JP6494658B2 - 生体試料を分析するための回転可能カートリッジ - Google Patents
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Description
回転駆動の円周方向において、試料液体を保持する第1の保存キャビティに隣接する動作キャビティ(operation cavity)と、
毛管力により試料液を吸い込んで試料液体を動作キャビティまで移送するための、第1の保存キャビティの側壁上に設けられる接続セクションと、
回転駆動の円周方向において動作キャビティの外側に配置され、接続通路を介して動作キャビティの最も外側の位置に連通される第2の保存キャビティと、
を含む分析デバイスを開示している。接続セクションが、円周方向において、第1の保存キャビティ内で保持される試料液体の液面より離れたところを延在する。
試料溶液を溶液成分と固体成分とに分離するための分離チャンバと、
所定の量の分離された固体成分を保持するための保持チャンネルと、
保持チャンネルに接続される混合チャンバと、
保持チャンネルと分離チャンバとの間に接続されるオーバーフローチャンネルと、
分離チャンバ内に残る試料溶液がその中に排出される試料オーバーフローチャンバと、
分離チャンバおよび試料オーバーフローチャンバを接続するジョイントチャンネルと、
を備える分析デバイスを開示している。分離した溶液成分が毛管力によりオーバーフローチャンネルを優先的に充填した後、分離した固体成分がオーバーフローチャンネルを介して保持チャンネルに移送され、所定の量の固体成分が測定される。保持チャンネル内の固体成分が遠心力により混合チャンバに移送され、同時に、分離チャンバ内に残る試料溶液がジョイントチャンネルのサイフォン作用により試料オーバーフローチャンバへと排出される。
本明細書で使用されるカートリッジが、生体試料を処理して処理済み生体試料とするための試験要素を包含する。カートリッジが、生体試料に対して測定を実施するのを可能にする構造または構成要素を含むことができる。カートリッジは、米国特許第8,114,351(B2)号および米国特許第8,470,588(B2)号で定義されて説明されているような試験要素である。本明細書で使用されるカートリッジは、「ラボ−オン−ディスク」またはマイクロ流体CDとしても知られる遠心マイクロ流体ディスクとも称され得る。
カートリッジが流体を受け取るための流体チャンバを備える。カートリッジがアリコートチャンバ(aliquoting chamber)をさらに備える。カートリッジが、流体チャンバおよびアリコートチャンバを接続するダクトをさらに備える。ダクトが、流体チャンバからアリコートチャンバまで流体を移送するように構成されるかまたはそのように動作可能である。いくつかの実施例では、アリコートチャンバが流体チャンバよりも回転軸から離れる。この事例では、ダクトは、単純に、アリコートチャンバおよび流体チャンバを接続するチャンネルであってよい。他の実施例では、ダクトがサイフォンであってよく、流体チャンバからアリコートチャンバまで流体を移送するのに使用され得る。
米国特許出願第2009/0246082(A1)号が、オーバーフローチャンバまたはチャンネル内での種々の位置に配置されるエアホールの使用を教示している。例えば、米国特許出願第2009/0246082(A1)号の図3、4および5を参照されたい。しかし、サイフォンの湾曲部のところにエアホールを配置することは、湾曲部からアリコートチャンバの下側部まで延在するサイフォン入口を有するような形で流体を繰り返し分取するのを可能にしない。この利点を後でより詳細に説明する。
別の実施形態では、カートリッジが回転させられるときに水平となる。カートリッジを水平の位置に配置することは、回転軸を垂直の位置に配置することと等価である。
流体構造はマイクロ流体構造であってよい。
別の実施形態では、アリコートチャンバが最も下側の点を備える。最も下側の点は、回転軸から最も離れるアリコートチャンバの位置である。サイフォン入口が最も下側の点まで延在する。この実施例では、サイフォン入口が湾曲部からアリコートチャンバの最も下側の点まで完全に延在する。これは、アリコートチャンバ内に含まれるほぼすべての流体が複数回の分取ステップで下流の流体要素まで移送され得ることを理由として、有益となり得る。湾曲部とサイフォン入口との間のサイフォンアーム内に含まれる流体量のみが下流の流体要素の中へ移送され得ず、その理由は、この流体量が常にアリコートチャンバへ戻るように移送されるからである。
別の実施形態では、測定構造が2つ以上の電極を備える。測定構造が電極または電気化学発光システムである。
いくつかの実施例が、さらにより複雑な試験のため、透明構造を備える測定構造と、電極と、の両方を有することができる。例えば、測定構造は電気化学発光測定を行うための構造であってよく、ここでは、電極が試料中で光学的励起を引き起こす。
別の実施形態では、アリコートチャンバが上側部を備える。上側部が下側部よりも回転軸に接近する。上側部が湾曲部に接触する。サイフォン入口が上側部および下側部の中へ開いている。上側部が第1の幅を有する。第1の幅がサイフォン入口に隣接する他の部分の幅である。下側部が第2の幅を有する。第2の幅がサイフォン入口に隣接する下側部の幅である。第2の幅が第1の幅より大きい。サイフォン幅が第1の幅より小さい。
サイフォンの隣にあるこの追加のチャンネルすなわちエアベントチャンネルは、サイフォンがそれ自体で流体を取り除くことができる場合に、2回以上の分取が必要であるときにサイフォンを再使用可能とする目的で、有利となり得る。
疎水性バルブを使用することの欠点は、低い表面張力の流体を制御することが不可能であることである。これは特に洗浄緩衝剤に当てはまる。疎水性バルブはまた、1回しか使用され得ないという欠点を有する。
生体試料の処理は、回転軸を中心とした回転速度および継続時間を制御することによって制御され得る。サイフォン118、140は、毛管作用を利用して自動で充填されるように設計される。しかし、回転軸102を中心とした十分に高い回転速度により毛管作用に逆らう遠心力が生じる。したがって、回転速度を制御することによりおよび特定の速度での回転の継続時間を制御することにより、生体試料の処理およびさらにはアリコートチャンバ116から下流の流体要素134への流体の流れが制御され得る。通常の使用では、生体試料が入口146の中に配置され得、システムの回転速度が制御され得る。次いで、ある時点で、アクチュエータまたは他の機械的手段がリザーバ開放要素を操作するのに使用され、穿孔要素110により穿孔可能シール108を穿孔する。次いで、回転が、流体をアリコートチャンバの中に押しやることができ、多様な回転速度が、カートリッジ100を使用して複数回の分取を実施するのに利用され得る。
図2が分取プロセスの開始を示す。流体107がアリコートチャンバ116の中に引き入れられている。流体107がアリコートチャンバ116およびサイフォン118の一部を充填して示されている。ディスク100が、遠心力をサイフォン118内での毛管作用に釣り合わせるのに十分に高い速度で回転軸102を中心として回転しており、流体107が、アリコートチャンバ116、および、アリコートチャンバ116のすぐ近くのサイフォン118の径方向外側の部分の中に、留まっている。流体107は例えば流体リザーバ106からの洗浄緩衝剤または試薬であってよい。
図9が図1の流体リザーバ106および流体チャンバ104をより詳細に示す。
図13が図11に示される図と同じ図を示す。しかし、1300を付される第1の断面線AAおよびBBを付される第2の断面線1302が引かれている。線A−A1300に沿う第1の断面図が図1304に示される。第2の断面図B−Bが断面図1306に示される。これらの断面図では、サイフォンチャンネル1102およびエアベントチャンネル1100を区別して見ることができる。断面B−Bでは、アリコートチャンバ116の隣にあるサイフォン118を見ることができる。この図では、さらに、エアベントチャンネル1310と、サイフォン幅1308と、境界部分128のところの最小幅1312との相対的な幅も見ることができる。
102 回転軸
104 流体チャンバ
106 流体を有する流体リザーバ
107 流体
108 穿孔可能シール
110 穿孔要素
112 係合表面またはリザーバ開放要素
114 ダクト
116 アリコートチャンバ
118 サイフォン
120 湾曲部
122 最も下側の点
124 下側部
126 上側部
128 サイフォンとアリコートチャンバとの間の境界部分
130 通気孔
132 過剰流体容器
133 サイフォン出口
134 下流の流体要素
136 流体構造
138 流体要素
140 サイフォン
142 通気孔
144 測定構造
146 開口部
148 カバー蓋
400 流体の第1の部分
402 流体の残りの部分
404 空気
700 流体の第2の部分
1100 エアベントチャンネル
1102 主サイフォンチャンネル
1300 第1の断面線A−A
1302 第2の断面線B−B
1304 第1の断面線のところの断面図
1306 第2の断面線のところの断面図
1308 サイフォン幅
1310 エアベントチャンネル幅
1312 境界部分128のところの最小幅
1400 自動分析器
1402 カートリッジスピナ
1404 モータ
1406 グリッパ
1408 カートリッジの部分
1410 測定構造
1411 アクチュエータ
1412 測定システム
1414 制御装置
1416 ハードウェアインターフェース
1418 プロセッサ
1420 電子記憶装置
1422 電子メモリ
1424 ネットワークインターフェース
1426 ネットワーク接続部
1428 ラボラトリ情報システム
1430 実行可能命令
1432 測定
1500 生体試料を流体構造の中に配置する
1502 流体構造を使用して生体試料を処理して処理済み生体試料とするためにカートリッジの回転速度を制御する
1504 流体チャンバを流体で充填する
1506 ダクトを介して流体を流体チャンバからアリコートチャンバまで輸送するためにカートリッジの回転速度を制御する
1508 流体の第1の部分をアリコートチャンバから下流の流体要素まで移送するためにカートリッジの回転速度を制御する
1510 流体の第1の部分のアリコートチャンバから下流の流体要素までの移送を止めるためにカートリッジの回転速度を上げるように制御する
1512 流体の少なくとも第2の部分をアリコートチャンバから下流の流体要素まで移送するためにカートリッジの回転速度を制御する
1514 流体の第2の部分のアリコートチャンバから下流の流体要素までの移送を止めるためにカートリッジの回転速度を上げるように制御する
1516 測定構造を使用しておよび測定システムを使用して測定を実施する
Claims (15)
- カートリッジ(100)を使用して処理済み生体試料の測定(1432)を実施する方法であって、前記カートリッジが回転軸(102)の周りを回転するように動作可能であり、前記カートリッジが
流体(107)を受け取るための流体チャンバ(104)と、
アリコートチャンバ(116)と、
前記流体チャンバおよび前記アリコートチャンバを接続するダクト(114)と、
下流の流体要素(134)と、
前記アリコートチャンバから前記下流の流体要素まで前記流体を吸い上げるためのサイフォン(118)であって、前記サイフォンは前記アリコートチャンバに入るサイフォン入口(128)を備え、前記サイフォンは前記下流の流体要素に入るサイフォン出口(133)をさらに備え、前記サイフォンは湾曲部(120)を備え、前記湾曲部が前記回転軸に最も接近する前記サイフォンの部分であり、前記サイフォン入口が前記湾曲部から前記アリコートチャンバの下側部(124)まで延在し、前記下側部が前記湾曲部よりも前記回転軸から離れ、前記アリコートチャンバの前記サイフォンに隣接する部分の高さ方向の長さが前記アリコートチャンバの他の部分の高さ方向の長さと比較して最も短く、前記サイフォンがサイフォンの高さ方向の長さを有し、前記サイフォンの高さ方向の長さが前記アリコートチャンバの前記最短長さより小さい、サイフォン(118)と、
生体試料を処理して処理済み生体試料とするための流体構造(136)であって、前記流体構造は前記下流の流体要素を備え、前記下流の流体要素が前記流体構造に流体接続され、前記流体構造が前記処理済み生体試料の測定を可能にするための測定構造(144、1410)を備え、前記流体構造が前記生体試料を受け取るように構成される、流体構造(136)と、
を備え、
前記方法が、
前記生体試料を前記流体構造の中に配置するステップ(1500)と、
前記流体構造を使用して前記生体試料を処理して前記処理済み生体試料とするために前記カートリッジの回転速度を制御するステップ(1502)と、
前記流体で前記流体チャンバを充填するステップ(1504)と、
前記ダクトを介して前記流体チャンバから前記アリコートチャンバまで前記流体を輸送するために前記カートリッジの回転速度を制御するステップ(1506)と、
1回目として前記サイフォンを前記流体で充填するために前記カートリッジの回転速度を制御するステップ(1508)と、
前記サイフォン内の前記流体の第1の部分を前記下流の流体要素まで移送するために前記カートリッジの回転速度を上げるように制御するステップ(1510)であって、前記カートリッジの回転速度の増加は、前記湾曲部のところでの前記サイフォンへの空気(404)の流入を引き起こし、前記カートリッジの回転速度の増加は前記流体の前記第1の部分が前記サイフォン出口を通るように押しやる、ステップ(1510)と、
前記サイフォンを、前記アリコートチャンバからの、前記流体の第2の部分で充填するために前記カートリッジの回転速度を制御するステップ(1512)と、
前記サイフォン内の前記流体の前記第2の部分を前記下流の流体要素まで移送するために前記カートリッジの回転速度を上げるように制御するステップ(1514)であって、前記カートリッジの回転速度の増加は、前記湾曲部のところでの前記サイフォンへの空気の流入を引き起こし、前記カートリッジの回転速度の増加は前記流体の前記第2の部分が前記サイフォン出口を通るように押しやり、前記第1の部分および前記第2の部分が同じ量を有する、ステップ(1514)と、
前記測定構造を使用しておよび測定システムを使用して前記測定を実施するステップ(1516)と
を含む、方法。 - 前記カートリッジが、前記流体で充填されるリザーバ(106)をさらに備え、前記リザーバが、開けられて前記流体を前記流体チャンバまで移送するように構成される、請求項1に記載の方法。
- 前記サイフォンが、毛管作用を利用して流体を前記下流の流体要素まで流すように動作可能である、請求項1または2に記載の方法。
- 自動分析器(1400)のためのカートリッジ(100)であって、前記カートリッジは回転軸(102)の周りを回転するように動作可能であり、前記カートリッジは、
流体(107)を受け取るための流体チャンバ(104)と、
アリコートチャンバ(116)と、
前記流体チャンバおよび前記アリコートチャンバを接続するダクト(114)と、
下流の流体要素(134)と、
前記アリコートチャンバから前記下流の流体要素まで前記流体を吸い上げるためのサイフォン(114)であって、前記サイフォンは前記アリコートチャンバ内にサイフォン入口(128)を備え、前記サイフォンは前記下流の流体要素内にサイフォン出口(133)をさらに備え、前記サイフォンは湾曲部(120)を備え、前記湾曲部が前記回転軸に最も接近する前記サイフォンの部分であり、前記サイフォン入口が前記湾曲部から前記アリコートチャンバの下側部まで延在し、前記下側部が前記湾曲部よりも前記回転軸から離れ、前記アリコートチャンバの前記サイフォンに隣接する部分の高さ方向の長さが前記アリコートチャンバの他の部分の高さ方向の長さと比較して最も短く、前記サイフォンがサイフォンの高さ方向の長さを有し、前記サイフォンの高さ方向の長さが前記アリコートチャンバの前記最短長さより小さい、サイフォン(114)と、
生体試料を処理して処理済み生体試料とするための流体構造(136)であって、前記流体構造は前記下流の流体要素を備え、前記下流の流体要素が前記流体構造に流体接続され(140)、前記流体構造が前記処理済み生体試料の測定を可能にするための測定構造(144、1410)を備え、前記流体構造が前記生体試料を受け取るように構成される、流体構造(136)と、
を備える、カートリッジ(100)。 - 前記アリコートチャンバが最も下側の点(122)を備え、前記最も下側の点が、前記回転軸から最も離れる前記アリコートチャンバの位置であり、前記サイフォン入口が前記最も下側の位置まで延在する、請求項4に記載のカートリッジ。
- 前記流体チャンバまたは前記流体チャンバに接続される流体受け構造が、前記流体を前記流体チャンバまで計量分配するための針を受けるように構成される、請求項4または5に記載のカートリッジ。
- 前記流体が、分散液、ナノ粒子を含む流体、血液型分類試薬を含む流体、免疫試薬を含む流体、抗体を含む流体、酵素を含む流体、酵素反応のための1つまたは複数の基質を含む流体、蛍光発光分子を含む流体、免疫化学反応を測定するための分子を含む流体、核酸の反応を測定するための分子を含む流体、組換体蛋白質を含む流体、ウイルス単離物を含む流体、ウイルスを含む流体、生体試薬を含む流体、溶媒、希釈剤、緩衝剤、蛋白質を含む流体、塩を含む流体、洗浄剤、核酸を含む流体、酸を含む流体、塩基を含む流体、水溶液、非水溶液、および、これらの組み合わせ、のうちの任意の1つである、請求項4から6までのいずれか一項に記載のカートリッジ。
- 前記サイフォンの高さ方向の長さが100マイクロメートルから500マイクロメートルの間である、請求項4から7までのいずれか一項に記載のカートリッジ。
- 前記測定構造が2つ以上の電極を備え、測定システムが電極または電気化学発光システムである、請求項4から8までのいずれか一項に記載のカートリッジ。
- 測定構造が透明構造を備え、前記測定システムが光学測定システムである、請求項9に記載のカートリッジ。
- 前記アリコートチャンバが上側部(126)を備え、前記上側部が前記下側部よりも前記回転軸に接近し、前記上側部が前記湾曲部に接触し、前記サイフォン入口が前記上側部および前記下側部の中へ開いており、前記上側部が第1の高さ方向の長さを有し、前記第1の高さ方向の長さが前記サイフォン入口に隣接する前記上側部の高さ方向の長さであり、前記下側部が第2の高さ方向の長さを有し、前記第2の高さ方向の長さが前記サイフォン入口に隣接する前記下側部の高さ方向の長さであり、前記第2の高さ方向の長さが前記第1の高さ方向の長さより大きく、前記第1の高さ方向の長さが前記最短長さであり、前記サイフォンの高さ方向の長さが前記第1の高さ方向の長さより小さい、請求項4から10までのいずれか一項に記載のカートリッジ。
- 前記カートリッジが、前記アリコートチャンバに接続される過剰流体容器(132)をさらに備える、請求項4から11までのいずれか一項に記載のカートリッジ。
- 前記アリコートチャンバが大気通気孔(130)を備える、請求項4から12までのいずれか一項に記載のカートリッジ。
- 前記サイフォンがエアベントチャンネル(1100)を備える、請求項4から13までのいずれか一項に記載のカートリッジ。
- 請求項4から14までのいずれか一項に記載のカートリッジを受けるように構成される自動分析器であって、前記自動分析器は、カートリッジスピナ(1402)と、測定システム(1412)と、前記自動分析器を制御するように構成される制御装置(1414)とを備え、前記制御装置が、
前記カートリッジスピナを制御することにより、前記流体構造を使用して前記生体試料を処理して前記処理済み生体試料とするために前記カートリッジの回転速度を制御すること(1502)、
前記流体チャンバを前記流体で充填すること(1504)、
前記カートリッジスピナを制御することにより、前記ダクトを介して前記流体チャンバから前記アリコートチャンバまで前記流体を輸送するために前記カートリッジの回転速度を制御すること(1506)、
1回目として前記サイフォンを前記流体で充填するために前記カートリッジの回転速度を制御すること(1508)、
前記サイフォンから前記下流の流体要素まで前記流体の第1の部分を移送するために前記カートリッジの回転速度を上げるように制御すること(1510)であって、前記カートリッジスピナを制御することによる前記カートリッジの回転速度の増加が、前記湾曲部のところでの前記サイフォンへの空気の流入を引き起こし、前記カートリッジの回転速度の増加は、前記流体の前記第1の部分が前記サイフォン出口を通るように押しやるよう、制御すること(1510)、
前記サイフォンを、前記アリコートチャンバからの、前記流体の第2の部分で充填するために前記カートリッジの回転速度を制御すること(1512)、
前記サイフォンから前記下流の流体要素まで前記流体の前記第2の部分を移送するために前記カートリッジの回転速度を上げるように制御すること(1514)であって、前記カートリッジスピナを制御することによる前記カートリッジの回転速度の増加が、前記湾曲部のところでの前記サイフォンへの空気の流入を引き起こし、前記カートリッジの回転速度の増加は、前記流体の前記第2の部分が前記サイフォン出口を通るように押しやり、前記第1の部分および前記第2の部分が同じ量を有するよう、制御すること(1514)、および、
前記測定システムを制御することにより前記測定構造を使用して前記測定を実施すること(1516)
を行うように構成される、自動分析器。
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