の中に導入されてもよいが、カートリッジは読取機の中に挿入されるように、サンプル入口１０７は読取機の外部に維持される。
【０１００】
図２に示された例示的カートリッジ１００は、サンプル表示器ウィンドウ１０９をさらに備え、サンプル表示器１２は、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を判定するためにサンプル表示器ウィンドウ１０９を通して見える。
【０１０１】
例示的カートリッジ１００の空気圧式、機械的および電気的界面は、すべてがこの上面１１０の場合にはカートリッジの同一面上に配置される。熱界面（図示せず）はカートリッジの底面上に提供される。これにより読取機の設計が単純化され、これは読取機の同一領域でそれらの界面と相互作用する、関連した空気圧式、機械的および電気的部位を提供してもよく、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、機械的および電気的部位から離れて提供されることも可能である。
【０１０２】
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および流体箔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およ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。
【０１０３】
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および流体箔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および流体層１１５はポリプロピレンから製造される。
【０１０４】
筐体１１１、フィルタ１１８およびパッド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接着される。それゆえブリスタ・サブアセンブリ１１２は空気圧箔１１３に接着され、空気圧箔１１３は空気圧層１１４に接着され、空気圧層１１４は流体層１１５に接着され、流体層１１５は流体箔１１６に接着される。電極層１１７も流体層１１５に接着される。
【０１０５】
互いの層の接着は、関連したチャンバ、弁、ポンプ、ベローズおよび他の構成要素とともに、カートリッジ内の一連の流密チャネルを提供する。液体サンプルがそれを通過するチャネルは液密であり、気体がそれを通過するチャネルは気密である。恣意的にすべての構成要素は液密および気密の両方である。例えば空気圧層および流体層の片側または両側に形成された凹部および開口は、一緒に挟持され、空気圧箔および流体箔のそれぞれに接着されるとき、前述のチャネル、チャンバ、弁、ポンプ、ベローズおよ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。
【０１０６】
図３の上に言及された各構成要素について、次により詳細に記載する。
【０１０７】
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およびそこから４つの側面（図４ではそのうち２つが見える）すべてに懸垂する壁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および遮断弁界面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および流体層１１５より短いので、カートリッジ１００を組み立てるときに筐体１１１はそれらの層の一部のみを覆うことに留意されよう。例示的カートリッジ１００では、空気圧式界面１０１、電気的界面１０２、およびバイパス弁界面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。
【０１０８】
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ために孔の周辺から懸垂する壁を有する。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、孔および凹部が提供さ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。
【０１０９】
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の長さに沿って走る筐体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を一緒に保持するために、空気圧層１１４内に形成された対応する数のタブを受領するために１つまたは複数のウィンドウ１２４ａ、１２４ｂを備える。次に、流体箔１１６がカートリッジ１００をその上に置く平面上に懸垂されるように、フランジ１２３は、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される。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。
【０１１０】
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提供されているが、フランジはカートリッジの３つまたは４つの縁部に沿って提供され、それでもカートリッジをその上に置く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延在する１つのフランジが提供されてもよく、または複数のフランジが各縁部に沿って提供されてもよい。
【０１１１】
筐体１１１は、非挿入端部１０６において、カートリッジ１００を読取機に手で容易に着脱できるために把持部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および溝部を備えるが、刻付けなどの摩擦を増加させる代替構造も可能である。
【０１１２】
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を通ってサンプルはカートリッジ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。
【０１１３】
例示的筐体１１１は、サンプル・ウィンドウ１０９を形成する第１の切取部１２８および遮断弁界面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界面１０４に接近させることにより、遮断弁界面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。
【０１１４】
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、実質的に空気圧箔１１３に接着される。
【０１１５】
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ための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脆弱な層によって封止され、箔または他の脆弱な層は、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。
【０１１６】
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、洗浄緩衝液および溶出緩衝液を含有する。
【０１１７】
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、チャンバを提供するように形状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封止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、封止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。
【０１１８】
示されたように、封止１３３ａ〜１３３ｃは少なくとも一部がチャンバの周縁を包囲し、封止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）各封止１３３ａ〜１３３ｃ内の点では、封止１３３ａ〜１３３ｃは残りの周縁より弱くてもよい。これにより、封止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。
【０１１９】
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）は、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。
【０１２０】
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付けを促進するために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。
【０１２１】
１．３．５空気圧層１１４
図６Ａおよび図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、場所によってプラスチック層１３５は、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ために複数の可撓性膜で外側被覆される。可撓性膜は熱可塑性エラストマから製造される。
【０１２２】
剛性プラスチック層１３５は、その中に複数の異なる形状の凹部およびそこを通る孔を有する。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および／または剛性プラスチック層１３５を通る孔は、サンプル混合チャンバ１３６、廃液チャンバ１３７、捕捉カラム１３８、溶出緩衝液１３９、第１および第２の増幅チャンバ１４０ａ、１４０ｂ、ならびに第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は電極層１１７に接近できるために提供される。
【０１２３】
外側被覆の可撓性膜および空気圧箔１１３と組み合わせて、剛性プラスチック層を通る他のいくつかの孔は、上流ベローズ弁１４２、ベローズ１４３、空気圧式界面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、廃液チャンバ弁１４８、溶出チャンバ弁１４９、遮断弁１５０、第１および第２の増幅チャンバ入口弁１５１ａ、１５１ｂ、ならびに第１および第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組み合わせてバイパス弁１５３を形成する。
【０１２４】
遮断弁１５０およびバイパス弁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、この弁は特定の圧力を弁に結合された空気圧制御線に加えることによって作動される。空気圧制御線は、カートリッジ１００をその中に挿入するときに読取機が接近した空気圧式界面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、読取機は弁を開閉するために弁に関連した空気圧制御線に適切な圧力を加えるだけである。
【０１２５】
また遮断弁１５０およびバイパス弁１５３も読取機によって機械的であるが作動される。各弁もやはり、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）を弁に適用するによって作動される。
【０１２６】
空気圧層は、組立治具が製造中に層の位置付けを促進するために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と位置合わせされる。
【０１２７】
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って）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。
【０１２８】
１．３．６空気圧箔１１３
図７は空気圧箔１１３をより詳細に示す。上に説明したように、空気圧箔１１３は空気圧層１１４の上面に接着され、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、ベローズおよび他の構成要素を流体封止する。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。
【０１２９】
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もしくは廃液チャンバ１３７、または挿入端部１０５においてバイパス弁１５３を被覆しない。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または空気圧式界面１４４のそれぞれを被覆しない。
【０１３０】
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および空気圧層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。
【０１３１】
空気圧箔１１３は、組立治具が製造中に層の位置付けを促進するために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わせされる。
【０１３２】
空気圧箔は、強度を提供し、液体サンプルおよび緩衝液を含有するために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。
【０１３３】
１．３．７流体層１１５
図８Ａおよび図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）に接着されるので、空気圧層と流体層の組み合わ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、ベローズおよび他の構成要素が位置合わせされる。
【０１３４】
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はその中にある複数の異なる形状の凹部およびそこを通る孔を有する。空気圧層１１３および流体箔１１６と組み合わせて、剛性プラスチック層１６０内のいくつかの凹部および／または剛性プラスチック層１６０を通る孔は、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および第２の増幅チャンバ１４０ａ、１４０ｂ、ならびに第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、空気圧式界面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、廃液チャンバ弁１４８、溶出チャンバ弁１４９、遮断弁１５０、第１および第２の増幅チャンバ入口弁１５１ａ、１５１ｂ、ならびに第１および第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は電極層１１７に接近できるために提供される。
【０１３５】
さらに（空気圧層１１４ではなく）流体箔１１６と組み合わせて、流体層１１５の凹部は、粗フィルタ１６２、回旋状混合チャネル１６３、およびカートリッジを組み立てるときに液体サンプルおよび液体試料がカートリッジを通過でき、弁、ポンプ、ベローズおよび他の構成要素の空気圧作動を促進するために、上述の構成要素を一緒に連結させる複数のチャネルも提供する。
【０１３６】
流体層は、組立治具が製造中に層の位置付けを促進するために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わせされる。
【０１３７】
上述のように、チャネルは空気圧式界面と上に記載された様々な弁およ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、空気圧式界面は、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および第２の増幅チャンバ入口弁
第１および第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：廃液チャンバ弁
【０１３８】
例示的カートリッジの様々な発明の態様が上に収載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および第２の増幅チャンバ入口弁および出口弁、ならびに単一ポートに連結される洗浄および溶出緩衝液空気入口）を使用して実行されてもよいが、まさに上に収載された構成が不可欠ではないことが理解されよう。
【０１３９】
１．３．８流体箔
図９は流体箔１１６をより詳細に示す。上に説明したように、流体箔１１６は流体層１１５の下面に接着され、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、ベローズおよび他の構成要素を流体封止する。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。
【０１４０】
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における検出チャンバ１４１ａ〜１４１ｄを被覆しない。
【０１４１】
流体箔１１６は、組立治具が製造中に層の位置付けを促進するために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わせされる。
【０１４２】
流体箔は、強度を提供し、液体サンプルおよび緩衝液を含有するために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。
【０１４３】
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。上に説明したように、電極層１１７は流体層１１５に接着される。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、カートリッジをその中に挿入し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実にする。
【０１４４】
各組の検出電極１６６ａ〜１６６ｄは、作用電極１６９ａ〜１６９ｄ、対電極１７０ａ〜１７０ｄおよび参照電極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。
【０１４５】
電気化学信号伝達を使用して遺伝的標的または免疫標的の存在を示してもよいことが当業者には理解される。例示的カートリッジ内で、このプロセスは、電気化学検査界面を提供するために最適化された第１から第４の検出チャンバ１４１ａ〜１４１ｄ内で実行される。
【０１４６】
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。検出チャンバ内で、流体サンプル内の一部の化合物（「電解質」と呼ばれる）は、電極に移動し電子を交換する生来の傾向を有する。このガルバノ効果は電池が作用する方法である。
【０１４７】
可溶性化合物のすべての組合せは一部の電気化学的活性を有し、この活性が生じる割合（すなわち交換された電荷量）はまさに何の化合物であるかによって決定される。それゆえ液体サンプル内の異なる検体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することが可能である。
【０１４８】
例示的カートリッジ内で、検出チャンバ１４１ａ〜１４１ｄ内の所与の酸化還元状態を維持するために必要な電流は、異なる酸化還元状態で監視される。電流は電解質を通って作用電極１６９ａ〜１６９ｄから対電極１７０ａ〜１７０ｄに供給される。
【０１４９】
また参照電極１７１ａ〜１７１ｄも電解質に接触する。電圧がこの参照電極に関連してあらわされるのは、その電圧が酸化還元条件と無関係に大きいからであり、したがってこれは測定される制御電極における化学的性質の酸化還元状態に過ぎないことを意味する。
【０１５０】
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、これは酸化還元状態の特性範囲を生成する。次いで検査結果を獲得するために、作用電極１６９ａ〜１６９ｄと対電極１７０ａ〜１７０ｄとの間を通る電流が測定される。電圧掃引は電極間に印加されたゆっくりと増加する組の電圧である。好ましくは、電圧掃引は参照電極に対して約−０．７ボルト〜約＋１ボルトである。電圧は３０〜８０ミリボルト（好ましくは４０〜６０ミリボルト、より好ましくは５０ミリボルト）のパルス振幅変調を有する連続して増加するパルスに印加される。好ましくはあるパルスから次のパルスに増加するステップは１〜５ミリボルト（好ましくは２〜４ミリボルト、より好ましくは３ミリボルト）である。電極を横切るこれらの電圧を印加することにより、数１００ナノアンプ規模の電流測定が得られる。
【０１５１】
図１０に示された検出電極の特定の配置は、それ自体がカートリッジの単離された発明の態様を形成してもよい。従来、定電位電解装置内の対電極は余剰電子を充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、より大きい信号が提供され、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供給される。
【０１５２】
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。
【０１５３】
上に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。
【０１５４】
１．４例示的カートリッジの操作方法
１．４．１正面端部
上に記載したように、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、サンプルがサンプル混合チャンバの中に存在することを示すためにサンプル表示器に移動する。
【０１５５】
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。
【０１５６】
次いでベローズ２０およびその弁２２ａ、２２ｂは、溶解緩衝液とサンプルを混合させ、内部制御を再水和するように、液体サンプルおよ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、サンプルおよ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。
【０１５７】
次いでベローズ２０およびその弁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から汲み上げ主チャネル１６の中に入れ、粗フィルタ１８を通って捕捉カラム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およ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液チャンバ３８に移動する。
【０１５８】
不要な液体サンプルが一旦廃液チャンバ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。やはりベローズ２０およびその弁２２ａ、２２ｂが作動を開始して、洗浄緩衝液を主チャネル１６に汲み上げ、捕捉カラム２４に汲み上げてあらゆる残余の不要な細胞片および捕捉カラムから出た他の細胞成分を洗浄し、洗浄緩衝液は廃液チャンバ３８を通るか、あるいは洗浄緩衝液は空気を使用して洗浄緩衝液空気入口および／または溶出緩衝液空気入口から廃液チャンバの中に洗い流される。
【０１５９】
洗浄サンプルが一旦廃液チャンバ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の中に放出される。やはりベローズ２０およびその弁２２ａ、２２ｂが作動を開始して、溶出緩衝液を主チャネル１６に汲み上げ、捕捉カラム２４に汲み上げて捕捉カラムから核酸を溶出するか、あるいは溶出緩衝液は空気を使用して洗浄緩衝液空気入口および／または溶出緩衝液空気入口から捕捉カラムの中に洗い流される。次いで調整された液体サンプルは、やはり上に記載されたように汲み上げられるか、または洗い流されることにより溶出チャンバ４６に移動する。
【０１６０】
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。
【０１６１】
１．４．２背面端部
次いでベローズ２０およびその弁２２ａ、２２ｂが動作を開始して、液体サンプルを溶出チャンバ４６から汲み上げて混合チャネル５２を通し、遮断弁５９を通して増幅チャンバ５６ａ、５６ｂの中に入れるか、あるいはサンプルは空気を使用して洗浄緩衝液空気入口および／または溶出緩衝液空気入口から増幅チャンバの中に洗い流される。核酸増幅チャンバ５６ａ〜５６ｄ内で対象の核酸（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。また制御核酸も、制御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、あらゆる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。あらゆる過剰の液体サンプルは流体通路からバイパスチャネル６８を通って取り除かれてもよい。
【０１６２】
次いでベローズ２０およびその弁２２ａ、２２ｂは作動を開始して、液体サンプルを増幅チャンバ５６ａ、５６ｂから汲み上げて検出チャネル６２ａ〜６２ｄの中に入れるか、あるいはサンプルは空気を使用して洗浄緩衝液空気入口および／または溶出緩衝液空気入口から検出チャンバの中に洗い流される。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、制御プローブは特に増幅された制御核酸に交雑する。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、標的プローブおよび制御プローブを加水分解する。標的プローブおよび制御プローブの加水分解により標識がプローブから離れて、標識からの信号の検出可能な変化がもたらされる。
【０１６３】
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、装置の背面端部内の液体サンプルを分離させる。
【０１６４】
電極は少なくとも１つの検出チャンバを横切る電位差を提供する。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、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。
【０１６５】
次に本発明について図２１〜図２５を参照して記載する。
【０１６６】
２．背面端部における液体サンプルの処理
以下の章では図２１〜図２５を参照して本発明をより詳細に説明する。本発明は上に記載した例示的流体カートリッジ、具体的には遮断弁の下流でカートリッジの背面端部に実装されてもよい。しかし本発明は、上に記載された例示的流体カートリッジ以外の環境に適用可能な、多数の利点を有することが理解されよう。
【０１６７】
しかし本発明を詳細に検討する前に、例示的カートリッジの背面端部のさらなる態様について記載する。本発明はこれらの追加の態様と組み合わせて実装されてもよいことが理解されよう。
【０１６８】
２．１液体サンプルの計量
図１６は液体サンプルを計量するための弁システムの第１の実施形態を示す。弁システムＣ１００は、流体を上流端部から下流端部に移動させるための流体通路Ｃ１１０を備え、流体通路内のサンプル処理チャンバＣ１０２は、サンプル処理チャンバＣ１０２の上流に入口弁Ｃ１０１およびサンプル処理チャンバＣ１０２の下流に出口弁Ｃ１０３を有する。サンプル処理チャンバは、例えば例示的カートリッジについて上に記載された核酸増幅チャンバ５８ａ、５８ｂであってもよいが、他のチャンバも可能である。下流のサンプル処理領域は流体通路の下流端部に提供されてもよい。例示的カートリッジ内で、下流のサンプル処理領域は標的チャンバＣ１０４であってもよく、標的チャンバＣ１０４は出口弁Ｃ１０３の下流で流体通路に沿って配置されている。やはり標的チャンバも、例えば例示的カートリッジに関して上に記載された検出チャンバ６４ａ〜６４ｄであってもよいが、他のチャンバも可能である。サンプル処理チャンバおよび標的チャンバを置く目的に関係なく、標的チャンバは、サンプルが一旦処理チャンバを通過すると、液体サンプルの容量を送達するチャンバである。
【０１６９】
バイパスチャネルＣ１０５は、出口弁Ｃ１０３と標的チャンバＣ１０４との間の接合部で流体通路に結合される。バイパスチャネルＣ１０５の目的は、標的チャンバに入ることを防ぐべきである過剰液体サンプルを、以下により詳細に記載するように流体通路から取り除くことができることである。
【０１７０】
入口弁Ｃ１０１および出口弁Ｃ１０３は、例えば例示的カートリッジの空気圧層および流体層内に形成された空気圧作動式弁であってもよい。例示的空気圧作動式弁の図は図１７に示されている。弁空洞部Ｃ２０１は、単一高分子層内または上に記載された例示的カートリッジの筐体層１１１、空気圧層１１４、および流体層１１５などの複数の層内に形成されてもよい。可撓性弁膜Ｃ２０２は、弁膜Ｃ２０２と弁空洞部Ｃ２０１との間の弁チャンバＣ２０３を画定するために弁空洞部Ｃ２０１内に形成されてもよい。膜は上に説明されたように空気圧層の上を外側被覆されてもよい。
【０１７１】
弁チャンバＣ２０３は第１の開口Ｃ２０４および第２の開口Ｃ２０５を有し、それぞれはバイパスチャネルＣ１０５、主通路Ｃ１１０の一部を形成するチャネル、またはあらゆる他のチャネルのいずれかのチャネルに連結される。可撓性膜Ｃ２０２は、流体がチャネルまたは通路を通るのを防ぐために、可撓性膜Ｃ２０２が第１および第２の開口Ｃ２０４、Ｃ２０５を封止する閉位置（図１７ａ）と、流体がチャネルまたは通路を通って流れることができるために、可撓性膜Ｃ２０２が第１および第２の開口Ｃ２０４、Ｃ２０５から離間された開位置（図１７ｂ）との間を移動可能である。
【０１７２】
弁Ｃ２００は弁空洞部Ｃ２０１に通じる開口を有する通路Ｃ２０６をさらに備える。通路Ｃ２０６の開口は、可撓性膜Ｃ２０２により第１および第２の開口Ｃ２０４、Ｃ２０５から分離される。通路Ｃ２０６は、弁を作動させるその開位置と閉位置との間を可撓性膜が移動するために作動チャネルとしての役目を果たす。好ましくは、大気下で弁膜Ｃ２０２は第１および第２の開口Ｃ２０４、Ｃ２０５を封止し、弁が閉じる。逆に真空またはゲージ圧が流体通路Ｃ２０６を介して加えられると、弁空洞部Ｃ２０１内の圧力は流体通路Ｃ１１０のチャネル内の圧力より下がり、可撓性膜Ｃ２０２は開位置に至る。作動通路Ｃ２０６は、それを通って真空またはゲージ圧を加えることができる空気圧界面上のポートに連結されてもよい。
【０１７３】
再度図１６を参照すると、入口弁および出口弁Ｃ１０１、Ｃ１０３は、それぞれ図１７ａ、１７ｂに示された弁と一致して構成されてもよいことが理解されよう。好ましくは、入口弁および出口弁Ｃ１０１、Ｃ１０３の作動通路は、実質的に入口弁および出口弁Ｃ１０１、Ｃ１０３を同時に作動できるために空気圧界面上の単一のポートに結合される。同時作動の精度を向上させるために、弁から空気圧界面への作動通路は同じ長さでもよく、通路および弁空洞部の総量は等しい。これによりゲージ圧を空気圧界面上のポート（図示せず）を介して作動通路に加えると、入口弁および出口弁Ｃ１０１、Ｃ１０３は確実に同時に開閉する。作動速度を向上させるために、入口弁および出口弁Ｃ１０１、Ｃ１０３は以下により詳細に記載するように当接部を備えてもよい。
【０１７４】
上に記載された配置により、液体サンプルの正確な量を次に説明するようにサンプル処理チャンバＣ１０２から標的チャンバＣ１０４に送達できる。液体サンプルはまず流体通路Ｃ１１０を通って導入される。サンプルは下流に流れ、開いた入口弁Ｃ１０１を通ってサンプル処理チャンバＣ１０２の中に移動する。サンプル処理チャンバが満たされると、液体サンプルはさらに下流に移動し、開いた出口弁Ｃ１０３を通るので、液体サンプルの少なくとも一部は出口弁Ｃ１０３の下流に存在する。
【０１７５】
この時点で、少なくとも出口弁Ｃ１０３（だが好ましくは入口弁Ｃ１０１および出口弁Ｃ１０３の両方）が閉じる。これにより一定の所定量の液体サンプルが確実に入口弁Ｃ１０１と出口弁Ｃ１０３との間に含有される。
【０１７６】
出口弁Ｃ１０３（または入口弁Ｃ１０１および出口弁Ｃ１０３）が一旦閉じると、出口弁の下流の過剰液体サンプルはバイパスチャネルＣ１０５を介して流体通路から取り除かれてもよい。過剰液体サンプルを取り除くための好ましい配置は以下に記載されるが、本発明の本実施形態を説明するためであればどのような手段でもよい。例えば液体サンプルを取り除くために真空をバイパスチャネルＣ１０５に加え、流体通路が確実にその通常の動作圧力に戻るために適切な再加圧システムを提供してもよい。
【０１７７】
余剰液体サンプルが一旦出口弁Ｃ１０３の下流の流体通路からバイパスチャネルＣ１０５を介して取り除かれると、一定の所定量の液体サンプルが入口弁Ｃ１０１と標的チャンバＣ１０４との間に存在する。したがって出口弁Ｃ１０３を開き、液体がサンプル処理チャンバから記載されたようなあらゆる便利な工程により標的チャンバに移動することにより、一定の所定量の液体サンプルを標的チャンバＣ１０４にたやすく送達できる。
【０１７８】
次に説明するように、図１６に関連して上に記載された弁システムが例示的カートリッジ流体カートリッジ内で使用されると、システムＣ３００の計量により、処理されたサンプルの明確な量を検出チャンバＣ３０６に送達することが確立される。
【０１７９】
次に図１８を参照すると、上に記載された例示的カートリッジ内に２つの流体通路が提供されている。当然のことながら好ましい実装形態に応じてより多いまたはより少ない通路を提供してもよい。
【０１８０】
第１の流体通路Ｃ３１０ａは第１のサンプル処理チャンバＣ３０２ａ、第１のサンプル処理チャンバＣ３０２ａの上流の第１の入口弁Ｃ３０１ａ、第１のサンプル処理チャンバＣ３０２ａの下流の第１の出口弁Ｃ３０３ａ、ならびに第１の出口弁Ｃ３０３ａの下流で第１の流体通路の主チャネルから分岐する第１および第２の検出チャンバＣ３０４ａ１、Ｃ３０４ａ２を備える。やはり好ましい実装形態に応じて流体通路ごとにより多いまたはより少ない検出チャンバを提供してもよい。
【０１８１】
同様に第２の流体通路Ｃ３１０ｂは第２のサンプル処理チャンバＣ３０２ｂ、第２のサンプル処理チャンバＣ３０２ｂの上流の第２の入口弁Ｃ３０１ｂ、第２のサンプル処理チャンバＣ３０２ｂの下流の第２の出口弁Ｃ３０３ｂ、ならびに第２の出口弁Ｃ３０３ｂの下流で第２の流体通路Ｃ３１０ｂの主チャネルから分岐する第３および第４の検出チャンバＣ３０４ｂ１、Ｃ３０４ｂ２を備える。
【０１８２】
第１および第２のバイパスチャネルＣ３０５ａ、Ｃ３０５ｂは、出口弁Ｃ３０３と検出チャンバＣ３０４との間で第１および第２の流体通路Ｃ３１０ａ、Ｃ３１０ｂのそれぞれに結合される。より多いまたはより少ない流体通路が提供される場合、対応する数のバイパスチャネルがそこに対応する数の接合部で連結されてもよいことが理解されよう。
【０１８３】
図１８に示された実施形態では、サンプル処理チャンバの標的チャンバに対する割合は１：２であるが、割合は１：１、１：３、または各流体通路の主チャネルから分岐するｎ個の標的チャンバが存在するように１：ｎであってもよいことが理解されよう。
【０１８４】
さらに図１８を参照すると、弁システムの例示的実施形態には、第１および第２のバイパスチャネルが結合される制御弁（すなわち「バイパス」弁）Ｃ３１５、第１および第２の流体通路ステムが由来する遮断弁５０、ならびに第１、第２、第３および第４の標的チャンバＣ３０４のそれぞれの下流の第１、第２、第３および第４の気体ばねＣ３０６がさらに提供されている。バイパス弁Ｃ３１５は、以下により詳細に記載するように背面端部内の液体サンプルの動きを制御するために使用される弁である。液体サンプルは、流体カートリッジの背面端部に入り遮断弁５０を通り、次いで増幅チャンバＣ３０２ａ、Ｃ３０２ｂに入る。気体ばね３０６ａ１、３０６ａ２、および３０６ｂ１、３０６ｂ２は、圧縮性気体を含有する止り穴（すなわちチャネル内の終端部）である。圧縮性気体は、気体ばねが配置されたチャネルの中に流体を押し入れる際に圧縮され、次いで圧縮性気体は流体が導入された方向と反対側の方向にチャネル内の流体に力を加える。
【０１８５】
次に弁システムＣ３００の実装形態について図１８および１９を参照して説明する。液体サンプルは弁５０ｅを介して例示的カートリッジの背面端部に導入される。液体サンプルが導入されると、第１および第２の入口弁Ｃ３０１ａ、Ｃ３０１ｂならびに第２の出口弁Ｃ３０３ａ、Ｃ３０３ｂが開き、バイパス弁Ｃ３０５が閉じる。液体サンプルが第１および第２の流体通路Ｃ３１０ａ、Ｃ３１０ｂに沿って通過すると、気体ばねＣ３０６ａ１、Ｃ３０６ａ２、Ｃ３０６ｂ１、Ｃ３０６ｂ２の終端部と流体通路の流体サンプルとの間の容量が低減する。バイパス弁Ｃ３１５は閉じているので、前進する流体サンプルの下流で空気が漏れることはできず、気体ばねＣ３０６ａ１、Ｃ３０６ａ２、Ｃ３０６ｂ１、Ｃ３０６ｂ２は圧縮された状態になる。液体サンプルは、出口弁Ｃ３０３ａ、Ｃ３０３ｂを通過するまで引き続き第１および第２の流体通路Ｃ３１０ａ、Ｃ３１０ｂに沿って前進し、その時点で過剰の流体はサンプル処理チャンバＣ３０２ａ、Ｃ３０２ｂに送達されていることは公知である。過剰の液体サンプルが一旦送達されサンプル処理チャンバＣ３０２ａ、Ｃ３０２ｂが満たされると、入口弁Ｃ３０１ａ、Ｃ３０１ｂおよび出口弁Ｃ３０２ａ、Ｃ３０２ｂは閉じる。
【０１８６】
入口弁Ｃ３０１ａ、Ｃ３０１ｂおよび出口弁Ｃ３０２ａ、Ｃ３０２ｂが一旦閉じると、サンプルはサンプル処理チャンバＣ３０２ａ、Ｃ３０２ｂ内で処理される。上に記載された例示的カートリッジでは、ＰＣＲ増幅をサンプルに行うことが予想される。入口弁Ｃ３０１ａ、Ｃ３０１ｂおよび出口弁Ｃ３０２ａ、Ｃ３０２ｂが一旦閉じると、液体サンプルがサンプル処理チャンバＣ３０２ａ、Ｃ３０２ｂ内で処理されている間、バイパス弁Ｃ３１５は開いている一方で、第１および第２の入口弁Ｃ３０１ａ、Ｃ３０１ｂならびに第１および第２の出口弁Ｃ３０２ａ、Ｃ３０２ｂは閉じたままである。液体サンプルが処理されている間、または液体サンプルが処理される前後にバイパス弁は開いていてもよい。バイパス弁Ｃ３１５が開いているとき、あらゆる好都合な方法で大気に放出するバイパス弁のお蔭で第１および第２のバイパスチャネルＣ３０５ａ、Ｃ３０５ｂを大気圧に戻すことができる。このときバイパスチャネルＣ３０５ａ、Ｃ３０５ｂ内の圧力は加圧された気体ばねＣ３０６ａ１、Ｃ３０６ａ２、Ｃ３０６ｂ１、Ｃ３０６ｂ２内の圧力より低いので、流体通路Ｃ３１０ａ、Ｃ３１０ｂ内の余剰流体は通路から押し出され、気体ばねＣ３０６ａ１、Ｃ３０６ａ２、Ｃ３０６ｂ１、Ｃ３０６ｂ２から掛けられた力によりバイパスチャネルＣ３０５ａ、Ｃ３０５ｂの中に押し入れられる。実質的にすべての余剰液体サンプルを確実に通路から押し出すために、バイパスチャネルＣ３０５ａ、Ｃ３０５ｂは出口弁Ｃ３０３ａ、Ｃ３０３ｂに直接隣接して配置されて、出口弁Ｃ３０３ａ、Ｃ３０３ｂとバイパスチャネル３０６ａ、３０６ｂが流体通路と接合する接合部との間に終端部が形成されるのを防止する。
【０１８７】
余剰流体サンプルが一旦バイパスチャネルＣ３０５ａ、Ｃ３０５ｂの中に引き込まれると、第１および第２の入口弁Ｃ３０１ａ、Ｃ３０１ｂならびに第１および第２の出口弁Ｃ３０２ａ、Ｃ３０２ｂは開き、処理されたサンプルは第１および第２の流体通路に沿って前進し、検出チャンバＣ３０４ａ１、Ｃ３０４ａ２、Ｃ３０４ｂ１、Ｃ３０４ｂ２に送達される。
【０１８８】
上に記載された方法のステップは図１９に提示されている。
【０１８９】
２．２過剰液体サンプルの排出
サンプルチャンバ内の液体サンプルを計量するための弁システムの上記の検討では、気体ばねを用いて余剰液体サンプルを計量するための機構の例が示された。余剰液体サンプルを放出するためのこの新規の機構は、入口弁および出口弁によって結合されたサンプル処理チャンバと併せて使用される場合のみに必要とされるだけではなく、その代わりに流体カートリッジ内のあらゆるサブシステムまたはサンプル処理領域の出口弁の下流の主流体通路から余剰流体サンプルを放出するために使用することができ、出口弁の上流に残った含有物のみが確実に標的チャンバに移動する。
【０１９０】
したがって図２０は、サンプル処理領域（図示せず）などのサブシステムから液体サンプルを放出するための弁システムの実施形態を示す。弁システムＣ５００は、流体を上流端部から下流端部に移動させるための流体通路Ｃ５１０、サンプル処理領域（図示せず）の下流の出口弁Ｃ５０３、および出口弁Ｃ５０３の下流の流体通路に沿って配置された標的チャンバＣ５０４を備える。標的チャンバは、例えば例示的カートリッジについて上に記載された検出チャンバ６４ａ〜６４ｄであってもよいが、特定のサンプル処理領域に応じて他のチャンバも可能である。標的チャンバを置く目的に関わりなく、標的チャンバは、液体サンプルが一旦サンプル処理領域から出ると、そのサンプルの容量が送達されるチャンバである。
【０１９１】
バイパスチャネルＣ５０５は出口弁Ｃ５０３と標的チャンバＣ５０４との間で流体通路に結合される。バイパスチャネルＣ５０５の目的は、標的チャンバＣ５０４に入るのを防ぐべき過剰液体サンプルを以下により詳細に記載するように流体通路から取り除くことができることである。
【０１９２】
気体ばねＣ５０６は標的チャンバＣ５０４の下流に提供される。上に説明したように、気体ばねＣ５０６は、圧縮性気体を含有する止り穴（すなわちチャネル内の終端部）である。圧縮性気体は、その中に気体ばねが配置されたチャネルの中に流体を押し入れられる際に圧縮され、したがって圧縮性気体はチャネル内の流体に力を加える。バイパス弁Ｃ５１５は、以下に記載するように液体サンプルの移動を制御するために使用される弁である。
【０１９３】
液体サンプルはサンプル処理領域（図示せず）から開いた出口弁Ｃ５０３の下流に移動する。液体がサンプル処理領域から出ると、出口弁Ｃ５０３は開き、バイパス弁Ｃ５１５は閉じる。液体サンプルが流体通路Ｃ５１０に沿って移動すると、気体ばねＣ５０６の終端部と流体サンプルとの間の容量が減少する。バイパス弁Ｃ５１５は閉じているので、前進する流体サンプルの下流で空気が漏れることはできず、気体ばねＣ５０６は圧縮された状態になる。液体サンプルは、液体サンプルが出口弁Ｃ５０３を通過するまで引き続き流体通路Ｃ５１０に沿って前進する。このことが一旦起きると、出口弁Ｃ５０３は閉じる。
【０１９４】
出口弁が一旦閉じると、バイパス弁Ｃ５１５は開く一方で、出口弁は閉じたままである。バイパス弁Ｃ５１５が開くと、やはりあらゆる好都合な方法で大気に放出するバイパス弁のお蔭でバイパスチャネルＣ５０５を大気圧に戻すことができる。このときバイパスチャネルＣ５０５内の圧力は加圧された気体ばね内の圧力より低いので、流体通路内の余剰流体は通路から押し出され、気体ばねＣ５０６から掛けられた力によりバイパスチャネルＣ５０５の中に押し入れられる。実質的にすべての余剰液体サンプルを確実に通路から押し出すために、バイパスチャネルは出口弁Ｃ５０３に直接隣接して配置されて、出口弁５０３とバイパスチャネルＣ５０６が流体通路と接合する接合部との間に終端部が形成されるのを防止する。
【０１９５】
余剰流体サンプルが一旦バイパスチャネルＣ５０５の中に放出されると、出口弁Ｃ５０３は開き、処理されたサンプルは流体通路に沿って前進し、検出チャンバＣ５０４に送達される。
【０１９６】
図２０に関連して論じた実施形態は、あらゆる数の流体通路、あらゆる数の標的チャンバ、およびあらゆる数の気体ばねで実装されてもよいことが認識されよう。また図２０に論じた実施形態は、図１８および１９に関連して上に記載された手法で例示的流体カートリッジ内に実装されてもよいことも認識されよう。
【０１９７】
過剰液体サンプルが一旦流体通路から取り除かれてバイパス弁の中に移動されると、あらゆる好都合な手段により液体サンプルが流体通路の中に戻るのを防ぐことができる。例えば例示的流体カートリッジ内で、遮断弁およびバイパス弁はカートリッジの背面端部内の圧力を減らし、好ましくはカートリッジの背面端部内に陰性流体圧を展開させ、それによって過剰液体サンプルをバイパス弁に向かって吸い取り、過剰液体サンプルが流体通路に向かって戻るのを防ぐように構成されてもよい。
【０１９８】
図１８〜２０に関連して上に記載された実施形態における気体ばねの使用が特に好都合であるのは、このことにより、圧力における局所の不均衡（例えば核酸増幅処理において熱循環によってもたらされた圧力など）によりこのような正確な送達を困難にする場合であっても、処理されたサンプルと等しい量を標的チャンバに送達することができるからである。バイパス弁が開いているときにバイパスチャネルＣ３０５を通る気体ばねＣ３０６および標的チャンバＣ３０４を排出し、標的チャンバを等しくすることができることにより、標的チャンバ内の圧力は等しいままで液体サンプルの等しい量を確実に送達することができる。
【０１９９】
再度例示的カートリッジ内の弁システムの実装形態を参照すると（図１８および１９参照）、各サンプル処理チャンバから分岐する複数の検出チャンバの組み合わされた量は、サンプル処理チャンバ自体の量のほぼ半分であることが好ましい。これは、サンプル処理チャンバＣ３０２から処理されたサンプルが前進する際に、サンプル処理チャンバの上流から未処理のサンプルも各流体通路Ｃ３１０に沿って移動され、サンプル処理チャンバＣ３０２の下流で処理された流体と混合するからである。利用可能な処理された流体が確実に複数の検出チャンバの組み合わされた容量の２倍が存在することにより、薄められていない処理された流体のみが検出チャンバＣ３０６の中に前進する。当然のことながらこの割合は好ましいに過ぎず、実際にはサンプル処理チャンバの容量は標的チャンバの組み合わされた容量より多いあらゆる割合が機能するはずである。
【０２００】
次に本発明について図２１〜２５を参照して説明する。
【０２０１】
２．３バイパス弁および弁システム
本発明の弁は上に記載された例示的流体カートリッジ内、特にバイパス弁６８において実装されてもよい。しかし本発明の弁は多くの利点を有し、これらは例示的流体カートリッジ以外の環境にも適用できることが理解されよう。
【０２０２】
図２１は本発明による弁Ｄ１００の第１の実施形態を示す。弁Ｄ１００は、弁空洞部Ｄ１０１および弁空洞部Ｄ１０１内に設けられた可撓性弁膜Ｄ１０５を備える。弁空洞部Ｄ１０１は単一の高分子層内に形成されてもよく、または例示的カートリッジ１００の筐体１１１、空気圧層１１４、および流体層１１５などの複数の層から構成されてもよい。弁膜Ｄ１０５は弁空洞部Ｄ１０１内に形成され、上に説明したように空気圧層の上を外側被覆されてもよい。
【０２０３】
弁空洞部Ｄ１０１は側壁Ｄ１３０、床Ｄ１３２を有し、頂部が開いている。弁空洞部Ｄ１０１は、流体層１１５内に形成された第１および第２の流体通路Ｄ１１２、Ｄ１１３に連結された床Ｄ１３２内に第１および第２の開口Ｄ１０２、Ｄ１０３を備える。第１および第２の開口Ｄ１０２、Ｄ１０３は、第１および第２の弁座を形成するために弁空洞部Ｄ１０１の第１および第２の隆起部上に配置されてもよい。
【０２０４】
弁空洞部Ｄ１０１の可撓性弁膜Ｄ１０５と床Ｄ１３２との間に弁チャンバＤ１１５が画定される。したがって弁チャンバは第１および第２の開口Ｄ１０２、Ｄ１０３に流体連結される。
【０２０５】
弁膜Ｄ１０５は第１の弁膜部Ｄ１２２および第２の弁膜部Ｄ１２３を備える。
【０２０６】
第１の弁膜部Ｄ１２２は、第１の弁膜部Ｄ１２２が第１の開口Ｄ１０２から離間され、流体が第１の通路Ｄ１１２と弁チャンバＤ１１５との間を流れることができる開位置と、第１の弁膜部Ｄ１２２が第１の開口Ｄ１０２を封止し、いかなる流体も第１の通路Ｄ１１２と弁チャンバＤ１１５との間を流れることを防ぐ閉位置との間を移動可能である。
【０２０７】
同様に第２の弁膜部Ｄ１２３は、第２の弁膜部Ｄ１２３が第２の開口Ｄ１０３から離間され、流体が第２の通路Ｄ１１３と弁チャンバＤ１１５との間を流れることができる開位置と、第２の弁膜部Ｄ１２３が第２の開口Ｄ１０２を封止し、いかなる流体も第２の通路Ｄ１１３と弁チャンバＤ１１５との間を流れることを防ぐ閉位置との間を移動可能である。
【０２０８】
したがって弁チャンバＤ１１５は、第１および第２の弁部がそれらの開位置にあるときに第１の容量Ｖ１を有し、第１および第２の弁部のうち１つがその開位置にあり、他方がその閉位置にあるときに第２の容量Ｖ２を有し、第１および第２の弁の位置がそれらの閉位置にあるときに第３の容量Ｖ３を有することが理解されよう。Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３であることが理解されよう。容量Ｖ３は理想的にはできる限り小さく、実質的にゼロであってもよい。
【０２０９】
第１および第２の弁膜部Ｄ１２２、Ｄ１２３は互いに独立して作動可能である。例えば弁が例示的カートリッジ内に使用され、カートリッジが読取機の中に挿入されると、読取機は、足部などの第１および第２の機械的作動装置を適用して第１および第２の弁膜部Ｄ１２２、Ｄ１２３を独立して作動させる。これは臨界圧が弁の片側に維持されている例示的カートリッジの背面端部などの封止されたシステムに好都合である。この場合、第１および第２のチャネルに対応する弁座は、弁チャンバが弁チャネルに開いている間は第１および第２のチャネルを加圧すること、またはその中の液体を置換することを阻止するために作動できる。
【０２１０】
次に図２２を参照すると、本発明による弁Ｄ２００の第２の実施形態が示されている。第２の実施形態は第１の実施形態と同一である（また同じ参照番号は同様の特徴を指す）。但し第３の開口Ｄ２０４は、第１および第２の開口Ｄ２０２、Ｄ２０３に加えて弁空洞部の床内に設けられている。第３の開口Ｄ２０４は第３の通路Ｄ２１４に連結され、流体が第３の通路Ｄ２１４と弁チャンバＤ２５０との間を移動するのを防ぐために、第２の弁膜部Ｄ２２３によって封止されるように適合される。
【０２１１】
図２２に示された実施形態では、第２および第３の開口Ｄ２０３、Ｄ２０４は第２および第３の隆起部Ｄ２４３、Ｄ２４４上に配置される。しかし第２および第３の開口は図１８に示されたように単一の隆起部Ｄ３４３上に配置されてもよく、または第２および第３の開口は弁空洞床の残余部と同一平面上に配置されてもよいことが理解されよう。
【０２１２】
示されたように、第２および第３の開口Ｄ２０３、Ｄ２０４は距離ｂだけ離間している。第１の開口Ｄ２０２は第２の開口Ｄ２０３から距離ａだけ離間している。第１の開口Ｄ２０２と第２の開口Ｄ２０３との距離ａは、第２の開口Ｄ２０３と第３の開口Ｄ２０４との距離ｂより大きい。これは第２および第３の開口Ｄ２０３、Ｄ２０４を第２の弁膜部Ｄ２２３で封止することができ、第１の開口Ｄ２０２を第１の膜部Ｄ２２２で封止できるために都合がよい。
【０２１３】
図２１および２２に示された第１および第２の実施形態では、弁は２つまたは３つの開口を有するように示されているが、４つ以上の開口を設けられてもよいことが理解されよう。開口は、好ましい実装形態に応じて第１の膜部または第２の膜部で封止されるようにあらゆる方法でグループ化されてもよい。図に示された実施形態では、弁膜は第１および第２の弁膜部を有するように示されているが、弁膜は３つ以上の弁膜部を有してもよく、それぞれは１つまたは複数の開口を封止するように適合され、それぞれは独立して作動可能であるように適合されることが可能であることも理解されよう。
【０２１４】
上に記載されたように、第１の弁膜部Ｄ２２２および第２の弁膜部Ｄ２２３は、例えば読取機（図示せず）内に設けることが可能な第１および第２の機械的作動装置Ｄ２３２、Ｄ２３３により機械的に作動されてもよい。第１の機械的作動装置Ｄ２３２は、第１の機械的作動装置Ｄ２３２が第１の弁膜部Ｄ２２２から離間した第１の位置から、第１の機械的作動装置Ｄ２３２が第１の弁膜部を開口Ｄ２０２に押圧させる第２の位置に移動可能であるように構成される。同様に、第２の機械的作動装置Ｄ２３２は、第２の機械的作動装置Ｄ２３２が第２の弁膜部Ｄ２２３から離間した第１の位置から、第２の機械的作動装置Ｄ２３２が第２の弁膜部Ｄ２３３を第２および第３の開口Ｄ２０３、Ｄ２０４に押圧させる第２の位置に移動可能であるように構成される。
【０２１５】
弁は、機械的作動装置Ｄ２３２およびＤ２３３が実質的に弁膜Ｄ２０５のすべてに接触することができるように構成されてもよい。別法として、弁は、機械的作動装置Ｄ２３２およびＤ２３３が弁膜Ｄ１０５の一部のみに接触することができるように構成されてもよい。
【０２１６】
次に図２３および２４を参照すると、第２および第３の開口を比較的近接して位置づけることにより、第２の弁膜部Ｄ２２３は、弁膜Ｄ２０５に接触するために大きい面積を必要とすることなく、第２および第３の開口Ｄ２０３、Ｄ２０４を効果的に封止するように作動されてもよい。逆に、第２の開口Ｄ２０３と第１の開口Ｄ２０２との距離が比較的大きいことにより、弁膜部Ｄ２２３の第２の部分が第１の弁膜部Ｄ２２２を実質的に押圧することなく第２の付勢手段によって押圧されることが可能になる。
【０２１７】
好ましくは、弁膜Ｄ２０５は、弁が第１の位置に付勢されるように弾性的に変形可能な高分子から形成される。好ましくは、弁膜Ｄ２０５は少なくとも０．２５ｍｍの厚さ、最も好ましくは約１ｍｍの厚さを有する。これにより、弁膜が開口を覆う有効な封止のための適合性を提供するのに十分な厚さであることを確実にする。付勢手段Ｄ２３２、Ｄ２３３を第２の位置から第１の位置に移動させることにより、付勢手段Ｄ２３２、Ｄ２３３はもはや弁膜Ｄ１０５を開口Ｄ２０２、Ｄ２０３、Ｄ２０４に押圧させず、弁は開位置に戻る。
【０２１８】
弁Ｄ２００の実装形態について図２５を参照して説明する。特に弁Ｄ２００は上に論じた例示的流体カートリッジの背面端部においてバイパス弁６８として使用される。
【０２１９】
図２５は例示的カートリッジ１００の以下の特徴、すなわち主チャネル１６の溶出分岐部１６ｂ、遮断弁５０、混合チャネル５２、第１および第２のＰＣＲチャネル５４ａ、５４ｂ、ならびに第１および第２のバイパスチャネル６６ａ、６６ｂを示す。例示的カートリッジ１００に存在するある特定の特徴は明確にするために図２５から割愛されている。
【０２２０】
前段落に言及されたチャネル網および弁は、弁システムＤ５００を形成する、すなわち例示的流体装置の背面端部の一部である。本発明は好ましい実装形態に応じて他の弁システム内に他のチャネル網とともに実装されてもよいことが理解されよう。特に図２５におけるシステムは、上の２．１章および２．２章の下に記載された特徴と組み合わされてもよいことが理解されよう。
【０２２１】
図２５に示されたように、第１および第２のバイパスチャネル６６ａ、６６ｂは、それぞれバイパス弁Ｄ２００の第２および第３の開口Ｄ２０３、Ｄ２０４に連結される。第１の開口２０２および第１の通路Ｄ２１２は、遮断弁の下流で主チャネル１６の溶出分岐部１６ｂに結合される。
【０２２２】
上に説明したように、例示的流体カートリッジの背面端部は、遮断弁５０が閉じているときに閉位置を形成する。それゆえ図２５に示された弁システムＤ５００内でバイパス弁Ｄ２００を使用する第１の利点は、検査の終了後にバイパス弁Ｄ２００を使用して背面端部を減圧できることである。これにより以下のようなことが起こり得る。流体サンプルが一旦例示的カートリッジ１００の検出チャンバ（図示せず）の中に汲み上げられると、遮断弁が閉じて背面端部内に閉システムを形成することができる。しかし遮断弁５０が閉じる前に適切な時点で第１の可撓性膜部Ｄ２２２は、好ましくは第２の可撓性膜Ｄ２２３も、機械的作動装置によりそれらの閉位置に押され、それによって弁チャンバＤ２５０内の容量が低減することがある。
【０２２３】
弁チャンバＤ２５０の容量がその最大値を下回るとき（例えば可撓性膜部Ｄ２２２、Ｄ２２３の一方または両方がその閉位置にあるとき）、遮断弁は閉じてもよく、それによって背面端部内に封止されたシステムが形成される。遮断弁が一旦閉じると、可撓性膜部Ｄ２２２、Ｄ２２３はそれらの開位置に戻ってもよく、それによって弁チャンバＤ２５０の容量はその最大値に増加する。
【０２２４】
一例では、図２２に示されたように弁Ｄ２００が開位置にあり弁膜Ｄ２０５が開口Ｄ２０３、Ｄ２０４から離間しているとき、弁チャンバＤ２５０の容量はＶｃｈａｍｂｅｒ（ｏｐｅｎ）である。図２４に示されたように弁Ｄ２００が閉位置にあるとき、弁チャンバＤ２５０の容量はＶｃｈａｍｂｅｒ（ｃｌｏｓｅｄ）である。Ｖｃｈａｍｂｅｒ（ｃｌｏｓｅｄ）は約６９μｌであってもよいが、実質的にゼロを含む他の容量であることが可能である。
【０２２５】
それゆえ弁Ｄ２００が開位置にあるとき、弁システムＤ５００の容量は
Ｖｏｐｅｎ＝Ｖｃｈａｍｂｅｒ（ｏｐｅｎ）＋Ｖｎｅｔｗｏｒｋである。
【０２２６】
弁Ｄ２００が閉位置にあるとき、弁システムＤ５００の容量は
Ｖｃｌｏｓｅｄ＝Ｖｃｈａｍｂｅｒ（ｃｌｏｓｅｄ）＋Ｖｎｅｔｗｏｒｋである。
【０２２７】
弁チャンバの閉じた容量が実質的にゼロであるとき、
Ｖｃｌｏｓｅｄ＝Ｖｎｅｔｗｏｒｋであることが理解されよう。
【０２２８】
例示的実施形態では、開いているときの弁チャンバの容量（Ｖｃｈａｍｂｅｒ（ｏｐｅｎ））は約１５３μｌであり、閉じているとき（Ｖｃｈａｍｂｅｒ（ｃｌｏｓｅｄ））は約６９μｌである。例示的実施形態では、チャネル網の総容量Ｖｎｅｔｗｏｒｋ（弁空洞部の容量を除く）は約７８０μｌである。通常システムは約２００μｌの流体サンプルを含有し、これは膨張しない。それゆえ制御弁が開いているとき、閉システムＤ５００の圧縮可能な容量（Ｖｏｐｅｎ）は約７３３μｌである。制御弁が閉じているとき、閉システムＤ５００の圧縮可能な容量（Ｖｃｌｏｓｅｄ）は約６４９μｌである。
【０２２９】
上に与えられた容量は例示であり、それらの容量は様々な大きさの流体網に使用するように適合できることが当業者には理解されよう。例えばチャネル網の閉システムＤ５００の容量の増加は好ましくは少なくとも５％、より好ましくは少なくとも８％、より好ましくは少なくとも１０％、最も好ましくは少なくとも１３％である。減圧に続いて、閉システムＤ５００内の圧力は好ましくは閉システム内の開始圧力の９５％未満、より好ましくは開始圧力の９０％未満、最も好ましくは開始圧力の８８．５％以下である。弁が開いているときの弁チャンバＤ２５０の容量は、好ましくは弁が閉位置にあるときの弁チャンバＤ２５０の容量の少なくとも１５０％、より好ましくは開いた容量は閉じている容量の２００％、より好ましくは閉じた容量の２１０％、最も好ましくは開いた容量は閉じた容量の２２０％である。
【０２３０】
弁Ｄ２００が閉じているときに遮断弁が開いている場合、Ｖｃｈａｍｂｅｒ（ｏｐｅｎ）−Ｖｃｈａｍｂｅｒ（ｃｌｏｓｅｄ）と等しい流体容量が、チャネル網の外側（遮断弁の上流）に置換され、チャネル網内（遮断弁の下流）に残ったＶｎｅｔｗｏｒｋ＋Ｖｃｈａｍｂｅｒ（ｃｌｏｓｅｄ）と等しい流体容量が存在することになる。
【０２３１】
遮断弁５０が閉じているとき、システムは閉システムになり、そのシステム内の流体の量は固定される。次いで遮断弁が閉じた後に弁Ｄ２００が再度開くと、システムの容量はＶｏｐｅｎに戻る。Ｖｏｐｅｎ＞Ｖｃｌｏｓｅｄであるので、システム内の圧力は低減し、好ましくは陰圧がシステム内に生成される。圧力のこの低減によりカートリッジの濾出の危険性が低下する。圧力のこの低減が十分に大きい場合、システムが初めにわずかに加圧された場合であっても、システム内に陰圧を生成することができる。
【０２３２】
システムの容量を低減させるために弁Ｄ２００を閉じ、システムを閉じるために遮断弁を閉じ、次いでシステムの容量を増加させるために弁Ｄ２００を開くことにより、システム内の圧力を低減させ、好ましくは例示的カートリッジの背面端部内に陰圧を獲得することができる。好ましくは、弁チャンバＤ２５０の容量の変化が充分に大きいので、流体網内の著しい圧力変化に有効である。図に示された実施形態では弁チャンバは２つまたは３つの開口を有するように示されているが、システムを減圧するこの方法はあらゆる数の開口とともに機能することが理解されよう。
【０２３３】
上に記載されたように、第１および第２のバイパスチャネル６６ａ、６６ｂを使用して、過剰流体サンプルを第１および第２の流体通路から第１および第２のＰＣＲチャネル５４ａ、５４ｂを通って取り除いてもよい。したがって第１のバイパスチャネル６６ａは第１のＰＣＲチャネル５４ａ内の第１の流体通路に結合され、第２のバイパスチャネル６６ｂは第２のＰＣＲチャネル５４ｂ内の第２の流体通路に結合される。
【０２３４】
検査の適切な時点で、バイパス弁Ｄ２００を閉じることが必要である。しかしバイパス弁を閉じるとき、第２および第３の開口Ｄ２０３、Ｄ２０４を封止する膜によってもたらされた圧力変化が、特に流体がシステムのどこからも濾出できない場合に、バイパスチャネル６６ａ、６６ｂ内の流体をＰＣＲチャネル６６ａ、６６ｂに向かって戻す危険性がある。これは望ましくない。それゆえ図２５に示された弁システムＤ５００内のバイパス弁Ｄ２００を使用する第２の利点は、このような逆流をもたらす圧力変化を軽減できることである。
【０２３５】
弁Ｄ２００を使用することにより、第２の弁膜部に力を加える第１のステップでは、第２の弁膜部が弁チャンバの第２および第３の開口の封止が実行されてもよい。図２３は、第２および第３の開口が第２の弁膜部Ｄ２２３によって封止される一方で、第１の開口Ｄ２０２は開いたままである、中間位置にある弁Ｄ２００を示す。次いで第１の弁膜部Ｄ２２２が弁チャネルＤ２５０内の第１の開口Ｄ２０２を封止するために、第１の弁膜部Ｄ２２２に力を加えることを含む第２のステップが実行される。
【０２３６】
弁チャンバ内の第１の開口を閉じる前に第２および第３の開口を閉じることにより、第２および第３の通路を過剰に加圧することを阻止し、実際には第１および第２のバイパスチャネルへの逆流を最小にすることができる。
【０２３７】
上に記載された方法は第１、第２および第３の開口を有する弁を指すが、この方法は２つの群に配置された２つまたは４つまたはそれ以上の弁を有する弁に適合されてもよいことが理解されよう。２つの群において、弁の第１の群は第１の弁膜部によって封止され、弁の第２の群は第２の弁膜部によって封止されてもよい。この文脈では、１つの群は１つまたは複数の弁を指すことが意図される。
【０２３８】
好ましくは、４つ以上の開口を有する本発明の実施形態では、第１の弁膜部は第１の開口を封止するように構成され、第２の弁膜部はあらゆる後続の開口を封止するように適合される。加えて弁チャンバの開口は、隆起弁座を生成するために弁チャンバの隆起部上に配置されてもよい。各隆起部は複数の開口を備えてもよく、または各開口はその独自の隆起部を設けられてもよい。別法として、開口の一部またはすべてが隆起部上に配置されなくてもよい。以下の特許請求の範囲が本発明の範囲を定義づけ、これらの特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内の方法および構造がそれによって網羅されることが意図される。
【０２３９】
本発明の好ましい実装形態が図に示されているが、本明細書に記載された本発明の実施形態の様々な代替形態を、本発明を実行する際に利用できることを理解されたい。
【０２４０】
３．追加の単離された発明の態様
以下は、請求できる、上に記載された例示的カートリッジの単離された態様の非網羅的一覧である。これらの態様は図１１〜１５を参照して記載されている。これも請求できる、上記の例示的カートリッジのさらなる態様が存在することを除外するものではなく、本章に含まれる。
【０２４１】
３．１デッド容積を最小にするための弁
次に流体カートリッジ内の弁の好都合な配置について記載し、これは単離された発明の態様を形成してもよい。
【０２４２】
それゆえ一態様では、流体カートリッジのための弁が提供され、弁は、
第１および第２の通路のそれぞれに連結された第１および第２の開口を有する弁空洞部と、
第１の通路と第２の通路との間の流体流れを防ぐために可撓性膜が第１および第２の開口を封止する閉位置と、第１の通路と第２の通路との間を流体が流れることができるために可撓性膜が第１および第２の開口から離間された開位置との間を移動可能な可撓性膜とを備え、
弁空洞部は屋根および床を備え、床は該第１および第２の開口を備え、
可撓性膜と弁空洞部の屋根との間の当接部であって、当接部はその開位置において膜の移動を制限する、当接部をさらに備える。
【０２４３】
好ましくは、当接部は可撓性膜上に提供され、突起部、ケージ、唇部または交差構造の１つまたは複数を備える。
【０２４４】
本明細書に記載された弁内の可撓性膜がその開位置において移動できる範囲を制限することが場合によって好都合である。すなわち弁膜が開くために移動する距離を最小にし、したがって弁膜が閉じるために移動しなければならない距離を最小にすることが望ましい。この距離を最小にすることによって、弁空洞部内のデッド容積が低減され、弁の反応性が改善する。
【０２４５】
それゆえ図１１により詳細に示されたように、弁３００の好ましい実施形態は当接部３０２をさらに備える。示された例の当接部は交差構造であるが、異なる実施形態では突起部、ケージ、または唇部などが弁空洞部の屋根３０６に接触するように可撓性膜３０４の上面に取り付けられ、したがって膜のその開位置における移動を制限してもよい。
【０２４６】
チャネルおよび弁の開口は図１１に示されていないことを理解されたい。
【０２４７】
当接部は例示的カートリッジの増幅チャンバを満たすときに特に好都合であるのは、当接部は弁空洞部内のデッド容積を低減し、したがって可撓性膜の底面と弁空洞部内の開口との間の距離を制限し、それによって流体のより正確な量を増幅チャンバの中に計量できるからである。
【０２４８】
３．２弁内のクラック圧
次に流体カートリッジ内の弁の好都合な配置について記載し、これは単離された発明の態様を形成してもよい。
【０２４９】
それゆえ一態様では、流体カートリッジのための弁が提供され、弁は、
第１および第２の通路のそれぞれに連結された第１および第２の開口を有する弁空洞部と、
第１の通路と第２の通路との間の流体流れを防ぐために可撓性膜が第１および第２の開口を封止する閉位置と、第１の通路と第２の通路との間を流体が流れることができるために可撓性膜が第１および第２の開口から離間された開位置との間を移動可能な弁空洞部内の可撓性膜とを備え、
弁は、可撓性膜が閉位置から開位置に移動するために第１の通路内に必要な圧力が、可撓性膜が閉位置から開位置に移動するために第２の通路内に必要な圧力より高いように構成される。
【０２５０】
弁空洞部内には、可撓性膜と床との間に部分領域（弁チャンバとして公知である）が存在することが理解されよう。また弁チャンバと反対側の可撓性膜上の弁空洞部内にも部分領域が存在する。この部分領域は一定容量を有する。その容量内の圧力は、例えば作動チャネルを介して陽圧またはゲージ圧をその容量に加えることによって変えることができる。作動チャネルは、例えば空気圧式界面を介して陽圧またはゲージ圧の源に連結されてもよい。容量内の圧力は作動圧力として公知である。この作動は上により詳細に記載されている。
【０２５１】
好ましい配置では、第１および第２の開口は、第１の通路内の流体が比較的小さい断面積のみを覆う可撓性膜上で作用する一方で、第２の通路内の流体はより大きい断面積、好ましくは実質的に膜全体を覆う可撓性膜上で作用するように配置されてもよい。
【０２５２】
この効果により、弁が第２の通路内の圧力よりはるかに大きい第１の通路内の圧力に耐えることができる。
【０２５３】
好ましくは、弁空洞部は、第１および第２の開口、ならびにその間に可撓性膜が延在する１つまたは複数の壁を備える床を有し、第２の開口は開口と可撓性膜との間で床内の凹部に結合され、凹部は開口より大きい断面積を有する。
【０２５４】
好ましくは、第１の開口は床内の中心に配置され、第２の開口が第１の開口と弁空洞部の壁との間に配置されるように、凹部は第１の開口の周囲に延在する。特に好ましい配置では、弁空洞部は円形断面を有し、凹部は第１の開口を包囲する環状凹部である。
【０２５５】
好ましくは、第２の流体通路の開口は弁チャンバの外周に隣接して配置される。好ましくは、弁チャンバは２〜１０ｍｍ、好ましくは３〜７ｍｍ、より好ましくは４〜６ｍｍの直径を有する。より好ましくは、第２の開口は第１の開口から２ｍｍだけずれている。
【０２５６】
その閉位置にある例示的弁が図１２に示されている。弁３１０は、上に示された例示的流体カートリッジの任意の弁の代わりに使用されてもよい。弁は空洞床３１６を覆う可撓性膜３１４を有する弁空洞部３１２を備え、空洞床３１６内に第１の孔３１８および第２の孔３２０が提供され、それぞれは第１の流体通路３２２および第２の流体通路３２４に繋がっている。
【０２５７】
空洞部３１２は、第２の高分子層（好ましくは例示的カートリッジの第２の流体層１１５）と結合した第１の高分子層（好ましくは例示的カートリッジの流体層１１４）内の間隙から形成される。
【０２５８】
可撓性膜３１４は、弁がその閉位置に示されるように空洞部の床３１６を覆って示されている。弁は、本明細書に記載されたようにこの位置から開位置（この場合、弁は床３１６および孔３２２、３２４から離間されて弁チャンバを形成する）に移動可能である。
【０２５９】
弁の第１の開口３１８は第１の高分子層内に形成された間隙の外周内の中心に配置され、したがって弁空洞部３１２の中心に配置される。弁の第２の開口３２４は第１の開口３２２からずれている。第２の開口は床内の環状凹部３２６に結合され、したがって可撓性膜３１４に作用する第２の通路３２４内の流体を覆う断面積は、可撓性膜に作用する第１の通路３２２内の流体を覆う断面積よりはるかに大きい。
【０２６０】
第１の通路内の流体の圧力は、可撓性膜の比較的小さい断面積のみを覆う可撓性膜に作用する。したがって可撓性膜の反対側の弁空洞部内の流体の圧力は膜全体を覆って作用するので、その圧力は膜がその開位置に移動することなくより低くてもよい。
【０２６１】
対照的に、第２の通路内の流体の圧力は、可撓性膜の比較的大きい断面積を覆う可撓性膜に作用する。それぞれの断面積は接近しているので、第２の通路内の圧力も、可撓性膜が弁空洞部内の圧力に対して耐えられる。
【０２６２】
好ましくは、流体通路の開口のそれぞれの断面積により、膜は第１の中心流体通路上の作動圧力の約２．５倍の圧力だが、第２のずれた流体通路の開口上の作動圧力（すなわち弁空洞部内の圧力）に等しい圧力のみに耐えられる。
【０２６３】
３．３入口ポートの設計
次に流体カートリッジ内の入口ポートの好都合な配置について記載し、これは単離された発明の態様を形成してもよい。
【０２６４】
それゆえ一態様では、液体サンプルを処理するための流体カートリッジが提供され、カートリッジは、
液体サンプルをサンプル混合チャンバの中に導入するためのサンプル入口孔と、
入口孔を包囲しサンプル混合チャンバの中に延在するケージであって、ケージは、サンプル入口を通って導入されたサンプル供給装置が終端になるように半径方向内方に延在する１つまたは複数の突起部をさらに備える、ケージとを備える、サンプル混合チャンバを有する。
【０２６５】
ケージの本体は、１つもしくは複数の細長い棒、または１つもしくは複数の中実壁から形成されてもよく、サンプル混合チャンバの屋根から懸垂する。中実壁が提供される場合、好ましくは、それを通ってサンプル供給装置によって導入された液体サンプルが通過できる、壁の下部に孔が存在する。好ましくは、本体を形成する棒または壁は、サンプル入口を通って導入される従来のサンプル供給装置の先端部と一致するように先細である。
【０２６６】
中実壁は、中実壁が障壁を提供して混合チャンバの中に導入された流体が入口孔から外に漏れるのを防ぐというさらなる利点を有し、これは使用中にカートリッジが上下逆になる場合に特に有益である。
【０２６７】
ケージが中実壁から形成される場合、突起部は孔から離れて壁から内方に延在する隆起部であってもよい。好ましくは、入口孔の両側から延びる突起部は、サンプル混合チャンバの床の上、より好ましくはサンプル混合チャンバの液体充填基準の上に位置付けられる。これは、液体サンプルが一旦混合チャンバの中に導入されるとサンプル供給装置の中に吸い戻されることを防ぐ。
【０２６８】
好ましくは、サンプルの導入中に空気をチャンバから逃がすことができるように、サンプル混合チャンバ内に通気孔が提供される。これは入口孔がサンプル供給装置によって封止されるときに特に有益である。
【０２６９】
好ましくは、サンプル供給装置によって導入されたサンプルが可視表示領域の中に向けられるために、サンプル混合チャンバ内にガイドチャネルが提供される（その一部は好ましくは入口孔の真下にある）。例示的可視表示領域は例示的カートリッジに関連して上に記載されている。
【０２７０】
好ましくは、本明細書に記載された可視表示領域の屈折率の変化により、サンプルが導入されたときを特定する。可視表示領域は狭い流体通路を備えてもよく、この流体通路は毛細管現象を用いて流体サンプルによって充填される。狭い流体通路を充填することにより、可視表示領域の屈折率が変わり、色の変化によりサンプルが導入されたときを特定する。
【０２７１】
次にこの態様の好ましい実施形態について、例示的流体カートリッジを参照に記載する。筐体１１１（図４参照）は、それを通っ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できる、サンプル入口孔１２６を備える。図１３ａにより詳細に示されたように、サンプル混合チャンバ１０は空気圧層１１４から形成され、空気圧層１１４は、入口孔の領域内で筐体１１１に隣接した屋根、およびそれを通って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対応する入口孔を有する。
【０２７２】
混合チャンバ１０の屋根は、屋根からサンプル混合チャンバ１０の中に延びる入口孔１２６を包囲する壁３３０によって形成されたケージ構造、および壁３３０から半径方向内方に延びる隆起部３３２を備える。ケージ構造の形状により、ピペットなどのサンプル供給装置をサンプル混合チャンバ１０内の正しい位置に配置でき、隆起部３３２はピペットがサンプル混合チャンバ１０の表面に接触するのを防ぎ、それによって汚染の危険性が低減する。ピペットとの係合をさらに高めるために壁３３０を先細にすることができる。
【０２７３】
サンプル供給装置が一旦孔を通って配置されると、使用者はサンプルを投与できる。隆起部３３２は、サンプルをサンプル混合チャンバの中に投与した後、使用者が偶発的にサンプルを吸い戻すのを防ぐために、サンプル混合チャンバの公称液体充填基準（図示せず）の上に位置付けられる。
【０２７４】
チャンバの中に通気孔３３４を提供することにより、入口孔がサンプル供給装置によって封止される場合に空気を逃すことができる。
【０２７５】
サンプル混合チャンバ１０の中にガイド３３６が提供され、その一部は入口孔１２６の真下にあって、サンプル供給装置によって導入されたサンプルを可視表示領域３３８の中に方向付ける。例示的可視表示領域は例示的カートリッジに関連して上に記載されている。
【０２７６】
３．４熱絶縁ポケット
次に流体カートリッジ上の核酸増幅チャンバに対する熱絶縁ポケットの好都合な配置について記載し、これは単離された発明の態様を形成してもよい。
【０２７７】
核酸の増幅および検出では、熱を液体サンプル全体に均一に加えることが好ましい。これは熱源をサンプルの周囲に等距離に置くことにより研究所内で容易に行うことが可能であるが、カートリッジ内で実現することは非常に困難である。
【０２７８】
それゆえ一態様では、液体サンプルに核酸増幅を実行するために流体カートリッジが提供される。カートリッジは、少なくとも１つのサンプル処理チャンバ、および熱がチャンバから熱絶縁領域を通って失われるのを防ぐためにチャンバに隣接した熱絶縁領域を備える。好ましくは、少なくとも１つのサンプル処理チャンバは、核酸増幅チャンバおよび核酸検出チャンバ（以下「処理チャンバ」）の一方または両方である。
【０２７９】
好ましくは、核酸処理チャンバは、外部源から熱を受容するためにカートリッジの表面（好ましくは底面）に隣接し、熱が外部源から表面を通るようにチャンバは熱絶縁領域と表面との間に据えられ、それゆえチャンバは熱絶縁領域の存在の恩恵によりチャンバの反対側から喪失しない。この配置はできるだけ速やかにチャンバ内部の温度を変化させる（例えば熱源をオンオフするとき）ことが分かった。これは例えば迅速にＰＣＲを実行するために有利である。
【０２８０】
これが特に好都合であるのは、単一の熱源をカートリッジに隣接して置いて、増幅処理のために片側（加熱される側）から熱を供給し、それでもカートリッジ内のサンプルが実質的に加熱され、加熱されない側を通って喪失する熱量をできるだけ速やかに最小にするからである。
【０２８１】
好ましくは、カートリッジは当接配置される少なくとも１つの流体層および１つの空気圧層から構成される。核酸処理チャンバは流体層内に形成されてもよく、熱絶縁領域は空気圧層内に形成されてもよい。好ましくは、流体カートリッジは流体層の下に流体箔をさらに備え、流体箔は熱を受容するための前述の表面を形成する。薄箔の使用により外部源からの熱伝達を最大にする。箔の材料は熱伝達を最適化するために選択されてもよい。例えば金属箔を使用してもよいが、材料強度および受容可能な熱伝達特性とともに、カートリッジの製造が容易である利点により、ポリエチレンテレフタレート／ポリプロピレン複合材が使用されることが好ましい。
【０２８２】
好ましくは、熱絶縁領域は、空気圧層内に形成され、空気圧箔によって封止された１つまたは複数の封止された熱絶縁ポケットから形成される。ポケットは空気などの気体で充填されてもよく、または絶縁ポケットが真空を提供するように製造処理中に空気を抜いてもよい。
【０２８３】
次にこの態様の好ましい実施形態について、例示的流体カートリッジを参照に記載する。図３に示されたように、例示的カートリッジ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および流体箔１１６を備える。
【０２８４】
図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、空気圧層、６つの熱絶縁領域１４０ａ、１４０ｂ、１４１ａ〜１４１ｄを示す図が提供されている。絶縁ｒ１４０ａ、１４０ｂは流体層１１５内に形成された２つの対応する増幅チャンバに隣接領域して配置されているが、絶縁領域１４１ａ〜１４１ｄは、カートリッジを組み立てるときに流体層１１５内に形成された４つの対応する検出チャンバに隣接して配置されている。示されたように、絶縁領域１４０ａ、１４０ｂは複数の熱絶縁ポケットからなる一方で、絶縁領域１４１ａ〜１４１ｄはそれぞれ単一のポケットからなる。
【０２８５】
核酸の増幅および検出中に、増幅チャンバおよび検出チャンバの熱循環が起きる。流体層内のチャンバは、流体層１１５に隣接してカートリッジ１００の底部に熱を加えることによって加熱されてもよい。熱絶縁ポケットはカートリッジ内に熱を保持し、流体層１１５から空気圧層１１４の中に喪失される熱を最小にする。また熱絶縁ポケットにより、上面および底面の両方から流体カートリッジを加熱する必要がなくなる、例えば流体層および空気圧層の両方を加熱する必要がなくなり、カートリッジおよび読取機の設計全体が単純になる。
【０２８６】
熱絶縁ポケットは１つの大きいポケットまたは複数のより小さいポケットを備えてもよい。複数のより小さいポケットを使用する利点は、対流電流が生じる危険性が低減し、したがって最大熱絶縁を提供することである。
【０２８７】
３．５捕捉カラム
次に流体カートリッジ内の濾過装置（好ましくは「捕捉カラム」）のための好都合な配置について記載し、これは単離された発明の態様を形成してもよい。
【０２８８】
それゆえ一態様では、液体サンプルが通過できるチャネルを備える流体カートリッジが提供され、チャネルは生体成分を捕捉するためのフィルタを有し、
上流部および下流部と、
その中にフィルタが配置される上流部と下流部との間の捕捉部とをさらに備え、
捕捉部の直径は上流部および下流部の直径より大きい。
【０２８９】
好ましくは、捕捉部はチャネル内のチャンバであり、チャンバは、チャネルの上流部に結合された開口を有する入口面、およびチャネルの下流部に結合された開口を有する出口面を有する。
【０２９０】
好ましくは、流体カートリッジは少なくとも２つの高分子層を備え、チャネルの捕捉部の上流部および上流部分は第１の高分子層内に形成され、チャネルの捕捉部の下流部および下流部分は第２の高分子層内に形成され、フィルタは第１の高分子層と第２の高分子層との間に固定される。
【０２９１】
好ましくは、チャンバの入口面は、液体サンプルが入口面内の開口を通って半径方向外方に向かうように、開口から半径方向外方に進む分配導管を備える。
【０２９２】
好ましくは、チャンバの出口面は、フィルタを通って半径方向内方に移動した液体サンプルが出口面内の開口に向かうように、開口に向かって半径方向内方に進む分配導管を備える。
【０２９３】
次にこの態様の好ましい実施形態について、例示的流体カートリッジを参照に記載する。本明細書に記載された例示的カートリッジでは、捕捉カラム２４は主チャネルに沿って提供されている（図１参照）。図１４ａおよび１４ｂに示されたように、捕捉カラム２４は、溶出中に解放される前に溶解された材料由来のＤＮＡに結合するフィルタ３４０を有する。図１４ａに示されたように、捕捉カラム２４は、上流端部３４６で捕捉チャンバ３４４の中に繋がる入口チャネル３４２、および下流端部３４８で捕捉チャンバ３４４から繋がる出口チャネル３５０を備える。
【０２９４】
フィルタ３４０はチャンバ３４４内に主チャネルを通る流体流れの方向に垂直に提供されるので、流体は、主チャネル３４２の上流端部から主チャネルの下流端部３５０に移動するときに、フィルタ３４０を通らなければならない。
【０２９５】
図１４ｂを参照すると、チャンバの入口壁および出口壁（１つのみが示されている）は、流体がチャンバ３４４に入る際に流体をチャンバの中に半径方向外方に方向付け、流体がフィルタ３４０を通った後に流体を出口孔に向かって半径方向内方に方向付けるように構成された、分配導管３５２を備える。
【０２９６】
３．６廃液チャンバ
次に流体カートリッジ内の廃液チャンバのための好都合な配置について記載し、これは単離された発明の態様を形成してもよい。
【０２９７】
それゆえ一態様では、液体サンプルが通過できるチャネルおよびチャネルから流体を受領するための廃液チャンバを備える流体カートリッジが提供され、廃液チャンバは、
チャネルに結合され、廃液チャンバの底面から延在し、流体をチャネルからチャンバの中に移動させるために、底面上に挙上された開口を有する、管と、
廃液チャンバから大気へ通気するように構成された廃液チャンバ内の通気孔とを備える。
【０２９８】
好ましくは、通気孔は、カートリッジ内の通気チャネルに結合され、廃液チャンバの底面から延在し、底面上に挙上された開口を有する、第２の管を備える。好ましくは、通気通路は少なくとも１つのアンダーセン・インパクタを備える。
【０２９９】
好ましくは、少なくとも１つの吸収パッドが廃液チャンバ内に提供される。
【０３００】
次にこの態様の好ましい実施形態について、例示的流体カートリッジを参照に記載する。本明細書に記載された例示的カートリッジでは、廃液チャンバは、洗浄中などに生み出される廃液を収集し保存するために提供される。廃液チャンバ１０は図１５ａおよび１５ｂにより詳細に示されている。廃液チャンバ３８は、廃液チャンバ３８の底面３６２から実質的に垂直に延在する管３６０を備える。管３８は、廃液チャンバ３８の底面に連結され、主チャネル１６に流体連結された第１の端部３６４を有するチャネルを画定する。流体管３６０の第２の端部３６６は、廃液チャンバ３８内に配置され、流体がそれを通って廃液チャンバの中に流れることができる開口を有する。
【０３０１】
好ましくは、管３６０は実質的に垂直であり、廃液チャンバ３８の底面に垂直である。管３６０の第２の端部における開口は、図１５ｂに示されたように廃液チャンバ３８の頂部付近に配置される。第１の開口を廃液チャンバの頂部付近に提供することにより、カートリッジが上下逆になった場合に漏れの危険性が最小になる。
【０３０２】
また吸収パッド３６８も廃液チャンバ内に提供される。好ましくは、吸収パッド３６８の上面も廃液チャンバ３８の頂部付近にあるべきであり、より好ましい場合であっても吸収パッド３６８の頂部は第２の端部３６６における開口と実質的に同じ高さであるべきである。
【０３０３】
本明細書に記載された例示的カートリッジでは、第２の開口３７０は図１５ｂに示されたように廃液チャンバ３８内に提供されている。第２の開口３７０は、主チャネル１６に廃液チャンバ２８を介して大気圧へ通気するように構成される。これは廃液チャネルが流体で充填された際に背圧が主チャネルに沿って掛かることを阻止する。好ましくは、第２の開口３７０は、廃液チャンバ３８の底面から突出する第２の管３７２の端部に提供される。第２の開口３７０は通気通路（図示せず）に流体連結されてもよく、通気通路はカートリッジ筐体の外側に開口を有することにより、廃液チャンバを大気圧に維持することができる。しかしカートリッジの外側で廃液チャンバから通気することは、エアロゾル汚染の危険をわずかながら伴う。これを低減するために通気通路は衝撃トラップおよび通気孔をカートリッジカバーの下に有する。
【０３０４】
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】
2016534333.tif 000003
【図２】
2016534333.tif 000004
【図３】
2016534333.tif 000005
【図４】
2016534333.tif 000006
【図５】
2016534333.tif 000007
【図６Ａ】
2016534333.tif 000008
【図６Ｂ】
2016534333.tif 000009
【図７】
2016534333.tif 000010
【図８Ａ】
2016534333.tif 000011
【図８Ｂ】
2016534333.tif 000012
【図９】
2016534333.tif 000013
【図１０】
2016534333.tif 000014
【図１１】
2016534333.tif 000015
【図１２】
2016534333.tif 000016
【図１３ａ】
2016534333.tif 000017
【図１３ｂ】
2016534333.tif 000018
【図１４ａ】
2016534333.tif 000019
【図１４ｂ】
2016534333.tif 000020
【図１５ａ】
2016534333.tif 000021
【図１５ｂ】
2016534333.tif 000022
【図１６】
2016534333.tif 000023
【図１７ａ】
2016534333.tif 000024
【図１７ｂ】
2016534333.tif 000025
【図１８】
2016534333.tif 000026
【図１９】
2016534333.tif 000027
【図２０】
2016534333.tif 000028
【図２１】
2016534333.tif 000029
【図２２】
2016534333.tif 000030
【図２３】
2016534333.tif 000031
【図２４】
2016534333.tif 000032
【図２５】
2016534333.tif 000033
【国際調査報告】
2016534333.tif 000034
2016534333.tif 000035
2016534333.tif 000036
2016534333.tif 000037