JP6527531B2 - 生体試料を分析するための計量チャンバを備える回転可能なカートリッジ - 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。
また、本明細書で使用されるカートリッジは、生体試料を処理して処理済み生体試料とするための任意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。
カートリッジが回転軸の周りで回転するように動作可能である。カートリッジがアリコートチャンバを備える。カートリッジが計量チャンバをさらに備える。カートリッジが、計量チャンバをアリコートチャンバに接続する接続ダクトをさらに備える。接続ダクトがアリコートチャンバ内にダクト入口を備える。接続ダクトが計量チャンバ内にダクト出口をさらに備える。回転軸を中心とする、または回転軸を中心として描かれる円弧が、ダクト入口およびダクト出口を通過する。等価な言い方をすれば、ダクト出口とダクト入口との接続が、回転軸まで、概してまたはほぼ等距離である。
一実施例では、アリコートチャンバが約2.5mmの深さおよび4.0mmの幅を有する。径方向(回転軸に向かう方向)の高さは7mmであってよい。
別の実施形態では、計量チャンバが側壁および中央領域を有する。側壁が中央領域から離れる方向において先細となる。計量チャンバの側壁に隣接するところでの毛管作用は計量チャンバの中央領域での毛管作用より大きい。
本明細書で使用されるような毛管作用は、毛管現象、毛管流動、または、毛細管現象、あるいは、毛管力と称されてもよい。毛管作用は、流体の、重力または遠心力のような外力の補助なしで狭いスペース内で流れる能力である。
上述した潜在的な利点の他に、本実施形態と比較すると、米国特許出願第2009/0246082号の流体構造はさらなる欠点を有する。オーバーフローチャンバ15(米国特許出願第2009/0246082号の図5(c)を参照)が、本実施形態とは異なり、余分な流体を維持して保持するように機能する。余分な流体がオーバーフローチャンバ15内で捕らえられることになる。本実施形態では、アリコートチャンバ内の流体が計量チャンバに移送され得る。
別の実施形態では、カートリッジの回転軸が本方法の実施時に垂直方向である。
別の実施形態では、側壁が回転軸に最も接近する領域を有し、ここでは、この領域が拡張チャンバの境界を画定して、拡張チャンバの中へと開いている。
別の実施形態では、中央領域が回転軸に最も接近する領域を有し、ここでは、この領域が拡張チャンバの境界を画定して、拡張チャンバの中へと開いている。
別の実施形態では、バルブは毛管バルブまたは毛管ストップバルブである。
別の実施形態では、流体の第1の部分を計量チャンバからバルブを通るように移送するためにカートリッジの回転速度を上げるステップが、流体の残りの部分をアリコートチャンバまで戻すように移送するためにカートリッジの回転速度を第1の回転速度まで上げることと、流体の第1の部分を計量チャンバからバルブを通るように移送するためにカートリッジの回転速度を第2の回転速度まで上げることとを含む。カートリッジが第1の回転速度の高い速度で回転させられるとき、遠心力が、流体を計量チャンバの中に引き入れるいかなる毛管力よりも大きくなる。次いで、液面がダクト出口の最も低い高さと等しくなるまで、流体が計量チャンバから出るように押しやられる。第2の回転速度まで上げることにより、流体がバルブを通るように押しやられる。いくつかの実施例では、バルブが開いている。例えば、強磁性流体ベースまたはパラフィンベースのマイクロバルブが使用される。
別の実施形態では、アリコートチャンバが側壁を有する。計量チャンバの隣に位置する側壁は、流体をこの領域の中へ吸い込んでまたは引き入れて、接続ダクトまで、したがって計量チャンバまで流体を移送するのを補助する毛管力を発生させるような先細プロファイルを有することができる。
別の実施形態では、計量チャンバの表面全体が丸みを有する。鋭い角部を存在させないように計量表面の表面に丸みを持たせることは有益となり得る。これにより、計量チャンバまで流体を効果的に移送することおよび計量チャンバを完全に充填することを補助することができる。例えば、角部、および、狭い領域を備える他のこのような領域が、泡を捕らえる可能性がある。計量チャンバ内で泡が捕らえられることで、計量チャンバにより移送することができる量が実際的に変化する。多様なタイミングで多様な数の泡または多様な量を有する泡を有することで、計量チャンバにより一定ではない量の流体が下流の流体要素まで移送されることになる可能性がある。計量チャンバ内でこのような滑らかな表面を使用することにより、泡が存在する可能性が低減し、それにより下流の流体要素まで流体をより一定に移送することが可能となる。
別の実施形態では、計量チャンバの側壁に隣接するところでの毛管作用が計量チャンバの中央領域の毛管作用より大きい。これにより、中央領域より先に側壁を流体で充填することができるようになる。
別の実施形態では、計量チャンバが、毛管作用を利用して流体により計量チャンバを充填するように、動作可能である。
例えば、接続ダクトが0.5mmの深さおよび1mmの径方向の幅を有することができる。また、深さは0.2mmより大きくてよい。また、幅は0.2mmより大きくてよい。
別の実施形態では、接続ダクト内での毛管作用が、アリコートチャンバ内での、特にアリコートチャンバの下側部内での、毛管作用より大きい。
いくつかの実施例では、光学的に透明であることが、近赤外線および近紫外線を含んでよい。他の実施例では、光学的に透明であることが、近赤外線または近紫外線を除外してもよい。
実施形態の一態様では、本発明が、実施形態によるカートリッジを受けるように構成される自動分析器を提供する。自動分析器が、カートリッジスピナ(cartridge spinner)と、測定システムと、自動分析器を制御するように構成される制御装置とを備える。カートリッジスピナが回転軸を中心としてカートリッジを回転させるように適合され得る。
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340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、回転速度を制御して特定の速度で回転の継続時間を制御することにより、生体試料の処理を制御することができる。通常の使用では、生体試料が入口346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310により穿孔可能シール308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300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4で、ディスクが、回転軸102を中心として矢印400で示される方向に回転させられる。矢印400は回転方向を示す。この特定の実施例では、ディスクが20Hzで回転する。流体が流体チャンバ104からアリコートチャンバ108の中へ移送される。流体307が流体チャンバダクト106からアリコートチャンバ108の中へ滴り落ちるのを見ることができる。アリコートチャンバ108内の流体量が、過剰流体チャンバ132に接続される流体接続部134によって制限されてそれにより計量される。フェイルセーフチャンバ140が流体で充填されているのを見ることができる。
102 回転軸
104 流体チャンバ
106 流体チャンバダクト
108 アリコートチャンバ
110 接続ダクト
112 計量チャンバ
114 ダクト入口
116 ダクト出口
118 円弧
120 チューブ
121 バルブ
122 下流の流体要素
124 拡張チャンバ
126 上側縁部
128 通気孔
130 プロファイルA−A
132 過剰流体チャンバ
134 流体接続部
136 流体接続部入口
138 毛管バルブ
140 フェイルセーフチャンバ
200 断面図A−A
202 カートリッジのボディ
204 側壁
206 中央領域
208 蓋
210 支持構造
300 カートリッジ
306 流体を有する流体リザーバ
307 流体
308 穿孔可能シール
310 穿孔要素
312 係合表面またはリザーバ開放要素
336 流体構造
338 流体要素
340 サイフォン
342 通気孔
344 測定構造
346 開口部
348 カバー蓋
400 回転方向
500 最高液面
800 分割線
802 流体の部分
804 流体の残りの部分
1100 自動分析器
1102 カートリッジスピナ
1104 モータ
1106 グリッパ
1108 カートリッジの部分
1110 測定構造
1111 アクチュエータ
1112 測定システム
1114 制御装置
1116 ハードウェアインターフェース
1118 プロセッサ
1120 電子記憶装置
1122 電子メモリ
1124 ネットワークインターフェース
1126 ネットワーク接続部
1128 ラボラトリ情報システム
1130 実行可能命令
1132 測定
1200 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
1202 アリコートチャンバ内の流体を接続ダクトの中へ押しやるためにおよび1回目として計量チャンバを充填するためにカートリッジの回転速度を低下させる
1204 流体の第1の部分を計量チャンバからバルブを通るように移送するためにおよび第1の残りの部分をアリコートチャンバの中に戻すように移送するためにカートリッジの回転速度を上げる
1206 アリコートチャンバ内の流体を接続ダクトの中へ押しやるためにおよび2回目として計量チャンバを充填するためにカートリッジの回転速度を低下させる
1208 流体の第2の部分を計量チャンバからバルブを通るように移送するためにおよび第2の残りの部分をアリコートチャンバの中に戻すように移送するためにカートリッジの回転速度を上げる
1210 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ために測定システムを制御する
Claims (16)
- カートリッジ(300)を使用して処理済み生体試料の測定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、
アリコートチャンバ(108)と、
計量チャンバ(112)であって、前記計量チャンバは側壁(204)および中央領域(206)を備え、前記側壁が前記中央領域から離れる方向において先細となり、前記計量チャンバの前記側壁に隣接するところの毛管作用が前記計量チャンバの前記中央領域内での毛管作用より大きい、計量チャンバ(112)と、
前記計量チャンバを前記アリコートチャンバに接続するための接続ダクト(110)であって、前記接続ダクトは前記アリコートチャンバ内にダクト入口(114)を備え、前記接続ダクトは前記計量チャンバ内にダクト出口(116)をさらに備え、前記回転軸を中心とする円弧(118)が前記ダクト入口および前記ダクト出口の両方を通過する、接続ダクト(110)と、
下流の流体要素(122)であって、前記下流の流体要素はバルブ(121)を介して前記計量チャンバに接続される、下流の流体要素(122)と、
生体試料を処理して前記処理済み生体試料とするための流体構造(336)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(344)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(336)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(1200)と、
前記アリコートチャンバを流体で充填するステップと、
前記アリコートチャンバ内の前記流体を前記接続ダクトの中へ流すのを可能にするためにおよび1回目として前記計量チャンバを充填するために前記カートリッジの回転速度を低下させるステップ(1202)と、
前記流体の第1の部分を前記計量チャンバから前記バルブを通るように移送するためにおよび第1の残りの部分を前記アリコートチャンバの中に戻すように移送するために前記カートリッジの回転速度を上げるステップ(1204)と、
前記アリコートチャンバ内の前記流体を前記計量チャンバの中へ流すのを可能にするためにおよび2回目として前記計量チャンバを充填するために前記カートリッジの回転速度を低下させるステップ(1206)と、
前記流体の第2の部分を前記計量チャンバから前記バルブを通るように移送するためにおよび第2の残りの部分を前記アリコートチャンバの中へ戻すように移送するために前記カートリッジの回転速度を上げるステップ(1208)と、
前記測定構造を使用しておよび測定システム(1112)を使用して前記測定を実施するステップ(1210)と、
通気孔(128)であって、前記通気孔は前記計量チャンバに接続され、前記通気孔は前記計量チャンバより前記回転軸により近い、通気孔(128)と、
を含む、方法。 - 前記流体の前記第1の部分を前記計量チャンバから前記バルブを通るように移送するために前記カートリッジの回転速度を上げる前記ステップが、前記流体の前記第1の残りの部分を前記アリコートチャンバに戻すように移送するために前記カートリッジの回転速度を第1の回転速度まで上げるステップと、前記流体の前記第1の部分を前記計量チャンバから前記バルブを通るように移送するために前記カートリッジの回転速度を第2の回転速度まで上げるステップとを含み、および/または、
前記流体の第2の部分を前記計量チャンバから前記バルブを通るように移送するために前記カートリッジの回転速度を上げる前記ステップが、前記流体の前記第2の残りの部分を前記アリコートチャンバに戻すように移送するために前記カートリッジの回転速度を前記第1の回転速度まで上げるステップと、前記流体の前記第2の部分を前記計量チャンバから前記バルブを通るように移送するために前記カートリッジの回転速度を前記第2の回転速度まで上げるステップとを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記カートリッジが前記流体を受け取るための流体チャンバ(104)をさらに備え、前記カートリッジが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流体チャンバダクト(106)をさらに備え、
前記アリコートチャンバを充填するステップが、
前記流体チャンバを前記流体で充填するステップと、
前記流体チャンバ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移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と
を含む、請求項1または2に記載の方法。 - 前記カートリッジが流体接続部(134)を介して前記アリコートチャンバに接続される過剰流体チャンバ(132)をさらに備え、前記流体接続部が流体接続部入口を備え、前記流体接続部入口が、前記ダクト入口および前記ダクト出口の両方を通過する前記円弧よりも前記回転軸からさらに離れる、請求項1、2または3に記載の方法。
- 前記アリコートチャンバが下側部および上側部を有し、前記下側部が前記上側部よりも前記回転軸から離れ、前記下側部の断面プロファイルが前記上側部から離れる方向において先細となる、請求項1から4までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記接続ダクトが、毛管作用を利用して前記アリコートチャンバから前記計量チャンバまで流体を流すように動作可能である、請求項1から5までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記計量チャンバ内で泡が形成および/または付着するのを防止するために、前記計量チャンバの前記側壁の隣の領域が前記中央領域より先に前記流体で充填されるように動作可能である、請求項1から6までのいずれか一項に記載の方法。
- 自動分析器(1100)のためのカートリッジ(300)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、前記カートリッジが、
アリコートチャンバ(108)と、
計量チャンバ(112)であって、前記計量チャンバは側壁(204)および中央領域(206)を有し、前記側壁が前記中央領域から離れる方向において先細となり、前記計量チャンバの前記側壁に隣接するところでの毛管作用が前記計量チャンバの前記中央領域の毛管作用より大きい、計量チャンバ(112)と、
前記計量チャンバを前記アリコートチャンバに接続する接続ダクト(110)であって、前記接続ダクトは前記アリコートチャンバ内にダクト入口(114)を備え、前記接続ダクトは前記計量チャンバ内にダクト出口(116)をさらに備え、前記回転軸を中心とする円弧(118)が前記ダクト入口および前記ダクト出口の両方を通過する、接続ダクト(110)と、
下流の流体要素(122)であって、前記下流の流体要素はバルブ(121)を介して前記計量チャンバに接続される、下流の流体要素(122)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(336)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(344)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(336)と、
通気孔(128)であって、前記通気孔は前記計量チャンバに接続され、前記通気孔は前記計量チャンバよりも前記回転軸に近い、通気孔(128)と
を備える、カートリッジ(300)。 - 前記カートリッジが、流体接続部(134)を介して前記アリコートチャンバに接続される過剰流体チャンバ(132)をさらに備え、前記流体接続部が流体接続部入口を備え、前記流体接続部入口が、前記ダクト入口および前記ダクト出口の両方を通過する前記円弧よりも前記回転軸からさらに離れる、請求項8に記載のカートリッジ。
- 前記アリコートチャンバが下側部および上側部を有し、前記下側部が前記上側部よりも前記回転軸から離れ、前記下側部の断面プロファイルが前記上側部から離れる方向において先細となる、請求項8または9に記載のカートリッジ。
- 前記アリコートチャンバがアリコートチャンバ表面を有し、前記ダクトに近い前記アリコートチャンバの一部が丸みを有する、請求項8から10までのいずれか一項に記載のカートリッジ。
- 前記接続ダクトが、毛管作用を利用して前記アリコートチャンバから前記計量チャンバまで流体を流すように動作可能である、請求項8から11までのいずれか一項に記載のカートリッジ。
- 拡張チャンバ(124)をさらに備え、前記通気孔(128)が前記拡張チャンバ内にあり、前記拡張チャンバが前記計量チャンバに接続され、前記計量チャンバ内での毛管作用が前記拡張チャンバ内での毛管作用より大きく、前記拡張チャンバが前記計量チャンバよりも前記回転軸に近い、請求項8から12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、
流体を受け取るための流体チャンバ(104)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流体チャンバダクト(106)と
をさらに備える、請求項8から13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つ以上の電極および/または光学測定構造を備える、請求項8から14までのいずれか一項に記載のカートリッジ。
- 請求項8から15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(1102)と、測定システム(1112)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(1118)とを備え、前記制御装置が、
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ことを目的として前記カートリッジの回転速度を制御するように前記カートリッジスピナを制御すること(1200)、
リザーバ内の前記流体を前記接続ダクトの中へ流すのを可能にすることを目的としておよび1回目として前記計量チャンバを充填することを目的として前記カートリッジの回転速度を低下させるために前記カートリッジスピナを制御すること(1202)、
前記流体の第1の部分を前記計量チャンバから前記バルブを通るように移送することを目的としておよび第1の残りの部分を前記アリコートチャンバの中に戻すように移送することを目的として前記カートリッジの回転速度を上げるために前記カートリッジスピナを制御すること(1204)、
前記リザーバ内の前記流体を前記接続ダクトの中へ流すのを可能にすることを目的としておよび2回目として前記計量チャンバを充填することを目的として前記カートリッジの回転速度を低下させるために前記カートリッジスピナを制御すること(1206)、
前記流体の第2の部分を前記計量チャンバから前記バルブを通るように移送することを目的としておよび第2の残りの部分を前記アリコートチャンバの中に戻すように移送することを目的として前記カートリッジの回転速度を上げるために前記カートリッジスピナを制御すること(1208)、および、
前記測定構造および前記測定システムを使用して前記測定を実施するために前記測定システムを制御すること(1210)
を行うように構成される、自動分析器。
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