JP4346244B2

JP4346244B2 - 可逆流れ導管システム

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Publication number: JP4346244B2
Application number: JP2000607016A
Authority: JP
Inventors: ホーカンローズ，; シェルマグナッソン，
Original assignee: GE Healthcare Bio Sciences AB; Amersham Bioscience AB
Current assignee: Cytiva Sweden AB
Priority date: 1999-03-22
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2020-03-21
Also published as: AU768861B2; EP1171772A2; WO2000057192A3; US6008893A; AU3993000A; JP2002540405A; WO2000057192A2

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、一般に、可逆流れ導管システムに関し、さらに具体的には、バイオセンサの１個以上の感知面に隣接した第一および第二流体を可逆的に流す導管システムに関する。
【０００２】
（発明の背景）
特に、バイオセンサを使用することにより、生体分子検出に向けたアッセイに関連して、分子間での相互作用を特徴付けるために、種々の分析技術が使用されている。例えば、抗体−抗原相互作用は、生物学、免疫学および薬理学を含めた多くの分野で、基本的に重要である。これに関連して、多くのバイオセンサに基づいた分析技術は、感知面（すなわち、センサチップ上で感作した表面）上の固体支持体に「リガンド」（例えば、抗体）を結合する工程、続いて、この表面結合リガンドを「分析物」（例えば、抗原）と接触させる工程を含む。この表面結合リガンドは、一般に、そこに隣接して、分析物溶液を直接「流す」ことにより、この分析物と接触されるが、この場所では、この分析物溶液は、このバイオセンサの流れチャネルまたは導管構造内を流れる。
【０００３】
このことに関して、分析物および試薬の溶液を１個以上の感知面と接触するように設計された非常に多くの異なる種類のバイオセンサがある。１つの代表的な種類には、親和性に基づいたバイオセンサ（これは、ＢｉａｃｏｒｅＡＢ（Ｕｐｐｓａｌａ，Ｓｗｅｄｅｎ）（以下、「Ｂｉａｃｏｒｅ機器」と呼ぶ）により製造され販売されている）が挙げられる。Ｂｉａｃｏｒｅ機器は、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）技術を利用し、その最も簡単な形態では、光源（例えば、発光ダイオード）、金薄膜で被覆したセンサチップ、試料を流すフローセル導管システム、およびセンサチップ上の感知面に隣接した試薬溶液、および光検出器を含む。このダイオードからの入射光は、この金膜で反射されて、この光検出器で検出される。一定入射角（「ＳＰＲ角」）で、この金層では、表面プラズモン波が設定され、これは、この反射光での強度損失または「ディップ」として検出される。光強度の変化は、「センソオーガム（ｓｅｎｓｏｒｇａｍ）」としてプロットされる。このような器具使用の背後にある理論的な基礎は、文献で詳細に記述されている（例えば、Ｊｏｎｓｓｏｎ，Ｕ．ら、Ｂｉｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ１１：６２０〜６２７，１９９１）。この種のバイオセンサの重要な特徴の１つには、放射性標識または蛍光タグを必要とすることなく、生体分子相互作用をリアルタイムで検出できることにある。結果として、親和性に基づいたバイオセンサは、一般に、多くの生化学研究状況において、ますます普及している。
【０００４】
ＳＰＲ系Ｂｉａｃｏｒｅ機器は、光学系センサであり、これは、一般に、質量検出法として分類され得る。他の型の質量検出技術には、圧電法、熱光学法および表面音波（ＳＡＷ）法が挙げられるが、これらに限定されない。質量検出法に加えて、バイオセンサ機器はまた、電気化学法（例えば、電位差測定法、伝導度測定法、電流測定法および静電容量法）を使用し得る。しかしながら、特定の機器で利用される検出法にもかかわらず、試料は、この感知面と接触されなければならず、この検出が完了した後、追加試料の分析を可能にしおよび／または感知面の洗浄または再生を可能にするために、感知面から除去しなければならない。
【０００５】
試料をバイオセンサ面と接触する方法は、広く変わる。例えば、Ｂｉａｃｏｒｅ機器は、一体化した微小流体カートリッジによって、このセンサチップに試料を送達する。典型的な微小流体カートリッジは、硬いシリコン高分子プレートにある一連の精密鋳造チャネルからなり、これは、緩衝液および試料の送達用の１個以上の流路をなす。一組の空気起動ダイアフラム弁は、流体流れを、種々のチャネルを通って、このバイオセンサの感知面に向ける。このようにして、単一または複数のチャネル分析が可能となる。他の試料送達技術（例えば、「水力学的注入」および「定常流注入」）は、典型的には、適当なポンプを伴う配管または試料のセンサ面上への吸引を含む。
【０００６】
使用する試料送達技術とは関係なく、低い分散の点での注入性能は、その死空間を最小にすることと相関している。市販のシステムでは、Ｂｉａｃｏｒｅ機器のように、その「死空間」は、その検出器と弁との間の距離（これは、容量と同等とみなす）により規定される；この弁が感知面から離れる程、その死空間は大きくなる（例えば、Ｒｕｚｉｃｋａ，ＪおよびＨａｎｓｅｎＥ．，ＦｌｏｗＩｎｊｅｃｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓ，ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，ＮｅｗＹｏｒｋ，１９８８）。
【０００７】
バイオセンサの表面に試料を送達するだけでなく、この表面から試料を除去するために、多数の技術が使用されているものの、依然として、当この技術分野では、このような送達システムを改良する必要がある。例えば、改良した試料送達システムは、試料および／または試薬の溶液を最適に保存するために、試料および／または試薬の溶液をバイオセンサの１個以上の感知面と接触できなければならない。さらに、複数の溶液（例えば、緩衝液、試料および再生溶液）をバイオセンサの１個以上の感知面と接触することに関連した死空間または時間遅延を減らすことが望まれている。
【０００８】
従って、当この技術分野では、改良したバイオセンサ流れ導管システムだけでなく、それに関連した方法および装置が必要とされている。本発明は、これらの要求を満たし、さらに関連した利点を与える。
【０００９】
（発明の要旨）
要約すれば、本発明は、バイオセンサの感知面に液体を送達する可逆流れ導管システムに関し、さらに特定すると、バイオセンサの１個以上の別個の感知面に隣接した第一流体および第二流体を可逆的に流す流れ導管システムに関する。１実施形態では、第一流体は、このバイオセンサで検出する流体試料であるのに対して、第二流体は、このバイオセンサ面を再生する溶液である。
【００１０】
本発明の可逆流れ導管システムは、フローセル導管、単一流体導管、２流体導管および少なくとも１個の切換弁を含む。
【００１１】
このフローセル導管は、このフローセル導管の各個の第一および第二末端部において、第一および第二入口／出口ポートを含み、ここで、この第一入口／出口ポートは、この第一流体を受容するかまたはこの第二流体を放出するように適合されており、そしてこの第二入口／出口ポートは、作動中に、無弁接合点に連結されている。このフローセル導管は、第一または第二流れ方向のいずれかで、この第一および第二流体がこのバイオセンサのこの１個以上の別個の感知面と別々に接触できるような様式で、この第一および第二流体を流すように適合されている。この第一流れ方向は、この第一入口／出口ポートからこの第二入口／出口ポートへの流れにより規定される第一流路と一致しているのに対して、第二流れ方向は、この第二入口／出口ポートからこの第一入口／出口ポートへの流れにより規定される第二流路と一致している。
【００１２】
この単一流体導管は、その中で、この第二流れ方向で、この第二流体を流すように適合されており、ここで、この単一流体導管は、第一および第二単一流体導管末端部を有し、ここで、この第一単一流体導管末端部は、作動中に、この無弁接合点に連結されており、それにより、この第二流体がそこを通ってこのフローセル導管のこの第二入口／出口ポートおよび／または第二２流体導管末端部に入るように通過できるようになる。
【００１３】
この２流体導管は、その中で、この第一流れ方向で、この第一および第二流体を同時に流すように適合されており、ここで、この２流体導管は、第一および第二２流体導管末端部を有し、ここで、この第一２流体導管末端部は、作動中に、この無弁接合点に連結されており、それにより、この第一および第二流体がそこを通ってこの第二２流体導管末端部に入るように通過できるようになる。
【００１４】
この切換弁は、このフローセル導管のこの第一および第二流体の流れ方向を制御可能に逆にするように適合された第一および第二位置を有し、ここで、この切換弁は、この２流体導管末端部間で差し挟まれており、ここで、この第一流体は、この切換弁がこの第一位置にあるとき、この第一流れ方向でこのフローセル導管を連続的に流れることができ、ここで、この第二流体は、この切換弁がこの第二位置にあるとき、この第二流れ方向でこのフローセル導管を連続的に流れることができる。
【００１５】
別の実施形態では、本発明の可逆流れ導管システムを含む装置が開示されている。この装置は、この可逆流れ導管システムに加えて、光源および検出器を有するバイオセンサを含む。さらに他の実施形態では、可逆流れ導管システムに関連した切換弁を起動することにより、バイオセンサのフローセルにある流体の流れ方向を逆にする方法が開示されている。
【００１６】
本発明のこれらの局面および他の局面は、以下の詳細な説明および関連した図面を参照すると、明らかとなる。
【００１７】
（発明の詳細な説明）
前述のように、本発明は、バイオセンサに関連した可逆または分流流れ導管システムに関し、さらに特定すると、バイオセンサの１個以上の別個の感知面に隣接した第一および第二流体を可逆的に流す可逆流れ導管システムに関する。本発明はまた、このような可逆流れ導管システムに関連した操作方法に関する。本発明の特定の実施形態の多くの具体的な詳細は、以下の詳細な説明および添付の図面で述べられているものの、当業者は、本発明がさらなる実施形態を有し得ること、または本発明が本明細書中で記述された詳細の一部なしで実施され得ることを認識する。
【００１８】
以下で述べるいくつかの実施形態では、本発明の可逆または分流流れ注入システムは、「バイオセンサ」と共に使用するように適合されている。当業者が理解しているように、バイオセンサは、対象分析物を有する試料溶液の微量を分析する分析装置であり、ここで、この分析物は、種々の検出方法を使用し得る検出装置により、分析される。典型的には、このような方法には、質量検出法（圧電法、熱光学法および表面音波（ＳＡＷ）装置法）および電気化学法（例えば、電位差測定法、伝導度測定法、電流測定法および静電容量法）が挙げられるが、これらに限定されない。光学検出法に関して、代表的な方法には、質量表面濃度を検出する方法（例えば、反射光学法）（これには、内部反射法および外部反射法の両方が含まれる）、角度、波長または位相分解法（例えば、偏向解析法およびエバネセント波分光法（ＥＷＳ））（後者は、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）分光法を含む）、ブルースター角屈折計法、臨界角屈折計法、漏れ全反射（ＦＴＲ）、エバネセント波偏向解析法、散乱全反射（ＳＴＩＲ）、光学波ガイドセンサ、エバネセント波ベースの画像化（例えば、臨界角分解画像化、ブルースター角分解画像化、ＳＰＲ角分解画像化）などが挙げられる。さらに、例えば、エバネセント蛍光（ＴＩＲＦ）および燐光をベースにした測光法もまた、導波管干渉計と同様に、使用され得る。１つの代表的なバイオセンサは、米国特許第５，３１３，２６４号（これは、ＢｉａｃｏｒｅＡＢ，Ｕｐｐｓａｌａ，Ｓｗｅｄｅｎに譲渡された）で開示されており、その内容は、本明細書中で参考として援用されている。
【００１９】
本発明の１実施形態では、図１で最もよく見えるように、可逆流れ導管システム１０８は、バイオセンサ（図示せず）のフローセル１１２と一体化したフローセル導管１１０を含み、ここで、フローセル１１２は、別個の感知面１１４を有する。フローセル導管１１０は、無弁接合点１２８を経由して、２流体導管１２２および単一流体導管１３０の両方に連結されている。無弁接合点１２８により、フローセル導管１１０は、２流体導管１２２および単一流体導管１３０の両方と連絡できるようになる；無弁接合点１２８により、また、２流体導管１２２は、単一流体導管１３０と連絡できるようになる。言い換えれば、フローセル導管１１０、２流体導管１２２および単一流体導管１３０は、全て、無弁接合点１２８を経由して、互いに連絡する。
【００２０】
可逆流れ導管システム１０８はまた、切換弁１３６を含み、これは、２流体導管１２２の末端間に差し挟まれている。切換弁１３６は、開放位置または閉鎖位置のいずれかにあり得る。切換弁１３６が開放位置にあるとき、フローセル導管１１０からの第一流体（矢印１１７で描写している）および単一流体導管１３０からの第二流体（矢印１１９で描写している）は、矢印１１８および１２１で描写しているように、２流体導管１２２内を流れ得る。切換弁１３６が閉鎖位置にあるとき、２流体導管１２２内には流体は流れ得ない；しかしながら、単一流体導管１３０からの第二流体（矢印１１９で描写している）は、矢印１１６で描写しているように、フローセル導管１１０内を流れ得る。開放位置と閉鎖位置との間で交互にすることにより、フローセル導管１１０内での流体の流れ方向は、制御可能に逆にされ得る。
【００２１】
本発明の別の実施形態では、図２Ａで最もよく見えるように、可逆流れ導管システム２０８は、バイオセンサ（図示せず）のフローセル２１２と一体化したフローセル導管２１０を含み、ここで、フローセル２１２は、それぞれ、１個以上の別個の感知面２１４および２１６を有する。フローセル導管２１０は、対象分析物を有する試料溶液（例えば、第一流体）および緩衝液または再生溶液（例えば、第二流体）を、フローセル導管２１０に沿ったいずれかの方向で流すように適合されている；すなわち、第一および第二流体は、第一または第二方向のいずれかで、フローセル導管２１０内を流れ得る。それに加えて、フローセル導管２１０はまた、第一および第二流体を、それらが１個以上の別個の感知面（それぞれ、２１４および２１６）と別々に接触する（すなわち、これらの２種の流体が、実質的に混合されない）ような様式で、流れるように適合される。フローセル導管２１０はまた、その各個の第一および第二末端で、それぞれ、第一および第二入口／出口ポート２１８および２２０を有する；第一入口／出口ポート２１８は、液体試料を受容するかまたは液体廃棄物を放出するように適合されている。第一入口／出口ポート２１８はまた、ピペット先端または注射器針を係合可能に受容するように、適合されている。
【００２２】
図２Ａでも見えるように、可逆流れ導管システム２０８はまた、２流体導管２２２を含み、これは、第一および第二流体を第一流れ方向で同時に流すように適合されている。２流体導管２２２は、それぞれ、第一および第二２流体導管末端部２２４および２２６を有し、ここで、第一２流体導管末端部２２４は、作動中に、無弁接合点２２８において、フローセル導管２１０の第二入口／出口ポート２２０に連結されており、それにより、第一および第二流体の通過が可能となる。言い換えれば、無弁接合点２２８により、フローセル導管２１０は、２流体導管２２２と連絡できるようになる。描写しているように、フローセル導管２１０は、それらの各個の縦軸に沿って、２流体導管２２２と連絡する。
【００２３】
可逆流れ導管システム２０８はまた、単一流体導管２３０を含み、これは、第二流体を第二方向で流すように適合されている。単一流体導管２３０は、それぞれ、第一および第二単一導管末端部２３２および２３４を有し、ここで、第一単一導管末端部２３２は、作動中に、第二入口／出口ポート２２０および第一２流体導管２２２に付随した無弁接合点２２８に連結されて、それにより、第二流体の通過が可能となる。言い換えれば、無弁接合点２２８により、フローセル導管２１０が２流体導管２２と連絡できるようになるだけでなく、フローセル導管２１０が単一流体導管２３０と連絡できるようになる。それゆえ、フローセル導管２１０、２流体導管２２２および単一流体導管２３０は、全て、無弁接合点２２８を経由して、互いに連絡する。描写しているように、フローセル導管２１０は、それらの各個の縦軸に沿って、２流体導管２２２と連絡しているのに対して、単一流体導管２３０は、それに対して、横に連絡している。
【００２４】
最後に、図２Ａおよび２Ｂでも見えるように、可逆流れ導管システム２０８はまた、切換弁２３６を含み、これは、（どちらの流体が存在しているかに依存して）、フローセル導管２１０内での第一および第二流体の流れ方向を制御可能に逆にするように適合されている。切換弁２３６は、２流体導管２２２の末端部２２４、２２６間に差し挟まれる。図示しているように、切換弁２３６は、第一および第二部分を有する：第一流体は、切換弁を第一位置（これは、図２ＢのＡおよびＢの点間の連結線により示される）にしたとき、第一流れ方向（これは、「ＦｌｏｗＡ」として示される）で、フローセル導管２１０内を連続的に流れることができ、そして第二流体は、切換弁を第二位置（これは、図２ＡのＢおよびＣの点間の連結線により示される）にしたとき、第二流れ方向（これは、「ＦｌｏｗＢ」として示される）で、フローセル導管２１０内を連続的に流れることができる。
【００２５】
作動中、図２Ａで示すように、緩衝溶液（例えば、第二流体）は、切換弁２３６が第二位置にある（この緩衝溶液が廃棄物として第一入口／出口ポート２１８から排出または放出されている）ので、第二流れ方向（すなわち、ＦｌｏｗＢ）で、フローセル導管２１０内を連続的に流れている。比較すると、図２Ｂで示すように、試料溶液は、切換弁２３６が第一位置にある（この試料溶液が第一入口／出口ポート２１８に注入されている）ので、第一流れ方向（すなわち、ＦｌｏｗＡ）で、フローセル導管２１０内を連続的に流れている。切換弁２３６を選択的に使用することにより、分析目的に使用される試料溶液および／または試薬溶液の量は、保持され得、第一および第二流体（例えば、緩衝液、試料および再生溶液）がバイオセンサの１個以上の感知面と接触することに関連した時間遅延が短くなり得る。
【００２６】
別の実施形態では、図２Ａで最もよく見えるように、本発明の可逆流れ導管システム２０８はまた、ポンプ２３８を含み、これは、作動中に、２流体導管２２２の第二末端部２２６および単一流体導管２３０の第二末端部２３４に連結される。ポンプ２３８は、蠕動ポンプであり得、これは、第一および第二ポンピングチャネル（図示せず）を有し、これらは、作動中に、２流体導管および単一流体導管２２２、２３０の各個の第二末端部２２６、２３４に連結される。これらの第一および第二ポンピングチャネルは、この蠕動ポンプに取り付けられた２本のチューブであり得、ここで、これらの２本のチューブは、異なる流速を達成するために、異なる内径を有する。ポンプ２３８は、代替的には、第一および第二シリンジポンプであり得、これらは、同様に、各個の２流体導管および単一流体導管２２２、２３０の各個の第二末端部２２６、２３４に連結されている。当業者が理解しているように、蠕動ポンプおよびシリンジポンプは、種々の企業から広く入手できる。
【００２７】
一般に、２流体導管２２２の容積流量は、フローセル導管２１０および単一流体導管２３０の容積流量の合計に等しい。それゆえ、切換弁２３６が第一位置にあるとき、２５μｌ／分の典型的な流速で流れている緩衝溶液は、無弁接合点２２８にて、２５μｌ／分の典型的な流速で同様に流れている試料溶液と混ざり合い得、それにより、５０μｌ／分の合体流速で２流体導管２２２内で流れている試料／緩衝溶液を生じる。（この合体試料／緩衝溶液は、第一流れ方向でのみ流れることに注目せよ）。上記の数的な流量は、代表的であるものの、このような流量は、このバイオセンサに関連した操作可能容積流量の範囲内のいずれかに入り得ることが理解できるはずである。
【００２８】
別の実施形態では、図２Ａで最もよく見えるように、本発明の可逆流れ導管システムは、廃棄流体導管２４０を含み、これは、可逆流れ導管システム２０８内で、循環様式で、廃棄流体を流すように適合されている。廃棄流体導管２４０は、それぞれ、第一および第二導管末端部２４２および２４４を有し、ここで、第一廃棄流体導管末端部２４２は、作動中に、この切換弁が図示しているように第二位置にあるとき、この廃棄流体が可逆流れ導管システム２０８内で循環して流れるように、切換弁２３６に連結されている。
【００２９】
本発明のさらに別の実施形態では、図３で最もよく見えるように、可逆流れ導管システム３０８は、第一切換弁３１０および第二切換弁３１２を含む。第一および第二切換弁３１０、３１２は、組み合わせて、第一フローセル流れチャネル３１４および第二フローセル流れチャネル３１６内の液体流れの流れ方向を互いから独立して制御可能に逆にすることを可能にする。この実施形態によれば、個々のフローセル（それゆえ、感知面）は、リガンド固定化、分析物検出および／または表面再生の目的のために、別々に対処できる。第一および第二フローセル流れチャネル３１４、３１６に付随した代表的な流れパターン（これらは、第一および第二切換弁３１０、３１２の流れ位置の異なる組合せにより、達成される）は、図３Ａ〜Ｅで描写されている。（これらの種々の流れパターンにより、個々のフローセルは、複数の異なる溶液を使って別々に対処できるようになることに注目せよ）。
【００３０】
さらに具体的には、図３Ａは、第二流体（例えば、流動緩衝液）が第一および第二フローセル流れチャネル３１４、３１６を通って（それゆえ、それらの各個の感知面に隣接して）直列で連続的に流れている第一流れパターンを描写している。描写しているように、第一および第二流体用の２個の入口／出口ポート３５１、３５３、出口／ストップポート３５５、および入口／ストップポート３５７がある。この第一流れパターンは、第一入口／出口ポート３５１が開いており第二入口／出口ポート３５３および出口／ストップポート３５５が共に閉じている間、第二流体を開放入口／出口ポート３５７に導入する（ポンプ上げする）ことに対応している。この構成では、図示しているように、第二流体は、第一入口／出口ポート３５１から放出される前に、可逆流れ導管システム３０８の第一および第二無弁接合点３５９、３６１を通って、連続的に流れ得る。
【００３１】
図３Ｂは、第一流体（例えば、試料溶液）が第一および第二フローセル流れチャネル３１４、３１６を通って（それゆえ、それらの各個の感知面に隣接して）直列で連続的に流れている第二流れパターンを描写している。この第二流れパターンは、出口／ストップポート３５５が閉じており第二入口／出口ポート３５３が開いている間、第二流体を開放入口／ストップポート３５７に導入することに対応していると同時に、ピペット先端３６３を経由して第一流体を開放第一入口／出口ポート３５１に導入（例えば、注入）することに対応している。この構成では、図示しているように、第一流体は、第二入口／出口ポート３５３から（第二流体と共に）放出される前に、第一フローセル流れチャネル３１４、第二無弁接合点３６１、第二フローセル流れチャネル３１６および第一無弁接合点３５９を通って、連続的に流れ得る。
【００３２】
図３Ｃは、第一流体が第一フローセル流れチャネル３１４を通って連続的に流れかつ第二流体が第二フローセル流れチャネル３１６を通って連続的に流れている第二流れパターンを描写している。この第三流れパターンは、出口／ストップポート３５５が開いており第二入口／出口ポート３５３が閉じている間、第二流体を開放入口／ストップポート３５７に導入することに対応していると同時に、ピペット先端３６３を経由して第一流体を開放第一入口／出口ポート３５１に導入（例えば、注入）することに対応している。この構成では、図示しているように、第一流体は、第二流体が第二フローセル流れチャネル３１６を通って連続的に流れ得る間、第一フローセル流れチャネル３１４を通って連続的に流れ得る。第一および第二流体は、次いで、第二入口／出口ポート３５３から放出される前に、第二無弁接合点３５９で合流する。
【００３３】
図３Ｄは、第一流体（例えば、再生流体または洗浄流体）が第一および第二フローセル流れチャネル３１４、３１６を通って（それゆえ、それらの各個の感知面に隣接して）直列で連続的に流れている第四流れパターンを描写している。この第四流れパターンは、第二入口／出口ポート３５３が開いており出口／出ストップポート３５５および入口／ストップポート３５７の両方が閉じている間、第一流体を開放第一入口／出口ポート３５１に導入することに対応している。この構成では、図示しているように、第一流体は、第二入口／出口ポート３５３から放出される前に、第一フローセル流れチャネル３１４、第二無弁接合点３６１、第二フローセル流れチャネル３１６および第一無弁接合点３５９を通って、連続的に流れ得る。
【００３４】
図３Ｅは、第一流体が第一フローセル流れチャネル３１４を通って連続的に流れかつ第二流体が第二フローセル流れチャネル３１６を通って連続的に流れている第五流れパターンを描写している。この第五流れパターンは、出口／ストップポート３５５が開いており入口／ストップポート３５７が閉じている間、第一流体を開放入口／出口ポート３５１に導入することに対応していると同時に、ピペット先端３６３を経由して第二流体を開放第二入口／出口ポート３５３に導入することに対応している。この構成では、図示しているように、第一流体は、第二流体が第二フローセル流れチャネル３１６を通って連続的に流れ得る間、第一フローセル流れチャネル３１４を通って連続的に流れ得る。第一および第二流体は、第二入口／出口ポート３５３から放出される前に、第二無弁接合点３５９で合流する。
【００３５】
さらに別の実施形態では、図４で最もよく見えるように、可逆流れ導管システム４０８は、第一および第二切換弁４１０、４１２を含み、これらは、作動中に、各個の第一および第二シリンジポンプ４１４、４１６に連結される。この構成は、このフローセルとスプリット（例えば、流れ連結点または無弁接合点）との間の死空間が少なくなり得る点で、２個のチャネル蠕動ポンプにわたって、種々の溶液をポンプ上げすることに関連した局面を改良し得る。
【００３６】
前述の詳細な説明および添付の図面に基づいて、本発明は、従来技術よりも一定の利点（以下のような利点）を与えることを認識すべきである：（１）このフローセルに近接して一体化した弁なしで、１個以上の感知面への少ない分散液の注入を許容する；（２）ベースライン緩衝液および洗浄溶液を同じにさせる（すなわち、別個の洗浄手順が不要になる）；（３）ピペット先端を使い捨てループ（または、もし注入ポートが針であるなら、試料バイアルそれ自体）として操作させる；および（４）僅かな部品を有するがそれにもかかわらず制御および自動化が容易である頑丈な送達システムを提供する。
【００３７】
限定ではなく例示の目的のために、以下の実施例は、本発明の種々の局面をさらに具体的に開示する。
【００３８】
（実施例）
本実施例は、いかにして、本発明の代表的な実施形態が、バイオセンサのフローセル内で流れている緩衝液、試薬および試料溶液を可逆的に流すのに使用され得るかを説明する。
【００３９】
（材料および方法）
ＢＩＡＣＯＲＥ（登録商標）Ｘ機器（ＢｉａｃｏｒｅＡＢ，Ｕｐｐｓａｌａ，Ｓｗｅｄｅｎ）を、再設計したフローシステムを使って改良したが、その概略図は、図３で示している。３個のチューブ入口／出口３２９、３３１、３３３および１個の組合せ注入器および廃棄ポート３１８を有する連結ブロック（図示せず）と共に、２個のフローセル３１４、３１６、４個のフローチャネル３１７、３１９、３２１、３２３、および２個の連結点（スプリット）３２５、３２７を含む一体化流体カートリッジを使用した。それゆえ、ＢＩＡＣＯＲＥ（登録商標）Ｘの初期シリンジポンプモジュールを、２チャネル蠕動ポンプ３３８および２個の切換弁３１０、３１２と交換した。
【００４０】
センサチップＣＭ５（研究等級）、ウサギ抗マウスＩｇＧ１（ＲＡＭｇ１）、Ｈｅｐｅｓ緩衝生理食塩水（ＨＢＳ−ＥＰ）およびアミンカップリングキットは、ＢｉａｃｏｒｅＡＢ（ＵｐｐｓａｌａＳｗｅｄｅｎ）から得た。モノクローナル抗−ｐ２４抗体（Ｍａｂｓ）は、ＰｈａｒｍａｃｉａＤｉａｇｎｏｓｔｉｃｓＡＢ（ＵｐｐｓａｌａＳｗｅｄｅｎ）から得、そしてＨＩＶ−１コアタンパク質ｐ２４は、ＰｈａｒｍａｃｉａＧｅｎｅｔｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（ＳａｎＤｉｅｇｏ，Ｕ．Ｓ．Ａ．）から得た。
【００４１】
（注入手順の説明）
センサ面の調製および分析には、全て、この試料および試薬溶液送達システムへの液体注入順序が関与していた。この注入は、（図３でＦｌｏｗＢで示す）流れている緩衝液でベースラインを確立することにより開始し、このことは、切換弁３１２が位置Ｂ−Ｃにあることを意味している（切換弁３１０は、いずれの位置にもできた）。流れている緩衝液は、まず最初に、フローセル３１６に入り、フローセル３１４に進んで、次いで、組合せ廃棄および注入ポート３１８を経由して、放出した。この試料／試薬を含有するピペット先端を注入ポート３１８に設置することにより、そして切換弁３１０および３１２をＡ−Ｂ位置に起動することにより、試料および試薬の注入を実行した。ＦｌｏｗＡは、ＦｌｏｗＢよりも速い流速を有するが、このピペット先端からの試料およびＦｌｏｗＢとして流れている緩衝液の両方を引き出した。ベースライン緩衝液（ＦｌｏｗＢ）が２個のフローセル３１４、３１６および４個のフローチャネル３１７、３１９、３２１、３２３をリンスして、それにより、新たなベースラインを確立するように、後方切換弁３１２を位置Ｂ−Ｃに切り換えることにより、試料の注入を停止した。この試料を両方のフローセル３１４、３１６またはフローセル３２１４だけのいずれかに向けるように、切換弁３１０を使用した。
【００４２】
（センサチップの調製）
リガンドＰＡＭｇ１の固定化中にて、切換弁３１０を位置Ｂ−Ｃに起動しかつ切換弁３１２を位置Ａ−Ｂに起動することにより、合体した廃棄注入ポート３１８からの流れをフローセル３１４に向けた。ベースラインおよび洗浄中にて、切換弁３１０および３１２を、それぞれ、位置Ｂ−ＣおよびＢ−Ｃにした。
【００４３】
ＢｉａｃｏｒｅＡＢにより推奨されるＰＡＭｇ１の固定化用の標準プロトコルを使用して、図５のセンサグラム（ｓｅｎｓｏｇｒａｍ）で示すように、フローセル３１４において、固定化量の１５６０９共鳴ユニット（ＲＵ）が得られた。その流速は、約１５μｌ／分（ＦｌｏｗＡ約３０μｌ／分およびＦｌｏｗＢ約１５μｌ／分）、そして５０μｇ／ｍｌの濃度で約１２０μｌＲＡＭｇ１溶液を消費した（すなわち、全体で６μｇのＲＡＭｇｌ）。（そのＲＡＭｇ１面は、サブクラスＧ１の全モノクローナル抗体を捕捉できることに注目せよ）。
【００４４】
（Ｍａｂのセンサチップへの捕捉）
これらのＭａｂを、ＨＢＳ−ＥＰ中で、約１０μｇ／ｍｌの最終濃度まで希釈した。各Ｍａｂを、フローセル３１４において、約１２００ＲＵのレベルまで捕捉した。その注入は、約６０μｌ／分の流速で、両方のフローセルにわたって実行した。フローセル３１６での応答を３１４での応答から差し引くことにより、バルク効果なしで、参照応答を作成した（これは、解釈が容易な結果を提供する）。
【００４５】
（ｐ２４−Ｍａｂとｐ２４との間の相互作用の研究）
生体分子相互作用を分析するために、５μｇ／ｍｌでＨＢＳ−ＥＰに溶解したｐ２４を、会合工程において、両方のフローセル３１４、３１６に３分間注入した；この解離工程は、同様に、３分間研究した。全体で６個の異なるＭａｂｓを研究し、この場合、その再現性を検査するために、１個を繰り返して実験した。
【００４６】
（再生）
Ｍａｂの各注入間において、１０ｍＭグリシン（ｐＨ１．８）（すなわち、全ての捕捉したｐ２４−Ｍａｂおよびｐ２４−タンパク質を洗い流した）を使って、２分間にわたって、その捕捉面を再生した。
【００４７】
（結果）
この実験の結果は、図５および６で示す。さらに具体的には、図５は、試験した全ての７個のＭａｂｓについて、捕捉しているｐ２４の相互作用および再生を示すのに対して、図６は、Ｍａｂ−ｐ２４相互作用のオーバーレイ相互作用を示し、これは、（特に、その解離速度において）大きな変化を示している。図６から、低い解離速度の３個のＭａｂｓが容易に確認される。
【００４８】
本発明の製品および方法は、本明細書中で説明し記述した実施形態に関連して記述しているものの、本発明は、その精神および本質的な特徴から逸脱することなく、その特定の様式または他の特定の様式で具体化され得る。従って、記述した実施形態は、全ての点で、限定ではなく例示として考慮すべきである。従って、本発明の範囲は、前述の記述ではなく、添付の請求の範囲により指示され、これらの請求の範囲の等価物の意味および範囲内に入る全ての変更は、それらの範囲内に包含される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の可逆流れ導管システムの概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは、第二位置（「ベースラインおよび洗い流し」）で切換弁を有する可逆流れ導管システムの概略図であり、それにより、第二流体は、本発明の実施形態に従って、フローセル導管内で、第二方向で連続的に流れることができる。
【図２Ｂ】図２Ｂは、第一位置（「注入」）で切換弁を有する可逆流れ導管システムの概略図であり、それにより、第一流体は、本発明の実施形態に従って、フローセル導管内で、第一方向で連続的に流れることができる。
【図３】図３は、第一および第二フローセル流れチャネル内を流れる液体の流れ方向を制御可能に逆にする第一および第二切換弁を有する可逆流れ導管システムの概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、第一および第二フローセル流れチャネルを通る第一流れパターンを描写している図３の部分図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、第一および第二フローセル流れチャネルを通る第二流れパターンを描写している図３の部分図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、第一および第二フローセル流れチャネルを通る第三流れパターンを描写している図３の部分図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、第一および第二フローセル流れチャネルを通る第四流れパターンを描写している図３の部分図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、第一および第二フローセル流れチャネルを通る第五流れパターンを描写している図３の部分図である。
【図４】図４は、各個の第一および第二シリンジポンプに作動中に連結された第一および第二フローセル流れチャネル内を流れる液体の流れ方向を制御可能に逆にする第一および第二切換弁を有する可逆流れ導管システムの概略図である。
【図５】図５は、表面結合レセプタを使った７個のＭａｂｓの生体分子相互作用および再生を図示しているセンソグラムである。
【図６】図６は、図４の関連データのいくつかを示すオーバーレイプロットである。

Claims

第一及び第二流体をバイオセンサの１個以上の別個の感知面と接触させる可逆流れ導管システムであって、当該可逆流れ導管システムが、
上記バイオセンサのフローセル（２１２）と一体化した第一導管（２１０）であって、上記フローセル（２１２）が１以上の感知面（２１４，２１６）を有しており、第一導管（２１０）がその第一及び第二末端部にそれぞれ第一及び第二ポート（２１８，２２０）を有しており、第一ポート（２１８）が入口又は出口として作用できるものであり、第二ポート（２２０）が無弁接合点（２２８）に作動可能に連結しており、第一導管を流れる流体がバイオセンサの１個以上の別個の感知面（２１４，２１６）と別々に接触することができる第一導管（２１０）と、
第一及び第二末端部（２３２，２３４）を有する第二導管（２３０）であって、第一末端部（２３２）が無弁接合点（２２８）に作動可能に連結していて、第二末端部（２３４）が第二流体を導入するための入口ポートに連結している第二導管（２３０）と、
第一及び第二末端部（２２４，２２６）を有する第三導管（２２２）であって、第一導管（２１０）と第二導管（２３０）と第三導管（２２２）が互いに連通するように第三導管（２２２）の第一末端部（２２４）が無弁接合点（２２８）に作動可能に連結している第三導管（２２２）と、
第三導管（２２２）の第一末端部（２２４）と第二末端部（２２６）の間に挿入され、第一及び第二位置を有する切換弁（２３６）であって、第三導管（２２２）の第一末端部（２２４）から第二末端部（２２６）へと流体を流すことができる第一位置と、第三導管（２２２）の第一末端部（２２４）から第二末端部（２２６）へと流体を流すことができない第二位置とを切換弁（２３６）の起動によって選択できる切換弁（２３６）と、
切換弁（２３６）が第一又は第二位置にあるときに第二導管（２３０）中の第二流体の連続流をその第二末端部（２３４）からその第一末端部（２３２）へと供給することができるように第二導管（２３０）の第二末端部（２３４）に作動可能に連結しているとともに、切換弁（２３６）が第一位置にあるときに第三導管（２２２）の第一末端部（２２４）からその第二末端部（２２６）へと流体を引き出すことができるように第三導管（２２２）の第二末端部（２２４）に作動可能に連結しているポンプ（２３８）であって、第三導管（２２２）中での流速が第二導管（２３０）中の流速よりも大きいポンプ（２３８）と
を備えており、
切換弁（２３６）が第一位置にあるときは、第一導管（２１０）の第一ポート（２１８）から第一流体を吸入して第一導管（２１０）の第一ポート（２１８）から第二ポート（２２０）へと向かう第一流れ方向に第一流体を流し、無弁接合点（２２８）で第二流体の連続流と合流させて第三導管（２２２）を第二流体と共に流すことができ、切換弁（２３６）が第二位置にあるときは、第二導管（２３０）中の第二流体の連続流を無弁接合点（２２８）を介して第一導管（２１０）の第二ポート（２２０）から第一ポート（２１８）へと向かう第二流れ方向に流して第一ポート（２１８）から排出することができる、
可逆流れ導管システム。
前記ポンプ（２３８）が、第一及び第二ポンピングチャネルを有する蠕動ポンプであって、第一ポンピングチャネルが、第三導管（２２２）の第二末端部（２２６）に作動可能に連結しており、第二ポンピングチャネルが第二導管（２３０）の第二末端部（２３４）に作動可能に連結している、請求項１に記載の可逆流れ導管システム。
前記ポンプが複数のシリンジポンプを含んでいて、複数のポンプの第一のものが第三導管（２２２）の第二末端部（２２６）に作動可能に連結しており、複数のポンプの第二のものが第二導管（２３０）の第二末端部（２３４）に作動可能に連結している、請求項１に記載の可逆流れ導管システム。
第三導管（２２２）の容積流量が、第一導管（２１０）及び第二導管（２３０）の容積流量能力の合計に等しい、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の可逆流れ導管システム。
第一導管（２１０）の容積流量能力が第二導管（２３０）の容積流量能力に等しい、請求項４に記載の可逆流れ導管システム。
第三導管（２２２）が約５０μｌ／分の容積流量能力を有し、第二導管（２３０）が約２５μｌ／分の容積流量能力を有する、請求項５に記載の可逆流れ導管システム。
第一導管（２１０）の第一ポートが、ピペット先端を係合可能に受容するように適合している、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の可逆流れ導管システム。
第一流体が目的の分析物を有する試料溶液であり、第二流体が緩衝溶液である、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の可逆流れ導管システム。
当該可逆流れ導管システム内で廃棄流体を連続的に流すのに適した第一及び第二末端部（２４２，２４４）を有する第四導管（２４０）であって、切換弁（２３６）が第二位置にあるときに廃棄流体が可逆流れ導管システム内を循環して流れるように、第一末端部（２４２）が切換弁（２３６）に作動可能に連結している、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の可逆流れ導管システム。
第一導管（２１０）の第一フローセルチャネル部（３１４）及び第二フローセルチャネル部（３１６）内を流れる流体の流れ方向を互いに独立に制御可能に逆転することができる第一及び第二切換弁（３１０，３１２）を含む、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の可逆流れ導管システム。