JP6778271B2 - 生体流体試料を分注し、および／または、分析するための装置およびシステム - Google Patents

生体流体試料を分注し、および／または、分析するための装置およびシステム Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本開示は、2015年11月4日に出願された米国仮特許出願第62/250,573号明細書の利益を主張し、その全体は参照することにより、本明細書に組み込まれるものとする。
本開示は、一般に、少なくとも1つの生物学的流体（生体流体）を集め、計量し、分注し、および/または、分析するための少なくとも１つの装置およびシステムに関する。より具体的には、本開示には、少なくとも1つの生体流体試料（例えば、生物によって生成される生体有機液体）を集め、計量し、分注し、および、例えば試薬を用いてそれらの生体流体試料を分析するための装置およびシステムの様々な実施形態が記載される。
広い意味では、分析とは、ある種の研究手順または分析手順のことを指し、医学および/または生物学において、生体流体試料中の検体の有無、量、または機能活性の性質を評価したり、定量を計ったりするために行う。試料中の生体流体のタイプに応じて、分析を用いて、被験体における疾患の有無または程度を検知することができる。生体流体は、生物（例えば、生きている人間）から***または分泌され得、血清、血漿、尿、血液、唾液、間質液、および細胞質ゾルを含み得るが、これらに限定されない。
例えば、尿検査は、生きている人間からの生体流体試料を対象として行われる一種の分析であり、これにより、人の腎臓および尿路の構造および機能についての情報源が提供される。この検査より、慢性腎臓病および/または糖尿病などの全身性疾患の状態についての今後の見通しが得られる。尿検査のためのテストストリップまたはディップスティックは、簡単なプロトコルを提供し、費用効果が高いため、集団検診用に広く使用されている。ディップスティックによる尿検査は便利であるが、人の目（例えば、看護師）によって行われた場合、色の変化の識別の問題で、偽陽性および偽陰性の結果が出る可能性がある。従って、ディップスティックによる尿検査は、経時的に色の劣化が起こり、このため、尿検査の結果が実際の結果とは異なってしまうことがあることが知られている。現在、尿検査のために市販されているほとんどの臨床現場用装置は、半定量的のみであり、テストストリップとストリップリーダーを用いている。
病院や臨床検査室では、自動尿分析装置を使用して、完全に定量的な尿検査結果を得ることができる。しかし、尿分析装置は、一般に、大きなデスクトップマシン、または、より大型の装置（完全自動の血清/尿分析装置など）の一部であり、正確な試料量を分注するために、高精度のピペットシステムがメインシステム内のサブシステムとして用いられる。これらの自動分析装置は高価であり、広いスペースと訓練されたスタッフを必要とする。これらの装置は、試料が少量の場合や臨床現場即時検査には適していない。従って、これらの分析装置は、中心となる場所に配置され、田舎に住む人々は適切な診断テストへのアクセスが制限される。
尿検査分析プロセスの一例を挙げると、より正確な診断を行うために、複数の物質の同時分析が、有用であり得る。国際公開第2015/130225号パンフレットに記載されている通り、慢性腎臓病（CKD）は、尿中の微量アルブミン尿を測定することによって初期段階で診断することができる。また、国際公開第2015/130225号パンフレットには、例えば、尿中の微量アルブミン尿およびクレアチニン濃度およびそれに対応するアルブミン/クレアチニン比（ACR）の測定による、CKDを診断するための試験も記載されている。この試験は尿試料を分析するために使用することができるが、他の生体流体試料（例えば、唾液、血液など）の分析にもこの試験は適している。従って、用語「尿の微量アルブミン尿」または「微量アルブミン尿」は、より広く「アルブミン」と呼ぶことができる。
微量アルブミン尿/アルブミン濃度およびクレアチニン濃度は、尿から別々に測定され、次いで、尿のACRが計算される。ACRを計算するために、2つのアルブミン試薬と1つのクレアチニン試薬がそれぞれの測定に使用される。試薬は湿っていてもよく（例えば、液体または水性の形態）、または乾燥していてもよい（例えば、粉末形態）。アルブミン検出には第1の試薬（ブロモクレゾールグリーン（BCG））が使用され、クレアチニン検出には第2の試薬（3,5-ジニトロ安息香酸（DNBA）またはピクリン酸）が使用される。ACRは、CKDを診断するために、またはより一般的には腎不全リスクの予後因子として有用なパラメータである。
アルブミン濃度およびクレアチニン濃度は、異なる時間または異なるステップで測定することができるが、これには時間がかかり、手動操作ステップがさらに必要になるため、測定時間を短縮するためには同時に分析することが望ましい。しかし、手動操作ステップでは、人為的なエラーが発生しやすく、結果に一貫性がなく信頼性が低くなる。アルブミンおよびクレアチニンの測定は尿と試薬との化学反応を必要とし、正確で一貫した結果を得るためには適切な反応時間が必要である。手動操作ステップでは、アルブミンおよびクレアチニンの測定が早すぎたり、遅すぎたりする。すなわち反応時間が不一致、または、不正確である。
尿検査分析プロセスを改善するためには、訓練されたスタッフと補助用実験設備が必要となり得る。例えば、生体流体試料の測定および分注の再現性、精度、および正確さを向上させるために、高精度のピペットおよびシリンジポンプのような高性能の分注システムが使用される。しかし、これらの設備は、その空間的な設置面積が大きくコストがかかるために、家庭使用または臨床使用のための臨床現場用装置に統合するのには適していない可能性がある。
従って、上記の問題および/または欠点の少なくとも1つを対処または軽減するために、少なくとも1つの改善点があり、および/または前述の従来技術よりも優れている、少なくとも1つの生体流体を分注し、および/または分析する装置およびシステムを提供する必要がある。
本開示の第１の態様によれば、生体流体試料を分注するための装置（すなわち、生体流体試料を分注する装置）がある。この装置は、1組のリザーバと1組のキャビティとを含むカートリッジを備え、各キャビティはリザーバ内に含まれ、所定の試料量の生体流体を分注するよう構成される。各リザーバは、生体流体を受けるための入口と、前記入口と流体連通する出口と、前記リザーバ内に存在するキャビティ内に生体流体試料を収容し、他のキャビティとの流体連通を防止するために出口を取り囲む周辺バリアと、キャビティ内に生体流体試料を解放可能に密封するための出口に配置されるバルブと、キャビティ内に収容可能であり、およびキャビティからバルブを介して供給可能である、所定量の生体流体試料を制限するように構成される溢流口と、を含む。
本開示の第２の態様によれば、生体流体を分析するための装置（すなわち、生体流体を分析する装置）がある。この装置は、生体流体試料を分注する装置の1組のキュベットを収容するための容器であって、各キュベットが試薬と生体流体試料とを含む分析試料を収容するように構成される、容器と、前記キュベットを前記容器内に密封するために、容器と生体流体試料を分注する装置との間の密封係合を提供するための容器密封要素と、容器内にキュベットを維持しながら、キュベット内の分析試料に対して分析プロセスを実施するために、容器に接続される自動システムと、を含む。
本開示の第３の態様によれば、生体流体を分注し、分析するためのシステムである。このシステムは、生体流体試料を分注する装置および生体流体を分析する装置を含む。生体流体試料を分注する装置は、1組のリザーバと、1組のキャビティであって、各キャビティがリザーバ内に存在し、生体流体の所定の試料体積を分注するように構成される、1組のキャビティと、キャビティ内に生体流体試料を解放可能に密封するための1組のバルブであって、各バルブがキャビティに結合する、1組のバルブと、バルブを通して生体流体試料を受け取るための1組のキュベットであって、各キュベットが少なくとも1つのキャビティに結合可能であり、試薬を含む、1組のキュベットと、を含む。生体流体を分析する装置は、キュベットを収容する容器と、キュベットを容器内に密封するために、容器と生体流体試料を分注する装置との間の密封係合を提供するための容器密封要素と、各キュベット内の分析試料に対して分析プロセスを実施するために、容器に接続される自動システムと、を含む。
本開示の第４の態様によれば、生体流体試料を分注するための装置（すなわち、生体流体試料を分注する装置）がある。この装置は、複数のリザーバおよび複数のキャビティを含むカートリッジであって、各キャビティがリザーバ内に存在し、このカートリッジが、生体流体のバルク試料をキャビティ内に収容可能な複数の生体流体試料に自己配分するように構成される、カートリッジを含む。各リザーバは、生体流体を受けるための入口と、前記入口と流体連通する出口と、前記リザーバ内にあるキャビティ内に所定の体積の生体流体試料を収容し、所定体積以上の体積に関して別のキャビティとの流体連通を可能にする出口を取り囲む周辺バリアと、キャビティ内に生体流体試料を解放可能に密封するための出口に配置されるバルブと、を含む。
本開示の上記態様の１つ以上の利点は、装置および/またはシステムが、試薬を用いて生体流体試料を計量、分注、および分析するためのより費用対効果の高いソルーションを提供できることである。また、この装置および/またはシステムは空間設置面積がより小さくコンパクトである。従って、それらはより携帯性があり、家庭使用または臨床使用のための体外診断（IVD）装置として、および定量的な臨床現場用装置として適している。携帯性の要因により、離れた場所での、あるいはベッドサイドでの定量測定が可能になり、ユーザは診療所や病院に行くことなく自宅で自己診断を実行できる。
その他の利点としては、この装置設計の結果、生体流体試料の計量および分注、ならびに1回以上の分析プロセスの実行のようないくつかの共通の手動のプロセスが、より自動化され、および/または、自然に行われることである。非熟練者（例えば、ホームユーザ）でも、より信頼性と再現性の高い分析プロセスを実行でき、得られた分析結果は、より一貫性があり、人為的ミスが起こりにくい。
さらに別の利点として、複数の生体流体試料を同時に得ることができることであり、ホームユーザが生体流体のバルク試料を一回だけカートリッジに装填し、分析プロセスを実行するための複数の生体流体試料を得ることができるという利便性が挙げられる。さらに、生体流体試料が、キュベット内の試薬と同時に反応することができるよう、生体流体試料を同時にキュベット内に分注してもよい。このように、分析試料に対して分析プロセスをほぼ同時に実行することもできる。これにより、複数の分析測定および結果をほぼ同時に得ることができるので、分析プロセスの効率が改善される。
従って、少なくとも1つの生体流体を分注し、および/または、分析するための、本開示による装置およびシステムが本明細書で開示される。本開示の様々な特徴、態様、および利点は、添付の図面と共に、非限定的な例としてのみ、後述の本開示の実施形態の詳細な説明からより明らかになるであろう。
図1は、本開示の一実施形態による、生体流体試料を分注するための装置の分解図である。 図2Aは、本開示の一実施形態による、生体流体試料を分注するための装置のカートリッジの斜視図である。 図2Bは、本開示の一実施形態による、図2Aのカートリッジの断面斜視図である。 図2Cは、本開示の一実施形態による、図2Aのカートリッジの上面図である。 図2Dは、本開示の一実施形態による、図2Aのカートリッジの断面図である。 図3Aは、本開示の一実施形態による、生体流体試料を分注するための装置の斜視図である。 図3Bは、本開示の一実施形態による、図3Aの装置の断面斜視図である。 図4Aは、本開示の一実施形態による、特にDNBAが装填されるキュベットに関連する、生体流体試料を分注するための装置の断面図である。 図4Bは、本開示の一実施形態による、特にBCGが装填されたキュベットに関連する図4Aの装置の別の断面図である。 図5Aは、本開示の一実施形態による、特に変位していない状態のピストンに関連する、生体流体試料を分注するための装置の断面斜視図である。 図5Bは、本開示の一実施形態による、特に部分的に変位した状態のピストンに関連する、図5Aの装置の別の断面斜視図である。 図5Cは、本開示の一実施形態による、特に完全に変位した状態のピストンに関連する、図5Aの装置の別の断面斜視図である。 図5Dは、本開示の一実施形態による、異なる長さの互い違いのピストンを有する代替のピストン組立体の断面図である。 図5Eは、本開示の一実施形態による、異なる長さの互い違いのピストンを有する代替のピストン組立体の断面図である。 図5Fは、本開示の一実施形態による、異なる長さの互い違いのピストンを有する代替のピストン組立体の断面図である。 図5Gは、本開示の一実施形態による、異なる長さの互い違いのピストンを有する代替のピストン組立体の断面図である。 図6Aは、本開示の一実施形態による、生体流体を分析するための装置の外観図である。 図6Bは、本開示の一実施形態による、図6Aの装置の内部図である。 図6Cは、本開示の一実施形態による、生体流体試料を分注するための装置と共に組み立てられる、図6Aの装置の内部図である。 図7Aは、本開示の一実施形態による、生体流体を分析するための装置の容器の斜視図である。 図7Bは、本開示の一実施形態による、図7Aの容器の別の斜視図である。 図7Cは、本開示の一実施形態による、図7Aおよび図7Bの容器の上面図である。 図8Aは、本開示の一実施形態による、特にDNBAが装填されるキュベットに関連する、生体流体を分析するための装置の電磁制御システムの断面図である。 図8Bは、本開示の一実施形態による、特にBCGが装填されるキュベットに関連する、図8Aの電磁制御システムの別の断面図である。 図8Cは、本開示の一実施形態による、図8Aおよび図8Bの電磁制御システムの電磁素子を運ぶ電磁ユニットの斜視図である。 図8Dは、本開示の一実施形態による、図8Cの電磁ユニットによる磁性体の運動経路を示す図である。 図8Eは、本開示の一実施形態による、図8Dの磁性体の代替運動経路を示す図である。 図8Fは、本開示の一実施形態による、電磁素子を保持するための異なる長さを有する、図8Cの電磁ユニットを示す図である。 図9Aは、本開示の一実施形態による、特にDNBAが装填されるキュベットに関連する、生体流体を分析するための装置の光学システムの断面図である。 図9Bは、本開示の一実施形態による、特にBCGが装填されるキュベットに関連する、図9Aの光学システムの別の断面図である。 図10は、本開示の一実施形態による、生体流体を分析するための装置の温度制御システムを示す図である。 図11Aは、本開示の実施形態による、生体流体を分注し、分析するためのシステムの外観図である。 図11Bは、本開示の一実施形態による、図11Aのシステムの内部図である。 図12Aは、本開示の一実施形態による、非作動状態の分注装置と共に生体流体を分注し、分析するためのシステムの斜視図である。 図12Bは、本開示の一実施形態による、分注装置が作動状態にある図12Aのシステムの別の斜視図である。
本開示では、所与の要素の記述、または特定の図における特定の要素番号の考察もしくは使用、あるいはそれに対応する記述材料の参照は、別の図面で識別された同じ要素、等価要素、または類似の要素または要素番号、あるいはそれに関連する記述的材料
を包含し得る。図面または関連する本文における「/」の使用は、他に示されない限り、「および/または」を意味すると理解されるものとする。既知の数学的定義に従うと、本明細書で使用される用語「組」は、少なくとも1つの基数を数学的に示す要素の非空の有限体構成（例えば、本明細書で定義される1組は、単位、単一体、または単一要素の組、または複数の要素の組）に対応する、あるいは、その有限体構成と定義される。本明細書における特定の数値または値の範囲の記載は、おおよその数値または値の範囲を含む、あるいは、おおよその数値または値の範囲の記載であると理解される。
本明細書を簡潔および明瞭にする目的のため、本開示の実施形態の説明は、図面に従い、少なくとも1つの生体流体を分注し、および/または分析するための装置およびシステムに関する。本開示の態様は、本明細書で提案される実施形態に関連して説明されるが、これらの実施形態に本開示を限定することを意図するものではないことは理解されよう。それとは反対に、本開示は、本明細書に記載される実施形態に対する代替形態、修正形態および等価形態に及ぶことを意図し、それらは添付の特許請求の範囲によって規定される本開示の範囲内に含まれる。さらに、以下の詳細な説明では、本開示の完全な理解を提供するために、特定の詳細が記載されている。しかしながら、当技術分野で通常の技術を有する者（すなわち当業者）であれば、具体的な詳細なしに、および/または、特定の実施形態の態様の組み合わせから生じる複数の詳細により、本開示が実施可能であることは認識するであろう。複数の例では、本開示の実施形態の態様を不必要に不明瞭にしないよう、周知のシステム、方法、手順、および構成要素については詳細に説明していない。
生体流体試料を分注する装置20
本開示の代表的または例示的な実施形態では、少なくとも1つの生体流体試料を分注するための装置20、すなわち図１に示す生体流体試料を分注する装置20がある。少なくとも1つの生体流体には、腎臓関連疾患またはCKDを診断するために、生きている人間から***される尿のような生体流体のバルク試料が含まれ得る。この生体流体試料を分注する装置20は、生体流体のバルク試料のより小さいテスト試料を保持し、および/または、計量するためのカートリッジ100と、このカートリッジ100から生体流体試料を受け取るための1組のキュベット200と、このカートリッジ100を覆うカバー300と、カートリッジ100からキュベット200に生体流体試料を放出、あるいは分注するためのピストン組立体400と、を含む。
この装置20の様々な構成要素は、成形、または他の既知の製造方法によって製造することができる。これらの構成要素は、ポリプロピレン/ポリプロペン（PP）、高密度ポリエチレン（HDPE）、シリコン、ブチルゴム、硝酸塩ゴム、およびポリメタクリル酸メチル（PMMA）、または材料の組み合わせ、アクリロニトリルスチレン樹脂（SAN）のいずれかから作られるが、これらに限定されない。あるいは、材料PMMAは、アクリルまたはアクリルガラスとして、ならびにプレキシグラス（登録商標）、アクリライト（登録商標）、ルサイト（登録商標）およびパースペックス（登録商標）の商品名でも知られている。この装置20の様々な構成要素は、必要に応じて、生体流体の漏出を防止するか、少なくとも軽減するための密封要素と共に組み立てられる。このような密封要素は、弾性材料、ゴム/シリコンタイトフィッティング接続、紫外線結合、超音波結合、接着剤、ラッチング、カンチレバーなどからなるOリングまたはガスケットを含み得るが、これらに限定されない。
カートリッジ100
図2A〜図2Dを参照すると、カートリッジ100は、１組のキャビティ102、および１組のリザーバ103を含む。より詳細には、このカートリッジ100は、生体流体のバルク試料を複数の生体流体試料に自己配分するように構成される複数のキャビティ102を含む。各キャビティ102は、カートリッジ100のそれぞれのリザーバ103内に存在し、生体流体試料、すなわち、生体流体のバルク試料の一部または部分をその後の分析のために収容するように構成される。各キャビティ102は、その後の分析のために所定の試料量の生体流体を分注するようにさらに構成される。複数のリザーバ103間に位置する接続空間105を横切る流体移動によって各キャビティ102がいくらかの生体流体を受けるよう、生体流体のバルク試料は、キャビティ102に配分される。
各リザーバ103は、流体連通する入口104および出口106を含む。様々な実施形態では、重力によって入口104から出口106に生体流体が連通する、すなわち流れることができるよう、この入口104は、生体流体を受け入れる出口106の上方に配置される。各リザーバ103は、出口106を囲む周辺バリア108をさらに含み、リザーバ103が接続する場所の壁または堰を提供する。とりわけ、周辺バリア108上に空間105が形成される。周辺バリア108は、先細り状になっていてもよく、あるいは、入口104から出口106への流体の流れを助ける勾配を有していてもよい。周辺バリア108、具体的には、その空間105により、所定の体積よりも大きい生体流体試料の体積に関して、すなわち、キャビティ102内に所定の体積を超える過剰の量の生体流体試料に関して、１つ以上の他のリザーバ103/キャビティ102との各リザーバ103の流体連通を可能にすることができる。従って、リザーバ103は、空間105を介して互いに流体連通可能であってよい。
キャビティ102が出口106を通って生体流体試料を分注することができるよう、各キャビティ102は、各リザーバ103と出口106を共有する。各キャビティ102は、キャビティ102内に生体流体試料を解放可能に密封するために、出口106、具体的には出口106の下に配置されるバルブ110を含む。バルブ110は、出口106と一体化されてもよく、あるいは、出口106に取り付け/挿入されてもよい。バルブ110は、バルブ110内の通路を開閉するか、または部分的に閉塞することによって、流体の流れを調整、誘導、または制御する。具体的には、バルブ110は、バルブ110を通る流体の流れまたは流体の流量に応じて、閉状態（デフォルト状態）と開状態との間で切り替わる、すなわち動くように構成される。例えば、キャビティ102が、生体流体試料に作用する外力、圧力、または重量を全く伴わずに生体流体試料を保持しているとき、バルブ110はデフォルトの閉状態のままである。キャビティ102は、閉状態のバルブ110と共に、生体流体試料を密封/保持/収容する。キャビティ102から生体流体試料を分注するためにピストン組立体400などの外力が加えられると、生体流体試料は加圧され、バルブ110を閉状態から開状態に変化させる。開状態にあるバルブ110により、生体流体試料がキャビティ102の出口106から放出または分注されることが可能になる。開状態のバルブ110により、出口106の一方の側の出口106を介する流体連通が可能になる。逆流による汚染を防止するために、バルブ110は医療用途で広く使用されるダックビルバルブの形態あるいは構成であってもよい。同じまたは同様の機能を果たすバルブ110またはバルブタイプの他の形態または構成は、当業者には容易に明らかであろう。
各リザーバ103は、キャビティ102内に収容可能な生体流体試料の所定量を制限するように構成される溢流口112をさらに備える。従って、各溢流口112は、それぞれのキャビティ102内の正確な体積の生体流体試料を計量するように構成される。各キャビティ102内に含まれる生体流体試料の特定の量は、その後バルブ110を通じて分注するために計量された量である。好ましくは、各キャビティ102内に含まれる生体流体試料は、実質的に同時にバルブ110を通って分注可能である。
いくつかの実施形態では、溢流口112は、周辺バリア108上に形成される切欠き部分またはチャネルであってもよい。溢流口112は、上部すなわち第1溢流口面112A、および下部すなわち第2溢流口面112Bを含み得る。さらに、溢流口112は、上部すなわち第1空間面105A、および第2空間面105Bの下部を有する空間105と同一平面上になるように構成されてもよい。より具体的には、第1の溢流口面112Aは、第1の空間面105Aと同一平面上にあり、第2の溢流口面112Bは、第2の空間面105Bと同一平面上にあってもよい。あるいは、平面112Aと112Bとの間、および平面105Aと105Bとの間の間隔は、異なる量の生体流体試料を考慮するために、異なっていてもよい、すなわち、ばらついていてもよい。
溢流口112は、リザーバ103から離れるように流体を誘導する。特に、キャビティ102内に収容される生体流体試料が所定の量を超えるか、または溢流口112より上まで到達した場合、具体的には第2の溢流口面112Bのレベルに達した場合、余分な量の生体流体試料がキャビティ102から流出する。溢流口112は、出口106の上の高さに配置され、キャビティ102に収容される生体流体試料の量を制限または計量する。所定の量よりも多い（すなわち溢流口112の下側平面112Bによって示されるレベルよりも上の）生体流体試料の量または体積は、溢流口112から排出される。いくつかの他の実施形態では、溢流口112は、キャビティ102のへりの領域であってもよく、またはこれを指してもよい。特に、生体流体試料が入口104からキャビティ102に注入されると、キャビティ102が満たされる。キャビティ102に注入される過剰量は、溢流口112から周辺バリア108を超えて溢れ出す。
溢流口112は、それぞれのキャビティ102内の正確な所定量の生体流体試料を保持または維持するように構成される周辺バリア108と関連して、それに応じたサイズまたは形状にしてもよい。より具体的には、溢流口112は、凹部または突起物として形成される半円形に細長く形成されてよい。あるいは、それぞれのキャビティ102は、この後の分析のための可変の正確な所定の体積の生体流体試料を分注するように構成される様々な体積でサイズを調節してもよい。さらに、溢流口112は、余剰の生体流体試料を受け取り、それぞれのリザーバ103から移すための、周辺バリア108に対して所定の高さに位置する入口孔を有するチャネルであってもよい。
カートリッジ100は、複数のキャビティ102（すなわち、1つ以上の図面に示されているような、例えば、3つのキャビティ102）を含む。従って、カートリッジ100は、単一キャビティを有するカートリッジ100であっても複数のキャビティを有するカートリッジ100であってもよく、同じ作動原理が同様に適用される。キャビティ102の数は、キャビティ102内に含まれる生体流体試料に対して実施される分析の回数に等しい。キャビティ102およびそれに対応してリザーバ103は、カートリッジ100の中心垂直軸の周りに円周方向に配置され得る。より具体的には、キャビティ102およびリザーバ103は、中心垂直軸に対して等角度間隔で離間していてもよい。その他のいくつかの実施形態では、キャビティ102とリザーバ103との配置は、それらの間の角度が異なるなど、異なっていてもよい。あるいは、キャビティ102およびリザーバ103は、アレイ状または格子状に配置されてもよい。
カートリッジ100は、生体流体のバルク試料の流れをリザーバ103内およびキャビティ102に導く、すなわち誘導するための装填チャネル114を含む。あるいは、カートリッジ100は、生体流体のバルク試料の流れを各リザーバ103内および各キャビティ102に導くすなわち誘導するために、互いに間隔をおいて配置される1組の装填チャネル114を含む。各装填チャネル114は、生体流体のバルク試料の流れに対する重力効果をさらに高めるために、所定の勾配または角度で傾斜していてもよい。従って、各キャビティ102は、ユーザにより装填される生体流体のバルク試料のより小さい試料または試験試料を受け取る。各リザーバ103の溢流口112は、所定体積を超える過剰量を排出することによって、キャビティ102内の生体流体試料の所定量を制限する。溢流口112は、互いに水平な平面であってもよく、および/または、出口106は、各キャビティ102が同じ体積の生体流体試料を含むことができるように、互いに水平な平面であってもよい。あるいは、1つ以上の溢流口112および/または1つ以上の出口106は、1つ以上のキャビティ102内を所定の体積を変えるために、異なる水平レベルにあってもよい。
図2A〜図2Dに示すいくつかの実施形態では、カートリッジが、3つのリザーバ103内に存在する3つのキャビティ102を含み、第1のキャビティ102aは第1のリザーバ103a内に存在し、第2のキャビティ102bは第2のリザーバ103b内に存在し、第3のキャビティ102ｃは第3のリザーバ103c内に存在する。リザーバ103a〜103cを横切る生体流体のバルク試料の移送は、それぞれの空間105間、具体的にはそれぞれの周辺バリア108上に形成される第1の空間105a、第2の空間105b、および第3の空間105cの間を流れる生体流体によって実現される。カートリッジ100は、中央突起部115をさらに含み、この中央突起部115は、装填チャネル114からリザーバ103a〜103cに移送され、次いで、キャビティ102a〜102cまで移送される生体流体のバルク試料のために、接続空間105a〜105cと協働するように構成される。
第１の空間105aは、生体流体を受け取るための装填チャネル114に直接接続し、第2の空間105bおよび第3の空間105cより大きく、装填チャネル114からの生体流体の最初のより大きな流れになり得る。生体流体の突然の流れになるために他の調整がなされてもよいことは理解されよう。流体が最も抵抗の少ない経路に沿って流れることは、当業者なら理解されよう。従って、図2Cに示す配置に基づくと、生体流体は、最初に第2のリザーバ103bと第3のリザーバ103cにほぼ同時に流れ、第1のリザーバ103aに向かって溢れ出し、結果として第1のキャビティ102aを満たす前に、第2のキャビティ102bと第3のキャビティ102cを満たすことは理解されよう。カートリッジ100のその他の変更形態により、生体流体のバルク試料がリザーバ103a〜103cおよびキャビティ102a〜102cに同時に流れることが可能になることも理解されよう。図2Dを参照すると、各キャビティ102a/102b/102cは、円筒状空間102a1/102b1/102c1、円錐状空間102a2/102b2/102c2、および出口空間102a3/102b3/102c3内にそれぞれ所定の試料体積の生体流体を保持するように構成される。空間102（a-c）（1-3）の他の形状および輪郭も可能であることは理解されよう。
キャビティ102に収容される生体流体試料は、この後、キャビティ102の出口106に配置されるバルブ110を介してカートリッジ100から分注可能である。具体的には、生体流体試料は、キャビティ102からキュベット200に分注可能である。
キュベット200
キュベット200は、カートリッジ100のキャビティ102から分注可能な生体流体試料を受け取るように構成される。特に、カートリッジ100は、キャビティ102から生体流体試料を受け取り、各キュベット200に分注するように構成され得る。各キュベット200は、他のキュベット200とほぼ同時に生体流体試料を分注することができる、あるいは、各キュベット200は、他のキュベット200と時間をずらしあるいは互い違いの間隔で生体流体試料を分注することができる。
図3A〜図4Bを参照すると、各キュベット200は、透明な容器またはチューブ、あるいは少なくとも1つの光学的に透明な窓を有する容器の組み合わせであり、例えば分析または分光実験を行うために、生体流体試料を保持するよう、一端が密封されている、あるいは嵌合シールを有する容器の組み合わせである。通常、このキュベット200は、光学歪みの少ない分析結果をより正確に測定するために、直線状の側面すなわち均一な表面を含み得る。しかし、キュベット200の輪郭は、例えば、丸みを帯びた側面を有したり、様々な断面形状を有したりして、異なっていてもよい。このキュベット200は、プラスチック、ガラス、溶融石英材料、または上述した材料のいずれかの組み合わせで作ることができる。
各キュベットは、その出口106の少なくとも1つのキャビティ102と一体化されてもよく、あるいは結合されてもよい/結合可能でもよい。例えば、キュベット200は、1つ以上のキャビティ102内の生体流体試料が、好ましくは同時にキュベット200に分注可能であるよう、1つ以上のキャビティ102に結合されてもよい/結合可能でもよい。様々な実施形態において、このキュベット200は、各キャビティ102がキュベット200と関連する、あるいはキュベット200と対になるよう、キャビティ102に結合される/結合可能である。キュベット200は、例えば、紫外線結合/超音波結合/接着剤によって、カートリッジ100に恒久的に取り付けられ得る。カートリッジ100および恒久的に取り付けられるキュベット200を有する生体流体試料を分注する装置20は、1回だけ使用し廃棄され得る（すなわち、この装置20は使い捨てであり再使用不可能である）。
あるいは、キュベット200は、出口106の周囲に配置される1組のラッチ機構118を介して、カートリッジ100に結合可能である（すなわち、取り外し可能に、あるいは恒久的に結合される）。図3Aおよび図3Bに示すように、キュベット200は、キャビティ102の1組のラッチ機構118にラッチする、すなわち取り付けるためのラッチ206を含み得る。あるいは、キュベット200は、カートリッジ100の内部ネジ/外部ネジと係合するための外部/内部ネジを含み得る。同じカートリッジ100は、異なる試薬すなわち別の試薬を含む異なるキュベット200などのキュベット200の使い捨てセットで再使用することができる。逆に、カートリッジ100は、使い捨て可能であり、キュベット200の同じセットは、異なるカートリッジ100と共に使用され得る。
使用する際、各キュベット200には試薬を含み、それらの試薬は濡れているものもあれば（例えば、液体または水性）、乾燥しているものもあり（例えば、固体または粉末）、あるいはそれらの組み合わせもある。例えば、キュベット200内の試薬には、BCGおよびDNBAが含まれ得、これらにより、CKDの診断に必要なACRを計算するためのアルブミンおよびクレアチニンがそれぞれ検出される。その他の試薬もBCGおよびDNBAと組み合わせてCKDを診断するように構成され得ることは、当業者なら理解されよう。本開示の様々な例では、試薬としてDNBAを含むキュベット200をキュベット200aとして表記し、試薬としてBCGを含むキュベットをキュベット200bとして表記する。
キャビティ102から生体流体試料が分注されると、その生体流体試料が試薬と化学的反応を起こし、分析試料が作られるよう、キュベット200には、予め試薬を入れておいてもよい、すなわち予め装填しておいてもよい。いくつかの生体流体試料が一緒にキュベット200に分注されるので、ほぼ同時に反応が始まり、分析試料に対する分析プロセスをほぼ同時に実行することもできる。これにより、複数の分析測定値および結果をほぼ同時に得ることができるので、分析プロセスの効率の改善につながる。
いくつかの実施形態では、図面に示すように、キャビティ102の数に対応して3つのキュベット200がある。CKDを診断するためのACRの計算のために、2つのキュベット200bには、BCGを予め装填し（一方は分析用、もう一方は比較対照または参照用）、第3のキュベット200aには、DNBAを予め装填する。
キュベット200内の生体流体試料および試薬の物理的混合または攪拌を容易にするために、各キュベット200には、1つ以上の磁性体202（例えば、ネオジムまたはフェライトの球状の物体またはボール）がさらに含まれる。具体的には、この磁性体202は、磁場の印加などによってキュベット200内を移動し、キュベット200内の生体流体試料と試薬とを含む分析試料を物理的に攪拌して混合するよう構成される。各キュベット200は、所定量の試薬を含む少なくとも1つの磁性体202を含むように構成される。
各キュベット200は、疎水性膜で密封されるオリフィス204を含む。分析試料の混合または攪拌中に、この分析試料がその分析試料を密封するオリフィス204または疎水性膜と接触する可能性が低くなるよう、このオリフィス204は、キュベット200の側面のうちの1つの、キュベット200内の分析試料よりも高い位置、例えば、キュベット200の上部領域の近くに配置され得る。この疎水性膜は、通常、約0.6μmと薄い。この疎水性膜では、気体（例えば、空気）はオリフィス204を通過するが、液体はオリフィス204を通り連通することはできない。従って、例えば、別の真空ポンプを用いることにより、オリフィスおよび疎水性膜204を介して気体をキュベット200から抜き取ることができる。これにより、分析試料中の泡の形成を抑え、それにより、分析結果のより正確な測定値が得られる。
カバー300
カバー300は、特に、キュベット200に生体流体試料を分注している間、カートリッジ100を覆うように構成される。図2Cを参照すると、カートリッジ100は、カバー300に結合、接合、または接続するために、カートリッジ100の周りに配置される留め具116を含む。この留め具116は、カバー300およびカートリッジ100との位置合わせのために円周方向に配置される少なくとも1つの突起部を含み得る。この留め具116が、ボルトまたはネジ穴、あるいはラッチ機構を含み得ることは当業者なら容易に理解されよう。あるいは、嵌合係合のために、雄型ラッチと雌型ラッチをカートリッジ100およびカバー300上に配置してもよい。図3Aおよび図3Bを参照すると、カバー300は、カバー300をカートリッジ100に結合させるためのカートリッジ100の留め具116に対応する、同様あるいは一致する留め具302を含む。図4Aおよび図4Bを参照すると、カートリッジ100およびカバー300との間の密封係合を提供するために、この装置20は、シリコンまたはゴム材料から作られるOリングまたはガスケットなどのカバー密封要素304をさらに含み、このカバー密封要素はカートリッジ100またはカバー300上に配置される。生体流体が入口104からカートリッジ100内に閉じ込められた空間に溢れ出るとき、このカバー密封要素304が、（カバー300によって覆われる）カートリッジ100の内側からの生体流体の漏出を防止しようとする。
このカバー300は、生体流体のバルク試料を受けるための装填ポート306を含む。特に、カートリッジ100が、カバー300によって覆われるとき、ユーザは、カバー300の装填ポート306を介して、カートリッジ100のキャビティ102に生体流体のバルク試料を装填することができる。生体流体のバルク試料が、この装填ポート306を通って入れられる際、キャビティ102に分配されるよう、装填ポート306は、カートリッジ100の装填チャネル114と位置を合わせる。この装填ポート306は、重力効果をさらに高めるために漏斗状または円錐形に構成され、従って生体流体のバルク試料をキャビティ102にさらに導く。この装填チャネル114は、生体流体のバルク試料をキャビティ102に導く。このカバー300は、装填ポート306を閉鎖または密封するためのキャップ308をさらに含み、カートリッジ100からの流体の流入または流出を防止する。
カバー300は、1つ以上の通気孔310をさらに含み、各通気孔310は、例えば約0.5μm〜1μmの厚さの疎水性膜、あるいは、より具体的には0.6μmの厚さの疎水性膜で密封される。疎水成膜により、気体が通気孔310を通過することとはできるが、通気孔310を通る液体の連通は防止される。ユーザが装填ポート306を介して生体流体のバルク試料をカートリッジ100に装填すると、この通気孔310と疎水性膜により、カートリッジ100内の空気を排出することが可能になる。空気を排出することにより、通気孔310は、カートリッジ100内に圧力が蓄積されるのを防止する。
このカバー300は、別個の分注システムのアクチュエータのようなアクチュエータを受けるために、その中央部分にチャネル312をさらに含む。このチャネル312は、カートリッジ100の中心垂直軸と同軸である。このチャネル312は、管状の輪郭またはその他の断面形状を有し得る。このアクチュエータは、ピストン組立体400を作動させて、キャビティ102からキュベット200に生体流体試料を分注するよう構成される。
ピストン組立体400
図4Aおよび図4Bを参照すると、ピストン組立体400は、中央ピストン404に接続される1組のピストン/シャフト/プランジャ402を含む。この中央ピストン404は、カバー300のチャネル312内に存在し、カートリッジ100の中心垂直軸と同軸である。動作中、アクチュエータが、中央ピストン404に接触して、この中央ピストンを動かし、その結果ピストン402がリザーバ103およびキャビティ102内に動いて、キャビティ102から生体流体試料が分注される。さらに、作動中、ピストン402が動くと、通気孔310により、カバー300の外側の空気が疎水性膜を通って内側に移動することが可能になる。空気を内部に送り込むことにより、通気孔310は、カートリッジ100内に正力をかけることができ、それにより、ピストン402を押し込む、すなわち前進移動をさせることができる。
別の実施形態では、中央ピストン404は、一緒に組み合わされると中央ピストン404となる1組の均等に切断された断面を含むように構成され得る。均等に切断された断面はそれぞれ、生体流体試料を分注するために、時間別の連通のための段階的な押し込み効果をもたらすよう構成される異なる段差または深さあるいは高さを有し得る。すなわち、キャビティ102内のいくつかの生体流体試料が、異なる時間で次から次に移動するが、これらの動作は中央ピストン404からの同じ作動効果によるものである。あるいは、ピストン402の寸法を変えて、同様の効果をもたらすこともできる。
キュベット200と同様に、各ピストン402は、キャビティ102に対応付けられる、すなわち対になっている。いくつかの実施形態では、図に示すように、複数のキャビティ102に対応する3つのピストン402がある。各ピストン402は、それぞれのリザーバ103およびキャビティ102の中、特にその入口104と出口106との間で移動可能であり、これによりキャビティ102に収容される生体流体試料に圧力を加え、バルブ110を介して生体流体試料を分注する。キャビティ102内のピストン402の動きは、シリンジ内のプランジャの動きと同様である。
各バルブ110は、それぞれのキャビティ102の中心に直接配置されてもよい。あるいは、各バルブ110は、例えば、カートリッジ100の中心垂直軸に近く、それぞれのキャビティ102の中心からオフセットして配置されてもよい。これにより、キュベット200どうしをより近づけて配置することができ、装置20の全体的な空間設置面積を少なくすることができる。さらに、バルブ110は、中央ピストン404の近くに配置し、中央ピストン404の力による生体流体試料を分注する有効性を向上させることができる。
ピストン組立体400は、中央ピストン404の周りに配置されるピストン密封要素406をさらに含み、中央ピストン404のチャネル312との界面に密封係合を提供する。このピストン密封要素406は、シリコンまたはゴム材料から作られるOリングまたはガスケットでよい、あるいはそれらを含む。ピストン密封要素406は、中央ピストン404が動いてピストン402を動かして生体流体試料を分注する際の、カートリッジ100の内部からの生体流体の漏出を防止しようとする。
各ピストン402は、ピストン402の底部にピストン端部408を有する、あるいはピストン端部408が被せられる。ピストン端部408は、柔軟な弾性材料（例えば、ゴムまたはシリコン）で作られたOリングまたはガスケットでよい、あるいはそれらを含み得る。ピストン端部408は、ピストン402がキャビティ102の下部、すなわち出口106まで動くときにストッパとして機能する。ピストン端部408はシリンジ内のプランジャと同様に動作することは、当業者であれば理解されよう。特に、ピストン端部408は、リザーバ103内のピストン402が動いている間、ピストン402とリザーバ103との界面、より具体的には、ピストン402と周辺バリア108との界面に密封係合を提供する。ピストン端部408は、ピストン402が生体流体試料に圧力をかけているときに、キャビティ102およびリザーバ103の内部からの生体流体試料の漏れを防止し、それにより、生体流体試料がバルブ110のみを介してキャビティ102から確実に排出されるようにする。さらに、ピストン端部408は、キャビティ102の出口106のピストン402によって引き起こされる衝撃を和らげ、ピストン402およびキャビティ102の損傷のリスクを著しく防止する、あるいは少なくとも軽減する。
生体流体試料を分注する装置20の使用
種々の実施形態では、生体流体試料を分注する装置20は、分析される生体流体試料を分注するために使用される。生体流体のバルク試料を装填する、またはバルク試料を受け取る、生体流体試料を分注する装置20のカートリッジ100の場合、ユーザは最初に、任意のタイプのカップ、または容器に生体流体（例えば、尿）を集めてもよい。例えば、少なくとも10mlの生体流体をカップに集めてもよい。市販の使い捨て用シリンジまたはピペットは、生体流体をカップから装填するために使用されてもよい。例えば、シリンジまたはピペットは、少なくとも5mlの生体流体を保持することができる。次いで、同じシリンジまたはピペットを使用して、生体流体のバルク試料をカバー300の装填ポート306に分注する。
この装置20は、生体流体に関する情報を提供するために、従来のバーコード、マトリックスバーコード、または無線周波数識別（RFID）タグのような機械可読コードを含むことができる。この情報には、試薬の情報、内容、および/または組成を含み得るが、これらに限定されない。この情報には、装置20の様々な構成要素の仕様および動作命令など、装置20に関する詳細もさらに含まれ得る。
装填後、生体流体のバルク試料は、装填ポート306を介して装填チャネル114に伝達され、リザーバ103およびキャビティ102に配分される。複数のリザーバ103が一緒に連結され、それらの周辺バリア108の上方、例えば、それらの入口104で、互いに流体連通可能である。従って、カートリッジ100に装填される生体流体のバルク試料の量は、生体流体がキャビティ102の周りを流れてキャビティ102を満たすために周辺バリア108の高さを十分に超えなければならない。例えば、図に示される通り3つのキャビティ102a〜102cがあり、各キャビティ102a/102b/102cが1mlの生体流体試料の所定の体積すなわち計量された体積を保持/収容するように構成される場合、生体流体のバルク試料としてのシリンジ/ピペットから5mlの生体流体を分注することにより、それぞれのリザーバ103の周辺バリア108の高さを十分に超え、各キャビティ102が生体流体試料で完全に満たされる。
リザーバ103およびキャビティ102が生体流体で満たされると、各リザーバ103の溢流口112により、リザーバ103から気体すなわち空気を排出することができる。これにより、キャビティ102に不正確な量または体積の生体流体試料が含まれ得る原因となる、リザーバ103/キャビティ102の内部に閉じ込められる空気を最小限に抑えることができる、あるいは、少なくとも減らすことができる。各キャビティ102が生体流体で満たされているとき、この溢流口112により、キャビティ102に収容される生体流体試料の正確な体積すなわち量が前もって決定される/制限される/計量される。溢流口112により、過剰量の生体流体（所定の体積/計量された体積より大きい、例えば1ml）をピストン402が押し込んでいる間にリザーバ103から運び出すことができる。
生体流体の粘度が高い場合などの状況によっては、過剰量の生体流体が溢流口112から容易に排出されないことがある。ピストン組立体400の動作中、ピストン402はリザーバ103内の生体流体に圧力を加え、過剰量（例えば1mlを超える）の生体流体を溢流口112から排出させる。ピストン402が溢流口112に到達すると、具体的には、ピストン端部408が溢流口112の下側平面112Bに到達すると、過剰量の排出が停止する。この下側平面112Bにおいて、ピストン端部408とバルブ110との間のキャビティ102内に含まれる生体流体試料の量は、所定量、例えば１mlである。
キャビティ102は、限定されないが、例えば0.4ml〜2mlのような異なる量の生体流体試料を含み得ることが理解されよう。キャビティ102はまた、1つ以上の他のキャビティ102と同じ量の生体流体試料を含有していなくてもよい。キャビティ102の数および/または配置、各キャビティ102内で必要とされる生体流体試料の所定量、各リザーバ103および空間105の体積、および/または、カバー300およびカートリッジ100との間の空間の体積などに依存して、カートリッジ100に装填可能な生体流体の全体積は変化し得る。
図5Aを参照すると、キャビティ102は、ユーザによって装填される生体流体で満たされ、ピストン402は、未配置状態または非作動状態（402A）にある。生体流体は黒色の陰影で示されている。キャビティ102内の生体流体試料は、所定の体積よりも大きい。作動中、過剰量の生体流体を溢流口112から自然に排出されるようにしてもよい。あるいは、図5Bを参照すると、ピストン組立体400は、別の分注装置からのアクチュエータによって操作されてもよい。中央ピストン404およびピストン402は、下方に移動する、すなわち部分的に移動/作動状態（402B）になり、過剰量は溢流口112から押し出される。図5Bに示される通り、ピストン端部408が溢流口112の下側平面112Bに到達するとき、各キャビティ102内の生体流体の残りの体積は、このあとの分注のための生体流体試料の所定の/測定される体積である。
図5Cを参照すると、キャビティ102から生体流体試料を分注するために、ピストン402がアクチュエータによってさらに下方に動くと、すなわち、完全に移動/作動状態（402C）になると、ピストン402からの正圧により生体流体試料に圧力がかけられる正圧がバルブ110に伝えられ、この正圧がバルブ110の閾値圧力を上回ると、このバルブ110はデフォルトの閉状態から開状態に変化する。開状態では、このバルブ110により、生体流体試料をキャビティ102からキュベット200に分注することが可能になる。ピストン402が下方に動いて生体流体試料を押し出し続けると、通気孔310を介してカートリッジ100から外に空気が排出され、それにより、カートリッジ100内の圧力上昇を防止する。またこれにより、分注している間にカートリッジ100から生体流体試料が溢れ出るか、あるいはこぼれ落ちるリスクを最小限にする、あるいは軽減する。図5Cに示される通り、キュベット200は、キャビティ102から分注される（黒色の陰影で示される）生体流体試料を含む。
アクチュエータにより、ピストン402に対してより高い正圧がかけられ、バルブ110を通る生体流体試料の流量を増加させることができることは理解されよう。あるいは、より強い材料やバイアス機構などによりバルブ110により弾力性を持たせて、バルブ110を閉状態に良好に維持し、バルブ110を通る生体流体試料の流量を減少させることができる。従って、アクチュエータおよび/またはバルブ110は、個々に構成可能である、または協働して、生体流体試料の分注時間または分注持続時間を制御することができる。例えば、キュベット200内の試薬に依存するようないくつかの状況では、生体流体試料をゆっくりと連続的にキュベット200に分注して、例えば試薬との化学反応時間を長くさせることができる。その他の状況では、生体流体試料をキュベット200に迅速および完全に分注することもできる。
全てのピストン402がほぼ同時に動くと仮定した場合、そのピストン402に関連するキャビティ102内の生体流体試料が、その他の生体流体試料より先に分注されるよう、そのピストン402の長さは、その他のピストン402と違ってもよい（例えば、長くてもよい）。図5D〜図5Gには、異なる長さのピストン402a〜402cを有するピストン組立体400の作動シーケンスが示される。これらのピストン402a〜402cは、同時にキャビティ102内に向かって作動する。長さが異なるため、いくつかのキャビティ102の生体流体試料は最初に分注される。キャビティ102からの生体流体試料の分注は、互い違いに行うことができる、あるいは、このように間隔をおいて行うことができる。従って、生体流体試料は、各ピストン402a〜402cによって、キャビティ102a〜102cから段階的に分注される。キャビティ102a〜102cからの生体流体試料の分注シーケンスでは、状況に応じてピストン402a〜402cを変更することによって、異なるシーケンスの「ステップ」を実現するよう構成してもよい。従って、生体流体試料対試薬の相互作用の正確な時間または持続時間の制御を、アクチュエータ、および/または、ピストン組立体400によって実現することができる。
従って、生体流体試料を分注する装置20は、複数のピストン組立体400および複数のキャビティカートリッジ100を有し、異なる試薬（例えば、BCGやDNBA）が予め入れられているキュベット200に、生体流体試料を放出すなわち分注する前に、キャビティ102内の異なる体積の生体流体試料を分割しておく、すなわち割り当てておく。各キャビティ102は、溢流口112を有するリザーバ103内に存在し、バルブ110を介して、分注される生体流体試料の所定量を制限/制御/計量する。ピストン組立体400は、出力部106に取り付けられる個々のバルブ110を有する複数のキャビティカートリッジ100と組み合わされる複数のピストン402を有し、このピストン組立体400を用いて、分注の時間/持続時間を制御する。この生体流体試料を分注する装置20の設計は、生体流体試料の計量および分注のための、試薬が予め充填されるキュベット200と一体化可能な低コストで、簡単で、コンパクトなソルーションを提供しようとする。さらに、この生体流体試料を分注する装置20は、カートリッジ100およびキュベット200のような使い捨て可能な消耗品を含んでもよい。これにより、製造プロセスのコストを低減し、製造プロセスを改善できる可能性がある。
生体流体試料を分注する装置20によって分注される生体流体試料は、その後、生体流体を分析する装置30によって分析され得る。生体流体を分析する装置30は、生体流体試料および試薬を含む分析試料に対して分析プロセスを実行するための自動化システムを含み、ユーザが手動で行う作業を最小限に抑える、あるいは、少なくとも減らす。自動化した環境により、好都合にも分析試料に対して実行される分析プロセスの効率を改善することができる。
生体流体を分析する装置30
本開示の代表的または例示的な実施形態では、図6A〜図6Cに示されるように、生体流体を分析するための装置30すなわち生体流体を分析する装置30がある。生体流体を分析する装置30は、生体流体試料を分注する装置20の1組のキュベット200を収容するための容器500を含み、各キュベット200が試薬および生体流体試料を含む分析試料を収容するように構成される。特に、キュベット200は、容器500内に収容され得る、あるいは容器500内のチャンバ/空間内に収容され得る。この生体流体を分析する装置30は、容器500内にキュベット200を維持しながら、キュベット200内の分析試料に対する分析プロセスを実行するために、容器500に接続される自動システムをさらに含む。生体流体を分析する装置30は、容器500内のキュベット200を密封するために、容器500および生体流体試料を分注する装置20との間の密封係合を提供するための容器密封要素502をさらに含む。容器密封要素502は、容器500の周りに配置され、シリコンまたはゴム材料で作られるOリングまたはガスケットでよい、あるいは、それらを含む。容器密封要素502は、容器500の内部から真空密封を提供しようとする。必要に応じて、装置30の様々な構成要素を密封要素と一緒に組み立てて、真空密封を提供する、あるいは、少なくとも生体流体の漏出を軽減する。このような密封要素は、弾性材料、ゴム/シリコンのきつく嵌合する接続、紫外線結合/超音波結合/接着剤、ラッチ、カンチレバーなどで作られるOリングまたはガスケットを含み得るが、これらに限定されない。
容器500は、キュベット200と嵌合係合するための1組の容器用ソケット504をさらに含む。キャビティ102およびピストン402と同様に、各キュベット200は、容器用ソケット504と関連し得る、あるいは、対になり得る。いくつかの実施形態では、図に示すように、複数のキュベット200を受け取るための3つの容器用ソケット504がある。さらに、容器用ソケット504およびキュベット200のそれぞれの対に関して、それらの輪郭すなわち形状は、キュベット200が容器用ソケット504に1方の向きでのみ差し込み可能/受け入れ可能となるように、互いにほぼ一致し得る。より広い意味では、この容器用ソケット504は、生体流体試料を分注する装置20が容器500に1方の向きでのみ差し込み可能/受け入れ可能なように構成され得る。具体的には、この生体流体試料を分注する装置20は、生体流体を分析する装置30の容器500に1方の向きおよび１方の方向のみで挿入される/受け入れられることができる。その他のいずれの向き、またはいずれの方向での挿入では、キュベット200は完全に挿入することができず、生体流体試料を分注する装置20は、容器500内で安定して支持されない。
容器500の周りの容器密封要素502に加えて、あるいは、その代わりに、各容器用ソケット504は、容器500の内部から真空密封を提供するための同様の容器用ソケット密封要素を含み得る。各容器用ソケット密封要素は、キュベット200と容器用ソケット504との界面に密封係合を提供する。
さらに、この容器用ソケット504は、キュベット200内の分析試料に対して分析プロセスをほぼ同時に実行可能であるように構成され得る。特に、キュベット200が容器500内に密封される場合は、キュベット200内の全ての分析試料についてほぼ同時に分析プロセスを実行することができ、分析プロセスの効率を改善することができる。
電磁制御システム650、光学システム700、および温度制御システム750のうちの少なくとも1つを含む自動システムによって、分析プロセスは実行される/実行可能である。自動システムの様々な構成要素は、生体流体を分析する装置30内に収容され、この生体流体を分析する装置30は、板金製の本体ケーシング506をさらに含み得る。この本体ケーシング506により、生体流体を分析する装置30に構造的支持が提供され、また、自動システムの構成要素が保護される。本体ケーシング506は、板金と同様の構造的完全性を有するその他の材料から作られ得ることは理解されよう。
図7A〜図7Cを参照すると、この容器500は、分析プロセス中または分析プロセスの一部として排気プロセスに耐えるように構成され得る。容器500が排気を行うと、キュベット200に対する密封環境が作られ、その結果、キュベット200内から気体が排出される。この容器密封要素502により、生体流体試料を分注する装置20および容器500間の、改善された密封係合が提供され、排出プロセスの効率が改善される。従って、生体流体試料を分注する装置20が生体流体を分析する装置30に挿入されると、すなわち、キュベットが容器用ソケット504とかみ合うと、キュベット200はほぼ完全に密封された容器500内に収容され、これにより、空気を含む流体が漏れ出すのを防止する、あるいは、軽減する。
いくつかの実施形態では、各容器用ソケット504は、真空チャンバとして機能し、それぞれのキュベット200に対してほぼ完全に密封された環境を提供する。容器500は、排気のための真空ポート508を含み、それぞれのキュベット200のための真空環境を作り出す。
この装置30は、容器用ソケット504をほぼ完全に排気するための別個の真空ポンプまたは真空源をさらに含み得る。より具体的には、真空ポンプは、真空ポート508を介して容器用ソケット504内にあるキュベット200をほぼ完全に排気するよう動作可能である。各真空ポート508は、排気プロセスのための導管（例えば、配管またはホース）によって真空ポンプに接続される。
いくつかの代替の実施形態では、容器用ソケット504は、単一の真空チャンバとして一体化され、一方でキュベット200が1方の向きにのみ挿入されるように構成され得る。従って、これらの容器用ソケット504は、排気プロセスのために真空ポンプに接続可能な共通の導管を共有してもよい。この真空ポンプは、約25Hg〜28Hgの最大度定格を有するブラシのないダイアフラムタイプでよい。
排気プロセスの間、真空ポンプは、容器用ソケット504に対して負の真空圧力を生成し、気体、特に空気および水蒸気を、容器用ソケット504から抽出する。さらに、導管内に水蒸気が存在すると、負の真空圧力によって除去され、それによって、水蒸気による分析試料の汚染が回避される。
キュベット200が容器用ソケット504内に存在するとき、キュベット200に含まれるあらゆる気体が抽出される。具体的には、気体は、キュベット200のオリフィス204を通って抽出され、これらのオリフィス204はそれぞれ、例えば、約0.5μm〜1μm、あるいは、より好ましくは0.6μmの厚さを有する疎水性膜で密封される。疎水性膜により、キュベット200内を負の真空圧力が通過することができ、その結果、キュベット200から気体が抽出され得る。キュベット200から疎水性膜を介して気体のみを排出することにより、液体分析試料がキュベット200から漏れることが防止される。これにより、分析試料中の気泡の形成が抑えられる。特に、分析試料を物理的に混合している間に形成される気泡は最小に抑えられる、あるいは気泡がまったく形成されない。
この排気プロセスは、中央またはメインプリント基板（PCB）または装置30のメインボードによって制御され得ることは理解されよう。このメインPCBは、熱を放散させるために熱シリコン層をさらに含む、あるいは熱シリコン層に取り付けられ得る。
電磁制御システム650
試薬が予め装填されるキュベット200に生体流体試料を分注した後、生体流体試料および試薬を含む分析試料をよく混合して、分析試料を均質化しなければならない。
図8A〜図8Cを参照すると、電磁制御システム650は、分析プロセス中に、あるいは、分析プロセスの一部として、混合プロセスを実行するように構成される。この電磁制御システム650は、容器500内に、あるいは、より具体的には、容器500に収容されるキュベット200内に、磁場を発生させるための1組の電磁ユニット652を含む。この磁場により、各キュベット200内の磁性体202の移動が引き起こされ、これによりキュベット200内の分析試料の物理的混合が容易になる。キュベット200内で磁性体202が移動することにより、分析試料が物理的に撹拌され、混合される。
磁性体202は、磁場の作用によって移動できるようにネオジムまたはフェライト材料で作ることができる。より具体的には、磁性体202のコアはネオジム/フェライト材料で作られ、磁性体202は不活性材料で外部コーティングされる。この不活性材料は、分析試料と非反応性であり、分析結果に影響を及ぼす可能性がある分析試料の汚染を防止しようとする。磁性体202は、分析試料を攪拌して混合するため、移動するのに十分な空間を有してキュベット200の内側に嵌合するように小さくなければならない。
各電磁ユニット652は、電磁素子654のアレイを含み、各キュベット200は、電磁素子654の1つ以上のアレイに関連付けられる。この電磁素子654は、磁場を生成するための磁気ロッドであってもよいし、それらを含んでもよい。図8Cには、電磁ユニット652の一例が示され、この電磁ユニット652は、2つの電磁素子654a、654bを含む第1のアレイ656と、4つの電磁素子654c、654d、654e、654fを含む第2のアレイ658と、を含む。電磁ユニット652は、電磁素子654a〜654fによって生成される磁界を制御するためのPCB660をさらに含む。このPCB660は、熱を放散させるために、熱シリコン層をさらに含むか、またはそれに取り付けられてもよい。
いくつかの実施形態では、例えば、ACRを計算してCKDを診断するため、磁性体202を有する分析試料を含む3つのキュベット200がある。第1のキュベット200bおよび第2のキュベット200bにはBCGが予め装填され、第３のキュベット200aにはDNBAが予め装填される。この電磁制御システム650は、生体流体を分析する装置30の対向する側に配置される2つの電磁ユニット652を含む。これらの2つの電磁ユニット652は互いに対向しており、3つのキュベット200がそれらの間に存在する。これら2つの電磁ユニット652はそれぞれ、電磁素子654a、654bを含む第1のアレイ656と、電磁素子654c〜654fを含む第2のアレイ658と、を含む。この電磁ユニット652とキュベット200の配置は、キュベット200が1つ以上の電磁ユニット652の隣に、すなわち隣接して、配置され、電磁素子654の1つ以上のアレイがキュベット200の方に向けられるようにしてもよい。キュベット200を対象とする電磁ユニット652および電磁素子654の数は、生体流体を分析する装置30内に存在するキュベット200の数、キュベット200の形状、および/または電磁ユニット652のためのスペース利用の可能性に依存し得る。
例えば、図8Aを参照すると、DNBAが装填されるキュベット200aは、2つの電磁ユニット652間、具体的には、2つの電磁素子654a、654bを含む第1のアレイ656間に配置され得る。次に図8Bを参照すると、BCGが装填されるキュベット200bのうちの1つは、1つの電磁ユニット652、具体的には4つの電磁素子654c〜654fを含む第2のアレイ658に隣接して配置され得る。同様に、もう１つのBCGが装填されるキュベット200bは、他の電磁ユニット652の4つの電磁素子654c〜654fを含む第2のアレイ658に隣接して配置され得る。各キュベット200が少なくとも1つの電磁ユニット652の隣に配置されるので、PCB660を用いて磁場を制御することによって、3つ全てのキュベット200内の分析試料はほぼ同時に混合され得る。
PCB660は、機械可読命令でプログラムされ、あるいは、機械可読命令を格納し、例えば、電磁ユニット652に電流を流し、それにより電磁素子654に向かって磁性体202を引き付けることにより、この機械可読命令が、電磁素子654を磁化するために実行可能になり得る。これにより、キュベット200内の磁性体202の移動経路を制御することができる。より具体的には、各電磁素子654は、キュベット200内の所定の経路に沿って磁性体202を移動させるために個々に動作可能である。あるいは、これらのPCB660は、装置30の中央またはメインPCBと通信可能にリンクして、電磁ユニット652および電磁素子654を中央またはメインPCBによって制御してもよい。
DNBAが装荷されるキュベット200aに関する１つの例では、磁性体202の移動を制御するための（第1のアレイ656の両方からの）4つの電磁素子654a、654bがある。各電磁素子654a、654bの磁化の順序、タイミング、持続時間、ループ/サイクルの数を制御することにより、磁性体202が実質的に四辺形/円形の運動経路で移動するように制御することができる。具体的には、運動経路は、第1のアレイ656の両方に垂直な平面上にある。BCGが装填されるキュベット200bの1つに関する別の例では、キュベット200の一方の側にのみ第2のアレイ658の1つから4つの電磁素子654c〜654fがある。同様に、磁性体202は、第2のアレイ658に平行な平面上の実質的に四辺形/円形の運動経路内を移動するように制御され得る。図8Dには、四辺形運動経路の一例が示される。図8Eには、磁性体202の別の運動経路の別の例が示される。
キュベット200に面する電磁ユニット652の向き、および/または、キュベット200を対象とする電磁素子654の数に応じて、キュベット200内の磁性体202を異なる運動経路に移動させるよう制御可能であることは理解されよう。PCBで磁場を制御することにより、磁性体202を所望のタイミング、速度、および方向に移動させて、生体流体試料および試薬を分析試料中で物理的に混合することができる。さらに、電磁ユニット652は、図8Fに示すように、電磁素子654を保持するための長さまたは寸法を変えるように構成してもよい。これにより、いくつかの電磁素子654が、他の電磁素子654よりもキュベット200に近くなり、運動経路に沿った異なる位置での磁場の強さの制御においてより多くの変化をもたらすことが可能になる。
キュベット200に面する電磁ユニット652の磁力、および/または、より近くなる、あるいは遠くなる電磁素子654のそれぞれの距離に応じて、キュベット200内の磁性体202を異なる運動経路で移動するように制御可能であることも理解されよう。PCB660で磁場を制御することによって、磁性体202は、イン・アンド・アウト方式で交互に移動することができ、それによって、生体流体試料および試薬を分析試料中で物理的に混合する。
従って、電磁制御システム650を作動させて容器500に磁場を発生させて印加することにより、例えば、ガラススターラ、あるいは連続して逆さまにする方法など、外部の構成要素といかなる接触もせず、分析試料は、磁性体202によって物理的に混合される。分析試料を混合するためにガラススターラを挿入する必要なく、生体流体を分析する装置30は、生物学的に有害な試料を安全に分析するために使用することができる。それに加えて、混合する際には、気泡は最小に抑えられる、あるいは気泡がまったく形成されない。従って、電磁制御システム650により、キュベット200内で分析試料を物理的に混合するための自動化された方法が提案される。さらに、分析試料を混合するための期間が限られている場合、PCB660は、分析試料が確実にその期間内に均一に混合されるようにプログラムされ得る。なお、分析試料の均一な混合または撹拌は、分析試料中に残存または未混合の生体流体試料または試薬が存在しないことを意味する。
電磁制御システム650は、排気プロセスの前、その最中、またはその後に動作させてもよい。例えば、電磁制御システム650の操作による分析試料の混合後、試薬のタイプ、および/または、混合速度に応じて、分析試料中に気泡が残っている可能性がある。この気泡は、例えば、光学システム700による光の吸収によって、分析結果の測定に影響を及ぼすか、あるいは、精度を下げる可能性がある。電磁制御システム650の動作後に排気プロセスを実行すると、分析試料は実質的に脱泡される、すなわち、分析試料から気泡がほとんど取り除かれる。あるいは、排出プロセスを、電磁制御システム650の動作と同時に行って、混合プロセス中に分析試料内に気泡が形成される傾向を低くするようにする。実験データにより、-55kPa〜-100kPa、より好ましくは-70kPa〜-90kPaの範囲の負の真空圧力が、キュベット200内に許容可能な真空レベルを維持するのに十分であることが示される。25Hg〜28Hgの最大度定格を有する真空ポンプにより、この真空レベルを実現することができる。キュベット200内のこの真空レベルは、混合プロセスの持続時間、例えば、0.5〜3分間または通常3分間未満である。さらに、排気プロセスは、電磁制御システム650の動作の前に実行され得る。これにより、キュベット200内にほぼ真空の環境が形成され、混合プロセス中に分析試料中に気泡が形成される傾向も低下する。
光学システム700
図9Aおよび図9Bを参照すると、光学システム700は、分析プロセスにおいて、あるいは分析プロセスの一部として分光検査プロセスを実行するように構成される。分析試料が混合された後、分光検査プロセスにより、分析試料と電磁放射(例えば、光)との相互作用が分析される、あるいは研究される。例えば、分光検査プロセスを用いて、試薬BCGおよび生体流体試料の尿を含む分析試料中のアルブミンの有無が判定され、および試薬DNBAおよび生体流体試料の尿を含む分析試料中のクレアチニンの有無も判定される。
この光学システム700は、1組の光学ユニット702を含み、各光学ユニット702がそれぞれの分析試料を含むキュベット200に対して分光検査プロセスを実行する。いくつかの実施形態では、例えば、ACRを計算してCKDを診断するために、分析試料を含む3つのキュベット200がある。各キュベット200は、光学ユニット702と関連付けられ、あるいは光学ユニット702と対になり、具体的には、各光学ユニット702が、1つのキュベット200のみに対して分光検査プロセスを実行するよう構成される。従って、3つ全てのキュベット200の分析試料は、ほぼ同時に検査することができる。
各光学ユニット702は、照明装置704（例えば、キュベット200に光を放射するための発光ダイオード（LED））を含む。照明装置704から放射された光が発散するため、各光学ユニット702は、光の視準/方向転換のために配置される1つ以上の光学素子706（例えば、収束レンズ、収束レンズおよび発散レンズとの組み合わせ、またはレンズアレイ）を含み、これらの光学素子706が、発光された光をキュベット200内の分析試料に視準する。あるいは、光学素子706は照明装置704からの光を発散し、次に収束させることができる。従って、光学素子706は、照明装置704からの光をキュベット200内の分析試料に向かって収束させる。照明装置704からの光を放出することによっても熱が放出される。光学システム700の性能に影響を及ぼし得る、あるいは、光学システム700に損傷を与え得る過熱問題を軽減するために、各光学ユニット702は、照明装置704からの熱を吸収/放散するためのヒートシンク708を含む。また、ヒートシンク708を用いて熱を放散させ、分析試料中の生体流体試料および試薬への不正確な結果または影響を防止する。
各光学ユニット702は、キュベット200内の光に当てられる分析試料に対して分光測定を行うための、分光測定器710(例えば、フォトダイオードや光検出器)をさらに含む。具体的には、この分光測定器710を用いて、分析試料の光吸収の変化を測定する。この分光測定器710は、電磁放射線（例えば、400nm〜900nmの波長範囲の光）を検出し測定するためのシリコンベースのフォトダイオードでよい。各光学ユニット702では、照明装置704および分光測定器710は、照明装置704からの放射光が分光測定器710によって検出されて測定される前に分析試料を通過することができるように、分析試料の反対側に配置される。さらに、光学ユニット702は、各照明装置704および分光測定器710との各対の間の光路が互いに交差しない、あるいは互いに干渉しないように配置され、分析試料をほぼ同時に検査することを可能にする。
各分析試料では、生体流体試料（例えば、尿）が試薬（例えば、DNBAまたはBCG）と比色化学反応を起こし、これにより吸収変化が引き起こされる。異なる色の光すなわち異なる波長の光は、反応した分析試料の吸収波長に一致するように予め設定される。従って、照明装置704は、分析試料によって必要とされる特定の波長になるよう設定されてもよい。あるいは、照明装置704は、様々な波長の光または波長の範囲を発光するように構成され得る。分析試料ごとに、時間に対する吸光度値が測定され、グラフ化される。次いで、分析試料内のアルブミン濃度またはクレアチニン濃度は、アルブミンおよびクレアチニン濃度の所定の較正曲線を利用することによって得ることができる。尿中のクレアチニン濃度およびアルブミンの濃度を求めた後、CKDを診断するための有用なパラメータであるACRを計算することができる。
尿中のクレアチニンの存在および濃度を検出するための一例では、図9Aに示すように、DNBAおよび尿を含むキュベット200中に分析試料を入れておく。DNBAが装填されるキュベット200aに関連する照明装置704は、495nm〜570nmの波長範囲の緑色の光を分析試料に放出するように構成される。好ましくは、緑色の光は約530nmの波長を有する。尿中にクレアチニンが存在する場合、クレアチニンはDNBAと反応して紫と赤の複合体を形成するであろう。この複合体の形成速度は、尿中のクレアチニン濃度と正比例する。クレアチニンの濃度は、特定の時間にわたる緑色の光の影響下での複合体の吸光度スペクトルの変化を測定し、特定の時間にわたる複合体の吸光度変化の速度を計算し、算出された速度をクレアチニン濃度の所定の較正曲線と比較することにより、求めることができる。
尿中のアルブミンの有無および濃度を検出するための別の例では、図9Bで示される通り、2つのキュベット200に第１の分析試料および第2の分析試料を入れ、各分析試料にはBCGおよび尿が含まれる。第２の分析試料は、尿を変性させるための別の試薬と共に添加され、この分析試料は、比較される第1の分析試料の対照または参照として使用される。BCGが装填されるキュベット200bに関連する照明装置704は、620nm〜750nmの波長範囲の赤色の光をそれぞれの分析試料に発光するように構成される。好ましくは、赤色の光は約630nmの波長を有する。尿中にアルブミンが存在する場合、アルブミンはBCGと反応して着色複合体を形成するであろう。尿を変性させるための追加の試薬を含む第2の分析試料では、複合体の形成が阻止される。従って、第1の分析試料は複合体の形成をもたらし、第2の分析試料は複合体を形成しない。複合体の色の純度は、尿中のアルブミンの濃度に正比例する。アルブミンの濃度は、赤色の光の影響下で、第１の分析試料および第２の分析試料の吸光度スペクトルを測定し、第１の分析試料および第２の分析試料の吸光度スペクトル間の差を計算し、算出された差をアルブミン濃度の所定の較正曲線と比較することにより求められる。
分光検査プロセスにおける分光測定を、分析試料が所定の波長の電磁放射線（例えば、光）を吸収する吸収分光に対して説明してきたが、その他の形態の分光測定を分析試料に対して実行してもよい。例えば、分光測定のその他の形態は、透過分光法、反射分光法、および散乱分光法に関連し得る。簡潔に説明すると、透過分光法では、光が分析試料を透過し、分析試料を通過しなかった光とその透過光と比較する。反射分光法では、光が分析試料に発光され、分析試料から反射された光が分析される。散乱分光法は、分析試料から散乱または分散した光について分析が行われる点で、反射分光法と同様である。その他の形態の分光測定を行うために、光学システム700は、追加のまたは代替の構成要素を含み得る。それらの構成要素には、様々な波長の光を発光する光源、光検出器、レンズ、ミラー、および他の既知の光学/光学部品が含まれ得るが、これらに限定されない。分光測定の異なる形態は、異なるまたは特定の光学/光学部品を必要とし、光学システム700におけるそれらの配置および構成は様々であり得ることは、当業者なら容易に理解されよう。
さらに、生体流体試料を分注する装置20および生体流体を分析する装置30の容器500との間の密封係合により、光学システム700によって実行される分光測定が正確になり、さらなる動きにより影響されるノイズが軽減されるよう、位置合わせ不良、ズレ、および/または、振動が防止される。
分光測定の自動化を補助するために、各光学ユニット702は、光学ユニット702の様々な構成要素を制御するために実行可能な機械可読命令でプログラムされる、あるいは格納されるPCB712をさらに含む。あるいは、光学ユニット702が中央すなわちメインPCBによって制御されるよう、PCB712は装置30の中央すなわちメインPCBに通信可能にリンクしてもよい。PCB712は、熱を放散させるための熱シリコン層をさらに含む、あるいはそれに取り付けられ得る。
各光学ユニット702において、分光測定器は、照明装置704からキュベット702への光の発光から所定の時間が経過した後、キュベット200内の光を当てられた分析試料について分光測定を行うように構成されてもよい。さらに、電磁制御システム650によって実行される混合プロセスの完了に応答して、あるいは所定の時間（例えば、混合プロセスを完了するのに0.5分〜3分、または通常3分未満）が経過した後、光が発光されてもよい。従って、混合プロセスおよび分光検査プロセスは協働し、ユーザが手動で行う操作を減らすことができる、あるいは最小限に抑えることができる。より広い意味では、分析試料に対して実行される分析プロセスの大部分を自動化することができる。
温度制御システム750
図10を参照すると、温度制御システム750は、分析プロセスの中で、あるいは分析プロセスの一部として温度制御プロセスを実行するように構成される。分析試料における化学反応は、通常、環境または周囲温度の影響を受ける。具体的には、周囲温度が高いほど反応速度が速くなるが、このことは時として望ましくない。化学反応のための温度を制御することにより、例えば、ACRを計算してCKDを診断するための分析結果の信頼性を高めることができる。温度制御プロセスは、試薬と反応させるために生体流体試料をキュベット200に分注する前に実行してもよい。これにより、各キュベット200内に安定した環境が提供され、確実に各反応がほぼ同じ温度で開始される。
この温度制御システム750は、容器500または容器500内部のチャンバ/空間を所定の温度に維持するための1組の加熱および/または冷却要素を含む。具体的には、これらの一組の加熱/冷却要素は、容器500（または容器500内のチャンバ/空間）に収容されるキュベット200を所定の温度に維持するように構成される。尿のDNBAまたはBCGとの反応のための所定の温度は、35℃〜40℃の範囲内であり得る。
周囲温度が所定の温度より高い場合、加熱および/または冷却要素(例えば、図10に示すような冷却ファン)を作動させて、空気循環を改善して生体流体を分析する装置30から熱を放散し、これによりキュベット200の温度を所定の温度に調整することができる。周囲温度が所定の温度より低い場合、加熱および/または冷却要素(例えば、図9Aに示すようなヒータ754)を作動させてキュベット200に熱を発生させ、これによりキュベット200の温度を所定の温度に調整することができる。ヒータ754は、容器用ソケット504内に配置され、容器用ソケット504に熱を放出し、その結果としてキュベット200を加熱する。あるいは、ヒータ754がキュベット200の直接加熱のためにキュベット200と接触するよう、ヒータを容器用ソケット504の内側の周りに配置してもよい。あるいは、さらに、電磁ユニット652の構成要素としてヒータ754を含んでもよい。
好ましくは、加熱および/または冷却要素752は、所定の温度からの偏差に応じて、自動的に動作するようにプログラムされ得る、あるいは構成され得る。さらに、生体流体を分析する装置30の本体ケーシング506は、熱伝導性材料、例えば、生体流体を分析する装置30における温度の均一化を補助し得る板金、で作られ得る。従って、生体流体を分析する装置30は、温度制御プロセスの結果として、所定の温度に素早く到達し維持することができる。温度制御システム750は、温度制御のための適切な手法を採用するために、温度フィードバックを収集するために装置30内に温度データを提供するよう構成され得るサーモスタットを含み得る。温度フィードバックおよび制御は、温度制御システム750のPCBおよび/または装置30の中央すなわちメインPCBによって制御され得ることは理解されよう。
生体流体試料を分注する装置20および生体流体を分析する装置30は、互いに結合可能な別個の装置として上記で説明してきたが、装置20および装置30は、生体流体を分注し分析するための一体型のシステム40として一緒に組み合わせてもよい、あるいは、組み立てられてもよい。
システム40
本開示の代表的または例示的な実施形態では、図11Aおよび図11Bに示される通り、生体流体を分注し分析するシステム40がある。このシステム40は、上述のように、生体流体試料を分注する装置20および生体流体を分析する装置30を含む。生体流体試料を分注する装置20は、1組のキャビティ102を含み、各キャビティ102は所定の試料体積の生体流体を分注するように構成される。この生体流体試料を分注する装置20は、キャビティ102内に生体流体試料を解放可能に密封するための1組のバルブ110をさらに含み、各バルブ110はキャビティ102に結合される。この生体流体試料を分注する装置20は、バルブ110を介して生体流体試料を受け取るための1組のキュベット200をさらに含み、各キュベット200は、少なくとも1つのキャビティ102に連結され/連結可能であり、試薬を含む。この生体流体を分析する装置30は、キュベット200を収容するための容器500と、容器500内にキュベット200を密閉するために、容器500および生体流体試料を分注する装置20との間の密封係合を提供する容器密封要素502と、各キュベット200内の分析試料に対する分析プロセスを実行するために容器500に接続される自動システムと、を含む。生体流体試料は、キャビティ102からキュベット200に分注可能であり、この生体流体試料がその中の試薬と結合し、それにより、分析プロセスのための分析試料が生成される。
このシステム40により、試薬を用いて生体流体試料を計量、分注、および分析するための低コストで、簡単でコンパクトなソリューションを提供することができる。このシステム40を使用することよって、生体流体試料の計量および分注プロセス、排出プロセス、および混合プロセスなどのいくつかの共通の手動のプロセスは、少なくとも部分的に自動化することができる。分析プロセスを実行するための自動システムにより、非熟練者(例えば、ホームユーザ)も、より信頼性と再現性の高い分析プロセスを実行可能となる。得られた分析結果は、より一貫性があり、人間の目によって色の変化が測定される場合に起こり得る人為的ミスが起こりにくい。
このシステム40は、分析プロセスの実行を容易にするコンピュータ装置800をさらに含む。このコンピュータ装置800は、ユーザ（例えば、分析プロセスを実行し分析する臨床医）用のモニタおよび1組の入力装置を含み得る。例えば、ユーザは、コンピュータ装置800をユーザインターフェースとして操作して、ユーザが定めたパラメータをキー入力して、所望の温度に調整するための温度制御プロセスを制御し、磁性体202の運動経路をプログラムして均一な混合/攪拌を確実にし、および/または分析測定値および分光検査プロセスの結果を分析することができる。あるいは、全ての条件が与えられた状態で、ユーザは境界条件を調整して結果を最適化して収集することができる。
このシステム40は、生体流体試料を分注する装置20および生体流体を分析する装置30を収容する本体802を含む。この本体802は、装置20および装置30を損傷から保護する。この本体802は、ユーザが装置20および装置30にアクセスして動作させるためのアクセスドア804を含む。例えば、ユーザは、装填される生体流体試料を有するカートリッジ100を含む装置20を、アクセスドア804を介して装置30に挿入することができる。次いで、分注を開始して分析プロセスを行う前にこのアクセスドア804を閉じることができる。
図12Aおよび図12Bを参照すると、生体流体試料の分注を自動化するために、このシステム40は、キャビティ102からバルブ110を介してキュベット200に生体流体試料を分注するための分注装置850を含む。この分注装置850は、アクチュエータ852（例えば、生体流体試料を分注する装置20の1組のピストン402を動かすための親ネジ）を含む。このピストン402が移動することにより、生体流体試料に正圧がかかり、それによって、バルブ110が開き、生体流体試料がそこを通って分注される。図12Aには、アクチュエータ852がデフォルト状態または非作動状態にある分注装置850が示され、図12Bには、移動状態または作動状態のアクチュエータ852が示される。
分注装置850は、電気モータ（例えばステッピングモータ）によって制御される、あるいは手動で操作される作動機構をさらに含む。このステッピングモータは、アクチュエータ852の移動を導くための歯車、およびアクチュエータ852を意図する位置で停止させるためのリミットスイッチと共に操作可能である。分注装置850は、生体流体試料を分注する際の作動機構の正確な時間制御を可能にするために、タイマーまたはタイミング装置と一体化することもできる。この分注装置850はまた、コンピュータ装置800によって制御され、アクチュエータ852の速度を調整し、それにより、生体流体試料の分注速度を制御するように構成可能である。生体流体試料および試薬との間の化学反応の開始を制御して、各キュベット200内の化学反応をほぼ同時に開始することもできる。反応時間または持続時間は、信頼性が高く、正確で一貫した分析結果を得るために重要である。反応時間を手作業で測定すると、人間の反応遅延のために、人為的ミスがより起こり易くなる。
分注をしている間、アクチュエータ852は、0.4mm/s〜0.8mm/sの範囲の低速で動かすことができる。その結果、各ピストン402は、キュベット200内に生体流体試料を分注するために同じ速度で動く。この低速では、キュベット200に分注される生体流体試料の量間の変動係数を2％以内に制御することができる。これにより、全てのキュベット200内の生体流体試料の量がほぼ同じであるので、この後の分析結果が改善され、信頼性および一貫性がもたらされ得る。
前述の詳細な説明では、少なくとも1つの生体流体を分注し、および/または、分析するための装置およびシステムに関する、本開示の実施形態が添付図面を参照して説明される。本明細書の種々の実施形態の説明は、本開示の特別な、あるいは特定の説明を明示する、あるいは、それらだけに単に限定することを意図したものではなく、単に本開示の非限定的な例を示すためのものである。例えば、本開示の実施形態は尿検査に関連して記載されているが、本明細書に記載の装置およびシステムは、代替的にその他の用途、および/またはその他の疾患を診断のために使用され得ることは当業者には容易に明らかであろう。
本開示は、先行技術に関連する少なくとも1つの上述の問題および問題に対処する役割を果たすものである。本明細書には、本開示のいくつかの実施形態だけが開示されているが、本開示の範囲を逸脱することなく、開示された実施形態に対して様々な変更および/または修正を行うことができることは、本開示に照らして当業者には明らかであろう。従って、本開示の範囲および、下記の特許請求の範囲は、本明細書に記載される実施形態に限定されない。

Claims (23)

  1. 生体流体を分析するための装置であって、
    生体流体試料を分注する装置の1組のキュベットを取り外し可能に収容するための容器であって、各キュベットが試薬と生体流体試料とを含む分析試料を収容するように構成される、容器と、
    前記キュベットを前記容器口内に密封するために、容器と生体流体試料を分注する装置との間の密封係合を提供するための容器密封要素と、
    容器内にキュベットを維持しながら、キュベット内の分析試料に対して分析プロセスを実施するために、容器に接続される自動システムとを備えた装置。
  2. 容器は、１組の容器用ソケットを備え、各キュベットが１組の各容器用ソケット内に受入れ可能である、請求項１に記載の装置。
  3. 容器用ソケットは、生体流体試料を分注する装置が容器に1方の向きでのみ受け入れ可能なように構成される、請求項２に記載の装置。
  4. 容器は、排気プロセスに耐えるように構成される、請求項１乃至３の何れかに記載の装置。
  5. 更に、キュベットから排気する真空ポンプを備える、請求項４に記載の装置。
  6. 排気プロセス中に、キュベットから気体が抽出される、請求項５に記載の装置。
  7. 気体は各キュベットからキュベットのオリフィスを密封する疎水性膜を通って抽出される、請求項６に記載の装置。
  8. 自動システムは、混合プロセスを実行する電磁制御システムを備える、請求項１乃至７の何れかに記載の装置。
  9. 電磁制御システムは、キュベット内で磁場を発生させる１組の電磁ユニットを備える、請求項８に記載の装置。
  10. 磁場により、各キュベット内の磁性体の動きが引き起こされ、キュベット内の分析試料を物理的に混合する、請求項９に記載の装置。
  11. 各キュベットは、電磁素子の１つ以上のアレイに関連付けられて、各電磁素子は、キュベット内の所定の経路に沿って磁性体を移動させるために個々に動作可能である、請求項１０に記載の装置。
  12. 自動システムは、分光検査プロセスを実行する光学システムを備える、請求項１乃至１１の何れかに記載の装置。
  13. 前記光学システムは、１組の光学ユニットを含み、各光学ユニットがキュベットに対して分光検査プロセスを実行する、請求項１２に記載の装置。
  14. 各光学ユニットは、キュベット内に光を放射するための照明装置を備える、請求項１３に記載の装置。
  15. 自動システムは、温度制御プロセスを実行する温度制御システムを備える、請求項１乃至１４の何れかに記載の装置。
  16. 温度制御システムは、キュベットを所定の温度に維持する１組の加熱/冷却要素を備える、請求項１５に記載の装置。
  17. 生体流体試料を分注する装置であって、
    1組のリザーバと1組のキャビティとを含み、各キャビティはリザーバ内に含まれ、所定の試料量の生体流体を含み且つ分注するように構成されるカートリッジを備え、
    各リザーバは、
    生体流体を受けるための入口と、
    前記入口と流体連通する出口と、
    前記リザーバ内に存在するキャビティ内に生体流体試料を収容し、他のキャビティとの流体連通を防止するために出口を取り囲む周辺バリアと、
    キャビティ内に生体流体試料を解放可能に密封するための出口に配置されるバルブと、
    キャビティ内に収容可能であり、およびキャビティからバルブを介して供給可能である、所定量の生体流体試料を制限するように構成される溢流口と、を含む、装置。
  18. 各リザーバの溢流口は、リザーバの周辺バリア上に形成されて、所定量を超える生体流体試料の量を排出する、請求項１７に記載の装置。
  19. 更に、一組のキュベットを備え、各キュベットは少なくとも１つのキャビティに連結可能であり、キャビティから分注される生体流体の試料を受け入れるように構成された、請求項１７又は１８に記載の装置。
  20. 各キュベットは生体試料と試薬を物理的に混合することを容易にする磁性体を含む、請求項１９に記載の装置。
  21. 各キュベットは、疎水性膜で密封されるオリフィスを含む、請求項１９又は２０に記載の装置。
  22. 更に、キャビティから生体流体試料を分注するためのピストン組立体を備える、請求項１７至２１の何れかに記載の装置。
  23. 生体流体試料を分注する装置及び生体流体を分析する装置を含む生体流体を分注し分析するためのシステムであって、
    生体流体試料を分注する装置は、
    １組のリザーバと、
    １組のキャビティであって、各キャビティがリザーバ内に存在し、生体流体の所定の試料量を分注するように構成される、１組のキャビティと、
    キャビティ内に生体流体試料を解放可能に密封するための１組のバルブであって、各バルブがキャビティに結合する、１組のバルブと、
    バルブを通して生体流体試料を受け取るための１組のキュベットであって、キャビティに結合可能であり、１以上の試薬を含む、１組のキュベットとを含み、
    生体流体を分析する装置は、
    キュベットを取り外し可能に収容する容器と、キュベットを容器内に密封するために、容器と生体流体試料を分注する装置との間の密封係合を提供するための容器密封要素と、
    各キュベット内の分析試料に対して分析プロセスを実施するために、容器に接続される自動システムと、を含む、システム。
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