JP2001511520A - 参照ｔセンサ装置での同時の分析物測定および参照平衡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 試料流れ中の分析物粒子の存在を検出しおよび／またはその濃度を測定するために、参照Ｔセンサシステムが提供されており、これは、層流チャネル（１００）、および３個またはそれ以上の入口手段（４０、５０、５５）を包含し、これらの入口手段は、この層流チャネルに、それぞれ、指示薬流れ（７０）（これは、分析物粒子と接触したとき、特性の検出可能な変化により、この分析物粒子の存在を指示する指示薬物質を含有し得る）、試料流れ（８０）、および参照流れ（７５）（これは、対照流れまたは内部標準流れのいずれかまたは両方であり得る）を導入するために、層流チャネル（１００）と流体接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （発明の背景） マックスウェルの有名なＧｅｄａｎｋｅｎ（思索）実験では、悪魔は、同じ温
度の気体の２個の箱間のドアを操作する。この悪魔は、その分子を区分けして、
速い分子を１つの箱に保持し、そして遅い分子を他の箱に保持して、熱力学の基
本法則に背く。このパラドックスは、以来、多くの異なる方法で解決された。Ｌ
ｅｆｆ，Ｈ．Ｓ．ａｎｄ Ｒｅｘ，Ａ．Ｆ．（１９９０），「Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｌｅｔｔｅｒ ｍｄ−１：Ｍａｘｗｅｌｌ'ｓ ｄｅｍｏｎ」 Ａｍ．Ｊ．Ｐ ｈｙｓｉｃｓ ５８：２０１〜２０９。

【０００２】 類似の装置は、粒子を分離するのに使用できる。１つの箱の水に懸濁された２
つの異なるサイズを有する粒子の混合物と、他の箱の純水とを考えてみる。もし
、この悪魔が、大きい方の粒子のいずれもそのドアを通って拡散する時間がない
程に迅速ではあるが、小さい方の粒子の一部が他の箱へと拡散する時間がある程
にゆっくりとこれらの箱を開閉するなら、ある程度の分離が達成される。

【０００３】 最近では、２つの実験が行われ、ここで、多数のブラウン粒子の存在下にて、
空間的に非対称なポテンシャルが定期的に加えられている。

【０００４】

【化１】

【０００５】 このことは、拡散係数に依存して、一定速度でのこれらの粒子の定方向運動を
起こすことが明らかになった。１つの実験（Ｒｏｕｓｓｅｌｅｔ，Ｊ．ら（１９
９４），「Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｍｏｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｒｏｗｎｉａｎ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｙ ａ ｐｅｒｉｏｄｉｃ ａｓｙｍ
ｍｅｔｒｉｃ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ」 Ｎａｔｕｒｅ ３７０：４４６〜４４８
）は、このポテンシャルに対する電場を加えるために、顕微鏡用スライド上にて
、微小製作した電極を使用した。この考えはまた、「Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏ
ｆ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｉｎ ａ ｆｌｕｉｄ − ｕｓｉｎｇ ａ ｓａｗ
−ｔｏｏｔｈ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ａｎｄ ａｎ ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ」（Ａｄｊａｒｉ，Ａ．ら）に関して、１
９９５年３月２９日のヨーロッパ特許公報６４５１６９の主題でもある。他の実
験（Ｆａｕｃｈｅｕｘ，Ｌ．Ｓ．ら（１９９５），「Ｏｐｔｉｃａｌ ｔｈｅｒ
ｍａｌ ｒａｔｃｈｅｔ」 Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔｅｒｓ ７
４：１５０４〜１５０７）は、調節した光学的ピンセット装置を使用した。

【０００６】 拡散は、大きな規模では、容易に無視できるプロセスであるが、微小規模では
、急速に重要となるプロセスである。ある分子が、一定距離ｄにわたって拡散す
る平均時間は、２ｔ＝ｄ²／Ｄであり、ここで、Ｄは、この分子の拡散係数であ る。タンパク質または他の大きな分子については、拡散は、大きな規模では、比
較的に遅い（例えば、室温で、水中にて、Ｄ＝７×１０^-7ｃｍ²／ｓを有するヘ モグロビンは、１センチのパイプを越えて拡散するのに、約１０⁶秒（１０日間 ）かかるが、１０ミクロンのチャネルを越えて拡散するには、約１秒しかかから
ない）。

【０００７】 電子機器を小型化するために半導体工業により開発された器具を使用すると、
１ミクロン程度のチャネルサイズを有する複雑な流体システムを製作することが
可能である。これらの装置は、安価に大量生産でき、簡単な分析試験用に、すぐ
に、広範に使用されると予想されている。

【０００８】 微小規模には作られていないが層流を生じるのに充分に小さなチャネルを有す
るシステムにおいて、単一の入力流れを分離して分析するために、「フィールド
−フロー分画（ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ）（ＦＦＦ）」と呼ばれる方法が使
用されている。流れの方向に垂直な力を発生させて、この入力流れでの粒子分離
を引き起こすために、濃度勾配を含めた種々のフィールドが使用される。例えば
、以下を参照せよ：

【０００９】

【化２】

【００１０】 これらの参考文献のいずれも、粒子含有入力流れから拡散した粒子を受容するた
めの別個の入力流れの使用を開示していない。

【００１１】 粒子分画のための関連方法には、「Ｓｐｌｉｔ Ｆｌｏｗ Ｔｈｉｎ Ｃｅｌ
ｌ」（ＳＰＬＩＴＴ）法がある。例えば、以下を参照せよ：

【００１２】

【化３】

【００１３】 これらの文献は、層流を生じるのに充分に小さなチャネルを有する装置を開示し
ているが、この場合もやはり、１個の入口流れを備えているにすぎない。Ｊ．Ｃ
．Ｇｉｄｄｉｎｇｓの別の米国特許である米国特許第４，７３７，２６８号は、
２個の入口流れを有するＳＰＬＩＴＴフローセルを開示している；しかしながら
、第二の入口流れは、指示薬流れではなく、むしろ、無粒子流れである。Ｇｉｄ
ｄｉｎｇｓの米国特許第４，８９４，１４６号はまた、２個の入力流れを有する
ＳＰＬＩＴＴフローセルを開示しているが、指示薬流れではない。これらのＳＰ
ＬＩＴＴフロー法の全てには、種々の粒子画分を分離するための１個より多い出
力流れの存在が必要である。

【００１４】 前述の文献のいずれも、非常に少量の試料中の小粒子を分析できるチャネルシ
ステム装置を記述していない（この試料はまた、それより大きな粒子（特に、こ
の分析に使用する指示薬に影響を与えることができる大きな粒子）を含有し得る
）。このセルシステム装置内で指示薬流れを使用する装置または方法は、記述さ
れていない。

【００１５】 微小流体装置によれば、急速な分離機構として、拡散を利用することが可能と
なり、これにより、また、分離した（拡散した）粒子の有効で正確な検出が可能
となる。微細構造での流動挙動は、巨視的な世界でのそれとは、著しく異なって
いる。このような構造での極めて小さな慣性力のために、微細構造での事実上全
ての流動は、層流である。これにより、拡散以外のいずれの混合もなしに、互い
に隣り合った異なる層の流体および粒子の運動が可能となる。他方、このような
チャネルでの小さな側方距離のために、拡散は、その拡散係数（これは、一般に
、それらのサイズの関数である）に従って、分子および小粒子を分離する強力な
手段となる。試料流れは、指示薬物質を含有する流れと共に、層流中にあり得、
これは、この試料流れから指示薬流れへと拡散した分析物を検出する手段を提供
する。

【００１６】

【化４】

【００１７】 （これらの全ての内容は、本明細書中で参考として援用されている）は、試料（
例えば、全血）中の種々の分析物の存在を検出しその濃度を測定するために、層
流および拡散原理を使用する種々の装置および方法を記述している。

【００１８】 １９９６年３月２９日に出願された（現在、特許査定されている）米国特許出
願第０８／６２５，８０８号「Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ Ｄｉｆｆｕｓ
ｉｏｎ−Ｂａｓｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｅｎｓｏｒ」、１９９７年３月３１
日に出願された米国特許出願第０８／８２９，６７９号（弁護士事件整理番号第
６−９６Ａ）「Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ−Ｂａｓ
ｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｅｎｓｏｒ」、および１９９７年３月３１日に出願
されたＰ．Ｃ．Ｔ．特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ ９７／０５２４５号「Ｍｉｃｒｏ
ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ−Ｂａｓｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｅｎｓｏｒ」（各々の内容は、本明細書中で参考として援用されている）は、
微小製作装置を開示しており、これは、層流チャネル、この層流チャネルの指示
薬流れおよび試料流れを案内するために層流チャネルに流体接続された少なくと
も２個の入口、および出口を包含する。この試料流れ中の小さい粒子は、この指
示薬流れへと拡散して、検出可能特性が測定される検出領域を形成する。これら
の３つの出願は、この指示薬流れへと拡散して指示薬流れに検出可能な変化を起
こす試料流れに由来の分析物粒子のこの層流チャネル内での位置を検出すること
により、この試料流れ中の分析物の濃度を検出する方法を開示している。あるい
は、この層流チャネル内でのこの領域（ここでは、この試料流れから指示薬流れ
へと、この分析物の拡散の平衡が起こる）の位置は、分析物の濃度を測定するの
に使用できる。さらに、この試料流れ中の分析物粒子の濃度を測定するのに有用
な情報は、この層流チャネルの長さに沿って、逐次間隔をおいて、この指示薬流
れから標本流れを案内するための手段（例えば、標本チャネル）を提供すること
により、得ることができる。標本チャネルごとの信号強度の変化は、初期試料中
の分析物粒子の濃度を計算するのに使用できる。

【００１９】 これらの３つの出願の装置は、例えば、１９９５年９月２７日に出願された米
国特許出願第０８／５３４，５１５号「Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎ
ｅｌ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｌｏｗ Ｃｙｔｏｍｅｔｅｒ」（その内容は、本明細
書中で参考として援用されている）で開示されている装置（これは、単一列の粒
子流れを考慮しており、また、透過光よりもむしろ反射光の検出用の反射面を与
える）と流体接続できる。これらの３つの出願の装置は、代替的に、１９９７年
３月２６日に出願された米国特許出願第０８／８２３，７４７号「Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ３−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ａｌｉｇｎｍ
ｅｎｔ ｏｆ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｉｎ Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ Ｆｌｏｗ Ｃｈａｎｎｅｌｓ」（その内容は、本明細書中で参考として援用され
ている）で開示された鞘フローモジュールと流体接続できる。

【００２０】 品質管理材料および内部標準材料の使用は、もちろん、当該技術分野で公知で
ある。品質管理、内部標準およびキャリブレーター用の既知の方法および材料の
論述については、Ｌ．Ａ． Ｋａｐｌａｎ， Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓ
ｔｒｙ， １９８９， ２ｎｄ ｅｄ．， Ｔｈｅ Ｃ．Ｖ． Ｍｏｓｂｙ Ｃ
ｏ．，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ（その内容は、本明細書中で参考として援用されている
）を参照せよ。分析試験の品質管理の目的は、試料について実施する各測定が信
頼できることを確認にすることである。一般に、ＫａｐｌａｎのＣｌｉｎｉｃａ
ｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｐ．２７８で記述されているように、品質管理材料を
使用する既知の方法では、対照は、毎日（またはシフトごとに、１回）測定され
、そしてＬｅｖｙ−Ｊｅｎｎｉｎｇｓプロット（これは、時間（例えば、その月
の日数（ｘ軸上での））に対して、確立された標的の平均±２標準偏差（ｙ軸上
での）をグラフで表わす）で、プロットできる。この標的値は、一定精度内での
この試料中の対象分析物の推定濃度である。何故なら、任意の一定日で測定した
対照値は、その器具の仕様、検定などで、僅かに異なっているからである。使用
者は、当該技術分野で公知の通常の実験室手順により、各分析物に対する標的濃
度を確立しなければならない。しかしながら、測定した対照値は、長時間にわた
って、かなり一定であるべきである。もし、この対照値が、この標的値に対して
、上下にゆっくりと変動するなら、これは、「トレンド」を意味する。もし、こ
の対照値が、ある平均から他へと記録した値で、急上昇を示すなら、これは、「
シフト」を意味する。もし、組織的バイアス（精度の変化）が示されるかまたは
精度が変化するなら、使用者は、その試薬、内部標準および器具を検査しなけれ
ばならない。

【００２１】 ＫａｐｌａｎのＣｌｉｎｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙで記述されているよう
に、内部標準の目的は、品質管理の検査を行うだけでなく、精度を改善すること
にある。何故なら、一定の内部標準バッチについて、その測定値（例えば、種々
の検出手段のいずれかで測定されるように、濃度と相関できる検出可能な特性）
は、時間の経過と共に、同じであるべきだからである。

【００２２】 内部標準を使用する品質管理用の既知の方法および材料では、品質管理材料は
、内部標準に使用するものとは異なっていた。

【００２３】 （発明の要旨） 本発明は、一般に、拡散原理により、小粒子を含有する流れにて、これらの小
粒子の存在および濃度を分析する微小センサおよび方法に関する。本発明は、例
えば、細胞を含有する流れ中の小粒子（例えば、水素イオン、ナトリウムイオン
またはカルシウムイオン）の濃度を測定するために血液を分析するか、またはそ
の純度を測定するために飲料水を分析するのに、有用である。

【００２４】 本発明は、試料流れ中の分析物粒子の存在を検出しその濃度を測定するための
装置を提供し、この装置は、以下を包含する： ａ） 層流チャネル； ｂ） 少なくとも３個の入口手段であって、この入口手段は、それぞれ、以下
の（１）、（２）および（３）をこの層流チャネルへと案内するために、この層
流チャネルと流体接続されている：（１）少なくとも１個の指示薬流れであって
、この指示薬流れは、好ましくは、指示薬物質（例えば、ｐＨ感受性染料）を含
有し、これは、対象分析物粒子と接触したとき、特性の検出可能な変化により、
この分析物粒子の存在を指示する、（２）少なくとも１個の試料流れ、および（
３）少なくとも１個の参照流れであって、これは、対照流れ、内部標準流れ、ま
たはそれらの両方、または較正流れとして、使用され得る； ｃ） ここで、この層流チャネルは、この流れの層流を互いに隣接させるのに
充分に小さい寸法（深さおよび／または幅のいずれか）を有し、また、この分析
物粒子をこの指示薬流れ（単数または複数）へと拡散させて少なくとも１個の検
出領域を形成するのに充分な長さを有する； ｄ） この流れをこの層流チャネルから外へ案内するための出口手段。

【００２５】 本発明の最も簡単な実施態様では、単一の指示薬流れ、単一の試料流れ、およ
び単一の参照流れが使用される；しかしながら、本発明の方法および装置はまた
、全ての層流にて、複数の試料流れおよび／または指示薬流れおよび／または参
照流れを使用し得る。

【００２６】 本発明の方法は、微小チャネル内の流れのレイノルズ数が、約１より小さくな
るようなサイズのチャネルを包含する装置において、行なうように設計されてい
る。レイノルズ数とは、慣性と粘度との比である。低いレイノルズ数とは、慣性
が事実上無視でき、乱流が事実上無視でき、そして２個の隣接する流れの流動が
層流である（すなわち、これらの流れは、上記粒子の拡散を除いて、混合しない
）ことを意味する。

【００２７】 試料流れ中好ましくは液体流中の分析物粒子の存在を検出しおよび／またはそ
の濃度を測定するための方法が提供され、この方法は、以下を包含する： ａ） この試料流れを層流チャネルへと案内すること； ｂ） 指示薬流れをこの層流チャネルへと案内して、それにより、この試料流
れおよび指示薬流れが、この層流チャネル中の隣接層流で流れることであって、
この指示薬流れは、この分析物の粒子と接触すると、検出可能な特性の変化によ
り、この分析物粒子の存在を指示する指示薬物質を含有する； ｃ） 参照流れをこの層流チャネルに案内して、それにより、この参照流れが
、この指示薬流れに隣接する層流で流れることであって、この参照流れは、０か
ら飽和までを含む一定濃度の参照粒子（好ましくは、この試料流れ中のものと同
じ種類の分析物）を含有し、これは、対照流れ、内部標準流れ、または較正流れ
である； ｄ） 分析物粒子を、この試料流れからこの指示薬流れへと拡散させること； ｅ） 参照粒子を、この参照流れからこの指示薬流れへと拡散させること；お
よび ｆ） この指示薬流れ中の分析物および参照粒子の存在を検出しまたはその濃
度を測定すること。

【００２８】 本発明の方法および装置は、この試料を流すと同時に各試料に対する対照を流
す（品質管理の既知の方法と同様に、１日１回だけでなく、８時間シフトあたり
１回）。この対照はまた、内部標準としても供され得る。本発明の内部標準は、
外生的な材料（すなわち、対象分析物とは異なる材料）を必要としない。本発明
の対照はまた、内部標準としても供され得るので、本発明の方法および装置は、
既知の方法および装置よりも高い効率の流体分析を提供する。

【００２９】 （発明の詳細な説明） 本発明は、１つまたはそれ以上の参照流れをモニターしつつ、１つまたはそれ
以上の試料流れを同時にモニターする装置および方法を提供する。これらの参照
流れは、対照流れおよび／または内部標準流れである。これらの装置および方法
は、それにより、既知濃度の対象分析物を有する内部標準流れが、この試料と共
に、層流中に存在し得るので、この装置を連続的に較正しつつ、試料中の分析物
の濃度を測定する。これらの装置および方法は、さらに、試料と共に１つまたは
それ以上の内部標準流れを層流に含有させることの結果として、高い精度で、こ
の試料中の分析物の濃度を測定する。光源の変動、温度変化、指示薬濃度の変動
、試料の濁度および色などが考慮される（さし引かれる）。これらの装置はまた
、一定濃度の対照流れを使用する結果として、このシステムの精度を連続的にモ
ニターする。

【００３０】 当業者に分かるように、一般に、装置を頻繁に較正するほど、それにより、正
確な測定が得られる。内部標準の使用により、それ程頻繁に較正しなくても、測
定精度を維持することが可能となり、および／または較正の頻度に関連した測定
の精度を高めることが可能となる。

【００３１】 本発明の方法および装置は、１つの層流から隣接層流への対象粒子の拡散を使
用する。拡散は、試料流れから小粒子を分離する手段としてだけでなく、重要な
ことには、試料流れから指示薬流れへのそれらの拡散時にて、このような粒子を
検出し分析すること（例えば、このような粒子の濃度を測定すること）を促進す
るのに役立つ。

【００３２】 対照流れは、一定濃度（好ましくは、この試料流れ中の対象粒子の推定濃度に
近い濃度）の対象粒子を含有する。好ましくは、この対照流れはまた、この試料
流れとして、同じ担体流体および他の成分を使用する。対照流れは、この装置お
よび／または検出システムが、時間の経過と共に、一貫した結果を与えるかどう
か、またはこれらの結果が時間の経過と共に変化するのでこの装置またはシステ
ムを調節する必要があるかどうかを明らかにするために、使用される。一般に、
この対照流れ中の粒子濃度の先行測定に対して確立した平均値の２標準偏差以内
の結果から、この装置またはシステムを調節する必要があることが明らかとなる
。

【００３３】 内部標準流れは、一定濃度の対象粒子（これは、この試料流れ中の該粒子の推
定濃度と同一または異なり得る）を含有するか、または一定濃度の他の（外生的
な）物質を含有する。内部標準流れは、この試料流れ中の粒子濃度の測定から得
た結果を調節して、この試料流れおよび内部標準流れ上で等しく作用するシステ
ムパラメータの変動を考慮できるように、この試料流れとの比較の基準として、
使用される。「参照流れ」との用語は、対照流れおよび内部標準流れの両方を包
含し、好ましい実施態様では、同じ流れを、対照流れおよび内部標準流れの両方
として、使用し得る。このような単一の参照流れを、対照流れおよび内部参照流
れの両方として使用するとき、それは、上記のように、対照流れの組成を有する
。「参照流れ」との用語はまた、本明細書中以下で記述するように、較正流れも
包含する。「参照粒子」との用語はまた、この参照流れ中の対象粒子（すなわち
、検出および／または測定すべき粒子）を意味する。

【００３４】 この参照流れは、同じ流れチャネルにて、この試料流れと同時にモニターでき
る。対照流れおよび内部標準流れとして使用する参照流れから指示薬流れへの拡
散時にて対象粒子を検出することにより、それぞれ、連続的な品質管理検査が可
能となり、また、測定値の精度低下を起こし得る実験条件が考慮される。このよ
うな実験条件には、光源の変動、検出器の感度の変動、温度の変動、流速の変動
、指示薬濃度および品質／純度、および試料濁度が挙げられる。この試料と同時
に内部標準を流すことにより、測定値での高い精度が得られる。対照流れの使用
により、電子機器またはランプの出力変動ウォームアップ、またはこの器具を移
動することにより引き起こされる誤整列の結果として、このような状態を補正で
きるように、初期の較正以来、このシステムの機能が実質的に変わったことを、
使用者に警告できる。

【００３５】 本発明の装置および方法は、それほど頻繁に較正しなくてもよくなるので、試
料中の分析物の存在を検出するかまたはその濃度を測定する他の装置および方法
よりも、使用者には便利である。本発明の装置および方法により、使用者は、別
個の較正操作をする必要がなくなる。何故なら、この試料流れと同じ流れチャネ
ルにて同時に対照を使用することにより、一定の較正曲線（これは、その製造業
者により決定し得、また、使用者が決定する必要はない）が引き続いて有効かど
うかを示す情報が得られ、また、同じ流れチャネルにて同時に内部標準を使用す
ることにより、試料の測定値に影響を与える反応条件についての情報が得られ、
その補正が可能になるからである。

【００３６】 本発明の装置および方法の利点は、１つの流体流れ（本明細書中では、参照流
れと呼ぶ）が、１）対照、２）内部標準、および／または３）対照および内部標
準の両方として供され得ることがある。この試料と共に１つまたはそれ以上の参
照流れを同時に流すことにより、流体分析に関して、既知の方法および装置より
も利便性および効率性が得られる。

【００３７】 最も簡単な実施態様（図１を参照）（ここで、本発明の装置には、単一の試料
流れ、単一の指示薬流れ、および単一の参照流れが案内される）では、以下の２
つの分析物検出領域が存在する：１）試料分析物検出領域であって、これは、試
料分析物粒子の指示薬流れへの拡散によって、形成される；および２）参照分析
物検出領域であって、これは、参照分析物粒子の指示薬流れへの拡散によって、
形成される。この参照流れは、対照流れ、内部標準流れまたは較正流れであり得
るので、この参照分析物検出領域は、対照分析物検出領域、内部標準分析物検出
領域または較正検出領域のいずれかであり得る。

【００３８】 「試料値」との用語は、この試料分析物検出領域にて、この指示薬物質により
示される検出可能な特性の測定値を意味する。同様に、「参照値」との用語は、
この参照分析物検出領域にて、この指示薬物質により示される検出可能な特性の
測定値を意味する。「内部標準値」との用語は、この内部標準分析物検出領域に
て、この指示薬物質により示される検出可能な特性の測定値を意味する。「対照
値」との用語は、この対照分析物検出領域にて、この指示薬物質により示される
検出可能な特性の測定値を意味する。

【００３９】 検出可能な特性の測定はまた、検出可能な特性のバックグラウンド（すなわち
、ベースライン）測定を得るために、この分析物検出領域以外で、この試料流れ
、参照流れおよび指示薬流れの領域のどこかで、行うことができる。多くの物質
および溶液は、低いバックグラウンド蛍光レベルを有し、例えば、全血は、蛍光
を発する低濃度代謝物および栄養分のような特定成分のために、非常に低いレベ
ルの（バックグラウンド）蛍光を発する。「内部標準バックグラウンド値」との
用語は、この内部標準流れ（すなわち、分析物検出領域ではない）での検出可能
な特性の測定値を意味する。「対照バックグラウンド値」との用語は、この対照
流れ（すなわち、分析物検出領域ではない）での検出可能な特性の測定値を意味
する。「試料バックグラウンド値」との用語は、この試料流れ（すなわち、分析
物検出領域ではない）での検出可能な特性の測定値を意味する。「指示薬バック
グラウンド値」との用語は、この指示薬流れの領域（ここでは、分析物粒子はそ
こへと拡散しないか、または実質的に拡散せず、その結果、検出可能な特性は検
出できない、すなわち、分析物検出領域ではない）での検出可能な特性の測定値
を意味する。

【００４０】 本発明の好ましい実施態様は、液体流れを使用するが、この方法および装置は
、気体流れと共に使用するのにも適当である。

【００４１】 本明細書中で使用する「検出」との用語は、特定の物質が存在していることの
決定を意味する。本発明の方法および装置はまた、試料流れ中の物質の濃度を測
定するのに使用できる。

【００４２】 本明細書中で使用する「推定濃度」との用語は、この濃度が、一定精度の範囲
内で既知であることを意味する。好ましくは、この推定濃度の測定値は、推定し
た標的値の±２標準偏差以内であるべきである。

【００４３】 「粒子」との用語は、分子、細胞、懸濁粒子および溶解粒子、イオンおよび原
子を含めた任意の微粒子物質を意味する。これらの粒子は、有機または無機であ
り得る。

【００４４】 本発明の装置は、好ましくは、一定の１試料または複数の試料を測定する前に
、較正される。較正はまた、較正流れを用いて、試料測定中に実施し得る。

【００４５】 本明細書中で使用する「較正流れ」との用語は、既知濃度（ゼロ濃度を含めて
）の対象分析物を含有する流れを意味する。較正流れは、較正曲線（これは、分
析物濃度を、この分析物の検出可能な特性の測定値と関連づける）を決定するの
に使用される。複数の較正流れの濃度に対して、検出可能な特性（例えば、蛍光
または吸光度）の対応測定値をグラフで表わして、較正曲線を得る。較正流れ、
およびそこから誘導した較正曲線から、検出可能な特性の値（試料または参照は
、これと比較できる）が得られる。較正流れは、試料流れが流れて測定される前
または後に、流して測定できる。好ましくは、ある装置は、その使用前にて、好
ましくは、１回だけ、較正される。較正はまた、この試料流れと共に、このシス
テムにて、１つまたはそれ以上（好ましくは、複数）の較正流れを流すことによ
り、この試料を流すのと同時に実施し得る。

【００４６】 較正は、この装置自体において、幾何学的なパラメータ（構造上の変化）、例
えば、流れチャネルの幅および深さ、および表面反射率を考慮して、実施される
。製造業者は、１バッチにて、多数の装置（例えば、各々に対して、本発明の装
置と共に、１０，０００個〜１００，０００個のシリコンチップ）を製造できる
。この製造業者は、次いで、このバッチにて、これらの装置の小割合（例えば、
５個〜１０個の装置）を較正し、そして一定の精度で、較正曲線を決定できる。
例えば、較正により、平均流れチャネル幅（拡散方向と直交する寸法；この幅は
、光学的な検出実施態様に対して、光学経路寸法である）が５０マイクロメータ
ーであり、また、それが、４９マイクロメーターと５１マイクロメーターの間で
変化することを決定し得る。それゆえ、使用者は、このバッチでの任意の装置か
ら得た値が、４％以内で正確であり、従って、この装置を較正しないように選択
し得ることを知っている。

【００４７】 較正は、既知濃度の分析物を含有する流れの検出可能な特性（例えば、蛍光）
を測定することにより、実施される。試料測定についてモニターできる装置の任
意の部分は、較正し得る。検出可能な特性を有する既知濃度の物質の較正流れは
、試料測定を行うことができる流れチャネルの全ての部分でモニターされ、それ
により、その分析物の較正曲線が得られる。同じ装置はまた、多数の他の分析物
（例えば、ある種のタンパク質、ｐＨ、カチオン、ウイルスなど）のいずれかに
ついて、較正できる。

【００４８】 当業者が分かるように、較正流れは、分析する殆どの（または任意の）分析物
に対して一般的であり得るか、または較正流れは、分析する分析物に対して特異
的であり得る。例えば、もし、この分析物が、ヒト血清アルブミンであるとき、
この試料は、一般技術で既知の較正溶液（例えば、ローダミン）で較正した装置
によって分析し得る。あるいは、その装置は較正流れ（これは、既知濃度のヒト
血清アルブミンを含有する）で較正し得る。当業者は、測定精度が較正溶液およ
び頻度に依存していることを認識しているので、較正溶液／流れの選択は、過度
の実験なしに、慣用的な選択により、行うことができる。

【００４９】 製造業者は、使用者がこの装置を較正する必要がないように、較正を実施でき
る。使用者は、次いで、測定値にエラーを生じ得る実験条件を考慮するために、
内部標準を使用できる。使用者は、製造業者が先に行った較正に加えて、もし、
それより高い精度が望ましいなら、この装置を較正できる。

【００５０】 本発明のある実施態様では、製造業者は、種々の分析物について装置を較正し
得、また、使用者に、例えば、ソフトウェアパッケージにて、同数の較正曲線を
提供し得る。この場合には、使用者は、測定する分析物を入力でき、そこで、こ
のプログラムは、このデータを、この正しい較正曲線と正確に比較できる。

【００５１】 この入力試料流れは、異なるサイズの粒子を含めた粒子（例えば、血液、汚染
された飲料水、汚染された有機溶媒、尿、バイオテクノロジープロセスの試料（
例えば、発酵肉汁およびイムノアッセイ）、薬剤分析試料など）を含有する任意
の流れであり得る。この入力試料流れは、必ずしも汚染されていない：純粋な飲
料水および高い等級の化学物質は、汚染物ではない分析物（例えば、清浄な飲料
水中のナトリウムイオンおよび化学溶液中のプロトン）の濃度を測定するために
（それらのｐＨを測定するために）、本発明の装置および方法を用いて分析でき
る。この分析物は、この入力試料流れ中の任意の小粒子であり得、これは、この
装置にて指示薬流れへと拡散でき、例えば、酸素分子、プロトン、カルシウムイ
オンまたはナトリウムイオン、タンパク質（例えば、アルブミン）、有機分子、
薬剤、殺虫剤、および他の粒子である。好ましい実施態様では、この試料流れが
全血であるとき、プロトンおよびナトリウムイオンのような小イオンは、このチ
ャネルを越えて急速に拡散するのに対して、それより大きな粒子（例えば、大き
なタンパク質）は、ゆっくりと拡散する。本発明の装置および方法の利点は、大
きな粒子からの拡散により、小さな分析物粒子の分離を行い、それにより、光学
的な手段による小さな粒子の検出および測定を容易にすることにある。大きな粒
子は、光学的な検出手段により使用される光を散乱する傾向にあり、それゆえ、
小さな分析物粒子から大きな光散乱性粒子を分離することが好ましい。好ましく
は、これらの分析物粒子は、約３マイクロメーター以下、さらに好ましくは、約
０．５マイクロメーター以下であり、または好ましくは、約１，０００，０００ ＭＷ以下、さらに好ましくは、約５０，０００ Ｍ．Ｗ．以下である。

【００５２】 １つまたはそれ以上の参照流れは、試料流れと同時に流して測定できる。すな
わち、１つまたはそれ以上の参照流れは、同じ流れチャネルにて、試料流れ（単
数または複数）および指示薬流れ（単数または複数）と同時に（および、それら
と層流にて）、流して測定できる。試料流れは指示薬流れに（その第一の側にて
）隣接し、そして指示薬流れは（その第二の側にて）参照流れに隣接している。
すなわち、試料流れおよび参照流れの両方は、指示薬流れと隣接している。

【００５３】 対照流れは、本発明の装置および方法にて、種々のパラメータ（流速を含めて
）に関して、品質管理の検査を行う。この試料の流速の品質管理（ＱＣ）は、そ
の試料数に対して、測定した対照値（すなわち、既知検出手段（例えば、蛍光）
により測定した分析物の濃度）のＱＣチャート（Ｌｅｖｙ−Ｊｅｎｎｉｎｇｓプ
ロット）をプロットすることにより、実施できる。あるいは、ＱＣチャート（Ｌ
ｅｖｙ−Ｊｅｎｎｉｎｇｓプロット）は、その試料数に対して測定したピーク強
度の拡散寸法（深さ）での位置（ｘ座標）から作製できる。

【００５４】 あるいは、この試料の流速の品質管理は、同一のポンプ手段（例えば、モータ
ー）を使用して、この装置の層流チャネルにて、この試料および参照流れをポン
プ上げすることにより、達成できる。この実施態様では、これらの入口ポートの
各々には、注射器を備え付けることができ、各注射器は、一貫した流速を保証す
るために、１個のモーターで駆動できる。この試料の流速の変動は、この対照流
れの対応する変動を記すことにより、直ちに明らかとなる。再度、その試料数に
対して、測定した対照流れの分析物濃度か、またはこの対照流れピークの測定し
た位置（ｘ座標）か、いずれかのＱＣプロット（Ｌｅｖｙ−Ｊｅｎｎｉｎｇｓ）
により、対照流れの流速を検査する簡単な手段が得られる。

【００５５】 この試料流れおよび参照流れ（単数または複数）の両方が、同じ源によりポン
プ上げされるので、ある流れでの流速は、他の流れでの流速と同じである。この
ことから、これらの入口チャネルの閉塞は存在していないということになる。従
って、流速を一貫して確認するために、各入口チャネルにて、流速センサを含め
ることが好ましい場合がある。

【００５６】 本明細書中で使用する「流速を制御すること」との用語は、対照流れの流速を
モニターすることにより、試料流れが一定の（所望の）流速で流れていることを
決定することを意味している。

【００５７】 本明細書中で使用する「内部標準流れ」との用語は、一定濃度、推定濃度また
は既知濃度の対象粒子（好ましくは、分析物粒子）を含有する流れを意味する。
この内部標準流れは、好ましくは、この試料流れ中の分析物粒子と同じ種類（す
なわち、同じ化学構造および分子構造）の分析物粒子を含有する。例えば、もし
、この試料流れ中の分析すべき分析物が、カルシウムイオンなら、この内部標準
流れは、一定濃度のカルシウムイオンを含有する。本明細書中で使用する「一定
」との用語は、実質的に変化しないことを意味する。この内部標準流れにて、参
照粒子として、外生的な物質（すなわち、この試料にはない物質）が使用され測
定し得るものの、このような外生的な物質は、本発明の内部標準には含める必要
はない。何故なら、この内部標準粒子は、従来の方法と同様に、この試料流れに
は添加されず、別個の流れにて測定されるからである。対象参照粒子の濃度と比
例して、検出可能な特性（例えば、蛍光）は、この検出可能な特性が同じ分析物
検出領域で測定されるのと同時に、同じ流れチャネルにて、この内部標準分析物
検出領域にて、測定される。後者の値と前者の値との間の比（試料値／内部標準
値または内部標準値／試料値）は、例えば、較正曲線と比較することにより測定
し得、試料濃度を決定するための補正値を与える。

【００５８】 この試料値とこの内部標準値との比を使用すると、測定値の精度を低下させ得
る一定の実験条件（例えば、時間の経過に伴う光源強度の変化、染料強度（例え
ば、染料漂白）の変化、１試料と次の試料との間の流速の変化）を考慮または補
償する（補正する）方法が得られる。この試料と同時に（すなわち、同じ操作で
）、同じ流れチャネルで、この内部標準を操作すると、同じ実験条件が、この内
部標準流れ（単数または複数）および試料流れ（単数または複数）の両方に同じ
程度まで影響を与える。これらの実験条件を考慮することで、この試料流れの測
定値の精度が高まる。

【００５９】 この試料流れの測定値の精度をさらに検査するために、複数の試料に対するこ
の試料値と内部標準値との比（好ましくは、各内部標準流れにおいて、同じ濃度
を用いて）をグラフで表わすことができ、補正値の直線または曲線が得られる。
同じ内部標準と共に、対照流れが流されて測定できる。この対照値とこの内部標
準値との比は、グラフで表わした補正値の線に入るはずである。

【００６０】 このような装置から補正したデータに対して、他の数学的な操作が実施できる
。例えば、この試料の測定値の精度を改良するためには、以下の比が有用である
： （試料値−試料バックグラウンド値）／（参照値−参照バックグラウンド値）
； ｛（試料値−試料バックグラウンド値）／（参照値−参照バックグラウンド値
）｝／指示薬バックグラウンド値；および （試料値−指示薬バックグラウンド値）／（参照値−指示薬バックグラウンド
値）。

【００６１】 当業者に分かるように、１試料あたり１個より多い内部標準を含めることによ
り、この測定値をさらに大きく補正でき、これらの補正を行うには、種々の数学
的な操作が使用される。例えば、もし、この分析物がナトリウムイオンなら、以
下の２個の内部標準流れを使用するのが好まれ得る；高濃度のナトリウムイオン
を有するもの、低濃度のナトリウムイオンを有する他のもの。あるいは、もし、
この試料流れが全血であるなら、以下の２個の内部標準流れを使用するのが好ま
れ得る：一方はＢＣ１（これは、低濃度の特定の血液成分を含む）を含有し、そ
して他方はＢＣ２（これは、高濃度の同じ血液成分を含む）を含有する。２個の
内部標準を使用する他の例には、２個の分析物（例えば、カルシウムイオンおよ
びヒト血清アルブミン（ＨＳＡ））について試料を分析する場合がある。この場
合には、この試料流れは、この流れチャネルの中間にある。この試料流れの一方
の側面には、カルシウムイオンの存在および濃度を指示する指示薬流れが存在し
、この試料流れの他の側面には、ＨＳＡの存在および濃度を指示する指示薬流れ
が存在する。このカルシウム指示薬流れの第二の側面には、一定（好ましくは既
知）濃度のカルシウムを含有する内部標準流れが存在する。この指示薬流れの第
二の側面には、一定（好ましくは既知）濃度のＨＳＡを含有する内部標準流れが
存在する。それゆえ、各分析物に対して、内部標準流れが存在する。

【００６２】 一定試料に対して２個またはそれ以上の内部標準を使用する実施態様では、そ
れらは、この較正曲線がそれらに対して同等に正しいがどうか（すなわち、各内
部標準値が、この較正曲線に同程度に近いかどうか）を決定するために、この較
正曲線と比較しなければならない。これらの試料値および複数の内部標準値に対
して実施すべき数学的操作は、この較正曲線が、これらの複数の内部標準の各々
に対して、同等に正確であるかどうかに依存する。

【００６３】 もし、この較正曲線が、これらの複数の内部標準の各々に対して、同等に正確
であるなら、例えば、この試料値は、これらの内部標準値の各々で割ることがで
きる。１試料につき２個の内部標準を流す場合から得たデータに対して実施でき
る種々の数学的な操作のうちで、測定した試料値は、２個の測定した内部標準値
の各々で割ることができる。あるいは、これらの２個の内部標準値は、平均化で
き、次いで、この試料値は、この平均で割ることができる。当業者が分かるよう
に、この内部標準値と共にこの試料値に対して実施すべき数学的操作の選択は、
使用する較正曲線を決定するとき、この較正値および内部標準値に対して実施す
る数学的操作により、影響を受ける：これらの内部標準値は、較正曲線を決定す
る際であれ、試料測定を補正する際であれ、各場合において、同じ様式で、数学
的に使用される。

【００６４】 もし、この装置の較正曲線に対して複数の内部標準値をプロットすることによ
り決定されるように、この較正曲線が、これらの複数の内部標準の各々に対して
同等に正確ではないなら、これらの内部標準値の間の関係を記述している数学的
な関数は、例えば、掛け算によって、この較正曲線を記述している関数と数学的
に関連づけることができ、補正較正曲線が得られる。一般に、較正曲線は、一定
濃度範囲内でのみ、一定の精度を有する。従って、ある場合には、例えば、高濃
度の内部標準値は、例えば、低濃度の内部標準値よりも、この較正曲線から隔た
っている。それゆえ、これらの２個の内部標準値の間の関係を記述している関数
を初期較正曲線と掛けることにより、補正較正曲線が得られる。試料値を決定す
る際には、もし、この較正値を内部標準値で割って初期較正曲線を決定したなら
、例えば、この試料値をこの内部標準値で割ることにより、それを内部標準値と
関連付けることができる。これにより、無次元数が得られ、これは、この（補正
）較正曲線と比較でき、分析物の濃度が得られる。すなわち、この無次元数は、
この較正曲線のｙ軸で見出され、対応するｘ軸（濃度）値は、この較正曲線から
読み取られる。

【００６５】 １実施態様では、較正および試料補正のために、高濃度および低濃度の両方の
対象参照粒子が使用される。例えば、５、１０および１５ｇ／１００ｍＬ ＨＳ
Ａを含有する較正流れが流され、そして蛍光についてモニターされる。３ｇ／１
００ｍＬ（低）および１８ｇ／１００ｍＬ（高）のＨＳＡを含有する内部標準流
れが同時に流され、そして蛍光についてモニターされる。これらの較正流れ（こ
れは、５、１０および１５ｇ／１００ｍＬ ＨＳＡを含有する）の各々の蛍光強
度は、低濃度対照流れの蛍光強度＋高濃度内部標準の蛍光強度を２で割った値に
対して、プロットされる。これにより、較正曲線が得られ、これと、試料値が比
較できる。内部標準値の平均で割った試料値（これに対して、この較正曲線は、
同等に有効であることが既に確認されている）もまた、このような較正曲線と比
較できる。

【００６６】 本発明の装置は、以下の様式で、光強度および光捕集効率の空間的な変化につ
いて、較正し得る：チャネル全体は、この指示薬（好ましくは、分析物で飽和さ
せた指示薬それ自体）のスペクトルと類似のスペクトルを有する染料溶液に浸し
て、理想的な状況では均一な光学画像であるべきものを得る。この反転画像は、
次いで、使用する全ての試料画像と掛け合わされて、複数流れを用いた引き続く
試料測定において、この光学システムの応答を正常にする（補正する）。

【００６７】 もし、２個の組成的に異なる指示薬流れを使用するなら、１つの指示薬が両方
の分析物に相互に感受性でない限り、２個の参照流れ（その各々は、これらの２
個の指示薬が反応する両方の分析物を含有する）が使用できる。あるいは、もし
、２個の組成的に異なる指示薬流れを使用するなら、２個の参照流れ（１個は、
これらの指示薬流れの１個が感受性である分析物を１個だけ含有し、そして第二
の参照流れは、他の指示薬流れが感受性である異なる分析物を含有する）が使用
できる。

【００６８】 他の実施態様では、指示薬流れは、試料中の分析物と反応（化学的に反応）し
て他の指示薬流れにより検出される生成物を形成する試薬を含有できる。異なる
組成の複数の指示薬流れを使用する実施態様の一例には、層流で流れている４個
の入口流れを有する装置があり、ここで、中間流れは、試薬を含有する指示薬流
れである。例えば、この装置の極めて左側には、血液の試料流れがあり、その右
に向かう次の流れは、グルコースオキシダーゼ（試薬）を含有する指示薬流れで
あり、第三の流れは、ｐＨ感受性染料を含有する指示薬流れであり、そして第四
の流れ（極めて右側上）は、既知量のグルコン酸を含有する対照流れである。こ
の試料流れに由来のグルコース粒子が、この試薬流れを通って拡散するにつれて
、それらは、グルコン酸に変わり、これは、そのグルコン酸分子がこの指示薬流
れへと拡散するとき、ｐＨ感受性染料により検出される。この対照流れに由来の
グルコン酸分子もまた、この指示薬流れへと拡散する。この指示薬流れの各側面
からの蛍光が測定できる。この指示薬流れのうち、この試料流れに最も近い側面
（すなわち、この試料分析物検出領域）からの蛍光値は、この試料からのグルコ
ン酸の量（従って、この試料中のグルコースの量）を示し、これは、この対照流
れ分析物検出領域について得た値と比較でき、これは、この試料の測定値の（品
質管理）検査として、役立つ。

【００６９】 このシステムはまた、１９９６年３月２０日に出願された米国特許出願第０８
／６２１，１７０号「Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｒｅｐｏｒｔｅｒ Ｂｅａｄｓ ｆｏｒ Ｆｌｕｉｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ」（その全体は、本明細書中で参考と
して援用されている）で開示されているように、この入口手段の１個へと導入し
た指示薬流れ（これは、その上に指示薬物質を固定した基質粒子（例えば、重合
体またはビーズ）を含む液状担体を含有する）を含有できる。その上に指示薬物
質を固定したこのような基質粒子は、この指示薬流れからのそれらの拡散がせい
ぜい無視できる（すなわち、重要ではない）程に充分に大きい（充分に小さい拡
散係数を有する）。この液状担体は、指示薬物質を含有する任意の流体であり得
、これは、この試料流れおよび／または参照流れから拡散している粒子を受容で
きる。この試料が全血である場合に好ましい指示薬流れは、水、および全血と同
じ浸透圧を有する溶液（例えば、約１０ｍＭのＮａＣｌ、ＫＣｌまたはＭｇＣｌ
の塩濃度を有する塩水、またはアセトン、イソプロピルアルコール、エタノール
のような有機溶媒、またはこの指示薬物質または検出手段に対するこの分析物の
効果を妨害しない任意の他の好都合な液体）を含有する。

【００７０】 もし、分析物粒子の濃度が高い（すなわち、この指示薬物質を飽和する程に充
分に高い）なら、測定は、この分析物検出領域の最先端（ここでは、局所的に過
剰な指示薬粒子がある）にて、行うことができる。「最先端」とは、この分析物
検出領域と指示薬流れとの境界（すなわち、この分析物粒子が拡散する流れから
最も遠いこの分析物検出領域の縁部）を意味する。

【００７１】 較正流れ、対照流れおよび内部標準流れは、全て、既知濃度の対象分析物を含
有する流れであり、すなわち、それらは、組成的に同一であり得る。それらは、
互いのうちで、それらの目的に関して、また、いつおよびどのぐらいの頻度で使
用するかに関して、異なる。較正流れは、本発明の装置を較正するのに（すなわ
ち、この装置の寸法および特定の詳細（例えば、チャネル幅）を明らかにするの
に）使用される。較正は、一定装置について１回だけ実施でき、試料測定を行う
前、後または測定中にて、実施される。もし、さらに大きな精度が望ましいなら
、較正は、さらに頻繁に実施できる。内部標準流れは、測定した値にエラーを生
じる実験条件の影響を考慮する（すなわち、差し引く）のに使用される；それら
は、この試料と同じ流れチャネルにて、同時に流される。対照流れは、測定値の
品質管理検査として役立ち、好ましくは、この試料と同じ流れチャネルにて、同
時に流される。

【００７２】 一定の流れは、対照流れおよび内部標準流れの両方として、供され得る。例え
ば、３個の入力流れ（一定の推定濃度の対象分析物を含有する試料流れ、指示薬
流れおよび参照流れ）が存在する実施態様では、検出可能な特性（例えば、蛍光
強度）の測定値は、この参照分析物検出領域にて、測定できる。この値は、較正
曲線に基づいて、適切な値として知られているものと比較できる。この意味では
、この参照流れは、品質管理検査（すなわち、対照流れ）として供されている。
さらに、検出可能な特性の（同じ）測定値は、内部標準として、供することがで
きる。例えば、この試料値は、この内部標準（参照）値で割ることができ、実験
条件に対して補正される。それゆえ、ある参照流れは、対照および内部標準の両
方として供することができるデータ（測定した検出可能値）を生じ得る。もちろ
ん、内部標準流れおよび対照流れの両方を有することが好ましく、その結果、こ
の対照流れは、この内部標準流れの測定値を用いて、数学的な操作により、補正
できる。

【００７３】 本明細書中で使用する「層流チャネル」との用語は、粘度および流速で定義さ
れる流体力学的な条件下にて、層流を生じるチャネルを意味する。一定寸法のチ
ャネルについては、層流は、一定粘度および流速の液体に対して、得ることがで
きる。この装置の寸法は、層流が維持されるように（すなわち、低いレイノルズ
数（好ましくは、約１より小さい）となるように）、選択される。すなわち、少
なくとも１つの寸法（深さおよび／または幅のいずれか）は、低いレイノルズ数
（それゆえ、層流）を維持するのに充分に小さい。この層流チャネルは、小さい
分析物粒子を、試料流れからおよび参照流れ（もし、このような参照流れが、分
析物粒子を含有なら）から拡散させて、指示薬物質または検出手段に対して検出
可能な効果を有するのに充分に長い（好ましくは、少なくとも約２ｍｍ長である
）。本発明の好ましい実施態様では、このチャネルの長さ（Ｌ）（図１を参照）
は、約５ｍｍと約５０ｍｍとの間である。このチャネルの深さ（ｄ）（拡散方向
）は、好ましくは、約２０マイクロメーターと約１ｍｍとの間である。このチャ
ネルは、さらに好ましくは、比較的に深く（例えば、少なくとも約２００マイク
ロメーター）製造され、それにより、簡単な光学機器を用いて指示薬の蛍光を測
定するのが容易となり、粒子がこのチャネルを塞ぎにくくなる。しかしながら、
このチャネルは、使用する粒子によるこのチャネルの閉塞を回避しつつ、できる
だけ浅く製造できる。このチャネルの幅（この深さおよび長さに直交する寸法）
は、その中で２個の流れを層流にするのに充分に小さく、好ましくは、約１ミリ
メートル以下、そしてさらに好ましくは、約１００マイクロメートルと約４００
マイクロメートルとの間である。もし、この試料が、ヒトの全血（これは、約２
０〜３０マイクロメーター程度の大きさの血球を含む）を含有するなら、好まし
くは、そのＴ接合部での深さは、５０マイクロメーターである。

【００７４】 一定流速について、この層流チャネルは、この指示薬流れ、参照流れおよび試
料流れを、このチャネル内の分析物粒子に関して平衡に到達させる程に充分に長
く製造できる。平衡は、最大量の小粒子が、この試料流れ、較正流れおよび／ま
たは参照流れからこの指示薬流れへと拡散したときに、起こる。あるいは、一定
長さの流れチャネルについて、その流速は、平衡が到達する時間を与えるために
、低下できる。最小流速および最大流速は、当業者により、慣用的な実験によっ
て、決定できる。例えば、細胞（例えば、全血）を含有する生物学的流体につい
て、最小流速を決定するときには、細胞の沈降速度を考慮しなければならない。
さらに、せん断速度は、以下のような速度であるので、考慮しなければならない
：すなわち、この速度では、そのチャネル壁との相互作用が、細胞をこの流れチ
ャネルに流し続けるために流体が細胞に加える力よりも大きくなり得る程に、充
分にゆっくりと、細胞が移動している。さらに、異なる粘度および速度を有する
２種またはそれ以上の流体が隣接層流に存在する場合には、流速（速度）の急速
な変化から生じる１つの可能性として、細胞の溶解がある。例えば、試料中で、
その流速が非常に高くて、せん断力が、分析物または他の粒子に影響または損傷
を与える（例えば、細胞の溶解）（これは、測定の妨害を引き起こす）程に充分
に大きい場合には、流体の隣接層流において、流速の急激な変化を回避すること
が好ましくあり得る。

【００７５】 本発明の好ましい実施態様の装置（図１を参照）は、「†」または「Ψ」の形
状で、シリコンマイクロチップの表面にエッチングした中心幹部および３個の枝
部を有するチャネル溝部を包含し、その表面は、その後、ガラスシートで覆われ
る。この中心溝部は、「†」または「Ψ」の幹部から形成され、これらの枝部は
、それぞれ、この試料流れ、参照流れおよび指示薬流れをこの層流チャネルへと
案内するために、この層流チャネルと流体接続された入口手段である。

【００７６】 本発明の装置はまた、複数の入口流れをこの層流チャネルへと案内するために
、該チャネルと流体接続した３個より多い入口分枝部を包含し得る。これらは、
「枝付き燭台」様の配列で配置し得、または「†」用の「横棒」または「Ψ」形
状の枝部に沿って、連続的に配置し得、唯一の制約は、これらの全ての流れの層
流を保持しなければならないことである。

【００７７】 入口手段は、この入口チャネルまたは「枝部」を包含し、また、この装置に流
体を注入する手段を与える他の手段（例えば、チューブ、注射器など）を包含し
得る。出口手段は、収集ポート、および／またはこの出口から流体を除去するた
めの手段を包含し、これには、この流体のための容器、毛細管作用、圧力、重力
、正の変位量（例えば、注射器ポンプによるポンプ上げ）、電気浸透（動電学的
）ポンプにより流れを誘発する手段、および当該技術分野で公知の他の手段が挙
げられる。このような容器は、分析装置および検出装置の一部であり得る。

【００７８】 本発明の装置は、検出可能な特性または検出可能な特性の変化を測定するため
の外部検出手段を包含できる。検出および分析は、当該技術分野で公知の任意の
手段（これには、光学手段（例えば、光学的分光法）が挙げられる）により、行
われる。他の手段には、吸収分光法（特に、可視であるが、また、紫外および赤
外）；蛍光；この分析物に曝すと、色または他の特性を変える化学指示薬；化学
発光（これは、当業者に公知であり、化学反応による発光と呼ばれている−測定
した全ての光は放射され、このシステムには、光が導入されない）があり、化学
発光試薬の例には、「ルシゲニン（ｌｕｃｉｇｅｎｉｎ）」（これは、一定（高
い）ｐＨで、発光する）、ルミノール、およびルシフェリンが挙げられる。他の
検出手段には、免疫学的な手段；電気的な手段（例えば、この装置に挿入された
電極）；電気化学的な手段；放射性手段；または当該技術分野で公知の事実上任
意の微量分析方法（磁気共鳴方法を含めて）；または分析物（例えば、イオン、
分子、重合体、ウイルス、ＤＮＡ配列、抗原、微生物または他の因子）の存在を
検出するために当該技術分野で公知の他の手段が挙げられる。好ましくは、光学
的手段または蛍光手段が使用され、そして抗体、ＤＮＡ配列などが、蛍光マーカ
ーに付着される。分析物粒子との接触の結果として、この指示薬流れまたは試料
流れのバックグラウンド（ベースライン）測定（例えば、バックグラウンド吸光
度）と同様に、この指示薬流れ内で運搬される指示薬物質の変化が検出される。

【００７９】 好ましくは、この検出手段により、空間的な解明が可能となる（すなわち、検
出可能な特性を測定する位置を見つけることが可能となる）。各分析物検出領域
の位置を確認するために、この流れチャネルの全深さ（拡散方向）をモニターで
きる。例えば、線形ダイオードアレイ検出器は、この拡散方向（チャネル深さ）
での位置の関数として、光学強度（検出可能な特性）を与える。あるいは、電荷
結合素子（ＣＣＤ）カメラにより、使用者は、この流れチャネルの全深さ（拡散
方向）が、縁部も含めて、モニターできるように、倍率範囲を選択することが可
能となる。

【００８０】 本発明の装置（これは、この流れチャネルを包含する）が可動性であるのに対
して、この検出手段は、静止状態であり得、測定は、この検出手段に関して、こ
の装置を移動するにつれて、好ましくは、自動的に行われる。あるいは、この検
出手段は可動性であり、この装置は静止状態であり、測定は、この装置に関して
、この検出手段を移動するにつれて、行われる。

【００８１】 上で述べたように、本発明の方法は、試料流れおよび参照流れを、層流で、流
れチャネルにて、試料流れと共に案内する工程、およびこの指示薬流れ中の分析
物および参照粒子の存在および／または濃度を検出する工程を包含する。この方
法はまた、以下を包含し得る： 試料分析物検出領域にて、検出可能な特性を測定して、それにより、試料値を
得る工程； 参照分析物検出領域にて、検出可能な特性を測定して、それにより、参照値を
得る工程； この参照流れが内部標準流れの場合、この試料値と参照値との間の比を決定す
ることにより、実験条件について補正する工程、およびこの参照流れが対照流れ
の場合、時間の経過と共に、この参照粒子の不変性を決定する工程。

【００８２】 この方法は、その代わりに、またはそれに加えて、以下の工程のいずれかを包
含できる： この参照流れが内部標準流れの場合、この内部標準流れ中の検出可能な特性を
測定して、それにより、内部標準バックグラウンド値を得る工程； この参照流れが対照流れの場合、この対照流れ中の検出可能な特性を測定して
、それにより、対照バックグラウンド値を得る工程； この試料流れ中の検出可能な特性を測定して、それにより、試料バックグラウ
ンド値を得る工程； この指示薬流れのうち、実質的にいずれの分析物もその中に拡散していない領
域にて、この指示薬流れ中の検出可能な特性を測定して、それにより、指示薬バ
ックグラウンド値を得る工程； 以下のうちから選択した数学的な操作を実施することにより、実験条件に対し
て補正する工程（分析物の試料測定値の精度を改良する工程）： ｉ） この試料値から、この試料バックグラウンド値を差し引き、次いで、こ
の値を、（この参照値−この参照バックグラウンド値）で割る工程； ｉｉ） 工程ｉ）からの商を、この指示薬バックグラウンド値で割る工程；ま
たは ｉｉｉ） この試料値から、この指示薬バックグラウンド値を差し引き、次い
で、この値を、（この参照値−この指示薬バックグラウンド値）で割る工程。

【００８３】 当業者に容易に明らかなように、本発明の装置および方法により決定された値
に対して実施された数学的な操作の変化が起こり得、これは、本願の範囲および
精神の範囲内である。

【００８４】 この入力流れ（この装置へと導入した流れ）の流速は、好ましくは、約０．０
５ｍｍ／ｓｅｃと約５０ｍｍ／ｓｅｃの間である。いずれの特定の理論にも束縛
されることを望んでいないが、本発明者らは、ある場合には、この試料流れおよ
び指示薬流れが、異なる速度で流れることが好まれ得ると考えている。例えば、
この試料が、非常に低濃度の分析物を含有する、および／またはこの検出可能な
特性が、本来、小さい（例えば、低い蛍光量子収率）という低い試験感度の場合
には、もし、この指示薬流れが、この試料流れよりもゆっくりと流れているなら
、この指示薬流れ中の指示薬物質は、長時間にわたって、多数の分析物粒子によ
り、効果的に取り囲まれる（すなわち、各指示薬物質分子は、後者が、さらにゆ
っくりと、前者を越えて移動するので、さらに多くの分析物粒子に「遭遇する」
）。そこで、これらの場合には、この試料流れおよび参照流れを同じモーターで
ポンプ上げし、この指示薬流れは異なるモーターでポンプ上げするのが、好まし
い。

【００８５】 本発明の方法および装置は、この指示薬流れへと拡散して指示薬流れまたは指
示薬流れ中の指示薬物質に検出可能な変化を起こす試料流れからの、この層流チ
ャネル内での分析物粒子の位置を検出することにより、試料流れの粘度を測定す
ることを可能にする。当業者に分かるように、流体の粘度は、例えば、高分子量
重合体（例えば、高分子量デキストラン）を添加することにより、変えることが
できる。流体の粘度を変えることにより、それらが一定圧力下にて流れる速度が
変化する。

【００８６】 本発明の１実施態様の方法は、上記のように、粒子基質上に固定された指示薬
物質（これは、この指示薬流れ内で運ばれる）の使用を包含する。この粒子基質
は、この指示薬流れからのその拡散が無視できる（すなわち、それは、測定され
る特性の検出可能な変化を起こさない）程に充分に大きい。この指示薬物質は、
好ましくは、分析物粒子の存在下にて蛍光または色が変化する物質（例えば、染
料、酵素、および分析物濃度の関数として特性が変わる他の有機分子）である。
「指示薬物質」との用語はまた、その上に染料または他の指示薬を固定した重合
体ビーズ、抗体などを表すために使用する。検出手段（例えば、この分析物粒子
により起こるこの指示薬流れの電気的変化、化学的変化または他の変化を直接的
に検出するもの）を使用するとき、この指示薬流れが指示薬物質を含有している
必要はない。

【００８７】 このシステムの利点には、濁ったまたは濃く着色した溶液（例えば、血液）中
の分析物が、事前の濾過または遠心分離を必要とすることなく、光学的に測定で
きるという事実が挙げられる。さらに大きな試料成分に対する指示薬染料の相互
感受性（一般的な問題）は、回避することができる。なぜなら、さらに大きな粒
子は、これらの流れが接触している期間では、この指示薬流れへは拡散せず、そ
れゆえ、この分析物の検出を妨害しないからである。あるいは、このような相互
感受性は、参照流れ（内部標準）により、考慮できる。本発明の装置および方法
の他の利点には、これらの流れチャネルの小さな深さ（拡散方向）のために、こ
の分析物粒子は、測定を行う前に、非常に短い距離を移動し、それにより、短時
間で測定を行うことができることがある。

【００８８】 この指示薬は、その最適な特性を示す溶液中で、保持できる（例えば、ｐＨま
たはイオン強度の相互感受性は、強力に緩衝化した溶液を使用することにより、
抑制できる）。さらに、この流れチャネルは、深くでき、それにより、簡単な光
学機器を用いて、この指示薬の蛍光を測定することが容易となる。試料流れと指
示薬流れと参照流れとを分離する膜は、必要ではない；このシステムは、膜シス
テムほど、生物付着および閉塞を受けない。このシステムはまた、試料流れ、参
照流れまたは指示薬流れの濃度および／または流速が、検出する信号を最適化す
るように変えることができるという点で、調整可能である。例えば、もし、試料
流れまたは参照流れ中の分析物と指示薬流れ中の試薬との間の反応により、約５
秒後に、検出可能な特性が得られるなら、このシステムは、この反応生成物がこ
の装置の中心部分で検出されるように、調整できる。

【００８９】 この方法は、試料流れ、参照流れおよび指示薬流れの連続的な貫流により、行
うことができる。この方法の定常的な性質により、さらに長い信号累積時間が可
能となる。

【００９０】 本発明の装置は、当該技術分野で公知の微小組立方法（例えば、本明細書中で
例示されているように、例えば、シリコンマイクロチップの表面に溝をエッチン
グし、そしてこの表面の上に、光学的に透明な、例えばガラスカバーを配置する
ことにより、シリコンマイクロチップにて、チャネルを形成することを包含する
方法（Ｂｒｏｄｙ，Ｊ．Ｐ．およびＹａｇｅｒ，Ｐ．「Ｌｏｗ Ｒｅｙｎｏｌｄ
ｓ Ｎｕｍｂｅｒ Ｍｉｃｒｏ−Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ」Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ， Ｈｉｌｔｏｎ Ｈｅａｄ， ＳＣ １９９６年６月２〜６日））により、製作
できる。精密射出成形プラスチックもまた、製作に使用し得る。エッチングした
基板には、好ましくは、光学的に透明な材料（例えば、ガラスまたはシリコーン
ゴムシート）の蓋が密封される。本発明の装置を製造するための他の手段には、
この装置をプラスチック中で成形または微小機械加工するためのテンプレートと
して、シリコン構造体または他の材料を使用すること、および当該技術分野で公
知の他の方法が挙げられる。この装置を形成するための精密射出成形プラスチッ
クもまた、使用できる。微小製作方法は、当該技術分野で公知であり、さらに特
定すると、以下で記述されている。

【００９１】 本発明の装置は、好ましくは、微小製作した装置である。「微小製作した」と
の用語は、シリコン微小製作の当業者に容易に利用できるシリコンウエハ上で製
作できる装置であって、ＬＩＧＡ、熱可塑性微小パターン移動、樹脂ベース微小
キャスティング、毛細管での微小成形（ＭＩＭＩＣ）、湿式等方または異方エッ
チング、レーザー補助化学エッチング（ＬＡＣＥ）、およびリアクティブイオン
エッチング（ＲＩＥ）、または微小製作の技術分野内で公知の他の技術のような
方法により製造可能な特徴、サイズおよび構造を有する装置を意味する。シリコ
ン微小製作の場合には、さらに大きなウエハは複数の形状の本発明の複数の装置
に適応する。少数の標準的なウエハサイズには、３インチ、４インチ、６インチ
および８インチがある。新しく出現している微小製作方法を使用して、本明細書
中で提示した原理を適用することは、本願の特許請求の範囲の範囲および目的に
入る。

【００９２】 本発明の装置およびその中のチャネルは、検出するのが望ましい粒子のサイズ
により決定した大きさにできる。当該技術分野で公知なように、この分析物粒子
の拡散係数は、この粒子のサイズとは反対の関係になっており、それゆえ、この
粒子のサイズと実質的に線形の関係である。一旦、検出するのが望ましい粒子の
拡散係数が既知となると、２個の流れの接触時間、その中心流れチャネルのサイ
ズ、これらの流れの相対容量、これらの流れの圧力および速度は、所望の拡散パ
ターンを達成するように、調節できる。

【００９３】 流体の動力学的な挙動は、その流れのレイノルズ数と直接関係している。微小
製作装置では、もし、この速度が、そのチャネル長さと共に低下するなら（この
場合、この装置は、全てのスケールで、定時に作動すると推定される）、そのレ
イノルズ数は、この長さの二乗に比例して、変わる。

【００９４】 レイノルズ数とは、慣性力と粘性力との比である。レイノルズ数が低下すると
、流れパターンは、粘性効果に依存し易くなり、また、慣性効果に依存しにくく
なる。（曲げおよび管腔サイズを変えた一定のチャネルシステムに対して、管腔
サイズを基準にして）、一定のレイノルズ数（例えば、約１）より低いと、慣性
効果は、基本的に無視できる。本発明の微小製作装置は、その作業を実施するの
に、慣性効果を必要とせず、従って、レイノルズ数効果のために、その小型化に
ついて、固有の限界がない。出願人の装置の設計は、従来報告された設計とは著
しく異なるものの、この設計範囲で作動する。本発明のこれらの微小製作装置は
、乱れのない層流を必要とし、前述の原理に従って、低いレイノルズ数を有する
流れを生じるように、設計されている。

【００９５】 本発明の好ましい実施態様の装置は、数秒以内（例えば、約３秒以内）で、約
０．０１マイクロリットルと約２０マイクロリットルの間のサイズの試料を分析
できる。それらはまた、再使用し得る。閉塞は最小限にとどめられ、元に戻すこ
とができる。例えば、４００μｍ（深さ）×５０μｍ（幅）の寸法のチャネルで
、１００ｎＬ／ｓの速度で流体を流すと、０．２のレイノルズ数（Ｒ_e＝ｐｌｖ ／η）となり、その結果、この流体は、粘度が慣性力よりも優勢な状況となる。

【００９６】 上で述べた原理に従って、これらのチャネルの形状を調節して、この試料流れ
、参照流れおよび／または較正流れおよび指示薬流れ間において、適当なチャネ
ル長、流速および接触時間を得ることにより、この試料流れ中に残留していてこ
の指示薬流れへと拡散している粒子のサイズが、制御できる。必要な接触時間は
、この粒子の拡散係数Ｄおよびこの粒子が拡散しなければならない距離ｄの関数
として、２ｔ＝ｄ²／Ｄにより、計算できる。Ｄより大きい拡散係数を有する粒 子または分子は、この指示薬流れへと拡散し、Ｄより実質的に小さい拡散係数を
有する粒子または分子は、拡散しない。もし、さらに大きな粒子の拡散係数が、
Ｄの約１０分の１であるなら、この指示薬流れは、これらの大きな粒子を全く含
まないはずである。

【００９７】 本発明のある実施態様では、本発明のチャネルは、その中での液体の流れを促
進するため、および加圧の必要なしに、この装置の操作を可能にするために、親
水性表面を有する。その基板は、それを親水性にするために、これらのチャネル
の製作に続いて、当該技術分野で公知の手段によって、表面濡れ特性を高めるた
めに、処理し得る。その蓋もまた、それを親水性にするために、処理し得る。

【００９８】 この装置を通る流体流れに圧力を加えるための手段は、（例えば、化学的また
は機械的な手段により加えられた真空として）、その入口ポートおよび／または
出口において、設け得る。このような圧力を加えるための手段は、例えば、Ｓｈ
ｏｊｉ，Ｓ．およびＥｓａｓｈｉ，Ｍ．（１９９４），「Ｍｉｃｒｏｆｌｏｗ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍｓ」Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，４：１５７〜１７１で記述され
ているように、当該技術分野で公知であり、１つの水柱または水圧を適用する他
の手段、電気内浸透力（ｅｌｅｃｔｒｏｅｎｄｏｏｓｍｏｔｉｃ）、光学力（ｏ
ｐｔｉｃａｌ ｆｏｒｃｅ）、重力および表面張力の使用を包含する。このシス
テムの要件に依存して、約１０^-6 ｐｓｉ〜約１０ｐｓｉの圧力を使用し得る。 好ましくは、約１０^-3ｐｓｉを使用する。最も好ましい圧力は、約２ｍｍと約１
００ｍｍの間の水圧である。

【００９９】 円形チャネル（長さｌ、直径ｄ）を通って、絶対粘度ηおよび密度ｐの流体の
平均速度ｖを得るのに必要な圧力低下の規模は、ポアズイユの法則から計算でき
（Ｂａｔｃｈｅｌｏｒ，Ｇ．Ｋ．，Ａｎ Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｆ
ｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖ．Ｐｒｅｓｓ １
９６７）、

【０１００】

【式１】

【０１０１】 ｖ＝１００μｍ／秒およびｄ＝１００μｍを使用すると、１ｃｍのチャネル長あ
たり、約０．３ｍｍのＨ₂Ｏに等しい圧力低下が得られる。ポアズイユの等式は 、円形の流れチャネルについて、唯一厳密に妥当なものである。本発明のチャネ
ルは、円形に加えて、種々の形状（例えば、楔形およびほぼ長方形）の断面を有
し得る。それゆえ、非円形断面を有する実施態様では、ポアズイユの等式は、示
された変数間のおよその関係としてのみ、考慮できる。

【０１０２】 液体を装置に導入するとき、最初は有効圧力Ｐ_eff＝Ｐ₀＋Ｐ_stであり、これは
、加えた圧力Ｐ₀とその表面張力による圧力との合計に等しい、

【０１０３】

【式２】

【０１０４】 Ｐ_stは、この流体の表面張力γ、この表面との流体の接触角Θ、およびこの流体
表面の曲率半径ｒの関数である。

【０１０５】 親水性表面については、ｃｏｓΘは、１に近く、小さなチャネルについては、
この装置を濡らすために、圧力を加える必要はない。このことは、「毛管現象に
より濡らす」ことを意味している。しかしながら、一旦、この装置が完全に濡れ
ると、その出口領域での表面張力を考慮しなければならない。本明細書の実施例
で記述した装置では、その出口領域での流体の曲率半径は、数ミリメートルであ
り、その結果、この表面張力による圧力は、無視できた。

【０１０６】 １００μｍのチャネル深さでは、Ｐ_stは、約１ｃｍのＨ₂Ｏであり、そこで、 この出口ポートでの表面張力は、重要である。しかしながら、以下で記述のＥＰ
Ｗ Ｆ−Ｅｔｃｈのようなエッチング液（これは、｛１００｝個のシリコン平面
を攻撃する）を使用することは、エッチングされる角部が、図面で示されている
程には鋭くないことを意味している。これにより、約１ｍｍまで、このチャネル
が徐々に広くなり、これは、この表面張力の効果を低下させる。

【０１０７】 図１で示すように、本発明の装置は、「†」形状で提供されており、本明細書
中では、参照Ｔセンサ１０と呼ぶ。この装置は、例えば、シリコンマイクロチッ
プ上でエッチングするかまたはプラスチックを微小機械加工することにより、微
小製作できる。その構造は、必ずしも、「†」または「Ψ」ではない。層流が維
持される限り、製作できるチャネル間の任意の角度もまた、充分である。上で述
べたように、複数の入力チャネルが存在し得る。この実施態様では、全ての入力
チャネルは、単一の流れチャネルへと合流し、全てのチャネルは、全ての操作条
件に対して、層流（約１未満のレイノルズ数）が維持される程に充分に小さいこ
とだけが、必要である。小さな目的粒子を含有する試料（試料流れ８０）は、試
料流れ入口ポート３０を通って、この装置に運ばれ、そこから、試料流れ入口チ
ャネル５０へと流れる。指示薬流れ７０は、指示薬流れ入口ポート２０へと運ば
れ、そこから、指示薬流れ入口チャネル４０へと流れる。参照流れ７５は、参照
流れ入口ポート２５へと運ばれる。検出手段１５０は、この流れチャネルに関連
して（例えば、このチャネルの上または下に）配置され、その結果、それは、検
出可能な特性（例えば、蛍光または吸光度）を検出できる。

【０１０８】 試料流れ８０、参照流れ７５および指示薬流れ７０は、流れチャネル１００の
出発点にて、連結結合部５８で合流しており、これらの３個の流れは、平行した
隣接層流にて、流れチャネル１００の末端で、出口ポート６０へと流れる。指示
薬流れ７０は、染料のような指示薬物質を含有し、これは、試料流れ８０および
参照流れ７５中の分析物粒子と反応して、物理的特性において、検出可能な変化
を生じる。指示薬流れ７０は、水平の陰影により示されているのに対して、試料
流れ８０および参照流れ７５は、図１では、反対方向での対角線状の陰影により
、示されている。小さな流れチャネル１００での低いレイノルズ数のために、乱
流を誘発する混合は起こらず、これらの３個の流れは、混合することなく、互い
に平行に流れる。しかしながら、この流れ方向とは垂直に（すなわち、その長さ
（ｙ軸）とは垂直に）、拡散が作用して、この試料流れおよび参照流れ中の分析
物粒子は、それぞれ、右側および左側に、指示薬流れ７０へと拡散して、最終的
に、均一な分析物粒子拡散領域１２０にて、流れチャネル１００の幅にわたって
、均一に分布し得る。

【０１０９】 指示薬流れ７０は、流れチャネル１００へと流れて、初期参照領域８５を形成
し、そこには、分析物粒子はまだ拡散していない。試料流れ８０から指示薬流れ
７０へと拡散している分析物粒子は、試料分析物検出領域１４０を形成し、ここ
で、分析物粒子は、好ましくは、指示薬流れ７０内の指示薬物質の特性の検出可
能な変化を起こすことにより、指示薬流れ７０にて、検出可能な変化を生じる。
参照流れ７５から指示薬流れ７０へと拡散している分析物粒子は、参照分析物検
出領域１４５を形成し、ここで、分析物粒子は、指示薬流れ７０にて、検出可能
な変化を生じる。指示薬物質の粒子（例えば、染料粒子）もまた、試料流れ８０
へと拡散して、拡散指示薬領域１１０（図示せず）を形成し得る。もし、この指
示薬物質の局所濃度のこの変化が、ある用途では問題であるなら、その拡散速度
は、粒子物質（例えば、重合体およびレポータービーズ）上での固定化により、
任意に、小さくできる。高分子量デキストランのような重合体は、指示薬物質を
固定化するのに使用でき、それにより、この指示薬物質の拡散係数が低下する。
この重合体の分子量は、好ましくは、約１，０００〜約１００，０００ｇ／ｍｏ
ｌである。指示薬物質を重合体（例えば、高分子量デキストラン）上に固定化す
ることもまた、この指示薬流れの粘度を高める。高分子量重合体は、一般に、ビ
ーズよりも、このチャネル壁に付着しにくく、これはまた、指示薬物質を固定化
するのに使用される。

【０１１０】 図１の参照Ｔセンサ１０では、試料流れ８０（例えば、血液）、参照流れ７５
および指示薬流れ７０（これは、指示薬染料を含有する）は、試料流れ入口チャ
ネル５０、参照流れ入口チャネル５５および指示薬流れ入口チャネル４０と流れ
チャネル１００との交差部（すなわち、連結接合部５８）にて合流し、そして出
口ポート６０にてこの構造体が出ていくまで、流れチャネル１００にて、ほとん
ど互いに層流で流れる。Ｈ⁺およびＮａ⁺のような小さなイオンは、流れチャネル
１００の直径にわたって急速に拡散するのに対して、染料アニオンのようなそれ
より大きなイオンは、ゆっくりと拡散するにすぎない。ショ糖、タンパク質など
のようなさらに大きな粒子は、指示薬流れ７０、参照流れ７５および試料流れ８
０が互いに接触している時間内では、著しい拡散を示さない。小さな試料成分ほ
ど、急速に拡散し、大きな成分よりも連結接合部５８に近く平衡化して、これは
、それらの平衡を可能にするのに充分に長い流れチャネルまたは充分に遅い流速
を有する実施態様では、流れチャネル１００にて、より遠くで平衡化する。この
チャネルで拡散が進行するにつれて、試料分析物検出領域１４０および参照分析
物検出領域１４５が形成される。

【０１１１】 分析物検出領域１４０および１４５は、検出可能な指示薬信号を与えるのに必
要な程度に大きくできる。同様に、参照領域８５は、検出可能な参照バックグラ
ウンド値を与えるのに必要な程度に大きく作製できる。これらの領域の調節は、
この分析物および指示薬物質の拡散係数、流速およびチャネルサイズに基づいて
、本明細書中で記述のように行われる。

【０１１２】 試料流れ中の目的分析物の存在または濃度は、検出可能な特性（例えば、一定
波長での可視吸光度）のサンプル流れの測定値（試料値）と、較正流れ、対照流
れまたは内部標準流れの測定値（参照値）とを比較することにより、測定できる
。この参照流れを、この試料流れと同じ流れチャネルにて、同時にモニターする
ことにより、この参照流れおよび試料流れは、同じ実験条件（試料の測定値の精
度低下（例えば、光源強度の変動）を起こす条件を含めて）に晒される。この試
料流れおよび参照流れの両方は、同じ条件に晒される；従って、これらの妨害条
件の効果は、補正される（差し引かれる）。

【０１１３】 図２は、本発明の装置を示しており、ここで、２個の指示薬流れ７０Ａおよび
７０Ｂは、共通の（共有した）指示薬流れ入口ポート２０から流れチャネル１０
０へと流れ、それにより、（同じ）指示薬流れ７０Ａおよび７０Ｂの２個の層流
が生じ、両方は、試料流れ８０に隣接している。図２では、指示薬流れ７０Ａお
よび７０Ｂおよび試料流れ８０は、それぞれ、対角線状の陰影および水平な陰影
で示されているのに対して、試料流れ７５Ａおよび７５Ｂは、それぞれ、波線（
横にした「Ｓ」のような）および横にした「８」により、示されている。試料流
れ８０は、目的小分子を含有し、試料流れ入口ポート３０を通って、この装置に
運ばれ、そこから、試料流れ入口チャネル５０へと流れる。指示薬流れ７０Ａお
よび７０Ｂは、指示薬流れ入口ポート２０へと運ばれ、そこから、指示薬流れ入
口チャネル４０Ａおよび４０Ｂへと流れる。２個の参照流れ７５Ａおよび７５Ｂ
は、それぞれ、参照流れ入口ポート２５Ａおよび２５Ｂへと運ばれる。参照流れ
７５Ａおよび７５Ｂは、同じ組成または異なる組成からなり得る（例えば、一方
は、高濃度の目的分析物を含有し得、そして他方は、低濃度の目的分析物を含有
し得る）。この流れチャネルに関連して（例えば、このチャネルの上または下に
）、検出器（図２では図示せず）が配置され、その結果、それは、検出可能な特
性（例えば、蛍光または吸光度）を検出できる。

【０１１４】 試料流れ８０、参照流れ７５Ａおよび７５Ｂ、および指示薬流れ７０Ａおよび
７０Ｂは、流れチャネル１００の出発点にて、連結結合部５８で合流しており、
これらの５個の流れは、平行した層流にて、出口ポート６０へと流れる。試料流
れ８０および参照流れ７５Ａおよび７５Ｂ中の分析物粒子は、指示薬流れ７０Ａ
および７０Ｂへと拡散する。試料流れ８０中の分析物粒子は、（この流れ方向と
は垂直に）右側および左側に、指示薬流れ７０Ａおよび７０Ｂへと拡散して、（
図２で「Ｘ」により示す）試料分析物検出領域１４０Ａおよび１４０Ｂを形成す
る。参照流れ７５Ａ中の分析物粒子は、（この流れ方向とは垂直に）右側に、指
示薬流れ７０Ａへと拡散して、（図２で円により示す）参照分析物検出領域１４
５Ａを形成する。参照流れ７５Ｂ中の分析物粒子は、（この流れ方向とは垂直に
）左側に、指示薬流れ７０Ｂへと拡散して、（図２で三角により示す）参照分析
物検出領域１４５Ｂを形成する。流速および流れチャネルの長さを調節すること
により、拡散平衡が達成できる。

【０１１５】 図２の装置は、この試料流れと共に層流になる２個の参照流れを供給する。例
えば、１つの参照流れは、内部標準流れであり得、これは、既知または「推定」
濃度の目的分析物を含有する。この試料（または好ましくは、複数の試料）の検
出可能な特性の測定値（試料値）は、内部標準に対する検出可能な特性の測定値
（内部標準値）で割られる。この内部標準は、そうでなければこの測定値の精度
を低下させる実験条件を補正する（差し引く）ように機能する。他の参照流れは
、対照流れであり得、これもまた、既知（または推定）濃度の目的分析物を含有
し、ほかの点では、この試料と同じである。この対照は、この試料中の分析物の
測定濃度の（品質管理）検査として、役立つ。この試料に対する検出可能な特性
の測定値（試料値）およびこの対照に対する検出可能な特性の測定値（対照値）
の両方は、この内部標準に対する検出可能な特性の測定値（内部標準値）で割ら
れる。この試料中の分析物の測定濃度は、この試料に対する検出可能な特性の測
定値（試料値）から得られるが、この対照の検出可能な特性の測定値と一致する
はずである（すなわち、それらは、この較正曲線から、最小限かつ類似の偏位を
有するはずである）。当業者に明らかなように、もし、１個より多い内部標準を
使用するなら、本発明の装置および方法により得られるデータに対して、さらに
複雑な数学的操作が実施でき、試料中の分析物の測定濃度の精度が改良される。

【０１１６】 図３は、本発明の装置の他の実施態様を示し、ここで、２個の指示薬流れ７０
Ａおよび７０Ｂは、試料流れ８０に隣接した層流で、流れている。指示薬流れ７
０Ａおよび７０Ｂは、対角線状の陰影により示されているのに対して、参照流れ
７５Ａおよび７５Ｂおよび試料流れ８０は、それぞれ、一様でなくまたは一様に
間隔を開けて、水平の陰影により示されている。試料流れ８０は、目的小分子を
含有し、試料流れ入口ポート３０を通って、この装置へと運ばれ、そこから、試
料流れ入口ポート５０へと流れ、次いで、流れチャネル１００へと流れる。指示
薬流れ７０Ａおよび７０Ｂは、それぞれ、指示薬流れ入口ポート２０Ａおよび２
０Ｂへと運ばれ、そこから、それぞれ、指示薬流れ入口チャネル４０Ａおよび４
０Ｂへと流れ、次いで、流れチャネル１００へと流れる。２個の参照流れ７５Ａ
および７５Ｂ（この実施例では、同じ組成である）は、それぞれ、参照流れ入口
ポート２５Ａおよび２５Ｂへと運ばれる。参照流れ入口ポート２５Ａおよび２５
Ｂからは、２個の参照流れ７５Ａおよび７５Ｂは、参照流れ入口チャネル５５Ａ
および５５Ｂへと流れ、次いで、流れチャネル１００へと流れる。この流れチャ
ネルに関連して、検出器（図３では図示せず）が配置され、その結果、それは、
検出可能な特性を検出できる。

【０１１７】 試料流れ８０、参照流れ７５Ａおよび７５Ｂ、および指示薬流れ７０Ａおよび
７０Ｂは、流れチャネル１００にて、連結結合部５８で合流しており、これらの
５個の流れは、平行した層流にて、出口ポート６０へと流れる。試料流れ８０お
よび参照流れ７５Ａおよび７５Ｂ中の分析物粒子は、指示薬流れ７０Ａおよび７
０Ｂへと拡散する。試料流れ８０中の分析物粒子は、それぞれ、右側および左側
に、指示薬流れ７０Ａおよび７０Ｂへと拡散して、（それぞれ、図３で円および
三角により示す）試料分析物検出領域１４０Ａおよび１４０Ｂを形成する。参照
流れ７５Ａおよび７５Ｂ中の分析物粒子は、それぞれ、右側および左側に、指示
薬流れ７０Ａおよび７０Ｂへと拡散して、（それぞれ、図３で四角および「ｘ」
により示す）参照分析物検出領域１４５Ａおよび１４５Ｂを形成する。この実施
態様では、図２のもののように、流速および流れチャネルサイズを調節すること
により、拡散平衡が達成できる。

【０１１８】 図３の装置は、この試料流れおよび参照流れと共に、層流にすべき２個の指示
薬流れを供給する。例えば、一方の指示薬流れは、ある目的分析物（例えば、ヒ
ト血清アルブミン）用の指示薬であり得るのに対して、他方の指示薬流れは、他
の目的分析物（例えば、ナトリウムイオン）用の指示薬であり得る。参照流れ（
例えば、ＢＣ１およびＢＣ３（これらは、既知濃度の種々の血液成分を含有する
が赤血球および白血球のない全血用の市販の対照であり、Ｈｅｒｃｕｌｅｓ， ＣＡのＢｉｏｒａｄから得られる）を含有する対照流れ）は、この指示薬流れと
共に、隣接層流に存在し得る。

【０１１９】 図４Ａは、本発明の１実施態様を示し、ここで、複数のＴセンサ装置は、マニ
ホルドライン４１を介して、互いに流体接続されている。図４は、８個の流れチ
ャネル１００を有する装置を示しており、その各々には、１）指示薬流れ、およ
び２）参照流れ（これらの８個の流れチャネルのうちの７個）または試料（これ
らの８個の流れチャネルのうちの１個）のいずれかが流れる。図４では、流れチ
ャネル１００、参照流れ入口チャネル５５および試料流れ入口チャネル５０は、
陰影が付けられておらず、全て、この基板の１平面にあり、例えば、もし、この
基板がシリコンであるなら、そのウエハは、これらの要素の全てに対して、同じ
深さまでエッチングされる。指示薬流れ入口ポート２０、マニホルドライン４１
および指示薬流れ入口チャネル４０は、陰影（対角線状の陰影）を付けられ、そ
して互いに同一平面にあるが、これらの流れチャネルを含有する第一平面とは異
なっている。この実施態様は、この基板（例えば、シリコンウエハ）の１つの側
面／面から、流れチャネル１００、参照流れ入口チャネル５５および試料流れ入
口チャネル５０をエッチングすることにより、そしてこの基板（シリコンウエハ
）の他の側面／面から、指示薬流れ入口ポート２０、マニホルドライン４１およ
び指示薬流れ入口チャネル４０をエッチングすることにより、製作できる。貫通
孔８８は、この基板の１つの側面でエッチングしたチャネル（１００、５５およ
び５０）を、この基板の他の側面でエッチングしたチャネル（４０および４１）
に接続する。この接続は、具体的には、指示薬流れ入口チャネル４０を用いて、
Ｔ接合部５９による。この基板の両側面／面には、透明カバーが密封される。こ
の透明カバーには、穴が形成されて、これらのポートへのアクセスが得られるか
、またはこれらのカバーは、これらのポートを覆わないように配置される。これ
らの流れチャネルに関連して、１個またはそれ以上の検出器が配置され、各流れ
チャネルでの検出可能な特性の変化が検出でき、そしてモニターできる。

【０１２０】 この実施態様では、複数（例えば、７個）の参照流れが、参照流れ入口ポート
２５へと運ばれ、そこから、これらの流れは、参照流れ入口チャネル５５へと流
れ、次いで、流れチャネル１００へと流れる。この試料流れは、試料流れ入口ポ
ート３０へと運ばれ、そこから、この試料流れは、試料流れ入口チャネル５０へ
と流れ、次いで、流れチャネル１００へと流れる。各流れチャネル１００は、参
照流れまたは試料流れのいずれかと共に、層流で、指示薬流れを含有する。これ
らの流れは、出口ポート６０を通って出ていく。この実施態様では、各流れチャ
ネル１００は、Ｔ接合部５９を介して、指示薬流れ入口チャネル４０と、参照流
れ入口チャネル５５または試料流れ入口チャネル５０のいずれかとに接続されて
いる。各指示薬流れ入口チャネル４０は、マニホルドライン４１に接続されてお
り、１個の指示薬流れ入口ポート２０が、複数の流れチャネル１００へと、複数
の指示薬流れを供給できるようになる。

【０１２１】 図４Ｂは、図４Ａの装置の一部分を示し、すなわち、試料流れ入口ポート３０
、試料流れ入口チャネル５０、流れチャネル１００、およびそれらと流体接続さ
れた出口ポート６０（これらは、全て、シリコンウエハの１側面から、１平面で
エッチングされた）を示す。また、（点線（これは、前者の平面の後ろにある平
面を示し、それゆえ、このウエハの他の側面からエッチングされたことを示す）
により）、指示薬流れ入口ポート２０および指示薬流れ入口チャネル４０も示さ
れている。試料流れ入口チャネル５０は、Ｔ接合部５９（これは、穴８８を包含
する）を介して、この指示薬流れ入口チャネルに接続されている。８個のこのよ
うな部分は、図４Ａの装置では、平行した様式で、接続されている。

【０１２２】 図４Ｃは、図４Ｂの側面図である（図４Ｃは、図４Ｂの装置を、流れチャネル
１００に沿った軸上で９０度回転したものを示す）。試料流れ入口ポート３０（
これは、このウエハ基板の第一側面を通って伸長している）および試料流れ入口
チャネル５０（太い線）は、見る人に近づいている。流れチャネル１００および
指示薬流れ入口チャネル４０は、１平面にあり、そして貫通穴８８を介して、試
料流れ入口チャネル５０に接続されている。指示薬流れ入口ポート２０（点線）
は、このウエハの他の側面へと伸長している。

【０１２３】 図４Ａで示した実施態様は、試料流れを流してモニターしつつ、同時の複数の
参照するために提供する。それは、指示薬を１個の指示薬流れ入口ポート２０だ
けに導入する必要があるので、便利である。全ての８個の流れチャネル１００を
モニターするためには、１個の検出手段が使用できる。もし、さらに大きな倍率
が望ましいなら、１個より多い検出器を使用することが好まれ得る。あるいは、
この装置は、１個の検出器が、高い倍率で多くの流れチャネルをモニターするの
に使用できるように、連続した様式で、移動できる。しかしながら、各参照流れ
および試料流れは、異なる流れチャネルにあるので、一部の実験条件（例えば、
流速の相違）は、考慮できない（差し引くことができない）。この実施態様では
、各流れチャネルでの流速をモニターして、１つの流れチャネルにて、閉塞また
は妨害（これらは、他のチャネルにて、望ましくない流速を生じ得る）が起こら
ないことを保証するのが好ましい。

【０１２４】 図４で図示した実施態様は、同じ光源、電子機器および流体（例えば、指示薬
溶液）を使用するという利点を有する。これらのいずれかが変化すると、測定の
精度が低下し得る。さらに、これらの複数の別個の入口により、種々の流体流れ
の流速のさらに正確かつ独立した制御が可能となる。

【０１２５】 図５は、本発明の装置の１実施態様を示し、これは、その指示薬流れ入口チャ
ネルに接続しているマニホルドラインが存在しないこと以外は、図４のものと類
似している。図５は、８個の流れチャネル１００を有する装置を示しており、そ
の各々には、１）指示薬流れおよび２）参照流れ（これらの８個の流れチャネル
のうちの６個）または試料（これらの８個の流れチャネルのうちの２個）のいず
れかが流れる。図５では、流れチャネル１００、参照流れ入口チャネル５５およ
び試料流れ入口チャネル５０は、陰影が付けられておらず、全て、この基板の１
平面にあり、例えば、もし、この基板がシリコンであるなら、そのウエハは、こ
れらの要素の全てに対して、同じ深さまでエッチングされる。指示薬流れ入口ポ
ート２０、および指示薬流れ入口チャネル４０は、陰影（対角線状の陰影）を付
けられ、そして互いに同一平面にあるが、これらの流れチャネルなどを含有する
第一平面とは異なっている。図４の実施態様と同様に、この実施態様は、この基
板（例えば、シリコンウエハ）の１つの側面／面から、流れチャネル１００、参
照流れ入口チャネル５５および試料流れ入口チャネル５０をエッチングすること
により、そしてこの基板（シリコンウエハ）の他の側面／面から、指示薬流れ入
口ポート２０、および指示薬流れ入口チャネル４０をエッチングすることにより
、製作できる。この基板の両側面／面には、透明カバーが密封される。この透明
カバーには、穴が形成されて、これらのポートへのアクセスが得られるか、また
はこれらのカバーは、これらのポートを覆わないように配置される。図４で示し
た実施態様と同様に、図５で示した実施態様により、１個の検出器で、複数の流
れチャネルをモニターすることが可能となる（図５に示さず）。

【０１２６】 この実施態様では、複数（例えば、６個）の参照流れが、参照流れ入口ポート
２５へと運ばれ、そこから、これらの流れは、参照流れ入口チャネル５５へと流
れ、次いで、流れチャネル１００へと流れる。複数の試料流れは、試料流れ入口
ポート３０へと運ばれ、そこから、この試料流れは、試料流れ入口チャネル５０
へと流れ、次いで、流れチャネル１００へと流れる。各流れチャネル１００は、
参照流れまたは試料流れのいずれかと共に、層流で、指示薬流れを含有する。こ
れらの流れは、出口ポート６０を通って出ていく。この実施態様では、各流れチ
ャネル１００は、Ｔ接合部５９および穴８８を介して、指示薬流れ入口チャネル
４０と、参照流れ入口チャネル５５または試料流れ入口チャネル５０のいずれか
とに接続されている。

【０１２７】 図６Ａおよび６Ｂは、本発明の他の実施態様を示しており、ここで、流れは、
上で記述し示したように、ポートに導入されるが、それらは、有力な流れチャネ
ル１０５Ａおよび１０５Ｂを含んでおり、これらは、これらの入口チャネルを流
れチャネル１００に接続する。

【０１２８】 図６で示した実施態様では、参照流れ７５Ａおよび７５Ｂは、参照流れ入口ポ
ート２５Ａおよび２５Ｂへと運ばれ、そこから、これらの流れは、参照流れ入口
ポート５５Ａおよび５５Ｂへと流れ、次いで、有力な流れチャネル１０５Ａおよ
び１０５Ｂへと流れ、次いで、流れチャネル１００へと流れる。試料流れは、試
料流れ入口ポート３０へと運ばれ、そこから、この試料流れは、試料流れ入口ポ
ート５０へと流れ、次いで、有力な流れチャネル１０５Ｂへと流れ、次いで、流
れチャネル１００へと流れる。指示薬流れは、指示薬流れ入口ポート２０Ａおよ
び２０Ｂへと運ばれ、そこから、これらの流れは、指示薬流れ入口チャネル４０
Ａおよび４０Ｂへと流れ、次いで、有力な流れチャネル１０５Ａへと流れ、次い
で、流れチャネル１００へと流れる。これらの流れは、これら入口ポートから出
口ポート６０へと、層流である。これらの有力な流れチャネル１０５Ａおよび１
０５Ｂは、示しているように角度を付ける必要はなく、層流が保持される限り、
直線状または異なる角度を付けられ得る。

【０１２９】 検出可能な特性の変化は、検出装置により、有力な流れチャネル１０５Ａおよ
び１０５Ｂと流れチャネル１００との両方で、モニターできる。

【０１３０】 流量の品質管理は、１）ＱＣチャート（以下の、図４を参照）をプロットする
ことにより、および／または２）共通の（すなわち、共有した）ポンプ手段を使
用して、この参照流れおよびこの試料流れの両方をポンピングすることにより、
実施できる。この指示薬流れはまた、ある実施態様では、この共通ポンプ手段に
より、ポンピングできる。

【０１３１】 図７Ａは、この装置の１実施態様を図示しており、ここで、各入力流れに対し
て、別個のポンプ手段が使用される。ポンプ手段１５０は、指示薬流れを、注射
器１６５、指示薬流れ入口ポート２０および指示薬流れ入口チャネル４０を通っ
て、流れチャネル１００へ向けてポンピングする。ポンプ手段１５５は、参照流
れ７５を、注射器１６５、参照流れ入口ポート２５および参照流れ入口チャネル
５５を通って、流れチャネル１００へ向けてポンピングする。ポンプ手段１６０
は、試料流れを、注射器１６５、試料流れ入口ポート３０および試料流れ入口チ
ャネル５０を通って、流れチャネル１００へ向けてポンピングする。

【０１３２】 図７Ｂは、この装置の代替実施態様を示し、ここで、試料流れおよび参照流れ
に対して、共有ポンプ手段が使用される。共有ポンプ手段１７０は、参照流れお
よび試料流れを、流れチャネル１００へ向けてポンピングする。ポンプ手段１５
０は、指示薬流れを、流れチャネル１００へ向けてポンピングする。

【０１３３】 図７Ｃは、この装置の代替実施態様を示し、ここで、試料流れ、指示薬流れお
よび参照流れに対して、共有ポンプ手段が使用される。共有ポンプ手段１７０は
、参照流れ、指示薬流れおよび試料流れを、流れチャネル１００へ向けてポンピ
ングする。

【０１３４】 共有ポンプ手段（例えば、モーター）の使用は、このような手段によりポンピ
ングした各流れが、同じ圧力を受けることを保証する。

【０１３５】 流れ障害（例えば、閉塞）が発生しなかったこと、および全ての流れが、所望
の流速で流れていることを確実にするために、各入口チャネルにて、その流速を
モニターすることが好まれ得る。

【０１３６】 本明細書中で言及したもの以外の非常に多くの実施態様は、本発明の範囲内に
あり、当業者に容易に明らかとなる。本明細書中で引用した全ての参考文献、こ
のような参考文献中で引用された全ての参考文献の内容は、それと一貫した範囲
まで、本明細書中でその全体において参考として援用されている。以下の実施例
は、本発明を例示しているが、本発明を限定する意図は決してない。

【０１３７】 （実施例） （実施例１．参照Ｔセンサの製作） シリコンウエハ上にて、本発明の参照Ｔセンサ装置を製作するために、２マス
クレベル法（ｔｗｏ−ｍａｓｋ ｌｅｖｅｌ ｐｒｏｃｅｓｓ）を使用した。こ
の参照Ｔセンサ装置は、流れチャネル（４００マイクロメートルの深さおよび２
０ｍｍの長さ）を有していた。溝部（３０ｍｍの長さおよび２００マイクロメー
トルの深さ）として、３個の入口チャネルを形成した。入口チャネルおよび流れ
チャネルの幅は、５０マイクロメートルであった。

【０１３８】 第一マスクレベルは、これらの入口および出口ポートの形を定め、これらは、
このウエハによって、このシリコンの後ろ側へと完全にエッチングした。第二レ
ベルは、この流体輸送チャネル（すなわち、この入口チャネルおよび流れチャネ
ル）を定めた。

【０１３９】 ４インチのクロムマスクを、Ｐｈｏｔｏ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｉｎｃ．（Ｔ
ｏｒｒａｎｃｅ， ＣＡ）による仕様に製造し、それらの上に成長した５００ ｎｍのＳｉＯ₂を有する３インチウエハ（｛１００｝、ｎ型）を使用した。

【０１４０】 加工前に、Ｐｉｒａｎｈａ浴（Ｈ₂ＳＯ₄およびＨ₂Ｏ₂）（２：１）でウェハを
洗浄した。プライマー（３０００ｒｐｍ上のＨＭＤＳスピン）を使用して、フォ
トレジスト接着性を向上させた。スピン塗装（３０００ｒｐｍ）により、約１μ
ｍのＡＺ−１３７０−ＳＦ（Ｈｏｅｃｈｓｔ）フォトレジストを堆積し、これに
続いて、ソフトベーキングした（９０℃で３０分間）。

【０１４１】 ウエハを整列し露光させるために、接触整列器（ｃｏｎｔａｃｔ ａｌｉｇｎ
ｅｒ）を使用した。最良の結果を得るために、露光時間を変えた。露光後のベー
キングは、行わなかった。ウエハを、ＡＺ−３５１（４：１希釈）（Ｈｏｅｃｈ
ｓｔ）で１分間現像し、そしてＤＩ水でリンスした。酸化物エッチングに由来の
酸化物を保護するために、これらのウエハの裏面には、青い粘着テープ（Ｓｅｍ
ｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｍｏ
ｏｒｐａｒｋ， ＣＡ）を貼り付けた。

【０１４２】 これらのウエハを、緩衝化した酸化物エッチング液（ＢＯＥ、１０：１ＨＦ（
４９％）およびＮＨ₄Ｆ（１０％））に１１分間浸漬して、未保護の酸化物を完 全にエッチングした。この青い粘着テープを手で取り除き、このフォトレジスト
を、アセトンリンスで取り除いた。

【０１４３】 還流沸騰フラスコに配置したエチレンジアミン、ピロカテコールおよび水の混
合物（Ｒｅｉｓｍａｎ，Ａ．ら（１９７９）Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ． Ｓ
ｏｃ．１２６：１４０６〜１４１５で記述されたＥＰＷ Ｆ−エッチング液）中
にて、シリコンエッチングを行った。このエッチングは、１時間あたり約１００
μｍの速度で、シリコンの｛１００｝平面を攻撃する。流体付着ポートを第１段
階にて、約３時間にわたってエッチングした。再度、フォトレジストを塗布し、
流体ポートと障壁領域との間に流れチャネルを含むマスクを露光させた。これら
のウエハを、この第二段階にて、約１時間にわたって、現像しエッチングした。

【０１４４】 最終処理後、これらのウエハを、今一度、Ｐｉｒａｎｈａ浴で洗浄し、そして
ＤＩ水でリンスした。それらを、次いで、約１ｃｍ×１ｃｍの個々の装置に、賽
の目状に切り出した。

【０１４５】 これらのシリコン装置にＰｙｒｅｘガラスを取り付けるために、Ｗａｌｌｉｓ
，Ｇ．およびＰｏｍｅｒａｎｔｚ，Ｄ．Ｉ．（１９６９）Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ ４０：３９４６〜３９４９に従って、アノードボンディングを使用し
た。Ｅｓｃｏ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｉｎｃ．（Ｏａｋ Ｒｉｄｇｅ，ＮＪ）から
得た１平方インチのＰｙｒｅｘガラス片（１００μｍ厚）を使用した。まず、こ
のシリコンおよびＰｙｒｅｘガラスを、５０℃に加熱したＨ₂Ｏ₂、ＮＨ₄ＯＨお よびＨ₂Ｏ（１：４：６）の溶液に浸漬した。この工程は、これらの表面上のい かなる有機物をも取り除き、また、これらの表面を親水性にする。この溶液中で
２０分間後、このシリコンおよびＰｙｒｅｘを、ＤＩ水でリンスし、そして乾燥
した。このガラスとシリコンとの間に４００Ｖを印加し、４００℃で、アノード
ボンディングを行った。

【０１４６】 （実施例２：参照Ｔセンサ中のヒト血清アルブミンの濃度を検出し測定する
こと） 分析等級の化学物質（Ａｌｄｒｉｃｈ）から、５種の０．１ Ｍ ＡＭＰＳＯ
（Ａｌｄｒｉｃｈ）緩衝水溶液（ｐＨ ７．４）（０、２、４、６および８ｇ／
１００ ｍＬのヒト血清アルブミン（ＨＳＡ）を有する）を調製した。得られた
溶液を、試料流れとして、連続的に使用した。この実験での問題の分析物は、Ｈ
ＳＡであった。蛍光アルブミン指示薬染料ＡＢ５８０（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐ
ｒｏｂｅｓ，Ｅｕｇｅｎｅ，ＯＲ）飽和溶液を、同じ０．１ Ｍ ＡＭＰＳＯ緩
衝溶液で、１０倍だけ希釈し、そして指示薬流れとして使用した。対照流れとし
て、ＢＣ１（３．８ｇ／１００ｍＬ ＨＳＡを含有する市販の血漿）を使用した
。５０ ｎＬ／ｓｅｃの流速を使用した。

【０１４７】 この流れチャネルが、Ｔ接合部から、Ｔ接合部から約５００μｍ離れた地点ま
で、その目的物の視野内にあるように、この参照Ｔセンサ装置（図１）を、顕微
鏡のステージに取り付けた。その入口ポートおよび出口ポートを、注射器ループ
および直立チューブ（これらは、この入口ポートと出口ポートとの間に、３０ｍ
ｍ水柱の圧力差が存在するように、水で満たした）に接続した。これらの入口ポ
ートは、３個の流れがこのＴ接合部の中間で合流してこの出口ポートに平行に流
れるように、同じ圧力に晒した。１つの注射器ループを、ＢＣ１対照溶液で満た
し、そして第二のループを、指示薬染料溶液で満たし、そして第三のループを、
これらの試料溶液の１個で満たした。これらのループは、この装置をほぼ１時間
操作するのに充分な容量を含んでいた。

【０１４８】 ３個の全ての注入ループを、この参照Ｔセンサ装置へと流した後、また、１分
間の平衡およびフラッシング時間の後、この顕微鏡にカメラを装着することによ
り、写真を撮った。その励起フィルター中心波長は、５９０ｎｍであり、その発
光フィルターは、ロングパス６０７ｎｍフィルターであった。

【０１４９】 この実験により、写真が得られ、ここで、この指示薬流れと試料流れとの間、
およびこの指示薬流れと対照流れの間の分析物検出領域の蛍光は、それぞれ、こ
の試料流れおよび対照流れからこの指示薬流れへと拡散した分析物（ＨＳＡ）の
濃度の関数であった。

【０１５０】 図８Ａ〜８Ｅで概略的に描写されているように、これらの５つの場合の各々に
おいて、この装置の写真は、この流れチャネル（ここで、この対照流れからのＨ
ＳＡがこの指示薬流れへと拡散した）の長さに沿って伸長している暗い（黒色の
）線としての対照流れ７６（この図では、白色として示した）、暗い（黒色の）
線としての試料流れ８０（この図では、白色として示した）、赤黒色の線として
の指示薬流れ７０（この図では、水平線として示した）および明赤色の線として
の対照分析物検出領域１４６（この図では、対角線状のハッチングとして示した
）を示し、そしてこの流れチャネル（ここで、この試料流れからのＨＳＡが、こ
の指示薬流れへと拡散した）の長さに沿って伸長している明赤色の線としての試
料分析物検出領域１４０を示した。さらに、第一の場合（ここで、この試料流れ
中のＨＳＡの濃度は、０ｇ／１００ ｍＬ緩衝液（図８Ａ、実験Ａ））であり、
指示薬流れ７０と試料流れ８０との間では、検出可能な分析物検出領域は存在し
なかった。第二の場合（ここで、この試料流れ８０中のＨＳＡの濃度は、２ｇ／
１００ｍＬ緩衝液（図８Ｂ、実験Ｂ））であり、試料分析物検出領域１４０は、
対照分析物検出領域１４６の強度の約半分で、見られた。第三の場合（ここで、
この試料流れ８０中のＨＳＡの濃度は、４ｇ／１００ｍＬ緩衝液（図８Ｃ、実験
Ｃ））であり、試料分析物検出領域１４０は、対照分析物検出領域１４６とほぼ
同じ強度で、見られた。第四の場合（ここで、この試料流れ８０中のＨＳＡの濃
度は、６ｇ／１００ｍＬ緩衝液（図８Ｄ、実験Ｄ））であり、試料分析物検出領
域１４０は、対照分析物検出領域１４６の約１．５倍の強度で、見られた。第五
の場合（ここで、この試料流れ８０中のＨＳＡの濃度は、８ｇ／１００ｍＬ緩衝
液（図８Ｅ、実験Ｅ））であり、試料分析物検出領域１４０は、対照分析物検出
領域１４６の約２倍の強度で、見られた。

【０１５１】 これらの写真で示された蛍光データを、表１および図９で示すように、定量的
に記録し、そしてグラフで表わした。

【０１５２】

【表１】

【０１５３】 ¹蛍光対照とは、この対照分析物検出領域（すなわち、この対照流れとこの指 示薬流れとの界面）で検出された蛍光を意味する。

【０１５４】 ²蛍光試料とは、この試料分析物検出領域（すなわち、この試料流れとこの指 示薬流れとの界面）で検出された蛍光を意味する。

【０１５５】 図９は、ｘ座標に対する蛍光強度のグラフであり、これは、この流れチャネル
の拡散方向（深さ）の位置である。（ｙ軸上の数は、ソフトウェアアートファク
ト（ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｒｔｉｆａｃｔ）の結果としての蛍光が高くなるにつ
れて、低下する：明るい（高い蛍光）領域は、低い画素強度数で標識されており
、そして暗い（低い蛍光）領域は、高い画素強度数で標識されている）。このグ
ラフの左上部分では、この対照流れのバックグラウンド蛍光が示されている：そ
れは、非常に小さく、これらの５つの場合の各々について、実質的に同じである
。位置１２２〜１２４での大きなピーク／下落は、この対照流れ（これは、３．
８ｇのＨＳＡ／１００ｍＬ緩衝液を含有する）の蛍光を示している：この蛍光は
強く、これらの５つの場合の各々について、実質的に同じである。（３個のデー
タ点を平均して、表１で示した各データ値を得る）。ほぼ位置１３０〜１９０で
の浅いピーク／下落は、この指示薬流れのバックグラウンド蛍光を示している：
それは、中程度であり、約１８５〜１８９で変わり、これらの５つの場合の各々
について、実質的に同じである。位置２０７、２０７、２０６および２０５での
４個のピークは、それぞれ、２、４、６および８ｇ／１００ｍＬの濃度のＨＳＡ
を含有する試料の蛍光を示している。これらは、それぞれ、実験Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ
およびＥに対応している、その強度値は、それぞれ、１７６．４５、１２４．１
５、７２．６７および３９．８５である。このグラフの右上部分では、この試料
流れのバックグラウンド蛍光が示されている：それは、非常に小さく、これらの
５つの場合の各々について、実質的に同じである。

【０１５６】 （実施例３：８個の臨床的な試料中のＨＳＡの濃度を測定し内部標準により
補正すること） 図１０は、ヒト全血の８個の臨床的な試料に由来のＨＳＡの濃度に対する蛍光
強度のグラフである。既知濃度のＨＳＡ（２、４、６および８ｇ／１００ｍＬ緩
衝液）を有する較正流れの蛍光強度を測定することにより、この参照Ｔセンサを
較正した。その指示薬流れは、実施例２で記述した手順に従って、製造した。そ
の較正曲線を、濃い曲線として、図１０で示す。次に、これらの８個の臨床的な
試料の各々の蛍光を測定し、そして図１０にてグラフで表わした（ｘとして示す
）。これらのデータを測定しつつ、３．８ｇＨＳＡ／１００ｍＬ緩衝液を含有す
る内部標準流れを流し、測定し、そして図１０にてグラフで表わした（円として
示す）。これらの試料流れからの蛍光強度を、これらの内部標準流れの蛍光強度
で割って、補正値（図１０では、三角で示す）を得た。

【０１５７】 図１０は、補正値が、未補正（生の）データよりも、この較正ラインに近くな
ることを示している。このことは、内部標準流れの使用により実験条件を補正を
提供する本発明の装置および方法の利点の１つを説明している。Ｐａｒａｍａｘ
は、当業者に公知の器具であり、これは、臨床的な試料中の分析物の濃度を測定
するために、試料および試薬の光学的な吸光度測定および自動化混合を使用する
。

【０１５８】 （実施例４．Ｌｅｖｙ−Ｊｅｎｎｉｎｇｓプロットをグラフで表わすことに
よる流速の品質管理） 図１１は、本発明の装置の品質管理機能を立証するために、この装置から集め
たデータのＱＣチャート（Ｌｅｖｙ−Ｊｅｎｎｉｎｇ）である。そのｙ軸には、
蛍光強度をプロットし、そのｘ軸には、実験数をプロットした。図１１は、２０
個の対照流れをプロットし、この２０個のうちの１８個は、その平均（すなわち
、ＨＳＡの濃度に対する標的値）の２個の標準偏差に入ることを説明している。
実験４および７だけが、この標的値の２個の標準偏差の外側にある値を生じた。
この型のチャートは、本発明の装置での流れのシステムパラメータにおいて、流
速および／または試薬変化、ランプ源の変化および他の変化を検査するのに、有
用である。もし、測定した対照値が、この標的値の２個の標準偏差（または一定
のプロジェクトについて、充分に正確な範囲）に入るなら、これらのパラメータ
は、正しく制御されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の１実施態様において、試料流れ、参照流れおよび指示薬流れの流動、
および試料流れおよび参照流れからの分析物粒子の拡散から得られる指示薬流れ
の変化の概略図である。

【図２】 本発明の他の実施態様において、試料流れ、２つの指示薬流れおよび２つの参
照流れの流動、および試料流れおよび参照流れからの分析物粒子の拡散から得ら
れる指示薬流れの変化の概略図である。この実施態様では、これらの２つの指示
薬流れは、単一の指示薬流れ入口ポートと流体接続している。

【図３】 本発明の他の実施態様において、試料流れ、２つの指示薬流れおよび２つの参
照流れの流動、および試料流れおよび参照流れからの分析物粒子の拡散から得ら
れる指示薬流れの変化の概略図である。この実施態様では、これらの２つの指示
薬流れの各々は、別個の入口ポートを有する。

【図４Ａ】 本発明の他の実施態様の概略図であり、ここで、複数の流れチャネルは、その
基板（例えば、シリコンウエハ）の裏面上のチャネルを介して、平行に接続され
ている。

【図４Ｂ】 図４Ａの装置の流れチャネルおよびそれと流体連絡された入口チャネルの概略
図である。

【図４Ｃ】 図４Ｂの側面図である。

【図５】 １個の基板に複数の流れチャネルを有する実施態様の概略図である。

【図６】 この装置の他の実施態様の概略図を示す。

【図７】 図７Ａ〜７Ｃを包含し、この装置の１実施態様を示し、ここで、流速は、共通
の（共有した）ポンプ手段を使用することにより、制御される。

【図８】 図８Ａ〜８Ｅを包含し、図１で示した本発明の装置を使用中に撮った５枚の顕
微鏡写真の概略図である。

【図９】 ５つの実験のｘ座標（拡散方向での位置）に対する蛍光強度のグラフであり、
ここで、その試料流れは、それぞれ、０、２、４、６および８ｇのヒト血清アル
ブミン（ＨＳＡ）／１００ｍＬ緩衝液を含有していた。このグラフでは、３．８
ｇＨＳＡ／１００ｍＬ緩衝液を含有する対照流れの蛍光も示されている。

【図１０】 生の（未補正の）データおよび補正データの両方について、（当該技術分野で
公知の装置により測定した）ＨＳＡの濃度に対する蛍光強度のグラフである。較
正曲線もまた、含まれている。

【図１１】 ２０の異なる実験について、対照流れ（対照分析物検出領域）の蛍光強度のＱ
Ｃチャート（Ｌｅｖｙ−Ｊｅｎｎｉｎｇｓ）プロットである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゼバート， ダイアン アメリカ合衆国 ワシントン 98155， シアトル， エヌ．イー． 177ティーエ イチ ビーナンバー10 1572 (72)発明者 ケニー， マーガレット アメリカ合衆国 ワシントン 98020， エドモンズ， ナインス アベニュー 721 (72)発明者 ウー， カイカイ アメリカ合衆国 ワシントン 98125， シアトル， エヌ．イー． 105ティーエ イチ プレイス 2538 Ｆターム(参考） 2G042 AA01 BA04 BC01 BD20 CA02 CB03 DA08 FA11 FB02 HA03 2G043 AA01 BA16 CA03 DA02 DA05 EA01 EA13 FA07 LA03 MA01 NA13

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料流れ中の分析物粒子の存在を検出しその濃度を測定する
   ための装置であって、以下： ａ） 層流チャネル； ｂ） 少なくとも３個の入口手段であって、それぞれ、（１）指示薬流れ、（
   ２）試料流れ、および（３）参照流れを該層流チャネルへと案内するために、該
   層流チャネルと流体接続されている、入口手段； ｃ） ここで、該層流チャネルは、該流れの層流を互いに隣接させるのに充分
   に小さい寸法を有し、また、該分析物粒子を該試料流れおよび／または該参照流
   れから該指示薬流れへと拡散させて少なくとも１個の検出領域を形成するのに充
   分な長さを有する； ｄ） 該流れを該層流チャネルから外へと案内するための出口手段、を包含す
   る装置。
2. 【請求項２】 前記出口手段が、単一混合流れにて、前記流れを前記層流チ
   ャネルから外へと案内する、請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 さらに、前記層流チャネルに関連して配置された検出手段を
   包含し、該検出手段が、前記流れの少なくとも１個にて、検出可能特性の変化を
   検出できるようにする、請求項１に記載の装置。
4. 【請求項４】 前記検出手段が、電荷結合素子カメラ、ダイオードアレイ検
   出器、蛍光検出器および電気化学検出器からなる群から選択される部品を包含す
   る、請求項３に記載の装置。
5. 【請求項５】 層流中の少なくとも１個の追加の参照流れまたは試料流れを
   、指示薬流れと接触して案内するための入口手段を包含する、請求項１に記載の
   装置。
6. 【請求項６】 指示薬流れまたは試料流れを少なくとも２個の別個の流れに
   分割して該別個の流れを前記層流チャネルへと案内するための手段を包含する、
   請求項１に記載の装置。
7. 【請求項７】 指示薬流れチャネルと流体連絡した複数の層流チャネル、お
   よび該層流チャネル中の別個の試料流れまたは参照流れと共に該指示薬流れチャ
   ネルから層流へと指示薬流れの一部を案内するための手段を包含する、請求項１
   に記載の装置。
8. 【請求項８】 少なくとも２個の流れを前記層流チャネル中の平行層流へと
   案内するための手段を包含し、各々の流れが、互いに層流である少なくとも２個
   の流れから構成される、請求項１に記載の装置。
9. 【請求項９】 試料流れ中の分析物粒子の存在を検出しその濃度を測定する
   ための方法であって、以下： ａ） 該試料流れを層流チャネルへと案内する工程； ｂ） 指示薬流れを該層流チャネルへと案内して、それにより、該試料流れお
   よび該指示薬流れが、該層流チャネル中の隣接層流で流れ、該指示薬流れは、該
   分析物の粒子と接触すると、検出可能な特性の変化により、該分析物粒子の存在
   を指示する指示薬物質を含有する、工程； ｃ） 参照流れを該層流チャネルに案内して、それにより、該参照流れが、該
   指示薬流れに隣接する層流で流れ、該参照流れは、０以上の一定濃度の参照粒子
   を包含する、工程； ｄ） 分析物粒子を、該指示薬流れへと拡散させる工程； ｅ） 参照粒子を、該指示薬流れへと拡散させる工程；および ｆ） 該指示薬流れ中の該分析物および参照粒子の存在を検出しまたはその濃
   度を測定する工程、を包含する方法。
10. 【請求項１０】 前記指示薬物質が、前記指示薬流れ内で運ばれる微粒子物
    質上に固定されている、請求項９に記載の方法。