(57)【要約】第１の反応ゾーンと、第２の反応ゾーンと、前記第１の反応ゾーンに１以上の試薬を輸送する試薬輸送チャネルと、前記第２の反応ゾーンから廃棄物を除去する廃棄チャネルと、前記第１の反応ゾーンにサンプルを輸送する第１のサンプル輸送チャネルと、前記第２の反応ゾーンにサンプルを輸送する第２のサンプル輸送チャネルを有するマイクロ流体システムであって、該マイクロ流体システムが、１以上の試薬を各反応ゾーンに保持する手段を有し、前記第１の反応ゾーンと前記第２の反応ゾーンとが反応ゾーンチャネルにより直列に接続されているマイクロ流体システムである。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の反応ゾーンと、第２の反応ゾーンと、前記第１の反応ゾーンに１以上の試薬を輸送する試薬輸送チャネルと、前記第２の反応ゾーンから廃棄物を除去する廃棄チャネルと、前記第１の反応ゾーンにサンプルを輸送する第１のサンプル輸送チャネルと、前記第２の反応ゾーンにサンプルを輸送する第２のサンプル輸送チャネルと、を有するマイクロ流体システムであって、該マイクロ流体システムが、１以上の試薬を各反応ゾーンに保持する手段を有し、前記第１の反応ゾーンと前記第２の反応ゾーンとが反応ゾーンチャネルにより直列に接続されていることを特徴とするマイクロ流体システム。
【請求項２】
試薬輸送チャネルを経由して第１の反応ゾーンから廃棄サンプルを除去する請求項１に記載のマイクロ流体システム。
【請求項３】
１以上のバルブを有し、該バルブが、反応ゾーンチャネルを経由して第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンに１以上の試薬が輸送され、サンプルを第２の反応ゾーンに輸送させずに第１のサンプル輸送チャネルを経由して前記第１の反応ゾーンに輸送させるように配置され、且つ、サンプルを第１の反応ゾーンに輸送させずに第２のサンプル輸送チャネルを経由して前記第２の反応ゾーンに輸送させるように配置される請求項１から２のいずれかに記載のマイクロ流体システム。
【請求項４】
反応ゾーンチャネルがバルブを有し、第１のサンプル輸送チャネルがバルブを有し、第２のサンプル輸送チャネルがバルブを有する請求項３に記載のマイクロ流体システム。
【請求項５】
第１の反応ゾーンから廃棄物を除去する更なる廃棄チャネルを有する請求項１から４のいずれかに記載のマイクロ流体システム。
【請求項６】
１以上のバルブを有し、該バルブが１以上の試薬を更なる廃棄チャネルに輸送せずに、反応ゾーンチャネルを経由して第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンに輸送され、試薬輸送チャネルへ輸送せずに、前記更なる廃棄チャネルを経由して前記第１の反応ゾーンから廃棄サンプルを除去するように配置されている請求項５に記載のマイクロ流体システム。
【請求項７】
試薬輸送チャネルが１つのバルブを有し、更なる廃棄チャネルが１つのバルブを有する請求項６に記載のマイクロ流体システム。
【請求項８】
更なる廃棄チャネルが、液体が前記反応ゾーンを通過せずに、サンプル輸送チャネルを介して前記更なる廃棄チャネルに輸送されるように配置されている請求項５から７のいずれかに記載のマイクロ流体システム。
【請求項９】
試薬輸送チャネルと反応ゾーンチャネルが同量の１以上の試薬を各反応ゾーンに輸送されるように設けられている請求項１から８のいずれかに記載のマイクロ流体システム。
【請求項１０】
１以上の試薬を保持する手段が磁性又は磁化可能である請求項１から９のいずれかに記載のマイクロ流体システム。
【請求項１１】
１以上の試薬の試薬を保持する手段が第１の反応ゾーンと第２の反応ゾーンとの間に配置された磁石である請求項１０に記載のマイクロ流体システム。
【請求項１２】
１以上の更なる反応ゾーンを有し、それぞれの前記更なる反応ゾーンが該更なる反応ゾーンへサンプルを輸送するサンプル輸送チャネルに接続されており、１以上の前記更なる反応ゾーンが１以上の更なる反応ゾーンチャネルにより直列に第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンへと接続されており、それぞれの前記更なる反応ゾーンが１以上の試薬を保持する手段を有する請求項１から１１のいずれかに記載のマイクロ流体システム。
【請求項１３】
反応ゾーンチャネルを経由して第１の反応ゾーンから廃棄物を除去する反応ゾーン廃棄チャネルを有する請求項１から１２のいずれかに記載のマイクロ流体システム。
【請求項１４】
（ａ）１以上の試薬を保存するための試薬コンポーネントと、
（ｂ）アッセイにおいて前記１以上の試薬を処理するための処理コンポーネントと、を有するカートリッジシステムであって、前記処理コンポーネントが請求項１から１３のいずれかに記載のマイクロ流体システムを有し、前記試薬コンポーネントと前記処理コンポーネントとが連結されて１つのカートリッジを形成してなることを特徴とするカートリッジシステム。
【請求項１５】
アナライトを検出するためのセンシングエレメントを少なくとも１つ有するセンシングコンポーネントを更に有する請求項１４に記載のカートリッジシステム。
【請求項１６】
アッセイ用サンプルを調製するためのサンプル調製コンポーネントを更に有する請求項１４から１５のいずれかに記載のカートリッジシステム。
【請求項１７】
サンプル中のアナライトを同定するためのアッセイ法において、請求項１から１３のいずれかに記載のマイクロ流体システム又は請求項１４から１６のいずれかに記載のカートリッジシステムの使用。
【請求項１８】
サンプル中の１以上のアナライトをアッセイするアッセイ法であって、
ａ）１以上の試薬を含有する溶液が請求項１から１３のいずれかに記載のマイクロ流体システムを介して輸送され、前記１以上の試薬を含有する溶液が第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーン内に輸送される工程と、
ｂ）前記第１の反応ゾーン及び前記第２の反応ゾーンに前記１以上の試薬を保持する工程と、
ｃ）サンプルを第１のサンプル輸送チャネルを通して第１の反応ゾーン内へと輸送すると共に、サンプルを第２のサンプル輸送チャネルを通して第２の反応ゾーン内へと輸送する工程と、
ｄ）前記１以上のアナライトをアッセイする工程と、を含むことを特徴とするアッセイ法。
【請求項１９】
第１の反応ゾーン内へ輸送されたサンプルがテストサンプルであり、第２の反応ゾーン内へ輸送されたサンプルがコントロール液を含むキャリブレーションサンプルであり、前記第１の反応ゾーンのアッセイ結果を第２の反応ゾーンのアッセイ結果で較正する工程を含む請求項１８に記載のアッセイ法。
【請求項２０】
第１の反応ゾーンに輸送されたサンプルがテストサンプルであり、第２の反応ゾーンに輸送されたサンプルがアナライトの１以上のアリコートを含むキャリブレーションサンプルであり、各アリコートが前記１以上のアナライトをそれぞれの異なる既知量で含み、アッセイ法が、前記テストサンプルにおける前記１以上のアナライトの量を前記キャリブレーションサンプルにおける前記１以上のアナライトの既知の所定量で較正する工程を含む請求項１８に記載のアッセイ法。
【請求項２１】
工程ｂ）において、１以上の試薬を保持する手段が、前記１以上の試薬を含む溶液が第１の反応ゾーンと第２の反応ゾーンとを満たした後、前記第１の反応ゾーンと前記第２の反応ゾーンとに適用される請求項１８から２０のいずれかに記載のアッセイ法。
【請求項２２】
工程ｃ）が、試薬輸送チャネルを経由して第１の反応ゾーンから廃棄サンプルを除去する工程と、廃棄チャネルを経由して第２の反応ゾーンから廃棄サンプルを除去する工程と、を含む請求項１８から２１のいずれかに記載のアッセイ法。
【請求項２３】
工程ｃ）が、更なる廃棄チャネルを経由して第１の反応ゾーンから廃棄サンプルを除去する工程と、前記廃棄チャネルを経由して第２の反応ゾーンから廃棄サンプルを除去する工程と、を含む請求項１８から２１のいずれかに記載のアッセイ法。
【請求項２４】
工程ａ）の後であり、且つ、工程ｃ）の前に、反応ゾーンを通過させずに試薬輸送チャネルを介して更なる廃棄チャネルに液体を流す更なる工程を含む請求項１８から２１又は２３のいずれかに記載のアッセイ法。
【請求項２５】
工程ａ）の前に、試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン、第２の反応ゾーン及び廃棄チャネルを介して液体を流す更なる工程を含む請求項１８から２４のいずれかに記載のアッセイ法。
【請求項２６】
工程ａ）の後であり、且つ、工程ｃ）の前に、試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン、第２の反応ゾーン及び廃棄チャネルを介して液体を流す更なる工程を含む請求項１８から２５のいずれかに記載のアッセイ法。
【請求項２７】
工程ｃ）の後に、試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン及び反応ゾーン廃棄チャネルを介して液体を流す更なる工程を含む請求項１８から２６のいずれかに記載のアッセイ法。
【請求項２８】
工程ｃ）の後に、第２の反応ゾーンから試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン、第２の反応ゾーン及び更なる廃棄チャネルを介して液体を流す更なる工程を含む請求項１８から２７のいずれかに記載のアッセイ法。
【請求項２９】
工程ｃ）の後に、１以上の試薬を含有する溶液を第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーン内に輸送する更なる工程を含む請求項１８から２８のいずれかに記載のアッセイ法。
【請求項３０】
工程ｂ）において保持された１以上の試薬が磁性又は磁化可能な試薬である、又は、前記保持された１以上の試薬がそれぞれ磁性又は磁化可能な物質に結合されているか、又は前記保持された１以上の試薬が磁性又は磁化可能な試薬であり、且つ磁性又は磁化可能な物質に結合されている請求項１８から２９のいずれかに記載のアッセイ法。
【請求項３１】
１以上の試薬が磁性ビーズである、又は、磁性又は磁化可能な物質が磁性ビーズであるか、又は前記１以上の試薬が磁性ビーズであり、且つ磁性又は磁化可能な物質が磁性ビーズである請求項３０に記載のアッセイ法。
【請求項３２】
マイクロ流体システムが請求項１４から１６のいずれかに記載のカートリッジシステム内にあり、工程ｃ）の後にカートリッジを受け取るように設けられたアッセイ装置に前記カートリッジシステムを連結する工程を更に含み、工程ｄ）が前記アッセイ装置を使用して行われる請求項１８から２８のいずれかに記載のアッセイ法。
【請求項３３】
第１の反応ゾーンと、第２の反応ゾーンと、前記第１の反応ゾーンに１以上の試薬を輸送する試薬輸送チャネルと、前記第２の反応ゾーンから廃棄物を除去する廃棄チャネルと、第１の反応ゾーンにサンプルを輸送する第１のサンプル輸送チャネルと、前記第２の反応ゾーンにサンプルを輸送する第２のサンプル輸送チャネルと、前記第１の反応ゾーン及び前記第２の反応ゾーン内に１以上の試薬を保持する手段と、を有するマイクロ流体システムであって、前記１以上の試薬を保持する手段が前記第１の反応ゾーン及び前記第２の反応ゾーン内に同量の１以上の試薬を保持するように配置されていることを特徴とするマイクロ流体システム。
【請求項３４】
１以上の試薬を保持する手段が磁性又は磁化可能である請求項３３に記載のマイクロ流体システム。
【請求項３５】
１以上の試薬を保持する手段が第１の反応ゾーンと第２の反応ゾーンとの間に配置された磁石である請求項３４に記載のマイクロ流体システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流体システムに関し、より詳細には、サンプル、特に、生物学的サンプルをアッセイするためのマイクロ流体システムに関する。該マイクロ流体システムは、テストサンプルとコントロールサンプルなど、２種のサンプルを交差汚染なしに同一反応条件下で処理することができる。また、本発明は、該マイクロ流体システムを含むカートリッジシステム、該マイクロ流体システム、又は該カートリッジシステムを使用して行われるアッセイに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ流体工学は、マイクロスケールに制限される流体の操作に関するものである。マイクロ流体システムは、エンジニアリングやバイオテクノロジーを始めとする、極めて少量の流体の使用する必要がある多種多様な分野において使用されている。例えば、マイクロ流体システムは、インクジェット・プリントヘッドやＤＮＡチップの開発において使用されている。
【０００３】
生物学的アッセイにマイクロ流体システムを用いることが知られている。マイクロ流体バイオチップにより、検出、サンプルの前処理、及び１つのチップ上でのサンプル調製等のアッセイ操作が可能となる。バイオチップの新たな適用領域は、臨床病理学、特に、即時性の高いポイント・オブ・ケア診断である。
【０００４】
マイクロ流体処理装置やチップの開発により、生物学的アッセイに使用されるカートリッジの開発が容易となった。マイクロ流体工学は、更に小さい（且つ、安価な）カートリッジであって、より大きい頑健なアッセイ装置に装填しやすいカートリッジの製造を可能としたからである。特許文献１は、患者のベッドサイドでのアッセイプロセスに使用できるカートリッジについて記載している。また、ＰＣＴ／ＧＢ０７／００３６６６は、生物学的アッセイに使用するためのカートリッジシステムについて記載しており、このカートリッジシステムでは、マイクロ流体工学を利用することができる。
【０００５】
いずれのアッセイ法においても、標準曲線及びコントロールの少なくともいずれかと、結果を比較する必要がある。テストサンプルから得られる結果をコントロールと比較することで、テストサンプルに起因しない如何なるバックグラウンドデータも考慮することができる。テストサンプルから得られる結果と標準曲線を比較することで、テストサンプル中のアナライト量を計算することができる。マイクロ流体アッセイシステムには、コントロールチャンバとテストサンプル用の実験チャンバを設けることは、よく知られている。コントロールチャンバ及び実験チャンバは、交差汚染を避けるために、分離させておく必要がある。一方でまた、両チャンバを同一反応条件にすること、同様のチャネル／導管を通ること、を確実にすることが非常に望ましい。多くのマイクロ流体システムにおいては、コントロールチャンバと実験チャンバを並列に設置することによりこれを実現している。このシステムは、並列に設置された各チャンバに供給される前に、試薬を分けるように設けられている。
【０００６】
図１及び図２に、そのような並列システムの一例を示す。図１において、試薬は、この装置の上部から試薬輸送チャネルを通って運ばれる。この試薬輸送チャネルは、試薬を分けてコントロールチャンバと実験チャンバに輸送する。コントロールチャンバへの実験サンプルの交差汚染を避けるために、コントロールサンプルと実験サンプルは、これらのチャンバに別々に送られる。実験サンプルは、実験サンプル輸送チャネルを通って実験チャンバへと送られた後、廃棄チャネル（装置の左側）へと送られる。同様にして、緩衝剤などのコントロールは、別のコントロールサンプル輸送チャネルを通ってコントロールチャンバへと送られた後、別の廃棄チャネル（装置の右側）へと送られる。
【０００７】
この、いわゆる「並列システム」は、両チャンバに同量の試薬が供給されると共に実験サンプルとコントロールとの交差汚染が生じないように設計されている。しかしながら、マイクロ流体システムにおいて、試薬を正確に分けることは難しく、実際に、大部分の試薬は一方のチャンバへと流れ込み、均等に分配されない。図２において、試薬溶液（チャネル内の黒線で示される）は、トップチャネルと分割後のトップチャンバを満たしている一方で、ボトムチャネルとボトムチャンバには殆ど試薬溶液が含まれていない（淡色のチャネルで示される）ことが分かる。試薬が両チャンバ間で等しく分配されていないと、その２つのチャンバに同量の試薬が供給されておらず、各チャンバから得られたアッセイ結果を比較することができないので、このことは重大な問題である。
【０００８】
チャネル内における分割後の試薬溶液の不均等な分配は、マイクロスケールでの流体の動態によるものである。流体は、マイクロスケールにおいてマクロスケールとは異なる振る舞いをする。これは、マイクロスケールでは、表面張力、エネルギー散逸及び流体抵抗などのファクターの流体の流れに対する影響がより大きいからである。これらの作用の１つが、マイクロスケールでの流体を２つのチャネル間に分割しにくいものとしており、本来、システムは、安定した層流を維持しようとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第０２／０９０９９５号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
アッセイ法への適用を向上させるために、マイクロ流体システムの更なる開発が、アッセイ法依然として必要とされている。特に、上述した問題点などの、公知のマイクロ流体システムに関連した問題点を克服する新たなマイクロ流体システムを開発する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
したがって、本発明は、第１の反応ゾーンと、第２の反応ゾーンと、前記第１の反応ゾーンに１以上の試薬を輸送する試薬輸送チャネルと、前記第２の反応ゾーンから廃棄物を除去する廃棄チャネルと、前記第１の反応ゾーンにサンプルを輸送する第１のサンプル輸送チャネルと、前記第２の反応ゾーンにサンプルを輸送する第２のサンプル輸送チャネルとを有するマイクロ流体システムであって、該マイクロ流体システムが、１以上の試薬を各反応ゾーンに保持する手段を有し、前記第１の反応ゾーンと前記第２の反応ゾーンとが反応ゾーンチャネルにより直列に接続されていることを特徴とするマイクロ流体システムを提供する。
【００１２】
２つの反応ゾーンが直列に設置されていることにより、１以上の試薬が同量各反応チャンバに供給されるようになっている。並列システムとは対照的に、本発明は、試薬を含む溶液を２つの別々のチャネルに分割しないので、２つの反応ゾーンに試薬が均等に分配されないという、並列システムで生じる問題が回避される。本発明は、２つのサンプルを十分に類似した反応条件下で分析しアッセイ結果を得るので、これらアッセイ結果は、好ましくは、一方のサンプルを他方のサンプルで較正することによって、該２つのサンプルを比較する上で十分に正確なものである。例えば、アッセイ法において本発明に係るマイクロ流体システムを用いて得られた結果は、テストサンプルと較正サンプルのより正確な比較を可能とする。２つの反応ゾーンでの反応条件は、実質的に一致していることが好ましく、完全に一致していることがより好ましい。
【００１３】
本発明に係るシステムはまた、簡略化された設計であるので、より簡単に且つコスト効率よく製造することができる。
【００１４】
また、本発明は、
（ａ）１以上の試薬を保存するための試薬コンポーネントと、
（ｂ）アッセイにおいて前記１以上の試薬を処理するための処理コンポーネントと、を有するカートリッジシステムであって、前記処理コンポーネントが前記マイクロ流体システムを有し、前記試薬コンポーネントと前記処理コンポーネントとが連結されて１つのカートリッジを形成してなるカートリッジシステムを提供する。
【００１５】
また、本発明は、サンプル中のアナライトを同定するためのアッセイ法において、前記マイクロ流体システム又は前記カートリッジシステムの使用を提供する。
【００１６】
また、本発明は、１つのサンプル中で１以上のアリコートをアッセイするアッセイ法を提供する。この方法は、
サンプル中の１以上のアナライトをアッセイするアッセイ法であって、
ａ）１以上の試薬を含有する溶液が前記マイクロ流体システムを介して輸送され、前記１以上の試薬を含有する溶液が第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーン内に輸送される工程と、
ｂ）前記第１の反応ゾーン及び前記第２の反応ゾーンに前記１以上の試薬を保持する工程と、
ｃ）サンプルを第１のサンプル輸送チャネルを通して第１の反応ゾーン内へと輸送すると共に、サンプルを第２のサンプル輸送チャネルを通して第２の反応ゾーン内へと輸送する工程と、
ｄ）前記１以上のアナライトをアッセイする工程と、を含むことを特徴とするアッセイ法である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本発明は、詳細には記載しないため、これを補完するために、例として、以下の図面のみで参照する。
【図１】図１は、該技術分野で知られた並列マイクロ流体システムを表す図である。
【図２】図２は、該技術分野で知られた並列マイクロ流体システムを表す図である。
【図３】図３は、本発明に係るマイクロ流体システムを示す図であり、１は、第１の反応ゾーン、２は、第２の反応ゾーン、３は、試薬輸送チャネル、４は、反応ゾーンチャネル、５は、第１のサンプル輸送チャネル、６は、第２のサンプル輸送チャネル、７は、第２の反応ゾーンの廃棄チャネル、８は、１以上の試薬のためのインレット、９は、第１の反応ゾーンのためのサンプルのインレット、１０は、第２の反応ゾーンのためのサンプルのインレット、１１は、試薬及び第２の反応ゾーンからのサンプルのアウトレットをそれぞれ示す。
【図４】図４は、本発明のマイクロ流体システムの好ましい特徴を示す図であり、１２は、反応ゾーンのバルブ、１３及び１４は、サンプル輸送チャネルのバルブをそれぞれ示す。
【図５】図５は、本発明のマイクロ流体システムの好ましい特徴を示す図であり、１５は、試薬輸送チャネルのバルブ、１６は、更なる廃棄チャネル、１７は、更なる廃棄チャネルのバルブ、１８は、更なる廃棄チャネルのアウトレットをそれぞれ示す。
【図６】図６は、本発明のマイクロ流体システムの好ましい特徴を示す図であり、１９は、分岐領域の後に位置する試薬輸送チャネルの更なるバルブ、２０は、第２の反応ゾーンの廃棄チャネルのバルブをそれぞれ示す。
【図７】図７は、本発明のマイクロ流体システムの好ましい特徴を示す図であり、２１は、試薬輸送チャネルに流体を輸送するための輸送チャネル、２２は、該輸送チャネルのバルブ、２３は、該輸送チャネルのインレットをそれぞれ示す。
【図８】図８は、本発明の一実施形態を示す図であり、２４は、試薬輸送チャネルを通って第１の反応ゾーンに向かい、反応ゾーンチャネルを通って第２の反応ゾーンに向かい更に廃棄チャネルを通る１以上の試薬の流れ、２５は、第２のサンプル輸送チャネルを通って第２の反応ゾーンに向かい更に廃棄チャネルを通るサンプルの流れ、２６は、第１のサンプル輸送チャネルを通って第１の反応ゾーンに向かい更に試薬輸送チャネルを通るサンプルの流れをそれぞれ示す。
【図９】図９は、本発明の一実施形態を示す図であり、２４は、試薬輸送チャネルを通って第１の反応ゾーンに向かい、反応ゾーンチャネルを通って第２の反応ゾーンに向かい更に廃棄チャネルを通る１以上の試薬の流れ、２５は、第２のサンプル輸送チャネルを通って第２の反応ゾーンに向かい更に廃棄チャネルを通るサンプルの流れ、２７は、第１のサンプル輸送チャネルを通って第１の反応ゾーンに向かい、次いで更なる廃棄チャネルを通るサンプルの流れをそれぞれ示す。
【図１０】図１０は、図９における試薬の流れ２４とサンプルの流れ２５及び２７を示し、更に、輸送チャネルから試薬輸送チャネルに向かい、次いで第１の反応ゾーンにも第２の反応ゾーンにも入ることなく、更なる廃棄チャネルを通る流体の流れ２８を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明のマイクロ流体システムの好ましい特徴を示し、２９は、反応ゾーンチャネルに配置される反応ゾーン廃棄チャネル、３０は、反応ゾーン廃棄チャネルのバルブ、３１は、反応ゾーン廃棄チャネルのアウトレットをそれぞれ示す図である。
【図１２】図１２は、輸送チャネルを通って試薬輸送チャネル及び第１の反応ゾーンに向かい、次いで第２の反応ゾーンに入ることなく反応ゾーンチャネルの反応ゾーン廃棄チャネルを通る流体の流れを示す図である。
【図１３】図１３は、本発明のマイクロ流体システムを示す図であり、試薬輸送チャネル３３及び２４、反応ゾーンチャネル３５及び３６、及び第２の反応ゾーン３７の廃棄チャネルの各領域が示されている。好ましい実施形態においては、３３及び３４の領域を満たすのに必要な流体の全量は、３５及び３５の領域を満たすのに必要な流体の全量と同一である。更に好ましい実施形態においては、３４及び３５の領域を満たすのに必要な流体の全量は、３６及び３７の領域を満たすのに必要な流体の全量と同一である。更に好ましい実施形態では、３３、３４、３５、３６及び３７の各領域を同量の流体で満たす。
【図１４】図１４は、本発明に係るマイクロ流体システムの反応ゾーンの部分拡大図であり、１以上の試薬を保持する手段は、２つの反応チャンバの間に配置された磁石である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、各アッセイ段階での本発明に係るマイクロ流体システムを示し、表明処理溶液（即ち、ＢＳＡ）の塗布を示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、各アッセイ段階での本発明に係るマイクロ流体システムを示し、ビーズを含む試薬溶液が試薬輸送チャネルを通って第１の反応ゾーンに送られ、反応ゾーンチャネルを通って第２の反応ゾーンに送られ、更に廃棄チャネルを通るときのマイクロ流体システムを示す図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、各アッセイ段階での本発明に係るマイクロ流体システムを示し、洗浄溶液が反応ゾーンを通らずに、試薬輸送チャネルと（第１の反応ゾーンの）廃棄チャネルに送られて試薬輸送チャネルとビーズ溶液の廃棄チャネルを清浄にするときのマイクロ流体システムを示す図である。
【図１５Ｄ】図１５Ｄは、各アッセイ段階での本発明に係るマイクロ流体システムを示し、試薬が反応ゾーンに送られ、１つのサンプルがサンプル輸送チャネルを通って反応ゾーンに送られるときのマイクロ流体システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明のマイクロ流体システムは、複数の相互接続チャネル及び２つの反応ゾーンを有する。液体の輸送、混合、保温及び検証に適切なマイクロ流体システムは、公知であるので、当業者であれば、通常の知識を用いて本発明に係るシステムを製造することができよう。流体は、入口ポートを通って該システムのチャネルに入り、出口ポートを通って排出される。該システムは、該技術分野において知られたマイクロ流体ポンピング手段を有していてもよい。
【００１９】
第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンは、サンプルを１以上の試薬と反応させるのに適した手段であれば如何なる手段でもよい。これらの反応ゾーンは、チャンバの形態であってもよいし、マイクロ流体チャネルの領域であってもよい。
【００２０】
本発明のマイクロ流体システムは、一般に、サンプル中のアナライトを同定するためのアッセイに使用される。また、本発明は、サンプル中の１以上のサンプルのアッセイ法を提供する。
【００２１】
そのようなアッセイにおいては、診断（好ましい治療と組み合わせる場合もある（セラノスティクスという））を行うために、患者由来のサンプル（テストサンプル）を試験するのが通常である。このサンプルは、該サンプル中に存在し得る特定のアナライト種類及び量の少なくともいずれかを検出することを目的としてアッセイされる。アナライトの種類としては、特に限定されず、本発明のマイクロ流体システムは、多種のアナライトに適用することができ、順次又は同時に行う複数のアナライトのアッセイを含む。典型的には、アナライトは、生体分子、病原体、ウィルス又はウィルス成分、細胞又は細胞成分から選択される。アナライトとしては、例えば、肝細胞などの全細胞、酵素、全ウィルス（例えば、Ｃ型肝炎（ＨＣＶ）、ヒト免疫不全ウィルス（ＨＩＶ）など）、細菌病原体（大腸菌又は黄色ブドウ球菌）、タンパク質ポリペプチド、ペプチド、ＤＮＡ及びＲＮＡの少なくともいずれかなどの核酸などが挙げられる。炭水化物や、薬剤、製剤、代謝産物などの低分子もアナライトの例として挙げることができる。
【００２２】
第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンに入れるサンプルは、いずれも例えば、患者から採取したサンプルなどのテストサンプルとすることができる。テストサンプルは、通常、血液、唾液、尿、羊水、粘液、腹水、肺液（胸膜を含む）、洗浄液（例えば、肺水など）、生体検査液、精液、ぬぐい液（ＰＡＰ、口腔液など）、汗、涙、糞便排泄物、脳脊髄液、傷口滲出物、滑液などから選ばれる。このサンプルは、一人の患者又は異なる複数の患者から採取することができる。
【００２３】
別の実施形態においては、一方のサンプルがテストサンプルであり、他方のサンプルが、アナライトの１以上のアリコートであって、各アリコートは、１以上のアナライトをそれぞれ異なる既知の量で含むキャリブレーションサンプルである。テストサンプルのアナライト量の既知のばらつき又は予想されるばらつきを考慮して、前記各アリコートのアナライト量を選択することができる。アナライト量から、特定疾患の有無、該疾患の段階、治療の有効性及び該治療の毒性の少なくともいずれかが示される。
【００２４】
一方のサンプルがテストサンプルであり、他方のサンプルがアナライトの１以上のアリコートを含むキャリブレーションサンプルである本実施形態においては、本発明に係るアッセイ法は、キャリブレーションサンプルにおける１以上のアナライトの既知の所定量に対してテストサンプルにおける１以上のアナライトの量を較正する工程を含むことが好ましい。
【００２５】
別の実施形態においては、一方のサンプルがテストサンプルであり、他方のサンプルがコントロール液を含むキャリブレーションサンプルである。前記コントロール液は、アッセイ法に必要とされる任意の適切なブランク又は標準サンプルとすることができるアッセイ法である。前記コントロール液は、例えば、テストサンプルと共に混合される試薬と同一の試薬を含んでいてもよい。
【００２６】
一方のサンプルがテストサンプルであり、他方のサンプルがコントロール液を含むキャリブレーションサンプルである本実施形態においては、本発明によるアッセイ法は、テストサンプルを含む反応ゾーンのアッセイ結果を、キャリブレーションサンプルを含む反応ゾーンのアッセイ結果で較正する工程を含むことが好ましい。例えば、第１の反応ゾーンに送られたサンプルがテストサンプルであり、第２の反応ゾーンに送られたサンプルがキャリブレーションサンプルである場合には、第１の反応ゾーンのアッセイ結果を第２の反応ゾーンのアッセイ結果で較正する。
【００２７】
前記１以上の試薬は、選択したアッセイに必要とされる任意の適切な試薬とすることができる。前記１以上の試薬は、通常、タンパク質、ポリペプチド、ペプチド模倣薬、核酸、オリゴヌクレオチド、アプタマー及び有機化学試薬又は無機化学試薬からそれぞれ独立して選択される。前記１以上の試薬は、抗体又は抗体の断片、レセプタ又はレセプタの断片、抗原、酵素、酵素阻害剤、結合タンパク質、触媒、血液凝固活性剤、凝固防止剤、血清分離剤、洗浄剤、及び塩からそれぞれ独立して選択されることが好ましい。
【００２８】
これらの試薬は、酵素アッセイ、ＲＮＡアッセイ及びＤＮＡアッセイ、タンパク質アッセイ又はＡＬＴ酵素アッセイ用であることが好ましい。好ましい試薬としては、プロテアーゼ阻害剤、ＲＮＡｓｅ阻害剤、ＲＮＡａｓｅ、逆転写酵素、ＤＮＡポリメラーゼ、ＳＹＢＲグリーン、＝コンカナバリンＡ、磁性抗体、及びＭＡＣＳ（登録商標）ビーズ（Ｍｉｌｔｅｎｙｉ  Ｂｉｏｔｅｃｈ（商標））等の磁性微粒子、グアニジンイソチオシアネート、グリコーゲン、ＲＮＡキャリア、塩化ナトリウム、ｄＮＴＰ、塩化マグネシウム及び磁性ナノ粒子、及びＳｔｅｍＳｅＰ（登録商標）等の架橋剤などを挙げることができる。
【００２９】
一実施形態においては、前記１以上の試薬は、１以上のアナライトのラベルである。前記アナライトは、病原体、特に、ウィルス、ウィルス粒子又はウィルス成分、タンパク質、ポリペプチド、グリコプロティン、ＤＮＡ又はＲＮＡ等の核酸、オリゴヌクレオチド、代謝産物、複合炭水化物等の炭水化物、脂質、脂肪、又は製剤、製薬等の内因生又は外因生小分子を含む。
【００３０】
一実施形態においては、前記１以上の試薬は、磁性又は磁化可能である、又は磁性又は磁化可能物質に結合されているか、又は磁性又は磁化可能であり且つ磁性又は磁化可能物質に結合されている。本実施形態においては、前記１以上の試薬が磁性ビーズであるか、又は前記１以上の試薬が磁性ビーズに結合されている。また、前記１以上の試薬が磁性タンパク質であるか、前記１以上の試薬が磁性タンパク質に結合されている。一実施形態においては、試薬は、磁性リポソームか、又は同様な生体物質であってもよい。
【００３１】
好ましい実施形態においては、前記１以上の試薬が磁性又は磁化可能である、又はそのそれぞれが磁性又は磁化可能物質に結合されているか、又は磁性又は磁化可能であり且つそのそれぞれが磁性又は磁化可能物質に結合されている場合、これら１以上の試薬のそれぞれがアナライト用のラベルを有する。各試薬は、同一又は異なる１種以上のラベルを有していてもよい。
【００３２】
前記１以上の試薬のそれぞれが１以上のアナライトのための１以上のラベルを有し、前記ラベルが、磁性又は磁化可能物質に結合されており、
（ａ）前記１以上のアナライトに結合するための認識部分と、
（ｂ）前記磁性又は磁化可能物質を結合又は内封する部分を含み、
前記磁性又は磁化可能物質を結合又は内封する部分が金属結合タンパク質、ポリペプチド又はペプチドを含むことが好ましい。
【００３３】
ＰＣＴ／ＧＢ０７／００４１８８（該特許の内容を参照によりここに援用する）は、前記磁性認識同定ラベルを開示しており、該ラベルは、少量の磁性（又は磁化可能）物質をアナライトに、該アナライト用の認識剤を介して結合させることが可能である。これらのラベルは、ごく少量の磁性物質をアナライトに結合させることができ、本発明に係るマイクロ流体システムの限られたスペースにおいてもアナライトが磁界の影響を受けるようにすることができる点で非常に有利である。
【００３４】
マイクロ流体反応システムを通って送られる１以上の試薬は、前記反応ゾーン保持されるのに保持好適である。例えば、磁性又は磁化可能である、又は磁性又は磁化可能な物質に結合されているか、又は磁性又は磁化可能であり且つ磁性又は磁化可能な物質に結合されている試薬は、磁石により反応ゾーンに保持される保持に特に適している。
【００３５】
１以上の更なる試薬もまた前記マイクロ流体システムを通って輸送することができるが、これらは、反応ゾーンに保持するのに適していない。
【００３６】
反応ゾーンに１以上の試薬を保持する手段は、特に限定されず、任意の適切な物理的、生物的、又は化学的手段を含むことができる。前記保持手段は、反応ゾーン内に配置されていてもよいし、反応ゾーンが１以上の試薬と物理的に接触することを必要としない場合は、反応ゾーンの外側に配置させてもよい。
【００３７】
物理的保持手段の一例として、１以上の試薬を反応ゾーン内に留める又は捕捉することが可能となるようにした、反応ゾーンの構造を挙げることができる。
【００３８】
保持手段は、自然界における生物学的なものでもよく、１以上の試薬と共有結合又は非共有結合を形成することにより反応ゾーンに１以上の試薬を捕捉することができる剤で、反応ゾーンの内面の全部又は一部を処理する。その一例としては、反応ゾーンに結合された、標的と相補的な核酸プローブ鎖、抗体、又はその断片を挙げることができる。
【００３９】
保持手段は、自然界における化学的なものでもよく、１以上の試薬と共有又は非共有結合を形成することにより反応ゾーンに１以上の試薬を捕捉することができる剤で、反応ゾーンの内面の全部又は一部を処理する。該手段は、一連の試薬の化学反応により活性化される任意の好適な化学物質とすることができる。
【００４０】
好ましい実施形態においては、１以上の試薬の保持手段は、磁性を有するか又は磁化可能であり、そのため、磁性を有する又は磁化可能であるか、磁性又は磁化可能物質に結合されているかの少なくともいずれかである試薬を保持することができる。本実施形態においては、保持手段は、磁石であることが好ましい。好ましい実施形態においては、１以上の試薬の保持手段は、各反応ゾーンに等しく影響を与えるように配置される。マイクロ流体システムの構造としては、第１の反応ゾーンと第２の反応ゾーンとが互いに近接していることが好ましい。したがって、図１４に示されるように、１個の磁石を第１の反応ゾーンと第２の反応ゾーンとの間に配置してもよい。これは、両反応ゾーンに等しい磁界強度が印加されることにより、同量の試薬が各反応ゾーンに保持されることを確実にするので、特に有利である。
【００４１】
また、保持手段は、反応チャンバにそれぞれ隣接する２個の磁石とすることもできる。磁石は、電磁石であってもよい。
【００４２】
１以上の試薬の保持手段は、オン／オフが可能であるか、該システムに加える／該システムから除去することが可能であるか、又はその両方が可能であることが好ましい。例えば、保持手段が磁石である実施形態においては、該磁石は、２つの反応ゾーンの間に加えること、及びそこから除去することできる。磁石が電磁石である実施形態においては、電磁石に供給する電流を単にオン／オフすればよい。
【００４３】
本発明に係るアッセイ法の好ましい実施形態においては、１以上の試薬の保持手段は、１以上の試薬が第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンを満たした後の工程ｂ）において、１以上の試薬の保持手段をオンにする又は第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンに加える。溶液の流れが止めてから、１以上の試薬の保持手段をオンにする又は加えることが好ましい。１以上の試薬を含む溶液で該システムを満たしつつ反応ゾーンに試薬を保持すると、溶液中の試薬濃度が変化し、異なる濃度の試薬が第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンに入ってしまうので、この実施形態は、有利である。したがって、試薬を含む溶液が第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンを満たしてから、好ましくは、その流れが止めてから反応ゾーンに試薬を保持する本実施形態においては、１以上の試薬の保持手段をオンにするか又は加えることで、同濃度の試薬が各反応ゾーンに存在する。これは、両反応ゾーンの反応条件を同一とすることを確実にする。
【００４４】
１実施形態のおいては、本発明に係るマイクロ流体システムは、マイクロ流体チャネルを開閉するバルブを有しない。この実施形態においては、チャネルを通る流体の流れは、マイクロ流体チャネルの構造により制御することができる。上述したように、該技術分野において知られた並列システムでは、マイクロスケールでの流体の動態に起因して、チャネルにおける分割後に試薬溶液は、不均等に分配される。並列マイクロ流体システムに関するこの問題は、本発明に係るシステムを用いることで解消することができる。チャネルの分岐領域を、該分岐領域後に１つのチャネルを通して流体を輸送するように設けることができる。例えば、図３において、第１のサンプル輸送チャネルと反応ゾーンチャネルとが合流する分岐領域を、第１のサンプル輸送チャネルを通って第１の反応ゾーンに向かってサンプルが流れるようにする一方で、これとは反対方向の第２の反応ゾーンには流れないように設けることができる。分岐領域の構造は、流体が分岐領域後にいずれのチャネルにも向かうようにすることができる。
【００４５】
好ましい実施形態においては、本発明のマイクロ流体システムは、マイクロチャネルを通る流体の流れを制御する１以上のバルブを含む。マイクロ流体システムは、反応ゾーンバルブ１２、第１のサンプル輸送チャネルバルブ１３、第２のサンプル輸送チャネルバルブ１４、試薬輸送チャネルバルブ１５、分岐領域の後に配置される試薬輸送チャネルバルブ１９、廃棄チャネルバルブ２０、更なる廃棄チャネルバルブ１７、及び流体輸送チャネルバルブ２２から選択される１以上のバルブを含むことができる。
【００４６】
１実施形態においては、マイクロ流体システムは、バルブ制御と分岐領域の構造との組合わせにより、チャネルを通る流体の流れを制御する。
【００４７】
マイクロ流体システムの主要な部分を図３に示す。該システムは、第１の反応ゾーン１、第２の反応ゾーン２、１以上の試薬を第１の反応ゾーン１に輸送する試薬輸送チャネル３、第２の反応ゾーン２からの廃棄物を除去する廃棄チャネル７、第１の反応ゾーン１にサンプルを輸送する第１のサンプル輸送チャネル５、及び第２の反応ゾーン２にサンプルを輸送する第２のサンプル輸送チャネル６を含み、各反応ゾーンは、１以上の試薬を保持する手段を有し、第１の反応ゾーン１及び第２の反応ゾーン２は、反応ゾーンチャネル４によって直列に接続されている。
【００４８】
反応ゾーンチャネルは、第１の反応ゾーン１と第２の反応ゾーン２を直列に接続しているので、１以上の試薬を含む溶液は、第１の反応ゾーンから第２の反応ゾーンに流れる。したがって、１以上の試薬を含む同一の溶液が、両反応ゾーンに送られる。第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンが反応ゾーンチャネルによって直列に接続されている、本発明に係るシステムにおけるチャネルの配置は、各反応ゾーンに入るサンプルが同一の試薬条件で処理されること、及びより正確で信頼性の高い結果が得られることを確実にするので有利である。
【００４９】
好ましい実施形態においては、試薬輸送チャネル及び反応ゾーンチャネル（第１の反応ゾーンと第２の反応ゾーンの間に配置される）は、各反応ゾーンに１以上の試薬を同量輸送するようになっている。これにより、同量の試薬含有溶液が各反応ゾーンを通って輸送されるので、各反応ゾーン内に１以上の試薬が同量ずつ保持されることが確実になる。この実施形態は、通常、試薬輸送チャネル及び反応ゾーンチャネルの長さと直径を、同量の流体が第１及び第２の反応ゾーンに送られように調整することにより達成される。例えば、試薬輸送チャネル及び反応ゾーンチャネルが同一の長さと直径を有するようにすることができる。
【００５０】
この実施形態の一例を図１３に示す。同図において、試薬輸送チャネルにおける分岐領域と更なるバルブ１９との間の試薬輸送チャネル領域が領域３３であり、バルブ１９と第１の反応ゾーンの間の試薬輸送チャネル領域が領域３４であり、第１の反応ゾーンと反応ゾーンバルブ１２の間の反応ゾーンチャネル領域が領域３５であり、反応ゾーン領域バルブ１２と第２の反応ゾーンの間の反応ゾーンチャネル領域が領域２６であり、廃棄チャネルにおける第２の反応ゾーンからバルブ２０に向かう廃棄チャネル領域が領域３７である。
【００５１】
好ましい実施形態のおいては、領域３３及び３４を満たすのに必要な流体の全量が領域３５及び３６を満たすのに必要な流体の全量と同量である。この実施形態は、洗浄工程を行うことにより、チャネルに残っている試薬が同量ずつ各反応ゾーンを通ることを確実にするので有利である。この実施形態においては、該システムにバルブが存在する場合、領域３３及び３４を満たすのに必要な流体の全量が領域３５及び３６と同量であれば、バルブ１９及び１２の正確な位置決めは、特段重要なものではない。
【００５２】
更に好ましい実施形態においては、領域３４及び３５を満たすのに必要な流体の全量が領域３６及び３７を満たすのに必要な流体の全量と同量である。この実施形態は、各反応ゾーン前後のマイクロ流体チャネルに、１以上の試薬を含む溶液が同量存在することを確実にするので、特に有利である。例えば、バルブ１９及び２０を閉めて、好ましくは、バルブ１２も閉めて工程ｂ）を行ってもよく、これにより、各反応ゾーンの前後のチャネルに同量の試薬が存在する。
【００５３】
好ましい１実施形態においては、チャネルの領域３３、３４、３５、３６及び３７のそれぞれは、同量の流体を輸送するようになっている。領域３３、３４、３５、３６及び３７は、それぞれ、長さ及び直径を同一とすることができる。
【００５４】
好ましい実施形態においては、第１の反応ゾーンと第２の反応ゾーンとを接続する反応ゾーンチャネルは、反応ゾーンバルブを含む。反応ゾーンバルブを開けることにより試薬含有溶液を、第１の反応ゾーンと第２の反応ゾーンの両方を通るようにすることができる。試薬が第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンを通り、１以上の試薬が反応ゾーンに保持された後、反応ゾーンバルブを閉める。反応ゾーンバルブを閉めると、続いて別々のサンプルを接触させることなく各反応ゾーンに輸送することができる。本発明に係るアッセイ法においては、反応ゾーンバルブを開けて工程ａ）及び工程ｂ）を行うことが好ましく、工程ｃ）の前に反応ゾーンバルブを閉める。
【００５５】
１実施形態においては、１以上のバルブがシステムに配置され、１以上の試薬が同量各反応ゾーンに送られることを確実にする。例えば、図１３に示すマイクロ流体システムの１実施形態においては、試薬輸送チャネルのバルブ１９及び反応ゾーンチャネルのバルブ１２が配置されることにより、領域３３及び３４を満たすのに必要な流体の量が、領域３５及び３６を満たすのに必要な量と同量となることを確実にする。更に好ましい実施形態においては、試薬輸送チャネルのバルブ１９、反応ゾーンチャネルのバルブ１２、及び第２の反応ゾーンから出る廃棄チャネルのバルブ２０が配置されることにより、領域３４及び３５を満たすのに必要な流体の量が、領域３６及び３７を満たすのに必要な量と同量となることを確実にする。１実施形態においては、試薬輸送チャネルのバルブ１９、反応ゾーンチャネルのバルブ１２、及び第２の反応ゾーンから出る廃棄チャネルのバルブ２０が配置されることにより、マイクロ流体チャネルの領域３３、３４、３５、３６及び３７のそれぞれを満たすのに必要な流体の量が同量となることを確実にする。
【００５６】
更に好ましい実施形態においては、第１のサンプル輸送チャネル及び第２のサンプル輸送チャネルは、各反応ゾーンに同量のサンプルを輸送するようになっている。これは、両サンプル輸送チャネルの長さ及び直径を、第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンに同量の流体を輸送するように調整することにより達成される。サンプル輸送チャネルは、反応ゾーンに直接接続することができる。或いは、例えば、図４に示されるように、サンプル輸送チャネルを反応ゾーンチャネルと合流させる。この実施形態においては、両サンプル輸送チャネル及び反応ゾーンチャネルが、各反応ゾーンに同量のサンプルを輸送するようになっていることが好ましい。
【００５７】
各サンプル輸送チャネルがバルブ（図４に示すバルブ１３及び１４）を有する実施形態においては、バルブ１３及び１４は、各サンプルが同量ずつ各反応ゾーンに輸送されることを確実にするようにサンプル輸送チャネルに配置されることが好ましい。
【００５８】
本発明の１実施形態においては、第１の反応ゾーンの廃棄サンプルは、試薬輸送チャネルを介して除去されるようになっている。この実施形態を図３、４及び８に示す。図８において、矢印２６は、第１のサンプル輸送チャネルを通って第１の反応ゾーンに向かうサンプルの流れる方向、及び試薬輸送チャネルを通って排出される廃棄サンプルの流れを示す。
【００５９】
前記システムが、第１の反応ゾーンの廃棄サンプルが試薬輸送チャネルを介して除去されるようになっている、本発明に係るアッセイ法においては、工程ｃ）は、前記試薬輸送チャネルを経由して第１の反応ゾーンから廃棄サンプルを除去する工程と、前記廃棄チャネルを経由して第２の反応ゾーンから廃棄サンプルを除去する工程と、を含む。
【００６０】
前記システムは、１以上のバルブを有し、該バルブは、反応ゾーンチャネルを経由して第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンに１以上の試薬が輸送され、サンプルを第２の反応ゾーンに輸送させずに第１のサンプル輸送チャネルを通して第１の反応ゾーンに輸送させ、サンプルを第１の反応ゾーンに輸送させずに第２のサンプル輸送チャネルを通して第２の反応ゾーンに輸送させるように配置されることが好ましい。この実施形態においては、前記システムは、反応ゾーンチャネルに配置されるバルブ、第１のサンプル輸送チャネルに配置されるバルブ、及び第２のサンプル輸送チャネルに配置されるバルブを有することが好ましい。
【００６１】
図４は、前記システムにおけるバルブの構造の一例を示す。同図において、バルブ１２は、反応ゾーンチャネルに配置されており、バルブ１３及び１４は、第１のサンプル輸送チャネル及び第２のサンプル輸送チャネルにそれぞれ配置されている。本発明に係る方法の工程ａ）においては、バルブ１２が開き、バルブ１３及び１４が閉じることにより、１以上の試薬を含む溶液が第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンに輸送される。工程ｃ）においては、バルブ１３が開き、バルブ１２が閉じることにより、サンプルは、第２の反応ゾーンに輸送されることなしに、第１のサンプル輸送チャネルから第１の反応ゾーンに輸送され、第１の反応ゾーンから廃棄サンプルが試薬輸送チャネルを介して除去され、また、バルブ１４が開き、バルブ１２が閉じることにより、サンプルは、第１の反応ゾーンに輸送されることなしに、第２のサンプル輸送チャネルから第２の反応ゾーンに輸送され、第２の反応ゾーンから廃棄サンプルが廃棄チャネルを介して除去される。
【００６２】
本発明の更なる実施形態においては、前記システムは、第１の反応ゾーンから廃棄物を除去する更なる廃棄チャネルを含む。
【００６３】
本発明に係るアッセイ法において、前記システムが第１の反応ゾーンから廃棄物を除去する更なる廃棄チャネルを含む場合には、工程ｃ）は、前記更なる廃棄チャネルを経由して第１の反応ゾーンから廃棄サンプルを除去する工程、及び前記廃棄チャネルを経由して第２の反応ゾーンから廃棄サンプルを除去する工程を含むことが好ましい。
【００６４】
更なる廃棄チャネルを含むシステムの構造の１例を図５に示す。同図において、１６は、更なる廃棄チャネル、１７は、更なる廃棄チャネルのバルブをそれぞれ示す。図９は、図５のシステムを示す。図９において、矢印２４は、試薬輸送チャネルを通って第１の反応ゾーンに輸送され、反応ゾーンチャネルを通って第２の反応ゾーンに輸送され、次いで廃棄チャネルを通る１以上の試薬の流れを示す。図９において、２５は、第２のサンプル輸送チャネルを通って第２の反応ゾーンに向かうサンプルの流れ、及び廃棄チャネルを通る廃棄サンプルの流れを示す。図９において、２７は、第１のサンプル輸送チャネルを通って第１の反応ゾーンに向かうサンプルの流れ、及び更なる廃棄チャネルを通る廃棄サンプルの流れを示す。
【００６５】
この実施形態においては、前記システムは、１以上のバルブを含み、前記バルブが、１以上の試薬を、更なる廃棄チャネルに輸送することなしに、前記反応ゾーンチャネルを経由して第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンに輸送し、試薬輸送チャネルに輸送することなしに、前記更なる廃棄チャネルを介して第１の反応ゾーンから廃棄サンプルが除去されるように配置されていることが好ましい。好ましくは、前記試薬輸送チャネルがバルブを有し、前記更なる廃棄チャネルがバルブを有する。
【００６６】
図５は、前記システムにおけるバルブの構造の１例を示し、バルブ１２が反応ゾーンチャネルに配置されており、バルブ１３及び１４が第１のサンプル輸送チャネル及び第２のサンプル輸送チャネルにそれぞれ配置されており、バルブ１５が試薬輸送チャネルに配置されており、バルブ１７が更なる廃棄チャネルに配置されている。本発明のアッセイ法の工程ａ）において、バルブ１５及び１２が開き、バルブ１７、１３及び１４が閉じることにより、前記１以上の試薬は、前記更なる廃棄チャネルに輸送されることなしに、反応ゾーンチャネルを介して第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンに輸送される。工程ｃ）において、バルブ１３及び１７が開き、バルブ１２及び１５が閉じることにより、サンプルは、第２の反応ゾーンに輸送されることなしに、第１のサンプル輸送チャネルから第１の反応ゾーンに輸送され、廃棄サンプルは、試薬輸送チャネルに輸送されることなしに、前記更なる廃棄チャネルを介して第１の反応ゾーンから除去され、また、バルブ１４が開き、バルブ１２が閉じることにより、サンプルは、第１の反応ゾーンに輸送されることなしに、第２のサンプル輸送チャネルから第２の反応ゾーンに輸送され、廃棄サンプルは、廃棄チャネルを介して第２の反応ゾーンから除去される。
【００６７】
図６は、前記システムにおけるバルブの構造の１例を示し、バルブ１５、１９、２０及び１２が開き、バルブ１７、１３及び１４が閉じることにより、前記１以上の試薬は、前記更なる廃棄チャネルに輸送されることなしに、反応ゾーンチャネルを介して第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンに輸送される（本発明のアッセイ法における工程ａ）において）。バルブ１３及び１７が開き、バルブ１２と、バルブ１５及び１９の少なくともいずれかとが閉じることにより、サンプルは、第２の反応ゾーンに輸送されることなしに、第１のサンプル輸送チャネルから第１の反応ゾーンに輸送され、廃棄サンプルは、試薬輸送チャネルに輸送されることなしに、前記更なる廃棄チャネルを介して第１の反応ゾーンから除去され、また、バルブ１４及び２０が開き、バルブ１２が閉じることにより、サンプルは、第１の反応ゾーンに輸送されることなしに、第２のサンプル輸送チャネルから第２の反応ゾーンに輸送され、廃棄サンプルは、廃棄チャネルを介して第２の反応ゾーンから除去される（本発明のアッセイ法の工程ｃ）において）。
【００６８】
１実施例においては、例えば、図５に示すように、前記更なる廃棄チャネルは、液体が反応ゾーンを通過することなく、サンプル輸送チャネルを通って前記更なる廃棄チャネルに輸送されるように配置される。この実施形態においては、本発明に係るアッセイ法は、工程ａ）の後であり、且つ、工程ｃ）の前に、液体を反応ゾーンに通過させることなしに、前記更なる廃棄チャネルを介して試薬輸送チャネルから液体を通して流す更なる工程を含むことが好ましい。この更なる工程は、アッセイ法の工程ｂ）の前、工程ｂ）の間、又は工程ｂ）の後に行うことができ、工程ｂ）の前に行うことが好ましい。
【００６９】
この実施形態においては、前記システムは、例えば、図１０のフロー矢印２８で示されるように、液体が反応ゾーンを通過することなしに、サンプル輸送チャネルを通って前記更なる廃棄チャネルに流れるように１以上のバルブを含むことが好ましい。通常、バルブ２２、１７が開き、バルブ１９が閉じることにより、前記システムを通る液体の流れ２８が可能となる。矢印２８で示される流体の流れは、矢印２４で示される試薬の流れの後に、前記システムを通って輸送される。流体の流れ２８により、試薬輸送チャネル３から、ビーズ等の試薬が除去されることが好ましい。
【００７０】
本発明に係るアッセイ法は、また、工程ａ）の後であり、且つ、工程ｃ）の前に、試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン、第２の反応ゾーン、及び該第２の反応ゾーンからの廃棄チャネルを通して液体を流す更なる工程を含んでいてもよい。この工程は、アッセイ法の工程ｂ）の間又は工程ｂ）の後に行うことができる。この工程における液体の流れは、図８から図１０において矢印２４で示される流れと同じである。この実施形態において、マイクロ流体システムがバルブを有する場合には、試薬輸送チャネルバルブ１５及び１９が開き、第２の反応ゾーンからの廃棄チャネルのバルブ２０が開き、サンプル輸送チャネルバルブ１３及び１４が閉じる。前記システムが含む更なる廃棄チャネルを有する実施形態においては、バルブ１７は、この工程において閉じる。液体は、例えば、図７のチャネル２１に示されるように、輸送チャネルから試薬輸送チャネルにと入ることができる。液体が輸送チャネル２１から入らない場合は、バルブ２２を開き、バルブ１５を閉じる。
【００７１】
試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン、第２の反応ゾーン、及び該第２の反応ゾーンからの廃棄チャネルを通して液体を流す更なる工程は、液体を反応ゾーンを通過させることなしに、前記更なる廃棄チャネルを介して、試薬輸送チャネルを通して流す工程の後に行うことが好ましい。これらの工程を組み合わせることは、反応ゾーンを通過する試薬の量を更に制御できるので有利である。図１０を参照すると、工程ａ）において、１以上の試薬を含有する溶液が第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンを通って輸送された後（矢印２４）、液体が、反応ゾーンを通過することなしに前記更なる廃棄チャネルを介して、試薬輸送チャネルを通って流され（矢印２８）、マイクロ流体システムのこの部分から試薬を除去する。この段階で、１以上の試薬を含有する溶液は、二股に分岐する領域と第１の反応ゾーンとの間の試薬輸送チャネルの領域（図１３の３３及び３４）、反応ゾーンチャネル（図１３の３５及び３６）、及び第２の反応ゾーンからの廃棄チャネル（図１３の３７、及びバルブ２０の後の領域）にのみ残る。その後、試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン、第２の反応ゾーン、及び廃棄チャネルを通して液体を流す工程により、工程ａ）で輸送された１以上の試薬を含有する溶液のうちの残留溶液を押し流し、試薬輸送チャネル（領域３３及び３４）に存在する試薬を第１の反応ゾーンに通し、反応ゾーンチャネル（領域３５及び３６）に存在する試薬を第２の反応ゾーンに通す。
【００７２】
領域３３及び３４を満たすのに必要な流体の全量が領域３５及び３６を満たすのに必要な流体の全量と同量である好ましい実施形態においては、この工程が行われると、同量の１以上の試薬が各反応ゾーンを通って輸送される。更に、反応ゾーンに残留する１以上の試薬を保持する工程ｂ）が、試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン、及び第２の反応ゾーンを通して液体を流す工程の間又はその後に行うと、領域３３、３４、３５及び３６の構造により、同量の１以上の試薬が各反応ゾーンに保持されることが確実となる。これにより、両反応ゾーンの条件が同一となり、より正確なアッセイ結果がもたらされる。この利点は、チャネルの領域３３、３４、３５、３６及び３７が同量の１以上の試薬を輸送するように設けられる好ましい実施形態においても得られる。
【００７３】
試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン、第２の反応ゾーン、及び廃棄チャネルを通って流される液体は、任意の適切な液体、例えば、洗浄溶液とすることができる。この工程で流される溶液は、工程ａ）において試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーン、並びに廃棄チャネルを通って輸送される１以上の試薬を含有する溶液の残留溶液を全て押し流す役割をする。
【００７４】
本発明に係るアッセイ法においては、試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン、第２の反応ゾーン、及び廃棄チャネルを通って洗浄緩衝剤等の液体を流す更なる工程を工程ａ）の前に含むことが好ましい。
【００７５】
本発明の別の実施形態においては、前記マイクロ流体システムは、第１の反応ゾーンから廃棄物を除去する反応ゾーン廃棄チャネルを有する。この実施形態の１例を図１１に示す。同図において、反応ゾーンチャネル２９が示され、３０は、反応ゾーン廃棄チャネルのバルブであり、３１は、反応ゾーン廃棄チャネルのアウトレットである。この反応ゾーン廃棄チャネルにより、流体は、第２の反応ゾーンを通過することなしに、第１の反応ゾーンを通過して廃棄チャネルに向かうことが可能となる。これは、１以上の更なる試薬を、反応ゾーンを通して輸送する前に、反応ゾーンを別々に洗浄する必要がある場合に特に重要である。従って、本発明の方法は、試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン、反応ゾーンチャネルからの反応ゾーン廃棄チャネルを通して液体を流す更なる工程を含んでいてもよい。この工程は、反応ゾーンを通してサンプルを輸送する工程ｃ）の後に行うことが好ましい。この工程により、工程ｃ）で第１の反応ゾーンに輸送されたサンプルのうち、試薬輸送チャネル及び反応ゾーンチャネルの少なくともいずれかに残っているサンプルが、第２の反応ゾーンを通過することなしにマイクロ流体システムから除去することが確実となる。
【００７６】
この工程における液体の流れを、図１２の矢印３２で示す。マイクロ流体システムがバルブを有するこの実施形態においては、試薬輸送チャネルバルブ１９は、開き、反応ゾーン廃棄チャネルのバルブ３０は、開き、サンプル輸送チャネルバルブ１３及び反応ゾーンチャネルバルブ１２は、閉じている。試薬輸送チャネルが廃棄チャネル１６を有する実施形態においては、バルブ１７も閉じている。試薬輸送チャネルバルブ５が開いているか、又は図１２に示すように輸送チャネル２１から液体が入る場合には、バルブ２２が開き、バルブ１５は、閉じられる。
【００７７】
試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン、及び反応ゾーン廃棄チャネル通って流される液体は、洗浄溶液等の任意の適切な液体とすることができる。
【００７８】
本発明に係る方法は、また、試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン、第２の反応ゾーン、及び第２の反応ゾーンからの更なる廃棄チャネルを通して液体を流す工程を含んでいてもよい。この工程における液体の流れを、図８から図１０の矢印２４で示す。このシステムがバルブを含む場合、矢印２４で示す液体の流れに関し上で説明したようバルブと同一のバルブが開閉される。この工程は、反応ゾーンを通してサンプルを輸送する工程ｃ）の後に行うことが好ましい。また、この工程は、試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン、及び反応ゾーンチャネルからの反応ゾーン廃棄チャネルを通して液体を流す工程の後に行うことが好ましい。この実施形態においては、試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン、及び反応ゾーンチャネルからの反応ゾーン廃棄チャネルを通して液体を流す工程により、第２の反応ゾーンを通過することなく、第１の反応ゾーンに輸送されたサンプルの残留サンプルを除去することが好ましい。試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン、第２の反応ゾーン、及び第２の反応ゾーンからの更なる廃棄チャネルを通して液体を流す後続の工程で、第１の反応ゾーンを通過することなく、第２の反応ゾーンに輸送されたサンプルの残留サンプルを除去することができる。これは、両反応ゾーンのサンプルの交差汚染がないことを確実にするので有利である。
【００７９】
試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン、及び第２の反応ゾーンから廃棄チャネルを通って流される液体は、洗浄溶液等の任意の適切な液体とすることができる。
【００８０】
本発明に係るアッセイ法は、１以上の更なる試薬を第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンに輸送する更なる工程を含んでもよい。この工程における溶液の流れを図８から図１０の矢印２４で示す。システムがバルブを含む場合には、矢印２４で示す液体の流れに関し上で述べたものと同じバルブが開閉される。この工程は、工程ｃ）の後、試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン、及び反応ゾーン廃棄チャネルを通して液体を流す工程の後、試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン、第２の反応ゾーン、及び第２の反応ゾーンからの更なる廃棄チャネルを通して液体を流す工程の後に行うことが好ましい。第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンを通って輸送される１以上の更なる試薬は、上述した任意の適切な試薬とすることができる。例えば、標的抗原に特異的なラベル化されていてもよい抗体を含有する溶液を、第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンを通して輸送することができる。
【００８１】
本発明に係る方法は、液体を反応ゾーンに流して反応ゾーンを洗浄すると共に更なる試薬を導入する１以上の更なる工程を含んでいてもよい。この方法は、試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン、及び反応ゾーンチャネルから反応ゾーン廃棄チャネルを通して液体を流す工程、試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン、第２の反応ゾーン、及び第２の反応ゾーンからの更なる廃棄チャネルを通して液体を流す工程、１以上の更なる試薬を第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンに輸送する工程を繰り返し行うことを含むことが好ましい。これらの工程を繰り返し行うことにより、第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンを洗浄してから、１以上の更なる試薬をこれら反応ゾーン通して輸送することができる、例えば、前述した通り、抗体を含む溶液をこれら反応ゾーンを通して輸送された後に、これら反応ゾーンを洗浄し、メチルウンベリフェリルリン酸塩（ＭＵＰ）やフルオレセイン二リン酸塩（ＦＤＰ）等の基質をこれら反応ゾーンを通して輸送することができる。
【００８２】
最後の試薬が反応ゾーンを通して輸送された後、前記方法は、これらの反応ゾーンを洗浄する最終工程を含んでもよい。この最終の洗浄工程は、試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン、反応ゾーンチャネルからの反応ゾーン廃棄チャネルを通して液体を流すことと、試薬輸送チャネル、第１の反応ゾーン、第２の反応ゾーン及び該第２の反応ゾーンからの更なる廃棄チャネルを通して液体を流すことにより行うことが好ましい。
【００８３】
本発明に係るマイクロ流体システムは、１以上の更なる反応ゾーンを有していてもよい。前記更なる反応ゾーンは、それぞれ、第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンに関して説明したように、１以上の試薬を保持する手段を含む。この実施形態において、更なる反応ゾーンは、それぞれ、反応ゾーンにサンプルを輸送するサンプル輸送チャネルに接続されている。システムの使用目的により、前記更なる反応ゾーンの１以上が同一のサンプル輸送チャネルに接続されていてもよい。或いは、サンプルの交差汚染を防止するために、前記更なる反応ゾーンがそれぞれ別々のサンプル輸送チャネルに接続される。更なる反応ゾーンは、それぞれ、廃棄チャネルにも接続させて、反応ゾーンからの廃棄サンプルを、廃棄チャネルを通して除去されるようにすることができる。
【００８４】
この実施形態においては、前記１以上の更なる反応ゾーンが、１以上の更なる反応ゾーンチャネルによって第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンに直列で接続される。したがって、更なるテストサンプル及び更なるキャリブレーションサンプルの少なくともいずれかである１以上の更なるサンプルをこれらの反応ゾーンに輸送して、第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンと同一の反応条件とすることができる。本実施形態においては、同一の反応条件下で複数のサンプルを同時に分析することができる。
【００８５】
本発明に係るアッセイ法は、前記更なる反応ゾーンチャネルを通してこれら更なる反応ゾーンに１以上の試薬を輸送すること、及び更なるサンプル輸送チャネルのそれぞれを通して、各反応ゾーンに更なるサンプルを輸送することを含んでいてもよい。また、前記方法は、更なる廃棄チャネルを通して更なる廃棄チャネルから廃棄サンプルを除去することを含んでいてもよい。
【００８６】
本発明は、カートリッジシステムも提供する。本発明のカートリッジシステムは、
（ａ）１以上の試薬を保存するための試薬コンポーネントと、
（ｂ）アッセイにおいて前記１以上の試薬を処理するための処理コンポーネントと、を有するカートリッジシステムであって、前記処理コンポーネントが前記マイクロ流体システムを有し、前記試薬コンポーネントと前記処理コンポーネントとが連結されて１つのカートリッジを形成してなるカートリッジシステムである。
【００８７】
前記カートリッジシステムは、アナライトを検出するためのセンシングエレメントを少なくとも１つ含むセンシングコンポーネントを更に有することが好ましい。また、前記カートリッジシステムは、アッセイ用サンプルを調製するためのサンプル調製コンポーネントを更に有することが好ましい。
【００８８】
このカートリッジシステムは、ＰＣＴ／ＧＢ２００７／００３６６６に開示されているカートリッジシステム（この内容を参照によりここに援用する）であることが好ましく、プロセシングコンポーネントが本発明に係るマイクロ流体システムを含む。
【００８９】
本発明に係るアッセイ法においては、上述した通り、前記マイクロ流体システムは、カートリッジシステム内にあってもよい。本実施形態において、工程ｃ）の後に、前記方法は、前記カートリッジシステムを、前記カートリッジシステムを受け入れるようにされたアッセイ装置に連結する工程を更に含み、工程ｄ）は、前記アッセイ装置を使用して行われる。
【００９０】
本発明は、また、第１の反応ゾーン、第２の反応ゾーン、第１の反応ゾーンに１以上の試薬を輸送する試薬輸送チャネル、第２の反応ゾーンから廃棄物を除去する廃棄チャネル、第１の反応ゾーンにサンプルを輸送する第１のサンプル輸送チャネル、第２の反応ゾーンにサンプルを輸送する第２のサンプル輸送チャネル、及び第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンに１以上の試薬を保持する手段を含むマイクロ流体システムであって、前記１以上の試薬を保持する手段が、第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンに１以上の試薬が同量保持されるように配置されているマイクロ流体システムを提供する。
【００９１】
１以上の試薬を保持する手段は、反応ゾーンの外部に配置されるが、好ましくは、各反応ゾーンにおいて試薬が均一に保持されるように、反応ゾーン間で近接して且つ等しい間隔で配置される。この１以上の試薬を保持する手段は、磁性又は磁化可能であることが好ましく、例えば、図１４に示すように、第１の反応ゾーン及び第２の反応ゾーンの間に配置される磁石であることがより好ましい。これは、両反応ゾーンに同一の磁界強度を印加することができ、それにより同量の試薬が各反応ゾーンに保持されることを確実にするので特に有利である。
【００９２】
前記第１の反応ゾーン、第２の反応ゾーン、第１の反応ゾーンに１以上の試薬を輸送する試薬輸送チャネル、第２の反応ゾーンから廃棄物を除去する廃棄チャネル、第１の反応ゾーンにサンプルを輸送する第１のサンプル輸送チャネル、及び第２の反応ゾーンにサンプルを輸送する第２のサンプル輸送チャネルは、上述の通りであることが好ましい。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図２】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【国際調査報告】
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