JP6074178B2 - 液滴サンプルを操作するためのカートリッジ及びシステム - Google Patents
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Description
a) 上面、下面、及び試薬又はサンプルを内部に保持するように構成される多数のウェルを有する本体部と、
b) 液体に対して不浸透性を有すると共にウェルの上側をシールするように構成される柔軟に変形可能な上部構造と、
c) 液体に対して不浸透性を有すると共にウェルの底側をシールするように構成される穿孔可能な底部構造と、
d) 本体部の下面の下方に位置する作業フィルムであって、液体に対して不浸透性を有すると共に疎水性上面を有する作業フィルムと、
e) 本体部の下面の下方に位置し、作業フィルムを本体部に接続する周辺スペーサと、
f) 本体部の下面と作業フィルムの疎水性上面との間の隙間であって、周辺スペーサによって規定される隙間と、
g) 穿孔可能な底部構造の下方に位置すると共に試薬又はサンプルをウェルから隙間へ解放するために穿孔可能な底部構造を穿孔するように構成される多数の穿孔要素と、
を有することを特徴する。
・カートリッジは、多数の異なる分析に適合するように物理的に設計され、それによって多様な異なる分析において一般的である。
・使い捨てのカートリッジは、一回限りの使用のために設計され、計画された分析のために十分である数及び量の準備された処理液及び/又は試薬が予め搭載されて提供される。
・カートリッジは、口腔綿棒ヘッド(buccal swab head)、組織片又は吸い取り紙、血液のような液体サンプルなどの試料の安全な吸入のために設計される。
・電極アレイは、カートリッジから完全に分離され、非常に多くの回数再利用することができる。
・電極アレイは好ましくは、実行される分析に従って変更できる設計を有する。
・電極アレイは、試料物質、サンプル、又は試薬によって触れられず、従って常に清潔である。
・本発明に係るカートリッジ及びシステムを用いて、単一サンプルを複数滴に分けることができる。これは、以下のこと、すなわち、
・単一液滴の個別操作、
・これらの液滴のそれぞれにおいて個別反応を行うこと、
・各液滴を異なって個別に処理し、例えば、各液滴の核酸サンプルにおいて核酸増幅を行うことができると共に異なる単一ヌクレオチド多型(SNP)を分析することができること、
・サンプルの液滴の一部を核酸分析のために処理することができると共に同一サンプルから別の液滴を免疫測定法又は参考サンプルのために供給することができること、
・単一波長を適用して多数の液滴の分析を行うことができ、例えば、平行して分析される列の数は、本発明に係るカートリッジ及びシステムの共通領域によってのみ限定され、機器用光によって限定されないこと、
を可能にする。
1. サンプルが口腔綿棒を用いて取られ、吸入凹部25が使用前の汚染から防止するシール58をはがした後に試料(付着するサンプルを備えた口腔綿棒ヘッド55)が吸入凹部25の外側チャンバに導入される(図8A参照)。
2. 吸入装置26はここで、吸入凹部25内へ押される。シリンダチューブ27の外周は、吸入凹部25のシリンダ状外側チャンバ内で密封して滑る。
3. 吸入凹部25の外側チャンバ内の穿孔構造59がシリンダチューブ27の第2端部29を密封して閉じる密封フォイル31を穿孔するまで吸入装置26はさらに吸入凹部25内へ押される。
4. シリンダチューブ27内に元来含まれる溶解緩衝液は、吸入凹部25の外側チャンバに入り、吸入装置26は、吸入凹部25の外側チャンバと内側チャンバとの間にフリット56を通じて空気を押し出すために、吸入凹部25内へさらに押される。
5. 綿棒ヘッド55に付着する細胞物質の溶解が行われる。溶解中、温度は好ましくは、吸入凹部25において高められる。液滴操作システム40の基板42内(あるいは代替的にカートリッジ1内)のヒータは、好ましくは必要値まで吸入凹部25内部の温度を上げるために使用される。
6. 溶解後、吸入装置26のシリンダチューブ27は、吸入凹部25の外側チャンバ内へ完全に押される。これを行うとき、溶解物の大部分は、フリット56を通じて押され、吸入凹部25の内部チャンバに入る。
7. 必要に応じて、カートリッジの隙間12は、第1にオイルで充填される。吸入凹部25の内側チャンバ下方の穿孔可能な底部構造8は次に、プランジャー41を用いて穿孔可能な底部構造8に対して穿孔要素13を押すことによって穿孔される。
8. 吸入凹部25の内側チャンバの上部を密封して閉じる柔軟に変形可能な上部構造7は、プランジャー41を用いて内部に押され、吸入凹部25の内側チャンバの内部容積を減少させることによって溶解物の一部が隙間12に解放される。
2,2’,2” 本体部
2’ 2の板状構造
2” 2のフレーム構造
3 2,2’,2”の上面
4 2,2’,2”の下面
5 ウェル
6 試薬
6’サンプル
7 柔軟に変形可能な上部構造
8 穿孔可能な底部構造
9 周辺スペーサ
9’ 一体化された周辺リム
9” 別個の周辺要素
10 作業フィルム
11 10の疎水性上面
12 隙間
13 穿孔要素
14 中央開口部
15 中間スペーサ
16 底部分
17 剛性カバー
18 カバー穴
19 カバー層
20 電極アレイ
21 光ファイバ
22 窓
23 滴
24 試料吸入口
25 吸入凹部
25’ 別の吸入凹部
26 吸入装置
27 シリンダチューブ
28 27の第1端部
29 27の第2端部
30 プランジャー
31 密封フォイル
40 20を有するシステム
41 作動要素
42 基板
43 中央制御ユニット
44 個別電極
45 案内経路
46 撹拌機構
47 隣接表面
48 44の表面レベル
49 42の表面
50 電気絶縁フィルム、層又はカバー
51 レバー
52 クランプ機構
53 2の外側部
54 接地接続
55 口腔綿棒ヘッド
56 フリット
57 2の下方延長部
58 シール
59 穿孔構造
Claims (37)
- カートリッジ(1)の作業フィルム(10)が電極アレイ(20)上に配置されるときに電極アレイ(20)を用いて液滴サンプルを操作するための作業フィルム(10)を有するカートリッジ(1)であって、
前記カートリッジ(1)は、
a) 上面(3)、下面(4)、及び試薬(6)又はサンプル(6’)を内部に保持するように構成される多数のウェル(5)を有する本体部(2,2’,2”)と、
b) 液体に対して不浸透性を有すると共にウェル(5)の上側をシールするように構成される柔軟に変形可能な上部構造(7)と、
c) 液体に対して不浸透性を有すると共にウェル(5)の底側をシールするように構成される穿孔可能な底部構造(8)と、
d) 本体部(2,2’,2”)の下面(4)の下方に位置する作業フィルム(10)であって、液体に対して不浸透性を有すると共に疎水性上面(11)を有する作業フィルム(10)と、
e) 本体部(2,2’,2”)の下面(4)の下方に位置し、作業フィルム(10)を本体部(2,2’,2”)に接続する周辺スペーサ(9)と、
f) 本体部(2,2’,2”)の下面(4)と作業フィルム(10)の疎水性上面(11)との間の隙間(12)であって、周辺スペーサ(9,9’,9”)によって規定される隙間(12)と、
g) 穿孔可能な底部構造(8)の下方に位置すると共に試薬又はサンプル(6,6’)をウェル(5)から隙間(12)へ解放するために穿孔可能な底部構造(8)を穿孔するように構成される多数の穿孔要素(13)と、
を有し、前記穿孔要素は、前記周辺スペーサの一部である、
カートリッジ。 - 前記本体部(2)は、実質的に平坦な下面(4)を有し、板状構造(2’)又は中央開口部(14)を有するフレーム構造(2”)として構成される、
請求項1に記載のカートリッジ。 - 前記柔軟に変形可能な上部構造(7)は、前記板状構造(2’)又はフレーム構造(2”)の上面(3)に密封して取り付けられる柔軟なフォイルとして構成される、
請求項2に記載のカートリッジ。 - 前記穿孔可能な底部構造(8)は、前記板状構造(2’)又はフレーム構造(2”)に一体化される本体部(2)の穿孔可能な底部分として構成される、
請求項3に記載のカートリッジ。 - 前記柔軟に変形可能な上部構造(7)は、前記板状構造(2’)又はフレーム構造(2”)に一体化される本体部(2)の柔軟な上部分として構成される、
請求項2に記載のカートリッジ。 - 前記穿孔可能な底部構造(8)は、前記板状構造(2’)又はフレーム構造(2”)の下面(4)に密封して取り付けられる穿孔可能なフォイルとして構成される、
請求項5に記載のカートリッジ。 - 前記周辺スペーサ(9)は、前記隙間(12)の領域を囲むと共に前記板状構造(2’)又はフレーム構造(2”)と一体的に形成される周辺リム(9’)として構成される、
請求項2に記載のカートリッジ。 - 前記カートリッジ(1)は、前記隙間(12)の領域内に位置して前記板状構造(2’)又はフレーム構造(2”)と一体的に形成される中間スペーサ(15)を有する、
請求項7に記載のカートリッジ。 - 前記周辺スペーサ(9)は、前記隙間(12)を囲むと共に前記板状構造(2’)又はフレーム構造(2”)の本体部(2)の下面(4)に取り付けられる別個の周辺要素(9”)として構成される、
請求項2に記載のカートリッジ。 - 前記カートリッジ(1)は、前記隙間(12)の領域内に位置して前記板状構造(2’)又はフレーム構造(2”)の本体部(2)の下面(4)に取り付けられる別個の要素として構成される中間スペーサ(15)を有する、
請求項9に記載のカートリッジ。 - 前記穿孔要素(13)は、前記隙間(12)の領域内に位置し、前記隙間(12)を囲む別個のリング状要素(9”)と一体的に形成される、
請求項9に記載のカートリッジ。 - 前記作業フィルム(10)は、前記周辺リム(9’)、又は前記板状構造(2’)あるいはフレーム構造(2”)の別個の周辺要素(9”)に取り付けられる、
請求項7又は9に記載のカートリッジ。 - 前記作業フィルム(10)は、疎水性材料からなる単層として構成される、
請求項1に記載のカートリッジ。 - 前記作業フィルム(10)は、電気的に非電導性の材料からなる単層として構成され、前記作業フィルム(10)の上面(11)は、疎水性であるように処理される、
請求項1に記載のカートリッジ。 - 前記作業フィルム(10)は、下層と疎水性上層とを有する積層として構成され、前記下層は、電気的に電導性又は非電導性である、
請求項1に記載のカートリッジ。 - 前記フレーム構造(2”)の中央開口部(14)は、前記本体部(2)の実質的に平坦な下面(4)を形成するために前記フレーム構造(2”)と一体的に形成される前記本体部(2)の底部分(16)を残す前記上面(3)の窪みとして構成される、
請求項2に記載のカートリッジ。 - 前記フレーム構造(2”)の中央開口部(14)は、前記フレーム構造(2”)全体を貫通する貫通穴として構成される、
請求項2に記載のカートリッジ。 - 前記カートリッジ(1)は、前記フレーム構造(2”)に取り付けられる剛性カバー(17)を有し、前記剛性カバー(17)は、前記作業フィルム(10)の反対側において前記隙間(12)を閉じ、前記剛性カバー(17)の下面は、前記フレーム構造(2”)の下面(4)と実質的に同一平面である、
請求項17に記載のカートリッジ。 - 前記剛性カバー(17)は、前記フレーム構造(2”)と実質的に同一延長部を有すると共に前記ウェル(5)の下方に位置する多数の穴(18)を有し、前記穴(18)は、曲げられた穿孔要素(13)がウェル(5)のそれぞれの穿孔可能な底部構造(8)に隣接して穿孔することができるのに十分である大きさ及び形状を有する、
請求項18に記載のカートリッジ。 - 前記カートリッジ(1)は、剛性カバー(17)及びカバー層(19)を有し、前記剛性カバー(17)及びカバー層(19)は、前記剛性カバー(17)が前記作業フィルム(10)の反対側において前記隙間(12)を閉じるように前記フレーム構造(2”)に取り付けられ、前記剛性カバー(17)の下面が前記フレーム構造(2”)の下面(4)と実質的に同一平面である、
請求項17に記載のカートリッジ。 - 前記カートリッジ(1)は、板状構造(2’)として構成されると共にカバー層(19)を有し、前記カバー層(19)は、前記カバー層(19)が前記作業フィルム(10)の反対側において前記隙間(12)を閉じるように前記本体部(2)に取り付けられ、前記カバー層(19)の下面が前記板状構造(2’)の下面(4)と実質的に同一平面である、
請求項2に記載のカートリッジ。 - 前記カバー層(19)は、前記フレーム構造(2”)又は前記板状構造(2’)の下面(4)に密封して取り付けられる穿孔可能なフォイルとして構成される、
請求項20又は21に記載のカートリッジ。 - 前記カバー層(19)は、電気的に電導性を有すると共に少なくとも前記隙間(12)に向けられた表面において疎水性を有し、前記カートリッジ(1)は、前記カバー層(19)に接続されると共に接地電位源に取付可能である電気接地接続(54)を有する、
請求項22に記載のカートリッジ。 - 前記カートリッジ(1)は、前記隙間(12)内の滴(23)に光を導くため及び/又は前記隙間(12)内の滴(23)から離れて光を案内するための少なくとも1つの光ファイバ(21)を有する、
請求項2に記載のカートリッジ。 - 前記本体部(2,2’,2”)は、吸入凹部(25)と吸入装置(26)とを有する試料吸入口(24)であって、前記吸入装置(26)が前記吸入凹部(25)内の活動位置に少なくとも部分的に配置可能である試料吸入口(24)を有する、
請求項1に記載のカートリッジ。 - 前記吸入装置(26)は、
(a)第1端部(28)と第2端部(29)とを有するシリンダチューブ(27)と、
(b)前記第1チューブ端部(28)に挿入可能であると共に前記シリンダチューブ(27)内において移動可能であるプランジャー(30)と、
(c)前記シリンダチューブ(27)の前記第2端部(29)を密封して閉じる密封フォイル(31)と、を有する、
請求項25に記載のカートリッジ。 - 前記穿孔要素(13)は、ウェル(5)又は吸入凹部(25)の下方に位置し、前記穿孔要素(18)は、液滴操作システム(40)の作動要素(41)によって作動されるときに少なくとも前記穿孔可能な底部構造(8)を穿孔するように構成される、
請求項1に記載のカートリッジ。 - 液滴操作システム(40)であって、
電極アレイ(20)を備えた基板(42)と、
前記電極アレイ(43)の個別電極(44)の選択を制御するため且つ前記電極(44)に液滴(23)を電気湿潤によって操作する個別電圧パルスを供給するための中央制御ユニット(43)と、を備え、
前記システムは(40)は、前記電極(44)の上部に請求項1に記載のカートリッジ(1)の作業フィルム(10)を受容するように構成される、
システム。 - 前記システム(40)は、少なくとも1つの請求項1に記載のカートリッジ(1)を有する、
請求項28に記載のシステム。 - 前記システム(40)は、カートリッジ(1)の穿孔要素(13)を作動するための作動要素(41)を有し、前記穿孔要素(13)は、少なくとも前記カートリッジ(1)の前記穿孔可能な底部構造(8)を穿孔し、それによって試薬、処理液、反応液、又は前記カートリッジ(1)の隙間(12)内への液体を含むサンプルを解放するために構成される、
請求項28に記載のシステム。 - 前記システム(40)は、カートリッジ(1)の柔軟に変形可能な上部構造(7)を作動するための作動要素(41)を有し、前記柔軟に変形可能な上部構造(7)は、作動要素(41)によって内方へ押され、それによって前記カートリッジ(1)の隙間(12)に溶解物、試薬、処理液、又は反応液を解放するために吸入凹部(25)の内側チャンバの内部容積又はウェル(5)の内部容積を減少させるように構成される、
請求項28に記載のシステム。 - 前記作動要素(41)は、案内経路(45)内で滑り移動可能であると共に撹拌機構(46)によって撹拌されるプランジャーとして構成される、
請求項30又は31に記載のシステム。 - 前記作動要素(41)を撹拌するための撹拌機構(46)は、ワックスポンプブラダー、電磁駆動又はクランプ機構駆動レバー(51)の1つとして構成される、
請求項32に記載のシステム。 - 前記作動要素(41)を撹拌するための撹拌機構(46)は、クランプ機構駆動レバー(51)として構成され、前記クランプ機構(52)は、手動で、前記システム(40)の基板(42)及び電極アレイ(20)にカートリッジ(1)の本体部(2,2’,2”)を押すように構成される、
請求項33に記載のシステム。 - 前記基板(42)は、前記作業フィルム(10)が取り付けられる前記カートリッジ(1)の周辺リム(9’)又は別個の周辺要素(9”)が前記電極(44)上において前記作業フィルム(10)を引っ張るために前記電極(44)の表面レベル(48)を超えて移動可能であるように、前記電極(44)の表面レベル(48)に対してオフセットした隣接表面(47)を有する、
請求項28に記載のシステム。 - 前記基板(42)は、前記作業フィルム(10)が取り付けられる前記カートリッジ(1)の本体部(2,2’,2”)又はスペーサ(9)の下面(4)の少なくとも一部が前記電極(44)上において前記作業フィルム(10)を引っ張るために前記電極(44)の表面レベル(48)を超えて移動可能であるように、前記電極(44)の表面レベル(48)に対してオフセットした表面(49)を有する、
請求項28に記載のシステム。 - 前記基板(42)は、前記電極アレイ(20)に適用され、前記電極アレイ(20)の個別電極(44)を全て覆い、前記個別電極(44)を互いから分離する電気絶縁フィルム、層又はカバー(50)を有する、
請求項28に記載のシステム。
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