JP2009500011A - 自動化医療診断のためのカートリッジ - Google Patents

Abstract

本発明は、１つ又はそれ以上の核酸配列を有するサンプルにおける標的ヌクレオチド配列の存在、非存在及び／又は量の検出のためのカートリッジに関する。カートリッジは、互いに対して接続可能な第１構成要素及び第２構成要素を有し、第１構成要素は第１流体開口及び第１封止面を有し、第２構成要素は第２流体開口及び第２封止面を有する。第１構成要素及び第２構成要素の接続のときに、第１及び第２流体開口は流体連通の状態に位置付けられ、第１及び第２封止面は第１及び第２流体開口間で流体連通を封止するように互いに対して位置付けられる。本発明は、カートリッジが第１封止面の方向に第２封止面を偏らせるためにバイアス手段を有することを特徴とする。

Description

本発明は、特定のＤＮＡ又はＲＮＡ配列の存在、非存在又は量の検出のためのカートリッジに関する。本発明はまた、特定のＤＮＡ又はＲＮＡ配列の存在、非存在又は量の検出のための、カートリッジに任意に組み込まれるシステムの使用に関する。

ＤＮＡの発見以来、サンプルにおける特定のＤＮＡ又はＲＮＡ配列の存在、非存在又は量に関する技術においては、膨大な時間が経過した。特に、ＰＣＲ、即ち、ポリメラーゼ連鎖反応（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ）は、ＤＮＡ又はＲＮＡ配列の存在又は非存在の検出のために全ての種類の評価の開発に対して大いに寄与してきている。今日、生物体からのサンプルを有するＤＮＡを収集し、特定のＤＮＡ配列（標的配列）の存在、非存在又は量を決定することが可能である。同時に複数の標的配列についての解析するように、それによりスループットを向上させるように、所謂、標的配列の複数の検出を実行するように、技術は利用可能である。

今日、例えば、糖尿病の場合に血糖量の測定等のこのような種類の解析は、未だに日常的に実行されてはいない。一般に、設備の整った実験室が必要であり、交差汚染を回避し、得られた結果が高信頼性を有する、即ち、試験の擬陽性又は擬陰性の読み取りが最小化されることを確実にするように、注意深いプロトコルが用いられる必要がある。しかしながら、熟達者及び監督者による多くの手作業が尚も必要であるため、当該技術分野においては、今日のＤＮＡ又はＲＮＡ解析方法の上記の不利点を克服することが必要である。特に、ＲＮＡ解析は、雰囲気中にＲＮＡの微少量が存在することにより汚染が非常に容易に生じるために、及び高度な解析を必要とするために、非常に困難であることが知られている。更に、今日の解析方法は、非常に困難であるばかりでなく、時間を非常に必要とするものである。典型的には、従来のＤＮＡ又はＲＮＡ解析の有効な手法は、特に、サンプルの取得、サンプルからのＤＮＡ又はＲＮＡの単離、サンプルにおける標的配列の存在、非存在又は量の解析のための後続する評価、得られた何れかの結果の処理及び結果の対応する提示のための種々のシステム間の処理全てのために、約６時間を必要とする。

ＤＮＡの検出のためのカートリッジに基づくシステムについては、従来、開示されている。

例えば、米国特許第５，８８２，９０３号明細書において、ＤＮＡの検出のためのシステムについて開示されている。そのシステムは、１つ又はそれ以上の反応チャンバを有する第１アセンブリと、複数の流体チャンバを有する第２アセンブリとを有する。それらの流体チャンバの各々は、ＤＮＡの検出中に用いられる流体を保持する。それらの流体は、洗浄流体、溶解流体、増幅バッファ及び適切なプライマーを有する増幅溶液を有する。反応チャンバは、そのような洗浄、溶解及び増幅のような、検出の異なる段階を実行するように用いられる。

既知のカートリッジの第１アセンブリはディスク形状の構成要素であり、第２アセンブリは環状形状の構成要素であって、ディスク形状の構成要素の外側に位置付けられる。ディスク形状構成要素は、周縁において、環状形状構成要素の内側円筒の封止面に対して位置付けられている外側円筒の封止面を有する。それらの封止面において、異なる流体がそれらの間で交換されるように、流体チャンバを反応チャンバと流体連通の状態にあるように、流体開口が備えられている。

既知のカートリッジの不利点は、第１及び第２アセンブリが、第１及び第２封止面間で適切な封止を備えるようにかなり正確に備えられる必要があることである。それ故、第１アセンブリ及び第２アセンブリの異なる流体開口が流体連通の状態にされることを可能にするように、第１及び第２アセンブリは互いに対して移動可能である必要があるが、同時に、第１アセンブリの流体開口が第２アセンブリの流体開口と流体連通の状態にされるときに適切な封止が得られる必要があることが重要である。第１及び第２アセンブリの寸法のそのような正確さの必要性のために、カートリッジは、第１及び第２アセンブリ間の不適当な封止及びそれに伴う汚染の影響を受け易い。
米国特許第５，８８２，９０３号明細書

本発明の目的は、上記の課題を有することのないカートリッジを提供することである。

この目的は、第１封止面の方向において第２封止面を偏らせるためのバイアス手段を有する、請求項１に記載のカートリッジにより達成される。第１封止面の方向に第２封止面を偏らせることにより、より良好な封止をもたらすそれらの封止面間のより良好な適合を得ることが可能である。そのバイアス手段は、例えば、前記方向に第２構成要素の少なくとも一部を強制することが可能であるスプリング状要素を有することが可能である。

バイアス手段は、第１構成要素、第２構成要素又は両方の構成要素に含まれることが可能であるが、バイアス手段はまた、別個の部分として備えられることが可能である。

実施形態においては、第２構成要素は、第２封止面に対して垂直な方向に少なくともフレキシブルであるフレキシブル部分を有する。第２封止面に対して垂直な方向に少なくともフレキシブルであるフレキシブル部分を備えることにより、第２封止面は、第１封止面に対して容易に位置付けられることが可能である。それにより、そのような実施形態においては、第２構成要素全体が第１封止面の方向に偏らされる必要はない。

実施形態においては、第２構成要素は２つ又はそれ以上のフレキシブル部分を有し、それらのフレキシブル部分の各々は、第２流体開口及び関連第２封止面を有し、そしてそれぞれの第２封止面に対して垂直な方向に少なくともフレキシブルである。異なる流体開口及び関連封止面について異なるフレキシブル部分を備えることにより、流体開口の各々の組み合わせについて、第１及び第２封止面が、他の流体開口並びに第１及び第２構成要素の関連封止面と無関係である互いに対して位置付けられることが可能であるために、第１及び第２構成要素間において適切な封止を得ることが容易である。

実施形態においては、前記第１及び第２構成要素は、２つ又はそれ以上の流体開口と、対応する第１及び第２封止面とを有し、第１及び第２封止面の各々は実質的に平坦であり、第１及び第２封止面の各々の面はそれぞれ、互いに対して実質的に平行である。その実施形態においては、特定の方向（一般に、第１構成要素の方向に）に第２構成要素を動かすこと又は偏らせることにより第１及び第２封止面の全ての間の封止を改善するように、封止面全てが互いに対して実質的に平行の状態にある。

実施形態においては、第１構成要素はカートリッジの主部分であり、第２構成要素は、１つ又はそれ以上の熱サイクルチャンバを有するＰＣＲ本体である。好適な実施形態においては、複数の異なるＰＣＲ本体を備えることが可能であり、それらのＰＣＲ本体の一はカートリッジの主部分に接続されるように選択されることが可能である。異なるＰＣＲ本体は、例えば、異なる数の反応チャンバ、異なるサイズの反応チャンバ、及び／又は特定数の細菌等を検出するために用いられるように特にデザインされた異なるプライマーの集合を有することが可能である。

ユーザにより主部分に接続されたそのような別個のＰＣＲ本体を用いるとき、主部分においてＰＣＲ本体を適切に位置付ける及び固定することが容易である必要がある。ＰＣＲ本体と主部分の流体開口間の適切な封止が容易に得られることを確実にするように、それ故、本発明を用いることは有利であり、それにより、ＰＣＲ本体の流体開口の封止面は、カートリッジの主部分の関連封止面に対して偏らされる。

実施形態においては、バイアス手段は、第１構成要素に第２構成要素を固定するように固定装置を有する。バイアス手段を固定装置と組み合わせることにより、第１及び第２校正要素の接続のときに、単独の操作で、第１構成要素に第２構成要素を固定することと、第１構成要素の第１封止面の方向に第２構成要素の第２封止面を偏らせることの両方を可能にする。固定装置は、第１構成要素及び第２構成要素を固定するように、例えば、クリック嵌入、スナップ方式及びスクリュー手段等の何れかの適切な手段を有することが可能である。

実施形態においては、第２構成要素は、接続後の、第１及び第２流体開口が流体連通の状態にある少なくとも第１位置と、流体連通が塞がれている第２位置との間における第１構成要素に対する第２構成要素である。カートリッジの特定の実施形態においては、例えば、２つの処理チャンバ間の流体連通は一時的に閉状態にあることが好ましい。上記の構成においては、２つの流体開口間の流体連通を（一時的に）閉じるように、第１構成要素から第２構成要素への遷移を用いることが可能である。それ故、別個のバルブ装置は必要ないため、２つの接続された処理チャンバ間で必要な空間は少ない。このことは、一の処理チャンバから他の処理チャンバに流体をポンピングするために必要な過剰な流体は少ないために、特に有利である。

実施形態においては、少なくとも第１構成要素及び第２構成要素は、第１流体開口及び封止面又は第２流体開口及び封止面のそれぞれを有する封止要素を備え、バルブ要素は、第１位置において第１流体開口及び第２流体開口間で流体連通を、第２位置において流体連通の閉鎖を備え、バルブ要素は更に、第１位置及び第２位置の両方において環境に対して第１及び第２流体開口を封止する。

本発明は、ＤＮＡ及び／又はＲＮＡの存在、非存在又は量の検出のために適切であるカートリッジを提供する。ＤＮＡ及び／又はＲＮＡの存在、非存在又は量の検出は、例えば、遺伝子の存在、非存在又は量、遺伝子の対立遺伝子、遺伝属性又は遺伝障害、多型、一塩基多型（ＳＮＰ）又は生物体における外因性ＤＮＡ又はＲＮＡの存在、即ち、生物体における病原体又は細菌の存在、非存在又は量を示す。本発明により、診断された病気の処置のための薬の調製のために適切な治療法が開発されることが可能である。更に、病原体（例えば、ウィルス）の生物体（例えば、人間）からのサンプル（例えば、血液）における評価は、それ故、治療及び対応する処置（抗生物質）に繋がる可能性がある。

カートリッジは、再使用可能機器において位置付けられることができる交換可能な種類であることが可能である。そのようなカートリッジは使い捨て可能、リサイクル可能又は洗浄後に有効に再使用可能である。交換可能なカートリッジを備えることにより、サンプルと接触するようになることが可能である部分全てが、検出処理後に、機器から取り外し可能であり、そしてカートリッジは、次の使用の前に、他のカートリッジに交換可能である又は洗浄されることが可能である。他の実施形態においては、カートリッジは、各々の使用の後に洗浄される再使用可能機器の一体化された一部であることが可能である。

特定の実施形態においては、機器は、単離手段、増幅手段及び／又は検出手段を制御するための制御手段を有する。制御ユニットは、ＤＮＡの単離、ＤＮＡの増幅及び増幅されたＤＮＡの検出を可能にする。

カートリッジは、検出処理中、サンプルを保持する１つ又はそれ以上のチャンバを有する。そのようなチャンバは、カートリッジにサンプルを導くための導入チャンバ、サンプルに細胞を溶解するための溶解チャンバ、洗浄のための洗浄チャンバ、ＤＮＡの増幅のための１つ又はそれ以上の熱サイクルチャンバ、及び検出を可能にする検出チャンバを有することが可能である。それらのチャンバに関して示される機能の１つ又はそれ以上について単独のチャンバに備えることがまた、可能である。そのような実施形態においては、導入チャンバ、溶解チャンバ、洗浄チャンバ、熱サイクルチャンバ及び検出チャンバのうちの２つ又はそれ以上のチャンバが１つの単独のチャンバに組み合わされることが可能である。

検出処理の異なる段階の間、サンプルはそれぞれのチャンバにある。このために、サンプルは、２つの処理段階の間で、一のチャンバから他のチャンバに移送される。そのような移送を可能にするように、各々のチャンバは、少なくとも流体チャネルにより他のチャンバと接続されている。少なくとも一において、しかし、好適には、それらの流体チャネルの各々において、バルブ手段が備えられることが可能であり、それらのバルブ手段は、好適には、通常は、流体チャネルを閉じているが、それぞれの２つのチャンバを流体連通の状態にするバルブ手段の作動時にはその流体チャネルを開く。バルブ手段は、一方向バルブとしてデザインされることが可能である。

特定の実施形態においては、バルブ手段は、バルブ差動装置により作動される。このバルブ作動装置は、好適には、再使用可能機器において備えられている。

特定の実施形態においては、ポンプ手段が、例えば、溶解バッファ、洗浄及び分離バッファ、前増幅バッファ等の検出処理において用いられるサンプル又は何れかの他の流体を、チャンバ毎にポンピングするように備えられている。それらのポンプ手段は、再使用可能機器において好適に備えられているポンプ作動手段により作動されることが可能である。

特定の実施形態においては、そのシステムは、データ収集のための手段及び／又はデータ処理のための手段を有する。それらの手段は、検出されたＤＮＡの解析における使用及び／又は結果の解釈のために意図されている。特に、特定の実施形態においては、データ処理手段は、特定の診断に対して標的核酸の存在、非存在又は量（又は、それらの組み合わせ）を結び付けることができる。そのようなデータ処理手段は、例えば、データベースと結び付けられたコンピュータの形式にあることが可能である。

特定の実施形態においては、そのシステムはまた、１つ又はそれ以上のサンプルの案内のための手段を有することが可能である。そのようなサンプル案内手段は、例えば、シリンジ、ピペット等のサンプルの案内のための保持又はドッキング装置のような何れかの適切な装置を有することが可能である、又は、例えば、一方向入口バルブ、隔壁、フィルタ及びオーバーフローであることが可能である。

特定の実施形態においては、そのシステムはまた、溶解装置を有することが可能である。制御ユニットの制御下にあることが可能である溶解装置においては、サンプルは、核酸がサンプルから単離されることが可能である形で、サンプルにおいて何れかの核酸を与えるように処理される。この溶解段階は、典型的には、細胞及び／又は核膜が破断され、それにより、細胞に含まれている核酸を遊離するように、細胞の溶解を有する。溶解段階のために物理又は機械操作手段を用いることが可能であるが、また、溶解バッファのようなサンプル中の細胞の溶解のために化学手段を用いることが可能である。混合手段が、サンプルと溶解バッファを混合するように備えられることが可能である。細胞の溶解のための方法は、教科書等に記載されていて、当該技術分野において知られている。必要に応じて、そのような方法は、本発明のシステムで用いるように適合されることが可能である。溶解段階により生成される何れかの排出物は、例えば、排出装置に排出されることが可能である。

特定の実施形態においては、サンプル挿入装置及び溶解装置を組み合わされることが可能である。

特定の実施形態においては、そのシステムはまた、任意に、制御ユニットの制御下で、濃縮装置を有することが可能である。濃縮装置は、溶解されたサンプルからのＤＮＡの単離を可能にする。このために、濃縮装置は、例えば、磁性粒子等の、ＤＮＡの単離のための手段を備えることが可能である。この実施形態においては、本発明のＤＮＡ又はＲＮＡは磁性粒子に吸収される。吸収された核酸物質は、サンプルに含まれている生物学的物質の残り並びにＤＮＡ及び／又はＲＮＡでない他のサンプル成分等の何れかの不所望の物質を除去するように、１つ又はそれ以上の洗浄、排出及び／又は純化段階に供されることが可能である。吸収されたＤＮＡ又はＲＮＡが所望の純度を有するとき、磁性粒子から脱着又は抽出されることが可能である。濃縮装置はまた、ＤＮＡ又はＲＮＡの混合、分離及び単離のために流体の物理又は機械操作のための手段を備えることが可能である。

特定の実施形態においては、そのシステムはまた、例えば、バッファのような濃縮段階、即ち、ＤＮＡ又はＲＮＡの単離のために必要な試薬、洗浄流体、水、フィルタ、磁性ビード等を有することが可能である。

特定の実施形態においては、そのシステムはまた、例えば、使用済みのバッファ、洗浄流体等の、濃縮段階からもたらされる何れかの排出物を収容するための排出装置を有することが可能である。

特定の実施形態においては、システムの異なる排出装置が、各々の異なる目的又は容積のために別個にされることが可能である。特定の実施形態においては、上記の排気装置の２つ又はそれ以上が、本発明の方法によりもたらされる排出物全てを収容するように結合されることが可能である。

特定の実施形態においては、そのシステムは、任意に制御ユニットの制御下で、前増幅装置を更に有する。前増幅装置は、例えば、解析されるＤＮＡ又はＲＮＡの全量を増加させるために用いられることが可能である。単離段階から前増幅段階までに得られたＤＮＡ又はＲＮＡを供することにより、ＤＮＡの全量を増加させることが可能である。このことは、特に、例えば、同時に１つのサンプルにおける複数の病原体の存在、非存在又は量を検出するように、単離されたＤＮＡにおいて複数の試験を実行する複数の解析の場合に、有利である。適切な技術がＤＮＡの量を増加させるための技術において利用可能であり、全ゲノム増幅として一般に知られている。

前増幅装置において、単離された及び純化されたＤＮＡ又はＲＮＡは、特に、前増幅バッファにより、全ゲノム増幅の場合には、酵素及びＤＮＴＰにより、前処理されることが可能である。前増幅装置は、物質の排出のための排出装置に接続されることが可能である。

特定の実施形態においては、前増幅装置はまた、特定の核酸の検出のための特定の評価を実行するように用いられることが可能である。その例には、例えば、Ａｐｐｌｅｒａ（ＳＮＰｐｌｅｘ）、Ｋｅｙｇｅｎｅ（ＳＮＰＷａｖｅ）及びＭＲＣ−Ｈｏｌｌａｎｄ（ＭＰＬＡ）により提供されるＯＬＡ−ＰＣＲのような技術がある。

特定の実施形態においては、そのシステムは増幅装置を有する。増幅装置は、制御ユニットの制御下にあることが可能である。任意に上記の前処理が施された単離されたＤＮＡは、増幅装置における増幅処理に供せられる。その増幅処理は、単離されたＤＮＡを、標的核酸について特有であるＰＣＲプライマーの集合、例えば、１つ又はそれ以上のポリメラーゼ及びＤＮＴＰ等のＰＣＲ酵素と接触するようにすることを有する。

特定の実施形態においては、増幅装置は複数のチャンバを有する。それらの複数のチャンバは、単離された又は前増幅されたＤＮＡ又はＲＮＡが部分に分割され、チャンバ間に配分されるようにすることを可能にする。各々のチャンバにおいて、異なるプライマーの集合を用いて増幅段階が実行されることが可能である。このようにして、１つのサンプルが異なる標的核酸の存在、非存在又は量について解析されることができる点で、複数の解析が提供される。そのような複数の解析の場合、各々の標的核酸についてのプライマーの集合は、検出可能な異なるレベルで、即ち、異なる蛍光スペクトルにおいて備えられることが可能である。

特定の実施形態においては、そのシステムはまた、例えば、酵素、ＤＮＴＰ等の単離されたＤＮＡの増幅のための試薬を有することが可能である。

特定の実施形態においては、そのシステムはまた、検出装置を有することが可能である。検出装置は、制御ユニットの制御下にあることが可能である。検出装置は、増幅されたＤＮＡ又はＲＮＡの検出について、特に、増幅生成物に組み込まれている標識の検出について適切である。

検出装置は、そのＤＮＡ又はＲＮＡの標識、長さ、移動性、ヌクレオチド配列、質量、結合に基づいて検出することが可能である。特定の実施形態においては、検出装置は、光学、電気化学、磁性又は移動度（ゲル−電気泳動法）に基づいて検出することが可能である。原理的には、従来技術において既知である何れかの適切な検出装置を用いることが可能である。

特定の実施形態においては、そのシステムはまた、検出装置から得られるデータを収集するようにデータ収集装置を有する。

特定の実施形態においては、そのシステムはまた、データを処理するようにデータ処理装置を有する。

本発明の一特徴において、１つ又はそれ以上の核酸配列を有するサンプルにおける標的ヌクレオチド配列の存在、非存在及び／又は量を検出する方法であって：
− 生物体からのサンプルを備える段階；
− サンプルからの核酸配列の単離を実行する段階；
− アンプリコンを与えるように核酸配列の増幅を実行する段階；並びに
− サンプルにおける核酸配列中の標的ヌクレオチド配列に対応するアンプリコンの存在、非存在及び／又は量を検出する段階；
を有する、方法を提供する。

特定の実施形態においては、その方法は、本明細書に記載されているカートリッジにおいて実行される。

特定の実施形態においては、標的ヌクレオチド配列は、ＤＮＡ、ゲノムＤＮＡ、ＲＮＡ、ｍＲＮＡ、ｃＤＮＡ、トランスジェニックＤＮＡ、ＥＴＣを有する群から選択されることが可能である。特定の実施形態においては、生物体は、人間、非人間動物、微生物又は植物である。

特定の実施形態においては、サンプルは、組織、例えば、唾液等の体液、***、血液、尿及び／又は便である。

特定の実施形態においては、標的ヌクレオチド配列は外因性配列である。

特定の実施形態においては、標的ヌクレオチド配列は病原体である。

特定の実施形態においては、核酸配列を有するサンプルは、含まれる核酸配列を遊離するように溶解される。特定の実施形態においては、溶解されたサンプルは、当該技術分野においてそれ自体既知であり、教科書に記載されているように、そのサンプルからの核酸の単離を目的とする洗浄段階及び収集段階のシーケンスに供される。それらの段階は、単独の段階において又は複数の段階のシーケンスとして実行されることが可能である。サンプルからの核酸の単離の後、核酸は、標的核酸の検出のために選択可能であるプライマーを用いて増幅反応に供せられることが可能である。

核酸増幅方法は通常、２つのプライマー、ＤＮＴＰ及び（ＤＮＡ）ポリメラーゼを用いる。増幅のための好適な方法はＰＣＲである。“ＰＣＲ”又は“ポリメラーゼ連鎖反応”は、特定のＤＮＡセグメントの試験管内酵素増幅のための迅速な手法である。増幅されるＤＮＡは、サンプルを加熱することにより変性される。ＤＮＡポリメラーゼ及び付加的なデオキシヌクレオチド三リン酸の存在下で、標的配列プライマーに新しいＤＮＡを特にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドが合成される。一巡の合成により、所定の長さの新しい鎖が得られ、その鎖は、親の鎖のように、変性又はアニールのときに、プライマーにハイブリダイズすることが可能である。変性、アニール及び合成の第２サイクルにおいて、プライマー端間の長さに等しい、不連続な２本鎖生成物を共に有する２つの１本鎖生成物を生成する。この離散的な生成物は、増幅の各々の連続的な巡により指数関数的に蓄積される。約２０乃至３０サイクルの過程において、何百万回も折り畳まれた不連続なフラグメントの増幅が得られる。ＰＣＲ生成物は、当該技術分野において知られていて、それについては、例えば、文献Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｉｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ，ｂｙ Ａｕｓｕｂｅｌ ｅｔ ａｉ．，Ｊｈｏｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．（１９９５）等の標準的な実験の教科書等に記載されている。適用されることが可能である他の多重及び／又は等温増幅方法は、例えば、ＬＣＲ、自立性配列複製（３ＳＲ）、Ｑ−βレプリカーゼにより媒介させるＲＮＡ増幅、ローリングサークル型増幅（ＲＣＡ）又は鎖置換型増幅（ＳＤＡ）を有する。

標識付けされたアンプリコンの検出は、検出データを得るように検出器により実行される。検出器は、勿論、標的配列のアンプリコン間の識別が実行される一般的なシステムに依存するが、また、蛍光標識又は発光標識等のプライマーにおいて存在する標識にも依存する。サンプルにおける異なる標的配列間で好適に識別するように、それぞれが対応するアンプリコンの蛍光スペクトルにおける差異が用いられる。特定の実施形態においては、プライマーの少なくとも１つは標識であり、好適には、フォワードプライマーは標識を有する。その標識は、特に、例えば、染料、発色団又は酵素等の蛍光部位及び／又は発光部位、抗原、重金属、磁性プローブ、発光部位、放射性標識、化学発光部位又は電気化学検出部位を有する大きい群から選択されることが可能である。特定の実施形態においては、標識は蛍光染料又は発光染料である。その染料の例には、ＦＡＭ、ＨＥＸ、ＴＥＴ、ＪＯＥ、ＮＥＤ及び（ＥＴ−）ＲＯＸがある。染料には、例えば、ＦＩＴＣ、Ｃｙ２、Ｔｅｘａｓ Ｒｅｄ、ＴＡＭＲＡ、Ａｌｅｘａ ｆｌｕｏｒ ４８８ＴＭ、ＢｏｄｉｐｙＦＬ、Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ１２３、Ｒ６Ｇ、Ｂｏｄｉｐｙ５３０、ＡｌｅｘａｆｌｕｏｒＴＭ５３２がある。

各々が異なる標識を有する異なるプライマーの集合を用いることにより、サンプルにおいて識別されることが可能な標識配列の数は、それ故、検出されることが可能であるサンプルにおける標的配列の数は、付加標識を用いることにより増加される。複数の方法において１つのサンプルで用いられることが可能である標識の最大数は、主に、検出における制限、利用可能な検出プラットフォームの能力により支配される。

特定の実施形態においては、増幅は、サンプルにおける何れかの他の配列のためではなく、標的配列のために選択可能である少なくとも１つのフォワードプライマー及び少なくとも１つのリバースプライマーを用いるポリメラーゼ連鎖反応を用いて実行される。

特定の実施形態においては、フォワードプライマーか又はリバースプライマーのどちらかが標識化される。

特定の実施形態においては、増幅は、光学的、電気化学的又は磁性的検出に基づいて検出される。

図１は、一般に、参照番号１で表される１つ又はそれ以上の核酸配列を有するサンプルにおける標的ヌクレオチド配列の存在、非存在及び／又は量の検出のためのシステムの実施形態を示している。そのシステムは、ハウジング３（部分的に取り外して示している）を有する再使用可能機器２を有する。

機器２においては、凹部４が備えられている。交換可能カートリッジ５が、この凹部４内に取り外し可能であるように備えられている。カートリッジ５は再使用可能、リサイクル可能又は使い捨て可能である。

検出を可能にするように、カートリッジ５は、サンプルの案内のための案内手段と、ＤＮＡの単離のための単離手段と、増幅されたＤＮＡの検出のための検出手段とを有する。案内手段、単離手段、増幅手段及び／又は検出手段は、カートリッジ及び／又は再使用可能装置において備えられることが可能である。一般に、通常サンプルと接することはないシステム１の部分全てを装置内に備えることは好ましいことである。サンプルは、カートリッジとしての役割を果たすカートリッジにおける検出処理を通して保持されている。

下記において、導入手段、単離手段、増幅手段及び／又は検出手段を備える好適な実施形態について説明している。しかしながら、他の実施形態もまた、可能である。

機器２は、下で説明するような検出処理の異なる段階を自動制御するための制御ユニット７を有する。

更に、機器２は、カートリッジに備えられた異なる要素の作動のための１つ又はそれ以上の作動装置を有する。それらの作動装置は、流体をポンピングするための１つ又はそれ以上のポンプ手段の作動のための１つ又はそれ以上のポンプ手段作動装置と、カートリッジの流体チャネルにおいて備えられている１つ又はそれ以上のバルブ作動装置と、例えば、カートリッジの１つ又はそれ以上の部分に回転又は並進運動を与えるための機械式作動装置のような他の作動装置とを有することが可能である。

その機器において、ＤＮＡの存在、非存在及び／又は量を検出することが可能である検出装置が備えられている。このために、ＤＮＡは、カートリッジにおいて備えられている検出チャンバ内に位置付けられることが可能である。検出装置は、従来技術において既知であるように、光学的、電気化学的又は磁気的原理において機能することが可能である。何れかの他の適切な検出方法が適用されることが可能である。

機器は、検出装置により得られたデータを収集するように及びそれらのデータをそれぞれ、処理するように、データ収集装置及びデータ処理装置を更に有することが可能である。

機器２は、カートリッジ５を支持するためのキャリア６を有する。キャリア６は、低い位置（キャリアが示されている）と高い位置との間において鉛直方向に移動可能である。低い位置において、カートリッジ５は、キャリア６において位置付けられる又はキャリア６から引き出されることが可能である。高い位置は、カートリッジ５が検出処理中に位置付けられる作用位置である。この高い位置において、カートリッジは、例えば、ポンプ手段、バルブ、機械式手段等のカートリッジにおいて備えられている複数の装置とキャリア６との間に留められ、検出チャンバは、例えば、ポンプ手段、バルブ及び他の機械式作動装置等の、機器２内に備えられている対応する装置と、検出装置と共に協働することが可能である。

代替の実施形態においては、対応する装置を有する機器２の一部は、機器２内に位置付けられているカートリッジの方に又はそれから遠ざかる方に移動されることが可能である。

図２においては、本発明にしたがった方法を用いる検出処理の異なる処理段階を示す模式的なブロック図が示されている。この図は、カートリッジ５の主なアーキテクチャ及びを機器２とカートリッジ５との間の関係を説明するために用いられる。

第１段階（“サンプル挿入”）において、サンプルはカートリッジ５に導入される。このために、カートリッジ５は、サンプルがカートリッジ５に導入されることが可能である導入装置を有する。導入装置は、例えば、シリンジ、ピペット等からのサンプルの案内のための何れかの適切な装置であることが可能であり、保持又はドッキング装置、一方向注入バルブ、隔壁、フィルタ及びオーバーフローを有することが可能である。サンプルの案内後、このサンプルは、案内チャンバに案内されることが可能である。

第２段階（“溶解”）においては、サンプルは、サンプルから単離されることが可能である形にあるサンプル中に何れかの核酸を供給するように処理される。この溶解段階においては、典型的には、細胞膜及び／又は核膜が遊離される、それ故、核酸が自由に含まれるような、細胞の溶解を有する。溶解段階は、溶解装置の一部である溶解チャンバにおいて実行される。この溶解チャンバは、例えば、流体チャネルにより、サンプルのための案内装置と流体連通の状態にある。ポンピング手段は、案内チャンバから溶解チャンバにサンプルをポンピングするために備えられている。

好適な実施形態においては、案内チャンバ及び溶解チャンバは同じチャンバである。

実施形態においては、溶解装置は、溶解段階のための物理又は機械操作手段を有する。他の実施形態又は同じ実施形態においては（また）、例えば、溶解バッファのような、サンプル中の細胞の溶解のために化学手段を用いることが可能である。そのような溶解バッファは、溶解チャンバと流体連通の状態にある個別の溶解バッファ容器内に、使用前に保持されることが可能である。バルブであって、好適には、一方向バルブが、溶解バッファ容器及び溶解チャンバを接続する流体チャネルにおいて備えられていることが可能である。

混合のための手段が、サンプル及び溶解バッファを混合するように備えられていることが可能である。それらの混合は、機器により作動されることが可能である。

溶解及び混合は、機器２の制御ユニットの制御下で実行される。バルブ及びポンプ手段は、機器２において備えられているバルブ及びポンプ手段作動装置により作動される。

溶解段階により生成される何れかの廃流体は、例えば、カートリッジ内に存在することが可能である排出装置に排出される。そのような排出装置は、溶解チャンバと流体連通の状態にある排出チャンバとして実施されることが可能である。

第３段階（“濃縮”）においては、カートリッジにおいて備えられている濃縮装置は、溶解されたサンプルからのＤＮＡの単離を可能にする。このために、濃縮装置は、例えば、磁性粒子のような、ＤＮＡの単離のための手段を備えることが可能である。

濃縮段階は、溶解チャンバと流体連通の状態にある濃縮チャンバにおいて実行される。溶解チャンバと濃縮チャンバとの間の流体チャネルにおいて、必要に応じて、流体チャネルを通る流れのみが可能であることを可能にするバルブが備えられている。そのバルブは、機器に備えられているバルブ作動手段により作動されることが可能である。

この実施形態においては、本発明のＤＮＡ又はＲＮＡは、磁性粒子に吸収される。吸収された核酸物質は、ＤＮＡ及び／又はＲＮＡでない他のサンプル成分及びサンプルに含まれている生物学的物質の残りなどの何れかの不所望の物質を除去するように、１つ又はそれ以上の洗浄、廃液及び／又は純化段階に供されることが可能である。この洗浄及び純化過程は、図２における第４段階“洗浄及び純化”として示されている。しかしながら、“洗浄及び純化”段階はまた、“濃縮”段階の一部とみなされる。吸収されたＤＮＡ又はＲＮＡが好ましい純度を有するとき、磁性粒子から脱着される又は溶出される。洗浄及び純化段階は洗浄チャンバにおいて実行される。本発明の実施形態においては、この洗浄チャンバは、濃縮チャンバと同じである。しかしながら、他の実施形態においては、別個のチャンバを備えることが可能である。

カートリッジ５は、洗浄バッファ及び溶出バッファのそれぞれを保持するために１つ又はそれ以上の洗浄バッファ及び溶出バッファ容器を備えている。それらの洗浄バッファ及び溶出バッファ容器の各々は、洗浄バッファと流体連通の状態にあり、そして、この流体連通の状態にある流体チャネルの各々はまた、バルブであって、好適には、一方向バルブを備えている。同様の容器が、濃縮段階、即ち、ＤＮＡ又はＲＮＡの単離のために必要な何れかの他の試薬について備えられることが可能である。

濃縮装置のバルブは、機器２のバルブ作動装置により作動され、そして制御ユニット７の制御下にあることが可能である。

代替の実施形態においては、濃縮装置はまた、ＤＮＡ又はＲＮＡの混合、分離及び単利のための流体の物理又は機械操作手段を備えることが可能である。そのような物理又は機械操作手段は、機器２の作動装置により作動されることが可能であり、機器の制御ユニット７の制御下にあることが可能である。

使用されたバッファ、洗浄流体等のような濃縮段階からもたらされる何れかの排出物は排出装置に案内されることが可能である。カートリッジの一部であるこの排出装置は、溶解装置のところで説明した排出装置と同じ排出装置であることが可能である。代替として、溶解段階及び濃縮段階の排出装置は、各々異なる目的又は容積のために別個であることが可能である。

第５段階（“前増幅”）において、解析されるべきＤＮＡ又はＲＮＡの全量は、前増幅装置の使用により増幅されることが可能である。単離段階から前増幅段階に得られたＤＮＡ又はＲＮＡを供することにより、ＤＮＡの全量を増加させることが可能である。このことは、特に、例えば、同時に１つのサンプルにおける複数の病原体の存在、非存在又は量を検出するように、複数の試験が単離されたＤＮＡにおいて実行される多重化解析の場合に有利である。

前増幅装置は、前増幅が実行される前増幅チャンバを有する。前増幅チャンバは、濃縮チャンバ及び／又は洗浄チャンバと同じチャンバ又はそれらと異なるチャンバであることが可能である。前増幅装置は制御ユニット７の制御下にある。

前増幅装置においては、単離及び純化されたＤＮＡ又はＲＮＡは、特に、前増幅バッファを用いて、そして、全ゲノム増幅の場合には、酵素及びＤＮＴＰを用いて前処理されることが可能である。使用前には、この前増幅バッファは、前の処理チャンバ、例えば、洗浄チャンバと流体連通の状態にあるバッファ容器において保持される。流体連通の状態にある流体チェネルにおいてバルブを有することが可能である。

前増幅装置は、物質の排出のための排出装置に接続されることが可能である。

第６段階（“増幅”）においては、ここで記載されているような任意に前処理された、単離されたＤＮＡが、増幅処理のために増幅装置に供される。増幅処理は、単離されたＤＮＡを、標的核酸、即ち、例えば、１つ又はそれ以上のポリメラーゼ及びＤＮＴＰ等のＰＣＲ酵素について特定であるＰＣＲプライマーの集合と接触するようにすることを有する。

このために、増幅装置は、複数の増幅チャンバを有する。複数の増幅チャンバは、単離された又は前増幅されたＤＮＡ又はＲＮＡが一部を分離されるようにする及びチャンバ間に分配されるようにすることを可能にする。各々のチャンバにおいては、増幅段階は、異なるプライマーの集合を用いて実行されることが可能である。このようにして、多重化解析が、異なる標的核酸の存在、非存在又は量について、１つのサンプルが解析されることにおいて与えられる。多重化解析の場合には、各々の標的核酸についてのプライマーの集合は、検出可能な異なる標識を、即ち、異なる傾向スペクトルをもっている。

カートリッジは、例えば、酵素、ＤＮＴＰ等の単離されたＤＮＡの増幅のための試薬を保持するための試薬容器を有することが可能である。

最終段階（“検出”）においては、増幅されたＤＮＡ又はＲＮＡ及び好適には、増幅生成物に組み込まれている標識が検出される。このために、システム１は検出装置を有する。この検出装置は、カートリッジ５において備えられている検出チャンバを有する。検出装置の他の部分は、上で述べたような再使用可能装置２において備えられていることが可能である。検出チャンバは、１つ又はそれ以上の増幅チャンバからＤＮＡ又はＲＮＡを同時に又は後続して導くための１つ又はそれ以上の増幅チャンバと流体連通の状態にある。１つ又はそれ以上の増幅チャンバと検出チャンバを接続する流体チャネルにおいてバルブを備えることが可能である。

検出装置は、制御ユニット７の制御下にあることが可能である。検出装置は、標識に基づいて、長さ、移動度、ヌクレオチド配列、質量又はそれらの組み合わせを検出することが可能である。特定の実施形態においては、検出装置は、光学、電気化学、磁気又は移動度（ゲル電気泳動）に基づいて検出することが可能である。原理的には、従来技術において既知である何れかの適切な検出装置を用いることが可能である。

検出された情報は、例えば、特定の診断に至るように、データ収集手段により収集され、データ処理手段により処理されることが可能である。

カートリッジにおける全ての流体の流れを、カートリッジにおいて備えられているポンプ手段により得ることが可能である。そのようなポンプ手段は、カートリッジにおける圧縮した又は拡張した空間に基づいて、特に、それぞれの処理チャンバ、即ち、導入チャンバ、溶解チャンバ、前増幅チャンバ、洗浄及び純化チャンバ、増幅チャンバ及び検出チャンバ、並びにそれぞれの試薬容器の空間に基づいて機能することが可能である。それらのポンプ手段はまた、何れかの他の適切な種類であることが可能である。

カートリッジにおけるポンプ手段は、機器２に備えられているポンプ手段作動装置により作動される。ポンプ手段作動装置は制御ユニット７の制御下にある。

異なる処理チャンバ、即ち、導入チャンバ、溶解チャンバ、前増幅チャンバ、洗浄及び純化チャンバ、増幅チャンバ及び検出チャンバ、並びにそれぞれの試薬容器の間の流体経路又はチャネルにおいて、バルブは、必要に応じて、流れを可能にするように備えられている。殆どの流体は一方向のみの方に流体チャネルを通るため、それらのバルブは、好適には、一方向バルブである。

それらのバルブは、好適には、機器２において備えられているバルブ作動装置により作動されることが可能である。

上記の全ての段階は、制御ユニット７の制御下にあることが可能である。

図３及び４は、参照番号１０で一般に示しているカートリッジの実施形態について詳細に示している。カートリッジは、複数の処理チャンバを有する一般部分１１と、下で説明する流体操作システムとを有する。

カートリッジ１０の異なる部分については、下記において、１つ又はそれ以上の核酸配列における標的ヌクレオチド配列の存在、非存在及び／又は量の検出のための検出方法が実行されるときに用いられる順序で説明している。

カートリッジ１０に含まれる第１アプリケーション特定部分は前溶解装置１２である。この前溶解装置１２は、カートリッジ１０により処理されることが可能である特定の状態にサンプルを処理する。

例えば、サンプルは、固体、例えば、乾燥した血液の状態で与えられることが可能である一方、カートリッジは、流体の状態でサンプルを処理するようにデザインされている。そのような場合、サンプルは、前溶解装置１２において適切な媒体中に適切な酵素を与えることにより実行されることが可能である。そのような処理は、従来技術において既知であり、例えば、トリプシン処理（ｔｒｙｐｓｉｎｉｚａｔｉｏｎ）がある。一般部分１１に接続されることが可能である前溶解装置を備えることにより、サンプルの所望の状態への処理が、汚染の何れの可能性を回避する処理の後に、サンプルを搬送する必要なく実行されることが可能である。所望の状態へのサンプルの処理は、前溶解装置が一般部分１１に接続される前に又は接続された後に実行されることが可能である。

サンプルの処理が必要ないとき、サンプルは既に、カートリッジにより処理されることが可能である状態にあるため、前溶解装置はまた、サンプル導入装置として示されることが可能である。サンプル導入装置は、その場合、カートリッジ１０におけるサンプルの導入のために一般部分１１にサンプル導入装置が接続されるようにデザインされているために、何れの汚染のリスクを被ることなく、カートリッジにサンプルを導入するように用いられる。

サンプルがカートリッジ１０に導入されるとき、そのサンプルは溶解チャンバ１３の方にポンピングされることが可能である。カートリッジ１０の一般部分１１は、異なる処理チャンバの方にサンプルをポンピングするためにバルブ及びポンプを有する流体操作手段を有する。一般に、一般部分１１は、フレキシブルな膜１６の挿入により互いに対して位置付けられる２つの主構成要素１４、１５を有する。それらの２つの主構成要素１４、１５は共に、フレキシブルな膜１６がポンプチャンバ、バルブ、流体チャネル、流体収容ステーションなどを構成する凹部を有する。

図示しているカートリッジにおいては、サンプルは主に、フレキシブルな膜の上に保持される一方、ポンプ１７及びバルブ１８は、フレキシブルな膜１６の下部側から主に作動される。流体は、それぞれ、チャンバ内の空間を大きくする又は小さくするようにフレキシブルな膜を動かすことによりチャンバの中に又は外にポンピングされることが可能である。フレキシブルな膜は、例えば、フレキシブルな膜１６と構成要素１５との間の空間に空気又は流体を導入することにより動かされることが可能である。空気又は流体はチャネル１９を介して導入されることが可能である。他のポンプチャンバがまた、対応する方式でポンプチャンバとして用いられることが可能である。機械式アクチュエータのようなフレキシブルな膜を動かすための他の手段がまた、用いられることが可能である。バルブは、空気又は流体圧力、機械式作動若しくは何れかの他の適切な作動装置により作動されることが可能である。構成要素１４に対するフレキシブルな膜１６の動きはまた、バルブシートを開閉するように用いられることが可能である一方、例えば、バルブの閉位置において、フレキシブルな膜１６は構成要素１４のチャネル端部に対して保持されている。

上記のような流体の操作のためのバルブ１８及びポンプ１７の種類を有するシステムに基づくようなカートリッジについて、以前に開示されているが、本質的には、本発明の目的のためのものではない。特に、米国特許第６１５６２７０号明細書、米国特許第６１５６２７０号明細書、米国特許第３７１６４号明細書、米国特許第３５１９１３号明細書、米国特許第６３８２９２３号明細書、米国特許第６６６３３５９号明細書、米国特許第６４１６２９３号明細書、米国特許第４８６５５８４号明細書及び米国特許第４４７９７６０号明細書を参照することができる。

溶解チャンバ１３においては、サンプルは、図２に関連する段階２に示しているように溶解される。溶解収容部２０が、溶解チャンバにおいてポンピングされる前に、溶解バッファを収容するように備えられている。

溶解段階の後、サンプルは、第２処理チャンバの方にポンピングされることが可能であり、サンプルは、上記の段階３にしたがって濃縮され、段階４にしたがって洗浄及び純化されることが可能である。流体収容部２２が、洗浄段階及び純化段階の間に用いられることが可能である異なる洗浄バッファ及び純化バッファの収容のために備えられている。それらの流体収容部２２は、第２処理チャンバ２１とバルブを介して流体連通の状態にある。

第２処理チャンバ２１又はチャンバ２３において実行されることがまた、可能である有効な前増幅（図２に関連する段階６に示す）の後、サンプルは、ＰＣＲ本体２４に導入されることが可能である。

このＰＣＲ本体２４は、カートリッジの第２アプリケーション特定部分である。ＰＣＲ本体２４は円形のディスク形状であり、一般部分１１にクリック嵌入接続２５により接続されている。

ＰＣＲ本体２４は、６つのＰＣＲ処理はサンプルにおいて同時に実行されることが可能であるように、６つの熱サイクルチャンバ２６を有する。そのようなＰＣＲ増幅処理については、図２に関連して段階６として上で説明している。熱サイクルチャンバ２６の各々は、少なくとも１つの特定のプライマーを備えている。

ＰＣＲ本体２５は、各々がプライマーの異なる集合、チャンバの異なる数及び／又は異なるチャンバサイズ又は形状を有するＰＣＲ本体の異なる種類の群から選択されることが可能である。例えば、プライマーを有するＰＣＲ本体は、検出されるべき細菌／抵抗のパネルに基づいて選択され、その選択は、例えば、欧州、アジア又はアフリカ等の特定の地域又は特定の検定について特定である可能性がある。

プライマーは、例えば、インクジェット印刷方法により、熱サイクルチャンバの壁において斑点を付けられ、それ故、ＰＣＲ本体の収容中に、プライマーがＰＣＲ本体から流れ出ることを回避するように特定の対策が取られる必要はなく、そのことは、例えば、流体の状態でプライマーが用いられる場合に当て嵌まる。そのような場合、シール又はセパレート（ｓｅｐａｒａｔｅ）で封止されたチャンバが、用いられる前に、何れかの他のアプリケーション特定流体にプライマーを保持するために備えられることが可能である。

増幅段階の後、増幅されたＤＮＡ又はＲＮＡ及び好適には、増幅生成物に盛り込まれている標識が、検出装置２７の方にポンピングされる。この検出装置又は少なくともその一部は、カートリッジ１０の第３アプリケーション特定部分であり、その特定部分は別個の部分であり、一般部分１１に接続されることが可能である。図示している実施形態においては、検出装置は、クリック嵌入接続により一般部分１１に接続されている。

検出方法及び／又は検出手段の種類に依存して（本明細書において、特に、図２に関連して説明している段階６で説明しているように）、検出装置は、各々のそれぞれの検出方法に対して特別にデザインされることが可能である一連の異なるアプリケーション特定検出装置から選択されることが可能である。

一部の場合、カートリッジ１０において用いられる検出装置の種類は、増幅処理について用いられるＰＣＲ本体の種類に依存する。その場合、ＰＣＲ本体の選択は、検出装置の選択に自動的に繋がるものである。

一般部分１１及びアプリケーション特定部分は識別装置を備えることが可能であり、それ故、一般部分及びアプリケーション特定部分の組み立て後、適切な組み合わせが行われたかどうかがチェックされることが可能である。例えば、自動的にチェックされることが可能であり、履歴さえ追跡されることが可能である識別タグを有するＲＦタグのような、より高性能な識別システムを用いることが可能である。そのようなチェック及び履歴追跡は、カートリッジにおいてサンプルを処理するための手法における段階として、再使用可能機器の制御ユニットにより制御されることが可能である。

一般部分及び１つ又はそれ以上のアプリケーション特定部分を有する本発明のカートリッジの構成の更なる有利点は、一般部分とアプリケーション特定部分の各々との間の接続が容易に気密に行われることが可能であり、それ故、サンプル及び他の流体がカートリッジにおいて用いられる全空間が、環境から閉ざされることが可能である。このようにして、カートリッジへのサンプルの導入及びサンプルの処理の間、サンプルの汚染は回避され、そしてサンプルは内部圧力を有する閉じた環境にあるため、サンプルの処理は、直接の環境内における空気圧力に依存せずに、また、湿度のような他の環境条件に依存せずに実行されることができる。このことは、サンプルの高信頼性処理を可能にする。

本発明にしたがったカートリッジは、上記で示しているアプリケーション特定部分以外の他のアプリケーション特定部分を有することが可能であることが検討されている。カートリッジにおけるそのような他の別個のアプリケーション特定部分の適用は、本発明の範囲内にあると考えられる。そのようなアプリケーション特定部分の例は、特定のアプリケーション及び他のアプリケーションに対する異なる形状又はサイズを有する、特定のアプリケーション、混合装置及び他の機械式操作装置についての、例えば、酵素、試薬及び他の化学物質等の流体を有する流体容器を有することが可能である。

本発明はまた、カートリッジの他の部分に対して所望されない又は要求されない特定の温度に維持される必要がある又は前処理される必要があるカートリッジの特定部分に対して用いられることが可能である。例えば、異なる場所において収容される又は前処理において用いられることが可能である、そしてそれ故に、使用前にカートリッジの一般部分に接続されることが可能である別個の流体容器を備えることは、容器から開放された状態の環境におけるカートリッジに流体は搬送される必要がないために、その部分、特に流体の汚染のリスクが回避されるためにかなり有用である。

別個の部分のそのような使用は、同じ部分が複数の異なるアプリケーションにおいて用いられる場合であっても、本発明の主旨の範囲内でアプリケーション特定であるとみなされる。そのような別個の部分の例は、カートリッジにおける使用前に、低温で収容される必要がある、所謂、ＰＣＲマスターミックス（ｍａｓｔｅｒ ｍｉｘ）のための別個の流体容器である。

図５及び６は、全体として参照番号３０で示されている一般にディスク形状のＰＣＲ本体を詳細に示している。ＰＣＲ本体３０は、各々がＰＣＲ処理中に流体を保持することができる６つの熱サイクルチャンバ３１を有する。ＰＣＲ本体３０は、環状形状の主部分３２及び６つの指状のフレキシブル部分３３を有する。この文脈における指状とは、指状部分３３が１つの端部であって、この場合、環状形状の主部分３２を有する径方向に外側の端部に接続されていて、反対側の端部は開放されていることを、即ち、ＰＣＲ本体３０の何れの部分に固定的に接続されていないことを意味している。換言すれば、フレキシブル部分３３は、環状形状の主部分３２と接続されている１つの側部のみである一方、他の側は開放されている。この指状構成のために、フレキシブル部分３３は、ディスク形状のＰＣＲ本体３０の主面に対して垂直な方向（図６において上方又は下方）においてフレキシブルである。

熱サイクルチャンバ３１の下部側においては、流体開口３４が、カートリッジの他の部分における処理チャンバと熱サイクルチャンバとの間の流体交換を可能にするように、備えられている。この流体開口３４は、環状形状の主部分３２から離れているフレキシブル部分３３の端部に位置付けられていて、それ故、この流体開口３４及び関連封止面３５は、ＰＣＲ本体３０が接続されているカートリッジの主部分の方に偏らされている。フレキシブル部分３３のこの偏りはバイアス手段により得られる。それらのバイアス手段はＰＣＲ本体３０及び／又はカートリッジの主部分に含まれることが可能である。本実施形態においては、バイアス手段は別個の固定装置に含まれ、その固定装置はまた、カートリッジの主部分のＰＣＲ本体３０を固定するように用いられる。この固定装置については、下記で、図７に関連して更に説明する。

フレキシブル部分３３、又は少なくとも流体開口３４及び関連封止面３５の位置を偏らせることにより、ＰＣＲ本体３０とカートリッジの主部分との間の良好な封止が得られる。そのような適切な封止は、このように、カートリッジに含まれる流体のリーク及びこの流体の重大な汚染が回避されるために重要である。更に、カートリッジは、好適には、上記のように、封止システムであるため、カートリッジの主部分の方へのＰＣＲ本体の偏りは、特に、カートリッジの流体システムにおける内側の圧力が、外側の環境の（空気）圧力より大きいときに、リーク及び汚染を防止する。図５及び６に示す実施形態においては、封止面３５は、実質的に互いに対して平行であり、そのことは、主部分の方に全体のＰＣＲ本体を偏らせることは主部分に対して流体開口３４の封止を改善するという有利点を有する。その封止は、上記の複数のフレキシブル部分３３により更に改善される。

ここで、ＰＣＲ本体３０の構成について詳細に説明する。ＰＣＲ本体３０は、環状形状の主部分３２及び６つのフレキシブル部分３３を有する構成要素３６を有する。６つのフレキシブル部分３３の各々においては、凹部が備えられ、その凹部は、熱サイクルチャンバ３１の底部及び側部を定める。その構成要素３６の最上部においては、熱サイクルチャンバ３１の側部上部を限定するように、フォイル３７が備えられている。流体が熱サイクルチャンバの方にポンピングされるとき、熱サイクルチャンバ３１内の空間が大きくなるようにフォイル３７が伸長されるように、フォイル３７はフレキシブルであることが可能である。その場合、フォイル３７の弾性は、熱サイクルチャンバ３１から引き出されるように流体をポンピングするように用いられることが可能である。熱サイクルチャンバ３１において与えられる圧力のためにフレキシブルなフォイル３７が伸長されるようにデザインされている場合、構成要素３６において備えられている凹部は、図７の実施形態に示しているものより実質的に小さい、又は省略されることさえ可能である。

フォイル３７は、何れかの既知の手段、例えば、接着剤、（両面）テープ、ウェルダリング及び融解を用いて、構成要素３６に接続されることが可能である。フォイルに代えてまた、より固い材料が、熱サイクルチャンバを構成するようにそれらの凹部に近接して用いられることが可能である。しかしながら、フォイルは、上記の伸長能力及び軽量である点で好ましい。更に、フォイル又は他の材料は、熱サイクルチャンバ３１の内側がみえるように、及び／又は、例えば、特定のプライマーの集合において、ＰＣＲ本体の種類を表すコードとして用いられる特定の色を与えるように、透明にすることが可能である。

構成要素３６は、好適には、射出成型処理におけるプラスチックから成る。しかしながら、構成要素３６はまた、何れかの他の適切な材料から成り、何れかの適切な処理により形成されることが可能である。フォイル３７はまた。好適には、プラスチック材料から成る。

ＰＣＲ本体３０は、封止面３５及び流体開口３４の一部を有する封止要素３８を更に有する。封止要素３８は、好適には、封止材料、例えば、ゴム等の適切な比較的軟らかい材料から成る。別個の封止要素３８を備えることにより、カートリッジの主部分とＰＣＲ本体３０との間の封止は、封止要素３８の材料及び形状が特に封止のためにデザインされているために改善されることが可能である。

カートリッジの主部分におけるＰＣＲ本体３０の接続後、流体開口３４がカートリッジの主部分における流体開口により流体連通の状態にある第１開放位置と、流体開口３４及びカートリッジの主部分における関連流体開口の間の流体連通が塞がれている第２閉鎖位置との間の、カートリッジの主部分に対して、ＰＣＲ本体３０は回転されることが可能である。開状態の位置及び閉状態の位置の両方において、カートリッジの主部分とＰＣＲ本体３０との間の封止はリーク及び汚染を回避するように十分である必要があることが、当業者には明らかである。それ故、開状態及び閉状態の位置の両方について、適切な封止面を備えている封止要素３８は、開状態の位置（図６の左側）及び閉状態の位置（図６の右側）のためのものである。図７において、封止要素３８を更に詳細に示している。

開状態の位置と閉状態の位置との間において、カートリッジの主部分に対してＰＣＲ本体３０を動かすことにより、それらの２つの間における遷移がバルブとして用いられる。このことは、カートリッジの主部分と熱サイクルチャンバ３１との間の流体連通を開状態にする及び／又は閉状態にするために、別個のバルブ機構が必要ないために有利である。このことは、比較的少量の流体が用いられるために、本発明のアプリケーションにおいて特に有利である。別個のバルブ機構の存在は、流体がそのバルブ機構を介してポンピングされた後に、流体で満たされる必要がある付加空間を必要とする。この流体はもはや、その場合、ＰＣＲ処理においては用いられない。

図５及び６に示す実施形態においては、全ての流体開口３４は、開放された位置において、カートリッジの主部分の流体開口により流体連通がもたらされる一方、全ての流体開口３４について、閉状態の位置において、流体連通は塞がれている。代替の実施形態においては、一部の流体開口３４についての開放された位置は、他の流体開口３４についての閉状態の位置に、即ち、一部の流体開口３４が主部分と流体連通の状態にある一方、他の流体開口３４は閉状態にあることに対応している。また、更なる開状態及び／又は閉状態の位置を与えることが可能であり、それ故、選択的に、１つ又はそれ以上の流体開口３４が、主部分との流体連通をもたらすことが可能である一方、他は閉状態である。例えば、６つの熱サイクルチャンバと共にＰＣＲ本体を用いる場合、３つの流体開口が主部分と流体連通の状態にある一方、他の３つの流体開口が閉状態にある第１開放位置と、他の３つの流体開口が主部分と流体連通状態にあり、そして３つの第１流体開口が閉状態にある第２開放位置と、全ての流体開口が閉じている閉状態位置とが存在することが可能である。同じＰＣＲ本体はまた、例えば、全部の流体開口が閉状態である閉状態位置と、流体開口の選択開口が主部分と流体連通の状態にある一方、他の流体開口は閉状態にある６つの開状態位置とを有する７つの位置を有することが可能である。本実施形態においては、一ポンピング処理中に、全ての熱サイクルチャンバは同じ流体の量で満たされていることが可能であるように、同時に全ての流体開口３４を開放することは好ましい。

ＰＣＲ本体３０の環状形状の主部分３２の外部環境においては、カートリッジの主部分に対するＰＣＲ本体３０の回転位置が認識されるように凹部３９が備えられている。このために、凹部３９において位置付けられることが可能であるノッチがカートリッジにおいて備えられている。凹部３９はまた、開状態位置と閉状態位置との間でＰＣＲ本体３０を回転させるように用いられることが可能である。しかしながら、本実施形態においては、この回転は、固定装置（図８に示す）によりＰＣＲ本体３０に対して伝達される。

本実施形態においては、ＰＣＲ本体３０は、６つの異なるフレキシブル部分３３における６つの熱サイクルチャンバ３１を有する。ＰＣＲ本体３０が用いられる実際のアプリケーションに応じて、同じ又は異なる容積を有する、異なる数の熱サイクルチャンバ３１が備えられることが可能である。それらの熱サイクルチャンバ３１の１つ又はそれ以上が１つのフレキシブル部分３３に備えられることが可能である。その実施形態においてはまた、１つの熱サイクルチャンバ３１は２つ又はそれ以上の流体開口３４を有する、若しくは、１つの流体開口３４は２つ又はそれ以上の熱サイクルチャンバ３１に接続されていることがまた、可能である。そのＰＣＲ本体３０の実施形態により、ＰＣＲ本体と接続するように特定数の流体開口を有するカートリッジの１つの一般主部分は、異なる数の熱サイクルチャンバを有するＰＣＲ本体のために容易に用いられることが可能である。

図８は、カートリッジの主部分４１に接続された、フレキシブル部分４３において各々備えられている１０個の熱サイクルチャンバを有するＰＣＲ本体４０の透視図である。ＰＣＲ本体４０をカートリッジの主部分４１において固定するために、固定装置４２が備えられ、ディスク形状のＰＣＲ本体４０の中心を通って位置付けられている。固定装置４２は、カートリッジの主部分４１とのクリック嵌入接続を有するが、ネジ又はスナップ方式の手段のような何れかの他の適切な接続手段を用いることが可能である。固定装置４２は、主部分４１の方にＰＣＲ本体のフレキシブル部分４３の一を各々が偏らせるスプリング要素４４の様式にある複数のバイアス手段を有する。更に、図８に示す固定装置４２は、ＰＣＲ本体は固定装置４２に対して１つの位置にのみ位置付けられることが可能であるために、ＰＣＲ本体４０の回転位置に固定されるようにデザインされている。

フレキシブル部分４３は、それらが偏らされる方向にフレキシブルであるため、スプリング要素４４は、主部分４１の関連封止面に対してＰＣＲ本体の封止面を押し付ける。このことは、主部分４１とＰＣＲ本体４０との間の適切な封止を与え、それ故、システムの汚染及び／又は流体のリークを回避することができる。

固定装置４２の最上端部４５は、開状態位置と閉状態位置との間のＰＣＲ本体４０の回転運動の作動のために再使用可能機器におけるアクチュエータと接続されるようにデザインされている。

上記のようなカートリッジの主部分４１とＰＣＲ本体４０との間の本発明に従った接続はまた、カートリッジにおいて用いられ、それらの間で流体は検出処理中に交換される２つの構成要素の何れかの他の組み合わせに適用されることが可能であることは、当業者には明らかである。全てのそのような実施形態は、本発明の範囲内に包含される。

本発明の実施形態にしたがったシステムの透視図である。 本発明にしたがったシステムの実施形態のアーキテクチャの模式的なブロック図である。 本発明にしたがったシステムの実施形態のアーキテクチャの模式的なブロック図である。 本発明にしたがったカートリッジの実施形態の模式的な断面図（図４のＢ−Ｂにおける）である。 図３の実施形態の模式的な平面図／断面図（図３のＡ−Ａにおける）である。 本発明にしたがったＰＣＲディスクの有効な実施形態の詳細な平面図である。 図５のＰＣＲディスクの断面図である。 本発明にしたがった封止要素の詳細な透視図である。 カートリッジの主部分に固定装置を接続したＰＣＲディスクの透視図であって、固定装置はバイアス手段を有する、透視図である。

Claims (15)

1. １つ又はそれ以上の核酸配列を有するサンプルにおける標的ヌクレオチド配列の存在、非存在及び／又は量の検出のためのカートリッジであって、互いに対して接続可能な第１構成要素及び第２構成要素を有する、カートリッジであり、前記第１構成要素は第１流体開口及び第１封止面を有し、前記第２構成要素は第２流体開口及び第２封止面を有する、カートリッジであり、前記第１構成要素及び前記第２構成要素の接続のときに、前記第１及び第２流体開口は流体連通の状態に位置付けられ、前記第１及び第２封止面は前記第１及び第２流体開口間で前記流体連通を封止するように互いに対して位置付けられ、前記カートリッジは、前記第１封止面の方向に前記第２封止面を偏らせるためにバイアス手段を有することを特徴とする、カートリッジ。
2. 請求項１に記載のカートリッジであって、前記第２構成要素は、前記第２封止面に対して垂直な方向に少なくともフレキシブルであるフレキシブル部分を有する、カートリッジ。
3. 請求項２に記載のカートリッジであって、前記第２構成要素は２つ又はそれ以上のフレキシブル部分を有し、前記フレキシブル部分の各々は、第２流体開口及び関連第２封止面を有し、それぞれの前記第２封止面に対して垂直な方向に少なくともフレキシブルである、カートリッジ。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載のカートリッジであって、前記第１及び第２構成要素の各々は２つ又はそれ以上の流体開口及び対応する第１及び第２封止面を有し、前記第１及び第２封止面の各々は実質的に平坦であり、前記第１及び第２封止面の各々の平面はそれぞれ、互いに対して実質的に平行である、カートリッジ。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載のカートリッジであって、前記第２構成要素はディスク形状であり、環状形状の主本体及び複数の指状のフレキシブル部分を有し、各々のフレキシブル部分の一端部は前記主本体に接続されていて、前記フレキシブル部分の反対側の端部は開放されていて、前記反対側の端部は前記第２流体開口及び前記第２封止面を有する、カートリッジ。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載のカートリッジであって、前記第１構成要素は前記カートリッジの主部分であり、前記第２構成要素は、１つ又はそれ以上の熱サイクルチャンバを有するＰＣＲ本体である、カートリッジ。
7. 請求項６に記載のカートリッジであって、各々の第２流体開口は、前記の１つ又はそれ以上の熱サイクルチャンバについての入口及び出口である、カートリッジ。
8. 請求項６又は７に記載のカートリッジであって、前記の１つ又はそれ以上の熱サイクルチャンバの各々は、前記主本体とフレキシブルフォイルとの間の空間により構成され、前記フレキシブルフォイルは前記空間の両端部において前記主本体に結合され、前記第２流体開口は前記空間と流体連通の状態にある、カートリッジ。
9. 請求項１乃至８の何れか一項に記載のカートリッジであって、前記バイアス手段は、前記第１構成要素において前記第２構成要素を固定するように固定装置を有する、カートリッジ。
10. 請求項９に記載のカートリッジであって、前記固定装置は、前記第１封止面の前記方向に前記第２封止面を偏らせるように少なくとも１つのスプリング要素を有する、カートリッジ。
11. 請求項１乃至１０の何れか一項に記載のカートリッジであって、接続後に、前記第２構成要素は、前記第１及び第２流体開口が流体連通の状態にある少なくとも第１位置と、前記流体連通が塞がれた第２位置との間において、前記第１構成要素に対して移動可能である、カートリッジ。
12. 請求項１０に記載のカートリッジであって、前記第１及び第２構成要素の接続後に、前記第２構成要素は回転軸の周りで前記第１構成要素に対して回転可能であり、前記第１及び第２構成要素は各々、前記回転軸の周りにおいて実質的に円形状に配列されている２つ又はそれ以上の流体開口を有する、カートリッジ。
13. 請求項１１又は１２に記載のカートリッジであって、前記第１又は第２封止面の少なくとも一は比較的軟らかい物質から成る、カートリッジ。
14. 請求項１１乃至１３の何れか一項に記載のカートリッジであって、前記第１及び第２構成要素の少なくとも一は、前記第１流体開口及び第１封止面又は前記第２流体開口及び第２封止面を有する有し要素を備え、前記第１位置において前記第１及び第２流体開口間でバルブ要素が流体連通を与え、前記第２位置において前記流体連通を塞ぎ、前記バルブ要素は、前記第１位置及び第２位置の両方において環境に対して前記第１及び第２封止開口を封止する、カートリッジ。
15. 請求項８乃至１１の何れか一項に記載のカートリッジであって、前記固定装置は前記第１位置及び第２位置間において前記第２構成要素を動かすように用いられる、カートリッジ。

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