(57)【要約】本発明は、生物学的ターゲット及び増幅可能ターゲットを含む種々のターゲットのオンチップでの増幅及び／または検出のための方法及び装置にある程度関する。ある実施例では、微量培養装置は、接着コーティングに結合されたバルブ要素によって閉位置に当初保持される単回使用の常閉流体バルブを含む。バルブは磁力を用いて開放される。バルブ要素は磁性材料または金属を含む。そのような装置及び方法は、特に、限られたリソース環境においてターゲットの現場またはリアルタイムでの検出に対して有用である。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料におけるターゲットの増幅方法であって、
前記試料を第１の装置の第１のリザーバ内に導入することであって、前記第１の装置が前記第１のリザーバと流通する第１の排出口を備え、前記第１の装置が、前記ターゲットの現場またはリアルタイムでの増幅を可能とするように構成された、前記導入すること、及び
前記試料を前記第１のリザーバ内で培養し、それにより前記試料内の前記ターゲットを増幅して増幅試料を提供すること
を備える方法。  
【請求項２】
請求項１の方法であって、前記増幅試料を、前記培養工程中または後に殺菌することを更に含む前記方法。
【請求項３】
請求項１の方法において、前記第１の装置が、第１のバルブ要素、及び前記第１の排出口を閉じる位置に前記第１のバルブ要素を支持するように適合された第１のバルブ座部を更に備えた、前記方法。
【請求項４】
請求項３の方法であって、前記第１のバルブ要素を前記第１のバルブ座部から離脱させるように構成された磁力を生成するように、前記第１のバルブ座部に接着的に結合された前記第１のバルブ要素に磁界を印加することによって前記第１の排出口を開放することを更に含む前記方法。
【請求項５】
請求項１の方法であって、前記増幅試料を検定チャンバ内に導入することを更に含み、前記第１の排出口が前記検定チャンバに達し、前記検定チャンバが、前記ターゲットを識別するための１以上の検出剤を含むように構成され、それにより前記ターゲットが前記試料内に存在するか否かを識別する、前記方法。
【請求項６】
請求項５の方法において、前記検定チャンバが前記第１の装置に、または前記検定チャンバと流通する吸入口を有する第２の装置に設けられる、前記方法。
【請求項７】
請求項５の方法であって、前記ターゲットを識別した後に前記増幅試料を殺菌することを更に含む前記方法。
【請求項８】
請求項７の方法において、前記殺菌工程が、
第２のリザーバと前記検定チャンバの間で流通する第２の排出口を、前記第２の排出口を閉じる位置に前記第２のバルブ要素を支持するように適合された第２のバルブ座部に接着的に結合された第２のバルブ要素に磁界を印加することによって、開放することであって、前記磁界が前記第２のバルブ要素を前記第２のバルブ座部から離脱させるように構成された磁力を生成する、前記開放すること、及び
前記第２のリザーバから殺菌剤を前記検定チャンバに導入すること
を備える、前記方法。
【請求項９】
請求項８の方法において、前記第２のリザーバと前記検定チャンバの間の前記流通が前記第１のリザーバにおける開放経路を介して発生する、前記方法。
【請求項１０】
請求項５の方法において、前記検出剤が、染料、粒子、マーカまたはラベルのうちの１以上である、前記方法。
【請求項１１】
請求項１０の方法であって、電気化学、比色、蛍光、ウエスタンブロット、免疫組織化学、免疫検定、免疫クロマトグラフィ、放射免疫検定、光学免疫検定、酵素免疫検定、化学発光及び／または電気化学発光法による前記検出剤から検出可能な信号の存在を測定することを更に含む前記方法。
【請求項１２】
請求項１１の方法において、前記測定工程がラテラルフローアッセイによる検出を含む前記方法。
【請求項１３】
請求項１１の方法において、前記測定工程が複数のターゲットを含む前記方法。
【請求項１４】
請求項１３の方法において、前記複数のターゲットが１以上の食物媒介性病原体を含む、前記方法。
【請求項１５】
請求項１４の方法において、少なくとも１つの食物媒介性病原体が、サルモネラ菌、大腸菌、セレウス菌、ボツリヌス菌、リステリア菌及びエルシニア菌からなる群から選択される、前記方法。
【請求項１６】
請求項１３の方法において、前記複数のターゲットが１以上の武器化病原体を含む、前記方法。
【請求項１７】
請求項１６の方法において、少なくとも１つの武器化病原体が、炭疽菌、ペスト菌、野兎病菌、ブルセラ菌、鼻疽菌、類鼻疽菌及び赤痢菌からなる群から選択される、前記方法。
【請求項１８】
微量培養装置であって、
少なくとも１つの第１の排出口を備えた第１のリザーバであって、細胞媒体を備える前記第１のリザーバ、
第２のリザーバであって、前記第１の排出口が前記第１のリザーバと前記第２のリザーバの間の流通のために構成されている、前記第２のリザーバ、
第１のバルブ要素、
前記第１の排出口を閉じる位置に前記第１のバルブ要素を支持するように構成された第１のバルブ座部、及び
前記第１のバルブ座部の少なくとも一部分上に堆積され、前記排出口の閉位置に着座されると前記第１のバルブ要素の表面に解放可能に結合するように構成された第１の接着層
を備え、
前記第１のバルブ要素が、前記第１のバルブ座部から離脱して前記第１の排出口を開放させる配置を通過することによって充分な強度の印加磁界に応動する、微量培養装置。
【請求項１９】
請求項１８の微量培養装置において、前記第２のリザーバが捕捉剤及び／または検出剤を更に備える、前記微量培養装置。
【請求項２０】
請求項１８の微量培養装置において、前記第１のバルブ要素が磁性材料及び／または金属を備える、前記微量培養装置。
【請求項２１】
請求項１９の微量培養装置であって、
前記第２の段にある第３のリザーバであって、前記第１のリザーバと前記第３のリザーバの間の流通のために構成された第２の排出口を備え、前記第３のリザーバが殺菌剤を備え、
第２のバルブ要素、及び
前記第２の排出口を閉じる位置に前記第２のバルブ要素を支持するように適合された第２のバルブ座部
を備え、
前記第２のバルブ要素が、前記第２のバルブ座部から離脱して前記第２の排出口を開放させる配置を通過することによって充分な強度の印加磁界に応動する、微量培養装置。
【請求項２２】
請求項２１の微量培養装置において、前記第１のリザーバが、試料を導入するための吸入口を備え、前記装置が前記吸入口を除いて完全に封止された、前記微量培養装置。
【請求項２３】
請求項２１の微量培養装置において、前記第１の接着層が、前記第２のバルブ座部の少なくとも一部分に更に堆積され、前記排出口の閉位置に着座されると前記第２のバルブ要素の表面に解放可能に結合するように構成された、前記微量培養装置。
【請求項２４】
請求項２１の微量培養装置であって、前記第２のバルブ座部の少なくとも一部分上に堆積され、前記排出口の閉位置に着座されると前記第２のバルブ要素の表面に解放可能に結合するように構成された第２の接着層を更に備えた前記微量培養装置。
【請求項２５】
請求項１８の微量培養装置であって、前記印加磁界を前記第１のバルブ要素に供給するように構成された一体化ソースを更に備えた前記微量培養装置。
【請求項２６】
請求項１８の微量培養装置において、前記一体化ソースが一体化電磁石である、前記微量培養装置。
【請求項２７】
請求項１の方法において、前記第１の装置が請求項１８の前記微量培養装置である、前記方法。
【請求項２８】
流体装置であって、
少なくとも１つの第１の排出口を備えた第１のリザーバ、
第１のバルブ要素、
前記第１の排出口を閉じる位置に前記第１のバルブ要素を支持するように適合された第１のバルブ座部、及び
前記第１のバルブ座部の少なくとも一部分上に堆積された接着層であって、前記第１のバルブ要素が前記排出口の閉位置に着座されると、前記第１のバルブ要素の表面に解放可能に結合するように作用する前記接着層
を備え、
前記第１のバルブ要素が、前記第１のバルブ座部から離脱して前記第１の排出口を開放させる配置を通過することによって充分な強度の印加磁界に応動する、装置。
【請求項２９】
請求項２８の装置において、前記第１のバルブ要素が磁性材料及び／または金属を備える、前記装置。
【請求項３０】
請求項２９の装置において、前記第１のバルブ要素が永久磁石または電磁石を備える、前記装置。
【請求項３１】
請求項２８の装置において、前記第１のバルブ要素が前記接着層によって前記第１のバルブ座部に解放可能に結合される、前記装置。
【請求項３２】
請求項３１の装置において、前記第１のバルブが円盤である、前記装置。
【請求項３３】
請求項２８の装置において、前記第１のリザーバが、前記第１のバルブ座部から横方向に変位した位置において前記第１のバルブ要素を受けるように適合された分岐を有する、前記装置。
【請求項３４】
請求項２８の装置において、前記第１の排出口が受容チャンバに達する、前記装置。
【請求項３５】
請求項３４の装置において、前記受容チャンバが反応チャンバ、培養チャンバ、試薬チャンバ、殺菌チャンバ、検定チャンバまたは廃棄物チャンバである、前記装置。
【請求項３６】
請求項２８の装置において、前記第１のリザーバが少なくとも１つの吸入口を更に備える、前記装置。
【請求項３７】
請求項２８の装置であって、前記印加磁界を前記第１のバルブ要素に供給するように構成された一体化ソースを更に備えた前記微量培養装置。
【請求項３８】
請求項３７の装置において、前記一体化ソースが一体化電磁石である、前記装置。
【請求項３９】
請求項２８の装置であって、
少なくとも１つの第２の排出口を備えた第２のリザーバ、
第２のバルブ要素、及び
前記少なくとも１つの第２の排出口を閉じる位置に前記第２のバルブ要素を支持するように適合された第２のバルブ座部
を更に備え、
前記第２のバルブ要素が、前記第２のバルブ座部から離脱して前記第２の排出口を開放させる配置を通過することによって充分な強度の印加磁界に応動する、前記装置。
【請求項４０】
請求項３９の装置であって、前記第２のバルブ座部の少なくとも一部分上に堆積され、前記第２のバルブ要素が前記排出口の閉位置に着座されると前記第２の接着層が前記第２のバルブ要素の表面に解放可能に結合するように作用する第２の接着層を更に備えた前記装置。
【請求項４１】
請求項３９の装置において、前記第１及び第２のバルブ要素が同一方向に作動する、前記装置。
【請求項４２】
請求項３９の装置において、前記第１及び第２のバルブ要素が異なる方向に作動する、前記装置。
【請求項４３】
請求項３９の装置において、前記第１の排出口が第３のリザーバに達するとともに前記第２の排出口が前記第１のリザーバに達し、または前記第１の排出口が第２のリザーバに達するとともに前記第２の排出口が前記第３のリザーバに達する、前記装置。
【請求項４４】
請求項４３の装置において、前記第３のリザーバが反応チャンバ、培養チャンバ、試薬チャンバ、殺菌チャンバ、検定チャンバまたは廃棄物チャンバである、前記装置。
【請求項４５】
請求項４４の装置において、前記第３のリザーバが反応チャンバである、前記装置。
【請求項４６】
請求項４５の装置において、前記反応チャンバが１以上の検出剤及び／または捕捉剤を備える、前記装置。
【請求項４７】
請求項４５の装置において、前記反応チャンバが更に、ラテラルフローアッセイのための毛細血管床を含むように適合された、前記装置。
【請求項４８】
請求項４３の装置において、前記第１、第２及び第３のリザーバの各々が、個別に、殺菌剤、検出剤、ラベル、増幅剤、捕捉剤、細胞媒体、細胞、洗浄剤、緩衝剤、保存剤、アルコール、遮断剤及びビーズまたはこれらの組合せからなる群から選択された物質を備える、前記装置。
【請求項４９】
多段装置であって、
第１の段にあり、第１の排出口を備えた第１のリザーバ、
第２の段にある第２のリザーバであって、前記第２の段が前記第１の段の下方にあり、前記第１の排出口が前記第１のリザーバと前記第２のリザーバの間の流通のために構成された、前記第２のリザーバ、
第１のバルブ要素、
前記第１の排出口を閉じる位置に前記第１のバルブ要素を支持するように適合された第１のバルブ座部、及び
前記第１のバルブ座部の少なくとも一部分上に堆積され、前記排出口の開位置に着座されると、前記第１のバルブ要素の表面に解放可能に結合するように構成された第１の接着層
を備え、
前記第１のバルブ要素が、前記第１のバルブ座部から離脱して前記第１の排出口を開放させる配置を通過することによって充分な強度の印加磁界に応動する、多段装置。
【請求項５０】
請求項４９の多段装置であって、
前記第２の段にある第３のリザーバであって、前記第１のリザーバと前記第３のリザーバの間の流通のために構成された第２の排出口を備えた前記第３のリザーバ、
第２のバルブ要素、及び
前記第２の排出口を閉じる位置に前記第２のバルブ要素を支持するように適合された第２のバルブ座部
を備え、
前記第２のバルブ要素が、前記第２のバルブ座部から離脱して前記第２の排出口を開放させる配置を通過することによって充分な強度の印加磁界に応動する、多段装置
【請求項５１】
請求項５０の多段装置において、前記第１の接着層が更に前記第２のバルブ座部の少なくとも一部分上に堆積され、前記排出口の開位置に着座されると、前記第２のバルブ要素の表面に解放可能に結合するように構成された、前記多段装置。
【請求項５２】
請求項５０の多段装置であって、前記第２のバルブ座部の少なくとも一部分上に堆積され、前記排出口の閉位置に着座されると、前記第２のバルブ要素の表面に解放可能に結合するように構成された第２の接着層を更に備えた前記多段装置。
【請求項５３】
請求項４９の多段装置において、前記第１のバルブ要素が磁性材料及び／または金属からなる、前記多段装置。
【請求項５４】
流体装置の動作方法であって、
第１のバルブ座部に接着的に結合された第１のバルブ要素に、前記第１のバルブ要素を前記第１のバルブ座部から離脱させるように構成される磁力を生成するように、第１の磁界を印加すること、及び
前記第１の磁界の印加によって、前記第１のバルブ要素と前記第１のバルブ座部の間の前記接着結合を破壊し、それにより、第１のリザーバから第１の排出口を開放する前記第１のバルブ要素の移動をもたらすこと
を備える方法。
【請求項５５】
請求項５４の方法であって、前記第１の排出口を開放することによって、第１の物質を前記第１のリザーバからチャンバに移動させることを更に含み、前記第１の排出口が、前記第１のリザーバと前記チャンバの間の流通を与えるように構成される、前記方法。
【請求項５６】
請求項５５の方法において、前記チャンバが固体、準固体または気体の殺菌剤を備える、前記方法。
【請求項５７】
請求項５５の方法であって、
第２のバルブ座部に接着的に結合された第２のバルブ要素に、前記第２のバルブ要素を前記第２のバルブ座部から離脱させるように構成される磁力を生成するように、第２の磁界を印加すること、及び
前記第２の磁界の印加によって、前記第２のバルブ要素と前記第２のバルブ座部の間の前記接着結合を破壊し、それにより、第２のリザーバから第２の排出口を開放する前記第２のバルブ要素の移動をもたらすこと
を更に含む前記方法。
【請求項５８】
請求項５７の方法であって、前記第２の排出口を開放することによって、第２の物質を前記第２のリザーバから前記第１のリザーバ及び／または前記チャンバに移動させることを更に含む、前記方法。
【請求項５９】
請求項５８の方法において、前記第２の液体が固体、準固体または気体の殺菌剤からなる、前記方法。
【請求項６０】
請求項５７の方法であって、前記第２の排出口を開放することによって、前記第１の物質を前記第１のリザーバ及び／または前記チャンバから前記第２のリザーバに移動させることを更に含む、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｓａｎｄｉａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ及び米国エネルギー省との間の契約ＤＥ−ＡＣ０４−９４ＡＬ８５０００の下で開発された。米国政府はこの発明に所定の権利を有する。
【背景技術】
【０００２】
種々の分析物、汚染物及び毒物を検出するために小型化されたシステムが有用となる。特に、そのようなシステムは、試料及び試薬の消費を最小化しつつ、リアルタイムまたは現場でのターゲットの検出を可能とすることができる。ポイントオブケア検査は、診断の分野だけでなく、農業環境における病原体または遺伝子改変の検出、同様に環境的スクリーニングにおける生物学的及び化学的脅威の評価においても広い適用可能性を有する。
【０００３】
生体センサ技術の開発における大きな進歩にもかかわらず、多くのアッセイの利用は制限されたままである。一般に、これは、これらのアッセイが、感染量（一般に、１０２〜１０３個の細胞または胞子）またはそれ以下では生物学的ターゲットを検出することができないことに起因する。また、センサによっては、所望のターゲットの検出に必要な感度及び／または特異度が欠けている。
【０００４】
遠隔または低資源環境での使用のために、より簡素なセンサシステムが望まれる。例えば、そのようなシステムは、簡素化されたモードの動作、少ない電力使用、及び低い生産コストを含み得る。毒性因子が検出される場合、他の利点は、安全に廃棄され得る単回使用システムを含む。したがって、そのようなシステムを実施する多くの構成部材が必要とされる。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、磁気的に作動されるバルブを有する装置及びそれらの使用方法を特徴とする。発明の一例の実施形態は、単回使用の常閉流体バルブであり、それは磁力を用いて開放される。バルブは、（開口を含む）バルブ座部、及びバルブ座部の開口を閉じるバルブ要素を含む。
【０００６】
ある実施例では、バルブ座部は、２つのチャンバ（例えば、流体チャンバ）を分離し、接着剤でコーティングされた薄膜（厚さ約０．５から１．０ｍｍ）からなる。膜に切り込まれた孔は、チャンバ間の流体ビアとして作用し、これはビア上に固定されたバルブ要素で閉じられて膜の接着剤に接着されて一時的に封止される。
【０００７】
バルブ要素は、印加磁界に応動する材料からなる。例えば、そのような材料は、磁性材料または金属を含む。ある非限定的な使用において、バルブは、外部磁石をバルブに近接させて、接着コーティングからバルブを剥離する磁力を与えることによって開放される。そして、外部磁石は、ビアから離れた場所に物理的に移動され、それによってバルブを除去してチャンバ間の流体の流れに対してビアを開放する。他の実施形態では、一体化磁石が、印加磁界をバルブ要素に与えるようにバルブ上に構成される。使用において、この一体化磁石は（例えば、電流を一体化電磁石に供給することによって）作動されて磁界を印加し、それによりバルブを開放する。バルブを閉じるには、一体化磁石が（例えば、一体化電磁石への電流を除去することによって）非作動とされ、それによりバルブ要素が解放される。
【０００８】
特に、本デバイスは、１以上のターゲットの向上した検出を与えることができる。特に、デバイスは、ターゲットの増幅を可能とする１以上のチャンバまたはリザーバを含むように適合可能である。例えば、ターゲットがバクテリアである場合には、デバイスは、試験試料におけるバクテリアの濃度を増加させるための培養リザーバまたはチャンバを含むことができる。同様に、任意の増幅可能なターゲット（例えば、ウイルス、真菌または寄生虫）の濃度が、試験試料におけるものと比べて増加可能である。このようにして、下流側の生体検出前の生物学的ターゲットの増幅によって検出限界を向上することができ、既存の生体検知技術が生物学的ターゲットの現実の濃度または量を効果的に検出することが可能となる。したがって、後の生体検出を促進する生物学的ターゲットの増幅のための堅牢で可搬なデバイスもここに記載される。
【０００９】
またさらに、そのようなデバイスは、超低コストとすることができ、動作させるのに電力または計装化を要さず、ほとんど乃至は全く技術的訓練を受けていない個人によって動作可能である。例示の自己完結型のクレジットカードサイズのデバイスが、オンチップ微量培養法を採用して下流側の検出の前にバクテリアを増幅して、４桁の大きさを超えて検出限界を向上させることができ、１０２スポア／ｍＬの初期接種からの検出がここに実証される。
【００１０】
一態様では、発明は、少なくとも１つの第１の排出口を備えた第１のリザーバ、第１のバルブ要素、第１の排出口を閉じる位置に第１のバルブ要素を支持するように構成された第１のバルブ座部、及び第１のバルブ座部の少なくとも一部分上に堆積され、第１のバルブ要素が排出口の閉位置に着座されると第１のバルブ要素の表面に解放可能に結合するように作用する接着層を含む装置（例えば、流体微量培養及び／または多段装置）を特徴とする。ある実施形態では、第１のバルブ要素は、第１のバルブ座部から離脱して第１の排出口を開放させる配置を通過することによって充分な強度の印加磁界（例えば、ここに記載されるいずれかのものなどの外部ソース及び／または一体化ソースによる）に応動する。
【００１１】
ある実施形態では、リザーバ（例えば、第１、第２、第３または他のリザーバ）は、バルブ要素（例えば、第１、第２、第３または他のバルブ要素）を、バルブ座部（例えば、対応する第１、第２、第３または他のバルブ座部）から横方向に変位した位置において受けるように適合された分岐を有する。
【００１２】
ある実施形態では、第１の排出口は受容チャンバ（例えば、反応チャンバ、試料チャンバ、培養チャンバ、試薬チャンバ、殺菌チャンバ、検定チャンバ及び／または廃棄物チャンバ）に達する。
【００１３】
他の実施形態では、リザーバ（例えば、第１、第２、第３または他のリザーバ）は少なくとも１つの吸入口（例えば、試料ポートと流通するチャンバまたはチャネル、受容チャンバ、更なるチャネル）を更に含む。
【００１４】
更なる実施形態では、装置は、少なくとも１つの（例えば、１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個またはそれより多い）第２の排出口を備えた第２のリザーバ、第２のバルブ要素、及び少なくとも１つの第２の排出口を閉じる位置に第２のバルブ要素を支持するように構成された第２のバルブ座部を含む。ある実施形態では、第２のバルブ要素は、第２のバルブ座部から離脱して少なくとも１つの第２の排出口を開放させる配置を通過することによって充分な強度の印加磁界（例えば、外部または一体化ソースによる）に応動する。
【００１５】
ある実施形態では、装置は、第２のバルブ座部の少なくとも一部分上に堆積され、排出口の閉位置に着座されると第２のバルブ要素の表面に解放可能に結合するように作用する第２の接着層を含む。
【００１６】
ある実施形態では、第１の排出口が第３のリザーバに達するとともに第２の排出口が第１のリザーバに達し、第１の排出口が第２のリザーバに達するとともに第２の排出口が第３のリザーバに達し、または第１及び第２の排出口双方が第３のリザーバに達する。
【００１７】
他の態様では、発明は、少なくとも１つの第１の排出口を含む第１のリザーバ（例えば、第１段にある）、第２のリザーバ（例えば、第２段にあり、第２段は第１段の下にある）であって第１の排出口が第１のリザーバと第２のリザーバの間の流通のために構成された第２のリザーバ、第１のバルブ要素、第１の排出口を閉じる位置に第１のバルブ要素を支持するように適合された第１のバルブシート、及び第１のバルブ座部の少なくとも一部分上に堆積され、排出口の閉位置に着座されると第１のバルブ要素の表面に解放可能に結合するように構成された第１の接着層を含む装置（例えば、流体、微量培養及び／または多段装置）を特徴とする。ある実施形態では、第１のバルブ要素は、第１のバルブ座部から離脱して第１の排出口を開放させる配置を通過することによって充分な強度の印加磁界に応動する。他の実施形態では、装置は微量培養装置であり、細胞媒体（例えば、１以上の宿主細胞を選択的に含む安定化細胞媒体）を第１のリザーバに更に含む。
【００１８】
ある実施形態では、装置は、第１のリザーバと第３のリザーバの間の流通のために構成された第２の排出口を含む第３のリザーバ（例えば、第２段にある）、第２のバルブ要素、及び第２の排出口を閉じる位置に第２のバルブ要素を支持するように適合された第２のバルブ座部を更に含む。更なる実施形態では、第２のバルブ要素が、第２のバルブ座部から離脱して第２の排出口を開放させる配置を通過することによって充分な強度の印加磁界（例えば、外部及び／または一体化ソースによる）に応動する。他の実施形態では、装置は微量培養装置であり、殺菌剤（例えば、安定化殺菌剤）を第３のリザーバに更に含む。
【００１９】
ある実施形態では、装置は、第２のバルブ座部の少なくとも一部分に堆積され、排出口の閉位置に着座されると第２のバルブ要素の表面に解放可能に結合するように構成された第１及び／または第２の接着層を含む。
【００２０】
更に他の態様では、発明は、装置（例えば、流体装置またはここに記載されるいずれかの装置）の動作方法を特徴とし、その方法は、第１のバルブ要素を第１のバルブ座部から離脱させるように構成される磁力を生成するように、第１のバルブ座部に接着的に結合された第１のバルブ要素に第１の磁界を印加すること、及び第１の磁界の印加によって、第１のバルブ要素と第１のバルブ座部の間の接着結合を破壊し、それにより第１のリザーバから第１の排出口を開放する第１のバルブ要素の移動をもたらすことを含む。
【００２１】
ある実施形態では、方法は、第１の排出口を開放することによって、第１の物質（例えば、試料、試薬、気体、液体、準固体または固体）が第１のリザーバからチャンバに移動する（例えば、流れる）ようにすることを更に含み、第１の排出口は、第１のリザーバとチャンバの間の流通を与えるように構成される。特定の実施形態では、方法は、デバイス若しくは装置を振動させ、及び／または叩くことを更に含む。
【００２２】
他の実施形態では、方法は、第２のバルブ要素を第２のバルブ座部から離脱させるように構成される磁力を生成するように、第２のバルブ座部に接着的に結合された第２のバルブ要素に第２の磁界を印加すること、及び第２の磁界の印加によって、第２のバルブ要素と第２のバルブ座部の間の接着結合を破壊し、それにより第２のリザーバから第２の排出口を開放する第２のバルブ要素の移動をもたらすことを含む。ある実施形態では、第１及び第２の磁界は同一磁界である。他の実施形態では、第１及び第２の磁界は異なる磁界である。
【００２３】
ある実施形態では、方法は、第２の排出口を開放することによって、第２の物質（例えば、試料、試薬、気体、液体、準固体または固体）が第２のリザーバから第１のリザーバ及び／またはチャンバに移動する（例えば、流れる）ようにすること、及びに／または第１の液体が第１のリザーバ及び／またはチャンバから第２のリザーバに流れるようにすることを含む。特定の実施形態では、方法は、デバイス若しくは装置を振動させ、及び／または叩くことを更に含む。
【００２４】
他の態様では、発明は、試料におけるターゲットを増幅及び／または検出する方法を特徴とし、その方法は、第１のリザーバと流通する第１の排出口を含む第１の装置の第１のリザーバ内に試料を導入すること（例えば、第１の装置は、ターゲットの現場またはリアルタイムでの検出を可能とするように構成される）、及び試料を第１のリザーバ内で培養し、それにより試料内のターゲットを増幅して増幅試料を提供することを含む。ある実施形態では、試料は増幅可能なターゲット（例えば、バクテリア、ウイルス、寄生虫、原虫、蠕虫または真菌）を含む。
【００２５】
ある実施形態では、方法は、（例えば、導入工程の後、培養工程の前、または培養工程の後に）第１のバルブ要素を第１のバルブ座部から離脱させるように構成された磁力を生成するように、第１のバルブ座部に接着的に結合された第１のバルブ要素に磁界を印加することによって第１の排出口を開放することを含む。
【００２６】
他の実施形態では、増幅試料を検定チャンバ内に導入することを更に含み、第１の排出口は検定チャンバに達し、検定チャンバは、ターゲットが試料内に存在するか否かを識別するために、ターゲットを識別するための１以上の検出剤（例えば、染料、粒子、マーカ、ラベルまたはここに記載されるいずれかの薬剤）を含むように構成される。特定の実施形態では、方法は、デバイス若しくは装置を振動させ、及び／または叩くことを更に含む。
【００２７】
ある実施形態では、検定チャンバは第１の装置に、または検定チャンバと流通する吸入口を有する第２の装置に設けられる（例えば、吸入口は、第１の装置における第１の排出口及び／または第２の排出口と流通している）。
【００２８】
ある実施形態では、方法は、増幅試料を培養工程中若しくは培養工程後及び／またはターゲットを識別した後に殺菌することを更に含む。更なる実施形態では、殺菌工程は、第２の排出口を閉じる位置に第２のバルブ要素を支持するように適合された第２のバルブ座部に接着的に結合された第２のバルブ要素に磁界を印加することによって、第２のリザーバと検定チャンバの間で流通する第２の排出口を開放することであって、磁界が第２のバルブ要素を第２のバルブ座部から離脱させるように構成された磁力を生成すること、及び第２のリザーバから殺菌剤を検定チャンバに導入することを含む。特定の実施形態では、方法は、デバイス若しくは装置を振動させ、及び／または叩くことを更に含む。ある実施形態では、第２のリザーバと検定チャンバの間の流通は第１のリザーバにおける開放通路を介して発生する。
【００２９】
ある実施形態では、方法は、例えば、電気化学、比色、蛍光、ウエスタンブロット、免疫組織化学、免疫検定、免疫クロマトグラフィ、放射免疫検定、光学免疫検定、酵素免疫検定、化学発光及び／または電気化学発光法による検出剤から検出可能な信号の存在を測定することを更に含む。他の実施形態では、測定工程がラテラルフローアッセイによる検出及び／または複数のターゲット（例えば、１以上のバクテリア、ウイルス、寄生虫、原虫、蠕虫、真菌、食物媒介性病原体、武器化病原体またはここに記載されるいずれかのターゲット）を含む。
【００３０】
実施形態のいずれかにおいて、バルブ要素（例えば、第１、第２、第３または任意のバルブ要素）が磁性材料（例えば、永久磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石及び／またはアルニコ磁石）及び／または金属（例えば、鉄、ニッケル、コバルト、ガドリニウム、ネオジム、サマリウム、スチール、マグネタイト、フェライト、同様に他の金属、合金または磁化可能な複合体）を含む。実施形態のいずれかにおいて、第１、第２、第３または任意のバルブ要素は円盤である。
【００３１】
実施形態のいずれかにおいて、第１、第２、第３または任意のバルブ要素は、接着層またはその一部分によって第１のバルブ座部に解放可能に結合される。
【００３２】
実施形態のいずれかにおいて、２以上のバルブ要素（例えば、第１及び第２のバルブ要素、第１及び第３のバルブ要素、第２及び第３のバルブ要素など）が、同一方向または異なる方向に作動する。
【００３３】
実施形態のいずれかにおいて、リザーバ（例えば、第１、第２、第３または他のリザーバ）は、反応チャンバ、試料チャンバ、培養チャンバ、試薬チャンバ、殺菌チャンバ、検定チャンバまたは廃棄物チャンバである。
【００３４】
実施形態のいずれかにおいて、リザーバ（例えば、第１、第２、第３または他のリザーバ）は、個別に、１以上の殺菌剤（例えば、ここに記載されるような安定化殺菌剤）、検出剤（例えば、電気活性または電気触媒検出剤）、ラベル（例えば、電気活性または電気触媒検出剤またはラベル）、増幅剤、捕捉剤、細胞媒体（例えば、ここに記載されるような安定化殺菌剤、及び選択的に宿主細胞を含む）、細胞（例えば、ターゲットについての生きた宿主細胞）、洗浄剤、界面活性剤、緩衝剤、アルコール、保存剤、遮断剤、ビーズまたはこれらの組合せを含む。
【００３５】
実施形態のいずれかにおいて、リザーバ（例えば、第１、第２、第３または他のリザーバ）は、殺菌剤（例えば、固体、準固体、液体若しくは気体の安定化殺菌剤または殺菌剤を含む、ここに記載されるいずれかのもの）を含む。
【００３６】
実施形態のいずれかにおいて、リザーバ（例えば、第１、第２、第３または他のリザーバ）は、試料を導入するための吸入口を含み、装置は、吸入口を除いて完全に封止される。
【００３７】
実施形態のいずれかにおいて、リザーバ（例えば、第１、第２、第３または他のリザーバ）は、細胞媒体（例えば、安定化細胞媒体を含み、選択的にターゲットについての生きた宿主細胞を含む、ここに記載されるいずれかのもの）を含む。
【００３８】
実施形態のいずれかにおいて、リザーバ（例えば、第１、第２、第３または他のリザーバ）は更に、ラテラルフローアッセイのための毛細血管床を含むように適合される。
【００３９】
実施形態のいずれかにおいて、装置、デバイスまたは方法は、印加磁界をバルブ要素（例えば、第１、第２、第３または他のバルブ要素）に供給するように構成された一体化供給源（例えば、一体化永久磁石、磁気コイル（例えば、ソレノイド）、バルブ要素を引き付ける金属要素、または電磁石）を含む。
【００４０】
実施形態のいずれかにおいて、装置、デバイスまたは方法は、１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個またはそれより多いターゲット（例えば、ここに記載されるいずれかのターゲット）の検出のために構成される。
【００４１】
実施形態のいずれかにおいて、装置、デバイスまたは方法は、１以上のターゲットの現場での増幅及び／または検出（例えば、１以上のターゲットの約２４時間、１２時間、６時間、５時間、４時間、３時間、２時間、１時間、３０分、２０分またはそれ未満以内の増幅及び／または検出）を含む（選択的に、ターゲットを検出するための電力を用いずに、または最小限の電力を用いるように構成される）。
【００４２】
実施形態のいずれかにおいて、装置、デバイスまたは方法は、１以上のターゲットのリアルタイムでの増幅及び／または検出（例えば、約２時間、１時間、４５分、３０分、２０分、１５分、１０分、５分またはそれ未満以内での１以上のターゲットの増幅及び／または検出）を含む（選択的に、ターゲットを検出するための電力を用いずに、または最小限の電力を用いるように構成される）。
【００４３】
実施形態のいずれかにおいて、装置、デバイスまたは方法は、リソースの限られた環境（例えば、研究員及び／または熟練職員へのアクセスが限られた環境）における増幅及び／または検出を可能とするように構成される。非限定的な一実施形態では、デバイスは、１以上の追加の（例えば、ここに記載されるいずれかの）構成要素を含む。他の非限定的な実施形態では、デバイスは、分離／抽出構成部材、加熱構成部材、ポンプ、メンブレン、多機能センサ、発光ダイオード、能動回路素子、受動回路素子、電源、フォトダイオード及び遠隔測定ユニットの群から選択される１以上の構成部材を含む。
【００４４】
実施形態のいずれかにおいて、方法は、ここに記載される任意のデバイスまたは装置（例えば、流体装置、微量培養装置及び／または多段装置）の使用を含む。
【００４５】
定義
「約」は、記載される値の±１０％を意味する。
【００４６】
ここで使用する「流通」によって、ダクト、チャネル、チューブ、パイプ、チャンバ、または経路が開放される場合に液体、気体若しくは固体といった物質が実質的に制限されずに通る経路を意味する。経路が閉じられると、物質は、通過することを実質的に制限される。通常は、プレート、ベース及び／または基板の材料を介した物質の制限された拡散は、これは物質及び材料の組成に応じて生じたり生じなかったりするが、流通を構成しない。
【００４７】
「微小溶液」または「微量」は、１ｍｍ未満の少なくとも１つの寸法を有することを意味する。例えば、微小溶液構造体（例えば、ここに記載される任意の構造体）は、１ｍｍ未満の長さ、幅、高さ、断面寸法、周囲長、半径（例えば、外径または内径）または直径を有し得る。
【００４８】
ここで使用される用語「上部」、「底部」、「上側」、「下側」、「上」及び「下」は、構造体間の相対関係を与えるのに使用される。これらの用語の使用は、特定の構造体が装置における特定の場所に位置しなければならないことを示すものでも要件とするものでもない。
【００４９】
発明の他の構成及び有利な効果は、以降の説明及び特許請求の範囲から明らかなものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一態様を具体化する装置１００の模式的断面図であり、永久磁石８００によって封止可能なビア４５０を介して相互に流通可能な２個の流体チャンバ３１０及び６１０を含む。
【図１Ｂ】図１Ｂは、例示の炭疽菌検出デバイスの領域間の流体のアクセスを制御するのに使用される磁気バルブ制御の模式図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の一態様を具体化する装置１０００の更なる部分的模式図である。図２Ａの表示は、６枚の層１１００〜１６００で構成され、２個のバルブ１４５０／１８００及び１４６０／１８１０並びに３個の流体チャンバ１３１０、１５１０及び１５２０を含む装置１０００の等大分解図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａにおける装置の種々の層の斜視分解図である。
【図３】図３は、バルブを開放する前の例示のデバイスの上面及び底面写真である。例示のデバイスは、試料チャンバ２３１０、殺菌チャンバ２５２０、ラテラルフローアッセイ（ＬＦＡ）チャンバ２５１０、第１のバルブ（試料バルブまたは「バルブ１」）２４５０及び第２のバルブ（殺菌バルブまたは「バルブ２」）２４６０を含む。
【図４】図４は、試料バルブ（「バルブ１」）を開放した後の例示のデバイスの上面写真である。バルブ１の（黒い矢印が付された）磁石、このバルブのための（白い楔で示される）開口ビア、及びバルブを開放するのに使用される（黒い矢印が付された）外部磁石が示される。
【図５】図５は、殺菌バルブ（「バルブ２」）を開放した後の例示のデバイスの上面写真である。バルブ２の（黒い矢印が付された）磁石及びこのバルブのための（黒い矢印が付された）開口ビアが示される。
【図６】図６は、試料チャンバ２３１０及びＬＦＡチャンバ２５１０において殺菌溶液を混合した後の例示のデバイスの立面写真である。殺菌バルブの磁石（このチャンバの右下角部）が殺菌チャンバ２５２０において示される。図示するように、試料チャンバ２３１０は、試料バルブの磁石が凹部（下側写真における左下角部）に静止することを可能とするように設計される。このように、磁石はＬＦＡ２５１０内のフローを遮断しない。
【図７】図７は、ＬＦＡ用の例示のデバイスの正面写真である。
【図８】図８は、閉バルブ（上側写真、及び下側写真の奥側）及び開バルブ（下側写真の手前）を有する例示のデバイスの側面写真である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の一態様を具体化する例示的プロトタイプ３０００を作製するのに組み立てられた種々の層の斜視分解図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の一態様を具体化する例示的プロトタイプ３０００を作製するのに組み立てられた種々の層の斜視分解図である。
【図１０】図１０は、図９Ａ〜９Ｂにおけるそれぞれの層の平面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、生物学的ターゲットの増幅のためのオンチップ微量培養による完全に組み立てられた例示の炭疽菌検出デバイスの模式図を示す。デバイス全体は、４枚重ねのクレジットカード程度の大きさである。
【図１１Ｂ】図１１Ａ〜１１Ｂは、生物学的ターゲットの増幅のためのオンチップ微量培養による完全に組み立てられた例示の炭疽菌検出デバイスの写真を示す。図１１Ｂでは、オンチップ微量培養チャンバは染料で満たされている。デバイス全体は、４枚重ねのクレジットカード程度の大きさである。
【図１２Ａ】図１２Ａは、例示の使用炭疽菌検出デバイスの写真を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、例示の使用炭疽菌検出デバイスの写真を示す。
【図１３Ａ】図１３Ａは、例示の炭疽菌検出デバイスにおけるラテラルフロー免疫アッセイ（ＬＦＡ）の培養長の効果を示す。初期胞子数は、１００スポアでの接種である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、例示の炭疽菌検出デバイスにおけるラテラルフロー免疫アッセイ（ＬＦＡ）の培養長の効果を示す。初期胞子数は、１００スポアでの接種である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、例示の炭疽菌検出デバイスにおけるラテラルフロー免疫アッセイ（ＬＦＡ）の培養長の効果を示す。初期胞子数は、１００スポアでの接種である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
動作の例示の原理を図１Ａに示し、図１Ａは、永久磁石８００によって封止可能なビア４５０を介して相互に流通する２個の流体チャンバ３１０及び６１０を含む装置１００の模式断面図である。限定としてではなく例示として図面に示すように、装置は、６枚のシートまたは薄膜で構成される。外側シート２００及び７００は支持構造体である。それぞれの外側シートに隣接する２枚のシート３００及び６００の各々は、流体チャンバ３１０及び６１０を与えるように孔が開けられている。
【００５２】
第５及び第６のシート４００及び５００は、２枚の孔開きシート３００及び６００間に配される隣接対を形成する。第５及び第６のシート４００及び５００は、２枚の流体チャンバ３１０及び６１０間のビア４５０を与えるように孔が開けられている。第５及び第６のシートにおける孔は断面において例えば円形で同心であり、シート５００における下側孔は、バルブ要素８００が静止する肩部４５５を与えるようにシート４００の上側孔よりも若干小さな径となっている。
【００５３】
一実施形態では、バルブ要素８００は、ビア４５０と境界形成する永久磁石である。この例示のデバイスに示すように、バルブ要素８００は、円形ビア４５０と境界形成するために円筒形磁石である。当業者であれば、バルブ要素及びビアの断面がどのように整合して閉バルブを形成するかを理解するであろう。
【００５４】
肩部４５５の上面は、接着層でコーティングされている。「バルブ閉」構成では、バルブ要素は肩部４５５上に着座し、接着剤によって下層に一時的に結合される（図１Ａ、左図）。この構成においては、バルブ要素８００がビア４５０を（排出口閉位置において）封止する。
【００５５】
バルブを作動させるために、すなわち、バルブを「バルブ開」構成に変形させるために、外部永久磁石が、バルブ要素に近接される（図１Ａ、右図）。バルブ要素８００と外部磁石の間の磁気引力によって接着結合が解かれてバルブ要素８００がその座部４５５から上昇する。そして、外部磁石の横方向の動きがバルブ要素８００を、それがビア４５０を封止しなくなる中立位置（例えば、チャンバの凹部または角部）に摺動させる。もちろん、外部永久磁石の使用は単なる例示であり、例えば、磁気コイルの電気的作動によって、またはバルブ要素が引き付けられる金属構造体を用いることによって置換可能である。
【００５６】
図１Ｂに、ラテラルフローアッセイ（ＬＦＡ）を用いた例示のデバイスを示す。デバイスは、微量培養チャンバ３１５及び毛細血管床付き（チャンバ６１５内の灰色の層として示す）のＬＦＡチャンバ６１５を含み、これらの２個のチャンバは開放可能なバルブ要素８０５によって流体的に接続される。バルブ座部は、ここに記載されるような接着層５０５を含む。
【００５７】
より写実的な、ただし部分的に模式的な発明の例示が図２Ａに与えられ、それは、６枚の層１１００〜１６００で構成され、２個のバルブ１４５０／１８００及び１４６０／１８１０並びに３個の流体チャンバ１３１０、１５１０及び１５２０を含む装置１０００の等大分解図である。図示するように、第１（最上）層１１００は、印刷された凡例などを記載するのに適した構造層であり、プラグ１１２０によって封止可能な充填孔１１１０で孔が開けられている。第２層１２００は、同様に充填孔１２１０で孔が開けられた構造層である。図示する実施例では、プラグ１１２０は、最上層１１００における孔１１１０に着座する広い上部、及び第２層１２００における孔１２１０に着座する狭い底部を有する。
【００５８】
第３層１３００は、流体チャンバ１３１０の１つを与えるように孔が開けられ、本実施例では、液体試料のためのリザーバであり、試料チャンバという。
【００５９】
第４層１４００は、２個のビア１４５０及び１４６０、並びに２個の対応する磁気バルブ要素１８００及び１８１０のための座部を含む。ある実施例では、第４層は、例えば、ここに記載されるような、例えば、２枚、３枚またはそれより多いシートからなる複合層であればよい。
【００６０】
第５層１５００は、底部が構造層の第６層１６００で封止された２個の更なる流体チャンバ１５１０及び１５２０を与えるように孔が開けられている。本実施例では、流体チャンバ１５１０の一方をラテラルフローアッセイ（ＬＦＡ）チャンバといい、他方を殺菌チャンバ１５２０という。例示の一実施形態では、ＬＦＡチャンバは細長い（例えば、長さと幅の比が、３：１、４：１、５：１、６：１、７：１、８：１、９：１、１０：１、１１：１、１２：１若しくはそれより大きく、またはその間を範囲とする）。これは、免疫クロマトグラフィなどによる診断手順を実行するための、多孔質紙条片などの毛細血管床１５６０のそこへの配置に適合される。本発明は、そのような使用に特に適しているが、生体医学の分野に限られない広範な潜在的用途を有する。試料バルブ１４５０／１８００と称する２個のバルブの一方は、作動されると、液体をそのビア１４５０を介して試料チャンバ１３１０からＬＦＡチャンバ１５１０の一端に流入させるように位置決めされる。動作において、流入試料液は、ビア１４５０付近の毛細血管床１５６０の一部によって吸収される。そこから、試料液は、毛細血管作用によって毛細血管床１５６０の他端に向かって伝搬する。
【００６１】
上述したように、第５層１５００は、ＬＦＡチャンバ１５１０、及びここでは殺菌チャンバ１５２０と称する１つの更なる流体チャンバを与えるように孔が開けられている。殺菌チャンバ１５２０は、特定量の漂白剤または他の殺菌剤を保持するものである。殺菌チャンバ１５２０についてのバルブ１４６０／１８１０は、作動されると、殺菌剤をそのビア１４６０を介して試料チャンバ１３１０に流入させてから、最終的にそこからＬＦＡチャンバ１５１０に貫通する試料ビア１４５０を介するように配列される。
【００６２】
図２Ｂは、６枚の層１１００〜１６００の各々が更なる追加の基板または薄膜を含み得ることを示す分解図である。例えば、第１層１１００は、ラベルを含む膜基板１１０１及び第１の構造基板１１０２を含むことができる。第２層は単一の基板１２０１として設けられる。第１及び第２層を積層するために、接着層が、第１の構造基板１１０２の底面または第２の基板１２０１の上面のいずれかに存在し得る。ここに記載される層のいずれについても、当業者であれば、装置を組み立てるのに有用な方法で１以上の接着層を設計及び構成することができるであろう。
【００６３】
第３層１３００は、接着膜１３０１、ポリマー基板１３０２及び他の接着膜１３０３を含む複数の基板を含むことができる。図示するように、これらの基板の各々は、装置におけるリザーバまたは試料チャンバ１３１０を画定する開口１３１１〜１３１３を含むことができる。
【００６４】
第４層１４００は複数の基板１４０１〜１４０３を含むことができ、これらは磁気バルブのためのバルブ座部を含むように設計される。図示するように、円形ビアがこれらの基板の各々に与えられ、ビア１４５１〜１４５３が第１のバルブ座部を形成し、ビア１４６１〜１４６３が第２のバルブ座部を形成する。第１のバルブ座部は、上側基板１４０１におけるビア１４５１が、下側基板１４０２及び１４０３におけるビア１４５２及び１４５３よりも若干大きくなるように設計される。この設計では、第１のバルブ要素がビア１４５１内に静止し、肩部がビア１４５２及び１４５３の縁によって与えられることになる。これに対して、第２のバルブ座部は、第２のバルブ要素が下側基板１４０３におけるビア１４６３内に静止するように設計される。例えば、上側基板１４０１及び１４０２におけるビア１４６１及び１４６２は、下側基板１４０３におけるビア１４６３よりも若干小さい。この設計では、第２のバルブ要素がビア１４６３内に静止し、肩部がビア１４６１及び１４６２の縁によって与えられることになる。したがって、第１のバルブ要素はデバイスの上部に向かって移動することによって開位置に作動する一方、第２のバルブ要素はデバイスの底部に向かって移動することによって開位置に作動する。このようにして、一組のバルブが異なる方向に作動するように設計されることができる。
【００６５】
ある実施形態では、基板１４０２は接着膜であり、またはバルブの双方に対して接着界面を与えるような膜を含む。
【００６６】
第５層は、接着膜１５０１、構造基板１５０２及び他の接着膜１５０３を含む複数の基板を含むことができる。図示するように、接着膜１５０３は開口１５１２を介して露出面を与え、この露出面は毛細血管床を配置するために有用なものとなる。この基板は、装置におけるリザーバまたは殺菌チャンバ１５２０を画定する開口１５２１〜１５２３並びに反応チャンバまたはＬＦＡチャンバ１５１０を画定する他の開口１５１１及び１５１２を含むことができる。最後に、最終層１６００は構造基板１６０１を含むことができる。
【００６７】
ある実施例では、解放されたバルブ要素が外部または一体化磁界源の横方向の動きによって方向付けられることができる側部分岐にリザーバを適合させるのが有用となり得る。バルブ要素のそのような配置は、それが後にビアを介してフローを干渉するのを防止するために有利となる。例示の側部分岐は、試料チャンバ（例えば、デバイスが積層される場合に反応チャンバ１５１１を通って延在する延長分岐を与える、図２Ｂにおける試料チャンバ１３１１の左下側を参照）及び／または殺菌チャンバ（例えば、バルブの開放後にバルブ要素を配置する圧縮側分岐を与える、図２Ｂにおける殺菌チャンバ１５２１の右下側を参照）に含まれることができる。いくつかの他の実施例では、特にチャンバが薄すぎてバルブ要素を反転させることができない場合、バルブ要素がビアを遮断することを防止するのにそれぞれのバルブ要素間の相互の反発力で充分である。
【００６８】
長さが約２．７５インチ、幅が約１．８７５インチ、厚さが約０．３３１インチの動作可能なプロトタイプが作製された。更なる小型化が可能である。小型化は、最終的には、バルブ要素とバルブ座部の間の所望の接着性によって制限され、これは所与の接着及び所与の処理条件について接触面積が減少するにつれて減少するものであり、各種流体及び薬剤の粘度または粒度によっても制限され、これはビア及びリザーバがより制限されるにつれてより大きな流体抵抗をもたらす。接着力の減少分は、組立処理における時間及び圧力の、それ以上の増加に利益がない飽和点までの増加によって補償される。流体抵抗の増加は、ある実施例では、例えば、手動で作動されるプランジャ若しくはベローによって、またはデバイスの振動によって駆動される大型遊離体ラムの動きによって、能動的なポンピングによって補償され得る。
【００６９】
図３〜８は、動作の種々の段階における図２Ａ〜２Ｂに示す種類のプロトタイプデバイスの写真に基づく。試料チャンバ２３１０は、図では灰色の液体として視認できるように、最初は青い食用着色された水溶液で満たされる。殺菌チャンバ２５２０は、最初は漂白水溶液で満たされ、それは混合されると着色溶液を脱色する。
【００７０】
図３は、いずれかのバルブ２４５０または２４６０が開放される前の「試料１」と称するプロトタイプデバイスの上面及び底面図を与える。図４は、試料バルブが開放されて液体がＬＦＡチャンバ２５１０に流れ始めた後の同デバイスの上面図を異なる拡大レベルで与える。図５は、殺菌バルブが開放されて漂白剤が殺菌チャンバ２５２０から試料チャンバ２３１０及びＬＦＡチャンバ２５１０に流入し始めた後の同デバイスの上面図を異なる拡大レベルで示す。図６は、試料チャンバ２３１０及びＬＦＡチャンバ２５１０の内容物との漂白剤溶液の実質的に完全な混合後の同デバイスの、縁上に立つ立面図を与える（上部側面がカメラを向く）。
【００７１】
図７は、いずれかのバルブを開放する前の「試料２」と称する第２のプロトタイプデバイスの、図６と同様の図を与える。図に示すように、試料チャンバは０．３ｍＬの着色水を含み、殺菌チャンバは１．６ｍＬの５％漂白溶液を含み、ＬＦＡチャンバは空である。図８は、上側画像及び下側画像の奥側において、図７の図と同様の試料２の図を与える。図８はまた、比較のために、下側画像の手前において、図６の図と同様の試料１の図を与える。
【００７２】
他の実施例では、デバイスは、ＬＦＡ解析のための微量培養チャンバを収容するように設計される。図９Ａに示すように、デバイス３０００は、７枚の層３１００〜３７００を含み、２個のバルブ３８００／３４５０及び３８１０／３４６０並びに３個の流体チャンバ３３１０、３６１０及び３６２０を含むことができる。デバイスは、プラグ３１２０、シール３１２５及び充填孔３１１０を更に含むことができる。チャンバは、微量培養チャンバ３３１０、殺菌チャンバ３６２０、及びＬＦＡ毛細血管床３６６０の配置のためのＬＦＡチャンバ３６１０を含むことができる。
【００７３】
図９Ｂに示すように、図９Ａにおける層の各々は更なる基板を含むことができる。図１０は、これらの基板の平面図を示す。第１層３１００は、外部磁石の配置のための凹部領域３１５０及び３１５１を有する構造基板３１０１及びラベル３１５０を含むことができる。外部磁石を凹部３１５０に配置することによって外部磁石が第１のバルブ要素に整合するように、凹部領域３１５０及び３１５１がバルブ要素と整合される。同様に、外部磁石を凹部３１５１に配置することによって、第２のバルブ要素との整合が得られる。第２層３２００は構造基板３２０１を含む。第３層３３００は、接着膜３３０１、構造基板３３０２及び他の接着膜３３０３を含み、各々が微量培養チャンバ３３１０に対する開口３３１１〜３３１３を有する。
【００７４】
第４層３４００はビア３４５１及び３４６１を有する構造基板３４０１を含み、第５層３５００は接着膜３５０１並びにビア３４５２及び３４６２を有する構造基板を含む。第１のバルブはビア３４５１及び３４５２から形成され、上側基板３４０１におけるビア３４５１は下側基板３５０１におけるビア３４５２よりも若干大きい。第２のバルブは、ビア３４６１及び３４６２から形成される。第１のバルブと同様に、第２のバルブは、上側基板３４０１におけるビア３４６１が下側基板３５０１におけるビア３４６２よりも若干大きくなるように設計される。両バルブは上側基板に大きなビアを有するので、同一方向に作動される。
【００７５】
第６層３６００は接着膜３６０１及び構造基板３６０２を含み、第７層３７００は接着膜３７０１及び構造基板３７０２を含む。図示するように、これらの層のいくつかは、殺菌チャンバ３６２１〜３６２３並びにＬＦＡチャンバ３６１１及び３６１２のための開口を含む。
【００７６】
バルブ
本装置は、閉または開構造体を相互接続する１以上のバルブを含むことができる。バルブは、少なくともバルブ要素、デバイス内に配置されたバルブ座部、及びバルブ要素の表面とバルブ座部の表面との間に与えられた接着界面を含む。特に、バルブは、確実にバルブを閉じるための２つの構造部材である（ｉ）バルブ要素及びバルブ座部との接着界面間の接着結合剤並びに（ｉｉ）バルブ要素及びバルブ座部との間の断面のマッチングまたはニアマッチングを含む。またさらに、バルブは、（例えば、図２Ｂにおける第４層について説明したように）異なる方向に、または（例えば、図１０におけるバルブについて説明したように）同一方向に作動するように設計され得る。
【００７７】
バルブは、２以上の閉または開構造体を相互接続するように位置決めされ得る。例示の構造体は、チャンバ若しくはリザーバ、チャネル、充填孔またはウェルを含む。ある実施形態では、構造体は閉塞可能である（すなわち、周壁に完全に包囲され、他の構造体との流通のための１以上の排出口、吸入口またはビアを選択的に含む）。他の実施形態では、構造体は開放可能であり、すなわち、１以上の壁を有するとともに環境に対して開く１以上の側部を有する。特定の実施形態では、構造体は、１以上の吸入口、排出口若しくはビアを含む閉チャンバまたはチャネルであり、吸入口、排出口またはビアの各々が他の閉チャンバまたはチャネルに接続される。本実施形態では、バルブは、バルブ要素がバルブ座部内に着座して閉位置において吸入口、排出口またはビアを実質的に遮断するように、吸入口、排出口またはビアを実質的に囲むバルブ座部を有するように位置決めされることができる。
【００７８】
バルブ要素は、磁性材料または金属など、印加磁界に応動する任意の有用な材料から形成される。例示の磁性体は、ネオジム磁石（ＮｄＦｅＢとしても知られる）、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石または他の任意の永久磁石を含む。例示の金属は、鉄、ニッケル、コバルト、ガドリニウム、ネオジム、サマリウム、スチール、マグネタイト、フェライト、同様に他の金属、合金またはこれらの複合体、及び任意の磁化可能なものを含む。バルブ座部は、例えばここに記載されるいずれかのポリマーなど、任意の有用な材料から形成されていればよい。
【００７９】
接着界面は、任意の有用な接着剤を含み得る。例示の接着剤は、感圧接着剤（例えば、選択的に支持層を含むアクリル、シリコンまたはアクリル−ハイブリッドベースの接着剤）、アクリル接着剤、アクリルハイブリッド接着剤、シリコン接着剤及び／または接着促進剤（例えば、軽脂肪族石油系溶剤ナフサ、キシレン、テトラプロピルオルトシリケート、チタン酸テトラブチル、エチレングリコールメチルエーテル、テトラ（２−メトキシエトキシ）シラン及び／またはエチルベンゼンを含むＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）１２００プライマー）を含む。
【００８０】
バルブは、任意の有用な印加磁界によって作動される。例えば、図１Ａは、外部磁界を印加することによってバルブ要素を作動させる外部永久磁石を示すが、磁界を供給または誘起するための他のソースが使用され得る。例示のソースは、永久磁石、磁気コイル（例えば、ソレノイド）、バルブ要素を引き付ける金属要素、及び電磁石（例えば、電子的に作動されるように構成された一体化電磁石）を含む。
【００８１】
印加磁界を与えるソースは、外部ソースまたはデバイスに一体化されたソースであればよい。例えば、そして限定でなく、例示の外部ソースが図１Ｂに示され、外部磁石（または外部ソース）が磁界をバルブ（例えば、本図における薄い円盤磁性バルブ８０５）に印加する。他の例では、ソースはデバイスに一体化され得る。例えば、そして限定でなく、一体化ソースは、デバイスの層内に設けられる。他の実施形態では、一体化ソースは、デバイス内の２以上の層間に組み込まれる。したがって、ここに記載されるソースのいずれか（例えば、バルブ要素を引き付ける金属要素、電磁石など）が外部ソースまたは一体化ソースとなり得る。
【００８２】
ある実施形態では、一体化ソースは、電子的に作動されるように構成された一体化電磁石である（例えば、電極、電源、配線などの１以上の電気部品を含むように構成され、電気部品の作動は、電磁石を作動させる電流を誘起する）。そのような一体化電磁石は、任意の有用な方法で構成される（例えば、デバイスの層内に設けられ、またはデバイス内の２以上の層間に組み込まれ、同様にバルブ要素上に位置決めされ、それにより、バルブ要素が、作動された電磁石からの印加磁界に応動することが可能となる）。例示の一体化電磁石は、１以上の磁性粒子（例えば、Ｎｄ−Ｐｒ−Ｃｅ−Ｆｅ−Ｂ合金を含む希土類磁性粉末（例えば、ＭＱＰ−１２−５等方性粉末）、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金、Ｎｄ−Ｐｒ−Ｆｅ−Ｂ合金、Ｎｄ−Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金、Ｎｄ−Ｃｅ−Ｆｅ−Ｂ合金、Ｎｄ−Ｐｒ−Ｌａ−Ｆｅ−Ｂ合金、Ｎｄ−Ｎｂ−Ｆｅ−Ｂ合金、Ｐｒ−Ｆｅ−Ｂ合金若しくはＰｒ−Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金などの磁性ナノ複合材料またはビーズを含む薄いメンブレンまたは層）、１以上の磁性層、またはソレノイド電磁石を含み、各々は選択的に、一体化電磁石を作動するための１以上の電気部品（例えば、微細パターン化された電極などの１以上の電極、配線、または交流若しくは直流電源などの電源）または１以上の磁界コンセントレータを更に含むことができる。
【００８３】
リザーバ及びチャンバ
本装置は１以上のリザーバまたはチャンバを含むことができ、それは特定の使用に対して指定され得る。用語「リザーバ」及び「チャンバ」は互換可能に使用される。そのようなリザーバ及びチャンバの特定の使用は、試験試料を受容及び／または貯留するための試料チャンバ、（例えば、１以上のターゲットを増幅し、その増幅のために選択的に媒体及び／または宿主細胞を含む）試験試料を培養するための培養チャンバ、１以上のターゲットを検出するための１以上の試薬を含む試薬チャンバ、（例えば、ここに記載される１以上の殺菌剤を含む）試験試料を殺菌または消毒する１以上の試薬を含む殺菌チャンバ、１以上のターゲットを検出する１以上の検定を行う検定チャンバ（例えば、ラテラルフローアッセイのための毛細血管床を含む検定チャンバ）及び／または分析物の１以上の副産物を貯留するための廃棄物チャンバを含む。これらのチャンバの各々は、（例えば、バルブ要素及びバルブ座部を含む）バルブ、及び／またはその流体経路におけるバルブを選択的に含み得るチャネルによって相互接続されることができる。
【００８４】
また、これらのチャンバは、特定の反応工程を実行するように構成されることができる。例えば、図１１Ｂに示すように、特定の反応工程を示す数字「１」から「５」がデバイスに付され、これらの工程が表記順序に行われることを可能とするようにチャンバが設計される。第１の工程（図１１Ｂにおいてデバイスの左上部分に「１」で示される）は、試験試料を、培養チャンバ４３１０の上部に位置する試料ポート４１１０に導入することを含む。第２に（同図において「２」で示される）、試料が、媒体を含む培養チャンバ４３１０で培養される（図１１Ａ参照）。次に（図１１Ｂにおいて「３」で示される）、ＬＦＡバルブ４８００／４４５０が、外部磁石を（図１１Ａにおいて「Ｂ」が付された）バルブ要素に適用してバルブ要素をビアから（図１１Ａにおける黒矢印の方向に）離隔させることによって開放される。この特定のデバイスでは、バルブ要素Ｂは、デバイスの上面側に向かって移動することによって作動する。
【００８５】
その後（図１１Ｂにおいて「４」で示される）、増幅された試料が、生体検出のためのＬＦＡ４６６０チャンバに流入する。最後に（図１１Ｂにおいて「５」で示される）、外部磁石をデバイスの底面側に適用することによって、このバルブ要素がデバイスの底面側に向かって移動することによって作動するにつれて、殺菌バルブ４８１０／４４６０が開放される。このバルブの開放に応じて、殺菌チャンバ４６２０における漂白溶液（または任意の殺菌試薬、例えばここに記載されるいずれかのもの）が培養チャンバ４３１０及びＬＦＡ４６６０チャンバに移動すなわち流入する。ユーザは、選択的にデバイスを振動させ、または叩いて内容物の混合を促進させてもよい。特に、１以上の薬剤が固体（例えば、粉末状の安定化殺菌剤）である場合には、チャンバへの薬剤の流れは、デバイスを振動させること及び／または叩くことによって補助され得る。
【００８６】
選択的に、殺菌バルブのためのバルブ要素は、図１１Ａにおける殺菌チャンバ４６２０の右下部分において「Ｃ」が付された位置に配置され得る。この位置では、バルブ要素は制限された動きを有し、デバイスのチャンバ全体において漂白溶液の流れを遮断しない。同様にして、特定の順序で特定の反応を行うために追加のチャンバ及びラベルが含まれ得る。
【００８７】
多段装置
本装置は、複数の層を有する多段装置などの任意の有用な形態をとり得る。例えば、装置は、特定の層に１以上のチャンバ、チャネル及び（バルブ要素、バルブ座部及び接着層を含む）バルブを含むように構成されることができる。これらの層は、バルブの機構を最適化し、複数の反応工程を複数のチャンバにおいて適応させ、デバイスの生産を簡素化し、同様に他の何らかの設計上の工夫をするように設計されることができる。
【００８８】
多段装置は、装置の組立てまたは使用を容易化する１以上の部材を含むことができる。例えば、接着層が、デバイスの積層及び組立てを容易化するために任意の構造層間で使用され得る。他の実施例では、層及び開口を適切な方法で位置決めするのに位置合せ孔または目印が使用され得る。そのようなデバイスは、ユーザを導く１以上のラベルを含み得る。
【００８９】
またさらに、多段装置は、同一方向または異なる方向に作動するバルブを含むように設計されることができる。例えば、図１０のデバイスにおける基板３４０１及び３５０１は、上側基板３４０１における大きなビア及び下側基板３５０１における小さなビアを有するように設計される。このように、両バルブは、同一方向に（すなわち、基板３１０３または組み立てられた装置の上面側に向けて）作動する。図９Ａに示すように、両バルブ要素３８００及び３８１０は、層３４００の上面側のバルブ座部上に着座する。
【００９０】
他の実施形態では、バルブは異なる方向に作動する。例えば、図２Ｂに示すように、基板１４０１〜１４０３は反対側の層にバルブ座部を有するように設計され、第１のバルブに対する大きなビア１４５１は上側基板１４０１にあるが、第２のバルブに対する大きなビア１４６３は下側基板１４０３にある。図２Ａに示すように、第１のバルブ要素１８００は層１４００の上面側のバルブ座部上に着座し、第２のバルブ要素１８１０は同じ層１４００の底面側のバルブ座部上に着座する。このように、多段装置におけるバルブは、いずれかの有用な方法で構成及び動作されることができる。
【００９１】
多段または一体的構造体は、任意の有用な方法を用いて構成されることができる。作製の例示の方法は、その各々がその全体においてここに参照として取り込まれるＵ．Ｓ．Ｐａｔ．Ｎｏ．８２５７９６４並びにＵ．Ｓ．Ｐｕｂ．Ｎｏ．２０１２／０２３１９７６、２０１２／０２１４１８９、２０１１／０１２９８５０、２００９／０２５１１５５及び２００９／００３６３２４に記載されるものなど、急速プロトタイプ化、微小作製（例えば、鋳造、射出成形、圧縮成形、型押し、切除、薄膜蒸着及び／またはコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）微細加工）、フォトリソグラフィ、エッチング技術（例えば、ウェット化学エッチング、反応性イオンエッチング、誘導結合プラズマ深堀シリコンエッチング、レーザ切除または空気切除技術）、これらの構造体を高スループット分析機器に一体化する方法（例えば、マイクロプレートリーダまたはコンピュータなどの制御機器の一体化）、バルブを作製及び集積する方法（例えば、１以上の空気バルブ）、トランスデューサアレイを有する構造体を集積する方法、表面を改質する方法（例えば、フィブロネクチン（ＦＮ）、ラミニン、Ｍａｔｒｉｇｅｌ（登録商標）、及び／またはＲＧＤペプチドなどの細胞外マトリクス成分の層を含むことによって）、１以上の捕捉アレイ（例えば、基板上の高密度アレイに設けられた１以上の捕捉薬剤を含む捕捉アレイ）を含む方法、及びビアまたは吸入口を設ける方法（例えば、貫通、ドリル、切除またはレーザ切削によって）を含む。
【００９２】
材料
本装置は、任意の有用な材料から形成されることができる。例示の材料は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ、例えば、２軸指向ＰＥＴまたはｂｏ−ＰＥＴ）、アクリルポリマー、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリエチレンテレフタレートグリコール（ＰＥＴＧ）、ポリエチレン（分岐ホモポリマーＰＥなどのＰＥ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、スチレンコポリマー、ポリイミド（ＰＩ），ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリノルボルネン（ＰＮ）、ポリ（４−メチル−１−ペンテン）、シリコン及びこれらの組合せまたはコポリマー、シリコン、ガラス、ここに記載されるいずれかのような接着剤並びにそれらの組合せ（例えば、個別の層に、または同一層内に設けられたそのような材料の組合せ）を含む。ポリマーは、例えば、充填材（例えば、マイカ、タルクまたはカルシウムカーボネート）、可塑剤（例えば、ジオクチルフタレート）、熱安定化剤（例えば、有機スズ化合物）、酸化防止剤（例えば、フェノールまたはアミン）及び／またはＵＶ安定化剤（例えば、ベンゾフェノンまたはサリチラート）などの有用な添加物を含み得る。そのような材料は、組み立てられた装置を与えるように積層され得る１以上の層など、任意の有用な形態で設けられることができる。
【００９３】
ターゲット及び試料
本装置は、任意の有用なターゲットを検出するのに使用され得る。例示のターゲットは、桿菌（例えば、炭疽菌）、腸内細菌科（例えば、サルモネラ、大腸菌、ペスト菌、クレブシエラ及び赤痢菌）、エルシニア（例えば、ペスト菌またはエンテロコリチカ菌）、ブドウ球菌（例えば、黄色ブドウ球菌）、連鎖状球菌、淋菌、腸球菌（例えば、フェカリス菌）、リステリア（例えば、リステリアモノサイトゲネス）、ブルセラ菌（例えば、ウシ流産菌、ブルセラメリテンシスまたはブルセラスイス）、ビブリオ（例えば、コレラ菌）、ジフテリア菌、シュードモナス（例えば、類鼻疽菌または緑膿菌）、バークホルデリア（例えば、鼻疽菌または類鼻疽菌）、赤痢菌（例えば、志賀赤痢菌）、リケッチア（例えば、リケッチアリケッチイ、発疹チフスリケッチアまたは発疹熱リケッチア）、野兎病菌、オウム病クラミジア、Ｑ熱リケッチア、マイコプラズマ（例えば、マイコプラズマ・ミコイデス）などを含む。例示のターゲットは、ピーナッツダスト、カビ毒、カビ胞子などのアレルギー源、またはボツリヌス菌及びウェルシュ菌などのバクテリア胞子を含む。例示のターゲットは、リシン、カビ毒、フグ毒、炭疽菌毒素、ボツリヌス菌毒素、ブドウ球菌エンテロトキシンＢまたはサキシトキシンなどの毒素を含む。例示のターゲットは、アデノウイルス科（例えば、アデノウイルス）、アレナウイルス科（例えば、マチュポウイルス）、ブニヤウイルス科（例えば、ハンタウイルスまたはリフトバレー熱ウイルス）、コロナウイルス科、オルソミクソウイルス科（例えば、インフルエンザウイルス）、フィロウイルス科（例えば、エボラウイルス及びマールブルグウイルス）、フラビウイルス科（例えば、日本脳炎ウイルス及び黄熱ウイルス）、ヘパドナウイルス科（例えば、Ｂ型肝炎ウイルス）、ヘルペスウイルス科（例えば、ヘルペスウイルス）、パポバウイルス科（例えば、パピローマウイルス）、パラミクソウイルス科（例えば、呼吸系発疹ウイルス、麻疹ウイルス、ムンプスウイルスまたはパラインフルエンザウイルス）、パルボウイルス科、ピコルナウイルス科（例えば、ポリオウイルス）、ポックスウイルス科（例えば、痘瘡ウィルス）、レオウイルス科（例えば、ロタウイルス）、レトロウイルス化（例えば、ヒトＴリンパ球向性ウイルス（ＨＴＬＶ）及びヒト免疫不全ウイルス（ＨＩＶ））、ラブドウイルス科（例えば、狂犬病ウイルス）、及びトガウイルス科（例えば、脳炎ウイルス、黄熱ウイルス及び風疹ウイルス）などのウイルスを含む。例示のターゲットは、クリプトスポリジウムパルバム、エンセファリトゾア、マラリア原虫、トキソプラズマ原虫、アカントアメーバ、赤痢アメーバ、ランブル鞭毛虫、膣トリコモナス、リーシュマニアまたはトリパノソーマ（例えば、ブルセイトリパノソーマ及びクルーズトリパノソーマ）などの原虫を含む。例示のターゲットは、条虫類（条虫）、吸虫類（吸虫）、線虫類（回虫類、例えば、回虫、鞭虫、アメリカ鉤虫または十二指腸虫）などの蠕虫を含む。例示のターゲットは、寄生虫（ここに記載されるいずれかの原虫または蠕虫）を含む。例示のターゲットは、コウジカビ、カンジダ菌、コクシジオイデスイミチス及びクリプトコッカスなどの真菌を含む。例示のターゲットは、環境汚染物を含む。例示のターゲットは、水添加物を含む。例示のターゲットは、農業マーカを含む。例示のターゲットは、核酸（例えば、オリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、ヌクレオチド、ヌクレオシド、ＤＮＡの分子またはＲＮＡの分子であり、染色体、プラスミド、ウイルスゲノム、プライマーまたは遺伝子を含む）を含む。例示のターゲットは、タンパク質（例えば、糖タンパク質、金属タンパク質、酵素、プリオンまたは免疫グロブリン）を含む。例示のターゲットは、代謝物質、糖、脂質、リポ多糖類、塩またはイオンを含む。ターゲットはまた、サルモネラ菌（例えば、ネズミチフス菌）、病原性大腸菌（例えば、Ｏ１５７：Ｈ７）、桿菌（例えば、バチルス・セレウス）、ボツリヌス菌、リステリア菌、エルシニア（例えば、エンテロコリチカ菌）、ノロウイルス（例えば、ノーウォークウイルス）、赤痢菌、黄色ブドウ球菌、トキソプラズマ原虫、ビブリオ（例えば、ビブリオバルニフィカス、コレラ菌、腸炎ビブリオ）、カンピロバクタージェジュニ及びウェルシュ菌などの食物媒介病原体、並びに炭疽菌、ペスト菌、野兎病菌、ブルセラ菌（例えば、ブルセラスイス）、鼻疽菌、類鼻疽菌、赤痢菌、ボツリヌス菌、天然痘（例えば、大痘瘡）、フィロウイルス（例えば、エボラウイルス及びマールブルグウイルス）、アレナウイルス（例えば、ラッサウイルス及びマチュポウイルス）、ウェルシュ菌、いずれかの食物媒介病原体（例えば、サルモネラ種、大腸菌Ｏ１５７：Ｈ７または赤痢菌）、オウム病病原体、Ｑ熱リケッチア、黄色ブドウ球菌、リケッチア（例えば、発疹チフスリケッチアまたはリケッチアリケッチイ）、アルファウイルス（例えば、ベネズエラウマ脳炎ウイルス、東部ウマ脳炎ウイルスまたは西部ウマ脳炎ウイルス）、コレラ菌、クリプトスポリジウムパルバム、ヘニパウイルス（例えば、ニパーウイルス）、ブニヤウイルス（例えば、ハンタウイルスまたはリフトバレー熱ウイルス）、フラビウイルス（例えば、日本脳炎ウイルス及び黄熱ウイルス）及びコクシジオイデス属菌などの武器化病原体を含む。
【００９４】
試験試料は、微生物、ウイルス、バクテリア、真菌、寄生虫、蠕虫、原虫、細胞、組織、液体、スワブ、生物学的試料（例えば、血液、漿液、血漿、唾液など）、環境試料など、任意の有用な試料を含むことができる。
【００９５】
試薬
本装置は、任意数の有用なチップ上試薬を含むことができる。例示の試薬は、殺菌剤（例えば、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウムなどの漂白剤、二酸化塩素、ジクロロイソシアヌル酸ナトリウム、ペルオキシド、酸化エチレン、オゾンガス、過酢酸、次亜塩素酸などの酸化剤、陽イオン、陰イオン、非イオンまたは双性イオン界面活性剤、並びにこれらの組合せなどの界面活性剤、抗生物質、触媒、酵素、ファージ、例えばバクテリオファージ、グルタルアルデヒド、安定化過酸化水素、過酢酸またはホルムアルデヒドなどの消毒剤、殺生物剤、防腐剤、洗浄剤、消臭剤、及びこれらの組合せ、殺菌剤は、粉末、ペレット、顆粒、ジェル、凍結乾燥若しくは冷凍乾燥形態などの気体、液体、準固体または固体形態にある）、検出剤（例えば、電気活性検出剤、蛍光染料、発光染料、化学発光染料、比色染料、放射性薬剤などの染料、微粒子、ナノ粒子、ラテックスビーズ、コロイド粒子、磁性粒子、蛍光粒子などの粒子）、ラベル（例えば、電気活性ラベル、電気触媒ラベル、蛍光ラベル、比色ラベル、量子ドット、ナノ粒子、微粒子、バーコード、無線ラベル（例えば、ＲＦラベルまたはバーコード）、アビジン、ビオチン、タグ、染料、マーカ、１以上の連結剤及び／または１以上の染料を選択的に含む酵素）、増幅剤（例えば、ポリメラーゼ、デオキシリボヌクレオチド三リン酸、二価金属（例えば、ＭｇＣｌ２）、テンプレートＤＮＡ、（例えば、保護抗原及び／または炭疽菌のカプセルについて符号化するものなど、ターゲット核酸の選択領域への結合のための）プライマーなどＰＣＲ剤）、捕捉剤（例えば、１以上のマーカ（例えば、抗体または酵素）に結合し、またはそれを検出するタンパク質、グロブリンタンパク質（例えば、ウシ血清アルブミン）、ナノ粒子、微粒子、サンドウィッチ検定試薬、（例えば、１以上のマーカと反応する）触媒、（ここに記載するいずれかの１以上のマーカと反応する）酵素）、細胞媒体（例えば、微量培養中に特定の生物学的ターゲットを選択し、またはそれに優位性を与える選択的媒体若しくは他の添加物であり、普通寒天培地、血液寒天培地、ハートインフュージョン寒天培地などの寒天培地を含み、これらのいずれかが５〜７％馬または羊血液寒天培地を含むもの、炭疽菌についてのＰＬＥＴ（ポリミキシンＢ−リゾチーム−ＥＤＴＡ−タリウムアセテート）寒天培地などの選択的媒体、養分媒体、最小媒体、差分媒体、養分培地、またはブレインハートインフュージョン培地、これらのいずれかが、特定のターゲット、１以上の養分（例えば、グルコースなどの炭素源）、１以上の酵素、１以上の宿主細胞及び／または１以上の塩に対して支持または対抗するように選択する１以上の抗生物質を選択的に含み得る）、洗浄剤（例えば、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ））、界面活性剤（例えばＴｗｅｅｎ２０、ＴｒｉｔｏｎＸ−１００、グリセリン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）またはポリエチレングリコール（ＰＥＧ））、緩衝剤（例えば、リン酸塩またはホウ酸塩緩衝剤）、アルコール（例えば、約１％ｖ/ｖから約１０％ｖ/ｖメタノール、エタノールまたはイソプロパノール）、保存剤（例えば、スクロースま���はトレハロース）、遮断剤（例えば、ゼラチン、カゼイン、ウシ血清アルブミン、ＩｇＧ、ＰＶＰまたはＰＶＡ）、ビーズ（例えば、混合を補助するためなどのガラスビーズ、シリカビーズなど）など及びこれらの組合せを含む。
【００９６】
ある実施形態では、デバイスまたは方法は、安定化殺菌剤を含む。例えば、そして限定ではなく、安定化殺菌剤は、１以上のキレート剤（例えば、芳香性アミンなどの１以上の殺菌剤を分解することができる１以上の金属イオンについてのキレート剤）、洗浄剤、界面活性剤（例えば、非イオン、陽イオンまたは陰イオン界面活性剤）、アルカリ剤（例えば、尿素）、保存剤（例えば、エチレンジアミン四酢酸化合物）、除去剤（例えば、ジアリルアミンまたは置換ジヒドロキノリンなどの遊離基除去剤）、隔離剤（例えば、有機ホスホン酸）、安定化剤（例えば、ピロリン酸塩、ピロリン酸、ジピコリン酸、酢酸、プロピオン酸、スルホン酸塩、硫酸塩、ホスホン酸塩、有機ペルオキシカルボン酸、スズ酸塩化合物、有機ホスホン酸、アミン置換ホスホン酸、アルキレンアミノムエチレンホスホン酸、カルボン酸置換Ｎ−含有ヘテロ環状体、アミノポリカルボン酸、ポリアミノポリカルボン酸、スズベース化合物、ホスホン酸、６〜１８炭素原子を有するアルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキル硫酸塩、及びこれらの酸の水溶性塩）及び／または殺菌剤の分解を抑止若しくは低減する緩衝剤を含む。例示の安定化殺菌剤は、安定化過酸化水素剤、安定化過酢酸、安定化過酸化水素過酢酸剤を含み、選択的に１以上の安定化剤（例えば、ここに記載されるいずれかのもの）を含み得る。更なる安定化殺菌剤は、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔ．Ｎｏ．２３４７４３４、２５９０８５６、２６０９３９１、４０５１０５８及び５６５６３０２並びにＵ．Ｓ．Ｐｕｂ．Ｎｏ．２０１０／００２１５５８に記載され、その全体において参照としてここに取り込まれる。
【００９７】
他の実施形態では、安定化殺菌剤は、保存寿命を延ばす形態で与えられる。そのような形態は、殺菌剤の粉末、顆粒、ペレット、ジェル、凍結乾燥、冷凍乾燥及び／または発泡形態を含む。そのような形態は、選択的に、ここに記載されるいずれかのものなどの１以上のキレート剤、洗浄剤、界面活性剤、アルカリ剤、保存剤、除去剤、隔離剤、安定化剤及び／または緩衝剤を含み得る。
【００９８】
ある実施形態では、デバイスまたは方法は、電気活性若しくは電気触媒検出剤またはラベルを含む。そのような電気活性または電気触媒剤は、電極が使用または生成され、それにより、電子の流れ／移動（例えば、導電性、抵抗、容量など）を変える酸化還元（還元／酸化）反応を生成すること及び電気化学検出のために使用されることができる任意の化合物または化学物質を含む。例示の電気活性または電気触媒検出剤及びラベルは、酸化還元酵素（例えば、ホースラディッシュペルオキシダーゼまたはグルコースオキシダーゼ）、伝達化学物質（「電子シャトル」）、ナノ粒子（例えば、酸化還元反応を触媒することができるパラジウム若しくはパラジウム−金を含むものなどの触媒ナノ粒子、または金若しくは白金ナノ粒子などの検出可能ナノ粒子）、酸化還元活性化学物質（例えば、フェリシアン化物、フェロセン、ルテニウムビピリジンなど）、並びに１以上の抗体または捕捉剤を有するもののいずれかの組合せ（例えば、１以上の触媒ナノ粒子、酸化還元酵素または酸化還元活性化学物質が抗体または他の捕捉試薬に（例えば、連結剤または共役対（例えば、ビオチン−アビジン）によって）直接または間接に付着され、そのような組合せが電極において検出されることができる）。特定の実施形態では、そのような電気活性または電気触媒剤は、１以上の電極上（例えば、デバイスの電極アレイ上）に固定される。例示の電気活性または電気触媒剤は、Ｈａｒｐｅｒ  ＪＣ他「Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＤＮＡ  ａｎｄ  ａｎｔｉｂｏｄｙ  ｐｒｏｂｅｓ  ｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｒｒａｙｓ：  ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ＤＮＡ  ａｎｄ  ｐｒｏｔｅｉｎ  ｏｎ  ａ  ｓｉｎｇｌｅ  ｐｌａｔｆｏｒｍ」、Ｌａｎｇｍｕｉｒ、２００７年７月  ３１；２３（１６）：８２８５−７、Ｐｏｌｓｋｙ  Ｒ他「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ  ｄｉａｚｏｎｉｕｍ−ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ  ａｎｔｉｂｏｄｉｅｓ  ｆｏｒ  ｍｕｌｔｉａｎａｌｙｔｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｓｅｎｓｏｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｂｉｏｓｅｎｓ．Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎ．２００８年１月、１８；２３（６）：７５７−６４、及びＰｏｌｓｋｙ  Ｒ他「Ｒｅａｇｅｎｔｌｅｓｓ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｉｍｍｕｎｏａｓｓａｙ  ｕｓｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ−ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ａｎｔｉｂｏｄｉｅｓ」、Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．（Ｃａｍｂ．）、２００７年７月  １４；（２６）：２７４１−３に記載され、その各々がその全体において参照としてここに取り込まれる。
【００９９】
ある実施形態では、細胞媒体は、１以上の生細胞を更に含む。例えば、ターゲットがウイルスである場合には、細胞媒体は生細胞または宿主細胞を含み、ウイルスが感染または増殖することを可能とする。例示の細胞は、バクテリア、真菌、哺乳動物細胞、植物細胞、真核生物、原核生物などを含む。更なる実施形態では、細胞媒体は安定化セル媒体（例えば、粉末、顆粒、ペレット、ジェル、凍結乾燥、冷凍乾燥及び／または泡体の細胞媒体）である。
【０１００】
追加の構成部材
本装置は、ここに記載されるような１以上の追加の部材を含むことができる。例えば、
電気化学的、比色的、蛍光、ウエスタンブロット、免疫組織化学、免疫検定（例えば、ラテラルフローアッセイ）、免疫クロマトグラフィ、放射免疫検定、光学免疫検定、酵素免疫検定、及び化学発光並びに／または電気化学発光の方法によって任意の有用な形式で検出を可能とする１以上の検出部材。例示の検出部材は、毛細血管床、例えば、ここに記載されるような１以上の捕捉剤を結合するメンブレンを有するラテラルフローアッセイ条片、光学センサなどのトランスデューサ（例えば、蛍光分光法、干渉法、反射率、化学発光、光散乱、表面プラズモン共鳴または屈折率の１以上を測定することを含む）、圧電センサ（例えば、１以上の水晶振動子または水晶振動子マイクロバランスを含む）、電気化学センサ（例えば、炭素ナノチューブ、電極、電界効果トランジスタなどの１以上）、イオン選択電極、イオン感応電界効果トランジスタ（例えば、ＮＰＮ型センサ）、光アドレス化可能電位差測定センサ、電流測定センサ（例えば、２電極構成（基準及び作動電極を含む）または３電極構成（基準、作動及び補助電極を含む）を有する）、インピーダンスセンサ、円盤電極、球電極、板状電極、半球電極、平面電極、三次元電極、多孔質電極、ポスト電極、微小電極（例えば、約１から１０００μｍのラジウム、幅または長さなど、１から１０００μｍの範囲の臨界寸法を有する）若しくはナノ電極（例えば、約１から１００ｎｍのラジウム、幅または長さなど、１から１００ｎｍの範囲の臨界寸法を有する）及びこれらのアレイ、蛍光検出のための励起及び収集のためなどのファイバ光学系、並びに／または集積導波路、円形若しくは楕円形マイクロレンズ及び／またはフォトダイオード及びこれらのアレイを含む。
【０１０１】
特定の実施形態では、ＬＦＡ条片は、開バルブから試料を受ける条片の近端における試料パッドを含む。ＬＦＡ条片は、試料パッドの下流にあり、試料におけるターゲットを結合して複素体を形成する１以上の捕捉剤を含む共役パッドを含み、捕捉剤は溶解マトリクスに選択的に組み込まれる。ＬＦＡ条片は、共役パッドの下流にあり、複素体を受けるように構成された毛細血管床を含み、存在する場合には、毛細血管床はメンブレンであり、複素体を結合する１以上の特定の検出剤を有する試験領域を含む。ＬＦＡ条片は、過多試料体積を吸収するための遠端における吸収パッドを含む。更なる実施形態では、毛細血管床は、条片の遠端への試料の流れを示す不特定検出剤を有する制御領域を含む。ある実施形態では、捕捉剤は、ターゲットに特有の抗体に共役となる粒子（例えば、ナノ粒子）であり、特定の検出剤はターゲットに特有の抗体である。更なる実施形態では、不特定検出剤は、不特定に複素体を結合する制御抗体である。
【０１０２】
デバイスは、１以上の分離／抽出部材（例えば、フィルタ、ポスト、メンブレン、堰（選択的にビーズを含む）、マトリクス、またはオンチップ毛細血管電気泳動分離を行うための高電圧電極）、加熱部材（例えば、電極またはフィラメント）、ポンプ（例えば、低流速蠕動ポンプなどの能動若しくは受動ポンプ、またはバルブを作動することなどによる負圧の印加）、メンブレン（例えば、チャネル及び／またはチャンバ内に配置される）、多機能センサ（例えば、シリコン金属酸化半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、フィードバック抵抗、及び線状蛇状設計などの任意の有用な設計のセンサ電極を内蔵する増幅センサ電極を用いるなどして温度、歪み及び電気生理学的信号を測定する）、小型発光ダイオード（試験試料の光学的特徴付けのためなどのＬＥＤ）、能動／受動回路素子（例えば、トランジスタ、ダイオード及び抵抗など）、アクチュエータ、ワイヤレス電力コイル、無線周波数（ＲＦ）通信のためのデバイス（例えば、高周波インダクタ、コンデンサ、発振器及びアンテナなど）、抵抗ベースの温度センサ、フォト検出器、太陽電池、ダイオード、電極を動作させる電源などのトランスデューサを動作させる１以上の部材、電源によって給電されてトランスデューサに電気的に接続されるデータ処理回路（例えば、カウンタ電極、基準電極、及び少なくとも１つの上記作動電極）、並びに／またはアナログ−デジタルコンバータ、無線周波数モジュール及び／若しくは遠隔測定ユニットなど、試料の自律遠隔モニタリングのための１以上の部材（例えば、検出部材に電気的に接続されたデータ処理回路からの処理データを受信し、データを無線で送信するように構成される）を含むことができる。
【０１０３】
キット
本装置はさらに、キットで提供され得る。キットは、以下の：試験試料を収集するための収集スワブ、バルブを作動させるためのソース（例えば、外部永久磁石）、装置内に試験試料を培養するための外部ヒータ、検出部材（例えば、発光ダイオード及び／またはフォトダイオード）、電源（例えば、デバイスが、電磁石などの１以上の電気的に作動可能な部材を含む場合）及び／または遠隔測定ユニット（例えば、ここに記載されるいずれかのもの）のうちの１以上を含むことができる。
【０１０４】
使用方法
本装置は、任意の対象ターゲットを検出するための任意のアッセイで集積され得る１以上のバルブを含む。特定の実施形態では、ターゲットは、増幅され得る生物学的薬剤であり、装置は微量培養デバイスとなるように適合され、これは選択的に１以上のターゲットの存在を検出するための部材を更に含み得る。
【０１０５】
特定の実施形態では、装置は、チップ上培養チャンバと、この培養を保持または試験する他の構造体とを含む。例えば、装置は、細胞媒体及び養分を分配し、若しくは生体反応器における微量循環を（例えば、負圧を用いることによって）促進する特定の作製方法及び／または微量流体幾何、（例えば、細胞マイグレーションをモニタする）電極のアレイへの細胞培養チャンバの一体化、並びに／または細胞をモニタするための外部装置（例えば、顕微鏡）を用いる細胞の成長／挙動の基本的研究のための種々の制御可能な条件下での細胞生存率の維持を含むことができる。そのような装置は、例えばＵ．Ｓ．Ｐａｔ．Ｎｏ．８２５７９６４に記載されるようなマイクロウェル、例えば、Ｕ．Ｓ．Ｐｕｂ．Ｎｏ．２０１２／０２３１９７６に記載されるような灌流システム、例えば、Ｕ．Ｓ．Ｐｕｂ．Ｎｏ．２００９／０２５１１５５に記載されるような電極アレイ、例えば、Ｕ．Ｓ．Ｐｕｂ．Ｎｏ．２０１１／０１２９８５０に記載されるようなセンサ、例えば、Ｕ．Ｓ．Ｐｕｂ．Ｎｏ．２０１２／０２１４１８９に記載されるような好適に制御された条件下での既知の細胞から一般代謝物質／副産物を測定または検出するモジュール、例えば、Ｕ．Ｓ．Ｐｕｂ．Ｎｏ．２００９／００３６３２４に記載されるような、Ｕ．Ｓ．Ｐｕｂ．Ｎｏ．２００９／００５３７３２に記載される集積微量流体デバイスにおけるもののようにバーコードアレイが溶菌、ｍＲＮＡ及びタンパク質隔離／浄化、オンチップ単一細胞培養を介して単一の細胞から複数のタンパク質及び／若しくは遺伝子を検出するのに使用され得る、高密度バーコードアレイ形式における生体検出方法または捕捉剤を含む検出部材、例えば、Ｕ．Ｓ．Ｐｕｂ．Ｎｏ．２００９／００５３７３２及び２０１３／０２２４７２９に記載されるような１以上の捕捉剤を用いてチャネル抵抗または流速を制御する方法、Ｕ．Ｓ．Ｐｕｂ．Ｎｏ．２０１３／０２２４７２９に記載されるような、ターゲットのＤＮＡに対してプローブを用いて生体検出する方法、例えば、分子反転プローブを用いて表現型を特定する方法、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔ．Ｎｏ．８２７８０４５及びＵ．Ｓ．Ｐｕｂ．Ｎｏ．２０１１／０２５０６０９に記載されるような、タンパク質を検出する方法、例えば、ＮまたはＣ末端マーカについてプライマー符号化を用いて新生タンパク質を検出する方法、並びに／またはＵ．Ｓ．Ｐａｔ．Ｎｏ．６５６６５０８及び６３７２８９５に記載されるものなど、検出剤としての蛍光性化合物の使用、例えば、１以上の酵素によって切断可能なＦＲＥＴベースの化合物の使用を含むことができる。またさらに、このような装置は、細胞生物学、薬理学及び免疫学における基本的な科学的研究において望ましい。例えば、そのような装置は、生細胞に対する薬の高スループットのスクリーニングを処理することができる。
【０１０６】
そのような使用を実施するための更なる例示の使用及び部材は、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔ．Ｎｏ．６５６６５０８、６３７２８９５、８２５７９６４及び８２７８０４５、Ｕ．Ｓ．Ｐｕｂ．Ｎｏ．２００９／００３６３２４、２００９／００５３７３２、２００９／０２５１１５５、２０１１／０１２９８５０、２０１１／０２５０６０９、２０１２／０２１４１８９、２０１２／０２３１９７６及び２０１３／０２２４７２９、Ｉｎｔ．Ｐｕｂ．Ｎｏ．ＷＯ０１／１４５７８、ＷＯ２００８／０７９３２０及びＷＯ２００９／０１２３４０、並びにＥＰ  Ｐｕｂ．Ｎｏ．１２０４６７１、１２１０４４９、２１０８９５５、２１６７６３４及び２４６４７５３において与えられ、この各々が、その全体において参照としてここに取り込まれる。
【０１０７】
特定の実施形態では、本装置は、生物学的ターゲットを増幅する細胞培養の使用（例えば、細胞生存率の維持だけでなく、好適に制御された培養条件を維持する）、並びに未知試料の使用及び細胞自体または元の未知試料における特定の細胞の有無を識別する非常に特有な代謝物質／副産物を検出することを含む。これらの特性は、種々の生物学的研究について細胞生存率を維持するためのプラットフォームとは基本的に異なる。
【０１０８】
実施例
実施例１：プロトタイプデバイス
ここで、我々は、作製及び試験されたプロトタイプデバイスについての作製の詳細を説明する。以下に説明するように、デバイスは、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）及び二軸指向ポリエチレンテレフタレート（ｂｏ−ＰＥＴ、通称「Ｍｙｌａｒ（登録商標）」の下で市販されることが多い）のシートから積層された。種々の孔が、二酸化炭素レーザカッターを用いて切り出された。積層は、油圧またはローラ圧を用いて圧力下で行われた。バルブ要素は、油圧を用いてそれらの、接着材コーティングされた座部上に押圧された。
【０１０９】
バルブ座部に使用される接着剤は、Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ｏｆ  Ｇｌｅｎ  Ｒｏｃｋ、Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａによって、製品番号ＡＲＣＡＲＥ−９０４４５の下で市販されるアクリルベースの接着剤であった。バルブ要素とバルブ座部の間の所望量の接着を実現するために、制御された量の圧力が、制御された継続時間にわたって付加された。更なる詳細が以下に与えられる。なお、これに関して、接着量は接着層とバルブ要素の間の接触表面積にも依存し、そのため、我々の処理パラメータは、その面積が変更される設計変動に対して調整されるべきである。
【０１１０】
バルブ要素は、直径０．１８７５インチ、高さ０．０６２５インチの円筒形Ｎ−５２磁石（ネオジム−鉄−ホウ素合金から構成される）であった。手動的な作動に使用される外部磁石は、直径０．３７５インチ、高さ０．３７５インチの円筒形Ｎ−５２磁石であった。
【０１１１】
図９Ａ〜９Ｂ及び１０は、プロトタイプを形成するように組み立てられた種々の層の図である。図９Ａ〜９Ｂは、プロトタイプ３０００の斜視分解図であり、図１０はそれぞれの層の平面図である。最上部で始まり、順に下方に進むように、層を以下に説明する。
【０１１２】
キャップアセンブリ３１２０は、１．５ｍｍのＰＭＭＡの上側（「キャップ」）部、３．２ミルの接着層、及び１．５ｍｍのＰＭＭＡの下側（「ステム」）部を含み、３．０ミルのコーティング紙及び３１．２ミルの接着剤（まとめて３１２５）が続く。ステム部は、下層ＰＭＭＡシートにおける充填孔３１１０を塞ぐ。
【０１１３】
構造及び凡例記載アセンブリ３１００及び３２００は、接着剤付きの底面側にコーティングされた０．５ｍｍまたは０．５８ｍｍのＰＭＭＡ３１０１、望ましくはそのような印刷された凡例を記載するＭｙｌａｒ（登録商標）の３ミルの透明膜３１５０、接着剤の上面側にコーティングされた１．０８ｍｍのＰＭＭＡ３２０１を含む。ＰＭＭＡ基板３１０１は、外部磁石の配置のための開口３１５０及び３１５１を、それが２つのバルブの一方に整合されるように含む。
【０１１４】
試料チャンバ（または「培養チャンバ」）アセンブリ３３００は、試料チャンバを画定するように孔が開けられたＰＭＭＡの１．５ｍｍのシート３３０２（バルブ開後のそのバルブ磁石の配置のための側部分岐を含む）、並びに前後の３．２ミルの接着層３３０１及び３３０３を含む。試料チャンバ３３１０は、開口３３１１〜３３１３によって形成される。
【０１１５】
磁性バルブアセンブリ３４００及び３５００は、０．５０ｍｍのＰＭＭＡシート３４０１を有し、接着剤で上面側にコーティングされた０．５ｍｍまたは０．５８ｍｍのＰＭＭＡシート３５０１が続き、両シートは、それぞれの試料及び殺菌バルブ磁石３８００及び３８１０に対するビア３４５１、３４５２、３４６１及び３４６２並びにバルブ座部３４５０及び３４６０を画定するように孔が開けられる。一実施形態では、ビア３４５２及び３４６２は下側シート３５０１において画定され、上述したように、上側シート３４０１は、バルブ要素が下側シート３５０１の肩部上及び上側シートにおける大きなビア内に静止するように、若干大きな孔３４５１及び３４６１を有する。他の実施形態では、上側シートは、バルブ要素が上側シートの肩部上及び下側シートにおける大きなビア内に静止するように（下側シートにおけるビアよりも）若干小さな孔を有する。
【０１１６】
殺菌チャンバ及びＬＦＡアセンブリ３６００及び３７００は、殺菌チャンバ３６２０（開口３６２１〜３６２３）及びＬＦＡチャンバ３６１０（開口３６１１及び３６１２）を画定するように孔が開けられた１．５ｍｍのＰＭＭＡシート３６０２、並びにその前後の３．２ミルの接着層３６０１及び３７０１を含み、１．５ミルのＰＭＭＡ構造ベース層３７０２が続く。ＬＦＡ毛細血管床として用いる吸収剤センサ条片３６６０は、ＬＦＡチャンバに配置され、上層及び下層の接着層によって適所に保持される。
【０１１７】
例示の組立て手順において、処理温度は２０〜２５℃の範囲の常温であった。シート同士の接着積層のための処理圧力は約３０００ｐｓｉであった。接着剤への磁石に対する処理圧力は１０〜３０ｐｓｉであった。層を接合するための、または磁石を接着するための各工程における圧力の付加の継続時間は２分であった。過少または過多な時間では不適な接着となるため、最適な接着のためには継続時間は慎重に制御されるべきであることを我々は見出した。各接着剤と磁石との界面の面積は３０．３平方ｍｍであった。
【０１１８】
実施例２：生体検知のためのオンチップ培養を介した生物学的ターゲットの増幅
米国郵便公社及びＨａｒｔビルディングを狙った２００１年のテロリストによる攻撃によって実証されたように、炭疽菌は米国国家安全保障に対する重大な脅威となる。病原体である炭疽菌は至る所にあり、より重要なこととして、テロリストをかくまう国々において発見されている。２００５年から２０１２年の間に、３千を超える炭疽菌の発生が報告された。これは、事件及び病気の流行の過小評価となりそうである。炭疽菌は一般に、家畜の急死の原因となり、結果的に、日常的には隔離され、病気を診断するその土地の人口によって伝染される。テロリストをかくまう国々におけるほとんどまたは全くセキュリティがない研究所におけるこの隔離及び伝染の慣例によって、炭疽菌の研究所の貯蔵所が劇的に増加し、薬剤が不正目的のために盗まれ得る危険が増している。この危険を軽減するために、簡素かつ安価なアッセイが、研究所において扱われる炭疽菌の量を減らし、全ての生存可能な有機体をなくすのに必要とされる。
【０１１９】
生体センサ技術の開発における大きな進歩にもかかわらず、多くのアッセイの利用が制限されたままである。一般に、これらのアッセイは、生物学的ターゲットを感染量で、またはそれ以下で検出することができないことに苛まされる。例えば、生体検出に用いるラテラルフローアッセイ（ＬＦＡ）は、複数の洗浄及びラベル付け工程を要することなく簡素な一工程での試料処理を可能とし、この分野での使用時点を大幅に簡素化する。しかし、１ｍＬの試料あたり１０６〜１０７個の細胞／胞子の範囲のＬＦＡに対しては検出が制限される。この感度は、実施可能なほどに低くはなく、感染量は一般に１０２〜１０３個の細胞／胞子である。
【０１２０】
生体検出プラットフォームの大半は、生物学的ターゲットの増幅（例えば、ＤＮＡのＰＣＲ増幅）または信号の増幅（例えば、触媒ラベル）に応じて関連の検出限界に達する。これは、通常は、デバイスの複雑化を要し、洗浄及びラベル付け工程、冷凍する必要もある複数の試薬、電力、及び処理のための熟練を要する。これらは、特にリソースが限られた環境において、望ましくない特質である。超低コストでかつ動作させるのに非常に簡素な下流側生体検出の前の生物学的ターゲットの増幅は、既存の生体検定技術が現実的な濃度／量の生物学的ターゲットを検出できるようにすることにおいて変質工程を提供する。
【０１２１】
したがって、我々は、後続の生体検出を容易とする生物学的ターゲットの増幅のための、超低コストであり、動作させるのに電力または計装化、効率を維持するのにコールドチェーン（例えば、冷蔵または冷凍）を要さず、ほとんど乃至は全く技術的訓練を受けていない個人によって動作可能な可搬で堅牢なデバイスを開発した。自己完結型のクレジットカードサイズの装置は、オンチップ微量培養方法を採用して下流側の検出の前に生物学的検体を増幅し、４桁の大きさを超えて検出限界を向上させることができる（炭疽菌の１０２スポア／ｍＬの初期接種からの検出が下流側のＬＦＡを用いて実証された）。
【０１２２】
さらに、デバイスは、検定後に化学物質及びバクテリオファージを利用して内容物を殺菌する。自己除染は、検定後の増幅バクテリア試料の潜在的な悪意ある使用を最小限にするために非常に重要である。このデバイスは、テロリストをかくまう国々において病気を診断するその土地の人口による生体的に脅威な薬剤の隔離及び伝搬の現在の慣行を抑制する可能性を有する。
【０１２３】
デバイスはまた、食物媒介性のバクテリア（例えば、大腸菌、サルモネラ菌など）及び医学的対象のバクテリア（例えば、ブドウ球菌、連鎖球菌、淋菌など）の検出を含む他の用途にも使用できる。このデバイスはまた、下流側の検出方法を変更し複数の分析物とすることによって複数の薬剤を検出することもできる。
【０１２４】
例示のデバイスがここに提供される。プラスチック多層微量流体デバイスが、切除によってプラスチック積層体のＣＯ２レーザ加工を介して準備された。プラスチックシート上のアクリル接着剤コーティングは、室温において単純な油圧を介して多層構造体への経路を与えた（図２Ａ〜２Ｂ参照）。このアプローチが、堅牢なデバイスの迅速かつ安価な開発を可能とした。図１１Ａ〜１１Ｂは、集積オンチップ培養及び後続の生体検出のデバイスを示す。デバイスは、試料ポート４１１０及びキャップ４１２０を含み、これは、媒体及び密度線４１５０を含む微量培養チャンバ４３１０に接続される。第１のバルブ（バルブ要素４８００を含むＬＦＡバルブ及びビア４４５０）は、微量培養チャンバ４３１０とＬＦＡ毛細血管床４６６０を有するＬＦＡチャンバとの間の流通を与える。第２のバルブ（バルブ要素４８１０を含む殺菌バルブ及びビア４４６０）は、微量培養チャンバ４３１０と殺菌チャンバ４６２０の間の流通を与える。
【０１２５】
流体は、デバイスを単に振動させ、及び／または叩くことによって異なるＺ平面（３Ｄ）上のチャンバ間を移動し（図１１Ａ）、バルブは外部磁石の使用によって作動される（図１Ｂ）。
【０１２６】
図１１Ｂに示すように、デバイスは、生体検出のためのラテラルフローアッセイまたはラテラルフロー免疫アッセイ（双方ともＬＦＡといわれる）４６６０で集積された培養チャンバ４３１０を含む。この微量培養チャンバの体積は３００ｍＬ以下であればよい。微量培養チャンバを含むデバイス全体は、培養期間中は封止されたままである。培養は、デバイスを培養器または他の熱源に／その付近に配置することによって、室温または高温で行われる。培養期間は、試料の組成及び培養マトリクスに応じて変えられるが、通常は２４から７２時間の範囲となる。
【０１２７】
図１Ｂに示すように、磁石バルブは、薄い接着リングによって適所に保持され、上側チャンバにおける微量培養水溶液の、下層ＬＦＡへのアクセスを防止する。外部磁石は、磁石を薄い接着リングから磁石を除去するのに使用され、２つのチャンバ間の縦方向の接続を露出させる。そして、デバイスを単に振動させることによって物質（例えば、液体または固体）がチャンバ間を移動する。この磁性バルブ構成は、超低コスト（磁石あたり約０．１９ドル）であり、電力を要さず、動作させるのが簡単であり、検定内容物がデバイス内に封止されたままとなることを可能とする。
【０１２８】
生培養菌の試験が行われた（図１２Ａ）。１０００スポア接種を用いて、試料が３７℃で撹拌なしで培養された。２４時間後、視覚的に混濁上の培養菌が観察された。選択的に、ガラスビーズが、試料をＬＦＡ条片に曝露する前の混合を補助するように培養チャンバに含まれ得る。検定後に、殺菌溶液が培養菌を破壊するのに使用され得る。図１２Ｂは、市販のＬＦＡ条片を用いた試験実験を示し、炭疽菌が１０００スポア接種で検出され、それが３７℃で撹拌なしで２４時間にわたって培養された。このデバイスは、ＬＦＡ検出限界において３桁の大きさの向上を与えた。
【０１２９】
より低い胞子数も検出された。図１３Ａ〜１３Ｃは、１００スポア接種の低い胞子数及び３７℃での培養での実験の結果を示す。実験は、撹拌なしで、市販のＬＦＡ条片を用いて行われた。培養時間は、（それぞれ図１３Ａ〜１３Ｃにおいて）２４、４８または７２時間、及び図１３Ａ〜１３Ｃに示すＬＦＡ条片について約１５から６０分の追加の成長時間を含んだ。このデバイスは、ＬＦＡ検出限界において４桁の大きさの向上を与えた。
【０１３０】
種々の有利な効果がこのカートリッジデバイスで観察される。第１に、デバイスは、動作及び変換するのに簡単である。また、製造コストは、磁石作動バルブの低いコスト及びデバイスのプロトタイプ化によって最小化される。さらに、デバイスは完全に封止され、これにより、検定システムの汚染、潜在的に防腐性の殺菌剤を扱うこと（例えば、殺菌剤は組立て中に充填されることができ、デバイスは出口ポートを含まない）、及び培養後に潜在的に有害な生体を拡散させてしまうことを軽減する。説明したように、検出限界は、ターゲット接種のオンチップ培養を採用することによって向上した。炭疽菌の他への更なる曝露を最小限にするために、デバイスは、後の培養菌の殺菌のためのチャンバを含む。
【０１３１】
他の実施形態
本明細書で述べた全ての出願公開、特許及び特許出願は、各個別の出願公開または特許出願が具体的にかつ個々に参照として取り込まれて示されているかのように、同程度参照によりここに取り込まれる。
【０１３２】
発明がその特定の実施形態との関係で記載されたが、それは更なる変形が可能であり、本願は、一般に発明の原理に従い、発明が関連して上述した本質的構成に適用され得る当技術内の周知のまたは慣用的実施となる本開示から離れたものを含む発明のあらゆる変形例、使用例または適用例を包含するものであり、特許請求の範囲に続くことが理解されるはずである。
【０１３３】
他の実施形態は特許請求の範囲内にある。
【図１Ａ】
2016533185.tif 000003
【図１Ｂ】
2016533185.tif 000004
【図２Ａ】
2016533185.tif 000005
【図２Ｂ】
2016533185.tif 000006
【図３】
2016533185.tif 000007
【図４】
2016533185.tif 000008
【図５】
2016533185.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【国際調査報告】
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