JP2010536016A - 試料処理装置 - Google Patents

Abstract

試料の準備用又は分析用機器で使用するための、加熱要素と磁石とを備える、一体型磁石／ヒータ装置。また、使用される間において、ヒータ又はソニケータである等の、機器の再利用可能な処理構成部品を覆うのに適したシース。他の関連の態様のシステムが開示及び特許請求されている。

Description

本発明は、例えば、核酸増幅法、特にポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）において、分析の準備として試料、特に臨床試料を処理する装置、並びにその装置で利用しうる新規な要素及び手順に関する。

いくつかの理由で、例えば臨床又は環境試料といった流体試料の分析が行われることがある。現在の対象範囲の１つは、例えば、臨床又は環境試料といった流体試料中の生物材料の陽性を特定する方法を開発することである。こうした方法は、疾病状態の早期診断を可能にし、ひいては迅速な治療及び感染管理、又は環境汚染物質等の識別を可能にするものとなる。例えば、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）のような核酸増幅技術を含む、試料の非常に高感度な分析を実行可能な多くの技術が存在する。

国際公開公報第２００５／０１９８３６号（特許文献１）は、回転可能なプラットフォームと、上昇及び下降できる可動アームとを備える流体試料を処理する機器を開示している。プラットフォームには、試料及び試薬を収容するチャンバが設けられている。カッタ、ヒータ、光検出器、ソニケータ、磁石及びシースといった構成部品はプラットフォームに収容され、チャンバに対して移動するためアームに脱着可能に取り付けてもよい。構成部品は、チャンバ間で試料及び／又は試薬を移動し（磁石及びシース等）、チャンバのシールを穿孔し（カッタ等）、チャンバの内容物に対して物理的処理を実行する（ヒータ及びソニケータ等）ために使用される。

国際公開公報第２００５／０１９８３６号 国際公開公報第９８２４５４８号

磁性ビーズ又は粒子及びそれらに付着した何らかの試薬を移転する際に有用な磁石のためのシースの例は、例えば、国際公開公報第２００５／０１９８３６（特許文献１）に記載されている。

また、望ましい場合、手順の中でいつでも、試薬又は試薬混合物を処理して望ましい物理的状態にするために必要なことがある、ヒータ、ソニケータ等といった処理構成部品も、機器上に脱着可能に収容してもよい。

このようにしてソニケータ又はヒータといった構成部品が機器に固定される場合、それらは一般に、繰り返して使用し、チャンバ内の試料、特に液体試料に浸漬することを意図している。

このこと自体、装置が試料液体に直接接触する状態で、使い捨て式でない装置を使用する場合、汚染の危険をもたらすという点で、いくつかの問題を引き起こすことがある。やがて、こうした構成部品は汚染又は変色し、汚染の危険が増大する。

本発明の第１の態様は一体型磁石／ヒータ装置を提供する。

これは、機器がビーズ又は粒子を１つのチャンバから別のチャンバに移転させる助けになる磁石を含んでいる場合、１つの要素が両方の機能を満たせるように、ヒータを磁石に組み込んでもよいという利点を有する。

１つの実施形態では、一体型磁石／ヒータ装置は加熱要素と磁石を備える。

加熱要素は、例えば、通常断熱材料に埋め込まれた抵抗性ワイヤを備えるカートリッジヒータである抵抗性装置でもよい。

一体型磁石／ヒータ装置はさらに温度センサを備えてもよい。装置はさらに、装置を設定可能な温度制御を備えてもよい。

好適実施形態では、装置は細長い本体であり、磁石は細長い本体の一端に配置される。磁石は細長い本体の一端に配置してもよい。代替的には、磁石は加熱要素の周囲に配置してもよい。

例えば、加熱要素は棒磁石のコアに組み込んでもよく、これは、ビーズ又は粒子の輸送、又は容器又はチャンバの内容物の加熱という両方の目的で使用してもよい。

少なくとも１００℃まで有効な磁界の強さを有し、水性反応のために十分な磁石が選択される。好適には、磁石は永久磁石である。

上記の実施形態の何れかでは、ビーズ又は粒子の輸送、又は容器又はチャンバの内容物の加熱という両方の目的で、一体型磁石／ヒータ装置を使用してもよい。

その場合、機器内に配備された時磁石を覆うように利用される使い捨て式シースは、適切には上記の熱伝導性ポリマー製である。このような結合型磁石／ヒータは本発明のさらなる態様を形成し、例えば、保持された磁性粒子からの溶剤の蒸発を促進し、液体を加熱して試薬の分解を助け、磁性粒子の表面に結合した成分（特に核酸）の脱離を助け、液体の脱ガス処理を行い、また例えば核酸を放出するために細胞材料の抽出を遂行又は支援するために使用してもよい。

本発明の第２の態様は、試料の準備又は分析のための機器であって、該機器が、
１つ以上の試薬又は試料チャンバと、
１つ以上の試薬又は試料チャンバに対して移動可能な一体型磁石／ヒータ装置とを備える機器を提供する。

機器は、シールされた試料容器を保持するのに適した本体部分を備えるカートリッジと、前記カートリッジを受け入れるのに適した機器とを備えてもよい。

本発明の第３の態様は、試料の準備又は分析のための機器であって、該機器が、
１つ以上の試薬又は試料チャンバと、
再利用可能な処理構成部品と、
使用される間に再利用可能な処理構成部品を覆うのに適したシースとを備える機器を提供する。

使用前の処理構成部品の上に、使い捨て式のシースを配置することによって、再利用可能な処理構成部品を繰り返し使用することによる汚染の危険を最小化できることを出願人は発見した。すなわち、特定の化学的、生化学的手順又はアッセイの際に、ヒータのような処理構成部品を繰り返し使用する場合、新しい使い捨て式シースを適切にはその都度利用する。

機器は、シールされた試料容器を保持するのに適した本体部分を備えるカートリッジと、前記カートリッジを受け入れるのに適した機器とを備えてもよい。

この種のシースは適切には、上記の機械要素と同様に１つ以上の試薬又は試料チャンバを収容するカートリッジ上に脱着可能に収容されるので、容易に利用可能であり、同様のアームを使用してアクセスし位置決めすることができる。したがって、例えば、必要に応じて機器の可動アームのフォークと相互作用して処理構成部品の周囲の位置に持ち上げられるように、シースにリップ又はフランジを設けてもよい。

使用後、シースは、廃棄するためにカートリッジに戻すか、又は直接廃棄してもよい。

シースは適切には、プラスチック又はエラストマー材料から製造され、再利用可能なヒータと共に使用することを意図している場合、熱効率の損失を最小化するため、好適には、例えば窒化ボロンを充填したプラスチック又は市販の「クールポリマー」といった熱伝導性プラスチックから製造される。

本発明の第４の態様は、使用する間に機器の再利用可能な処理構成部品を覆うのに適したシースを提供する。こうしたシースは本発明のさらなる態様を形成する。

機器内にヒータが提供される場合、ヒータは適切には温度センサを組み込んでいるので、ヒータが浸漬される試薬又は試料の温度を決定できる。上記のシースを使用する場合、センサの示度が正確になるように機器の何らかの較正が必要になる。

シースと組み合わせて使用する際にヒータを較正する適切な較正方法は、ヒータを収容したシースを液槽（例えば水槽）に浸漬するステップと、ヒータの温度を変化させるステップと、ヒータの熱センサの温度示度と液槽の温度とを記録するステップと、ヒータの熱センサの温度示度と液槽の温度との間の相関を使用して較正データを提供するステップとを備える。

データを使用して、センサ信号を正確な温度に変換するか、又は熱センサからの信号のための数学的変換を算出するためのルックアップテーブルとしてソフトウェアで使用される較正ファイルを作成できる。

特定の実施形態では、機器がビーズ又は粒子を１つのチャンバから別のチャンバに移転させる助けになる磁石を含んでいる場合、１つの要素が両方の機能を満たせるように、ヒータを磁石に組み込んでもよい。例えば、加熱要素を棒磁石のコアに組み込んでもよく、棒磁石は、ビーズ又は粒子の輸送及び容器又はチャンバの内容物の加熱という両方の目的で使用してもよい。

その場合、機器内に配備された時磁石を覆うように利用される使い捨て式シースは、適切には上記の熱伝導性ポリマー製である。このような結合型磁石／ヒータは本発明のさらなる態様を形成する。

また、カートリッジは適切には、試料に対して行う必要のある後続の手順で有用なさらなる要素を収容している。

こうしたさらなる要素は、試料の分析を継続するために必要な試薬又は材料を保持する１つ以上の試薬チャンバを含んでもよい。後続の手順で使用される洗浄剤、希釈剤又は緩衝剤並びに試薬を含むこうした試薬又は材料は、適切には試薬チャンバに事前に計量分配される。

例えば、細胞を含むことが疑われる試料から核酸を抽出するため試料の準備が必要な場合、こうした試薬は、例えば、カオトロピック塩、バクテリオファージ、酵素（凍結乾燥されていることもある）、洗剤、抗生物質等といった溶解試薬を含んでもよい。後続の手順が試料の分析を必要とする場合、カートリッジ上のさらなる反応チャンバ内に、染料、抗体、酵素（例えば、ＰＣＲのためのポリメラーゼ酵素を含む）、緩衝剤、マグネシウム塩のような塩といった他の試薬を含んでもよい。しかし、考えられる試薬の範囲は非常に広く、それらは、試料に対して行う化学的又は生化学的反応又は分析又はアッセイの性質に応じて「ケースバイケース」で選択される。

試薬は固体又は液体の形態で存在しうるものである。固体の形態で事前に計量分配する場合、試薬は固体粉末、ビーズ、カプセル又はプレスされた錠剤でもよく、また当該技術分野で周知のシリカビーズのように、磁性粒子又はビーズに付着したものでもよい。

事前に計量分配された試薬を収容する試薬チャンバは、例えば、カッタを使用して機器内で穿孔可能なフォイルシールを使用して適切にシールされる。それらは機器と一体化してもよいが、特に好適な実施形態では、カッタは、カートリッジの、例えば本体部分の適切な形状の凹部又は開口内に脱着可能に収容されるので、実行される個々の化学的又は生化学的反応、分析又はアッセイに関連して利用できる。

また、特に使い捨て式のこともある、試料のさらなる化学的又は生化学的反応、物理的処理、分析又はアッセイにおいて有用であるか又は他の形でそれらの助けになる、カッタ以外の機械要素も、カートリッジ上に脱着可能に収容してもよい。こうした要素は、ピペッタ、磁石又はそれらのためのシースといった、試料、試薬又は材料を１つのチャンバから別のチャンバに移動するために必要な装置、並びに、化学的、生化学的又は分析的手順又はアッセイの過程でチャンバへの導入が必要になることがある、フィルタ、ストッパ、ミキサ、キャップ等といった小型装置を含んでもよい。

また、望ましい場合、手順の中でいつでも、試薬又は試薬混合物を処理して望ましい物理的状態にするために必要なことがある、ヒータ、ソニケータ等といった処理構成部品も、カートリッジ上に脱着可能に収容してもよい。

カッタ、ピペッタ、磁石又はそれらのためのシース及び以下さらに説明する他のシース、並びに上記の処理構成部品は、以下集合的に「可動構成部品」と呼ぶ。

この場合、機器には、化学的、生化学的、分析的又はアッセイの手順において必要な機能を満たせるように、必要に応じて可動構成部品にアクセスしそれを動かす手段が設けられる。すなわち、機器は、カートリッジ上の何らかの可動構成部品と相互作用できる可動アームを備えてもよい。

例えばロボットアームである、可動アームには、適切には把持装置が設けられているので、カートリッジ上に収容された何らかの可動構成部品を捕まえて関連する凹部又は開口から持ち上げることができる。適切な把持装置は当該技術分野で周知である。それらは、可動構成部品上に適切に配置されたフランジと脱着可能に相互作用できるフォーク型要素を含んでもよいが、また、可動構成部品のうち１つの露出した上部の周囲で閉じることのできる制御可能把持アームを備えてもよい。また、可動構成部品は、把持アームと相互作用して動きの助けになるように配置されたフランジ又は凹部といった特定の適応構造を含んでもよい。

機器は、アーム上に保持された可動構成部品がカートリッジ内の適切な反応又は試薬チャンバの上に配置できるように設計されている。これを達成するため、アームは横方向及び垂直方向に動かすことができる。しかし、特定の実施形態では、アーム自体は、垂直方向である単一の方向にしか動かせず、反応チャンバ、試薬チャンバ及び可動構成部品を含むカートリッジ上の各要素の上にアームを直接配置して、望ましい一連のイベントを行えるようにカートリッジを横方向に動かせる、カートリッジのための運搬手段が、適切には機器の一部として提供される。アームが横方向及び垂直方向に動かせる場合、カートリッジのための水平輸送手段に対する要求が減らせることがある。

このようにしてヒータ又はソニケータといった電動処理構成部品が供給される場合、処理構成部品と機器のアームとの間の接続が処理構成部品の使用時に電力を提供するのに十分な電気接続を提供するものであれば有用なものとなりうる。しかし、こうした要素はより好都合には機器自体の中に収容し、例えば必要な時にカートリッジ上の適切なチャンバに供給されるように配置してもよい。必要に応じてカートリッジ上のチャンバに関連して構成部品を配置できるようにするため、ヒータ又はソニケータといった処理構成部品を固定したアーム自体又はアームの付属物を使用してもよい。

また、機器は、熱サイクラ、蛍光計のような光学読み取り装置及び、カートリッジ又は機器内の何らかのチャンバからの信号を収集、分析及び／又は記録するように配置されたデータ処理装置のような装置を備えてもよい。機器内の適切な装置の選択及び配置は、実行される化学的及び生化学的反応又はアッセイの性質に依存し、当業者の裁量の範囲内である。

カートリッジ上に多数の可動構成部品及びチャンバを含めることによって、カートリッジを備える主として自立型のユニットで試料の準備及び／又は分析を実行できる可能性が開かれる。こうしたユニットは、全てのチャンバが可動構成部品である場合を含めて、さらなる汚染の危険を回避するため、使用後容易に廃棄できるようにしてもよい。さらに、単一のカートリッジでアッセイを行うことによって、例えば標準バーコード標識システムを使用して試料の導入時にカートリッジ自体に標識を付けることができ、分析手順を通じて標識が試料に付いた状態になるので、試料に標識を付ける際の誤りの危険を減らすことが可能になる。

関連する構成部品、試薬等を適切な順序で互いに接触するように移動させるべく機器をプログラミングすることによって、全ての処理は適切には自動的に実行される。例えば、国際公開公報第２００５／０１９８３６号（特許文献１）に記載のように、試料に対して核酸抽出手順とそれに続くＰＣＲ反応を行ってもよい。しかし、機器を適切に設計しそれをしかるべくプログラミングすることによって、本発明を使用して、安全な試料供給が必要な多くの他の手順を企てることができる。こうしたロボット技術の応用は当該技術分野で周知である。

処理がＰＣＲのような熱サイクルステップを含む場合、機器は適切には熱サイクル装置を含む。熱サイクルが実行される容器は、必要な場合カートリッジ上に配置してもよい。しかし、代替的には、カートリッジ上で試料の準備だけが実行されるようにカートリッジと機器を配置する場合、特に適切な配置は、（例えば国際公開公報第２００５／０１９８３６号（特許文献１）に例示されているように）準備された試料が脱着可能な反応チャンバに入れられその後それが特定の熱サイクル領域に移転されるようなものである。しかし、これは必ずしも必要ではなく、カートリッジ上に熱サイクルを実行できるチャンバを組み込むことは、機器をさらに単純化できるという点で有利になるだろう。

（その内容が参照によって本明細書に組み込まれる）国際公開公報第９８２４５４８号（特許文献２）に記載され特許請求されるように、特にＰＣＲ反応で熱サイクルのためのヒータとして導電性ポリマーを使用する場合、ＥＣＰ（導電性ポリマー）は、カートリッジ上に収容され、必要な場合脱着可能に収容される反応チャンバに容易に組み込むことができるので、本出願のシステムと共に使用される特に小型で汎用性のあるシステムが提供される。

一般に、ＥＣＰを使用して、試料を受け入れる比較的広口の上部とその後反応容器として機能する下部がシールされた毛細管との本質的に２つの部分を備える反応容器をコーティングする。両端に電気接点を配置した場合、少なくとも下部がシールされた毛細管は、高度に制御可能な抵抗ヒータとして有効に機能するＥＣＰを備える。

本発明を添付の図面を参照して例示によって詳細に説明する。

本発明のシステムにおいて有用なカートリッジの平面図を示す。 試料容器を受け入れようとしている、本発明のシステムにおいて有用なカートリッジの概略透視図である。 試料容器をホルダ内の定位置に配置した図２のカートリッジの透視図である。 「閉」位置にある図３のカートリッジの透視図である。 図４のカートリッジの端面図である。 図３のカートリッジの端面図である。 化学的、生化学的又は他の種類のアッセイ又は処理を行いうる機器内に本発明のカートリッジを導入しうる方法を示す概略図である。 機器の受け入れ部分に配置された本発明のカートリッジを例示する。 本発明のさらなる態様を形成する、毛細管を充填するシステムを例示する概略図である。 本発明で使用するシースを例示する。

図１に示すカートリッジは、剛性プラスチック材料製の、一般に長方形の部分からなる本体部分（１）を含む。カートリッジを器具内に配置する時カートリッジの位置決めの助けとなるクリップ機能が提供される。本体部分（１）の上面（３）に中央長手方向チャネル（２）が提供される。チャネル（２）は本体部分（１）の一端で開いているが本体部分の端部リッジ（４）で終わっており全長にわたって延びてはいない。チャネル（２）は一般に湾曲した基部（５）を有し、シールキャップ（７）を付けたチューブ（６）を収容できるような形状である。チャネル２は、チューブ（６）内に収容された試料がキャップ（７）に向かって流れるようにリッジ（４）に向かって下向きに傾斜している。

例示実施形態では、チューブは、支柱（９）によってキャップ（７）に固定された綿球（８）を収容している。

また、カートリッジは反応チャンバ（１０）を収容している。キャップ（７）に隣接した端部に穿孔先端を持つ穿孔針（図示せず）は、チャンバ（１０）からキャップ（７）に向かって延びる。キャップ（７）は適切には、上面に穿孔可能なメンブレン（１１）（図２）を含む。

チューブ（６）をチャネル（２）内に配置する時、キャップ（７）は穿孔針又は要素から十分に離れているので、キャップ（７）は破断しない。しかし、カートリッジ（１）は、矢印の方向にチューブ（６）の基部に圧力を印加できるアクチュエータを設けた機器（図示せず）内に配置するように設計されている。これはキャップ（７）のメンブレン（１１）を穿孔針に押し当て、穿孔針又は要素はメンブレン（１１）を通過してシールを破断する。

チューブ（６）内の液体は、針内のチャネルを通じて流出し反応チャンバ１０内に流入でき、そこで液体に対してさらなる処理を行ってもよい。しかし、この時点で操作員はチューブ（６）の内容物に接触しないので、汚染の危険は最小化される。

また、カートリッジ（１）は側面部分に、自動分析処理で利用されうるいくつかの構成部品又は要素を含む。例えば、試料の望ましい処理のために必要となりうる緩衝剤、洗浄剤等といった液体試薬を含みうるいくつかのフォイルでシールされたリザーバ（１２）を収容する。他のもの（１３）は、試料の後続の処理で有用なＰＣＲビーズ等の固体試薬といった試薬を含んでもよい。

さらに、この場合、カートリッジは、例えば必要に応じてカートリッジ上の１つのチャンバから別のチャンバに磁性試薬ビーズを移動させるために使用される磁石の上に装着しうる、２つのピペッタ１４，ストッパ１５及びシース１６を含む一連の可動構成部品を含む。これらの可動構成部品は、本体部分（１）の上面（３）の適当な形状の開口内に収容される。これらは、機器の把持アームでアクセスできるように、上部領域が上面（３）の上に突出するように配置されている。それらには、例えば国際公開公報第２００５／０１９８３６号（特許文献１）に記載のように、アクセスの助けとなる、又は持ち上げ操作を支援する適切な環状フランジを設けてもよい。

また、この場合、カートリッジ（１）には、導電性ポリマーでコーティングされているので、適切な電源に接続されると、内容物にＰＣＲのために必要な熱サイクル手順を受けさせることができる反応容器（１７）が提供される。

この容器の配置は、以下他の例示実施形態を参照して詳細に論じる。

図２に例示されるカートリッジは、特定の機器及び実行される化学的、生化学的又は分析手順又はアッセイに適合するためわずかに異なって配置されているものの、多くの共通要素を収容している。しかし、この場合、チューブ（６）のためのホルダ（１８）が提供される。ホルダ（１８）もチューブ状の形状であり、キャップ（７）が端部に当接するようにチューブ（６）を保持できる（図３）。

ホルダ（１８）は、チャネル（２）の自由端に配置された止め金（２０）（図５及び図６）によって、直立の試料容器受け入れ位置でカートリッジ本体（１）に対して保持してもよい。

一旦チューブ（６）がホルダ（１８）に装着されると、ホルダ（１８）は止め金（２０）から取り外され、チャネル（２）に挿入される。ホルダ（１８）の側面に提供されたフランジ（１９）は、チューブ（６）がホルダ（１８）にきちんと装着された時だけ、本体部分（１）のリッジ（４）内の対応する溝にスナップ式に固定される配置で係合するように配置されている（図４）。

この時点で、チューブ（６）及びキャップ（７）はカートリッジ及びホルダ内に実質上完全に収容されてアクセスできないので、破断したりすることはない。カートリッジを識別するバーコードリーダのラベルのための空間（２２）と、試料チューブ上のバーコードを読めるようにするための窓（２３）を、それぞれフランジ（１９）及びホルダ（１８）に提供してもよい。

試料ラベルはこの時点でカートリッジに貼付してもよく、例えば、バーコードラベルを、分析手順を通じて試料を追跡する助けとなるように、本体部分（１）の端部領域（２１）に貼付してもよい。

ホルダ（１８）の基部は小さな開口（２４）を含む（図５）。開口（２４）は、カートリッジが導入される機器のアクチュエータが通過して、リッジ（４）の領域に提供される穿孔針又は穿孔要素に向かってチューブ（６）を押すことができるような形状である。

一旦アクチュエータが開口（２４）を通過すると、カートリッジは有効に「ロック」されて開かなくなる。その後アクチュエータを引き抜くと、試料チューブは、少なくとも分析手順が修了するまで定位置に残る。

カートリッジ（１）は、適切な機器の受け入れ部分に受け入れられるような形状である。これは図７に概略が例示されている。この場合、機器（３６）のカートリッジ受け入れ部分は、カートリッジ（１）がきちんと嵌合する凹部（３８）を設けた支持体（３７）を備える。支持体（３７）は、処理のため機器（３６）の本体内に格納可能である。カートリッジ（１）の特定の部分の位置を、垂直方向に移動可能なこともある相互作用要素（３９）の位置と合わせるため、支持体（３６）自体も移動可能である（矢印参照）。

同様の配置を図８に例示する。この場合、カートリッジ（１）には、カートリッジが凹部（３８）の中で定位置にある時支持体（３７）の上面に係合するリップ（４０）が設けられている。ホルダ（１８）は、支持体（３７）が機器の本体内に格納された時、チューブ（６）を開放するためのアクチュエータが開口（１１）を通じて進入し、処理手順の前に試料を試料容器（１０）に放出できるように配置されている。必要な場合、支持体（３７）上の定位置にカートリッジ（１）を固定するためロック又は他の係合手段を提供してもよい。

したがって、使用する際、例えば化学的、生化学的分析、調査又はアッセイのため試料が収集される。液体試料の場合、試料は、キャップ（７）でシールされたチューブ（６）に直接適切に配置されている。好適には、特に実行される調査の性質が定量的なものである場合、試料の体積は既知又は測定済みである。液体試料を計量する助けとなり、試料の体積が必要な限度内にあることを確認する手段を提供するため、試料チューブには、最大及び最小の充填線を刻印してもよい。試料が綿球上に収集された場合は、綿球（８）自体を適切かつ好適には既知の体積の溶離剤と共にチューブ内に配置してからキャップ（７）でシールする。その後チューブを適切に振盪して試料が綿球（８）から溶離剤に移転されるようにするが、これは、液体の体積が十分で綿球が液体に浸漬した状態に保持される場合必要ないことがある。

その後、すぐに、又は研究室に到着すると、チューブ（６）はカートリッジのホルダ（１８）内に配置される。その後ホルダをカートリッジの本体部分（１）のチャネル（２）に挿入し、カートリッジ自体に標識を付けてから、（試料の化学的、生化学的又は分析的手順又はアッセイを行うために必要な手順を行うように設計された）機器の適切なカートリッジ受け入れ部分に配置する。

この時点で、機器のアクチュエータは、ホルダ（１８）の基部の開口（２４）を通過し、カートリッジのリッジ端部にある中空の穿孔針又は他の穿孔要素に向かってチューブ（７）を押し付ける。アクチュエータ（２４）によってチューブ（６）に十分な圧力が印加され、針又は穿孔要素によってキャップ（７）のゴムシール（１１）が破断するようにする。

チューブ（６）はリッジ（４）に向かって下向きに傾斜しているので、チューブ（６）内に収容された液体は中空の穿孔針又は穿孔要素を通じて直接カートリッジ上の反応チャンバ（１０）に流入する。

その後、機器は、例えば、当該技術分野で知られているロボット手順を使用して処理を行うことができる。垂直に移動可能なアームが適切に使用されて処理を行い、その一方でカートリッジも、カートリッジ上の適切なチャンバ又は構成部品の位置がどの時点においてもアームの位置に合うように、例えば直交運動によって移動可能である。

個々の場合に必要なことは、カートリッジ上の試薬容器及び上記の可動構成部品のような適切な他の構成部品がカートリッジ上に提供されるか又は適切に機器に一体化されるようにすることだけなので、この手順を使用したアッセイ設計の可能性は無制限である。

この手順の個々の例は国際公開公報第２００５／０１９８３６号（特許文献１）に例示されている。

しかし、この手順を要約すると、対象の細胞を含むことが知られているか又は疑われているチャンバ１０内の試料に対して細胞溶解が行われる。これは、例えば、塩酸グアニジンのような化学溶解剤をチャンバ１０にあらかじめ充填すること、例えばピペッタ１４を使用して試薬容器から取り出した試薬を加えること、適切には機器と一体化されたソニケータを導入すること、又はそれらを組み合わせて行うことによって達成してもよい。試薬がカートリッジ上のシールされた容器１２から得られる場合、カッタでフォイルの蓋を穿孔することによって試薬にアクセスしてもよく、カッタ自体はカートリッジ上の可動構成部品であってもよく、また機器の一体化した部品であってもよい。

例えば、（例えばビーズを容器から取り出すために）磁石の引力が必要な時シース１６に挿入されてビーズに接触し、例えば一旦シースが反応チャンバ１０の内部に配置されビーズを堆積させる必要がある時シースから取り出される磁石を使用して、「Ｍａｇｎｅｓｉｌ（登録商標）」シリカビーズのような、個々の対象検体又は一般に核酸に固有の抗体のような結合材によって適切にコーティングした磁性ビーズが導入される。

何らかの核酸のような検体は、ビーズに付着させた後、反応チャンバ（１０）から取り出して別の反応チャンバに配置してもよいが、この別の反応チャンバは、検体を加える前に適切なカッタでシールが破断されるまでフォイルでシールされていたものである。この時必要であれば、ビーズは必要に応じてカートリッジ上に存在している１つ以上の洗浄チャンバを通過して移動させてもよい。

その後、例えば、チャンバ内に収容されている好適には高温である溶離剤にビーズを加えることによって、検体をビーズから溶離させてもよい。機器上に提供され、好適には上記のように保護用の使い捨てシース１６に収容されたヒータを導入することによって、溶離剤の加熱を行ってもよい。しかし、これを行わない場合、検体に対して、必要に応じてカートリッジ上に存在している反応チャンバに収容されうる洗浄剤を使用した洗浄ステップを行ってもよい。

シース（１６）は、図１０により詳細に図示されており、下端（４２）でシールされた中空の円筒形本体（４０）を備える。上端（４４）は、機器の可動アームのフォークと相互作用できるフランジ（４６）によって取り囲まれた開口部を有しており、シースは必要に応じて処理構成部品（例えばヒータ）の周囲の位置に持ち上げることができる。シースは、カートリッジの開口内に配置された時、フランジ（４６）がカートリッジの上面の上に突出するような寸法である。シースは、例えばクールポリマーズ社（Ｃｏｏｌ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，Ｉｎｃ．）から入手可能な「クールポリ（ＣｏｏｌＰｏｌｙ）」材料のような熱伝導性プラスチック又はエラストマー材料から製造されるので、内部に配置されたヒータからの熱はシースを通じてチャンバの内容物に伝わるようになる。シースは好適には０．２５ｍｍ〜０．７５ｍｍの範囲内の厚さを有し、この厚さは熱伝達を助ける。

カートリッジ内で使用される結合型ヒータ／磁石（５２）を図１１及び図１２に例示する。図１１はヒータ／磁石組立体の側面図を示し、図１２は組立体の下部を断面図で示す。結合型ヒータ／磁石（５２）は、加熱要素を収容する熱伝導性（好適には軟鋼）ケーシング（５４）を持つ細長い本体（５０）を有する。組立体本体（６６）は、細長い本体（５０）の一端に位置し、細長い本体（５０）をアクチュエータアーム（７０）に固定するクランプ（６８）が設けられている。絶縁シム（７２）はクランプ（６８）を細長い本体（５０）から分離する。

加熱要素は、例えば、適切なヒータ要素（６４）の側面図である図１３に示すように、結合型ヒータ／磁石組立体のケーシング（５４）に挿入される。適切な加熱要素は、例えば、アンテックス（Ａｎｔｅｘ）社が供給する５０Ｖ加熱要素、部品番号ＳＤ５０Ｅのような半田ごてで使用されるものである。こうした加熱要素は通常、例えば酸化マグネシウム又はセラミックである絶縁材料に埋め込まれた抵抗性ワイヤを有する。

また、一体型温度センサ（図示せず）も供給され、温度の制御を可能にする。電気接点（５８）は加熱要素（６４）から組立体本体（６６）を通じて延び、加熱要素（６４）及び温度センサに電力を供給する。結合型ヒータ／磁石組立体は、矢印が例示するようにアクチュエータアーム（７０）によって移動させてもよい。代替的には、組立体本体（６６）には、機器の可動アームのフォークと相互作用して結合型ヒータ／磁石を動かすことができるフランジ（図示せず）を設けてもよい。

図１２は、結合型ヒータ／磁石の細長い本体（５２）の断面図を示す。永久磁石（６２）と加熱要素（６４）はケーシング（５４）内に配置される。永久磁石（６２）は組立体本体（６６）の反対側の端部に配置される。永久磁石は、１８０℃以上まで磁界の強さを維持する市販品である。Ｎ２７ＳＨグレード焼結ネオジウム鉄ボロンディスク磁石のような適切な磁石は、ＭＭＧマグデブ社（ＭＭＧ Ｍａｇ Ｄｅｖ Ｌｉｍｉｔｅｄ）から入手可能である。ＰＣＲ反応は水性反応なので、磁石は１００℃まで磁界の強さを維持できるだけでよい。

また、例えば、特に試料から抽出した精製核酸を含む適切な緩衝剤をＰＣＲ試薬の凍結乾燥ビーズに加えることによって、ＰＣＲ反応を実行するのに適した試薬を反応チャンバ内に準備してもよい。ここでも、適切な試薬の移転が行われるように、カッタ、ピペッタ等といった要素を動かすことによってこうした手順を機器内で自動的に行ってもよい。

一旦カートリッジ上で準備されると、ＰＣＲ反応混合物は、ＥＣＰコーティングの結果熱サイクル可能な反応チャンバ１７に適切に移転される。充填は改良されたピペッタによって達成され、その手順は図７に例示されている。

例示するように、ピペッタは、機器のアームでピペッタを収集する際に助けとなる一連の環状フランジ（２６）が設けられたプラスチック本体（２５）を備える。キャップ部材（２７）は、機器に提供されたアクチュエータと相互作用して、ピペッタの制御された動作を可能にすることを意図した突起（２９）の付いた弾性上部ダイアフラム（２８）を有する。

ピペッタの下部（３０）は実質上細長く、毛細管（３１）に入る十分に小さな直径のものである。毛細管（３１）は下端（３２）でシールされており、閉じた反応容器を形成している。下面（３２）は適切には、容器内で実行される反応の進行が見えるように透明である。このことは、例えば、蛍光信号系の存在下でＰＣＲが実行される場合、ＰＣＲを終始監視できるということを意味する（リアルタイムＰＣＲ）。反応容器の上部（３３）は広がった断面を有するが、上部（３３）と毛細管（３１）との接合部の壁は、ピペッタ（３０）の下部が毛細管（３１）に入る時ガイドを提供するようにテーパが付いている。

導電性ポリマー層（３４）は毛細管を取り囲んでおり、上部及び下部の電気接点（３５、３６）によって電源に接続可能である。

使用する際、アームとフランジ２６との相互作用によってカートリッジ内のハウジングからピペッタ１４を持ち上げ、準備されたＰＣＲ反応混合物を収容した反応チャンバの中に下ろす。ステッピングモータによって駆動されるピペッタアクチュエータがダイアフラム（２８）を押すように配備され、反応混合物をピペッタ本体（２５）内に吸い上げる。

その後、機器の可動アームによってピペッタをチャンバから持ち上げて、ピペッタが反応容器（１７）の上に位置するようにカートリッジを移動させてから、ピペッタ（１４）の下部（３０）が実質上毛細管の基部（３２）の位置に来るまで下ろす。

ダイアフラム（２８）用のアクチュエータをもう一度作動させて、内容物を反応容器（１７）内に追放する。同時に、反応容器（１７）からピペッタ（１４）を持ち上げるようにアームを配備する。気泡を立てずに充填するために適切な速度でピペッタ（１４）が毛細管（３１）を離れるように、アームとアクチュエータの動きを連係させる。

適切な制御用ステッピングモータを使用した結果得られる精度と制御性は、こうした動作が可能であることを意味している。

一旦このようにして反応容器（１７）を充填したら、適切なキャップ又はストッパを上部（３３）に取り付けて容器を閉じてもよい。さらに移動させず、反応容器（１７）内で、例えばＰＣＲ反応である熱サイクル処理を行えるように、電気接点３５、３６を接続してもよい。

適切には、ＰＣＲは、Ｔａｇｍａｎ（商標）又はＲｅｓｏｎｓｅｎｓｅ（商標）法といった従来の信号系の１つを含み、これは管の透明な基部（３２）を通じて監視される。

一旦完了したら、カートリッジは機器から取り外して廃棄してもよい。

したがって、本出願で説明したシステム及び要素は、特に化学的、生化学的又は分析的アッセイにおいて多様な手順を行い、その一方で導入されうる汚染と偽陽性の結果が出るリスクを最小化する有効で効率的な方法を提供する。

Claims (16)

1. 一体型磁石／ヒータ装置。
2. さらに、
   加熱要素と、
   磁石とを備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記加熱要素が抵抗性装置である、請求項２に記載の装置。
4. さらに、温度センサを備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. さらに、前記装置の温度を設定可能な温度制御を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記装置が細長い本体であり、前記磁石が前記細長い本体の一端に配置される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記装置が、前記磁石が前記加熱要素の周囲に配置される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
8. さらに、前記永久磁石が、少なくとも１００℃まで有効な磁界の強さを有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 試料の準備又は分析のための機器であって、前記機器が、
   １つ以上の試薬又は試料チャンバと、
   前記１つ以上の試薬又は試料チャンバに対して移動可能な、請求項１〜８のいずれか１項に記載の一体型磁石／ヒータ装置とを備える機器。
10. 試料の準備又は分析のための機器であって、前記機器が、
    １つ以上の試薬又は試料チャンバと、
    再利用可能な処理構成部品と、
    使用される間に前記再利用可能な処理構成部品を覆うのに適したシースとを備える機器。
11. 前記シースが前記機器上の可動構成部品として提供される、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記シースが熱伝導性プラスチック又はエラストマー材料製である、請求項１０又は１１に記載のシステム。
13. 前記再利用可能な処理構成部品がヒータ又はソニケータを備える、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載のシステム。
14. 使用される間において機器の再利用可能な処理構成部品を覆うのに適したシース。
15. 前記処理構成部品がヒータ又はソニケータである、請求項１４に記載のシース。
16. 前記処理構成部品がヒータであり、前記シースが熱伝導性プラスチック又はエラストマー材料製である、請求項１４又は１５に記載のシース。

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