(57)【要約】４つの一体形成板ばねを有する下部分と、当該板ばねの高さよりもわずかに下に存在する隆起下ベース部分とを含む試料調製カートリッジが記載される。カートリッジの上部分が下部分と係合するのは、当該下部分と当該上部分とに形成された４対のピン及び孔を介してである。上部分は、当該上部分の中央領域に形成された３つのウェル形状開口を含む。上部分と下部分との間には試料調製紙のシートが置かれて板ばね上に載置される。板ばねは、紙の下面を、隆起下ベース部分から離れるように持ち上げて、当該ベースと当該紙との間に小さなエアギャップを残す。紙の上面は、上部分のウェル形状開口と接触する。ユーザは液体試料を開口内に装填し、紙は、装填箇所から液体試料を吸い上げ、適用の場所に細胞デブリを残す。カートリッジの上部分に圧力を適用することにより、紙が隆起ベース部分と接触するように付勢される結果、例えば生検針を使用してさらなる処理をするべくユーザが紙の複数セクションを除去することを許容する堅固なベースが得られる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料調製カートリッジであって、
ベースを有する下部分と、
前記下部分と係合可能及び前記下部分から取り外し可能であって少なくとも一つのウェル形状開口を含む上部分と、
前記上部分が前記下部分と係合した場合に前記上部分と前記下部分との間に位置決めされる少なくとも一つのばね部材と
を含み、
前記カートリッジは、前記ウェル形状開口に隣接して位置決めされた試料調製紙が前記上部分と前記下部分との間に受容され、かつ、前記紙が前記少なくとも一つのばね部材上に載置されて前記紙が前記下部分の前記ベースから分離されるように構成され、
前記上部分に圧力を適用することが、前記少なくとも一つのばね部材の圧縮を引き起こすことにより前記紙を、前記ベースの少なくとも一部分と接触するように付勢するカートリッジ。
【請求項２】
前記ベースは、前記ばね部材が圧縮された場合に前記ウェル形状開口と整合しかつ前記紙と接触するべく構成された隆起部分を含む請求項１のカートリッジ。
【請求項３】
２つの、好ましくは４つのばね部材を含む請求項１又は２のカートリッジ。
【請求項４】
前記少なくとも一つのばね部材は前記下部分と一体に形成される請求項１から３のいずれか一項のカートリッジ。
【請求項５】
前記上部分はプラスチック材料製である請求項１から４のいずれか一項のカートリッジ。
【請求項６】
前記上部分は半透明及び／又は透明である請求項１から５のいずれか一項のカートリッジ。
【請求項７】
前記プラスチック材料は疎水性である請求項５のカートリッジ。
【請求項８】
前記プラスチック材料は官能化され、
好ましくは、前記材料は、試料内の細胞物質の溶解を補助する基によって修飾され、
さらに好ましくは、前記プラスチック材料は、シリル化第４級アンモニウム化合物（ＳｉＱＡＣ）、好ましくは３−（トリメトキシシリル）プロピルジメチルオクタデシルアンモニウムクロライド（３−ＴＰＡＣ）によって官能化される請求項５又は７のカートリッジ。
【請求項９】
前記上部分と前記下部分との間に位置決めされた試料紙をさらに含む請求項１から８のいずれか一項のカートリッジ。
【請求項１０】
前記紙は複合紙、好ましくは横流れ層を含む複合セルロース紙である請求項９のカートリッジ。
【請求項１１】
前記試料紙は、
ｉ）試料内の生物学的物質の細胞膜、細胞壁、ウイルスエンベロープ若しくはウイルスカプシドを弱体化すること、又は
ｉｉ）試料内の細胞若しくはウイルス物質を溶解すること
が可能な一以上の殺生剤によって官能化される請求項９又は１０のカートリッジ。
【請求項１２】
前記殺生物剤は、結合部分、疎水性部分及び荷電部分を備えた複数の官能基を含む請求項１１のカートリッジ。
【請求項１３】
前記疎水性部分はアルキル鎖であり、例えばＣ５−Ｃ３０アルキル、好ましくはＣ１０−Ｃ２０アルキルである請求項１２のカートリッジ。
【請求項１４】
前記荷電部分は正荷電であり、好ましくは第４級アンモニウム基である請求項１２又は１３のカートリッジ。
【請求項１５】
前記結合部分はヒドロキシル基を含む請求項１２、１３又は１４のカートリッジ。
【請求項１６】
前記殺生物剤は、シリル化第４級アンモニウム化合物（ＳｉＱＡＣ）、好ましくは３−（トリメトキシシリル）プロピルジメチルオクタデシルアンモニウムクロライド（３−ＴＰＡＣ）である請求項１１から１５のいずれかのカートリッジ。
【請求項１７】
キットであって、
ａ）試料調製カートリッジと、
ｂ）試料調製紙と
を含み、
前記試料調製カートリッジは、
ベースを有する下部分と、
前記下部分と係合可能及び前記下部分から取り外し可能であって少なくとも一つのウェル形状開口を含む上部分と、
前記上部分が前記下部分と係合した場合に前記下部分と前記上部分との間に位置決めされる少なくとも一つのばね部材と
を含み、
前記カートリッジは、前記ウェル形状開口に隣接して位置決めされた試料調製紙が前記上部分と前記下部分との間に受容され、かつ、前記紙が前記少なくとも一つのばね部材上に載置されて前記紙が前記下部分の前記ベースから分離されるように構成され、
前記上部分に圧力を適用することが、前記少なくとも一つのばね部材の圧縮を引き起こすことにより前記紙を、前記ベースの少なくとも一部分と接触するように付勢するキット。
【請求項１８】
前記試料調製紙は請求項９から１６のいずれかに記載のものである請求項１７のキット。
【請求項１９】
前記試料調製カートリッジは請求項１から８のいずれかに記載のものである請求項１７又は１８のキット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、核酸の増幅及び／又は検出のような分子生物学的処理技術を目的として試料を調製する場合に使用される試料調製紙用のカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＣＲは、生物学的試料内の特定の標的核酸配列を増幅する便宜な方法である。これは、例えばＤＮＡ試料が属する個人を特定するべく使用されるマーカを検出するような又は特定の病原体が試料に存在するか否かを決定するような、法医学又は診断の目的で使用される場合が多い。かかる目的のため、相対的に迅速なアッセイを備えること、すなわち広範囲にわたる試料調製及び除去を行い得ないことが有用である。
【０００３】
ほとんどの臨床試料は、当該試料をＰＣＲに適合させるべく所定の処理を要する。ＰＣＲ反応のために阻害剤を除去してきれいな試料を与えるべく紙型フィルタを使用することが知られている。
【０００４】
本発明の目的の一つは、詳しくは紙型フィルタを利用して、生物学的分析用試料を試料調製するための便宜な手段を与えることにある。これは部分的には、試料調製を目的として試料調製紙が配置されるハウジングを与えることによって達成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６４−７２０６６号公報
【発明の概要】
【０００６】
本発明の第１側面によれば、試料調製のカートリッジであって、ベースを有する下部分と、当該下部分と係合可能及び当該下部分から取り外し可能であって少なくとも一つのウェル形状開口を含む上部分と、当該上部分が当該下部分と係合した場合に当該上部分と当該下部分との間に位置決めされる少なくとも一つのばね部材とを含み、当該カートリッジは、当該ウェル形状開口に隣接して位置決めされた試料調製紙が当該上部分と当該下部分との間に受容され、かつ、当該紙が当該少なくとも一つのばね部材上に載置されて当該紙が当該下部分の当該ベースから分離されるように構成され、当該上部分に圧力を適用することが、当該少なくとも一つのばね部材の圧縮を引き起こすことにより当該紙を、当該ベースの少なくとも一部分と接触するように付勢するカートリッジによって与えられる。
【０００７】
この構成は、試料処理に対して一定数の利点を有する。詳しくは、ウェル形状開口が、液体試料を試料紙へと流すべく機能するので、当該試料が当該紙上の小さな「スポット」へと案内かつ集められる。紙が下部分のベースから分離されたカートリッジの初期構成は、当該紙の下方における空気の循環を許容するので、試料が当該紙へと吸い上げられて乾燥するのに役立つ。圧縮されて試料紙がベースと接触する構成により、ユーザは、カートリッジを分解して完全な紙を除去する必要なしにさらなる処理及び分析を行うべく、例えば生検打ち抜き器を使用して当該試料紙の部分を容易に切り取ることができる。
【０００８】
好ましくは、ベースは、ばね部材が圧縮された場合にウェル形状開口と整合しかつ紙と接触するべく構成された隆起部分を含む。
【０００９】
ばね部材は好ましくは、下部分の一要素である。ただし、所定の実施形態において、ばね部材は、下部分及び上部分の双方から分離される。好ましくは、カートリッジは２つの、好ましくは４つのばね部材を含む。ばね部材は板ばねである。ばね部材は好ましくは、下部分と一体に形成される。例えば、全体が、成形プラスチック材料の単一片から形成される。
【００１０】
好ましくは、上部分は複数のウェル形状開口を含む。好ましい実施形態では、かかる開口は３つ存在する。
【００１１】
上部分はプラスチック材料製である。好ましくは、上部分は半透明及び／又は透明である。これにより、試料紙がカートリッジ内に存在するか否かについて視覚的に確認することができる。好ましくは、プラスチック材料は疎水性である。例えば、マクロロン（登録商標）のようなポリカーボネートである。これは、流体試料をはじいて、試料紙と接触させるべくウェル内へと案内することに役立つ。プラスチック材料は官能化される。例えば、材料は、試料内の細胞物質の溶解を補助するべく複数の基によって修飾することができる。好ましい実施形態では、材料は、一以上の殺生剤、好ましくはＳｉＱＡＣによって官能化される。これは、誘導体化された試料紙に関連して以下に記載される。
【００１２】
本発明の所定の実施形態において、カートリッジは、上部分と下部分との間に位置決めされた試料紙をさらに含む。紙は好ましくは、セルロース材料、例えばセルロース濾紙又はセルロースマトリクスである。セルロース材料は複合紙である。例えば、複合セルロース紙が、液体と、紙の表面に堆積された低分子量汚染物質及び阻害剤とを試料から除去するべく、横流れ層を含む。セルロースは、殺生剤が付着された露出ヒドロキシル基を一定数有するという利点を有する。好ましい実施形態では、試料紙は、ｉ）試料内の生物学的物質の細胞膜、細胞壁、ウイルスエンベロープ若しくはウイルスカプシドを弱体化すること、又はｉｉ）試料内の細胞若しくはウイルス物質を溶解することが可能な一以上の殺生剤によって官能化される。
【００１３】
殺生物剤は好ましくは、複数の官能基を含む。官能基は好ましくは、薬剤を基質に結合させることに関与する結合部分、すなわち疎水性部分及び荷電部分を含む。疎水性部分は、細胞壁又は細胞膜と相互作用をして当該細胞壁又は細胞膜を貫通することができる。好ましい実施形態では、疎水性部分は、アルキル鎖、例えば  Ｃ５−Ｃ３０アルキル、好ましくはＣ１０−Ｃ２０アルキルである。アルキル鎖が繊細な細胞壁を貫通すると、当該壁が弱体化かつ穿孔される。荷電部分は好ましくは正荷電であり、荷電細胞壁を引き付けることができ、さらには、細胞膜との接触についてのイオンの流れ及び恒常性を壊して細胞の破壊及び核酸の放出を補助することができる。荷電部分は好ましくは、第４級アンモニウム基である。結合部分はヒドロキシル基を含む。
【００１４】
好ましい実施形態では、官能基は好ましくは、アルキル鎖（疎水性部分）、シリル基（結合部分）及びアンモニウムクロライド基（荷電部分）である。
【００１５】
好ましい殺生剤は、シリル化第４級アンモニウム化合物（ＳｉＱＡＣ）、詳しくは３−（トリメトキシシリル）プロピルジメチルオクタデシルアンモニウムクロライド（３−ＴＰＡＣ）を含む。他の殺生剤は、ベンジルアンモニウムクロライドを含む。ＳｉＱＡＣの作用の致死モードは一般に、正荷電分子の負荷電細胞表面への吸着、ＳｉＱＡＣ分子の親油性鎖を介しての細胞膜の破壊、及び、細胞溶解につながる当該膜を通しての拡散によって進行することが許容される。
【００１６】
当業者であれば、他の適切な殺生剤が使用され得ることがわかる。特定の薬剤の選択は、上述の好ましい官能基の存在と、意図される生物学的試料性質とによって導かれる。例えば被処理試料が哺乳類の細胞試料である場合、貫通するべき細胞壁が存在せず、他の官能基が適切となり得る。
【００１７】
本発明において使用され得る他の殺生剤の例は以下を含む。
ａ）テレケリックポリ（２−アルキル−１，３−オキサゾリン）。
ｂ）近接する接触微生物細胞を殺すＰＥｔＯｘ経由で抗菌ＤＤＡ基がグラフトされたセルロース（Ｂｉｅｓｅｒ  ｅｔ  ａｌ（２０１１）、Ｃｏｎｔａｃｔ−Ａｃｔｉｖｅ  Ａｎｔｉｍｉｃｒｏｂｉａｌ  ａｎｄ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌｌｙ  Ｓｅｌｆ−Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ．Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｂｉｏｓｃｉ．，１１，１１１−１２１）。
ｃ）サポニンは、多数の植物に共通のステロイド又はトリテルペノイドグリコシドであって、赤血球膜への溶解作用を有することが長く知られており、多くのサポニンは抗菌性であることが知られている（Ｆｒａｎｃｉｓ  ｅｔ  ａｌ，Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ（２００２），８８，５８７−６０５）。広範な研究がサポニンの膜透過処理特性に対して行われている。これら構造的に多様な化合物はまた、原生動物を殺しかつ抗真菌及び抗ウイルスの薬剤として作用することが観察されている。ヒト赤血球から単離された細胞膜は、サポニンで処理されると、人工膜においては８０Åの孔がもたらされたのに対し直径４０〜５０Åの孔が発達した（Ｓｅｅｍａｎ  ｅｔ  ａｌ．１９７３  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｏｆ  ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｈｏｌｅｓ  ｉｎ  ｏｓｍｏｔｉｃ  ａｎｄ  ｓａｐｏｎｉｎ  ｈｅｍｏｌｙｓｉｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｅｌｌ  Ｂｉｏｌｏｇｙ  ５６，５１９−５２７）。
【００１８】
他の溶液中及び表面上の抗菌性ポリマー（Ａｎｔｉｍｉｃｒｏｂｉａｌ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ｉｎ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｏｎ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ）を検討するには、Ｓｉｅｄｅｎｂｉｅｄｅｌ及びＴｉｌｌｅｒ（２０１２）のＰｏｌｙｍｅｒｓ，４，４６−７１を参照のこと。
【００１９】
上述のとおり、カートリッジの上部分も同様に一以上の殺生剤を含む。これらは、試料紙に存在する殺生剤と同じ又は異なる。好ましい実施形態では、カートリッジ及び紙の双方がＳｉＱＡＣによって官能化される。
【００２０】
試料紙は、試料が当該紙に適用される時及び／又は場所を示す変色試薬を含む。例えば、試薬は、濡れると及び／又は乾燥後に変色する。試料紙は、試料が適用される場所をマーキングするしるし、例えば印刷標識を含む。
【００２１】
所定の実施形態において、試料紙は、所望の反応を行うための一以上の試薬をさらに含む。例えば、紙は、凍結乾燥ＰＣＲ試薬及び／又は凍結乾燥酵素を含む。これらの試薬はその場合、試料紙が反応容器内の液体と接触すると元に戻る。このようにして複数の試薬は、反応を遂行するべ活性化される準備ができるまで互いに分離したままとされる。紙は複数の試薬を含み、これらは、当該紙の中で組み合わされ、又は分離したままに、例えば複合紙の別個の層内に包含される。試薬は、複合紙の追加層に包含させることもできる。
【００２２】
所定の実施形態において、紙は、Ｗｈａｔｍａｎ社から入手可能なＷｈａｔｍａｎＦＴＡ（登録商標）カード、例えばカタログ番号第ＷＢ１２０３０５号のＦＴＡクラシックカードである。ＦＴＡカードには、細胞を溶解し、タンパク質を変性させ、並びに、ヌクレアーゼ、酸化及び紫外線のダメージから核酸を保護する化学物質が含まれる。
【００２３】
試料紙は複合紙でよい。好ましい実施形態では、複合紙は吸着性上層及び横流れ層を含む。紙はまた、上層と横流れ層との間に配置された半透性層も含む。
【００２４】
好ましい実施形態では、吸収体上層は一定数の最適特性を有する。材料は、親水性とするべきであるが、不可逆的に核酸を結合するべきではない。吸収体材料は、ＰＣＲに干渉し得るＰＣＲ阻害剤を放出し及び／又は漂白処理目的で使用の物質若しくはキレート試薬を放出してはならない。吸収体材料は好ましくは、セルロース製である（ただし、ポリエステルのような多孔質ポリマーも同等に有効である）。重要な特性は、液体濾過速度及び密度、基本重量並びに水吸収性である。例えば、好ましい材料は、Ｓｈｌｅｉｃｈｅｒ＆Ｓｃｈｕｅｌｌ社の９０３を含む。代替品は、Ｓｃｈｅｌｉｃｈｅｒ＆Ｓｃｈｕｅｌｌ「ＧＢ００２」、「ＧＢ００３」及び「ＧＢ００４」、Ｆａｉｒｆｉｅｌｄ（ニュージャージー州）の「ＢＦＣ１」並びにＷｈａｔｍａｎｎの「３ＭＭ」である（ただし、最後のものは、界面活性剤混合物を含浸させる必要がある）。
【００２５】
重要な特性の好ましい値は以下を含む。
【表１】
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【００２６】
好ましい上層は、これらの値のいずれか又はすべてを単独又は任意の組み合わせで有する。
【００２７】
横流れ層はニトロセルロースであり得る。
【００２８】
吸着性層は、好ましくは０．５〜１ｍｍ厚であり、横流れ層は０．１〜０．２ｍｍ厚であり得る。
【００２９】
試料紙は、横流れ層に隣接して配置された支持層、例えばポリエステルのようなプラスチック支持体をさらに含む。これは、横流れ層と同じ又は類似のオーダーの厚さ、例えば約０．１ｍｍであり得る。
【００３０】
当該紙特性により、紙は液体を当該紙の中に迅速に吸い上げ、当該表面上に標的生物を残し、及び、当該表面上で細胞物質を脱水して細胞壁を弱めかつ熱溶解可能にすることができる。紙はまた、当該紙において阻害剤を閉じ込め／除去する。
【００３１】
適切な紙のこれら及び他の所望の特徴は、我々の同時係属特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１２／０５２８４７号（複合紙を記載）及び第ＧＢ１２０９２２９．２号（官能化殺生物紙を記載）に見出すことができる。これら双方の出願の内容はここに参照として組み入れられる。読者は適切な紙のさらなる詳細についてこれらを参照のこと。
【００３２】
本発明のさらなる側面において、キットであって、
ａ）試料調製カートリッジと、
ｂ）試料調製紙と
を含み、
当該試料調製カートリッジは、
ベースを有する下部分と、
当該下部分と係合可能及び当該下部分から取り外し可能であって少なくとも一つのウェル形状開口を含む上部分と、
当該上部分が当該下部分と係合した場合に当該下部分と当該上部分との間に位置決めされる少なくとも一つのばね部材と
を含み、
当該カートリッジは、当該ウェル形状開口に隣接して位置決めされた試料調製紙が当該上部分と当該下部分との間に受容され、かつ、当該紙が当該少なくとも一つのばね部材上に載置されて当該紙が当該下部分の当該ベースから分離されるように構成され、
当該上部分に圧力を適用することが、当該少なくとも一つのばね部材の圧縮を引き起こすことにより当該紙を、当該ベースの少なくとも一部分と接触するように付勢するキットが与えられる。
【００３３】
カートリッジ及び紙のさらなる特徴は上述される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
本発明のこれらの及び他の側面が添付図面を参照して記載される。
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係るカートリッジの分解図を示す。
【図２】ＳｉＱＡＣ分子の構造を示す。
【図３】ＳｉＱＡＣ分子すなわち３−ＴＰＡＣによるセルロースの官能化を例示する。
【図４】カートリッジとともに使用される試料調製紙を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の一実施形態に係るカートリッジの分解図が図１に示される。カートリッジは、４つの一体形成板ばねを有する下部分と、当該板ばねの高さよりもわずかに下に存在する隆起下ベース部分とを含む。カートリッジの上部分が下部分と係合するのは、当該下部分と当該上部分とに形成された４対のピン及び孔を介してである。上部分は、当該上部分の中央領域に形成された３つのウェル形状開口を含む。
【００３７】
上部分と下部分との間には試料調製紙のシートが置かれる。この紙は板ばね上に載置される。板ばねは、紙の下面を、隆起下ベース部分から離れるように持ち上げて、当該ベースと当該紙との間に小さなエアギャップを残す。紙の上面は、上部分のウェル形状開口と接触する。
【００３８】
上部分は、ポリカーボネート（例えばマクロロン（登録商標））のような疎水性プラスチック材料から形成される。これは、以下に記載されるように誘導体化される。
【００３９】
使用時、ひとたびカートリッジが組み付けられるとユーザは、（例えば細胞物質を包含する）液体試料を複数のウェル形状開口の中に装填する。これらの開口は、試料を、試料紙上の隣接箇所まで流して集めるべく機能する。上部分の疎水性の性質により、カートリッジに残る試料流体の量が低減され、その代わりに当該試料流体がウェルの中に流される。紙は、装填箇所から液体試料を吸い上げ、適用の場所に細胞デブリを残す。紙及びウェル形状開口は双方とも、以下に記載のように、核酸又は他の細胞内容物を紙の中へと放出するべく、細胞溶解を促すことが意図される活性基によって官能化される。紙がベース部分から持ち上がっているので、当該紙の下方で空気を循環させることができる。これにより、紙上の試料の乾燥が補助される。
【００４０】
ユーザはその後、カートリッジの上部分に圧力を適用することにより、紙を押圧しかつ板ばねを圧縮する。これが、紙を付勢して隆起ベース部分に接触させる。その結果、例えば生検針を使用してさらなる処理をするべくユーザが紙の複数セクションを除去することを許容する堅固なベースが得られる。
【００４１】
その後、カートリッジが処分され、又は、さらなる使用の準備のために、使用済みの紙が取り除かれてカートリッジが洗浄される。
【００４２】
カートリッジはまた、ラベルも含む。ラベルは、試料の追跡及びモニタリングを目的として特定のカートリッジを識別し、又は、ユーザに装填された試料の性質のメモ書きを許容することができる。ラベルは、機械読み取り可能なタグ、例えばバーコード又はＲＦＩＤタグを含み得る。これにより、試料を追跡し、必要であれば当該試料の詳細を記録することができる。
【００４３】
上述のように、紙及び／又はカートリッジの上部分は、細胞物質の溶解を補助する殺生剤を含むように官能化される。好ましい官能基はＳｉＱＡＣ部分である。
【００４４】
ＳｉＱＡＣ分子［３−（トリメトキシシリル）プロピルジメチルオクタデシルアンモニウムクロライド（３−ＴＰＡＣ）］の構造を図２に示す。３−ＴＰＡＣは１９７２年に初めて記載された（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｃｂｉ．ｎｌｍ．ｎｉｈ．ｇｏｖ／ｐｍｃ／ａｒｔｉｃｌｅｓ／ＰＭＣ３８０６８７／ｐｄｆ／ａｐｐｌｍｉｃｒｏ０００５２−００３３．ｐｄｆ）。
【００４５】
基本化学の多くのバージョンが存在するが（例えばベンジルアンモニウムクロライドＢＡＣ）、すべては類似成分、すなわちアンモニウムクロライド変異体（活性抗菌剤）、結合剤（シリル部分）としてのシリコン、及びアルカン鎖を共有する。アンモニウムクロライドは、２つのメチル基及び有効な２つの長鎖アルキル基に付着された第４級アンモニウム基である。これのカチオン官能基が、細菌、真菌及びウイルスの膜の破壊をもたらして核酸内容物を放出する抗菌特性を与える。疎水性アルカン鎖が細胞壁を貫通する。トリメトキシシリル基が、活性ヒドロキシル基を介して分子を基質（例えばセルロース）に結合する。
【００４６】
第４級アンモニウム化合物は、細菌、真菌、及び被覆ウイルスを含む多種多様な生物に対して致死的であるが、内生胞子、マイコバクテリウム及び非エンベロープウイルスに対してはそれほどでもない。多くの殺生物性ポリマーは、第４級アンモニウム基を有することが知られている。第４級アンモニウム（ＱＡ）化合物は、医療及び公衆衛生用途を目的として最も広く使用される抗菌剤の一つであり、グラム陰性及びグラム陽性双方の細菌に対して有効であることが示されている（Ｔａｓｈｉｒｏ（２００１）Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｍａｔｅｒ．Ｅｎｇ．；  ２８６，６３−８７）。
【００４７】
ＱＡ基を有するカチオンポリマーは一般に、対応する低分子量モノマーよりも高い抗菌活性を示す（Ｉｋｅｄａ  ａｎｄ  Ｔａｚｕｋｅ，１９８３，Ｍａｋｒｏｍｏｌ．Ｃｈｅｍ．，Ｒａｐｉｄ  Ｃｏｍｍｕｎ．４（１９８３）４５９−４６１）。高い活性は、細胞とポリマーとの間の、当該ポリマーの大きな電荷密度ゆえの大きな静電引力に起因する。
【００４８】
ＳｉＱＡＣは、２ステップ処理を介して作用する。ＳｉＱＡＣ分子への正荷電作用が、微生物の負荷電細胞壁を引き寄せる。最初に、疎水性アルキル鎖が、生物の、当該生物が接触する類似の疎水性細胞壁を貫通する。アルキル鎖が繊細な細胞壁を貫通するときに当該壁は弱体化かつ穿孔される。第二に、カチオン第４級アンモニウム基が細胞壁に接触すると、イオン流が破壊されて細胞壁の中へ又は細胞壁の外への漏洩が引き起こされ、通常当該細胞は、イオン環境に応じてその内容物を喪失し、又は破裂する。荷電第４級アンモニウムアルキル基は変更されないままであり、当該処理の無期限な繰り返しを利用することができる。
【００４９】
この「物理的」及び「電気的」な殺機構ゆえに、微生物は、ＳｉＱＡＣに対する抵抗性又は免疫性を発達させる機会を得ることがない。
【００５０】
第４級アンモニウム化合物は、消毒剤、防腐剤、医薬品及び化粧品として広く使用され、果物及び野菜の消毒における代替物となり得る。第４級アンモニウム化合物（ＱＡＣ）はすべて、基本構造（ＮＨ４＋）を有するカチオン化合物である。これらの化合物は、細菌の細胞壁を貫通し、自己分解酵素により引き起こされる壁溶解を含む細胞膜との反応を行う（ＭｃＤｏｎｎｅｌｌ，Ｇ．＆Ｒｕｓｓｅｌｌ，Ａ．Ｄ．１９９９  Ａｎｔｉｓｅｐｔｉｃｓ  ａｎｄ  ｄｉｓｉｎｆｅｃｔａｎｔｓ：ａｃｔｉｖｉｔｙ，ａｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｃｌｉｎｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ  Ｒｅｖｉｅｗｓ  １２，１４７−１７９）。
【００５１】
トリメトキシシリル基は、ガラス及び綿のような表面上のヒドロキシル基と反応し、当該表面にＱＡ化合物を保持しかつ水中への溶解を防止する共有結合を形成する。被処理表面に結合された高安定性の架橋シラン被覆物を形成するべく、トリメトキシシリル基同士の反応も可能である。これらの被覆物は、多くの用途における表面に対して、化学薬品を周辺環境へ放出することなく殺生物活性を付与することが示されている（Ｉｓｑｕｉｔｈ  ｅｔ  ａｌ，１９７２  Ａｐｐｌ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．２４，８５９；Ｉｓｑｕｉｔｈ  ｅｔ  ａｌ，１９７３  Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  ３，７３０，７０１；Ｓｐｅｉｅｒ  ａｎｄ  Ｍａｌｅｋ，１９８２  Ｊ  ｏｆ  Ｃｏｌｌｏｉｄ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ８９，６８；Ｗａｌｔｅｒｓ  ｅｔ  ａｌ．，１９７３，Ｊ．，Ａｐｐｌ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．２５，２５３）。
【００５２】
これらの被覆物は、殺真菌剤及び抗菌剤として非常に有効であるが、胞子に対しては無力である。
【００５３】
図３は、セルロースのＳｉＱＡＣ分子すなわち３−ＴＰＡＣによる官能化を例示する。不変の天然セルロースにおいて、Ｘは、水素を代表して一定数のペンダントヒドロキシル（ＯＨ）基を形成する。速い初期段階において、分子とシリルエーテルを形成するヒドロキシル基との間に結合が形成される。第２の遅いステップにおいて、隣接するジメトキシシリル基間に架橋が形成される結果、基質表面に平行に整合されたランダムシリコーンエーテルポリマーが形成される。
【００５４】
カチオン部分は、表面の結合にはなんら役割を果たさないが、それでもなお基質表面に結合するべく利用可能である。その構造は、ジデシルジメチルアンモニウムクロライド（ＤＤＡＣ）が典型例である局所消毒薬として認識されている第４級アンモニウム化合物に類似する。
【００５５】
ＳｉＱＡＣ分子が基質表面に結合される機構は、ＰＥＸを形成するポリエテンの架橋のものと化学的に類似する。
【００５６】
例：紙の官能化
【００５７】
３つの代替的な紙官能化方法が以下のように与えられる。
【００５８】
処理Ａ
紙が２０μｌのＳｉＱＡＣ（３−ＴＰＡＣ）溶液によって官能化され、２４時間乾燥され、その後２０μｌの５ｍＭのＴＲＩＳ−Ｃｌ［ｐＨ９．０］、０．２ｍＭのＭｇＣｌ２において洗浄され、その後乾燥されて以下のいずれかが行われる。
ｉ．試料を適用し、２０分間乾燥し、ディスクを除去し、ＰＣＲのための２０μｌのミリＱ（登録商標）水を添加するか、又は
ｉｉ．試料を適用し、２０分間乾燥し、ディスクを除去し、穏やかなピペット操作により２０μｌのミリＱ水においてすすぎ、ＰＣＲにおいて２０μｌを使用する。
【００５９】
処理Ｂ
紙が２０μｌのＳｉＱＡＣ（３−ＴＰＡＣ）溶液によって官能化され、３０分間乾燥されて５ｍＭのＴＲＩＳ−Ｃｌ［ｐＨ９．０］、０．２ｍＭのＭｇＣｌ２において洗浄され、その後乾燥されて以下のいずれかが行われる。
ｉ．試料を適用し、２０分間乾燥し、ディスクを除去し、ＰＣＲのための２０μｌのミリＱ水を添加するか、又は
ｉｉ．試料を適用し、２０分間乾燥し、ディスクを除去し、穏やかなピペット操作により２０μｌのミリＱ水においてすすぎ、ＰＣＲにおいて２０μｌを使用する。
【００６０】
処理Ｃ
紙が２０μｌのＳｉＱＡＣ（３−ＴＰＡＣ）によって官能化され、３０分間乾燥されて以下のいずれかが行われる。
ｉ．試料を適用し、２０分間乾燥し、ディスクを除去し、穏やかなピペット操作により２０μｌのミリＱ水においてすすぎ、ＰＣＲにおいて２０μｌを使用するか、又は
ｉｉ．試料を適用し、２０分間乾燥し、ディスクを除去し、ＰＣＲのための２０μｌの５ｍＭのＴＲＩＳ−Ｃｌ［ｐＨ９．０］、０．２ｍＭのＭｇＣｌ２を添加するか、又は
ｉｉｉ．試料を適用し、２０分間乾燥し、ディスクを除去し、穏やかなピペット操作により２０μｌの５ｍＭのＴＲＩＳ−Ｃｌ［ｐＨ９．０］、０．２ｍＭのＭｇＣｌ２においてすすぎ、ＰＣＲにおいて２０μｌを使用する。
【００６１】
代替的な複合試料紙が図４に示される。試料紙は、セルロース繊維の第１層、及びニトロセルロース繊維の第２層を含む。これは支持層も含み得る。
【００６２】
アッセイ対象の試料（例えば痰）が試料紙上にスポット配置される。紙は、試料が適用されると変色する試薬を包含する。例えば、試薬は、濡れると変色する。第１セルロース層は、吸収体層として作用し、細胞内容物を捕捉し、垂直及び水平方向の流体の流れを与える。第２ニトロセルロース層は、横流れを介した水の迅速な除去を与え、紙に適用された試料の乾燥速度を改善する。乾燥は、カートリッジの使用中に紙をベース部分から分離するエアギャップによってさらに向上される。この動作により、数分内で、試料を乾燥してさらなるアッセイのために調製することができる。紙にはまた、細胞を溶解して核酸を放出させる試薬が含浸され、必要に応じて、例えば上述のように官能化してよい。代替的に又は追加的に、紙は、所望の反応を行う一以上の試薬を含み、例えば当該紙は、ＰＣＲ反応に使用される凍結乾燥酵素及びヌクレオチドを含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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