(57)【要約】  液体サンプルを処理するための流体カートリッジは、そこを通って液体サンプルを上流端部から下流端部に移動させるための主チャネルと、液体サンプルが１つまたは複数の分岐チャネルの下流を通過した後、液体および気体を主チャネルの中に導入するために、主チャネルに接合する１つまたは複数の分岐チャネルとを備える。１つまたは複数の分岐チャネルは第１の分岐チャネルを含み、第１の分岐チャネルは、気体を第１の分岐チャネルの中に導入するための気体入口と、液体を第１の分岐チャネルの中に導入するための液体入口と、弁により第１の分岐チャネル内の液体および気体が主チャネルの中に移動するのを防ぐ閉位置と、弁により第１の分岐チャネル内の液体および気体が主チャネルの中に移動できる開位置との間を移動するように構成された弁とを備える。【選択図】図１８ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体サンプルを処理するための流体カートリッジであって、
それを通って前記液体サンプルを上流端部から下流端部に移動させるための主チャネルと、
前記液体サンプルが１つまたは複数の分岐チャネルの下流を通過後、液体および気体を前記主チャネルの中に導入するために、前記主チャネルに接合する前記１つまたは複数の分岐チャネルとを備え、前記１つまたは複数の分岐チャネルは第１の分岐チャネルを含み、前記第１の分岐チャネルは、
気体を前記第１の分岐チャネルの中に導入するための気体入口と、
液体を前記第１の分岐チャネルの中に導入するための液体入口と、
弁により前記第１の分岐チャネル内の液体および気体が前記主チャネルの中に移動するのを防ぐ閉位置と、前記弁により前記第１の分岐チャネル内の液体および気体が前記主チャネルの中に移動できる開位置との間を動くように構成された前記弁とを備える、流体カートリッジ。
【請求項２】
前記１つまたは複数の分岐チャネルは、前記第１の分岐チャネルの下流で前記主チャネルに接合する第２の分岐チャネルをさらに備え、前記第２の分岐チャネルは、
気体を前記第２の分岐チャネルの中に導入するための気体入口と、
液体を前記第２の分岐チャネルの中に導入するための液体入口と、
弁により前記第２の分岐チャネル内の液体および気体が前記主チャネルの中に移動するのを防ぐ閉位置と、前記弁により前記第２の分岐チャネル内の液体および気体が前記主チャネルの中に移動できる開位置との間を動くように構成された前記弁とを備える、請求項１に記載の流体カートリッジ。
【請求項３】
前記１つまたは複数の分岐チャネル上の前記または各気体入口は、液体および気体が前記分岐チャネルから前記気体入口を通って流れるのを防ぐ気体入口弁を備える、請求項１または２のいずれか１項に記載の流体カートリッジ。
【請求項４】
前記１つまたは複数の分岐チャネル内の前記または各弁は前記主チャネルから離間され、それによって前記弁と前記主チャネルとの間で前記分岐チャネル内にデッドレッグを形成する、請求項１または２に記載の流体カートリッジ。
【請求項５】
前記１つまたは複数の分岐チャネル内の前記または各弁は、前記分岐チャネルと前記主チャネルとの間の接合部に配置される、請求項１または２に記載の流体カートリッジ。
【請求項６】
前記または各気体入口は、前記または各液体入口より前記分岐チャネルの前記主チャネルとの前記接合部から離れて配置される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の流体カートリッジ。
【請求項７】
前記または各気体入口弁は、前記または各液体入口より前記分岐チャネルの前記主チャネルとの前記接合部から離れて配置され、前記または各気体入口は、前記または各気体入口弁より前記分岐チャネルの前記主チャネルとの前記接合部から離れて配置される、請求項３に記載の流体カートリッジ。
【請求項８】
前記１つまたは複数の分岐チャネル上の前記または各液体入口は、液体チャンバに結合される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の流体カートリッジ。
【請求項９】
前記または各液体チャンバは、折畳式ブリスタが折り畳まれたときにその中に含有された液体が前記液体入口を通って前記分岐チャネルの中に放出され、また前記液体サンプルが前記１つまたは複数の分岐チャネルの下流を通過後に前記液体を前記主チャネルの中に導入するために、前記主チャネルの中に放出されるように適合された、前記折畳式ブリスタである、請求項８に記載の流体カートリッジ。
【請求項１０】
前記または各液体チャンバは、試薬または溶解緩衝液、洗浄緩衝液もしくは溶出緩衝液などの緩衝液を含有する、請求項８または９に記載の流体カートリッジ。
【請求項１１】
前記第１の分岐チャネル内の前記液体入口に結合された前記液体チャンバは洗浄緩衝液を含有し、前記第２の分岐チャネル内の前記液体入口に結合された前記液体チャンバは溶出緩衝液を含有する、請求項２またはこれに従属するいずれか１項に従属する場合の請求項８〜１０のいずれか１項に記載の流体カートリッジ。
【請求項１２】
陽圧および／またはゲージ圧の源に連結するために空気圧式界面をさらに備え、前記空気圧式界面は複数のポートを備え、前記１つまたは複数の分岐チャネル内の前記もしくは各弁または気体入口弁は、前記もしくは各弁または気体入口弁が陽圧および／またはゲージ圧の前記源によって作動できるように、前記空気圧式界面内の少なくとも１つのポートに結合された空気圧作動式弁である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の流体カートリッジ。
【請求項１３】
前記第１および第２の分岐チャネルのそれぞれにおける前記第１および第２の気体入口弁は、前記空気圧式界面内の同一ポートに結合されるので、前記第１および第２の気体入口弁は同時に作動され得る、請求項２に従属する場合の請求項１２に記載の流体カートリッジ。
【請求項１４】
前記１つまたは複数の分岐チャネル上の前記または各気体入口は、気体供給部に連結するために前記空気圧式界面に結合される、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の流体カートリッジ。
【請求項１５】
前記１つまたは複数の分岐チャネル上の前記または各気体入口は、気体が前記気体入口を通過して前記分岐チャネルの中に移動するように、また前記液体サンプルが前記１つまたは複数の分岐チャネルの下流を通過した後、前記気体を前記主チャネルの中に導入するために、主チャネルの中に移動するように、気体供給部に連結するための前記空気圧式界面に結合される、請求項１４に記載の流体カートリッジ。
【請求項１６】
前記または各空気圧作動式弁は、前記分岐チャネルに連結された第１および第２の開口を有する弁チャンバと、
流体が前記分岐チャネルを通って流れるのを防ぐために、可撓性膜が前記第１および第２の開口を封止する閉位置と、流体が前記分岐チャネルを通って流れることができるために、前記可撓性膜が前記第１および第２の開口から離間される開位置との間で移動可能な前記可撓性膜とを備える、請求項１２に記載の流体カートリッジ。
【請求項１７】
前記または各弁は、前記弁チャンバ内に開口を有する流体通路をさらに備え、前記開口は前記可撓性膜により前記第１および第２の開口から分離され、前記流体通路は、前記可撓性膜が前記開位置と前記閉位置との間を動くように陽圧またはゲージ圧を前記弁チャンバ内に加えるために前記空気圧式界面内のポートに結合される、請求項１０に従属する場合の請求項１６に記載の流体カートリッジ。
【請求項１８】
前記空気圧式界面は第１〜第３のポートを備え、前記第１〜第３のポートはそれぞれ、
ｉ．前記第１の分岐チャネル内の前記弁と、
ｉｉ．前記第２の分岐チャネル内の前記弁と、
ｉｉｉ．前記第１の分岐チャネル内の前記気体入口弁および前記第２の分岐チャネル内の前記気体入口弁に結合されるので、
前記それぞれの弁は、前記それぞれのポートを通って作用する陽圧および／またはゲージ圧の前記源によって作動できる、請求項２またはこれに従属するいずれか１項に従属する場合の請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の流体カートリッジ。
【請求項１９】
流体カートリッジ内の液体サンプルの処理方法であって、前記カートリッジは、主チャネル、ならびに気体入口、液体入口および弁を備える第１の分岐チャネルを含む、前記主チャネルに接合する１つまたは複数の分岐チャネルを備え、
ａ）液体サンプルを前記主チャネルに移動させることと、
ｂ）気体を前記気体入口に供給することと、
ｃ）前記第１の分岐チャネル上の前記弁を開くこと、および前記第１の分岐チャネル内のあらゆる残留液体サンプルを排出させるために、気体を前記気体入口から前記第１の分岐チャネルを通って前記主チャネルの中に移動させることと、
ｄ）気体の前記供給を停止することと、
ｅ）液体を前記液体入口から前記第１の分岐チャネルを通って前記主チャネルの中に移動させることと、
ｆ）気体を前記気体入口に供給することと、
ｇ）前記第１の分岐チャネルからあらゆる残留液体を排出させるために、気体を前記気体入口から前記第１の分岐チャネルを通って前記主チャネルの中に移動させることとを含む、方法。
【請求項２０】
前記流体カートリッジは、前記第１の分岐チャネル上に気体入口弁をさらに備え、気体を前記気体入口に供給するステップ（ｂ）および（ｆ）は、前記気体入口弁を開くことをさらに含み、気体の前記供給を停止するステップ（ｄ）は、気体の前記供給を停止する前に前記気体入口弁を閉じることをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
流体カートリッジ内の液体サンプルの処理方法であって、前記カートリッジは、上流端部および下流端部を有する主チャネル、ならびに第１の分岐チャネルおよび前記第１の分岐チャネルの下流の第２の分岐チャネルを含む、前記主チャネルに接合する１つまたは複数の分岐チャネルを備え、各分岐チャネルは気体入口、気体入口弁、液体入口および弁を備え、
ａ）液体サンプルを前記主チャネルに移動させることと、
ｂ）気体を前記第１の分岐チャネル上の前記気体入口および前記第２の分岐チャネル上の前記気体入口に供給することと、
ｃ）前記第１および第２の分岐チャネル上の前記弁および前記気体入口弁を開くこと、ならびに前記第１および第２の分岐チャネル内のあらゆる残留液体サンプルを排出させるために、気体を前記第１および第２の分岐チャネル上の前記気体入口から前記第１および第２の分岐チャネルを通って前記主チャネルの中に移動させることと、
ｄ）前記第２の分岐チャネル上の前記弁および前記気体入口弁ならびに前記第１の分岐チャネル上の前記気体入口弁を閉じることと、
ｅ）前記第１の分岐チャネル上の前記気体入口および前記第２の分岐チャネル上の前記気体入口への気体の前記供給を停止することと、
ｆ）液体を前記第１の分岐チャネル上の前記液体入口から前記第１の分岐チャネルを通って前記主チャネルの中に移動させることと、
ｇ）気体を前記第１の分岐チャネル上の前記気体入口および前記第２の分岐チャネル上の前記気体入口に供給することと、
ｈ）前記第２の分岐チャネル上の前記弁および前記気体入口弁ならびに前記第１の分岐チャネル上の前記気体入口弁を開くこと、ならびに前記第１および第２の分岐チャネル内のあらゆる残留液体を排出させるために、気体を前記第１および第２の分岐チャネル上の前記気体入口から前記第１および第２の分岐チャネルを通って前記主チャネルの中に移動させることと、
ｉ）前記第１の分岐チャネル上の前記弁および前記気体入口弁ならびに前記第２の分岐チャネル上の前記気体入口弁を閉じることと、
ｊ）前記第１の分岐チャネル上の前記気体入口および前記第２の分岐チャネル上の前記気体入口への気体の前記供給を停止することと、
ｋ）液体を前記第２の分岐チャネル上の前記液体入口から前記第２の分岐チャネルを通って前記主チャネルの中に移動させることと、
ｌ）気体を前記第２の分岐チャネル上の前記気体入口に供給すること、および前記第２の分岐チャネル上の前記気体入口弁を開くことと、
ｍ）前記第２の分岐チャネル内のあらゆる残留液体を排出させるために、気体を前記第２の分岐チャネル上の前記気体入口から前記第２の分岐チャネルを通って前記主チャネルの中に移動させることとを含む、方法。
【請求項２２】
ステップ（ｌ）および（ｍ）は、気体を前記第１の分岐チャネル上の前記気体入口に供給すること、および前記第１の分岐チャネル上の前記気体入口弁を開くこと、および前記第１の分岐チャネル内のあらゆる残留液体を排出させるために、気体を前記第１の分岐チャネル上の前記気体入口から前記第１の分岐チャネルを通って前記主チャネルの中に移動させることをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記流体カートリッジは陽圧の源に連結するために空気圧式界面をさらに備え、前記１つまたは複数の分岐チャネル上の前記または各気体入口は、前記気体供給部に連結するために前記空気圧式界面に結合され、気体を前記気体入口から移動させる１つまたは複数の前記ステップは、気体を陽気体圧の前記供給部から前記分岐チャネルの中に移動させることを含む、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
気体を前記１つまたは複数の分岐チャネル上の前記気体入口から前記主チャネルの中に移動させる１つまたは複数の前記ステップは、前記残留液体サンプルおよび／または残留液体を前記主チャネルから除去することをさらに含む、請求項１９〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記１つまたは複数の分岐チャネル上の前記または各液体入口は液体チャンバに結合され、液体を前記液体入口から移動させる１つまたは複数の前記ステップは、前記液体を前記液体チャンバから前記分岐チャネルの中に放出することを含む、請求項１９〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記または各液体チャンバは折畳式ブリスタであり、液体が前記液体入口から移動する１つまたは複数の前記ステップは、前記折畳式ブリスタを折り畳むこと、およびそれによって液体含有物が前記液体入口を通り前記分岐チャネルの中および前記主チャネルの中に放出することを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
液体を前記第１の分岐チャネル上の前記液体入口から移動させる前記ステップは、洗浄緩衝液を前記液体チャンバから前記液体入口を通って前記第１の分岐チャネルの中および前記主チャネルの中に放出することを含み、液体を前記第２の分岐チャネル上の前記液体入口から移動させる前記ステップは、溶出緩衝液を前記液体チャンバから前記液体入口を通って前記第２の分岐チャネルの中および前記主チャネルの中に放出することを含む、請求項２１またはこれに従属するいずれか１項に従属する場合の請求項２５または２６に記載の方法。
【請求項２８】
ポリプロピレンを備える、請求項１〜２７のいずれか１項に記載の流体カートリッジ。
【請求項２９】
前記主チャネルおよび前記１つまたは複数の分岐チャネルは、前記流体カートリッジの流体層内に形成され、前記流体層はポリプロピレンを備える、請求項１〜２８のいずれか１項に記載の流体カートリッジ。
【請求項３０】
前記流体通路および弁チャンバは前記流体カートリッジの空気圧層内に形成され、前記空気圧層はポリプロピレンを備える、請求項１７またはこれに従属するいずれか１項に記載の流体カートリッジ。
【請求項３１】
前記可撓性膜は熱可塑性エラストマを備える、請求項１６またはこれに従属するいずれか１項に記載の流体カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、流体カートリッジおよび液体サンプルの処理方法に関し、より詳細には、流体カートリッジが主チャネルおよび主チャネルに接合する１つまたは複数の分岐チャネルを備える場合に関する。
【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】
流体装置はサンプルの調整および生体液体または液体薬品のサンプルの分析のために使用されることが多い。サンプルの調整中に、サンプルは通常サンプル入口ポートを通って入り、主チャネルに沿って通過するか、または空洞の中に入った後、サンプルを分析できるサンプルチャンバに達してもよい。分析用にサンプルを調整するために、追加の試薬、緩衝液、溶液または流体をチャネルに沿って通過させてもよい。例えばＰＣＲ分析のために細菌サンプルを調整する際、溶解緩衝液を使用して細菌を溶解させてもよく、次いで廃液容器に入るあらゆる不要なサンプルマトリクスを浄化するために洗浄緩衝液を通過させてもよく、次いでＰＣＲ増幅ができる最後の溶出緩衝液にサンプルを再懸濁させてもよい。
【００１１】
ＰＣＲ増幅などのサンプル分析のために反応チャンバ内に必要なすべての試薬は、サンプルを制御された動作に挿入することができる１つのプラットフォーム上に含まれるべきであるので、このシステムを自動化するときに問題が起きる。国際公開第９７／１６５６１号は、反応チャンバを備える第１のアセンブリ、熱源を備える第２のアセンブリ、および複数の流体チャンバを備える第３のアセンブリを備える試験システムを提供している。これらのアセンブリは、摺動または移行により互いに動くことができるので、例えば第１および第３のアセンブリが隣接する際にアセンブリ間の流体連通が生じる。国際公開第９７／１６５６１号の例２に記載されたような回転トレイは１７個の流体チャンバを含み、回転するときにこれらの流体チャンバは試薬の二次汚染を防ぐために反応チャンバと位置合わせされる。流体連通ができるようにチャンバを完全に位置合わせすることが必要であり、また微量の不純物を確実に取り除くために十分な量の洗浄緩衝液および洗浄液が存在することが必要である。
【００１２】
多くの生体分析システム、特に増幅試験を使用するシステムでは、分析を行う前にシステムからある特定の試薬を取り除くことが重要である。例えばＰＣＲ増幅を行う前に溶解緩衝液のすべての痕跡を取り除くことが極めて重要である可能性がある。さらに微小流体装置を異なるサンプルに再利用できる場合に、二次汚染を阻止するために確実に装置を浄化することが重要である。国際公開第２０１０／１４９９９５号は、再利用の前に反応空洞を洗い流すために洗浄液（洗剤、錯化剤、アルカリ性剤もしくは酸性剤）またはガス洗浄剤の使用を開示している。空気または気体をさらに使用して流体通路の間のチャネルまたは空洞を乾燥させてもよい。単一の非常に長い流体通路の長さには、サンプルおよび試薬を押してチャネルを通過させる高圧が必要であり、また流体通路間の二次汚染の危険性を阻止するためにチャネルの全長を確実に有効に浄化するように大量の洗浄液が必要である。
【００１３】
単一の流体チャネルの使用を避けるための代替設計が国際公開第０３／０７８０６５号および国際公開第２００９／１０８２６０号に説明されており、数個の交差チャネルを備えた主チャネルを使用する。これらのチャネルを連結して入口ポートを分離させ、主チャネルからずらし、すべての試薬を微小流体装置上に使用開始時に含有する、完全に自動化されたシステムのための代替設計を提供してもよい。チャネルは、別法として国際公開第０３／０７８０６５号のように廃液リザーバに連結され、分析領域を通過してもよい。国際公開第２００９／１０８２６０号は、微小流体回路を浄化するために主チャネルを通る洗浄液を洗い流すこと、およびサンプルを押して主チャネルを通過させるために空気を使用することを説明している。
【００１４】
主チャネルを交差する二次チャネルの導入は、別個の異なるチャネルを通る異なる流体または試薬の導入に有益であるが、常に「デッドレッグ」を生み出す。デッドレッグは、それを通って流体が流れないチャネルの一部であり、汚染源であると考えられる。流体が交点に、または交点付近でデッドレッグに堆積する可能性があり、また次の流体が通過するまで残存し汚染の危険性を追加するので、デッドレッグは、側チャネルが主チャネルを交差するところに多く発見される。
【００１５】
例えば図１６は、公知の微小流体接合部Ｂ１１０、出口チャネルＢ１１１、および複数の回路ユニットＢ１１２、Ｂ１１３、Ｂ１１４を示す。微小流体接合部Ｂ１１０は複数の流体が合流するための領域である。出口チャネルＢ１１１は微小流体接合部Ｂ１１０から流体を受領できる。出口チャネルＢ１１１は微小流体接合部Ｂ１１０と連結された第１の端部、廃液リザーバＢ１１５と連結された第２の端部、および出口チャネルＢ１１１の第１の端部と第２の端部との間に位置付けられた分析領域Ｂ１１６を含む。各回路ユニットは、サンプル流体を受領できる第１の端部および微小流体接合部Ｂ１１０と連結された第２の端部を備えたソースチャネルＢ１１７、交差部Ｂ１１９でソースチャネルＢ１１７と連結された分岐チャネルＢ１１８、ならびにソースチャネルを通って微小流体接合部Ｂ１１０または分岐チャネルＢ１１８のいずれかの中に流れる異なる配向の流体を受領できる流れ切替システムを含む。分岐チャネルＢ１１８はさらに廃液リザーバＢ１２０に連結される。流体が回路ユニットＢ１１２に入ると、流体はソースチャネルＢ１１７に沿って交差部Ｂ１１９に流れ、引き続きソースチャネルＢ１１７を通って微小流体接合部Ｂ１１０または分岐チャネルＢ１１８のいずれかの中に配向される。接合部Ｂ１１０に向けられる流体は接合部Ｂ１１０に収束し、出口チャネルＢ１１１に中に流れ、分析領域Ｂ１１６を通り廃液リザーバＢ１１５の中に流れる。
【００１６】
図１６では、数個のデッドレッグＢ１０８は、分岐チャネルＢ１１８とソースチャネルＢ１１７の交差部、およびソースチャネルＢ１１７と出口チャネルＢ１１１の交差部に存在する。図１７は、主チャネルＢ１００と接合する一連の分岐チャネルＢ１０１、Ｂ１０２、ならびに交点または交点付近で分岐チャネルＢ１０１およびＢ１０２内に存在するデッドレッグＢ１０８をさらに示す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
デッドレッグの存在を完全に取り除くことは非常に困難である。デッドレッグを削減させるために特殊弁を設計することはできるが、流体が堆積し得るこれらの弁に関連して小さいがゼロではない量が依然として存在する。したがって二次チャネルから主チャネルに二次汚染なしに試薬を追加できる、微小流体装置を提供することが当技術分野に必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の第１の態様によれば、液体サンプルを処理するための流体カートリッジであって、それを通って液体サンプルを上流端部から下流端部に移動させるための主チャネルと、液体サンプルが１つまたは複数の分岐チャネルの下流を通過後、液体および気体を主チャネルの中に導入するために、主チャネルに接合する１つまたは複数の分岐チャネルとを備え、１つまたは複数の分岐チャネルは第１の分岐チャネルを含み、第１の分岐チャネルは、気体を第１の分岐チャネルの中に導入するための気体入口と、液体を第１の分岐チャネルの中に導入するための液体入口と、弁により第１の分岐チャネル内の液体および気体が主チャネルの中に移動するのを防ぐ閉位置と、弁により第１の分岐チャネル内の液体および気体が主チャネルの中に移動できる開位置との間を動くように構成された弁とを備える、流体カートリッジが提供される。
【００１９】
これにより流体カートリッジ上の検査試薬などの液体を使用開始時に含有することができ、主チャネルと無関係にチャネルから液体を導入でき、したがって主チャネルの汚染が阻止される。さらに気体を分岐チャネルの中および主チャネルの中に導入してチャネルを一掃でき、かつ液体およびサンプルを押して主チャネルに通過させることができる。
【００２０】
好ましくは１つまたは複数の分岐チャネルは、第１の分岐チャネルの下流で主チャネルに接合する第２の分岐チャネルをさらに備え、第２の分岐チャネルは、気体を第２の分岐チャネルの中に導入するための気体入口と、液体を第２の分岐チャネルの中に導入するための液体入口と、弁により第２の分岐チャネル内の液体および気体が主チャネルの中に移動するのを防ぐ閉位置と、弁により第２の分岐チャネル内の液体および気体が主チャネルの中に移動できる開位置との間を動くように構成された弁とを備える。
【００２１】
第２の分岐チャネルを使用して異なる液体または試薬を主チャネルの中に導入でき、第２の分岐チャネルは、第１の液体が第１の分岐チャネルから通過した後、第２の液体を導入できるように配置される。
【００２２】
１つまたは複数の分岐チャネル上の当該または各気体入口は、好ましくは液体および気体が分岐チャネルから気体入口を通って流れるのを防ぐ気体入口弁を備える。気体入口弁は、液体入口から液体により気体入口を汚染する危険性を低減する。
【００２３】
好ましくは１つまたは複数の分岐チャネル内の当該または各弁は主チャネルから離間され、それによって弁と主チャネルとの間で分岐チャネル内にデッドレッグを形成する。主チャネルと交差する二次チャネルを導入することにより、通常「デッドレッグ」が生成される。これらのデッドレッグは汚染の危険性として作用する。１つまたは複数の分岐チャネル上の気体入口および気体入口弁の存在により、次の液体がそれぞれ通過する前に、チャネルから液体サンプルおよび／または液体を確実に一掃することによりその危険性を克服する方法を提供する。
【００２４】
１つまたは複数の分岐チャネル内の当該または各弁は、分岐チャネルと主チャネルとの間の接合部に配置されてもよい。これにより分岐チャネルの長さを低減でき（追加の弁を収納する必要がないため）、したがって流体装置上の空間が節約される。
【００２５】
好ましくは１つまたは複数の分岐チャネル上の当該または各液体入口は、流体チャンバに結合される。チャンバは流体カートリッジ上に液体を含有し、装置の使用に悪影響を及ぼすはずである液体の濾出を防ぐ。
【００２６】
好ましくは当該または各液体チャンバは、折畳式ブリスタが折り畳まれたときにその中に含有された液体が液体入口を通って分岐チャネルの中に放出され、また液体サンプルが１つまたは複数の分岐チャネルの下流を通過後に液体を主チャネルの中に導入するために、主チャネルの中に放出されるように適合された、折畳式ブリスタである。ブリスタは液体を含有し、作動中にその液体を流体装置の中に放出するための機構を提供する。これは液体成分を外部から導入するものではない。
【００２７】
当該または各液体チャンバは、好ましくは試薬または溶解緩衝液、洗浄緩衝液もしくは溶出緩衝液などの緩衝液を含有する。これらの試薬は、細胞分解を実行し、サンプルを浄化し、さらに分析するためにサンプルを確実に調整することができ得る。
【００２８】
好ましくは、第１および第２の分岐チャネルは主チャネルに接合し、第１の分岐チャネル内の液体入口に結合された液体チャンバは洗浄緩衝液を含有し、第２の分岐チャネル内の液体入口に結合された液体チャンバは溶出緩衝液を含有する。洗浄緩衝液は後続の下流反応（特に洗浄緩衝液は溶出緩衝液の作用を妨げる）に対して「毒性」があるので、洗浄緩衝液をまず通過させ、次いで分岐チャネルおよび主チャネルを気体の通過で浄化／真空化することができる。次いで溶出緩衝液はチャネルおよび下流を通過して液体サンプルに移動することができる。
【００２９】
好ましくは、流体カートリッジは、陽圧および／またはゲージ圧の源に連結するために空気圧式界面を備え、空気圧式界面は複数のポートを備え、１つまたは複数の分岐チャネル内の当該もしくは各弁または気体入口弁は、当該もしくは各弁または気体入口弁が陽圧および／またはゲージ圧の源によって作動できるように、空気圧式界面内の少なくとも１つのポートに結合された空気圧作動式弁である。好ましくは、第１および第２の分岐チャネルのそれぞれにおける第１および第２の気体入口弁は、空気圧式界面内の同一ポートに結合されるので、第１および第２の気体入口弁は同時に作動され得る。これによりカートリッジの操作が単純になる。
【００３０】
１つまたは複数の分岐チャネル上の当該または各気体入口は、好ましくは気体供給部に連結するために空気圧式界面に結合される。
【００３１】
好ましくは、１つまたは複数の分岐チャネル上の当該または各気体入口は、気体が気体入口を通過して分岐チャネルに移動するように、また液体サンプルが１つまたは複数の分岐チャネルの下流を通過した後、気体を主チャネルの中に導入するために、主チャネルの中に移動するように、気体供給部に連結するための空気圧式界面に結合される。分岐チャネルおよび主チャネルを気体が通過することにより、デッドレッグを効果的に排出し、チャネルを浄化する。気体はさらに液体が残留したチャネルを乾燥できる。
【００３２】
好ましくは、当該または各空気圧作動式弁は、分岐チャネルに連結された第１および第２の開口を有する弁チャンバと、流体が分岐チャネルを通って流れるのを防ぐために、可撓性膜が第１および第２の開口を封止する閉位置と、流体が分岐チャネルを通って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る開位置との間で移動可能な可撓性膜とを備える。
【００３３】
好ましくは、当該または各弁は、弁チャンバ内に開口を有する流体通路をさらに備え、開口は可撓性膜により第１および第２の開口から分離され、流体通路は、可撓性膜が開位置と閉位置との間を動くように陽圧またはゲージ圧を弁チャンバ内に加えるために空気圧式界面内のポートに結合される。弁チャンバ内の流体通路はチャンバの圧力を制御し、可撓性膜を弁として作用させることができる。
【００３４】
好ましくは、空気圧式界面は第１〜第３のポートを備え、第１〜第３のポートはそれぞれ、ｉ）第１の分岐チャネル内の弁と、ｉｉ）第２の分岐チャネル内の弁と、ｉｉｉ）第１の分岐チャネル内の気体入口弁および第２の分岐チャネル内の気体入口弁に結合されるので、それぞれの弁は、それぞれのポートを通って作用する陽圧および／またはゲージ圧の源によって作動できる。第１および第２の分岐チャネル上の気体入口弁を結合させることにより、これらの弁を同時に制御可能になる。
【００３５】
本発明の第２の態様によれば、流体カートリッジ内の液体サンプルの処理方法が提供され、カートリッジは、主チャネル、ならびに気体入口、液体入口および弁を備える第１の分岐チャネルを含む、主チャネルに接合する１つまたは複数の分岐チャネルを備え、方法は、ａ）液体サンプルを主チャネルに移動させることと、ｂ）気体を気体入口に供給することと、ｃ）第１の分岐チャネル上の弁を開くこと、および第１の分岐チャネル内のあらゆる残留液体サンプルを排出させるために、気体を気体入口から第１の分岐チャネルを通って主チャネルの中に移動させることと、ｄ）気体の供給を停止することと、ｅ）液体を液体入口から第１の分岐チャネルを通って主チャネルの中に移動させることと、ｆ）気体を気体入口に供給することと、ｇ）第１の分岐チャネルからあらゆる残留液体を排出させるために、気体を気体入口から第１の分岐チャネルを通って主チャネルの中に移動させることとを含む。この方法が特に有効であるのは、存在するあらゆるデッドレッグを排出させるために気体を分岐チャネルおよび主チャネルに通過させること、ならびにチャネル内に存在するあらゆる液体サンプルまたは液体を一掃することに使用者が依存できるからである。
【００３６】
好ましくは、流体カートリッジは、第１の分岐チャネル上に気体入口弁をさらに備え、気体を気体入口に供給する方法ステップ（ｂ）および（ｆ）は、気体入口弁を開くことをさらに含み、気体の供給を停止するステップ（ｄ）は気体の供給を停止する前に気体入口を閉じることをさらに含む。これにより、液体が液体チャンバから放出される際に液体が液体入口から気体入口弁の中に通ることを防ぐ。
【００３７】
本発明のさらなる態様によれば、流体カートリッジ内の液体の処理方法が提供され、カートリッジは、上流端部および下流端部を有する主チャネル、ならびに第１の分岐チャネルおよび第１の分岐チャネルの下流の第２の分岐チャネルを含む、主チャネルに接合する１つまたは複数の分岐チャネルを備え、各分岐チャネルは気体入口、気体入口弁、液体入口および弁を備え、方法は、ａ）液体サンプルを主チャネルに移動させることと、ｂ）気体を第１の分岐チャネル上の気体入口および第２の分岐チャネル上の気体入口に供給することと、ｃ）第１および第２の分岐チャネル上の弁および気体入口弁を開くこと、ならびに第１および第２の分岐チャネル内のあらゆる残留液体サンプルを排出させるために、気体を第１および第２の分岐チャネル上の気体入口から第１および第２の分岐チャネルを通って主チャネルの中に移動させることと、ｄ）第２の分岐チャネル上の弁および気体入口弁ならびに第１の分岐チャネル上の気体入口弁を閉じることと、ｅ）第１の分岐チャネル上の気体入口および第２の分岐チャネル上の気体入口への気体の供給を停止することと、ｆ）液体を第１の分岐チャネル上の液体入口から第１の分岐チャネルを通って主チャネルの中に移動させることと、ｇ）気体を第１の分岐チャネル上の気体入口および第２の分岐チャネル上の気体入口に供給することと、ｈ）第２の分岐チャネル上の弁および気体入口弁ならびに第１の分岐チャネル上の気体入口弁を開くこと、ならびに第１および第２の岐チャネル内のあらゆる残留液体を排出させるために、気体を第１および第２の分岐チャネル上の気体入口から第１および第２の分岐チャネルを通って主チャネルの中に移動させることと、ｉ）第１の分岐チャネル上の弁および気体入口弁ならびに第２の分岐チャネル上の気体入口弁を閉じることと、ｊ）第１の分岐チャネル上の気体入口および第２の分岐チャネル上の気体入口への気体の供給を停止することと、ｋ）液体を第２の分岐チャネル上の液体入口から第２の分岐チャネルを通って主チャネルの中に移動させることと、ｌ）気体を第２の分岐チャネル上の気体入口に供給することと、および第２の分岐チャネル上の気体入口弁を開くことと、ｍ）第２の分岐チャネル内のあらゆる残留液体を排出させるために、気体を第２の分岐チャネル上の気体入口から第２の分岐チャネルを通って主チャネルの中に移動させることとを含む。この方法により、１つの液体サンプルおよび２つの液体試薬が主チャネルを通過できる。気体がその間を通過する別個のステップにおけるサンプルおよび液体の通過により、確実にチャネルが空になり、あらゆるデッドレッグの存在が次の液体が通過する前に一掃される。これにより汚染の危険性が低減する。
【００３８】
好ましくは、方法ステップ（ｌ）および（ｍ）は、気体を第１の分岐チャネル上の気体入口に供給すること、および第１の分岐チャネル上の気体入口弁を開くこと、および第１の分岐チャネル内のあらゆる残留液体を排出させるために、気体を第１の分岐チャネル上の気体入口から第１の分岐チャネルを通って主チャネルの中に移動させることをさらに含む。溶出緩衝液が上流を通過したかもしれないという可能性の低い事象において、このステップは、確実に第１の分岐チャネルからもあらゆる溶出緩衝液が一掃され、このことはサンプルおよび試薬の量を制御する際に特に重要である。
【００３９】
使用時に、好ましくは、流体カートリッジは陽圧の源に連結するために空気圧式界面をさらに備え、１つまたは複数の分岐チャネル上の当該または各気体入口は、気体供給部に連結するために空気圧式界面に結合され、気体を気体入口から通過させる１つまたは複数のステップは、気体を陽気体圧の供給部から分岐チャネルの中に移動させることを含む。
【００４０】
好ましくは、気体を１つまたは複数の分岐チャネル上の気体入口から主チャネルの中に移動させる１つまたは複数のステップは、残留液体サンプルおよび／または残留液体を主チャネルから除去することをさらに含む。これにより、確実に液体サンプルおよび／または液体の全容量を主チャネルの下流端部に通過させ、前に記載されたように、このことは液体容量を正確に制御するべきときに重要である。
【００４１】
好ましくは、１つまたは複数の分岐チャネル上の当該または各液体入口は液体チャンバに結合され、液体を液体入口から移動させる１つまたは複数のステップは、液体を液体チャンバから分岐チャネルの中に放出することを含む。当該または各液体チャンバは折畳式ブリスタであることが好ましく、液体が液体入口から移動する１つまたは複数のステップは、折畳式ブリスタを折り畳むこと、およびそれによって液体含有物が液体入口を通って分岐チャネルの中および主チャネルの中に放出することを含む。
【００４２】
好ましくは、液体を第１の分岐チャネル上の液体入口から移動させるステップは、洗浄緩衝液を液体チャンバから液体入口を通って第１の分岐チャネルの中および主チャネルの中に放出することを含み、液体を第２の分岐チャネル上の液体入口から移動させるステップは、溶出緩衝液を液体チャンバから液体入口を通って第２の分岐チャネルの中および主チャネルの中に放出することを含む。これらのステップにより、確実に洗浄緩衝液および溶出緩衝液を独立して主チャネルの下流端部に通過させ、したがって緩衝液のあらゆる汚染（汚染により溶出緩衝液が機能しなくなるはずである）が回避される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【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】デッドレッグの問題を示す相互接続するチャネルの例示的システムを示す図である。
【図１７】デッドレッグの問題を示すチャネルをさらに示す図である。
【図１８ａ】本発明の第１の実施形態による、流体カートリッジ内のチャネルの概略図である。
【図１８ｂ】図１３ａに示された第１の実施形態の代替配置を示す図である。
【図１９ａ】本発明の第２の実施形態による、流体カートリッジ内のチャネルの概略図である。
【図１９ｂ】図１４ａに示された第２の実施形態の代替配置を示す図である。
【図１９ｃ】図１４ａに示された第２の実施形態の別の代替配置を示す図である。
【図２０ａ】本発明に使用するために適切なブリスタの断面図である。
【図２０ｂ】図１５ａに示されたブリスタの上面図である。
【図２１ａ】弁が閉位置にある、本発明に使用するために適切な弁の断面図である。
【図２１ｂ】弁が開位置にある、図１６ａの弁の断面図である。
【図２２】本発明の第３の実施形態による、流体カートリッジ内のチャネルの概略図である。
【図２３】本発明の第４の実施形態による、流体カートリッジ内のチャネルの概略図である。
【図２４】図１８ａに示されたカートリッジの作動方法におけるステップを示す流れ図である。
【図２５】図１９ａに示されたカートリッジの作動方法におけるステップを示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。したがって複数の検査増幅チャネルおよび／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。
【００６２】
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の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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。好ましいエントリ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。
【００７８】
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。
【００７９】
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ベローズ弁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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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、読取機は濾出を防ぐために遮断弁５０を閉じる。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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フォーク部の上流で、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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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〜図１０を参照して説明する。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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）すべてから下がる壁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。
【０１１１】
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下がる壁を有する。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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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ため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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
１．３．７流体層１１５
図８Ａおよび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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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、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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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１２に移動する。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
１．４．２背面端部
次いでベローズ２０およびその弁２２ａ、２２ｂが作動を開始して、液体サンプルを溶出チャンバ４６から汲み上げて遮断弁５９を通し、混合チャネル５２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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
次に本発明について図１８〜図２５を参照して記載する。
【０１６９】
２．チャネルおよびデッドレッグを一掃する方法
以下の章では図１８〜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流体カートリッジ、具体的にはベローズ２０と捕捉カラム２４との間で主チャネルの一部に実装されてもよく、そこで複数の流体が分岐チャネルから主チャネルの中に導入される。本発明は主チャネルおよび単に単一分岐チャネルで実行されてもよいが、好ましい実装形態に依存してあらゆる数の分岐チャネルが提供されてもよい。
【０１７０】
図１８ａは主チャネルＢ１００および第１の分岐チャネルＢ１０１を備える本発明の第１の実施形態を示す。主チャネルＢ１００は上流端部Ｂ１００ａおよび下流端部Ｂ１００ｂを備え、上流端部Ｂ１００ａはサンプルを受領し液体サンプルを上流端部Ｂ１００ａから下流端部Ｂ１００ｂに移動させることができる。分岐チャネルＢ１０１はこれらの２つの端部間の主チャネルＢ１００の領域内で主チャネルＢ１００に接合する。
【０１７１】
第１の分岐チャネルＢ１０１は、気体を第１の分岐チャネルの中に導入するための気体入口Ｂ１０１ａ、液体を第１の分岐チャネルの中に導入するための液体入口Ｂ１０１ｄ、および弁Ｂ１０１ｃをさらに備える。弁Ｂ１０１ｃは、弁により第１の分岐チャネル内の液体および気体が主チャネルの中に移動するのを防ぐ閉位置と、弁により第１の分岐チャネル内の液体および気体が主チャネルの中に移動できる開位置との間を移動するように構成される。
【０１７２】
図１８ｂは本発明の第１の実施形態の代替配置を示し、第１の分岐チャネルは、液体および気体が第１の分岐チャネルから気体入口Ｂ１０１ａを通って流れるのを防ぐために、気体入口弁Ｂ１０１ｂをさらに備える。気体入口弁Ｂ１０１ｂは、弁により第１の分岐チャネル内の液体が気体入口の中に移動するのを防ぐ閉位置と、弁により気体が気体入口から第１の分岐チャネルの中に移動できる開位置との間を移動するように構成される。気体入口弁は液体入口からの液体による気体入口の汚染の危険性を低減させる。恣意的に気体入口および気体入口弁は一緒に結合されてもよく、または代替実施形態では気体入口および気体入口弁は独立していてもよい。
【０１７３】
図１９ａは本発明の第２の実施形態を示し、流体カートリッジは主チャネルＢ１００、第１の分岐チャネルＢ１０１および第２の分岐チャネルＢ１０２を含む。主チャネルＢ１００は上流端部Ｂ１００ａおよび下流端部Ｂ１００ｂを備え、上流端部Ｂ１００ａはサンプルを受領し液体サンプルを上流端部Ｂ１００ａから下流端部Ｂ１００ｂに移動させることができる。第１の分岐チャネルＢ１０１はこれらの２つの端部間の主チャネルＢ１００の領域内で主チャネルＢ１００に接合し、第２の分岐チャネルＢ１０２は第１の分岐チャネルＢ１０１の下流で主チャネルＢ１００に接合する。
【０１７４】
第２の分岐チャネルＢ１０２は気体を第２の分岐チャネルの中に導入するための気体入口Ｂ１０２ａ、液体を第２の分岐チャネルの中に導入するための液体入口Ｂ１０２ｄ、および弁Ｂ１０２ｃをさらに備える。弁Ｂ１０２ｃは、弁により第２の分岐チャネル内の液体および気体が主チャネルの中に移動するのを防ぐ閉位置と、弁により第２の分岐チャネル内の液体および気体が主チャネルの中に移動できる開位置との間を移動するように構成される。
【０１７５】
図１９ｂは第２の実施形態の代替配置を示し、第１および第２の分岐チャネルＢ１０１、Ｂ１０２は、液体および気体が分岐チャネルから気体入口Ｂ１０１ａ、Ｂ１０２ａを通って流れるのを防ぐために気体入口弁Ｂ１０１ｂ、Ｂ１０２ｂをさらに備える。気体入口弁Ｂ１０１ｂ、Ｂ１０２ｂは、気体入口弁により分岐チャネル内の液体が気体入口の中に移動するのを防ぐ閉位置と、気体入口弁により気体が気体入口から分岐チャネルの中に移動できる開位置との間を移動するように構成される。気体入口弁は液体入口からの液体による気体入口の汚染の危険性を低減させる。恣意的に気体入口および気体入口弁は一緒に結合されてもよく、または代替実施形態では気体入口および気体入口弁は独立していてもよい（図１９ｃ）。さらなる実施形態では、第１および第２の分岐チャネルそれぞれにおける第１および第２の気体入口弁Ｂ１０１ｂ、Ｂ１０２ｂは、以下により詳細に記載されるように同時に作動されてもよい。
【０１７６】
本実施形態は主チャネルに接合する第１および第２の分岐チャネルを示すが、あらゆる数の追加の分岐チャネルを主チャネルにあらゆる配列または配向で流体連結できることが、当業者には理解されるはずである。
【０１７７】
図１８および図１９の分岐チャネルＢ１０１およびＢ１０２は、主チャネルに９０度の接合、すなわちＴ字型接合で接合しているように示されている。しかし１つまたは複数の分岐チャネルが主チャネルＢ１００に９０度または鋭角などのあらゆる他の角度で接合してもよく、そのすべてが本発明の範囲によって網羅されることが、当業者には理解されよう。
【０１７８】
１つまたは複数の分岐チャネルＢ１０１、Ｂ１０２上の弁Ｂ１０１ｃ、Ｂ１０２ｃは主チャネルＢ１００から離間されてもよく、それによって弁と主チャネルＢ１００との間で分岐チャネルＢ１０１、Ｂ１０２内にデッドレッグＢ１０８が形成される（図１８および図１９）。液体サンプルが主チャネルＢ１００に沿って上流端部Ｂ１００ａから下流端部Ｂ１００ｂに移動する際、一定量の流体サンプルがデッドレッグＢ１０８内に堆積する。後続の流体は堆積された液体の存在によって汚染される恐れがある。
【０１７９】
別法として、１つまたは複数の分岐チャネルＢ１０１、Ｂ１０２上の弁Ｂ１０１ｃ、Ｂ１０２ｃは分岐チャネルＢ１０１、Ｂ１０２と主チャネルＢ１００との間の接合部に配置されてもよい。弁Ｂ１０１ｃ、Ｂ１０２ｃは例えばＴ型弁であってもよい。しかしこのような弁Ｂ１０１ｃ、Ｂ１０２ｃが接合部に提供される場合であっても、主チャネル全体が連続したままであるように、主チャネルＢ１００とぴたりと重なって弁を閉じることは不可能である。それゆえ弁Ｂ１０１ｃ、Ｂ１０２ｃが接合部に提供される場合であっても、主チャネルＢ１００の流路の外側にデッドレッグＢ１０８ができる部分は常に存在する。液体サンプルが主チャネルＢ１００に沿って上流端部Ｂ１００ａから下流端部Ｂ１００ｂに移動する際、一定量の液体サンプルがデッドレッグＢ１０８内に堆積する。
【０１８０】
残留液体サンプルをデッドレッグから一掃するために、分岐チャネル上に気体入口を有することが好都合である。１つまたは複数の分岐チャネル上の気体入口Ｂ１０１ａ、Ｂ１０２ａからの気体の移動は、残留液体サンプルの分岐チャネルを一掃するために使用され、また液体サンプルが主チャネルに移動した後、分岐チャネルを乾燥させるために使用される。
【０１８１】
１つまたは複数の分岐チャネルＢ１０１、Ｂ１０２上の液体入口Ｂ１０１ｄ、Ｂ１０２ｄを液体チャンバに結合することができる。液体チャンバは液体試薬または緩衝液を含有してもよく、この場合緩衝液は溶解緩衝液、洗浄緩衝液または溶出緩衝液を含むことができる。一実施形態では、第１の分岐チャネルＢ１０１内の液体入口Ｂ１０１ｄに結合された液体チャンバは洗浄緩衝液を含有してもよく、第２の分岐チャネルＢ１０２内の液体入口Ｂ１０２ｄに結合された液体チャンバは溶出緩衝液を含有してもよい。異なる液体が別個の分岐チャネル上の独立した液体入口Ｂ１０１ｄを通って導入されることにより、異なる液体または試薬が単一の入口を通過することを阻止する。これは下流反応の前に試薬の二次汚染を起こす可能性がある。しかし個々の液体入口Ｂ１０１ｄ、Ｂ１０２ｄを備えた複数の分岐チャネルの存在により、分岐チャネルのデッドレッグＢ１０８内により多くの液体または試薬の堆積を引き起こす可能性もある。また気体入口Ｂ１０１ａ、Ｂ１０２ａを使用して、液体入口Ｂ１０１ｄ、Ｂ１０２ｄから導入されたあらゆる液体、例えば試薬などを１つまたは複数の分岐チャネルＢ１０１、Ｂ１０２から一掃することができる。気体入口が、液体入口より分岐チャネルと主チャネルとの接合部からの方がより離れて配置される場合に特に有利である。この設計により、あらゆる残留液体サンプルまたは液体を分岐チャネル内のデッドレッグＢ１０８から完全に排出させることができる。
【０１８２】
液体チャンバＢ５００は、折り畳まれたときにその中に含有された液体を液体入口Ｂ１０１ｄ、Ｂ１０２ｄを通して分岐チャネルＢ１０１、Ｂ１０２の中に放出するために、また液体サンプルが１つまたは複数の分岐チャネルＢ１０１、Ｂ１０２の下流を通過後に液体を主チャネルＢ１００の中に導入するために主チャネルＢ１００の中に放出するように適合された、折畳式ブリスタ（上に記載されたようなもの）であってもよい。図２０ａおよび図２０ｂは折畳式ブリスタＢ５００を示し、折畳式ブリスタＢ５００は高分子材料から形成され、二次平箔Ｂ５０１で封止されてもよい。箔５０１の底面は接着テープを使用して流体カートリッジＢ１の上面に固定される。ブリスタ上の封止は箔とカートリッジとの間で、液体入口に隣接した小領域Ｂ５０３を除いてブリスタＢ５０２の外周に永続的にあるように設計される。この領域Ｂ５０３では封止は壊れやすい。例えば機械的作動装置を使用して力を加えると、箔は封止が最も弱い壊れやすい封止領域内で剥離する。次いでチャンバＢ５００内の液体は放出され、カートリッジ内の流体チャネルを介して液体入口Ｂ１０１ｄの中に向けられる。
【０１８３】
液体チャンバの流体容積は１００〜８００μｌ、好ましくは２００〜７５０μｌであることが可能である。洗浄緩衝液のチャンバ容積はより好ましくは４００〜７５０μｌ、最も好ましくは４５０〜６５０μｌであるべきである。溶出緩衝液のチャンバ容積はより好ましくは１５０〜５０００μｌ、最も好ましくは２００〜４００μｌであるべきである。
【０１８４】
微小流体装置内の流体を制御する際に使用するための多くの異なるタイプの弁が開発されており、本発明に使用するために検討されている。例示的カートリッジ内で、１つまたは複数の分岐チャネル内の当該もしくは各弁または気体入口弁Ｂ１０１ｂ、Ｂ１０２ｂは、空気圧作動式弁である。
【０１８５】
図２１は、本発明に使用するための適切な空気圧作動弁を示す。弁Ｂ６０１ｄは、分岐チャネルＢ６０１に連結された第１の開口Ｂ６０１ａおよび第２の開口Ｂ６０１ｂを有する弁チャンバＢ６００を備える。弁Ｂ６０１ｄは、流体流れが分岐チャネルＢ６０１を通るのを防ぐために可撓性膜Ｂ６０２が第１および第２の開口Ｂ６０１ａ、Ｂ６５０１ｂを封止する閉位置（図２１ａ）と、流体が分岐チャネルを通って流れることができるために可撓性膜Ｂ６０２が第１および第２の開口Ｂ６０１ａ、Ｂ６０１ｂから離間された開位置（図２１ｂ）との間を移動可能な可撓性膜Ｂ６０２をさらに備える。弁Ｂ６０１ｃは、弁チャンバＢ６００内に開口Ｂ６０３ａを有する流体通路Ｂ６０３をさらに備える。開口Ｂ６０３ａは可撓性膜Ｂ６０２により第１および第２の開口Ｂ６０１ａ、Ｂ６０１ｂから分離される。流体通路Ｂ６０３は、可撓性膜の開位置と閉位置との間で可撓性膜を動かすために作動チャネルとして働き、したがって弁を作動させる。
【０１８６】
上に記載した例示的流体カートリッジは、陽圧および／またはゲージ圧の源に連結するために空気圧式界面を備える。空気圧式界面は複数のポートを備える。流体通路Ｂ６０３は、可撓性膜が開位置と閉位置（図２１ａおよび２１ｂ参照）との間を移動するように、陽圧および／またはゲージ圧を弁チャンバＢ６００内に加えるために、空気圧式界面内のポートに結合される。陽気圧が流体通路Ｂ６０３を介して加えられると、弁チャンバＢ６００内の圧力は分岐チャネルＢ６０１内の圧力を超えて増加し、可撓性膜Ｂ６０２は閉位置に押される。反対に真空またはゲージ圧が流体通路Ｂ６０３を介して加えられると、弁チャンバＢ６００内の圧力は分岐チャネルＢ６０１の圧力より低下し、可撓性膜Ｂ６０２は開位置に運ばれる。
【０１８７】
第１および第２の分岐チャネルそれぞれにおける第１および第２の気体入口弁Ｂ１０１ｂ、Ｂ１０２ｂは、空気圧式界面内の異なるポートに結合されてもよい。しかし図２２は好ましい実施形態を示しており、第１および第２の分岐チャネルそれぞれにおける第１および第２の気体入口弁Ｂ１０１ｂ、Ｂ１０２ｂが空気圧式界面Ｂ９００内の同一ポートＢ９０１に一緒に結合されることにより、第１および第２の分岐チャネル上の気体入口弁Ｂ１０１ｂおよびＢ１０２ｂが同時に作動することができる。
【０１８８】
１つまたは複数の分岐チャネルＢ１０１、Ｂ１０２上の気体入口Ｂ１０１ａ、Ｂ１０２ａは気体供給部に結合されてもよい。恣意的に、気体入口Ｂ１０１ａ、Ｂ１０２ａは気体供給部に連結するために空気圧式界面に結合される。気体供給部は、気体が気体入口を通って主チャネルの中に移動するのに適切であり、液体サンプルが１つまたは複数の分岐チャネルＢ１０１、Ｂ１０２の下流を通過する前後、好ましくは後に気体を主チャネルの中に導入するために使用されることが可能である。恣意的に第１および第２の分岐チャネルＢ１０１、Ｂ１０２のそれぞれにおける第１および第２の気体入口弁Ｂ１０１ｂ、Ｂ１０２ａは、独立した気体供給部に連結するために空気圧式界面上の独立したポートに結合される。例示的カートリッジでは、カートリッジが読取機の中に挿入されると気体供給部が読取機によって提供される。
【０１８９】
第１および第２の気体入口Ｂ１０１ａ、Ｂ１０２ａは、気体供給部の二次汚染の危険性を低下させるように、独立した気体供給チャネルを介してそれぞれの気体供給部に結合される。使用時に気体は気体入口Ｂ１０１ａ、Ｂ１０２ａを介して供給され、気体入口弁は、分岐チャネルを通るあらゆる液体を押圧するように空気圧式界面Ｂ９００によって加えられた陽圧を介して同時に開く。１つまたは複数の弁Ｂ１０１ｃおよびＢ１０２ｃが開いているならば、気体は１つまたは複数の分岐チャネル内のデッドレッグからあらゆる液体を排出する。
【０１９０】
一実施形態では、２つの分岐チャネルの存在に関連して、空気圧式界面Ｂ９００は第１〜第３のポートＢ９０１、Ｂ９０２、Ｂ９０３を備えてもよい。図２３は第１〜第３のポートを示し、それぞれは以下に結合される。
ｉ．（ポートＢ９０２に結合された）第１の分岐チャネル内の弁Ｂ１０１ｃの弁チャンバ
ｉｉ．（ポートＢ９０３に結合された）第２の分岐チャネル内の弁Ｂ１０２ｃの弁チャンバ
ｉｉｉ．第１の分岐チャネルＢ１０１ｂ内の気体入口弁の弁チャンバ、および（ポートＢ９０１に結合された）第２の分岐チャネルＢ１０２ｂ内の気体入口弁の弁チャンバ
【０１９１】
ポートは弁を作動するように弁チャンバに結合される。第１および第２の分岐チャネル上の弁Ｂ１０１ｃ、Ｂ１０２ｃは互いに単独にかつ気体入口弁Ｂ１０１ｂ、Ｂ１０２ｂと無関係に作動されてもよく、またはすべての弁および気体入口弁を同時に開閉するように互いに関連して作動されてもよい。弁および気体入口弁の作動は空気圧式界面Ｂ９００によって制御される。
【０１９２】
用語「第１の」、「第２の」および「第３の」ポートは、ポートが流体カートリッジ上に配置された、または弁チャンバが空気圧式界面に連結された順番に必ずしも反映しないことを理解されたい。
【０１９３】
主チャネルおよび分岐チャネルは、通常０．５〜１．４ｍｍ、好ましくは０．６〜１．０ｍｍ、より好ましくは０．７ｍｍ〜０．９ｍｍの直径を有することができる。これらの直径は（チャネルを一掃して乾燥させるように）高い気体流速が可能になるように最適化され、チャネル面は線形流体流れを確実にするために平滑である。
【０１９４】
主チャネルおよび１つまたは複数の分岐チャネルは、上に記載したようにカートリッジの流体層内に形成されてもよい。流体通路Ｂ６０３はカートリッジの空気圧層内に形成されてもよい。流体層および空気圧層はポリプロピレンから製造されてもよい。
【０１９５】
次に図１８に示された流体カートリッジの作動について、図２４の流体サンプルＢ７００の処理方法を参照に説明する。作動中、液体サンプルは主チャネルＢ１００に移動することができる。主チャネルに入る液体は、上流端部Ｂ１００ａから下流端部Ｂ１００ｂに流れる。弁Ｂ１０１ｃは、液体サンプルが主チャネルＢ１００から分岐チャネルＢ１０１の中に流れるのを防ぐ。しかし液体サンプルは、第１の分岐チャネルＢ１０１のデッドレッグＢ１０８内に堆積される傾向がある。気体は、堆積された液体サンプルを取り除くために第１の分岐チャネルＢ１０１を通過して主チャネルＢ１００に移動することができる。したがって気体源をオンし（ステップＢ７０２）、気体入口弁Ｂ１０１ｂを開く。次いで気体は気体入口Ｂ１０１ａから第１の分岐チャネルＢ１０１を通過して主チャネルＢ１００の中に移動し、デッドレッグＢ１０８内のあらゆる残留液体サンプルを排出する。デッドレッグが一旦一掃されると、気体入口弁Ｂ１０１ｂを閉じ、気体源をオフすることができる。気体入口弁を閉じることにより、液体を液体チャンバから排出するときに液体が液体入口から気体入口の中に移動するのを防ぐ。
【０１９６】
次いで液体が液体入口Ｂ１０１ｄから第１の分岐チャネルＢ１０１を通過し主チャネルＢ１００の中に移動してもよい。液体は液体入口に結合された液体チャンバから放出されてもよい。液体は主チャネルの下流で液体サンプルと反応するための試薬であってもよい。液体サンプルと反応する液体量を正確に制御する必要があることがあり、したがって液体の全量が主チャネルＢ１００の中に移動することが重要である。気体を使用して液体試薬を分岐チャネルＢ１０１およびデッドレッグＢ１０８から主チャネルＢ１００の中に放出でき、したがって液体試薬の全量が確実に主チャネルの下流端部Ｂ１００ｂに移動する。したがって最終ステップＢ７０６およびＢ７０７では、気体源がオンされ、あらゆる残留液体が第１の分岐チャネルＢ１０１の中に排出されるように気体が気体入口Ｂ１０１ａから第１の分岐チャネルＢ１０１を通って主チャネルＢ１００の中に移動するために、気体入口弁Ｂ１０１ｂを開くことが必要である。
【０１９７】
流体カートリッジは、気体入口弁が閉じているときに液体および気体が第１の分岐チャネルから気体入口Ｂ１０１ａを通って流れるのを防ぐように、第１の分岐チャネル内に気体入口弁Ｂ１０１ｂをさらに備えてもよい（図１８ｂ）。気体が気体供給部から気体入口Ｂ１０１ａを通って分岐チャネルの中に移動できるために、気体入口弁Ｂ１０１ｂは気体供給部がオンされた後に開くべきである。デッドレッグが一旦一掃されると、気体入口弁Ｂ１０１ｂを閉じ、気体供給部をオフすることができる。気体入口弁を閉じることにより、液体を液体チャンバから排出するときに液体が液体入口から気体入口の中に移動するのを防ぐ。
【０１９８】
空気入口Ｂ１０１ａから出る前進圧力を維持するために、第１の分岐チャネル上の気体入口弁Ｂ１０１ｂまたは弁Ｂ１０１ｃを開く前に気体が気体入口Ｂ１０１ａに供給されるべきである。
【０１９９】
次に図１９ｂに示された流体カートリッジの作動について、図２０の液体サンプルＢ８００の処理方法を参照に記載する。作動中、液体サンプルは主チャネルＢ１００に移動することができる。主チャネルに入る液体は、上流端部Ｂ１００ａから下流端部Ｂ１００ｂに流れる。弁Ｂ１０１ｃ、Ｂ１０２ｃは、液体サンプルが主チャネルＢ１００から第１または第２の分岐チャネルＢ１０１、Ｂ１０２の中に流れるのを防ぐ。しかし液体サンプルは、第１および第２の分岐チャネルＢ１０１、Ｂ１０２のデッドレッグＢ１０８内に堆積する傾向がある。あらゆる堆積された液体サンプルを排出させるために、かつ液体サンプル主チャネルから除去するために、気体が第１および第２の分岐チャネルＢ１０１、Ｂ１０２を通過して主チャネルＢ１００に移動することができる。したがって気体を第１および第２の気体入口Ｂ１０１ａ、Ｂ１０２ａに供給し（ステップＢ８０２）、気体入口弁Ｂ１０１ｂ、Ｂ１０２ｂが開き、弁Ｂ１０１ｃ、Ｂ１０２ｃも開く。気体入口弁がどちらも空気圧式界面Ｂ９００上の同一ポートに連結される場合、気体入口弁は同時に開く。次いで気体は気体入口Ｂ１０１ａ、Ｂ１０２ａから第１および第２の分岐チャネルＢ１０１、Ｂ１０２を通過して主チャネルＢ１００の中に移動し、デッドレッグＢ１０８内のあらゆる残留液体サンプルを排出する。デッドレッグが一旦一掃されると、気体入口弁Ｂ１０１ｂ、Ｂ１０２ｂを閉じ、気体源をオフすることができる。気体入口弁を閉じることにより、液体を液体チャンバから排出するときに液体が液体入口から気体入口の中に移動するのを防ぐ。気体が分岐チャネルを一掃した後、第１および第２の分岐チャネル内の残圧を確実に大気圧に放出するために、上流および下流ベローズポンプ弁２２ａ、２２ｂを一時的に開くことができる。
【０２００】
次いで第１および第２の分岐チャネル上の弁を開閉できることにより、１つの分岐チャネル上の液体入口からの液体の通過が可能になる。好ましくは第１の分岐チャネルＢ１０１ｄ上の液体入口からの液体を、第２の分岐チャネルＢ１０２ｄ上の液体入口からの液体の前にチャネルを通過させる。これにより第２の液体試薬の第１の液体試薬との二次汚染の危険性が、第２の液体試薬の流体通路長を短くすることによって低減する。分岐チャネルの二次汚染をさらに阻止するために、弁を使用して液体流れを制限することができる。特に液体が第１の分岐チャネルＢ１０１ｄ上の液体入口から第１の分岐チャネルＢ１０１を通過して主チャネルＢ１００に移動する前に、第２の分岐チャネル上の弁Ｂ１０２ｃを閉じることにより、液体が第１の分岐チャネルからデッドレッグＢ１０８を超えて第２の分岐チャネルの中にそれ以上流れるのを防ぐ。
【０２０１】
特定の使用時に、第１の分岐チャネル上の液体入口からの液体は洗浄緩衝液であってもよい。洗浄緩衝液は下流反応に対して毒性がある可能性が多いので、液体がそれ以上チャネルを移動する前に洗浄緩衝液を確実に取り除くことが重要である。気体を使用してあらゆるデッドレッグＢ１０８を排出し、液体がそれ以上移動する前に第１および第２の分岐チャネルならびに主チャネルを確実に一掃することができる。方法Ｂ８００の次のステップＢ８０７は、第１の分岐チャネル上の気体入口Ｂ１０１ａに連結された気体源をオンすること、および第２の分岐チャネル上の気体入口Ｂ１０２ａに連結された気体源をオンすることを含む。次いで第２の分岐チャネル上の弁Ｂ１０２ｃならびに第１および第２の分岐チャネル上の気体入口弁Ｂ１０１ｂ、Ｂ１０２ｂを開き、気体が気体入口Ｂ１０１ａから第１の分岐チャネルＢ１０１を通過し、気体入口Ｂ１０２ａから第２の分岐チャネルＢ１０２を通過して主チャネルＢ１００の中に移動する。弁Ｂ１０１ｃ、Ｂ１０２ｃの両方を開くことにより、第１および第２の分岐チャネル上の内の両方のデッドレッグが確実にあらゆる残留液体を一掃する。デッドレッグが一旦一掃されると、気体入口弁Ｂ１０１ｂ、Ｂ１０２ｂを閉じて気体源をオフすることができる。気体が分岐チャネルを一掃した後、第１および第２の分岐チャネル内の残圧を確実に大気圧に放出するために、上流および下流ベローズポンプ弁を一時的に開くことができる。
【０２０２】
次いで第２の液体（第１の液体と同じであっても同じでなくてもよい）は、液体入口Ｂ１０２ｄから第２の分岐チャネルＢ１０２を通過して主チャネルＢ１００の中に移動してもよい。第１の分岐チャネル上の弁Ｂ１０１ｃを閉じることにより、いかなる液体流れも第１の分岐チャネルの中に逆流することを防ぎ、第２の分岐チャネル上の弁Ｂ１０２ｃを開く。液体は第２の分岐チャネルＢ１０２ｄ上の液体入口から第２の分岐チャネルＢ１０２を通過して主チャネルＢ１００に移動する。特定の使用時に、第２の分岐チャネル上の液体入口からの液体は溶出緩衝液であってもよい。後続の気体の通過を使用して、溶出緩衝液の全量が分岐チャネルを通過して液体サンプルと反応するために確実に主チャネルの中に移動する。最終ステップＢ８１１およびＢ８１２では、気体が気体入口Ｂ１０１ａ、Ｂ１０２ａから第１および第２の分岐チャネルを通って主チャネルＢ１００の中に移動するように、気体が第１および第２の分岐チャネル上の気体入口Ｂ１０１ａ、Ｂ１０２ａに供給されることが必要である。したがって溶出緩衝液の全量は主チャネルＢ１００ｂの下流端部の中に移動するべきである。
【０２０３】
気体が分岐チャネルおよび主チャネルを通過する際、第１および第２の分岐チャネル上の気体入口弁Ｂ１０１ｂ、Ｂ１０２ｂまたは弁Ｂ１０１ｃ、Ｂ１０２ｃを開く前に、気体が気体入口Ｂ１０１ａ、Ｂ１０２ａに供給される。このことは空気入口Ｂ１０１ａ、Ｂ１０２ａから出る前進圧力を維持する。気体を１つまたは複数の分岐チャネル上の気体入口Ｂ１０１ａ、Ｂ１０２ａから主チャネルＢ１００の中に移動させる１つまたは複数のステップは、主チャネルＢ１００から残留液体サンプルおよび／または残留液体を除去することをさらに含む。液体サンプルおよび／または残留液体は、反応チャンバ、捕捉カラムまたは廃液チャンバなどの受容チャンバの中に移動してもよい。
【０２０４】
気体入口弁Ｂ１０１ｂ、Ｂ１０２ｂは、気体入口弁Ｂ１０１ｂ、Ｂ１０２ｂが閉じているときに気体入口弁Ｂ１０１ｂ、Ｂ１０２ｂによりあらゆる液体が気体入口Ｂ１０１ａ、Ｂ１０２ａの中に移動するのを防ぐように提供される。
【０２０５】
流体カートリッジは空気圧式界面をさらに備えてもよく、弁Ｂ１０１ｃ、Ｂ１０２ｃおよび気体入口弁Ｂ１０１ｂ、Ｂ１０２ｂの作動を制御するのがこの界面である。また気体供給部を空気圧式界面上のポートに連結させてもよく、空気圧式界面のポートを気体入口Ｂ１０１ａ、Ｂ１０２ａに結合できる。空気圧式界面を使用して陽気圧の源を供給でき、次いで陽気圧の源は気体入口Ｂ１０１ａ、Ｂ１０２ａを通って分岐チャネルＢ１０１、Ｂ１０２の中に移動する。
【０２０６】
分岐チャネルからあらゆる残留液体を排出させるステップは、分岐チャネル内に残っている（液体サンプルまたは液体入口からの液体である）残留液体がないように、デッドレッグを浄化する。これは試薬またはサンプルの後の汚染の危険性を低減させる。記載されたように、あらゆる洗浄緩衝液の存在が後続の下流反応、特にＰＣＲなどの鋭敏反応に「毒性」であり得る。溶出緩衝液は、洗浄緩衝液のいかなる痕跡が残っている場合も作用することを阻まれ、したがって溶出緩衝液がチャネルを通過する前にすべての洗浄緩衝液を確実に取り除くことが重要である。
【０２０７】
液体入口から液体を通過させるステップは、液体を液体チャンバから分岐チャネルの中に放出することを含んでもよい。液体チャンバが折畳式ブリスタである場合、液体入口から液体を通過させるステップは折畳式ブリスタを折り畳むこと、およびそれによって液体含有物が液体入口を通って分岐チャネルの中に、また主チャネルの中に放出されることを含む。
【０２０８】
他の配置、構成および方法が当業者に容易に明らかになるはずであることを認識されたい。さらなる分岐チャネルを主チャネルに接合することができ、したがって様々な試薬を分岐チャネル液体入口に結合された液体チャンバ内に含有することができる。さらにあらゆる空気圧作動式弁をあらゆる他の適切な微小流体弁に置換することができる。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採用できることを理解されたい。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。
【０２０９】
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〜図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。
【０２１０】
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。
【０２１１】
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。
【０２１２】
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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
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。
【０２１５】
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。
【０２１６】
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。
【０２１７】
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。
【０２１８】
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。
【０２１９】
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。
【０２２０】
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。
【０２２１】
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。
【０２２２】
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。
【０２２３】
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。
【０２２４】
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。
【０２２５】
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。
【０２２６】
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。
【０２２７】
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。
【０２２８】
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。
【０２２９】
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。
【０２３０】
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。
【０２３１】
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。
【０２３２】
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。
【０２３３】
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。
【０２３４】
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下がる。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。
【０２３５】
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。
【０２３６】
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。
【０２３７】
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。
【０２３８】
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。
【０２３９】
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。
【０２４０】
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。
【０２４１】
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。
【０２４２】
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。
【０２４３】
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。
【０２４４】
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。
【０２４５】
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。
【０２４６】
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。
【０２４７】
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。
【０２４８】
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。
【０２４９】
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。
【０２５０】
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。
【０２５１】
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。
【０２５２】
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。
【０２５３】
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。絶縁領域１４０ａ、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。
【０２５４】
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。
【０２５５】
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。
【０２５６】
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。
【０２５７】
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。
【０２５８】
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。
【０２５９】
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。
【０２６０】
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。
【０２６１】
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。
【０２６２】
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。
【０２６３】
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。
【０２６４】
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。
【０２６５】
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。
【０２６６】
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。
【０２６７】
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。
【０２６８】
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。
【０２６９】
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確定する。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。
【０２７０】
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濾出の危険性が最小になる。
【０２７１】
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。
【０２７２】
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。
【０２７３】
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】
2016527511.tif 000003
【図２】
2016527511.tif 000004
【図３】
2016527511.tif 000005
【図４】
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【図５】
2016527511.tif 000007
【図６Ａ】
2016527511.tif 000008
【図６Ｂ】
2016527511.tif 000009
【図７】
2016527511.tif 000010
【図８Ａ】
2016527511.tif 000011
【図８Ｂ】
2016527511.tif 000012
【図９】
2016527511.tif 000013
【図１０】
2016527511.tif 000014
【図１１】
2016527511.tif 000015
【図１２】
2016527511.tif 000016
【図１３ａ】
2016527511.tif 000017
【図１３ｂ】
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【図１４ａ】
2016527511.tif 000019
【図１４ｂ】
2016527511.tif 000020
【図１５ａ】
2016527511.tif 000021
【図１５ｂ】
2016527511.tif 000022
【図１６】
2016527511.tif 000023
【図１７】
2016527511.tif 000024
【図１８ａ】
2016527511.tif 000025
【図１８ｂ】
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【図１９ａ】
2016527511.tif 000027
【図１９ｂ】
2016527511.tif 000028
【図１９ｃ】
2016527511.tif 000029
【図２０ａ】
2016527511.tif 000030
【図２０ｂ】
2016527511.tif 000031
【図２１ａ】
2016527511.tif 000032
【図２１ｂ】
2016527511.tif 000033
【図２２】
2016527511.tif 000034
【図２３】
2016527511.tif 000035
【図２４】
2016527511.tif 000036
【図２５】
2016527511.tif 000037
【図２５−２】
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【国際調査報告】
2016527511.tif 000039
2016527511.tif 000040
2016527511.tif 000041