JP2013532824A - エバネッセント場内における励起後の蛍光放出の測定によって液体標本内のターゲット分子を検出するための測定カセットおよび測定デバイス - Google Patents

Abstract

本発明は蛍光放出の測定によって液体標本内のターゲット分子を検出するための測定デバイス内に挿入する交換可能な使い捨て測定カセットに関し、前記測定カセットは、フロー測定セルを有し、それの中において、前記測定デバイスによって提供される励起放射が、前記液体標本と測定セルの境界表面（１９）を越えて前記液体標本内にエバネッセント場を生成する。前記測定セルから液体標本が前記測定デバイス内へまったく入り込めないようにするために、特に蛍光検出器または励起源にまったく到達しないようにするために、本発明は前記測定カセットが光学的透過性材料の本体（１）および前記本体の下側に隣接して位置するベース（９）を包含すること、前記測定セルが前記本体内、前記ベース内、または前記本体内および前記ベース内の両方に備えられた窪みによって形成されること、およびこの窪みの周囲における前記本体と前記ベースが互いに接する関係にある領域が、レーザ溶接によって互いに直接、かつ流体密態様で接合されることを提供している。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛍光放出の測定によって液体標本内のターゲット分子を検出するための測定デバイス内に挿入する交換可能な使い捨て測定カセットに関し、それにおいて測定カセットはフロースルー測定セルを有し、それの中において、測定デバイスによって提供される励起放射が、液体標本と測定セルの境界表面の裏側の液体標本内にエバネッセント場を生成する。それに加えて本発明は、その種の測定カセットの製造のためのプロセス、およびエバネッセント場内における励起後の蛍光放出の測定によって液体標本内のターゲット分子を検出するための測定デバイスに関し、それにおいて当該測定デバイスは、上記の測定カセットのための挿入シャフトを有する。さらにまた本発明は、上記の測定カセットまたは上記の測定デバイスが使用されるエバネッセント場内における励起後の蛍光放出の測定によって液体標本内のターゲット分子を検出するための方法にも関する。

上記のタイプの測定カセットまたは測定デバイスを用いると、エバネッセント場内における励起後の蛍光放出を測定することによって、液体標本内のターゲット分子を定性的に、または定量的に記録することが可能である。ここで述べているターゲット分子は、エバネッセント場励起によってそれ自体が蛍光放射を放出することが可能であるか、またはそれ自体での放出が可能でない場合には、蛍光マーカーとの結合によって適切に検出可能にすることが可能である。

エバネッセント場内の蛍光励起においては、適切な波長の光（励起放射）が、分析されるべき液体標本と光学的透過性材料の表面の間の境界表面に向けて、液体標本内におけるエバネッセント場の同時発生を伴って励起放射が全反射されるように指向される。エバネッセント場は、液体標本と相互作用し、この場の中に存在するフルオロフォアを励起して蛍光放射させることが可能である。この蛍光は、検出器を用いて記録することが可能である。

このタイプの測定を実行することが可能な測定デバイスは、先行技術からすでに周知である。特許文献１および特許文献２は、エバネッセント場励起を使用して蛍光イムノテストを実行するためのデバイスについて述べており、それにおいては、キュベットの形式で構成された受け入れ領域の境界表面上に、全反射のために適した角度で光ビームが指向され、当該受け入れ領域は、光学的透過性のベース・プレートとカバー・プレートの間に配される。ここでの受け入れ領域は、好ましくは、０．００１ｍｍから０．５ｍｍまでの間の厚さを有し、ベース・プレートとカバー・プレートの間に配されるスペーサによってそれが定義される。この状況に関して言えば、当該スペーサが、好ましくは接着性フィルムが両面に備えられた薄い箔であるか、または薄い接着性フィルムであり、それらは、一方においてベース・プレート上に積み重ねることが可能であり、他方においてカバー・プレート上に積み重ねることが可能である。

上で述べた先行技術からのデバイスにおいては、透過性のベース・プレートを通して励起放射がもたらされ、蛍光放射が、同様に透過性のベース・プレートを通じて下向き方向に現われる。相応じて、蛍光放出の記録のための検出器および励起源は、ベース・プレート、スペーサ、およびカバー・プレートによって形成される測定セルの下方に配される。

先行技術からの、接着性の箔または接着性フィルムを伴うシステムの欠点は、接着性の箔および接着性フィルムが、限定された貯蔵安定性しか有せず、その結果、長い貯蔵期間の間に材料に変化を生じることがあり、ある種の状況下においてはそれが、たとえば接着性の箔または接着性フィルム内の小さい割れに起因して測定カセット上に非流体密エリアを生じさせることさえあり得る。その種の非流体密エリアが生じた場合には、測定セル・アレンジメントから液体標本が漏れ出し、測定デバイス内に入り込む可能性がある。上記の先行技術からのデバイスの場合においては、このとき、たとえば、測定セルの下方に配された蛍光放出検出器または同様にこの領域内に配された励起源の上に標本が垂れ落ちる可能性があり、それが蛍光検出に障害を導き、したがってその先のすべての測定に障害を招く可能性がある。

それに加えて、接着性フィルムを伴うその種のデバイスは、接着性フィルムの適用の自動化が困難を伴って初めて可能となるものであることから、大きな手作業の努力を伴ってのみ製造することが可能となる。

さらにまた従来的に接着性フィルムは柔軟材料から作られ、それが特定の状況下において時間の経過とともに弛緩し、その結果として測定セルの高さが変化することがある。先行技術から周知の接着性の箔または接着性フィルムを伴うシステムは、したがって、測定セルの高さが時間を経て変化し、かつベース・プレートおよびカバー上において支持する圧力の量に依存して変化する可能性があり、それが望ましくない測定の誤りに結び付くことがある。

したがって、液体標本が励起されて蛍光放出する測定セル内の領域から蛍光検出器へ標本の液体がまったく到達可能でないことを保証するために、先行技術から周知となる、蛍光放出の測定によって液体標本内のターゲット分子を検出するためのデバイスにおける改良が必要とされていた。

独国特許発明第１９６ ２８ ００２号明細書 独国特許発明第１９７ １１ ２８１号明細書

したがって、本発明は、測定セルから標本の液体が測定デバイス内にまったく入り込めないこと、特に、蛍光検出器または励起源にまったく到達し得ないことをより良好な程度まで保証する蛍光放出の測定によって液体標本内のターゲット分子を検出するためのデバイスを提供することを目的とする。

この目的は、本発明により、前述したタイプの測定カセットを提供することによって達成され、それにおいては、測定カセットが光学的透過性材料の本体、および本体の下側に隣接して位置するベースを包含し、測定セルが本体内、ベース内、または本体内およびベース内の両方に備えられた窪みによって形成され、この窪みの周囲における本体とベースが互いに接する関係にある領域が、レーザ溶接によって互いに直接、かつ流体密態様で接合される。

先行技術から周知となるデバイスの測定セルとは対照的に、本発明による測定カセットの測定セルは、光学的透過性領域が、それの上側の面に、本体の光学的透過性材料によって提供されるように構成される。蛍光励起および、相応じて蛍光測定は、本体の光学的透過性材料を通じて上方からもたらされる。相応じて蛍光検出器は、測定セル領域の上方に配することが可能であり、そのことが、測定セルの領域から漏れ出す標本の液体が蛍光検出器に到達することを回避する。さらにまた、光学構成要素が測定セルの下方に配された場合には、それらが塵埃によってより容易に汚染される。上方から作用する光学システムが使用される場合には、塵埃により光学構成要素が汚染される危険が有意に低くなる。

それに加えて標本の液体が測定セルの領域から測定デバイス内にまったく入り込まないことを確保するために、本発明はさらにまた、レーザ溶接によって互いに直接、かつ流体密態様で接合される測定セルを形成する測定カセットの部品を提供する。いくぶんより厳密に述べれば、本発明は、測定カセットが、測定セルを形成する目的のために、光学的透過性材料の本体および本体の下側に隣接して位置するベースを包含することを規定する。この状況に関して言えば、測定セルが、本体の透過性材料内に備えられた窪みによって、またはベース内に備えられた窪みによって形成される。この状況に関して言えば、窪みが他方の特定の構成要素（ベースまたは本体）によって覆われる。その代替として、窪みを本体内およびベース内の両方に備えることも可能であり、それにおいては、一方の側の（たとえば、本体内の）窪められた領域および他方の側の（たとえば、ベース内の）窪められた領域が全体として、測定セルのエリアを形成する窪みを画定する。

いずれの場合においても、窪みの周囲の本体およびベースの互いに接する関係にあるエリアがレーザ溶接によって互いに直接、かつ流体密態様で接合される。レーザ溶接による接合は、それによってこれらの構成要素の間において、別の材料の層の介在を構成要素の間に伴わない直接接合が生成されることから、前述した先行技術の中で提供されるような測定セルの構成要素の接着を超えた利点を有する。

本発明によるところのレーザ溶接による接合は、測定セル内に存在する液体に関して測定セルがシールされることを絶対的に確保する。この状況に関して言えば、測定セル内の液体が圧力下にある場合、たとえば標本の液体が圧力を用いて測定セルを移動される場合の完全なシールもまた確保される。たとえば、本発明による測定カセットは、３００ミリバールまでの圧力の下においてさえ、完全な流体密を確保する。その逆にこれは、測定セル内における負圧状況に対しても適用される。たとえば、−３００ミリバールに至る減圧が測定セル内においてなされた場合に、測定カセットが流体密態様で閉じられていることに起因して、外側から測定セル内に空気がまったく入り込めないことが保証される。

さらにまた、レーザ溶接による接合は、先行技術から周知となる接着性の箔または接着性フィルムを介した接合より、有意に高い長期安定性を有する。

測定セルを定義する構成要素のレーザ溶接による接合は、さらに、それらの構成要素の間に配されるか、またはあてがわれなければならない、必要とされる形状の接着性の箔または層を伴うことなく、２つの構成要素だけが処理されることから、製造の観点からもまた有利である。したがって、本発明による測定カセットの製造がより良好な程度まで自動化されることが可能になる。

それに加えて、先行技術からの対応するデバイスの場合に、当該周知のデバイス内の接着性フィルムが非流体密となったときに測定セルの下方にあるすべての光学構成要素のクリーニングを行なわなければならなくなり、必要とされるクリーニング・ステップがこの構成によって省略されることから、この構成は、よりユーザ・フレンドリである。

ここで使用されている「光学的透過性」は、光学的透過性材料が励起放射および蛍光放出の両方に対して透過性であるという意味である。好ましくは、本体の透過性材料は、ガラスまたは光学的透過性プラスチックである。プラスチックの場合においては、たとえば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ、Ｒｏｈａｇｌａｓ（ロハグラス））およびポリオレフィン（Ｔｏｐａｓ（トパス）、ＣＯＣ）から選択することが可能である。好ましくは、プラスチックの場合におけるそれをレーザ溶接に適したプラスチックとするが、それにおいて、レーザ溶接に適した光学的透過性プラスチックは、当業者に周知である。

ベースが作られる材料は、好ましくはプラスチックとする。特に好ましくは、プラスチックをポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）またはポリオレフィンとする。

本体の材料がレーザ溶接に適していないガラスまたはプラスチックである場合には、ベースの材料がレーザ溶接に適したプラスチックから作られなければならない。他方、ベースがレーザ溶接に適していない材料から作られている場合には、本体の材料を、レーザ溶接に適したプラスチック材料としなければならない。特に好ましくは、本体の材料およびベースの材料を、レーザ溶接に適した同じプラスチック材料とする。

好都合には、本体およびベースがそれぞれ単一構成要素の部品であり、好ましくはそれらが、射出成形プロセスにおいて作られる。これは、これらの構成要素が異なる材料の間の継ぎ目または遷移点をまったく持たないという利点、すなわち、特にシステム内に正または負の圧力が蓄積される場合に標本の液体が漏れ出す可能性、または空気が引き込まれる可能性のある部分をまったく持たないという利点を有する。

標本の液体から注目分子を捕獲し、それらを境界表面に固定させて、そこでの蛍光の励起および測定が可能となるようにする捕獲分子が、好ましくは、本体の光学的透過性材料と標本の液体の間の境界表面の光学的領域内に配される。これのために多様な受容体−リガンド・システムを使用することが可能である。これらのシステムには、とりわけ、抗体−抗原、レクチン−炭水化物、ＤＮＡ−またはＲＮＡ−相補核酸、ＤＮＡ−またはＲＮＡ−タンパク質、ホルモン−受容体、酵素−酵素補因子、タンパク質Ｇ−またはＡ−イムノグロブリン、またはアビジン−ビオチンが含まれる。好ましくは、捕獲分子がプリント・プロセスを用いて、たとえば圧電分配システムを用いて境界表面上にプリントされる。

本発明の１つの実施態様においては、測定カセットが、測定セルと流体接触する標本チャンネルであって、その上に次に示す（ａ）乃至（ｃ）のアレンジメントのうちの少なくとも１つが備えられる標本チャンネルを有する。
（ａ）トレーサを溶解するためのゾーン、
（ｂ）標本混合領域および／または
（ｃ）液体検出領域。
それにおいて、標本チャンネルおよびそれの上に備えられるアレンジメント（ａ）、（ｂ）、および／または（ｃ）は、本体内、ベース内、または本体内およびベース内の両方に備えられる窪みによって形成され、この窪みの周囲における本体とベースが互いに接する関係にある領域が、レーザ溶接によって互いに直接、かつ流体密態様で接合される。

好ましくは、標本チャンネルの高さが３００μｍを超えない。特に好ましくは、そのチャンネルの高さが、１００μｍから３００μｍまでの範囲内となる。

好ましくは、１つまたは複数の液体検出領域（流体センサ）が標本チャンネル上に備えられる。その種の標本チャンネル上の液体検出領域は、標本チャンネル内における望ましくない気泡を検出する機能を提供するか、または標本チャンネル内における空気と標本の間の遷移を確立することによって標本チャンネルの特定のポイントに標本の液体が存在するか否かを確立する機能を提供する。

本発明の好ましい実施態様においては、光学的方法によって液体検出がもたらされ、その方法においては、光ビームの屈折を補助としてこのポイントの標本チャンネル内に空気または標本の液体が存在するか否かを確立するために、光ビームが標本チャンネルに通される。これに関して言えば、流体検出の目的のために光ビームを標本チャンネルに通すことが可能となるように、光学的透過性材料内に標本チャンネルの少なくともいくつかの部分を埋め込むことが好都合かつ有利である。好ましくは、液体検出が実行されることになる標本チャンネルの部分が、本体の透過性材料内に存在する。本発明のその種の実施態様において、ベースが光ビームに対して透過性でない材料から作られる場合には、窪み、すなわち、それを通って光ビームが標本チャンネル内に入るか、標本チャンネルに入る前または標本チャンネルの徹照後に光ビームが現われることができる窪みが、都合よくは、測定カセットのベース内における液体の検出のための光ビームのビーム路の領域内に存在する。

液体検出領域は、たとえば時間およびポンプ速度のパラメータ、またはセンサの互いに対する相対的な位置を介して、使用される標本体積の決定にも使用することが可能である。

標本内の注目分子（ターゲット分子）単独で励起されて蛍光放出することが可能でない場合には、適切な蛍光マーカー（トレーサ）を用いてそれらがマークされる。これのために、本発明の好ましい実施態様においては、トレーサを溶解するための少なくとも１つのゾーンおよびオプションとしての少なくとも１つの標本混合領域が、測定カセット内における標本との反応／変換の目的で本体内に備えられた標本チャンネル上に提供される。このゾーンにおいては、さらに、試薬、たとえば標本のｐＨを調整する試薬、リーシス緩衝剤、または非特異的結合を低減させるための試薬を溶解させることも可能であり、また同様に、混合領域内において標本と混合することも可能である。

本発明の１つの実施態様においては、測定カセットの本体が、射出成形プロセスによる単一構成要素の部品として製造される。別の実施態様においては、ベースが、射出成形プロセスによる単一構成要素の部品として製造される。さらに別の実施態様においては、本体およびベースの両方が、それぞれ射出成形プロセスによる単一構成要素の部品として製造される。

蛍光マーキングされたトレーサは、それらを溶解させるために提供されるゾーン内に、好ましくはプリント・プロセスを用いて、たとえば圧電分配システムを用いてプリントされる。

標本混合領域は、好ましくは、標本チャンネルの蛇のように曲がったアレンジメントを通じて標本の効率的かつ完全な混合を達成する、いわゆるスネーク・ミキサである。

本発明による測定カセットが適切な測定デバイス内に挿入されたときには、理想的な位置からの極小の変位を容易に生じさせることができる。これらの変位がたとえ極小なものに過ぎない場合でさえ、それが、正確な光学測定方法に有意の効果を有する可能性がある。したがって、本発明の好ましい実施態様では、励起放射が本体に入るポイントにおいて、本体が収斂レンズを形成し、それを用いて励起放射のビームが、常に、本体の透過性材料の表面と液体標本の境界表面の所望のポイントに信頼性をもって指向される。この本体に統合された収斂レンズは、上記の挿入の変動を補償することが可能である。特に、測定されるべき蛍光放出が生じる領域において、すなわちあらかじめ決定済みの限界内の領域において、収斂レンズによる励起放射の心合わせが常に正確にもたらされることから、先行技術から周知となるシステムと比較すると、これによってエバネッセント場の位置決め関連の変動（浸透深度、強度）を有意に低減させることが可能である。

好ましくは、励起放射が、収斂レンズによって、測定されるべき蛍光放出が生成される領域に対して、すなわち測定セルの長さ方向の軸の中心に沿って心合わせされる。好ましくは、励起領域のエリアは円形または楕円形である。特に好ましくは、励起領域のエリアは、当該領域内の約０．７×０．２５ｍｍの寸法を有する楕円形である。

測定カセットは、液体標本を測定カセットに充填するための標本充填開口を有する。好ましくは、標本充填開口が、測定カセットの本体の上側に備えられる。本発明の１つの実施態様においては、標本充填開口を、気密態様で閉じることが可能である。好ましくは、標本充填開口を閉じること、およびそれを±１００ミリバールの昇圧または減圧状態に至るまで気密に保つことが可能である。好ましくは、これのために圧力シール、特に好ましくはポリプロピレンから作られたそれが備えられる。特に好ましい実施態様においては、標本充填開口を閉じるためのクロージャがスライド・バルブであり、標本の充填後にそれを押して開位置から閉位置にすることが可能であり、それにおいてスライド・バルブは、スライド・ガイドのジオメトリに起因して標本充填開口上に提供された圧力シール上に押圧される。

本発明による測定カセットの標本チャンネル内における正または負の圧力の生成を可能にするために、本発明の好ましい実施態様においては、圧力源に接続することが可能であり、かつ標本チャンネルと（「圧力」）接触している少なくとも１つの圧力開口が備えられる。このようにして標本チャンネル内に正または負の圧力を築き上げることが可能であり、それによって標本チャンネルを通して標本を移動させることができる。好ましくは、圧力開口が、少なくとも±１００ミリバールの圧力の印加が可能であるように構成される。これらの実施態様においては、標本チャンネルもまた、問題を伴うことなくこの圧力に耐えるように都合よく構成される。

特定の実施態様においては、すでに分析の済んだ標本の液体を収容することができる標本廃棄領域が、測定カセット内の標本チャンネルのエンドに備えられる。これは、すでに分析の済んだ標本の液体が、測定セルを通って流れた後に測定カセットから出て行くことなく、測定カセット内にとどまるという利点を有する。標本廃棄領域は、測定カセットの本体内またはベース内のいずれに備えることも可能である。

本発明の１つの実施態様においては、本体およびベースに加えて少なくとも部分的に本体を覆うカバーが測定カセット上に備えられ、それにおいては窪みが、少なくとも、励起放射のビーム路および蛍光放出の領域内に、この領域内ではカバーによって本体が覆われないように備えられる。カバーは、本体およびベースのユニットに堅固に接続される。好ましくは、本体およびベースに対するカバーの接続が、カバー、本体、およびベースを貫通する熱かしめによってもたらされる。液体の光学検出のための液体検出領域を標本チャンネル内に有するカバーを伴う実施態様では、カバーがあるにもかかわらず液体の光学検出が可能となるように、液体の検出のための光ビームのビーム路の領域内において、カバー内に窪みが備えられる。

各測定カセットのバッチについて、バッチ固有の較正データを供給することも必要である。周知のシステムにおいてはこれが、ストレージ媒体、たとえばバーコードまたはメモリ・チップ（ＥＥＰＲＯＭ）等によってもたらされる。理想的には、測定カセットの識別のためのすべての情報、および特に、関連付けされるバッチ較正データが、製造プロセスにおいて直接これに適用されるように、かつその種の測定カセットを用いた測定時に測定機器によって記録され、検証されることが可能となるように、その種の媒体が測定カセットごとに提供される必要がある。しかしながら、原則的にバッチ較正データは、常に、バッチの製造が完全に終結した後（すなわち、梱包を含む）にのみ決定することが可能である。バッチの最初の部品の製造と前記較正データの決定の間における時間期間は、数時間から数日に及ぶ可能性がある。その種の測定カセット内の試薬の安定性を維持するため、これを空気および光が入り込めない形での梱包とする必要がある。較正データを伴う前記媒体を測定カセットに付けるために、したがって、追加のコストおよび時間集約的な開梱および梱包のステップが必要になり、その間に測定カセットに対する損傷が付加的に生じることがあり得る。多くの周知のシステムの場合においては、これらの媒体のうちの１つを別々に梱包単位で同梱することによってこのステップの回避が試みられている。ユーザは、その後、最初の使用の前に、前記情報を伴ったメモリ・チップを装置内に挿入するか、バーコードを読み込まなければならない。

この煩わしく、しかも誤りが必ずしも皆無でないプロセスを回避するために、本発明による測定カセットの好ましい実施態様には、測定カセットの梱包後であってさえも梱包を通した書き込みおよび上書きが可能な電子メモリ・チップが備えられる。好ましくは、この電子メモリ・チップがＲＦＩＤラベルになる。ＲＦＩＦラベルは、追加の可視的な可読情報付き、またはそれなしのいずれかで提供することが可能である。

電子メモリ・チップは、バッチの製造プロセスの間に各測定カセットに連続的に付けることが可能である。各測定カセットは、したがって、個別の電子番号を受け取る。各測定カセットは、たとえば適切な基本梱包といった所望の梱包法で、それらの組み立ての直後に梱包し、必要とされる保管条件の下に保管することが可能である。その後に続いて決定されたバッチ固有の情報、たとえば較正データ等の適用は、その後、任意のときに、たとえば冷蔵環境においてさえ梱包を通じて非接触態様で実行することが可能である。このプロセスの追加の利点は、バッチのライフ・サイクルにわたる規則的な製造監視という意味において、必要な再較正が、製品の完全性を損なうことなく、数ヶ月後においてさえ実行可能であるということである。

本発明の追加の態様によれば、前述したタイプの測定カセットを製造するためのプロセスが提供され、このプロセスにおいては、本体およびベースが射出成型プロセスにおけるそれぞれ単一構成要素の部品として製造される。本体およびベースの両方は、したがってそれぞれについて、それぞれ１つの材料から製造可能なワンピース構成要素である。本体およびベースに加えてカバーも有する測定カセットの実施態様においては、カバーもまた、好ましくは射出成型プロセスにおける単一構成要素の部品として製造される。測定カセットが標本充填開口を閉じるためのクロージャを有する実施態様においては、このクロージャを、好ましくは、上にクロージャが備えられる単一構成要素の部品の一体化された構成物とする。

好ましいプロセスにおいては、カバーを伴った測定カセットの製造中に、本体およびベースのユニットに対するカバーの接続が熱かしめによって実行される。このためにカバーは、本体およびベースの対応するポイントにある孔に通されるプラスチックの適切なピンを有し、本体に対するカバーの積極的なロック接続がベースのところで熱成形によって確立される。

本発明の追加の態様は、エバネッセント場内における励起後の蛍光放出の測定によって液体標本内のターゲット分子を検出するための測定デバイスに関し、それにおいて当該測定デバイスは、対応する測定カセットのための挿入シャフトを有する。測定デバイスの挿入シャフト内においては、測定デバイス内に配されている励起放射のための光源が励起放射を提供することが可能となり、液体標本内にエバネッセント場を形成するための励起放射の全反射がもたらされるように液体標本と測定セルの境界表面に当該励起放射が当たる少なくとも１つの位置に前記測定カセットが配される。エバネッセント場の浸透深度および強度は、入射励起ビームの角度の選択を介して影響を及ぼすことが可能である。好ましくは励起放射が境界表面に当たる角度を約８度とする。

本発明による測定カセットのための挿入シャフトを有する前述したタイプの測定デバイスが特に、請求の範囲として請求されている。とりわけ、前述したタイプの測定デバイスの完全なシステム、および本発明による１つまたは複数の測定カセットもまた請求されている。挿入シャフト内に挿入される本発明による測定カセットを伴った前述したタイプの測定デバイスもまた特に請求されている。

本発明による測定デバイスの好ましい実施態様においては、それが、多様な測定セルの領域を励起放射のビーム路内に持ち込むために、したがって、励起放射のための光源に関する測定カセットの相対的な移動を実行することが可能なアレンジメントも包含する。この態様においては、ただ１つの光源を使用して多様な捕獲ゾーンにおけるいくつかの異なる分析物に応答するために、いくつかの異なる捕獲ゾーンを測定セル内に備えることが可能である。

前述した実施態様に対する１つの代替として、多様な測定セル領域を励起放射のビーム路内に持ち込むために、挿入シャフト内の測定セルが、オプションで連続的に、またはステップ単位で第１の位置から少なくとも第２の位置まで移動軸に沿って移動される。これの代替として、本発明による測定デバイスは、励起放射のための光源を連続的に、またはステップ単位で移動軸に沿って移動させ、それの励起ビームを測定セルの多様な領域と心合わせさせることが可能となるように構成することも可能である。

選択される代替に関係なく、励起放射のための光源が、好ましくは、光源に関する測定カセットの相対的な移動の移動方向に対して９０度の角度で励起放射のビームが測定セルに当たるように測定デバイス内に備えられる。とりわけ、この態様においては、本体を通る励起ビーム路が最短化される。さらにまた、光学的透過性材料の小部分だけが常に照明される。本体を通る励起ビーム路はまた、常に、励起ビームが通過する全領域にわたって同一となる。それに加えて、より良好な、測定セル内における励起光の局所的分解能が全体的に達成される。本発明による測定デバイスのこの利点は、より良好な信号対雑音比が達成されることを意味している。

本発明による測定デバイスの１つの実施態様は、標本チャンネル上に圧力開口を有する測定カセットが挿入シャフトに挿入された場合に、標本チャンネルの圧力開口に接続される圧力源を有し、その結果、標本チャンネル内に存在する標本が圧力源によって生成された正または負の圧力によって標本チャンネルを通って移動されることが可能となることを特徴とする。好ましくは、圧力源および圧力開口に対する圧力源の接続が、少なくとも±１００ミリバールの圧力の印加が可能であるように構成される。

本発明の追加の態様は、エバネッセント場内における励起後の蛍光放出の測定によって液体標本内のターゲット分子を検出するための方法について述べており、当該方法においては、本発明による測定カセットが本発明による測定デバイスとともに使用される。ここでは、水様の標本が対応する態様で分析される前述したタイプのすべての方法、たとえば環境分析および食品分析における対応する方法もまた可能である。好ましくは、本発明による方法を、免疫学的測定法またはＤＮＡ結合分析法とする。しかしながら、本発明は、いかなる形においてもそれらに限定されることはなく、むしろ、エバネッセント場内における励起後の蛍光放出の測定によって液体標本内のターゲット分子が定性的および／または定量的に記録されることに関して実現されることが可能なあらゆる方法を含む。

本発明による方法の１つの実施態様においては、測定が実行される標本が、食品分析または環境分析のための処理済みまたは処理未済の水様標本である。本発明に関して言えば、処理済み標本は、標本源から抽出され、測定手続きを容易にするため、または向上させるために測定を実行する目的で当業者に周知の手段によって処理された標本を意味していると理解されるものとする。標本の処理についての１つの可能性は、たとえば、測定を妨げるおそれのある成分を標本からあらかじめ取り除くことである。

本発明による方法の代替実施態様においては、測定が実行される標本が、処理済みまたは処理未済の体液である。ここで言う体液は、たとえば、血液、尿、唾液等から選択することが可能である。処理済みの体液は、たとえば、血漿および血清とすることができる。標本が全血となる本発明による方法の実施態様においては、血球による励起または放射線放出を妨げない全血の領域内にエバネッセント場励起をもたらすことが可能となるように測定セル内の層流の下方に血球の集中が生じる状況が利用される。

オリジナルの開示の目的のため、本発明の記述、図面、および特許請求の範囲から当業者に明らかにされるすべての特徴が、それらが特定の追加の特徴に関連してのみ明確に記述されている場合、またはその後に続く図面の中に表わされている場合も含めて、個別に、および任意の望ましい組み合わせの両方において、記述または表現によって開示されるそのほかの特徴または特徴のグループと組み合わせることが、それが明示的に除外されているか、または技術的な状況からその種の組み合わせが不可能であるか、意味のないものとならない限り可能であることをここで指摘しておく。考えられるすべての特徴の組み合わせの包括的かつ明示的な説明または表現は、説明の簡潔および読みやすさのために、ここでは単に省かれている。

本発明のこのほかの個別の特徴および特徴の組み合わせ、および本発明の個別の特徴および特徴の組み合わせの追加の利点は、この出願に添付されている図面およびそれについての以下の説明から明らかになる。これに関して、当業者にとっては当然のことながら、図面内に表わされている実施態様が、例示の手段として、本発明の可能性のある実施態様を基礎とする特徴および特徴の組み合わせを示すためにのみ機能することを指摘しておく。当業者は容易に理解されるであろうが、図面内に表わされている実施態様を超えて、そのほかのすべての、特許請求の範囲および記述の中で述べられる本発明による特徴および特徴の組み合わせを有する実施態様は本発明の保護の範囲内にある。考えられるすべての実施態様の包括的かつ明示的な説明および表現は、説明の簡潔および読みやすさのために、ここでは単に省かれている。

これに添付されている図面は次のとおりである。

透過性の本体およびベースを包含する本発明による測定カセットの実施態様の平面図である。 本発明による測定カセットの実施態様の本体のベースに面する側の、底面から見た平面図である（トップに位置するベースは図示せず）。 本発明による測定カセットの実施態様の本体のベースに面する側の、トップから見た平面図である（トップに位置する本体は図示せず）。 本発明による測定カセットの実施態様内の流体センサの原理を、標本チャンネル内が空気で満たされている場合（ａ）および標本チャンネル内が標本の液体で満たされている場合（ｂ）について示した説明図である。 本発明による測定カセットの実施態様の、中に測定セルが配される領域を通る断面図である。 本発明による測定カセットの、領域内に励起放射のための収斂レンズが備えられた代替実施態様の、中に測定セルが配される領域を通る断面図である。 本発明による測定デバイスの実施態様を示した斜視図である。

図１は、本発明による測定カセットの平面図であり、当該測定カセットは、レーザ溶接プロセスによって互いに接合された透過性本体（１）およびベース（９）を包含する。本体（１）およびベース（９）は、射出成形プロセスにおいてそれぞれ単一構成要素の部品として製造される。

図２は、本発明による測定カセットの本体のベースに面する側の、底面から見た平面図である（こちら側の本体に位置するベースは図示せず）。本体部分は、標本を充填するための標本充填開口（３）を包含し、それが分岐を伴うことなく、混合領域（４）、トレーサを溶解するためのゾーン（５）、およびその先の混合領域（６）を有するマイクロチャンネル構造（標本チャンネル）に対して直接接続されており、さらに本体部分は、光学領域（２）、およびその先に続く標本廃棄領域（７）を包含する。チャンネル・エンド（８ａ）および（８ｂ）は、ベース（９）にある圧力接続開口（１１ａ）および（１１ｂ）においてそれと接続されるように構成されている。

図３に示した、本発明による測定カセットの実施態様の本体のベースに面する側の、トップから見た平面図（トップに位置する本体は図示せず）には、ベース（９）内に存在する、図２の説明の中で述べた圧力接続開口（１１ａ）および（１１ｂ）が現われている。

この状況に関して言えば、対応する測定デバイスが、歯付き構造（１３）の補助を伴って測定カセットの完全に自動的な引き込みが可能となり、かつ測定動作の完了後は、再び完全に自動的に排出されるように構成されることになる。それに加えて引き込みは、対応する測定デバイス内への測定カセットの挿入の間におけるユーザの誤りが排除されるように構成される。

図２および３に示されている本発明による測定カセットの実施態様は、充填された標本が、標本と圧力接続開口（１１ａ）および（１１ｂ）の間における正または負の圧力によって、標本充填開口（３）から、流体マイクロチャンネル（４、５、６）を通り、かつ測定セル（１２）を通って移動することが可能となるように構成されている。必要な圧力を生成するために、分析を実行するための測定カセットが中に挿入される本発明による測定デバイスの実施態様は、都合よく、たとえばシリンジ等の圧力源および測定カセットの圧力接続開口（１１ａ）および（１１ｂ）への接続可能性を有し、それにおいては圧力源と圧力接続開口の間の接続が、好ましくは、少なくとも±１００ミリバールの圧力が使用可能であるように構成される。ポート１１ａを介して正または負の圧力が使用される場合には、標本の取り入れ口が閉じられなければならない。これに対してポート１１ｂが使用される場合には、標本の取り入れ口を閉じることが必須でない。

ここに示した実施態様においては、本体部分（１）内のマイクロチャンネル（４、５、６）は、気泡が捕獲される接合が存在しないこと、および最小と最大のチャンネルの断面における差の最大値が２の因数であり、その結果、膜の形成および流体工学における擾乱が生じ得ないことを特徴とする。

測定カセットの製造の間に、蛍光マークされたトレーサが、プリント・プロセスを使用して、たとえば圧電分配システムを使用して混合領域（４、６）の間のマイクロチャンネル領域（５）内にプリントされる。同じプロセスを使用して、測定セル（１２）の領域内の光学エレメント（２）の境界表面（１９）上に捕獲分子（２１）がプリントされる。

図４は、本発明による測定カセットの１つの実施態様内の流体検出のための流体センサの原理を図解している。この状況に関して言えば、たとえばＬＥＤを使用した光（１５）の結合によって流体検出がもたらされ、それにおいては、結合された光ビームの屈折からこのチャンネル領域内に標本の液体が存在するか否かを知ることができる。チャンネルが空であれば、この実施態様においては、入射ビームが反対側にある検出器（１６）、たとえばフォトダイオードに当たる程度まで屈折されるように本体と空気の屈折率の差が選択され、それに対し、チャンネルが満たされているときの屈折率の差は、入射ビームが本体−ベース境界の表面において反射されて反対側にある検出器（１６）に到達しないように屈折されることを意味する。したがって空のチャンネルの場合に光ビームが前記検出器に到達可能となるように、適切なポイントにおいてベース（９）内に窪み（１４）が提供される。

図５は、本発明による測定カセットの実施態様の、中に測定セルが配される領域を通る断面図を示している。

測定セル（１２）には、分析されるべき標本を、たとえば図２および３に示されているようなマイクロチャンネル構造を介して充填することが可能である。測定セル（１２）は、ベース（９）の上にある本体（１）を構成する光学的透過性領域（２）を有する。この光学的透過性領域（２）は、光進入エリア（１８）および全反射境界表面（１９）を有する。光学的透過性領域（２）の材料は、好都合に、測定されることになる標本より高い屈折率を有する。

図５の測定カセットが中に配される測定デバイス内の光源（１７）からの光（好ましくは、単色光）が、特定のジオメトリ（好ましくは、楕円または円）を有するビームとして光進入エリア（１８ａ）を介して、適切な角度で光学的透過性領域（２）内に入ると、境界表面（１９）に当たった光ビームは、全反射を受ける。

境界表面（１９）において発生した全反射の結果として、それの反対側にエバネッセント場を生じる。前記エバネッセント場の浸透深度および強度には、入射光ビームの角度の選択を介して影響を及ぼすことが可能である。

ここに示した実施態様においては、ベース部分（９）内に窪みが備えられており、それが境界表面（１９）とともに測定セル（１２）を形成し、それを通って、たとえば混合領域（６）から到来する標本が、正または負の圧力を使用して、好ましくは一定かつ均質なフロー・レートを伴って移動される。ここでは、この測定セル（１２）が、随意的な上流および／または下流のマイクロ流体工学的構造のほかのチャンネルと比較して、特に高さが低いことを特徴とする。その結果として、最高可能フロー・レートにおける最長可能測定時間が可能になることから、標本の体積の利用が最適に至る。好ましい測定セル（１２）の高さは、≦３００μｍである。

測定セル（１２）内の境界表面（１９）に少なくとも１つの捕獲ゾーン（２１）が備えられ、その中には捕獲分子が配されており、それが標本の液体から注目分子を捕獲し、かつそれらを境界表面上に固定し、その結果、蛍光の励起およびそれらの測定が可能になる。

蛍光の測定のために、時間に関して変化する蛍光強度を測定するための検出器（２０）（たとえば、ＰＭＴまたはＣＣＤカメラ）が、図５の測定カセットが中に配される測定デバイス内に備えられている。

図５の実施態様においては、光進入エリア（１８ａ）が平面である。図６に示されている本発明による測定カセットの代替実施態様においては、励起放射のために光進入エリアが収斂レンズ（１８ｂ）として構成される。収斂レンズ（１８ｂ）は、この実施態様において、光源（１７）からの光ビームが常に境界表面（１９）の測定セル（１２）の領域内の中心に当たること、および全反射の下におけるエバネッセント場に対する挿入の変動の効果が、したがって補償されることを確保する。この補償は、周知のシステムと比較して、位置決めに関連するエバネッセント場内の変動、すなわちそれの浸透深度または強度の変動を低減する。

図７は、本発明による測定デバイスの実施態様を示した斜視図である。とりわけ、光源（１７）からの励起光のビーム路および測定セルから検出器（２０）への蛍光光のそれが示されている。

光源（１７）および検出器（２０）は、１つの平面内で互いに、測定装置内において機械的に接続されており、ユニットを形成している。このユニットと、測定のための本体（１）およびベース（９）からなる測定カセットは、互いに対して相対的に移動される。この状況に関して言えば、移動の方向を横切って光ビームが境界表面（１９）上に放射されるように、光源（１７）が移動の方向に対して横行する配置になっている。この構成を用いることにより、（ｉ）光学的透過性領域（２）を通る前記光ビームの光路が最短化されること、（ｉｉ）常に、光学的透過性領域（２）の小部分だけが照明されること、（ｉｉｉ）前記光学的透過性領域（２）を通る励起光の光路が、全検出領域にわたって常に同一の長さとなること、および（ｉｖ）より良好な局所的分解能が達成されることから、周知のシステムの本質的な欠点を回避することが可能になった。

光学的透過性領域（２）の厚さは、ここでは捕獲ゾーン（２１）の数と独立して選択されることになる。したがって、すべての分析のためにただ１つの光源（１７）およびただ１つの蛍光染料を使用し、多様な捕獲ゾーン（２１）において１つの測定を用いて多数の分析を決定することが可能であり、励起および検出のための同一の状態を、全走査領域にわたって作り出すことが可能であり、かつプラスチックの本質的な自己蛍光の効果を有意に低減し、したがって信号対雑音比を有意に改善することが可能である。

１ 本体
２ 光学領域
３ 標本充填開口
４ 混合領域
５ トレーサを溶解するためのゾーン
６ 第２の混合領域
７ 標本廃棄領域
８ チャンネル・エンド
９ ベース
１１ 圧力接続開口
１２ 測定セル
１３ 歯付き構造
１４ 窪み
１５ 光の結合
１６ 検出器
１７ 光源
１８ 光進入エリア
１９ 境界表面
２０ 蛍光検出器
２１ 捕獲ゾーン

Claims (15)

1. 蛍光放出の測定によって液体標本内のターゲット分子を検出するための測定デバイス内に挿入する交換可能な使い捨て測定カセットであって、前記測定カセットは、フロースルー測定セル（１２）を有し、それの中において、前記測定デバイスによって提供される励起放射が、前記液体標本と測定セルの境界表面（１９）の裏側の前記液体標本内にエバネッセント場を生成し、それにおいて、前記測定カセットが、光学的透過性材料の本体（１）および前記本体の下側に隣接して位置するベース（９）を包含すること、前記測定セル（１２）が前記本体（１）内、前記ベース（９）内、または前記本体（１）内および前記ベース（９）内の両方に備えられた窪みによって形成されること、およびこの窪みの周囲における前記本体と前記ベースが互いに接する関係にある領域が、レーザ溶接によって互いに直接、かつ流体密態様で接合されることを特徴とする、測定カセット。
2. 前記測定カセットが、前記測定セルと流体接触する標本チャンネルであって、その上に次に示すアレンジメント（ａ）乃至（ｃ）、すなわち
   （ａ）トレーサを溶解するためのゾーン（５）、
   （ｂ）標本混合領域（４）および／または
   （ｃ）液体検出領域、
   のうちの少なくとも１つが備えられる標本チャンネルを有すること、および
   それにおいて、前記標本チャンネルおよびそれの上に備えられる前記アレンジメント（ａ）、（ｂ）、および／または（ｃ）が、前記本体内、前記ベース内、または前記本体内および前記ベース内の両方に備えられる窪みによって形成されること、およびこの窪みの周囲における前記本体と前記ベースが互いに接する関係にある領域が、レーザ溶接によって互いに直接、かつ流体密態様で接合されることを特徴とする、請求項１に記載の測定カセット。
3. 前記本体および／または前記ベースがそれぞれ、射出成形プロセスにおいて単一構成要素の部品として製造されることを特徴とする、請求項１または２に記載の測定カセット。
4. 前記励起放射が前記本体に入るポイント（１８）において、前記本体が、前記液体標本と前記本体の透過性材料の表面の境界表面の所望のポイントに対して前記励起放射のビームを正確に指向させる収斂レンズを形成することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の測定カセット。
5. 前記測定カセットに、前記測定カセットの梱包後においてさえ梱包を通して書き込みおよび上書きを行なうことが可能な電子メモリ・チップが備えられることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の測定カセット。
6. 前記測定カセット内への標本の導入のための標本充填開口（３）が前記本体内に備えられること、および前記標本充填開口が気密態様で閉じられることが可能であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の測定カセット。
7. 前記標本チャンネルを圧力開口（１１）に接続することが可能であり、それを介して正または負の圧力を使用し、前記標本チャンネルを通って前記標本を移動することが可能であることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の測定カセット。
8. 前記標本チャンネルの１つのエンド（８）において前記本体内または前記ベース内に標本廃棄領域（７）が備えられることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の測定カセット。
9. 前記本体および前記ベースに加えて、少なくとも部分的に前記本体を覆うカバーが備えられること、およびそれにおいて、前記窪みが、少なくとも、前記励起放射のビーム路および前記蛍光放出の領域内に、この領域内においてはカバーによって前記本体が覆われないように備えられることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記載の測定カセット。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の測定カセットを製造するためのプロセスであって、前記本体および前記ベース、および適切であれば前記カバーもまた、射出成形プロセスにおいてそれぞれ単一構成要素の部品として製造されるプロセス。
11. 請求項８に記載の測定カセットを製造するために、前記本体およびベースのユニットに対する前記カバーの接続が熱かしめによって形成される、請求項１０に記載のプロセス。
12. エバネッセント場内における励起後の蛍光放出の測定によって液体標本内のターゲット分子を検出するための測定デバイスであって、請求項１乃至９のいずれかに記載の測定カセットのため、または請求項１０または１１のいずれかに記載のプロセスによって製造された測定カセットのための挿入シャフトを有すること、および前記測定セル（１２）の多様な領域を前記励起放射のビーム路内に持ち込むために前記励起放射のための光源（１７）に関する前記測定カセットの相対的な移動を提供するためのアレンジメントを有すること、それにおいて励起放射のための前記光源が前記測定デバイス内に、前記励起放射の前記ビームが前記光源に関する前記測定カセットの相対的な移動方向に対して９０度の角度で前記測定セルに当たるように備えられることを特徴とする測定デバイス。
13. 圧力源によって生成される正または負の圧力を使用して前記標本チャンネルを通って前記標本を移動することが可能となるように、前記挿入シャフト内に測定カセットが挿入されている場合に前記標本チャンネルの前記圧力開口に接続される圧力源を有することを特徴とする、請求項１２または１３に記載の測定デバイス。
14. エバネッセント場内における励起後の蛍光放出の測定によって液体標本内のターゲット分子を検出するための方法であって、請求項１乃至９のいずれかに記載の測定カセット、または請求項１０または１１のいずれかに記載のプロセスによって製造された測定カセットが、請求項１２または１３のいずれかに記載の測定デバイスとともに使用されるものとする方法。
15. 前記標本が、体液または食品分析もしくは環境分析のための水様標本であること、およびそれにおいて前記標本がオプションとして、ターゲット分子の検出のために処理されるか、またはその処理がなされないことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。

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