JP2003522521A - 流体試料分析装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 流体試料から所望の分析物を分離するためのカートリッジは、試料流路と、上記試料流路内の溶解室(86)とを有する。溶解室は、上記試料がこの室を通過するときこの試料から細胞またはウィルスを捕獲するためのフィルタを少なくなくとも１つ入れている。溶解室内には、上記細胞またはウィルスを破裂させて分析物をそこから放出させるためのビーズも置かれている。分析物流路が溶解室から延び、試料流路から分岐している。分析物流路は、好ましくは、分析物を化学的に反応させるとともに光学的に検出するための反応室に続く。上記カートリッジは、試料が溶解室を通過した後に試料を廃液室に向かわせると共に、試料から分離された分析物を分析物流路内へ向かわせるための少なくとも１つの流れ制御装置（例えば、バルブ）も備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （技術分野） 本発明は概して生化学分析分野、特に試料中の分析対象物の有無を決定する流
体試料分析装置および方法に関する。

【０００２】 （背景技術） 臨床や環境流体試料の分析は、通例、試料への化学的、光学的、電気的、機械
的または熱的一連の処理段階を含む。近年、様々な診断や監視目的のために生物
学試料の分析を行なう使い捨てカートリッジの開発への関心が高まっている。例
えば、ワイルディング（Wilding）の米国特許第５,５８７,１２８号には、試料
中の前もって選択されたポリヌクレオチドを、ポリヌクレオチド増幅反応を行っ
て増幅する装置が開示されている。アンダーソン（Anderson） 他の米国特許第
５,９２２,５９１号では、小型の一体型核酸診断装置とシステムが述べられてい
る。この装置では、通例、１回以上の試料の獲得と準備操作を、１回以上の試料
分析操作と組み合わせて行うことができる。

【０００３】 流体試料を処理する従来の流体カートリッジは、ピコリットル、ナノリットル
、マイクロリットルの試料量に焦点を当ててきた。これら少量の試料は、多くの
現実の診断へ適用するには実用的ではない。特に関心がもたれているのは、多く
の試料中に低濃度で存在する分析対象物（例えば、核酸）の検出である。例えば
伝染病の検出では、グラム陰性のバクテリアは血液１ミリリットルにつき１０コ
ピー以下で存在し、クリプトスポリジウムは通常飲料水１ガロンにつきほんの２
，３コピー、濃度の高い生体危険因子（例えば、炭疽菌）は、水１ミリリットル
につき１００コピー以下、そして食中毒因子、例えば、大腸菌とサルモネラ菌は
、食物１グラムにつき１０コピー以下で現れる。

【０００４】 （発明の概要） 本発明は、流体試料を分析してこの試料における分析物の有無を決定するため
の装置及び方法を提供する。この装置は、試料から所望の分析物を分離し、この
分析物を化学反応および光学的検出のために保持するカートリッジを備えている
。この装置は、試料の処理のためにこのカートリッジを収容する器具も備えてい
る。上記所望の分析物は、代表的には、細胞内物質（例えば、核酸、たんぱく質
、炭水化物、脂質、バクテリア、あるいは、細胞内寄生生物である）。好ましい
使用例では、上記分析物は核酸であり、上記カートリッジはこの核酸を流体試料
から分離して、増幅（例えばＰＣＲを用いて）と光学的検出のために保持するの
である。

【０００５】 好適実施形態において、上記カートリッジは試料をこのカートリッジに導入す
るための試料用ポートと、この試料用ポートから延びる試料流路とを有する。カ
ートリッジはこの試料流路内に溶解室も有している。この溶解室は、上記試料が
通過するときこの試料から細胞またはウィルスを捕獲するための少なくなくとも
１つのフィルタを入れている。溶解室内には、細胞またはウィルスを破裂させて
分析物をそこから放出させるためのビーズも置かれている。上記カートリッジは
、上記試料が溶解室を流れ抜けた後の残りの試料を受け取るために上記試料流路
を介して上記溶解室に連通している廃液室も有している。上記カートリッジはさ
らに、上記溶解室から延びる分析物流路を有する。この分析物流路は上記試料流
路から分岐している。好適実施形態では、上記分析物流路は、分析物を化学的に
反応させるとともに光学的に検出するための反応室に続いている。また、上記カ
ートリッジは、上記試料が上記溶解室を流れ抜けた後の上記試料を上記廃液室に
向かわせると共に、上記試料から分離された分析物を分析物流路内へ向かわせる
ための少なくとも１つの流れ制御装置（例えば、バルブ）も備えている。このよ
うなカートリッジの設計により、大量の試料を能率的に処理して、低濃度の分析
物を精度よく検出することができる。

【０００６】 （発明を実施するための最良の形態） 本発明は、流体の試料を分析するための装置および方法を提供する。第１の実
施形態では、この発明は、流体試料から所望の分析物を分離するため、および化
学反応のために分析物を保持するためのカートリッジを提供する。流体の試料は
、溶液であるか、懸濁液である。特別な使用では、試料は人体の流体である(例え
ば、血液、尿、唾液、痰、精液、脊髄の流体、粘液、または他の人体の流体)。
これと択一的に、試料は溶解できる固体であるか、または液体の中に浮遊してい
る固体である。また、試料は、土、汚水、土の抽出物、殺虫剤の残留物、または流体
に含まれる風媒の種子のような環境試料である。更に、試料は、１以上の化学薬
品、試液、希釈剤、または緩衝液と混ぜ合わせられる。試料は、例えば化学薬品を
混ぜ合わせたり、遠心分離機にかけたり、あるいは小さく丸めたりして、前もって
処理され、あるいは未処理の形態である。

【０００７】 所望の分析物は、典型的には細胞内の物質である(例えば、核酸、蛋白質、炭
水化物、脂質、細菌、または細胞内の寄生虫)。好ましい使用では、分析物は、
カートリッジが流体試料から分離するとともに、(例えば、ＰＣＲを用いて)増幅
し、かつ光学的検出するため保持する核酸である。本明細書で用いる用語「核酸
」は、合成のあるいは自然に生ずるＤＮＡやＲＮＡのような核酸を指しており、
この核酸はいかなる可能な外形、即ち、二重染色分体の核酸の形態、一重染色分
体の核酸の形態、またはこれらの形態のいかなる可能な組み合わせの形態をとる
。

【０００８】 図１は、好ましい実施形態のカートリッジ２０の等角投影図である。カートリ
ッジ２０は、流体試料から核酸を分離するように設計されており、増幅および検
出のために核酸を保持するように設計されている。カートリッジ２０は、頂部片
２２,中央片２２および底部片２６を備える本体を有している。流体試料をカー
トリッジの中に導入するための入口は頂部片２２に形成されてキャップ３０によ
って密閉されている。また、６つの圧力ポート３２が、頂部片２２に形成されて
いる。圧力ポート３２は、例えばポンプや真空などの圧力源からのノズルを収容
するためにある。カートリッジはまた、装置(図１０で後述する)におけるカート
リッジ２０の位置決めのために底部片２６から延び出る整列脚２８を有する。窪
みまたは凹部３８A,３８B,３８Cは、頂部片２２および中央片２２に形成されて
いる。この凹部は、カートリッジ２０内の流体の流れを検出するための光学セン
サを収容するためにある。カートリッジ２０は、更にベント３４,３６を有する
。各圧力ポートと各ベントは、ベントおよび圧力ポートに対してガスが出入りす
るようにガスは通すが、液体は通さない疎水性の薄膜を有することが好ましい。
変性アクリル樹脂共重合体の薄膜は、例えば、ゲルマンサイエンス社(ミシガン
州,アン・アーバー)から市販され、また、粒子トラック腐食ポリカーボネートの
薄膜は、ポリティクス社(カリフォルニア州,リバーモア)から市販されている。

【０００９】 図２は、カートリッジ２０の下側を示す等角投影図である。９つの穴６０が、
カートリッジ２０の弁を開閉する弁アクチュエータを収容するために底部片２６
に形成されている。トランスデューサ(図５で詳細に後述する)を収容するための
穴６２も、底部片２６に形成されている。カートリッジ２０はまた、カートリッ
ジの本体から外側に延び出す反応容器４０を有する。容器４０は、化学反応や光
学的検出のための反応混合物(例えば、増感試薬および蛍光試料と混合された核
酸)を保持するための反応室４２を有する。カートリッジにおける流路の１つは
、化学反応と光学検出のために反応室４２に反応混合物を運ぶ。反応容器４０は
、カートリッジ２０の本体から外側に延びていて、その結果、反応容器４０は、
カートリッジ２０の残余の部分から反応容器４０を取り外す必要なしに、対向す
る一対の(反応室４２を加熱,冷却するための)熱板の間に挿入される。これは、
汚染とこぼれのうちの少なくともいずれかが起こる危険性を大きく減じている。
反応容器４０は、カートリッジの本体と一体に形成することができる(例えば、
中央片２４と一体にモールド成形される)。しかしながら、目下、カートリッジ
の製造中に本体と連結される分離要素として反応室４０を製造するのが好ましい
。

【００１０】 図３,図４は、カートリッジの分解図を示している。図３で示されているよう
に、中央片２４は、内部に多数の室を有する。特に、中央片２４は、入口ポート
６４を通じて導入される流体試料を保持する試料室６５と、洗剤液を保持する洗
剤室６６と、溶解系試薬を保持する試薬室６７と、使用済みの試料と洗剤を収容
するための廃液室６８と、中和剤を保持する中和剤室７０と、主混合物(例えば
、増感試薬と蛍光試料)を保持して、流体試料から分離された分析物をもつ試料
と試薬を混合する主混合室７１とを有する。試料室６５は、試料室６５より僅か
に低い外壁を有する側室155をオプションで包含している。側室155は、充分な試
料が試料室６５に加えられたとき、即ち試料室６５内での液面が側室の中に溢れ
込むほど充分高いとき、ユーザに視覚的に知らせるためにある。

【００１１】 頂部片２２は、既述の如くベント３４,３６および圧力ポート３２を有する。
エラストマーの薄膜またはガスケット６１は、頂部片２２,中央片２４に形成さ
れた様々な溝や室を密封するためにこれらの片２２,２４の間に挟まれるように
配置される。中央片２４は、ガスケット６１が十分なシールを形成することを保
証すべく、複数のシールリップを有するのが好ましい。特に、室６５,６６,６７
,６８,７０,７１の夫々を取り囲むシールリップ７３を有するのが好ましい。中
央片２４はまた、周囲を囲う支持壁７５と中間シールリップ７６とを有する。シ
ールリップ７３,７６と支持壁７５は、局所的にガスケット６１を圧縮して、密
封を達成する。

【００１２】 図４で示されるように、中央片２４は下側に様々な溝が形成されて、その溝の
１つは、溶解室８６に通じている。溶解室８６は、底部片２６の穴６２と一直線
に揃っていて、トランスデューサ(例えば、超音波ホーン)は、溶解室８６内に圧
力波を生成するために穴６２を経て挿入される。中央片２４はまた、底面に形成
された９つの弁座８４を有する。弁座８４は、底部片２６の９つの穴６０と一直
線に揃っていて、弁アクチュエータが、弁座８４に穴６０を経て挿入される。

【００１３】 エラストマーの膜あるいはガスケット６１は、中央片、底部片２４，２６の間
に挟まれるように位置して、中央片２４に形成された種々の流路、弁座、室を密
閉する。中央片２４は、好ましくは多数のシールリップを有し、ガスケット６３
が十分なシールを形成するのを確実にする。特に、中央片２４は、好ましくは、
溶解室８６、弁座８４および種々の流路を取り囲むシールリップ７３を有してい
る。また、中央片２４は、その周囲に支持壁７５を有するとともに、中間シール
リップ７６を有している。上記シールリップ７３，７６と支持壁７５は、ガスケ
ット６３を局部的に圧縮し、シールを完成する。種々の流路および室を密封する
のに加えて、ガスケット６３は、複数の穴６０のうちの１つを通じて駆動させら
れたときに、対応する弁座８４に圧入し、これによって中央片２４の複数の流路
のうちの１つを塞ぐことにより、弁軸としても機能する。この弁動作については
、図１５〜１６を参照しながら後でより詳細に説明する。

【００１４】 ガスケット６３はまた、溶解室８６の底面壁を形成しており、この底面壁に当
接してトランスデューサが配置され、溶解室８６内の細胞あるいはウイルスの破
壊を生ぜしめる。ガスケット６１,６３は夫々、好ましくはエラストマーで構成
されている。適切なガスケット材料は、シリコンゴム、ネオプレン、エチレンプ
ロピレンジエンモノマー、あるいはその他の弾性材料である。ガスケット６１,
６３は夫々、好ましくは0.005〜0.125インチ(0.125〜3.175mm)の範囲の厚さであ
り、より好ましくは0.01〜0.06インチ(0.25〜1.5mm)の範囲の厚さである。現在
好適とされている厚さは、0.31インチ(0.79mm)である。ガスケットの厚さとして
は、ガスケットが、流路や室を密封し、力が加えられたときに弁座８４に圧入し
、そして圧力がかかっている状態で広がってトランスデューサと接触するのに十
分な弾力性を備えるような厚さが選択されている。

【００１５】 図３に示されるように、中央片２４はスロット７９を有し、カートリッジ組み
立ての際にこのスロットに反応容器４０が挿入される。この反応容器４０は、流
体を加えたり、反応容器から流体を除くための２つの流体ポート４１，４３を有
している。頂部片２２が、ガスケット６１を介して中央片２４に密着させられる
と、上記流体ポート４１，４３は、それぞれ頂部片２２に形成された流路８０,
８１(図４参照)と流体連通する。ガスケット６１は、流体ポート４１,４３と流
路８０,８１との間の夫々の流体境界面を密封する。頂部片、中央片、底部片２
２,２４,２６は、好ましくは、ポリプロピレン、ポリカーボネート、あるいはア
クリルなどのポリマー材料で作られた射出成形部品である。大量生産には成形が
好適であるが、頂部片、中央片、底部片２２,２４,２６の機械加工も可能である
。頂部片、中央片、底部片２２,２４,２６は、ねじあるいは留め金具で結合して
もよい。これと択一的に、超音波接合、溶剤結合、あるいはスナップ嵌合設計を
用いて、カートリッジを組み立てることもできる。

【００１６】 また、図４はフィルタリング８８を示している。このフィルタリング８８は、
溶解室８６のフィルタの積み重ねを圧縮し、保持している。図６は、フィルタス
タック８７の分解図を示している。このフィルタスタック８７の目的は、試料流
体が溶解室を通るときに、流体試料から細胞やウイルスを捕捉することである。
そして、捕捉された細胞やウイルスは、溶解室８６において破壊（溶解）される
。細胞は、動物細胞または植物細胞、胞子、バクテリア、あるいは微生物であっ
てもよい。ウイルスは、ＲＮＡあるいはＤＮＡ核を取り囲んでいるたんぱく質被
膜を有するあらゆる種類の感染性物質でもよい。

【００１７】 上記フィルタスタック８７は、ガスケット９３、第１フィルタ９４、ガスケッ
ト９５、第１フィルタ９４よりも小さな孔を有する第２フィルタ９７、ガスケッ
ト９８、第２フィルタ９７よりも小さな孔を有する第３フィルタ100、ガスケッ
ト101、メッシュ102、ガスケット103を備えている。また、フィルタスタックは
、好ましくは第１，第２フィルタ９４,９７の間に配置された第１組のビーズ９
６と、第２,第３フィルタ97,100の間に配置された第２組のビーズ９９を有して
いる。フィルタリング８８は、フィルタスタック８７を溶解室８６に圧入するの
で、ガスケット９３はフィルタ９４を押圧し、フィルタ９４はガスケット９５を
押圧し、ガスケット９５はフィルタ９７を押圧し、フィルタ９７はガスケット９
８を押圧し、ガスケット９８はフィルタ100を押圧し、フィルタ100はガスケット
101を押圧し、ガスケット101はメッシュ102を押圧し、メッシュ102はガスケット
103を押圧し、ガスケット103は溶解室８６の底面壁の外周部を押圧する。ビーズ
９６がフィルタ９４,９７の間の空間を自由に移動するように、ガスケット９５
の厚さはビーズ９６の平均直径よりも大きくなっている。同様に、ビーズ９９が
フィルタ97,100の間の空間を自由に移動するように、ガスケット９８の厚さはビ
ーズ９９の平均直径よりも大きくなっている。流路106を通って溶解室８６に流
れ込む試料流体は、まずフィルタ９４を通って、それからフィルタ９７を通って
、その次にフィルタ100を通って、最後にメッシュ102を通る。フィルタスタック
８７を通った後、試料流体は溶解室８６の上部に形成されたフローリブ９１を通
って、排出流路(図６には示さず)を通過する。

【００１８】 図５を参照すると、上記フィルタスタックに捕捉された細胞あるいはウイルス
(図５には図解の明瞭化のため図示せず)は、トランスデューサ９２(例えば、超
音波ホーン)を溶解室８６の壁に直接結合することによって溶解される。この実
施形態において、溶解室８６の壁は、可撓ガスケット６３によって形成されてい
る。トランスデューサ９２は、上記壁の外面に直接接触するべきである。「外面
」とは、溶解室８６の外面である壁の表面を意味している。トランスデューサ９
２は、溶解室８６において作動させられて動圧の圧力パルスまたは圧力波を発生
する振動装置である。この圧力波は、ビーズ９６,９９(図６)を振り動かし、ビ
ーズのこの動きが、捕捉された細胞あるいはウイルスを破裂させる。一般に、溶
解室８６の壁に接触するトランスデューサは、超音波、圧電、磁気歪、あるいは
静電のトランスデューサでよい。また、トランスデューサは、ボイスコイルモー
タあるいはソレノイド装置などの巻きコイルを有する電磁装置であってもよい。
アクチュエータは、超音波ホーンなどの超音波トランスデューサであるのが目下
好ましい。適切なホーンとしては、アメリカ合衆国０６４７０−１６１４コネチ
カット州ニュートン、チャーチ・ヒル５３番に事務所を有するソニックス・アン
ド・マテリアル・インコーポレーテッドのものが市販されている。これと択一的
に、超音波トランスデューサは、圧電ディスクあるいはコンテナに連結されるそ
の他のいかなる種類の超音波トランスデューサを備えていてもよい。ホーン構造
は非常に反響し、再現可能で活発な励磁波とホーン先端の大きな動きをもたらす
ため、超音波ホーンを用いるのが目下好ましい。

【００１９】 図６において既に述べたように、フィルタスタックは、その両端にガスケット
を有している。図５に示されるように、カートリッジの中央片２４は、シールリ
ップ９０を有しており、このシールリップに対して、フィルタスタックの一端の
ガスケットが圧縮される。フィルタスタックの他端のガスケットは、フィルタリ
ング８８によって圧縮され、シールを形成する。ガスケット材料は、シールリッ
プ９０の外側のレリーフに張り出してもよい。シールリップ９０の幅は狭く（通
常０.５ｍｍ）、十分な密閉を行うのに余分な力を必要としない。

【００２０】 上記フィルタリング８８は、フィルタスタックとカートリッジガスケット６３
の間に保持されている。カートリッジガスケット６３は、中央片２４と底部片２
６の間にシールリップ406によって保持されている。したがって、力は底部片２
６からガスケット６３を介してフィルタリング８８へ伝わり、最後にフィルタス
タックに伝わる。フィルタリング８８は、ガスケット６３と接触する接触リップ
404を含んでいる。この接触リップ404は、密閉は行うものの、主要なシールリッ
プではなく、一つの力伝達機構である。接触リップ404の幅はシールリップ９０
の幅よりも大きく、撓みおよび密閉作用はフィルタスタックで発生し、カートリ
ッジガスケット６３を圧搾する際には生じないようになっている。また、カート
リッジ中央片２４は、フィルタリング８８を取り囲むシールリップ４０６を有し
ている。このシールリップは、フィルタリング８８の存在によって影響を受ける
ことのない有効密閉領域である。このため、シールリップ406とフィルタリング
８８上の接触リップ404との間には隙間407がある。この隙間407は、ガスケット
６３がシールリップ406と接触リップ404によって圧縮されるときに、隙間407へ
突出することができるようにするために備えられている。接触リップ404がシー
ルリップ406と異なる高さになる場合、このシールは、隙間407およびリップ404
と406との間の距離により、影響を受けることがない。

【００２１】 図６を再び参照すると、フィルタスタック８７は、試料流体がスタック８７を
通過するときに、スタック内のフィルタ９４,97,100のどれも目詰まりさせるこ
となく、細胞やウイルスを捕捉するのに効果的である。(穴の大きさが最も大き
い)第１フィルタ９４は、塩の結晶、細胞片、毛髪、組織などの粗粒物質を濾過
する。(穴の大きさが中くらいの)第２フィルタ９７は、試料流体中の細胞やウイ
ルスを捕捉する。(穴の大きさが最も小さい)第３フィルタ100は、試料中のさら
に小さい細胞やウイルスを捕捉する。したがって、フィルタスタック８７は、フ
ィルタを目詰まりさせずに、大きさが異なる試料成分の同時捕捉を可能にする。
第１フィルタ９４の平均的な穴の大きさは、試料流体から粗粒物質(例えば、塩
の結晶、細胞片、毛髪、組織)を濾過して取り除くのに十分小さく、かつ、所望
の分析物(例えば、核酸やたんぱく質)を含有する目標細胞やウイルスを通過させ
るのに十分大きくなるように選択される。一般に、第１フィルタ９４の穴の大き
さは、約２〜２５μｍの範囲にあるのが望ましく、現在好ましいとされている穴
の大きさは約５μｍである。

【００２２】 第２，第３フィルタの平均的な穴の大きさは、所望の分析物を含有する目標細
胞あるいはウイルスの平均的な大きさに応じて選択される。例えば、一実施形態
では、フィルタスタック８７は、淋疾(ＧＣ)およびクラミジア(Ｃｔ)有機体を捕
捉して、試料流体中の疾患の存在を決定するのに用いられる。ＧＣおよびＣｔ有
機体は異なる平均直径を有しており、ＧＣ有機体は約１〜２μｍ、Ｃｔ有機体は
約０.３μｍである。この実施形態において、第２フィルタ９７は、平均の穴の
大きさが約１.２μｍである一方、第３フィルタ100は、平均の穴の大きさが約０
.２２μｍであるので、ＧＣ有機体のほとんどは、第２フィルタ９７によって捕
捉される一方、Ｃｔ有機体のほとんどは、第３フィルタ100によって捕捉される
。したがって、フィルタスタックは、異なる大きさの目標有機体の同時捕捉を可
能にし、フィルタを目詰まりさせることなくこれを行う。フィルタ９７,100の穴
の大きさは、あらゆる大きさの所望の細胞あるいはウイルスを捕捉するように選
択することができ、本発明の範囲は上述の特定の例に限定されるものではない。

【００２３】 また、フィルタスタック８７は、捕捉された細胞あるいはウイルスを破裂させ
、細胞内の物質（例えば核酸）を細胞から解放するのに有効である。この点にお
いて、第１,第２組のビーズ９６,９９は二つの有益な目的にかなうものである。
まず第一に、ビーズは、トランスデューサによって発生させられた動圧の圧力パ
ルスまたは圧力波によって攪拌される。ビーズのこの動きは、捕捉された細胞あ
るいはウイルスを破裂させる。第二に、ビーズは、溶解された細胞あるいはウイ
ルスから放出された核酸をせん断し、核酸のストランド(染色分体)がフィルタを
通過して溶解室８６から流出するように、核酸のストランドを十分に短くするこ
とができる。細胞あるいはウイルスを破裂させるのに適したビーズには、ホウケ
イ酸ガラス、石灰ガラス、シリカ、およびポリスチレンのビーズがある。

【００２４】 ビーズは、多孔でも無孔でもよく、好ましくは１〜200μｍの範囲の平均直径
を有している。ビーズ９６,９９の平均直径は、ビーズによって破裂させるべき
目的の目標細胞あるいはウイルスに応じて選択される。第１組のビーズ９６の平
均直径は、第２組のビーズ９９の平均直径と同一でもよい。これと択一的に、第
１組のビーズ９６が、第２組のビーズ９９によって破裂させられるべき種類の細
胞あるいはウイルスとは異なる種類の目標細胞あるいはウイルスを破裂させるの
に用いられる場合、第１組のビーズ９６の平均直径が第２組のビーズ９９の平均
直径とは異なるように、ビーズの平均直径を選択することが有利である。例えば
、フィルタスタックが上述のようにＧＣやＣｔ細胞を捕捉するのに用いられる場
合、ビーズ９６は、ＧＣ有機体を破裂させるための直径２０μｍのホウケイ酸ガ
ラスビーズであり、ビーズ９９は、Ｃｔ有機体を破裂させるための直径106μｍ
のソーダ石灰ガラスビーズである。シリコンガスケット９５,９８は夫々、ビー
ズ９６,９９が移動したり、細胞あるいはウイルスを破裂させるための空間を提
供するのに十分な厚さを備えるべきである。

【００２５】 網102は、２つの有用な目的にかなう。第１に、網はフィルタスタック８７を
支えている。第２に、網は気泡を破裂させ、泡がフローリブ９１を経て溶解室８
６から外へ運ばれるようにする。効果的に気泡を破裂させるため、あるいは気泡
の大きさを小さくするために、網102は網目が細かいことが好ましい。網目の平
均の大きさが約２５μｍであるポリプロピレンで織られた網であるのが好ましい
。気泡が溶解室８６から逃げるのを確実にするために、フィルタスタック８７お
よび溶解室８６を経て液体が(重力に対して)流れ上がる向きでカートリッジを用
いるのが望ましい。溶解室８６を通る上向きの流れは、溶解室８６から気泡が出
ていくのを助ける。こうして、液体が溶解室８６に入るための入口ポートは、一
般に溶解室の最も低い位置にあるべきであり、一方、出口は最も高い位置にある
べきである。

【００２６】 フィルタスタックについて多くの異なる実施形態が可能である。例えば、他の
一実施形態において、フィルタスタックは２つのフィルタとこの２つのフィルタ
の間に１組のビーズを有するだけである。第１のフィルタの網目は最も大きく（
例えば５μｍ）、塩の結晶、細胞の破片、毛髪や組織等といった粗い物質を濾過
して取り除く。第２のフィルタの網目は第１のフィルタよりも小さくて、捕捉さ
れるべき目的細胞あるいはウィルスよりも僅かに小さい。このようなフィルタス
タックは、図３８を参照して後述する。カートリッジの他の実施形態において、
(粗い物質の濾過のために)網目の大きさが最大であるフィルタは、溶解室８６の
上流に位置するフィルタ室(図示せず)の中に置かれている。一つの流路がフィル
タ室を溶解室８６へ接続している。この実施形態では、溶解室内で目的細胞ある
いはウィルスを捕えるために、試料流体は最初にフィルタ室内の粗いフィルタを
通り、それから溶解室内の第２のフィルタを通る。

【００２７】 さらに、フィルタスタック内のビーズは、目的細胞あるいはウィルスの捕獲を
促進するように、試料流体内の目的細胞あるいはウィルスへの結合親和性を有し
ていてもよい。例えば、試料内の目的細胞と結合するために、抗体あるいは或る
受容体がビーズの表面に塗られていてもよい。さらに、溶解室８６は、目的細胞
あるいはウィルスと相互に作用し合う２つの異なる型のビーズを収容していても
よい。例えば、溶解室は、目的細胞あるいはウィルスと結合するように抗体ある
いは受容体で覆われた第１の１組のビーズと、捕捉された細胞あるいはウィルス
を破裂させる第２の１組のビーズ(第１の１組のビーズと混合されている)を収容
していてもよい。溶解室８６内のビーズもまた、破裂した細胞あるいはウィルス
から放たれた細胞内の物質(例えば核酸)との結合親和性を有していてもよい。そ
のようなビーズは、続く分離および分析のために、目的核酸を分離するのに役立
つ。例えば、溶解室はＤＮＡを分離するためにシリカビーズを有していてもよく
、ＲＴ−ＰＣＲのための伝達ＲＮＡを分離するために、オリゴｄｔを有するセル
ローズビーズを収容してもよい。溶解室８６はまた、ＰＣＲを妨げる不要な物質
(例えばタンパク質やペプチド)あるいは化学薬品(例えば塩、金属イオン、洗剤)
を、試料から除去するビーズを収容してもよい。例えば、溶解室８６はタンパク
質を除去するためのイオン交換ビーズを含んでいてもよい。これと択一的に、イ
ミノ二酢酸のような金属イオンキレート化剤を有するビーズは、生物学的試料か
ら金属イオンを除去する。

【００２８】 図２１,図２２は、反応容器４０の概略を示している。図２１は一部破断した
容器４０を示し、図２２は容器４０の正面図を示している。容器４０は、反応混
合物を収容する(本実施形態ではダイヤモンド形の)反応室４２を備えている。容
器４０は、反応混合物に対して出入りする伝熱が最適になり、かつ、反応混合物
を効率良く目視できるように設計されている。上記容器の薄い形状は、熱伝導お
よび熱板との接触のための広い面積を提供することによって、最適の熱力学特性
に寄与する。さらに、容器の壁は、反応室４２を覗き込む窓を提供し、反応混合
物の全体が目視検査できるようになっている。より詳しくは、図２１,図２２の
如く反応容器４０は、反応室４２の側壁５７A,５７B,５９A,５９Bを区画する剛
な枠４６を有する。この枠４６は、また、反応室４２に入口ポート４１およびこ
の入口ポートを反応室４３に接続する流路５２を区画する。入口ポート４１と流
路５０は、反応室４２に液体を加えるために用いられ、流路５２と出口ポート４
３は、反応室４２からの液体の出口として用いられる。アラインメント・プロン
グ４４A,４４Bは、カートリッジの組み立て中に容器４０を正確に位置決めする
ために用いられる。

【００２９】 図２１に示すように、容器４０は、剛な枠４６の両側に取り付けられて反応室
の対向する主壁を形成する薄い柔軟なシートを有する。(図１には、図解の明瞭
化のため剛な枠４６から分解された主壁４８が示されている。) かくて、反応室
４２は、枠４６の剛な側壁５７A,５７B,５９A,５９Bと、対向する主壁４８とに
よって区画される。対向する主壁４８は、側壁５７A,５７B,５９A,５９Bが主壁
４８を互いに連結するように枠４６の両側に封着される。主壁４８は、反応室４
２に収容された反応混合物への最適な熱伝導を促進する。各主壁は、十分に柔軟
で、夫々の熱面に合致するように接触して、熱面と反応室４２に収容された反応
混合物との間の最適な熱接触および熱伝達を提供する。さらに、柔軟な壁４８は
、熱交換作用の経過中の熱的膨張または収縮によって面の形状が変化しても、熱
面に合致し続ける。

【００３０】 図２３に示すように、柔軟な壁４８に接触する熱面は、反応室４２を挟むよう
に配置された１対の対向する板190A,190Bによって形成されるのが好ましい。容
器４０の反応室４２が板190A,190Bの間に挿入されると、この板の内面は壁４８
に接触し、柔軟な壁は板の面に合致する。板は、枠４６の厚さによって定義され
る反応室４２の厚さＴと等しい距離だけ互いに隔たっているのが好ましい。この
位置で、板面と壁４８の間には最小の隙間があるか、あるいは隙間が全くない。
板は、種々の熱素子によって加熱および冷却され、後に詳しく述べるように反応
室４２内の温度変化を引き起こす。

【００３１】 壁４８は、ポリプロピレン,ポリエチレン,ポリエステル,他のポリマーなどの
高分子材料からなる柔軟なフィルムであるのが好ましい。このフィルムは、例え
ば積層板等のように積層されているか、あるいは均質にすることができる。積層
されたフィルムは、均質なフィルムよりも一般に良好な強度と構造上の完全性を
有するので、より好ましい。特に、積層されたポリプロピレンフィルムは、ＰＣ
Ｒ(ポリメラーゼ・チェーン・リアクション)に対して抑制的でないので、現時点
で好ましい。これと択一的に、壁４８は、急速な伝熱を可能にする薄くて柔軟な
シートに形成できる他の材料から作ることができる。良好な熱伝導性を得るには
、各壁４８の厚さは、好ましくは略0.003〜0.5mm、より好ましくは0.01〜0.15mm
、最も好ましくは0.025〜0.08mmである。

【００３２】 再び図２２を参照すると、容器４０は、反応室４２内の反応混合物をその場所
で目視検査するための目視窓を有するのが好ましい。好ましい実施形態では、目
視窓は、剛な枠４６の側壁５７A,５７Bである。側壁５７A,５７Bは、反応室４２
内の反応混合物を側壁５７Aを介して励起でき、かつ、反応室４２から放射され
る光を側壁Bを介して検出できるように透光性である。矢印Ａは、側壁４２を介
して反応室４２に入射する照射光束を示し、矢印Ｂは、側壁５７Bを介して出射
する放射光(例えば反応混合物中の標識が付けられた分析対象物から放出される
蛍光)を示す。

【００３３】 側壁５７A,５７Bは、互いに角度が偏らせられているのが好ましい。側壁５７A
,５７Bは、略９０°の角度だけ互いに偏っているのが一般に好ましい。励起光路
と検出光路のなす９０°の角度は、側壁５７Aを介して入射する最少量の励起放
射が、側壁５７Bを介して出射することを保証する。さらに、上記９０°の角度
は、側壁５７Bを介して捕集されるべき最大量の放射光(例えば蛍光)を可能にす
る。側壁５７A,５７Bは、反応室４２の底部で「Ｖ」字状の交差をなすように互
いに繋がるのが好ましい。これと択一的に、角度をなす側壁５７A,５７Bは、互
いに直接繋がる必要はなく、容器の熱的および光学的性能を損なわない他の壁や
種々の機械的または流体的特徴部分などの中間部分によって分離されることがで
きる。例えば、側壁５７A,５７Bは、反応室４２に連通する一体化された毛細管
電気泳動領域などの他の処理領域に導くポートで繋がることができる。この実施
形態では、側壁５７A,５７Bの交差点の下方の枠４６から、位置決めタブ５８が
延び出している。タブ５８は、図２８を参照して後述する熱交換モジュールに容
器４０を適切に位置付けるために用いられる。

【００３４】 最適な光学的感度は、反応混合物中の標識が付けられた分析対象物を励起する
光束および検出される放射光の光路長を、下式で示されるように最大化すること
によって達成される。

【００３５】 Ｉ₀／Ｉ_i＝Ｃ*Ｌ*Ａ ここで、Ｉ₀はボルトで表示したフォトンなどの放射光の出力照度、Ｃは検出
されるべき分析対象物の濃度、Ｉ_iは入力照度、Ｌは光路長、Ａは分析対象物の
標識に用いた染料の固有吸光率である。

【００３６】 本発明の薄くて平坦な反応容器４０は、分析対象物の単位体積当たりの最大の
光路長を与えることによって、検出感度を最適化する。図２３,図２７を参照す
ると、容器４０は、反応室４２の各側壁５７A,５７B,５９A,５９Bの長さＬが１
〜１５mm、反応室の幅Ｗが1.4〜２０mm、反応室の厚さＴが0.5〜５mm、反応室の
幅Ｗの厚さＴに対する比が２:１であるように構成されるのが好ましいい。これ
らのパラメータは、反応室を通る平均で１〜１５mmという比較的大きい平均光路
長を持ち、しかも内部に収容する反応混合物の非常に急速な加熱と冷却を可能に
するに十分薄い容器を提供するので、現時点で好ましい。反応室４２の平均光路
長は、側壁５７Aの中央から反応室４２の中心までの距離に、反応室４２の中心
から側壁５７Bの中央までの距離を加えた長さである。 より好ましくは、容器４０は、反応室４２の各側壁５７A,５７B,５９A,５９Bが
、５〜１２mmの範囲の長さＬと、７〜１７mmの範囲の幅Ｗと、0.5〜２mmの範囲
の厚さＴとを有し、反応室の厚さＴに対する幅Ｗの比が、少なくとも４:１であ
る。これらの範囲は、容器を反応室の非常に急速な加熱と冷却を可能にするに十
分薄く維持したまま、より長い平均光路長(つまり、５〜１２mm)と１２〜100μl
の範囲の体積容量とをもつ容器を提供するので、より好ましい。比較的大きい体
積容量は、核酸などの低濃度の分析対象物の検出感度を増加させる。

【００３７】 好ましい実施形態では、反応容器４０は、側壁５７A,５７B,５９A,５９Bで区
画されるダイヤモンド形の反応室４２を有し、各側壁は、略１４mmの幅と、枠４
６の厚さによって定義される１mmの厚さＴと、略100μlの体積容量とを有する。
この反応容器は、反応室４２を通る１０mmという比較的長い平均光路長を提供す
る。加えて、薄い反応室は、内部に収容する反応混合物の非常に急速な加熱およ
び冷却の少なくともいずれかを可能にする。ダイヤモンド形の反応室４２は、反
応室が反応混合物で満たされる際、反応室内での気泡の形成を防ぐ助けをすると
ともに、反応混合物の目視検査を助ける。

【００３８】 図２２を再び参照すると、枠４６は、側壁５７A,５７Bが透光性になるように
、例えばポリカーボネートや透明なポリプロピレンなどの透光性の材料で作るの
が好ましい。ここで用いる透光性という用語は、１以上の波長の光が側壁を通る
ことを意味する。好ましい実施形態では、透光性の側壁５７A,５７Bは、実質上
透明である。さらに、透光性の側壁５７A,５７Bの上に１以上の光学要素を設け
ることができる。光学要素は、例えば、光源によって照射される溶液の全体積を
最大化したり、反応室４２の特定の領域に励起光を集光したり、反応室の可能な
限り大きい部分からの可能な限り多くの蛍光信号を集めたりできるように設計さ
れる。これと択一的な実施形態では、光学要素は、特定の波長を選択する(回折)
格子や、特定の波長のみを通すフィルタや、フィルタ機能を果たす色レンズで構
成できる。側壁の表面は、特定の波長の吸収を増加させる液晶などの材料で作る
か、被覆することができる。この好ましい実施形態では、透光性の側壁５７A,５
７Bは、実質上透明で略１mmの厚さをもつ平坦な窓である。

【００３９】 側壁５９A,５９Bは、この側壁５９A,５９Bを経て反応室４２から出ようとする
光を内方へ反射する反射面５６を備えるのが好ましい。反射面５６は、隣接する
面が略９０°の角度だけ互いに偏らせられて配置されている。さらに、枠４６は
、側壁５９A,５９Bと支持リブ５３との間に空き空間を区画する。この空き空間
は、枠の材料(例えばプラスチック)と異なる屈折率をもつ周囲空気によって占め
られている。反射面５６は、上記屈折率の差によって側壁５９A,５９Bを経て反
応室から出ようとする光を内方へ効果的に反射し、側壁５７A,５７Bを経る光学
信号の検出を増大させる。好ましくは、透光性の側壁５７a,５７Bは、ダイヤモ
ンド形の底部を区画し、逆反射の側壁５９A,５９Bは、反応室の頂部を区画する
。

【００４０】 反応容器４０の好ましい製作方法を、図２１,図２２を参照しつつ説明する。
反応容器４０は、公知の射出成形技術を用いて剛な枠４６をまず成形することに
よって作られる。枠４６は、例えば透明なポリプロピレンなどのポリマー材料か
らなる単一片として成形するのが好ましい。枠４６が作られた後、薄くて柔軟な
シートが、所定寸法に切断され、反応室４２の主壁４８を形成するように枠４６
の両側に封着される。主壁４８は、例えばポリプロピレンのフィルムなどのポリ
マー材料を流し込みまたは押し出して作るのが好ましく、このフィルムは、所定
寸法に切断され、次の手順を用いて枠４６に取り付けられる。第１のフィルムが
、枠４６の片面を覆うように置かれる。枠４６は、フィルムの頂縁を整列させる
タックバー４７を持つのが好ましい。フィルムは、タックバー４７から下方の枠
４６の下部を完全に覆い、かつ、フィルムの頂縁がタックバー４７に整列するよ
うにして枠４６の下部を覆って置かれる。フィルムは、容易に保持して枠を横切
って平坦に引き伸ばせるように、枠４６の下部よりも大きい。次いで、フィルム
は、枠を覆うフィルムの部分を枠にクランプし、枠の外周を越えて外方へ延びる
フィルム部分を、例えばレーザやダイス型を用いて切除することによって、枠の
輪郭に一致する寸法に切断される。そして、フィルムは、好ましくはレーザを用
いて枠にタック溶接される。

【００４１】 次に、フィルムは、好ましくはヒートシールによって枠４６に封着される。ヒ
ートシーリングは、接着剤や溶剤接着技術を用いた場合のような潜在的汚染物質
が容器に導入されることなく、強力なシールを作ることができるので、本実施形
態で用いられる。また、ヒートシーリングは、簡単で安価である。ヒートシーリ
ングは、例えば加熱プラテンを用いて行なわれる。反応室４２を完成すべく枠４
６の反対面に第２のシートを切断して封着するために、同じ手順が用いられる。
この製造手順には、多くの変形例が可能である。例えば、択一的な実施形態では
、フィルムは、枠４６の下部を横切って引き伸ばされて、フィルムを所定寸法に
切断する前に枠に封着される。フィルムを枠に封着した後、枠の外周を越えて外
方へ伸びるフィルム部分が、たとえばレーザやダイス型を用いて切除される。

【００４２】 本実施形態では、単一片として枠４６をモールド成形したが、枠を複数の片か
ら作ることもできる。例えば、角度をなす光学窓を形成する側壁５７A,５７Bは
、良好な透明性をもつポリカーボネートをモールド成形して作る一方、枠の残り
の部分は、安価でＰＣＲ(ポリメラーゼ・チェーン・リアクション)と互換性がある
ポリプロピレンをモールド成形して作ることができる。例えば、側壁５７A,５７
Bは、プレス嵌めまたは接着の少なくともいずれかで枠４６の残りの部分に取り
付けられる。次いで、柔軟な壁４８は、前述のように枠４６の両側に取り付けら
れる。

【００４３】 図３を再び参照すると、反応容器４０のポート４１,４３を対応するカートリ
ッジ本体内の流路８０,８１(図４)に封着するために、本実施形態ではガスケッ
ト６１を用いている。これと択一的に、ルアー(luer)嵌め、締り嵌め、またはスエ
ージング嵌めを用いて流体シールを行なうこともできる。他の実施形態では、カ
ートリッジ本体と反応容器４０の枠は、単一部材としてモールド成形され、反応
容器の主壁は、枠の両側にヒートシールされる。

【００４４】 再び図２２を参照すると、反応室４２は、液体(例えば反応混合物)をポート４
１と流路５０を経て反応室４２に強制的に流入させることによって、充填される
。液体は、差圧(つまり、液体を入口ポート４１を経て押し込み、あるいは出口
ポート４３に真空を加えて液体を吸い出す)を用いて強制的に反応室４２に流入
させることができる。液体が反応室４２を充填すると、液体は反応室内の空気と
置き換わる。置き換えられる空気は、流路５２とポート４３を経て排出される。
反応室４２内の分析対象物を最適に検出するには、反応室は、気泡を含んではな
らない。反応室４２内に気泡がトラップされるのを防止するため、反応室４２と
出口流路５２との間の接続は、反応室４２において(重力に対して)最も高い位置
になければならない。これが、反応室４２内の気泡を、トラップされることなく
外部へ逃がさせる。従って、容器４０は、図２２に示すように鉛直に向けて用い
られるように設計されている。

【００４５】 図２５は、水平に向けて用いられるように設計された他の反応容器206を示し
ている。この反応容器206は、入口ポート４１と、この入口ポート４１を反応室
４２の底部に接続する入口流路５０とを有する。上記反応容器は、また、出口ポ
ート４３と、この出口ポート４３を反応室４２の頂部に接続する出口流路５２と
を有する。こうして、反応室４２内の気泡は、トラップされることなく総て出口
流路５２を経て外部へ逃げる。図２６は、２つの入口ポート４１,４５と１つの
出口ポート４３をもつ他の容器207を示している。入口流路５０,５４は、夫々の
入口ポート４１,４５を反応室４２に接続し、出口流路５２は、反応室４２を出
口ポート４３に接続する。反応容器の多くの異なった実施形態が可能である。各
実施形態において、反応室４２を(重力に対して)最も高い点から排気し、反応室
内により低い点から液体を導入するのが好ましい。

【００４６】 図１５Ａ,図１５Ｂは、キャリッジに用いられる２種類の弁を示している。図
１５Ａに示すように、弁の動作には２種類の基本的概念があり、従って２種類の
弁がある。第１の弁は、キャリッジケースの中央片２４に形成された円錐形状つ
まり円錐状の弁座160を用いている。弁座160は、中央片２４にモールド成形また
は機械加工された窪みや凹部や穴である。弁座160は、円錐状の弁座160の中心で
交差するポートまたは流路157を介して反応室167に連通する。図１５Ｂに示すよ
うに、球面をもつ弁アクチュエータ164は、弾性部材６３に押し付けられて弁座1
60に着座し、膜６３と弁座160との間に円環状の接触を確立する。この運動学的
原理は、円錐に着座する球の原理である。膜６３と弁座160とによって形成され
る円状のシールは、流路157(と従って反応室167)と弁座160の側部から延び出す
側流路158との間の流れを防止する。側流路158は、膜６３とカートリッジの中央
片２４とによって区画される。

【００４７】 図１５Ａに示すように、他の種類の弁は、流路158と、膜６３とカートリッジ
の中央片２４との間に形成される他の側流路159との間の流れを制御する。この
場合、円環状の接触は、有効ではない。その代わりに、第２の弁は、カートリッ
ジの中央片２４に形成された窪みや凹部や穴161で構成される。穴161は、流路15
8と159を互いに分離する。流路158の端部は、穴161の一方の側に配置され、流路
159の端部は、穴161の他方の側に配置される。穴161は、流路158の端部近傍に位
置する第１曲面162Aと、流路159の端部近傍に位置する第２の曲面162Bと、第１,
第２の曲面162A,162Bの間の第３の面162とによって区画される。図１５Ｂに示す
ように、曲面は、流路158と流路159との間の流れをシールするための膜６３の基
本的接触領域である２つの弁座を備えている。この運動学的原理は、3つの接触
点で支えられる球(または弁アクチュエータの球状の端部)と、アクチュエータに
働く上向きの力と、２つの弁座162A,162Bとの原理である。

【００４８】 図１６Ａに示すように、第１の曲面162Aと第２の曲面162Bは、好ましくは同心
の球面である。弁アクチュエータ164も、膜６３を曲面162A, 曲面162Bに密に押
し付ける球面を有する。さらに、各曲面162A,162Bは、弁アクチュエータ164の曲
率半径Ｒ２に膜６３の厚さＴを加えた組み合わせ半径に等しい曲率半径Ｒ１を有
するのが好ましい。例えば、弁アクチュエータ164の曲面の曲率半径Ｒ２が0.094
インチで、膜６３の厚さＴが0.094インチであれば、各曲面162A,162Bの曲率半径
は、0.125インチである。一般に、弁座の寸法と曲率半径は、カートリッジ内の
流路の寸法に依存する。弁は、流路を効果的にシールするに十分な大きさであっ
て、カートリッジ内の無駄な空間を最小化するように作られるのが好ましい。

【００４９】 図１６Ｂに示すように、第３の面163は、膜６３が第１,第２の面162A,162Bに
押し付けられるとき、膜６３と第３の面163との間に隙間166が生じるように第１
,第２の面から窪ませて作られている。換言すれば、第１の面162Aと第２の面162
Bは、第３の面163から上昇または隆起させれられている。隙間166は、膜６３に
よって最大の圧力が弁座162A,162Bに加わるように、膜６３が凹部161の全面でな
く、弁座162A,162Bに基本的に接触することを保証する。これによって、最小の
アクチュエータ力でもって非常に強いシールが提供される。

【００５０】 再び図１５Ｂを参照すると、両方の種類の弁において、夫々の運動学的原理が
、嵌合する部材の位置を定義する。円錐内の球の概念および２つの球面と接触す
る球の概念のいずれにおいても、球または球状に形成された弁アクチュエータは
、弁座に押し付けられるとき、それ自身の位置を実現しようとすることが可能に
なる。弁アクチュエータとキャリッジの底部片２６内の穴との間には、弁座の作
用のみが嵌合片の位置を決めるようにアクチュエータが移動するような熟考され
た隙間(例えば0.01〜0.03インチ)がある。

【００５１】 弁アクチュエータは、種々の機構によって制御できる。図１７〜図１９は、こ
のような機構を示している。図１７に示すように、弁アクチュエータ172は、ガ
スケット６３を弁座に押し込むような球面を有する。アクチュエータ172は、下
部にフランジ177も有する。カートリッジは、カートリッジの底部片２６の出っ
張りに当接して弁アクチュエータをガスケット６３に向けて付勢するばねなどの
弾性体を備える。ばね174は、熟考された力がアクチュエータ172を押し下げるよ
うに働かない限り、十分に強力で弁を閉じる。キャリッジ内の弁は、キャリッジ
の使用前の運送や保管のために、このようにして閉状態に維持される。こうして
、キャリッジは、試料液を分析するための必要な試薬と洗剤が予め製造中に充填
され、これらの充填液体が運送や保管中に漏れ出すことがない。

【００５２】 アクチュエータを押し下げる機構は、通常、試料分析のためにキャリッジが置
かれる装置内に設けられる(このような装置の１つは、図１０を参照して詳しく
後述する)。押し下げ機構は、アクチュエータ172のフランジ177を収容する顎部1
81をもつ枢着された押し下げ部材180を回転させるスライドガイド175で構成され
る。図１８に示すように、スライドガイド175は、枢着された押し下げ部材180を
、フランジ177が顎部181内に位置するまで回転させる。図１９に示すように、ソ
レノイド146は、押し下げ部材180、従って弁アクチュエータ172を押し下げ、その
結果、ガスケット６３が弁座から開放され、弁が開き、流路170と流路171間に液
体が流れる。

【００５３】 図２０は、カートリッジ内の試料室、洗剤室、中和室、および試薬室に対して流
体が制御されて流入および流出する様子を示している。これらの各室は、図２０
の室414で示されるように、ガスは通すが液体は通さない疎水性の膜410で覆われ
ている。疎水性の膜410は、室414と圧力ポート３２の間に位置付けられている。
圧力ポート３２は、カートリッジの頂部片２２内に設けられ、室414の上に位置
する。膜410は、キャリッジの運送や保管中に、仮にキャリッジが倒立したとし
ても、室414内に液体を保持する。圧力ポート３２は、圧力ノズル812を収容する
ような寸法になっており、上記圧力ノズルは、通常外部の装置に設けられる圧力
源(例えば真空ポンプまたは空気圧ポンプ)に接続される。ノズル182は、Ｏリン
グ184とフランジ415とを有する。ばね185は、フランジ415に当接してノズル182
を圧力ポート３２に押し付け、Ｏリング184が圧力ポート３２の周りのシールを
確立する。運転において、正の空気圧または真空が、圧力ポート３２を介して室
414に加えられ、室414に対して液体を強制的に流入または流出させる。

【００５４】 円錐状の弁座160(図１５Ａ,図１５Ｂを参照して既に述べた)は、室414と接続
流路411との間の液体の流れを制御すべく室414の下方のカートリッジの中央片２
４内に設けられている。弁は、フランジ187と、このフランジに当接して、アク
チュエータ186に下向きの力が加わるまで弁を閉状態に保持するばね188とをもつ
弁アクチュエータ188によって、開閉される。下向きの力は、弁を開くべくアク
チュエータ186を押し下げるソレノイドによって加えられるのが好ましい。弁ア
クチュエータ186とソレノイドは、前述の装置に設けられる。

【００５５】 図７,図８は、カートリッジの上面図と底面図を夫々示している。図９は、は
、カートリッジの概略ブロック図である。図７〜図９のいずれにも示されるよう
に、カートリッジは、カートリッジに流体試料を加えるポートをもつ試料室６５
と、この試料室６５から延び出す試料流路とを有する。試料流路は、試料室６５
から延び出して、弁107を経て流路106に入る。流路106は、センサ域を有し、セ
ンサ域の流路106は、流路内に液体が存在することを容易に目視検出できる平坦
な底部を有する。試料流路は、流路106から溶解室８６に入ってフィルタスタッ
ク８７を通る。試料流路は、流体が溶解室８６から出る流路109と、平坦な底部
の検出域137をもつ流路110と、弁111と、弁114を経て通気孔をあけた廃液室６８
に導く流路112とを有する。

【００５６】 カートリッジは、また、洗剤溶液を保持する洗剤室６６と、リジン試薬を保持
する試薬室６７とを有する。洗剤室６６は、弁115、流路117および流路106を経て
溶解室８６に接続される。試薬室６７は、弁119、流路117および流路106を経て溶
解室８６に接続される。試料成分(例えば、試料中の細胞またはウィルス)は、フ
ィルタスタック８７に捕捉され、溶解室８６内で溶解されて試料成分から目標の
分析対象物(例えば、核酸)が解き放たれる。カートリッジは、また、溶解室８６
から延び出して化学反応と光学的検出のための反応容器４０へ、流体試料から分
離された分析対象物を運ぶための分析対象物流路を有する。分析対象物流路は、
溶解室８６から延び出して、流路109、流路110および弁111を通る。分析対象物流
路は、弁111を通った後、試料流路から分岐する。試料流路は、流路112を経て廃
液室６８に入る一方、分析対象物流路は、Ｕ字状流路122へ分岐する。次いで、
分析対象物流路は、弁124を経て中和室７０に流入した後、流出する。また、分
析対象物流路は、弁126を経て主混合室７１に流入した後、流出する。分析対象
物流路は、主混合室７１から流路122に沿って延び、弁127と流路８０とポート４
１とを経て反応容器４０に入る。

【００５７】 反応容器４０は、この反応容器に反応混合物を加えるためのポート４１と、こ
の反応容器から流体(例えば、空気または過剰な反応混合物)を出すためのポート
４３とを有する。カートリッジは、ポート４３と連通する流路８１を有する。流
路８１は、この流路に液体が存在することを検出するための平坦な底部の検出域
130を有する。流路８１は、流路131(流路131は、図７の上面図の紙面と垂直方向
に真直ぐ下方へ延びる)に接続される。流路131は、流路132に接続され、流路132
は、弁133を介して流路134(流路134は、図７の上面図の紙面と垂直方向に真直ぐ
上方へ延びる)に接続される。流路134は、カートリッジからガスは逃がすが、液
体は逃がさない疎水性の膜を有するベント３６に繋がる。反応容器４０の下流に
位置する上記流路、ベントおよび弁は、操作の節で後述するように、反応容器の
反応室４２を加圧するために用いられる。

【００５８】 カートリッジは、また、試料室６５の上方に位置する第１圧力ポート105と、
洗剤室６６の上方に位置する第２圧力ポート116と、試薬室６７の上方に位置す
る第３圧力ポート118と、中和室７０の上方に位置する第４圧力ポート123と、主
混合室７１の上方に位置する第５圧力ポート125と、Ｕ字状流路122の上方に位置
する第６圧力ポート128とを有する。カートリッジは、廃液室６８と連通するセ
ンサ室120,121を更に有する。センサ室120,121は、後に詳述するように、廃液室
６８に予め定められた体積の液体が収容されたとき、表示を行なう。

【００５９】 図１０を参照すると、カートリッジは、１以上のカートリッジを収容するよう
に設計された装置140と組み合わせて用いるのが好ましい。図解を明瞭化するた
、図１０に示された装置140は、カートリッジを１つだけ収容するものである。
しかし、上記装置は、複数のカートリッジを同時に処理するように設計できるも
のと解釈されなければならない。装置140は、処理のためにカートリッジが入れ
られるカートリッジネストを有する。装置140は、カートリッジの溶解室内に動
圧パルスまたは圧力波を発生させるトランスデューサ９２(例えば、超音波ホー
ン)と、カートリッジ内の９つの弁を動かす９つの弁アクチュエータ142と、弁ア
クチュエータを押し下げる対応する９つのソレノイド146と、キャリッジ内に形
成された対応する６つの圧力ポートに接続するための６つの圧力ノズル145とを
有する。更に、上記装置は、圧力ノズル145を経てカートリッジに圧力を供給す
る１以上の調整された圧力源に接続されるか、この圧力源を有する。適切な圧力
源は、油差しポンプ、圧縮空気源、空気圧ポンプまたは外部圧力源への接続手段を
有する。上記装置は、３つのスロット付き光学センサ143と、３つの反射型光学
センサ144とを有する。

【００６０】 図１３は、センサ室120,121および試薬室６７内の液体を検出するために設け
られたスロット付き光学センサ143を示している。各センサ143は、組み込みＬＥ
Ｄ(発光ダイオード)と、上記センサの反対側に配置されたホトダイオードとを有
する。ＬＥＤは、光束を放射し、この光束は、実質上屈折させられないなら、ホ
トダイオードによって検出される。このようなスロット付き光学センサは、幾つ
かのメーカによって市販されている。カートリッジは、スロット付き光学センサ
が室67,120,121の周りに適合するような形状になっている。各センサの操作は、
次のとおりである。センサが取り囲む室内に液体が存在しないなら、ＬＥＤから
の光束は、室内の空気によって実質上屈折され、室の内壁で曲がって、あるとし
ても微弱な信号だけがホトダイオードによって検出される。なぜなら、空気は、
プラスッチク製のカートリッジの屈折率とかけ離れた屈折率を持つからである。
しかし、室内に液体が存在すると、ＬＥＤからの光束は、僅かあるいは全く屈折
されず、ホトダイオードで検出される非常に強い信号が発生される。なぜなら、
液体は、プラスチック製のカートリッジの屈折率に近似した屈折率を持つからで
ある。従って、光学センサ143は、室67,120,121に液体が存在するか否かを決め
るのに有用である。

【００６１】 図１４は、廃液室６８に連通し、スロット付き光学センサ143によって囲まれた
センサ室120の概略破断側面図を示している。センサ室120とセンサ143は、予め
定められた体積の液体が廃液室６８に存在するとき、これを表示するために用い
られる。センサ室120は、溢水リムつまり溢水リム152をもつ壁151によって廃液
室６８から部分的に分離されている。上記壁の高さは、予め定められた体積の液
体が廃液室６８に収容されたとき、この液体が溢水リム152を越えてセンサ室120
に流れ込むように選ばれている。そして、センサ室120内の液体は、センサ143に
よって検出される。

【００６２】 再び図１３を参照すると、キャリッジは、廃液室６８に連通する第２センサ室
121を有する。第２センサ室121も、溢水リムをもつ壁153によって廃液室６８か
ら分離されている。壁153は、壁152よりも高くて、予め定められた第１の体積の
流体に加えて予め定められた第２の体積の流体が廃液室６８に収容されるまで、
流体が壁153を越えて溢れないようになっている。センサ室120,121と光学センサ
143は、カートリッジの操作を制御するのに役立つ。壁152の高さは、試料室６５
からの所定体積の試料流体が試料流路を経て廃液室６８に流入したとき、試料流
体がセンサ室120に溢れ出して検出されるように選ばれるのが好ましい。センサ
室120での試料流体の検出は、洗剤室６６からの洗剤溶液の放出を引き起こし、
この洗剤溶液は、試料流路を経て廃液室６８に流れ込む。廃液室６８に収容され
る洗剤溶液の体積が増加すると、流体は壁153を越えてセンサ室121に流れ込んで
、検出される。センサ室121で液体が検出されると、試薬室６７からのリジン試
薬の放出が引き起こされる。試薬室６７を取り囲むセンサ143が、試薬室６７が
空であることを表示すると、超音波による溶解(溶菌)の開始が引き起こされる。
これと択一的実施形態では、カートリッジは、試料用と洗剤用の２つの廃液室を
有し、各廃液室は、それに接続された夫々のセンサ室を有する。

【００６３】 インラインの反射型光学センサ144は、流路81,106,110の底部が平坦な検出域1
30,136,137内の液体の有無を決定するのに用いられる(図７)。各センサ144は、
組み込まれたエミッタと、平坦な底部の検出域の上方に配置された検出器とを有
する。エミッタは、光束を放出し、この光束は、カートリッジで反射されて検出
器で検出される。センサは、空気／液体の境界が検出域を通過するとき、信号の
変化を検出する。オプションとして、検出操作をより信頼性あるものにするため
、２重エミッタの反射型光学センサを用いることができる。上記２種の反射型光
学センサは、この技術分野で周知であり、市販されている。

【００６４】 再び図１０を参照すると、装置140は、カートリッジの反応容器を収容するた
めのスロット148をもつ熱交換モジュール147を有する。この熱交換モジュール14
7は、図２８を参照して詳しく後述する。上記装置140は、カートリッジの上方の
蓋150をラッチするラッチ機構149を有する。カートリッジネスト141は、カート
リッジの脚を収容する整列穴401を有する。整列穴401は、ネスト内にカートリッ
ジを適切に位置決めすることを保証し、その結果、圧力ノズル145、トランスデュ
ーサ９２および弁アクチュエータ142は、キャリッジ内の対応するポートに嵌合
し、反応容器は、スロット148に嵌合する。トランスデューサ９２は、カートリ
ッジがネスト141に入れられるとき、図５の破断図に示すように、溶解室８６の
底壁に接触するように装置140内に位置決めされなければならない。さらに、上
記装置は、トランスデューサ９２を溶解室８６の壁に当接するように付勢するば
ねなどの機構を有する。

【００６５】 装置140は、ソレノイド146、トランスデューサ９２、熱交換モジュール147およ
び光学センサ143,144の操作を制御するマイクロコントローラをもつ主論理ボー
ドを含む図１０に図示しない種々の慣用の装備を備える。上記装置は、この装置
およびノズル145を経て空気圧を供給する空気圧ポンプに電力を供給する電源を
備えるか、あるいは電源に接続される。装置140は、例えば操作の節で後述する
機能を実行するべくプログラムされたマイクロコントローラなどを用いてコンピ
ュータ制御されるのが好ましい。これと択一的に、上記装置は、分離したコンピ
ュータまたは分離したコンピュータとオンボードのマイクロコントローラの組み
合わせによって制御してもよい。

【００６６】 図１１は、装置140に処理のために載せられたカートリッジ２０の等角投影図
を示している。図１１は、蓋150を開いた状態での装置140の部分破断図を示して
いる。再び図１１を参照すると、メモリまたはマイクロプロセッサのチップが、
カートリッジ２０の一部としてオプションで一体化される。上記チップは、カー
トリッジの種類などの情報、カートリッジを処理するための特定のプロトコルな
どのプログラム情報、出し入れのための公差、クオリティ・トッラキングのための
通し番号とロットコードおよび処理の結果を格納するための手段を有するのが好
ましい。カートリッジ２０に一体化された電子的メモリは、流体処理の種々のプ
ロトコルに対して装置140を迅速、容易、かつエラーなくセットアップすることが
できる。カートリッジ２０が装置140に挿入されると、この装置は、カートリッ
ジ上のメモリに電子的に呼びかけて、挿入されたカートリッジについて実行され
るべき流体処理のタイムシーケンスを制御するための適切な指令の組を自動的に
受け取る。上記装置140は、単にカートリッジのメモリ中の各ステップを順に検
索して実行するか、ユーザが例えばコントローラコンピュータを用いてシーケン
スを編集できるように、メモリ中の内容をダウンロードする。

【００６７】 カートリッジ上に、書込み可能なメモリ(例えば、紫外線消去型ＰＲＯＭ(ＥＰ
ＲＯＭ)や電気的消去型ＰＲＯＭ(ＥＥＰＲＯＭ))などの適切なメモリが含まれる
なら、カートリッジに導入された試料に基づく中間および最終結果は、処理後の
物理的試料と一緒に設けられた格納手段であるカートリッジのメモリに、上記装
置によって書き込むことができる。このことは、試料と結果を保管することが必
要な法医学などの適用例において、特に有利である。さらに、他の情報は、変更
できない(または変更できる)形式でカートリッジのメモリに格納することができ
る。例えば、カートリッジの通し番号、製造ロット情報および関連する情報は、
予めプログラムして変更不可にできる。ユーザのデータ、技術的な識別番号、試験
日、試験場所および装置の通し番号は、変更できないようにカートリッジに書き
込むことができる。このことは、試料を取り扱う際に「管理の鎖」による識別の
容易化を可能にする。データ格納の分野の専門技術者は、電子的メモリ手段以外
の光学的にアドレス付けられた印刷された領域(例えば、インクジェットや熱的)
や磁気テープなどのメモリ手段を想起するであろう。

【００６８】 図２８は、反応混合物中の分析対象物を熱処理し、光学的に検出するために反
応容器４０が挿入される上記装置の熱交換モジュールを示している。この熱交換
モジュール147は、モジュールの種々の構成要素を保持するハウジング208を備え
るのが好ましい。上記モジュール147は、前述の熱板190を有する。ハウジング20
8は、反応容器４０の反応室がスロットを経て上記熱板の間に挿入できるように
、熱板190の上方に(図２８に図示しない)スロットを有する。熱交換モジュール1
47は、好ましくはファン212などの冷却システムを有する。ファン212は、熱板、
従って反応容器内の反応混合物を冷却すべく、熱板190の表面を通り越して冷却
空気を送るような位置に設けられている。ハウジング208は、冷却空気を熱板190
を越えてモジュール147の外へ向かわせる流路を区画するのが好ましい。

【００６９】 熱交換モジュール147は、光学的な励起アセンブリ216と、反応容器４０に収容
された反応混合物を光学的に検査する光学的検査アセンブリ218とを更に有する
。励起アセンブリ216は、その電子構成部材を保持するための第１回路板220を有
し、光学的検査アセンブリ218は、その電子構成部材を保持する第２回路板222を
有する。励起アセンブリ216は、反応容器中の蛍光的に標識付けされた分析対象
物を励起するための１以上の光源(例えば、ＬＥＤ、レーザまたは電球)を有する
。励起アセンブリ216は、光源からの光を平行にする１以上のレンズと、関係す
る励起波長領域を選択するフィルタとを有する。検出アセンブリ218は、反応容
器４０から放出される光を検出する１以上の検出器(例えば、ホトダイオード、光
電子増幅管またはＣＣＤ)を有する。検出アセンブリ218は、放出光を集光し、平
行にする１以上のレンズと、関係する放出波長領域を選択するフィルタとを有す
る。熱交換モジュール147で用いられる適切な光学的励起アセンブリと光学的検
出アセンブリは、1999年11月25日に公開された国際公開WO 99/60380号公報(国際
出願番号PCT/US99/11182号)に開示され、その開示内容は、参考のため本願明細
書に一体化されている。

【００７０】 光学アセンブリ216,218は、反応容器４０の反応室が熱板190板の間に挿入され
たとき、励起アセンブリ216が、透光性の側壁５７A(図２２参照)を介して反応室
４２と光学的に連通し、検出アセンブリが、透光性の側壁５７B(図２２参照)を
介して上記反応室と光学的に連通するように、ハウジング208内に配置されてい
る。好ましい実施形態では、光学アセンブリ216,218は、反応容器の反応室が熱
板の間に挿入されたとき、光学アセンブリ216,218が側壁に直接接触するか、側壁
に極接近するように、光学アセンブリ216,218を単に熱板190の底部縁に隣接して
配置することによって、透光性の側壁と光学的に連通せしめられる。

【００７１】 図３４は、熱板190A,190Bの間に挿入された反応容器の反応室の部分破断等角
投影図を示している(反応容器の頂部は切除されている)。反応容器は、透光性の
側壁５７A,５７Bで形成された角度をなす(例えば三角形の)底部を有する。各熱
板190A,190Bは、対応する形状の底部を有する。第１熱板190Aの底部は、第１底
部縁250Aと第２底部縁250Bを有する。同様に、第２熱板190Bの底部は、第１底部
縁252Aと第２底部縁252Bを有する。各熱板の第１および第２底部縁は、側壁５７
A,５７Bが互いに偏る角度(例えば、９０°)と同じ角度だけ互いに偏っているの
が好ましい。さらに、熱板190A,190Bは、反応容器の反応室を挟んで収容するよ
うに配置されるのが好ましく、その結果、第１側壁５７Aが実質上各第１底部縁2
50A,250Bの近傍にこれと平行に位置し、第２側壁５７Bが実質上各第２底部縁252
A,252Bの近傍にこれと平行に位置する。この配置は、透光性の側壁５７A,５７B、
従って反応容器の反応室への容易な光学的アクセスを提供する。各光学アセンブ
リと側壁５７A,５７Bの間の光学的連絡を確立または改善するため、ゲルまたは
流体がオプションとして用いられる。上記ゲルまたは流体は、結合される要素の
屈折率に近い屈折率を有さなければならない。

【００７２】 再び図２８を参照すると、光学アセンブリ216,218は、励起光路と検出光路と
の間に９０°の角度を与えるように配置されるのが好ましい。励起光路と検出光
路の間の９０°の角度は、反応室の第１側壁を経て入射する最少量の励起放射が
、第２側壁を経て出射することを保証する。上記９０°の角度は、また、第２側
壁を経て集光されるべき最大量の放出放射を可能にする。好ましい実施形態では
、反応容器４０は、光学的検出のための反応容器４０の適切な位置決めを保証す
べく、光学アセンブリ216,218の間に形成されたスロットに嵌合する位置決めタ
ブ５８(図２２参照)を有する。検出を改善するため、熱交換モジュール147は、
反応容器４０の頂部を覆って設けられ、反応容器が熱板190の間に挿入された後に
ハウジング208を遮光する遮光蓋(図示せず)を有する。

【００７３】 本実施形態では、光学アセンブリ216,218を熱板190の底部縁に隣接して設けた
が、他の配置も可能である。例えば、光学アセンブリ216,218と反応容器の側壁
との間の光学的連絡は、光ファイバ、光パイプ、導波部材などの装置によって確立
できる。これらの装置の１つ利点は、光学アセンブリ216,218を熱板190の物理的
近傍に設ける必要がなくなることである。このことは、熱板の周りにより多くの
空間を残し、この空間に冷却空気や冷媒を循環させて、冷却を改善することがで
きる。

【００７４】 熱交換モジュール147は、このモジュールの電子構成部材を保持するＰＣボー
ド226と、このモジュール147を装置140(図１０)に接続するエッジコネクタ224と
を有する。熱板190上の加熱要素および温度センサと光学ボード220,222は、フレ
キシブルケーブル(図解の明瞭化のため図２８には図示せず)によってＰＣボード
226に接続される。熱交換モジュール147は、光学的検出回路をシールドするため
の接地トレース228を有する。熱交換モジュール147には、「加熱」、「冷却」、「
完了」、「故障」などのモジュールの現在の状況をユーザに表示するＬＥＤなど
の表示器をオプションで設けることができる。

【００７５】 ハウジング208は、剛で高性能なプラスチックまたは他の慣用の材料からモー
ルド成形で作ることができる。ハウジング208の主たる機能は、熱板190、光学ア
センブリ216,218、ファン212およびＰＣボード226を保持するための枠を提供する
ことである。ハウジング208は、ファン212からの冷却空気を熱板190の表面を横
切ってハウジングの外へ向かわせる流路とポートを有するのが好ましい。好まし
い実施形態では、ハウジング208は、互いに嵌合することによって熱交換モジュ
ール147の構成部材を挟んで囲む相補的部材片(図２８の概略側面図には一方の部
材片のみが示されている)を有する。

【００７６】 図２３を再び参照すると、熱板190A,190Bは、セラミックや金属を含む種々の
熱伝導性材料で作ることができる。適切なセラミック材料は、窒化アルミニウム
、酸化アルミニウム、酸化ベリリウムおよび窒化シリコンである。上記熱板を作る
ことができる他の材料は、例えば、砒化ガリウム、シリコン、窒化シリコン、酸化
シリコン、水晶、ガラス、ダイヤモンド、ポリアクリル酸、ポリアミド、ポリカーボネ
ート、ポリエステル、ポリイミド、ビニルポリマーおよびポリテトラフルオロエチ
レンなどのハロゲン化ビニルポリマーである。熱板の他の可能な材料は、クロム
／アルミニウム、スーパーアロイ(耐熱合金)、亜鉛合金、アルミニウム、鋼、金、銀、
銅、タングステン、モリブデン、タンタル、真鍮、サファイアあるいはこれ以外の当
分野で利用できる種々のセラミック、金属またはポリマー材料である。

【００７７】 本実施形態では、内面が非常に高い平滑度に都合良く加工できて高い耐摩耗性
が得られ、高い耐薬品性と反応容器の柔軟な壁への良好な熱伝導性が得られるこ
とから、セラミック板が用いられている。セラミック板は、好ましくは略0.6〜1
.3mmと非常に薄くすることができて、熱容量の低減によって非常に急速な温度変
化を与えることができる。セラミックで作られた板は、良好な熱伝導体、かつ電
気絶縁体であるので、板の温度は、この板に接続した抵抗加熱要素によって良好
に制御することができる。

【００７８】 種々の熱素子を熱板190A,190Bの加熱または冷却に用いることができ、従って
反応室４２内の反応混合物の温度を制御するここができる。一般に、板の加熱に
適した素子は、導熱ヒータ、対流ヒータまたは放射ヒータである。導熱ヒータの
例は、板に連結された抵抗加熱素子または誘導加熱素子である。適切な対流ヒー
タは、強制送風ヒータまたは板を貫流する流体用の流体熱交換器である。適切な
放射ヒータは、赤外線ヒータまたはマイクロ波ヒータである。同様に、板を冷却
するために種々の冷却素子を用いることができる。例えば、ファン、ぺルチェ素
子、冷凍装置または板の表面を貫流する冷却流体用のジェットノズルである。こ
れと択一的に、例えば板に直接接触する冷却された金属ブロックなどのヒートシ
ンク等種々の熱伝導性の冷却要素を用いることができる。

【００７９】 図２４を参照すると、各板190は、外表面に配置された抵抗加熱要素206を有し
ているのが好まい。抵抗加熱要素206は、厚いか、または薄いフィルムであり、
各板190、特に窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムのようなセラミック材料
からなる板上に直接スクリーン印刷される。スクリーン印刷は、高い信頼性と、
反応室内の熱を効率的に伝達するための小さな断面積とを有する。より均一な加
熱を提供するため、例えば先端部で密に、中間部で疎に抵抗器を配置することに
よって、幾何学的なパターンを変えた厚いか、あるいは薄いフィルム抵抗器が、
板の外側面に積層される。加熱要素を各板の外表面に積層するのが現在好ましい
が、これと択一的に、特に板がセラミックの場合、加熱要素は、各板の内側に設
けることができる。加熱要素206は、金属,タングステン,ポリシリコン, または
電位差が加えられると、熱せられる他の材料で作ることができる。加熱要素206
は、夫々の接点204と接続されている２つの端部を有しており、この接点204は、
加熱要素に通電すべく電圧源(図２４に示さない)に接続される。各板190は、ま
た熱電対,サーミスタ,またはＲＴＤのような温度センサ192を有するのが望まし
く、この温度センサ192は、２つのトレース202によって夫々接点204に接続され
ている。温度センサ192は、制御された帰還ループで板190の温度を監視するのに
使われる。

【００８０】 上記板は、板の迅速な加熱や冷却を可能にすべく小さい熱容量を有する。特に
、各板は、５Ｊ/℃以下、好ましくは３Ｊ/℃以下、最も好ましくは１Ｊ/℃以下の
熱容量を有する。本明細書で使われているように、板の熱容量という用語は、板
の質量と板の比熱の積として定義される。加えて、各板は、反応室の各主壁を覆
うのに充分な大きさであるべきである。目下の好ましい実施形態では、各板は、
例えば２mm〜２２mmの範囲の幅Ｘと、２mm〜２２mmの範囲の長さＹと、0.5mm〜
５mmの範囲の厚さを有する。各板の幅Ｘと長さＹは、反応室の幅と長さより僅か
に大きく選ばれている。さらに、各板は、図３４を参照して前述したように、反
応室の底部の外形に適合する角度をなす底部を有することが好ましい。また、好
ましい実施形態では、各板は、0.75Ｊ/ｇ℃の比熱を有する窒化アルミニウムで
作られる。各板の質量は、0.005ｇから5.0ｇの範囲にあるのが好ましく、その結
果、各板は、0.00375Ｊ/℃〜3.75Ｊ/℃の範囲の熱容量を有する。

【００８１】 対向する板190は、反応室の柔軟な主壁が板の内面に接触して一致するように
反応容器４０の反応室を挟み込んで収容するように配置される。板190は、例え
ば、ブラケット,支持具,または保持具を用いることによって、お互いに対向して
保持されることが目下好まれている。これと択一的に、板190は、国際公開第Ｗ
Ｏ９８/３８４８７号で述べられているように、互いに近づくようにばねで付勢
してもよく、上記国際公開の開示内容は、本明細書に参考として組み込まれてい
る。本発明の他の実施形態では、板の１つは、固定位置に保持され、この一番目
の板に向けて、二番目の板が付勢されている。もし、１以上のばねが板を互いに
近づくように付勢するのに使われるなら、ばねは、壁が板の内面に一致せしめら
れるように充分な力で、板が容器の柔軟な壁に押し付けられることを保証するよ
うな充分な硬さであるべきである。

【００８２】 図２９と図３０は、互いに対向して板190A,190Bを保持するための好ましい支
持構造209を示している。図２９は、支持構造の分解図を示し、図３０は、支持
構造の組立図を示している。図の明瞭化のために、支持構造209および板190A,19
0Bは、図２８の熱交換モジュールでの正常な方向づけを逆にした状態で示されて
いる。図２９を参照すると、支持構造209は、内部に形成されたスロット148を有
する取付板210を有する。スロット148は、反応容器の反応室が挿入できるくらい
の充分な大きさである。間隔支柱230A,230Bは、スロット148の両側で取付板210
から延び出ている。間隔支柱230Aは、その対向する両面に形成された窪み232(図
２９の等角投影図では片側のみが見える)を有し、間隔支柱Ｂは、その対向する
両面に形成された窪み234(図２９の等角投影図では片側のみが見える)を有して
いる。間隔支柱での窪み232,234は、板190A,190Bの端部を収容するためにある。
上記構造を組み立てるために、板190A,190Bは、板の縁が窪み232,234内に位置す
るように間隔支柱230A,230Bの両側に置かれている。そのとき、板の縁は、適切
な保持手段を用いて窪み内に保持される。好ましい実施形態では、板は保持クリ
ップ236A,236Bによって保持される。これと択一的に、板190A,190Bは、接着剤,
ねじ,ボルト,クランプ,または他の適切な手段によって保持することができる。

【００８３】 取付板210および間隔支柱230A,230Bは、全体的にプラスチックの単一のモール
ド成形片として作るのが好ましい。上記プラスチックは、板190A,190Bが熱せら
れたとき、溶けて変形しないポリエチルイミドのような高温プラスチックである
べきである。保持クリップ230A,230Bは、ステンレス鋼であることが好ましい。
取付板210は、各可撓ケーブル238A,238Bを支持するための窪み240A,240Bをオプ
ションで備えてもよく、上記可撓ケーブル238A,238Bは、加熱要素および板190A,
190B上に配置された温度センサを熱交換モジュール147(図２８)のＰＣ板226に接
続している。板190A近傍の柔軟なケーブル238Aの部分は、一片のテープ242Aによ
って、窪み240A内に保持され、板190B近傍の柔軟なケーブル238Bの部分は、一片
のテープ242Bによって、窪み240B内に保持される。

【００８４】 図３１は、組み立てられた支持構造209の等角投影図である。取付板210は、そ
の両面から延び出し、熱交換モジュールのハウジングに支持構造209を固定するた
めのタブ246を有するのが好ましい。図２８を再び参照すると、ハウジング208は
、取付板210を所定位置に確実に保持すべく上記タブを保持するためにスロット
を含むのが好ましい。これと択一的に、取付板210は、例えば、接着剤,ねじ,ボ
ルト,クランプ、または他の適切な手段を使ってハウジング208に取り付けること
ができる。

【００８５】 図２９を再び参照すると、支持構造209は、板190A,190Bの内面が互いに非常に
僅かな角度で傾くように、板190A,190Bを支持することが好ましい。好ましい実
施形態では、間隔支柱230A,230Bは、板190A,190Bが壁の対向する側に押し付けら
れるとき、板の内面が互いに僅かに傾くようになる僅かに先細になった壁244を
有する。図２３で最も良く示されているように、板190A,190Bの内面は、室４２
が挿入される僅かにＶ字形状となるスロットを形成すべく、互いに傾いている。
内面が互いに傾いている量は、非常に僅かであり、平行から略１°傾けられるの
が好ましい。両内面は、板190A,190Bの間に反応室４２が挿入される前に、板の
底部が板の頂部よりも互いに僅かに近づいているように傾けられる。この内面の
僅かな傾きは、反応容器の反応室４２を板の間に一層簡単に挿入し、板の間から
反応容器の反応室４２を一層簡単に抜き取ることを可能にする。これと択一的に
、板190A,190Bの内面は、互いに平行にすることもできるが、このとき反応容器
４０の挿入および抜き取りは一層難しくなる。

【００８６】 加えて、板190A,190Bの内面は、枠４６の厚さと同じ距離だけ互いに隔たるの
が好ましい。内面が互いに傾けられる実施形態では、内面の中心は、枠４６の厚
さと同じ距離だけ互に隔てられ、板の底部は、最初は枠４６の厚さよりも僅かに
小さい距離だけ隔てられるのが好ましい。室４２が、板190A,190Bの間に挿入さ
れたとき、剛枠４６は、反応室４２が板の間に強固に挟まれるように、板の底部
を互いに離間するように強制する。板190A,190Bが枠４６によって、互いに離間
させられる距離は非常に小さく、例えば、枠の厚さが１mmであって内面が互いに
１°傾いているならば、略0.035mmである。

【００８７】 図３０を再び参照すると、保持クリップ236A,236Bは、板190A,190Bのこの僅か
な外側への移動を許容すべく充分柔軟でなければならないが、反応容器の挿入や
除去の際、間隔支柱230A,230Bの凹部内に板を保持すべく充分堅くなければなら
ない。板190Aと板190Bの間への反応容器の押し込みは、反応室に初期の予荷重を
与えて、反応室の柔軟な主壁が圧縮されたとき板の内面と良好な熱的接触を達成
することを保証する。

【００８８】 図２８を再び参照すると、容器４０の加圧のために、板190が離間する量を限
定するために、停止部が光学アセンブリ216,218のハウジング内にモールドされ
る。図３２に示すように、光学アセンブリ218のハウジング249は、ハウジングか
ら外側に延在する鉤爪状の停止部247A,247Bを含む。図３３に示すように、ハウ
ジング249は、板190A,190Bの底部縁が停止部247A,247Bの間に挿入されるように
配置されている。このようにして、停止部247A,247Bは、板190A,190Bが予め決め
られた最大距離から更に広がるのを防止している。わかりやすくするために図３
３には示されていないが、光学アセンブリ216(図２８を参照)は、予め決められ
た最大距離よりも板の片割が互いに広がるのを防止するために、対応した停止部
付きのハウジングを有している。図２３を再度参照すると、停止部によって板19
0A,190Bの内面が互いに間隔の開けられる最大距離は、枠４６の厚みにぴたりと
合致しなければならない。好ましくは、板190A,190Bの内面の最大間隔は、枠４
６の厚みよりも僅かに大きくして、容器４０および板190A,190Bにおける公差の
変化に適合させる。例えば、上記最大間隔は、枠４６の厚みよりも約0.1〜0.3mm
大きいことが好ましい。

【００８９】 図３５は、熱交換モジュール１４７の電気構成部品の概略ブロック図である。
上記モジュールは、装置の主要ロジックボードに接続するためのコネクタ224ま
たは可撓性ケーブルを含む。上記モジュールは、また、熱板190A,190Bを含み，
各板は上述した抵抗型加熱要素を有する。上記熱板190A,190Bは、上記装置から
の電力入力253を受けるために平行に配線されている。上記熱板190A,190Bは、ま
た、デジタル信号をアナログ−デジタルトランスデューサ264に出力する温度セ
ンサ192A,192Bを含んでいる。トランスデューサ264は、アナログ信号をデジタル
信号に変換し、それらをコネクタ224を介してマイクロコントローラに送る。

【００９０】 熱交換モジュールは、また、熱板190A,190Bと、上記熱板間に挿入された容器
内の反応混合物とを冷却するために、ファン212のような冷却システムを含んで
いる。上記ファン212は、電力スイッチ272を入れることによって作動され、この
電力スイッチ272は、今度はマイクロコントローラからの制御信号を受信する制
御ロジックブロック270によって制御される。上記モジュールは、さらに、反応
混合物内の標識付き分析物を励起するために例えばＬＥＤ200のような４つの光
源と、反応混合物からの蛍光放射を検出するために好ましくはフォトダイオード
のような４つの検出器198とを含んでいる。上記モジュールは、また、各ＬＥＤ
に可変電流量(例えば、０〜３０mＡの範囲)を供給するために調整可能な電流源2
25を含んで、ＬＥＤの明るさを変化させる。デジタル−アナログトランスデュー
サ260は、調整可能電流源255とマイクロコントローラとの間に接続されていて、
マイクロコントローラが電流源をデジタル的に調整する。

【００９１】 調整可能な電流源255は、好ましくは、各ＬＥＤが作動されたときに略同じ明
るさを有するように用いられる。製造の変動により、多くのＬＥＤは同一量の電
流を与えても明るさが異なる。したがって、現在の所、熱交換モジュールの製造
中に明るさの試験を実施し、且つ、モジュールのメモリ268に較正データを蓄え
ることが望ましい。較正データは、各ＬＥＤに与えるべき電流の正しい量を示す
。マイクロコントローラは、メモリ268から較正データを読み、それに応じて電
流源255を制御する。

【００９２】 上記モジュールは信号調節／利得選択／オフセット調整ブロック262を含み、
上記ブロックは増幅器とスイッチと電子フィルタとデジタル−アナログトランス
デューサとから成る。ブロック262は検出器198からの信号を調整して、利得を増
加させ、オフセットし、ノイズを減少させる。マイクロコントローラは、デジタ
ル出力レジスタ266を通して上記ブロック262を制御する。出力レジスタ266はマ
イクロコントローラからのデータを受け取って、ブロック262に制御電圧を出力
する。上記ブロック262は、アナログ−デジタルトランスデューサ264とコネクタ
224とを介して、調整された検知器信号をマイクロコントローラに出力する。モ
ジュールは、また、好ましくはシリアルなＥＥＰＲＯＭのようなメモリ268を含
んで、ＬＥＤや熱板190A,190Bや温度センサ192A,192Bの較正データなどのモジュ
ールに特有のデータを保存する。

【００９３】 カートリッジおよび装置の操作について述べる。図３に示されるように、分析
される流体試料は、試料ポートを通して試料室６５に添加され、キャップ３０は
ポート６４にねじ込まれてポートを密封する。図１０を参照すると、次に、カー
トリッジ２０は、処理のために装置140のカートリッジネスト141の中に配置され
る。初めに、カートリッジ２０内の総ての弁は、カートリッジが装置140内に配
置されたとき、閉じられている。カートリッジが装置内に配置されるとき、トラ
ンスデューサ９２は、図５に示すように、溶解室８６の底壁を形成する可撓性ガ
スケット６３の外面と接触する。

【００９４】 図１０を再度参照すると、好ましくは、装置140は後述する機能を果すために
コンピュータ制御される。例えば、弁アクチュエータ142を使用してカートリッ
ジ内での弁の開閉、ノズル145を経るカートリッジへの加圧、トランスデューサ
９２の作動、光学サンサ143,144を使用した液体の有無の検出と液体レベルの検
出、熱交換・光学検出モジュール147の制御である。下記の記述に基づいてこれ
らの機能を果すために、当該技術分野において通常の知識を有するプログラマは
、マイクロコントローラとコンピュータのいずれか一方或いは両方をプログラム
することができる。

【００９５】 図９を参照すると、好ましくは、差圧を利用して液体は強制的にカートリッジ
を貫流させる。カートリッジ内の液体流を制御するために、ここでは正圧が記載
されているが、負圧(真空)が使用されてもよい。通常、印加することのできる正
圧の最大値は、平方インチ当たり３０ポンド(３０psi)以上の液体突破圧力に到
達し得る疎水性膜によって制限される。圧力の下限値は、分析目標に適うべく、
カートリッジを介して試料および他の液体を充分迅速に移動させる必要性によっ
て限定される。例えば、１psi以下では、試料はフィルタスタック８７を通して
充分に流れない可能性がある。一般的に、６〜２０psiの範囲の圧力が適切であ
る。カートリッジを通る試料流量は、好ましくは、１０〜３０ミリリットル／分
の範囲である。洗剤流量はより少なく、溶解室８６を有効に洗浄するために、洗
剤流量は例えば６〜１８ミリリットル／分である。

【００９６】 カートリッジの操作を図解するために、特定プロトコルを、図９を参照しつつ
述べる。理解されたいのは、これは１つの可能なプロトコルの一例に過ぎず、本
発明の範囲を限定するものではないことである。初めに、流体試料が試料室６５
から強制的に流される前に、上記カートリッジに洗剤液が注入される。カートリ
ッジに注入するには、弁111と115とが開かれて１０psiの圧力が圧力ポートを通
して室６６に約２秒間加えられる。少量の洗剤液は、流路117,106と溶解室８６
と流路109,110とを通って、Ｕ字形流路122に流れ込み、圧力ポート128の下の疎
水性膜に至る。

【００９７】 注入に続いて、弁115と圧力ポート116とが閉じられ、弁107と114が開かれる。
同時に、２０psiの圧力が、約１５秒間圧力ポート105を介して試料室６５に印加
される。その結果、試料は、流路106を通り、室８７内のフィルタスタック８７
を通り、流路110,111,112を通って、換気された廃液室６８内に強制的に流れ込
む。試料が流路106内のセンサ域136を通過するので、光学センサ144(図１３)を
用いて、試料室６５が何時空になったかを決定することができる。試料液がフィ
ルタスタック８７を貫流するとき、試料内の標的細胞あるいはウィルスが捕獲さ
れる。予め決められた量の試料が廃液室６８に到達すると、液体が溢れ出てセン
サ室120内に入り、プロトコルにおける次ステップの誘因となる。この代りに、
光学センサからのフィードバックを用いてものごとの誘因とするのではなく、予
め決められたプロトコルのステップをタイム設定して、例えば、予め決められた
圧力を予め決められた時間印加して、既知量を既知の流速で移動させる。

【００９８】 溶解室８６の貫流設計では、比較的大きな試料容積からの標的細胞やウィルス
がずっと小さな容積に濃縮されて増幅および検出される。このことは、例えば核
酸のような試料内の低濃度分析物を検出するために重要である。特に、室８６の
収容容積に対する溶解室を強制的に貫流させる試料の容積の比は、好ましくは少
なくとも２：１であり、より好ましくは少なくとも５：１である。室８６を強制
的に貫流させる試料の容積は、好ましくは少なくとも100μリットルであり、よ
り好ましくは少なくとも１μリットルである。目下好ましい実施形態においては
、５ミリリットルの試料容積は溶解室８６を強制的に貫流し、室８６は約０.５
ミリリットルの収容容積を有している。したがって、その比は１０：１である。
さらに、溶解室８６は、試料が室を通って強制的に流されるときに、(例えば、
室の壁に結合された超音波ホーンを使用して)超音波処理される。室８６を超音
波処理することは、フィルタスタック８７の目詰りを防ぎ、室８６を通る流れが
より均一になる。特に、音波は、フィルタ内の特定の物質またはビーズがフィル
タを目詰りさせないようにするのを助ける。

【００９９】 次のステップでは、弁111,114,115が開かれ、２０psiの圧力が約７秒間洗剤室
６６に印加されて、流路117,106を通って溶解室８６内に洗剤液を強制的に流し
込む。洗剤液は、ＰＣＲ抑制物質と溶解室８６からの汚染物質を洗浄し、汚染物
質を流路109,110,112を通って廃液室６８に移動させる。このために、ｐＨとか
溶質成分とかイオン力の異なる様々な適切な洗剤液が使用され、そして、これら
の洗剤液は当該分野において周知である。例えば、適切な洗剤試薬は、８０ｍＭ
の酢酸カリウム溶液であり、８.３ｍＭのトリスＨＣｌであり、ｐＨ７.５で４０
μＭのＥＤＴＡであり、５５％のエタノールである。洗剤液を室に強制的に流し
ている間、(例えば、室の壁に結合された超音波ホーンを使用して)溶解室８６は
超音波処理される。室８６の超音波処理は、前述したように、フィルタスタック
８７の目詰りを防ぎ、室８６に流体をより均一に貫流させる。さらに、上記音波
は、物質を緩めて洗い流すのを促す。洗剤液は容積が増加すると廃液室６８に到
達して、液の一部が溢れてセンサ室121内に入り、プロトコルにおける次のステ
ップの誘因となる。

【０１００】 次のステップでは、弁115が閉じられ、弁119が開かれる。１５psiの圧力が、
約３秒間、圧力ポート118を介して試薬室６７に印加される。上記圧力は、溶解
室６７から流路117,106を通って溶解室８６さらに流路110内に強制的に流される
。室８６はこのようにして液体で満たされる。適切な溶解試薬は、例えば、グア
ニジン塩化水素、グアニジンチオシアン酸塩、グアニジンイソチオシアン酸塩、
沃化ナトリウム、尿素、過塩素酸ナトリウム、臭化カリウム等の攪乱塩を含有す
る溶液を含む。目下好ましい実施例では、ＰＣＲを抑制しない溶解試薬が使用さ
れる。溶解試薬は、１０ｍＭのトリス、５％のツウィーン-２０、１ｍＭのトリ
ス(２カルボキシホスフィン塩酸塩)、０.１ｍＭエチレングリコールビス(ｂアミ
ノエチルエーテル)−Ｎ,Ｎ,Ｎ’、Ｎ'テトラセティク酸を有する。溶解室８６が
溶解試薬で満たされた後、弁111,114は閉じられる。弁119は開かれたままで、２
０psiの圧力が圧力ポート118に印加される。したがって、フィルタスタック８７
に捕獲された細胞あるいはウィルスを溶解する準備段階では、溶解室８６内の静
圧は２０psiまで増加する。

【０１０１】 図５を再度参照すると、溶解室８６の加圧は、トランスデューサ９２と溶解室
８６の可撓壁６３との間の結合を確実かつ有効なものにするので重要である。溶
解室８６内の細胞あるいはウィルスを崩壊させるために、トランスデューサ９２
が作動される(すなわち振動運動するようにセットされる)。溶解室８６の可撓壁
６３は、僅かな偏向によって、壁内に高圧を生じることなくトランスデューサ９
２の振動を室８６内の液体に伝える。上述したように、壁６３はエラストマの膜
によって形成される。この代わりに、壁は、好ましくは0.025〜0.1mmの範囲にあ
る厚みのポリマ材の膜またはシート(例えばプリプロビレン膜)である。トランス
デューサ９２は、好ましくは、室８６を超音波処理するための超音波ホーンであ
る。室８６は、好ましくは、２０〜６０ｋＨｚの範囲にある周波数で１０〜４０
秒間超音波処理される。例示のプロトコルでは、室は４７ｋＨｚの周波数で１５
秒間超音波処理される。ホーン先端の振幅は、好ましくは、２０〜２５μｍの範
囲にある(ピーク間で測定)。

【０１０２】 トランスデューサ９２の頂部が振動するとき、それは可撓壁６３に繰返し衝撃
を与える。(図６では上方向の)前進ストロークでは、トランスデューサ９２の頂
部は壁６３を押圧して、室８６内に圧力パルスすなわち圧力波を発生する。(図
５では下方向の)後退ストロークでは、通常、トランスデューサ９２の頂部が可
撓壁６３から離れ、可撓壁６３はトランスデューサと同じ周波数で動くことがで
きない。次の前進ストロークでは、再び、トランスデューサと壁とが互いに作用
しながら、トランスデューサ９２の頂部は壁６３に正面衝突しながら衝撃を与え
る。トランスデューサ９２が振動するときにトランスデューサ９２と壁６３とが
分離するので、トランスデューサの有効前進ストロークはピーク間の振幅よりも
小さくなる。上記有効前進ストロークは、溶解室８６内での超音波処理のレベル
を決定する。したがって、溶解室８６の静圧を増加させることが重要となり、ト
ランスデューサ９２の頂部が後退した時は、可撓壁６３が強制的に外方に押しや
られて頂部と当接する。トランスデューサ９２の有効前進ストロークによって圧
力パルスまたは圧力波が室内で確実に発生するように、上記室８６内の静圧は充
分なものでなければならない。目下のところ、室８６内での静圧を、カートリッ
ジの外の雰囲気圧よりも少なくとも５psiまで増加させることが好ましく、さら
に、雰囲気圧よりも１５〜２５psiの範囲の圧力に増加させることがより好まし
い。

【０１０３】 各前進ストロークでは、トランスデューサ９２は、室内の液体に速度を付与し
て、室８６内を迅速に一掃する速度パルスを発生させる。フィルタスタック８７
(図６)内のビーズは室８６内で圧力パルスによって攪拌される。圧力パルスは室
８６内でビーズを激しく動かし、ビーズは細胞やウィルスを機械的に破壊して、
それらから物質(例えば、核酸)を解放する。血液細胞などの或る種の細胞は、比
較的脆弱で、ビーズを用いることなく圧力パルスのみを用いて崩壊させることが
できる。その他の細胞(特に胞子)は非常に耐性のある細胞壁を有していて、一般
的に有効な溶解にはビーズが必要とされる。

【０１０４】 図９を参照すると、細胞やウィルスの崩壊に続いて、弁111,124が開かれ、１
２psiの圧力が圧力ポートを介して試薬室６７に約４秒間供給される。この圧力
によって強制的に、溶解試薬がフィルタスタック８７から核酸を溶離させ、核酸
と共に中和室７０内に流れ込む。（例えば、室の壁に結合された超音波ホーンを
用いて)溶解室８６を超音波処理して、核酸を溶離することができる。室８６の
超音波処理は、上述したように、フィルタスタック８７の目詰りを防止する。室
420は、溶解試薬を中和するために、洗剤などの中和剤で部分的に充填(例えば半
分ほど充填)される。ＰＣＲに対して非抑制な溶解試薬が使用されるならば、中
和剤はオプションとなる。

【０１０５】 次のステップでは、弁124が閉じられて、室７０内に溶解試薬と分析物と中和
剤とが収容される。弁114が開かれ、１５psiの圧力が圧力ポート128を介して約
３秒間印加されて、Ｕ字形流路122内の液体を廃液室６８に強制的に流し込む。
次に、弁124,126が開かれ、１５psiの圧力が中和剤室７０の頂部の圧力ポート12
3を介して約５秒間印加される。この圧力によって強制的に、室７０内の中和さ
れた溶解試薬と核酸とが、流路122に流れ、主混合室７１に流れ込む。そのとき
、主混合室７１の弁126は閉じられている。上記主混合室７１は、ＰＣＲ試薬と
、中和された溶解試薬と核酸とを混合している蛍光プローブとを含有して、反応
混合物を形成している。

【０１０６】 次のステップでは、廃液室６８への弁144を開くことによって流路112が一掃さ
れ、１５psiの圧力が圧力ポート128に約１秒間印加される。次のステップでは、
主要混合物室７１に形成された反応混合物が、以下のようにして反応容器４０に
移動される。すなわち、弁126,127,133が開かれ、１５psiの圧力が、主混合物室
７１の頂部にある圧力ポート125に約６秒間印加されて、反応混合物が、流路122
と弁127と流路８０を通って強制的に流され、ポート４１を経て反応室４０に至
る。反応混合物は室内の空気と置き換わって容器の室４２を満たし、空気は出口
流路５２を通って出て行く。この出口流路５２を通って出る空気は、流路８１内
を移動しセンサ域130を通り過ぎて流路131内に入る。空気は、流路131から流路1
32内に流れ、弁133と流路134とを通って、通気孔３６を経てカートリッジを出る
。室４２を満たすのに充分な容積の反応混合物が容器内に流れ、過剰となった反
応混合物は、出口流路を経て容器から出て行く。過剰反応混合物は、流路８１に
流れ込み、センサ域130において光学的に検出される。反応混合物が検出された
ときは、弁133が閉じられ、圧力ポートからの圧力が印加されて反応室４２を加
圧する。

【０１０７】 図２３を再度参照すると、室４２内を加圧することによって容器の可撓性主壁
が膨張する。特に、上記圧力は、主壁４８を板190A,190Bの内面と強制的に接触
させ、一致させる。これによって、板190A,190Bと室内の反応混合物との間で最
良の熱伝導が確実に行なわれる。雰囲気圧力よりも２〜３０psi上の圧力に室４
２を加圧することが目下のところ好ましい。この圧力範囲が目下のところ好まし
いのは、一般的に２psiが、壁４８と板190A,190Bの表面との間を一致させるに充
分な圧力である。３０psi以上では、壁４８の破裂や枠４６とか板190A,190Bの変
形、あるいはカートリッジ内の膜の破裂を引き起こす可能性がある。より好まし
くは、室４２が雰囲気圧力よりも８〜１５psi上の圧力に加圧されることである
。この圧力範囲がより好ましいのは、上述の実用限界内に安全に収まっている為
である。室４２が加圧されると、容器４０内の反応混合物は熱的に処理されて、
混合物内の標的分析物の存否を決定する光学的応答指令信号が送られる。

【０１０８】 図３５を参照すると、目標温度と温度センサ192A,192Bからの帰還信号とを用
いた標準的な比例積分微分(ＰＩＤ)制御を使用して、反応混合物は板190A,190B
間で熱的に処理される。比例は、「オフ」の時間に対する「オン」の時間の比を
変化させることによって行なわれるか、或いは、好ましくは、比例アナログ出力
を用いて行なわれる。上記比例アナログ出力は、板190A,190Bの実際の温度が所
望の設定温度に接近するにつれて、板190A,190Bの加熱要素あるいはファン212へ
の供給平均電力を減少させる。ＰＩＤ制御は、比例モードに、自動リセット機能
(時間に対して偏差信号を積分する)と比率処置(レイトアクション、微積信号を
合計して比例帯を移動させる)とを組み合せたものである。標準ＰＩＤ制御は当
該技術分野では周知であり、ここでこれ以上の説明は不要である。この代わりに
、反応混合物は、国際公開番号ＷＯ９９／４８６０８(出願番号ＰＣＴ／ＵＳ９
９／０６６２８)に記載されているＰＩＤ制御の修正版を使用して、熱的な処理
が施されてもよい。なお、上記文献の開示内容はこの参照によって本文に編入さ
れる。

【０１０９】 反応混合物は板190A,190Bの間で熱的なサイクルを受けて、混合物内の１以上
の標的核酸配列を増幅させる。上記混合物は、好ましくは各熱サイクルの最低温
度点において、応答指令信号が光学的に送信される。光学的な指令応答は、各発
光ダイオード(ＬＥＤ)200を連続的に作動させ、混合物内の異なる蛍光で標識付
けされた分析物を励起させ、検知器198を用いて室４２から放出される光を検出
することによって行なわれる。図２２を再び参照すると、好ましくは、励起ビー
ムは透光性の側壁５７Ａを通して室４２内に伝達され、一方、放出された蛍光は
側壁５７Ｂを通して検出される。

【０１１０】 本発明のカートリッジの利点の一つは、比較的大きな容積の例えば数ミリリッ
トル以上の流体試料から内細胞物質を分離させることができ、ずっと少ない容積
の例えば100ミリリットル以下の反応液に濃縮できる。カートリッジは、ミリリ
ットルの量の流体試料から物質を効率よく抽出することによって、並外れた濃度
比率になる。特に、試料室６５は、好ましくは、100μリットル〜１２ミリリッ
トルの収容容積を有する。より好ましくは、試料室６５は、少なくとも１ミリリ
ットルの収容容積を有する。１ミリリットルという下限値が好ましい理由は、核
酸のような低濃度の分析物を検出するためには、少なくとも１ミリリットルの試
料が分析されなければならないからである。１２ミリリットルという上限値が好
ましい理由は、１２ミリリットル以上の試料は、ずっと大きなカートリッジを必
要とし、フィルタスタックが目詰りし易いからである。目下好ましい実施の形態
では、試料室は、試料を５ミリリットル保有するために５.５ミリリットルの収
容容積がある。

【０１１１】 洗剤室６６は、溶解室８６の容積と比例する収容容積を有している。特に、洗
剤室６６は、好ましくは溶解室８６の容積の少なくとも１〜２倍の洗剤容積を有
して、室８６からＰＣＲ抑制物および残骸物(デブリス)を洗い流すのに充分な洗
剤液が存在するのを保証する。目下好ましい実施の形態では、溶解室の容積は約
０.５ミリリットルであり、洗剤室６６の容積は、洗剤液を保持するために２.５
ミリリットルである。０.５ミリリットルという溶解室６６の容積は、フィルタ
スタック８７の目詰りを避けるための充分に大きなサイズと、分析物を小さな容
積に濃縮して改良された増幅と検出とをするための充分に小さなサイズとの間の
妥協である。

【０１１２】 試薬室６７は、室を加圧して室から核酸を抽出するのに充分な溶解試薬が存在
するには、溶解室８６の容積の少なくとも１倍乃至２倍の溶解試薬容積を収容能
力があるものが好ましい。目下好ましい実施形態においては、室６７は、約１〜
１.５ミリリットルの溶解試薬を収容するために、１.５ミリリットルの収容容積
を有している。廃液室６８は充分な収容容積を有していて、試料と洗剤液と未使
用の溶解試薬とを収容する。廃液室６８は、好ましい実施形態では、約９.５ミ
リリットルの収容容積の寸法に作られている。

【０１１３】 室７０内の中和剤が溶解室８６に充填された溶解試薬の容積を中和するので、
中和室７０のサイズは溶解室８６の容積に左右される。溶解室は０.５ミリリッ
トルの容積を有することが目下のところ好ましく、約０.５ミリリットルの中和
剤を収容するために室７０は１.０ミリリットルの収容容積を有する。中和剤は
０.５ミリリットルの溶解試薬と溶離された分析物とが混合される。主混合物室
７１の収容容積は、反応混合物を製造するために充分なものであるべきで、容器
４０を充填し、上記容器に導く流路122,127を充填する。目下好ましい実施形態
において、主混合物室は、初期負荷となる100μリットルの主混合物を収容する
ために、200μリットルの収容容積を有する。この主混合物には、反応混合物を
形成するために、100μリットルの中和溶解試薬と溶離分析物とが付加される。

【０１１４】 カートリッジ内の流路流路は、断面が略Ｄ形をしていて(ガスケットは流路の
平坦な側面を形成している)、好ましくは１／６４〜１／８インチ(０.４〜３.２
mm)の幅または直径を有し、より好ましくは１／３２〜１／１６インチ(０.８〜
１.６mm)の幅を有している。これらの範囲は、流路が狭くなる(流れが制限され
る)のを防ぐと共に、流路が広く成り過ぎる(未使用の液体が流路内に停滞する)
のを防ぐために、目下のところ好ましいものである。

【０１１５】 上記カートリッジおよび装置の構造と操作については、多くの変更が代替えの
実施形態において可能である。例えば、ＰＣＲによる増幅が目下のところ好まし
いが、熱サイクル増幅法と等温増幅法との両方を含む何らかの増幅法を用いて、
上記カートリッジと装置とは核酸配列を増幅するために使用され得る。適切な熱
サイクル法には、ポリメラーゼ連鎖反応(ＰＣＲ、米国特許第４,６８３,２０２
号、米国特許第４,６８３,１９５号、米国特許第４,９６５,１８８号)、逆転写
酵素ＰＣＲ(ＲＴ−ＰＣＲ)、ＤＮＡリガーゼ連鎖反応(ＬＣＲ、国際特許出願第
ＷＯ８９／０９８３５)、転写ベース増幅(D.Y. Kwoh et al. 1989、Proc. Nt. A
cad. Sci. USA 86, 1173-1177)がある。但し、これらに限定されるというもので
はない。本発明の実施に当たって有用かつ適切な等温増幅法は、限定されるもの
ではないが、ローリングサークル増幅、ストランド置換増幅(ＳＤＡ、Walker et
al. 1992, Proc, Nati, Acad. Sci. USA 89, 392-396)、Ｑベータレプリカーゼ
(Lizardi et al. 1998, Bio/Technology 6, 1197-1202)、核酸ベースの配列増幅
(ＮＡＳＢＡ、R. Sooknanan and L. Malek 1995, Bio/Technology 13, 563-65)
、自己維持配列複製（３ＳＲ、Guatelli et al. 1990, Proc. Nati. Acad. Sci.
USA 87, 1874-1878)を含む。

【０１１６】 さらに、上記カートリッジと装置とは、核酸増幅以外の化学反応を行なうため
に、使用されることができる。また、カートリッジ内の分析物を検出するために
は、蛍光励起および放出検出が好ましいが、軸上結合構造(on-axis geometries)
との直接吸収および／または透過に使用される光学的検出法が使用されてもよい
。もう１つの可能な検出法は、時間減衰蛍光法である。さらには、上記カートリ
ッジは、蛍光標識に基づいた検出に限定されるものではない。例えば、検出は、
燐光標識または化学ルミネセンス標識または電気化学ルミネセンス標識に基づい
てもよい。

【０１１７】 流体試料は、様々な手段によって手で或いは自動的にカートリッジ内に導かれ
る。手による添加では、測定された量の物質が入口ポートを通してカートリッジ
の収容領域内に置かれ、次にキャップが上記ポート上に配置される。これの代わ
りに、分析に必要とされる量よりも多い試料物質がカートリッジに添加され、カ
ートリッジ内の機構が、所定のプロトコルに対して必要な試料を正確に測定し、
等分し得る。例えば細胞生検物質や土壌や糞や滲出物やその他複合物等の試料を
別の装置または付属器に搭載し、次に、上記副装置または付属器をカートリッジ
内に搭載することが望まれる。例えば、一片の細胞は、２次装置の管腔内に載置
されて、カートリッジの入口ポートに対してキャップとして機能する。上記キャ
ップは上記ポート内に押圧されると、細胞はメッシュに強制的に通されて、上記
メッシュは細胞を薄切り或いは分割する。

【０１１８】 自動的に試料が導入される場合には、カートリッジの添加設計の特徴が用いら
れていて、多くの場合、試料の増大機能をカートリッジに直接分与している。或
る試料の場合、例えば人のレトロウイルス病原体のような操作者や環境に危険を
呈するような場合には、試料のカートリッジへの移動は危険なものとなり得る。
したがって、一実施形態においては、外部の流体試料をカートリッジ内に直接移
動させる手段を設けるために、注入器が装置に組み込まれている。この代わりに
、静脈穿刺針と吸引血液管とがカートリッジに取り付けられて、血液試料を採取
するために用いられるアセンブリを形成する。採取後に、上記管と針は取り外さ
れて廃棄される。そのとき、カートリッジは器具内に設置されて処理される。こ
の方法の利点は操作者または環境が病原体に晒されないことである。

【０１１９】 入口ポートは、意図された試料の特性の関数として適当な人間的要因を考慮し
つつ設計され得る。例えば、呼吸系の試料は、咳の喀出粘液として、或いは、喉
や鼻腔の背後から綿棒または刷毛で集めた試料として、低呼吸管から得ることが
できる。前者の場合、入口ポートは、患者がカートリッジ内に直接咳ができるよ
うに、さもなければ、喀出試料をカートリッジ内に容易に吐けるように設計され
ている。刷毛または綿棒の試料に対しては、試料は入口ポート内に置かれ、ポー
トと閉塞部の特徴によって、カートリッジの収容領域内で綿棒または刷毛の端部
を容易に折ったり保持したりできる。

【０１２０】 別の実施形態では、カートリッジは入口管および出口管が、例えば水流のよう
な非常に大きな容積の試料プール内に配置されていて、試料物質はカートリッジ
を貫流する。この代わりに、カートリッジ全体が試料内に直接浸漬されるように
、親水性の芯材が反応領域として機能し、充分な量の試料が上記芯材の中に吸収
される。次に、上記カートリッジは取り除かれ、実験室に運ばれるか、あるいは
携帯型器具を用いて直接分析される。別の実施形態では、配管を用いて、管の一
端はカートリッジと直接連通させて少なくとも１つの反応領域との流体界面を与
えると共に、管の他端は外部環境と接触できて試料の受取部として機能する。次
に、上記管は試料内に配置され、ストローとして機能する。また、カートリッジ
自体は実際の試料収集装置として機能し、これによって取り扱いが簡単になり不
便さを減少させる。法的争いや犯罪調査に関わる試料の場合、試験物質を直接接
近して流体のカートリッジ内に持ち込むことは、一連の保護された状態が都合良
く且つ確実に保たれるので利点となる。

【０１２１】 図９を参照すると、試薬は使用前にカートリッジ内に外部から導入され、例え
ば、試薬室６７と中和剤室７０と主要混合物室７１の密封できる開口部を通して
導入される。この代わりに、例えば、水溶液あるいは再構成を必要とする乾燥さ
れた試薬のような試薬は、製造中にカートリッジ内に置かれてもよい。反応が液
相なのか固相なのかを含めた、試薬の固有熱安定性、再構成速度、反応速度など
様々なパラメータに基づいて、特定のフォーマットが選定される。溶液のときに
熱的に不安定な化合物を含む試薬は、凍結乾燥のような技法を用いて、乾燥させ
ることにより、安定化させることができる。単一アルコールシュガー、メチルセ
ルロース、バルキングプロテインのような添加剤は、安定性または再構成性を増
加させるために、乾燥する前に試薬に添加してもよい。

【０１２２】 図２１を再度参照すると、反応容器４０は、反応室４２の対向主壁４８を形成
する２つの可撓性シートを必要としない。例えば、代替えの一実施形態では、反
応容器４０は反応室４２の主壁を形成する可撓性シートを唯一有する。剛枠４６
は、室の側壁ばかりでなく室の他の主壁をも形成している。この実施形態では、
枠によって形成された主壁は、約0.05インチ(1.25mm)の最小肉厚を有し、射出成
形における典型的な実用最小肉厚であり、一方、可撓性シートの肉厚は0.0005イ
ンチ(0.0125mm)である。この実施形態の利点は、枠４６に唯一つの可撓性シート
を取付けることが必要なだけであるので、反応室４０の製造が簡素化され、した
がって安価になることである。不利な点は、反応混合物の加熱および冷却の速度
が遅くなることであり、これは恐らく、枠４６によって形成された主壁が厚みの
薄い可撓性シートほど熱伝導速度を高めることができないからである。

【０１２３】 図２８を参照すると、熱交換モジュール147は、反応容器４０の可撓壁に接触
するための１つの熱面と、上記熱面を加熱冷却するための１つの熱要素とを必要
とするのみである。１つの熱面と１つの熱要素とを使用する利点は、装置がより
安価に製造され得ることである。不利な点は、加熱と冷却の速度が約２倍ほど遅
くなりそうなことである。さらに、熱面は熱的に伝導性のある板190によって形
成されることが目下のところ好ましいが、各熱面には、容器４０の壁に接触する
ための接触領域を有する剛性構造体が設けられてもよい。熱面は、好ましくは、
セラミックあるいは金属のような高い熱伝導性を有する物質を備える。さらに、
熱面は熱要素自体の表面を備えてもよい。例えば、熱面は、室を加熱したり冷却
したりするために壁と接触する熱電気装置の表面であってもよい。

【０１２４】 トランスデューサを装置140に組み込むことが目下のところ好ましい。しかし
ながら、他の実施形態においては、トランスデューサはカートリッジに組み込ま
れる。例えば、溶解室を超音波処理するために、圧電ディスクがカートリッジに
組み込まれてもよい。この代わりに、スピーカあるいは電磁コイル装置がカート
リッジに組み込まれてもよい。これらの実施形態では、カートリッジは適切な電
気接続装置を含んで、トランスデューサを電源に接続している。トランスデュー
サがカートリッジに組み込まれる実施形態では、トランスデューサが流体試料と
直接接触するのを防止しなければならず、例えば、トランスデューサは薄板を被
せて、室壁で試料を分離しなければならない。さらに、細胞またはウィルスの溶
解は、トランスデューサの代わりにヒータを使用して行なわれるか、或いは、ヒ
ータとトランスデューサと組み合せて行なわれる。このヒータは抵抗型加熱要素
であってカートリッジの一部となっている。或いは、ヒータは、カートリッジを
収容する器具に組み込まれてもよい。この実施形態においては、溶解室を高温(
例えば、９５℃)に加熱して細胞壁を粉砕することによって、細胞またはウィル
スは崩壊される。

【０１２５】 図３６−４６は、本発明に従う、細胞またはウイルスを破壊するための別の装
置３５０を示している。図３６は装置３５０の等角投影図であり、図３７は装置
３５０の断面図である。図３６−３７に示すように、装置３５０は、細胞または
ウイルスを保持するための室３６７を有するカートリッジまたは容器３５８を含
んでいる。この容器は、室３６７を定める可撓壁４４０を含んでいる。この実施
形態では、可撓壁４４０は室３６７の底壁である。可撓壁４４０は高分子材料の
シートまたはフィルム（例えばポリプロピレンフィルム）であるのが望ましく、
また、可撓壁４４０は０．０２５ｍｍ乃至０．１ｍｍの範囲内の厚さを有するの
が望ましい。また、装置３５０は、可撓壁４４０の外面（つまり、室３６７に対
して外部である、壁４４０の表面）と接触するための、超音波ホーンのようなト
ランスデューサ３１４を含んでいる。トランスデューサ３１４は、室３６７内に
圧力パルスを生成するのに十分な振動ができなければならない。適当なトランス
デューサは、超音波、圧電、磁わいまたは静電トランスデューサを含む。また、
トランスデューサは、音声コイルモータまたはソレノイド素子のような、巻回コ
イルを持つ電磁素子であっても良い。

【０１２６】 さらに、装置３５０は、トランスデューサ３１４が室３６７の壁４４０に接触
するように容器３５８およびトランスデューサ３１４を互いに対して保持するた
めの、かつ、トランスデューサ３１４および室３６７の壁４４０をともに押圧す
るように実質的に一定の力を容器３５８またはトランスデューサ３１４に与える
ための支持構造３５２を含んでいる。支持構造３５２は、スタンド３５６を有す
る基本構造３５４を含んでいる。トランスデューサ３１４はガイド３６４によっ
て基本構造３５４に対して摺動可能に取り付けられている。ガイド３６４は、基
本構造３５４と一体に形成されても基本構造に固定して取り付けられても、どち
らでも良い。また、支持構造３５２は、容器３５８を保持するための、基本構造
３５４に取り付けられたホルダ３６０を含んでいる。ホルダ３６０は、室３６７
の可撓壁４４０への出入りを可能にするＵ状の底部を持っている。ガイド３６４
とホルダ３６０はそれぞれトランスデューサ３１４と容器３５８を保持するよう
になっている結果、壁４４０の外面はトランスデューサ３１４と接触している。
また、支持構造３５２は、容器３５８のための頂リテーナ３６２を含んでいる。
リテーナ３６２は、容器３５８内に形成された出口ポート４４４への出入りを許
すようにＵ状に形成されている。

【０１２７】 さらに、支持構造３５２は、壁４４０に対してトランスデューサ３１４を押圧
するようにトランスデューサ３１４へ力を加えるための、ばね３６６のような弾
性体を含んでいる。トランスデューサ３１４が壁４４０と接触しているとき、ば
ね３６６によって与えられる力は一定であり、トランスデューサ３１４と壁４４
０との間の一貫した結合を提供する。ばね３６６は、ばねガイド３７２と、トラ
ンスデューサ３１４の底部を支持している結合器３６８の底部との間に配置され
ている。図３６に示すように、結合器３６８は、トランスデューサ３１４の電源
コード（図示せず）が通される窓３７０を有するのが望ましい。ボルトまたはね
じ３７６が、基本構造３５４に形成された調節溝３７４内に、ばねガイド３７２
を保持する。ばね３６６によって与えられる力の大きさは、ばね上の予荷重を変
えることによって調節される。ばね３６６上の予荷重を調節するために、ばねガ
イド３７２を保持しているボルト３７６が緩められ、ガイド３７２が新たな位置
へ移動され、その新たな位置にガイド３７２を保持するためにボルト３７６が再
び締められる。一旦、トランスデューサ３１４と壁４４０との間に適当な結合力
を与えるように、ばね３６６上の予荷重が調節されたら、この装置によって破壊
される異なる試料の間で正当な比較がなされるように、装置３５０の或る使用か
ら次の使用までその予荷重を一定に保つのが望ましい。

【０１２８】 トランスデューサ３１４および壁４４０をともに押圧するばね３６６によって
与えられる力の大きさは、トランスデューサ３１４と室３６７との間のエネルギ
の一貫した伝達を達成するために重要である。その力が軽すぎれば、トランスデ
ューサ３１４が壁４４０に対して軽く保持されるのみで、トランスデューサ３１
４から壁４４０へ振動の伝達があまりなされない。その力が強すぎれば、超音波
処理の間に容器３５８または壁４４０が損傷を受ける。中間の力が、トランスデ
ューサ３１４から壁４４０への最も一貫した反復性のある振動の伝達に帰結する
。現在のところ、ばね３６６は１ポンド乃至５ポンドの範囲内の力を与えるのが
望ましく、約２ポンドの力が最も好ましい。

【０１２９】 図３８は容器３５８を分解したところを示し、図３９は容器３５８を組み立て
たところを示している。図３８−３９に示すように、容器３５８は頂ピース４４
８、中ピース４５０および底ピース４５２を有している。中ピース４５０は室３
６７に対する入口ポート４４２を定め、頂ピース４４８は室に対する出口ポート
を定めている。ポート４４２，４４４は、室３６７を通して流動性試料の連続流
を許容するように配置されている。可撓壁４４０は、ガスケット４５３，４５４
を用いて中および底ピース４５０，４５２の間に保持されている。その代わりに
、底ピース４５２、ガスケット４５３，４５４を省略するように、可撓壁４４０
は単に中ピース４５０に対して熱封止されていても良い。

【０１３０】 また、容器３５８は、試料が室３６７を通って流れるときに試料成分（例えば
目標細胞またはウイルス）を捉えるために、室３６７内にフィルタスタック４４
６を含んでいる。このフィルタスタックは、ガスケット４５６、第１フィルタ４
５８、ガスケット４６０、第１フィルタ４５８よりも小さい平均孔サイズを持つ
第２フィルタ４６４、およびガスケット４６６からなっている（図３８−３９の
底部から頂部へ）。このフィルタスタックは、容器３５８の頂および中ピース４
４８，４５０の間に保持されている。また、このフィルタスタックは、第１およ
び第２フィルタ４５８，４６４の間に配置されたビーズ４６２を含んでいる。ガ
スケット４６０は第２フィルタ４６４から第１フィルタ４５８を隔てる。ガスケ
ット４６０は、フィルタ４５８，４６４の間の空間でビーズが自由に動くのを許
容するように、十分厚くあるべきである。室３６７を通って流れる流動性試料は
、最初にフィルタ４５８を通して流れ、それからフィルタ４６４を通して流れる
。このフィルタスタックを通して流れた後、試料は、室の頂部を定める頂ピース
４４８の部分内に形成された流れリブ４６８（図３８）に沿って流れ、さらに出
口ポート４４４（図３９）を通して流れる。

【０１３１】 上記フィルタスタックは、流動性試料が室３６７を通って流れるときに、フィ
ルタが詰まることなく、細胞またはウイルスを捉えるのに有効である。第１フィ
ルタ４５８（最も大きい孔サイズを持つ）は、塩結晶、細胞くず、毛髪、織物等
のような粗い材料を濾し取る。第２フィルタ４６４（より小さい孔サイズを持つ
）は、流動性試料内の目標細胞またはウイルスを捉える。第１フィルタ４５８の
平均孔サイズは、流動性試料から粗い材料（例えば塩結晶、細胞くず、毛髪、織
物等）を濾し取るには十分小さいが、目標細胞またはウイルスの通過を許すには
十分大きく選択されている。一般に、第１フィルタ４５８の平均孔サイズは、約
２μｍ乃至２５μｍの範囲内であるべきであり、現在望ましい孔サイズは約５μ
ｍである。第２フィルタ４６４の平均孔サイズは、捉えられるべき目標細胞また
はウイルスの平均サイズ（典型的には０．２μｍ乃至５μｍの範囲内）よりも少
し小さく選択される。

【０１３２】 ビーズ４６２は、捉えられた細胞またはウイルスを、そこから細胞内材料（例
えば核酸）を離脱させるように破裂させるために役立つ。ビーズ４６２の運動は
、フィルタ４６４上に捉えられた細胞またはウイルスを破裂させる。細胞または
ウイルスを破裂させる適当なビーズは、ホウケイ酸塩ガラス、石灰ガラス、シリ
カおよびポリスチレンビーズを含む。ビーズは多孔質でも非多孔質でも良く、１
μｍ乃至２００μｍの範囲内の平均直径を持つのが望ましい。この好ましい実施
形態では、ビーズ４６２は、約１００μｍの平均直径を持つポリスチレンビーズ
である。

【０１３３】 ビーズ４６２は、目標細胞またはウイルスの捕捉を容易にすべく、流動性試料
内の目標細胞またはウイルスに対する結合親和力を有していても良い。例えば、
試料内の目標細胞と結合するように、抗体または一定の受容体がビーズ４６２の
表面上に被覆され得る。さらに、室３６７は、目標細胞またはウイルスと相互作
用するための異なる二つのタイプのビーズを含んでいても良い。例えば、室は、
目標細胞またはウイルスと結合するための抗体または受容体が被覆された第１組
のビーズと、捉えられた細胞またはウイルスを破裂させるための第２組のビーズ
（第１組と混合されている）とを含んでいても良い。また、室内のビーズは、破
裂した細胞またはウイルスから離脱した細胞内材料（例えば核酸）に対する結合
親和力を有していても良い。そのようなビーズは、続く溶離および分析のために
目標核酸を分離するために役立つ。例えば、室３６７は、ＤＮＡを分離するため
のシリカビーズ、またはＲＴ−ＰＣＲのための伝令ＲＮＡを分離するためのオリ
ゴｄＴ付きのセルロースビーズを含んでいても良い。また、室３６７は、不要な
材料（例えばプロティン、ペプチド）、またはＰＣＲを禁止するかも知れない試
料からの化学物質（例えば、塩、金属イオンまたは洗剤）を取り除くためのビー
ズを含んでいても良い。

【０１３４】 室３６７から気泡が逃げるのを保証するために、容器３５８を、フィルタ４５
８，４６４および室３６７を通して液体が（重力に対して）追従する方向に用い
ることが必要である。室３６７を通る上向きの流れは、室の外への気泡の流れを
助ける。したがって、室３６７内への流体の入りのための入口ポート４４２は、
一般に出口ポート４４４よりも低い高さにあるべきである。室３６７の容積は、
通常５０μｌ乃至５００μｌの範囲内にある。室３６７の容積は、室が小さすぎ
てフィルタ４５８，４６４が詰まることがないように、流動性試料から分離され
た分析物の濃縮に備えて選択される。

【０１３５】 容器３５８の本体を構成しているピース４４８，４５０，４５２は、モールド
された高分子部品（例えば、ポリプロピレン、ポリカーボネイト、アクリルなど
）であるのが望ましい。モールディングは大量生産に適するが、頂、中および底
ピース４４８，４５０，４５２を機械加工することも可能である。ピース４４８
，４５０，４５２は、ねじまたは固定具によって互いに保持される。その代わり
に、超音波ボンディング、溶解ボンディングまたはスナップ結合設計が容器３５
８を組み立てるのに用いられ得る。容器３５８を作製する別の方法は、単一ピー
スとして本体をモールドし、その本体に対して可撓壁４４０とフィルタ４５８，
４６４を熱封止することである。

【０１３６】 図４０は本装置を使用するための流動性システムを示している。本システムは
、溶解緩衝液を保持するためのボトル４７０と、洗浄液を収容したボトル４７２
と、流動性試料を保持するための試料容器４７４とを含んでいる。ボトル４７０
，４７２および試料容器４７４は、シリンジポンプ４７６の弁ポートへの配管を
介して連結されている。また、容器３５８の入口ポートもシリンジポンプ４７６
に連結されている。容器３５８の出口ポートは分配弁４７８の共通ポートに連結
されている。また、本システムは、試料から取り除かれた細胞内材料を受け取る
ための収集管４８０と、廃棄物を受け取るための廃棄容器４８２と、ポンプ４８
４のような圧力源とを含んでいる。収集管４８０、廃棄容器４８２およびポンプ
４８４は分配弁４７８の周囲ポートにそれぞれ連結されている。圧力レギュレー
タ４８６がポンプ４８４によって供給された圧力を調整する。

【０１３７】 さて、容器３５８の動作を示す図３９−４０に関して、特別のプロトコルを説
明する。これは、或る可能なプロトコルの例に過ぎず、発明の範囲を限定するも
のではないことが理解されるべきである。シリンジポンプ４７６は流動性試料を
試料容器４７４から容器３５８を通して廃棄容器４８２内へ圧送する。流動性試
料が室３６７内のフィルタを通して強制的に流されるに伴って、粗い材料がフィ
ルタ４５８によって濾し取られ、試料内の目標細胞またはウイルスがフィルタ４
６４によって捉えられる。室３６７は、試料がこの室を通して強制的に流される
とき、フィルタの目詰まりを避けるために超音波処理を受けても良い。次に、シ
リンジポンプ４７６は洗浄溶液をボトル４７２から容器３５８を通して廃棄容器
４８２内へ圧送する。その洗浄溶液は室３６７からＰＣＲ禁止物および汚染物を
洗い出す。

【０１３８】 次のステップでは、シリンジポンプ４７６は溶解緩衝液をボトル４７０から容
器３５８内へ圧送し、その結果、室３６７が液体で満たされる。溶解緩衝液は、
それを通して圧力波が送出される媒体であるべきである。例えば、溶解緩衝液は
、細胞またはウイルスを懸濁または溶液状態に保持するためのイオン除去水から
なり得る。それに代えて、溶解緩衝液は、細胞またはウイルスの破壊を助ける一
つまたはそれ以上の溶解剤を含んでいても良い。しかしながら、本発明の利点の
一つは、細胞またはウイルスの破壊が成功するために、荒い溶解剤が要求されな
い、ということにある。次に、シリンジポンプ４７６の分配弁は容器３５８の上
流で閉じられ、分配弁４７８が開かれる。それから、ポンプ４８４は、出口ポー
ト４４４を通して室３６７を、好ましくは大気圧つまり周囲圧力(ambient press
ure)を超えて約２０ｐｓｉまで加圧する。それから、容器３５８の下流で分配弁
４７８は閉じられる。それ故、容器３５８内の静圧は、フィルタ４６４上にトラ
ップされた細胞またはウイルスの破壊の用意に、約２０ｐｓｉまで増加される。

【０１３９】 図３７を参照すると、容器３５８の加圧は重要である。それがトランスデュー
サ３１４と可撓壁４４０との間の有効な結合を保証するからである。室３６７内
で細胞またはウイルスを破壊するために、トランスデューサ３１４は活性化され
る（つまり、振動にセットされる）。可撓壁４４０は、その壁内に高いストレス
を生成することなく僅かな撓みを許容することによって、トランスデューサ３１
４の振動を室３６７内の液体へ伝達する。トランスデューサ３１４は、室３６７
を超音波処理するための超音波ホーンであるのが望ましい。室３６７は、１０秒
間乃至４０秒間、２０ｋＨｚ乃至６０ｋＨｚの範囲内で超音波処理されるのが望
ましい。典型的なプロトコルでは、室は１５秒間、４０ｋＨｚで超音波処理され
る。ホーン先端の振幅は２０μｍ乃至２５μｍ（測定されたピークからピーク（
ピーク・トゥ・ピーク）で）の範囲内にあるのが望ましい。

【０１４０】 トランスデューサ３１４の先端が振動すると、その先端は可撓壁４４０を反復
して衝撃を与える。その前進ストローク（図３７における上向き）では、トラン
スデューサ３１４の先端は壁４４０を押し、室３６７内に圧力パルスまたは圧力
波を生成する。その後退ストローク（図３７における下向き）では、トランスデ
ューサ３１４の先端は通常、可撓壁４４０から離れる。なぜならば、可撓壁４４
０はトランスデューサ３１４と同じ周波数では動けないからである。その次の前
進ストロークでは、トランスデューサ３１４の先端は、この先端と壁とが互いに
速度をつけながら正面衝突する態様で、もう一度、壁４４０を衝撃する。トラン
スデューサ３１４が振動するに伴ってトランスデューサ３１４と壁４４０とは分
離するので、トランスデューサの有効な前進ストロークは、そのピーク・トゥ・
ピークの振幅よりも小さい。それ故、トランスデューサ３１４の先端が後退する
とき、可撓壁４４０が戻りストロークにある先端と合うべく外側へ力を受けるよ
うに、室３６７内の静圧を増加することが重要である。室３６７内の静圧は、ト
ランスデューサ３１４の有効な前進ストロークが室内に細胞破壊を起こさせるの
に必要な圧力パルスまたは圧力波を生成する、ということを保証するのに十分で
あるべきである。現在、室３６７内の静圧を、少なくとも大気圧を超えて５ｐｓ
ｉ、より好ましくは大気圧を超えて１５ｐｓｉ乃至２５ｐｓｉの範囲内の圧力に
増加するのが望ましい。

【０１４１】 各前進ストロークで、トランスデューサ３１４は室３６７内の液体に速度を分
け与え、これにより、室を横切って素早く通る圧力波を生成する。フィルタスタ
ック４４６内のビーズ４６２（図３８）は室３６７内の圧力波によって振り動か
される。圧力波はビーズを激しい動きに駆り立て、ビーズは細胞またはウイルス
を、分析物（例えば、核酸）をそこから離脱させるように機械的に破裂させる。
再び図４０を参照すると、細胞またはウイルスの破壊に続いて、シリンジポンプ
４７６は離脱した細胞内材料を容器３５８から収集管４８０内へ圧送する。

【０１４２】 図４１は、容器３５８がトランスデューサ３１４と接触するための中実の壁つ
まり固体壁４８８を有している本発明の別の実施形態を示している。固体壁４８
８は、図３７に関して先に述べた可撓壁４４０とは異なっている。可撓壁が、典
型的にはそれ自身の重みで撓み、その縁部で保持されなければその形状を保持し
ない薄膜であるのに対して、固体壁４８８は、支持されなくても、その形状を保
持する。トランスデューサ３１４と接触するために固体壁を用いることの利点は
、壁４８８とトランスデューサ３１４との間の有効な結合を保証するために室３
６７を加圧する必要がない、ということである。壁４８８の固体性（solid natu
re)は、その壁とトランスデューサ３１４との間の必要な結合を提供する。しか
しながら、固体壁がトランスデューサ３１４の振動によって損傷（例えば溶融）
を受けないように、固体壁４８８の適切な設計が必要である。

【０１４３】 特に、固体壁４８８は、トランスデューサ３１４が動作される振動周波数より
も高い固有周波数を有するべきである。さらに、壁４８８は、それがトランスデ
ューサの振動を室３６７内の液体へ伝達できないような剛であり過ぎてもいけな
い。トランスデューサ３１４が壁４８８の外面に対して１ポンド乃至５ポンドの
範囲内で力を加えたとき、ピーク・トゥ・ピークで少なくとも約２０μｍ撓むこ
とができるのが望ましい。この基準を達成するために、壁４８８は半球状で、ト
ランスデューサ３１４に向けて外向きに湾曲している。壁４８８の半球状の設計
の利点は、半球形状は、壁がトランスデューサの振動を室３６７へ伝達できない
ように堅くなるのを引き起こすことなしに、壁の固有周波数を（平坦な壁に比し
て）増加させることである。

【０１４４】 図４２は、壁４８８の断面を示している。この壁のドーム形状部分４９５は好
ましくは、曲率半径Ｒが約９．５ｍｍで、直径Ｄ１が約１０ｍｍである。そして
、平らな外側リム４９７を含む壁の全直径Ｄ２は好ましくは約１４．３ｍｍであ
る。上記壁の厚みＴは、好ましくは０．２５乃至１ｍｍの範囲にある。これが０
．２５ｍｍ未満の厚みであると、上記壁４８８は成形しにくい。上記壁が１ｍｍ
を超す厚みを有すると、この壁は堅過ぎて、上記トランスデューサの震動性の動
きに応じて適当に撓ませることができない。現在の好ましい実施形態では、上記
壁４８８は約０．５ｍｍの厚みＴを有する。上記壁４８８は、好ましくはモール
ド成形されたプラスチック部品である。上記壁４８８に適切な材料は、デルリン
（登録商標）（アセタール樹脂またはポリメチレン酸化物）、ポリプロピレン、
またはポリカーボネートを含む。

【０１４５】 上記トランスデューサ３１４の固体壁つまり中実の（solid）壁４８８との相
互作用を、図４１を参照して説明する。上記トランスデューサの作動よりも前に
、流体試料を室３６７に強制的に流すことによって（例えば、図４０を参照して
以前に説明された流体工学システムを用いることによって）、目標の細胞やウイ
ルスがフィルタ４９０に捕獲される。加えて、上記室３６７は、以前に説明した
ように液体（例えば溶解緩衝剤）で満たされる。しかしながら、以前に説明した
実施形態とは異なり、室３６７は加圧されない。その代わりに、室内に周囲圧力
が維持されているのが好ましい。上記トランスデューサ３１４は、好ましくは、
図３７を参照して以前に説明したような支持構造を用いて、上記壁４８８の外面
に接触した状態で配置されている。特に、バネが、好ましくは１乃至５ポンドの
範囲の力で壁４８８に向ってトランスデューサを押しつける。

【０１４６】 上記室３６７内で細胞やウイルスを破壊するために、上記トランスデューサ３
１４が作動させられる（例えば振動動作が引き起こされる）。上記トランスデュ
ーサ３１４の先端が振動すると、これが壁４８８を撓ませる。その前方（図４１
において上向きの方向）へのストロークで、上記トランスデューサ３１４の先端
が壁４８８を押して、室３６７内に圧力パルスまたは圧力波を生成する。その後
退のストローク（図４１において下向き）では、壁４８８はトランスデューサ３
１４の先端と接触したままである。なぜならば、上記壁４８８は、上記トランス
デューサの振動数よりも高い固有振動数を有しているからである。上記トランス
デューサが、室３６７を超音波処理するための超音波ホーンである実施形態では
、上記室３６７は、好ましくは、２０乃至４０ｋＨｚの範囲の周波数で１０乃至
４０秒の間、超音波があてられる。模範的（exemplary）な実験記録（プロトコ
ル）では、室は４０ｋＨｚの周波数で１５秒の間、超音波があてられる。上記ホ
ーン先端の振幅は、好ましくは２０乃至２５μｍの範囲（ピークからピークまで
測定されて）であり、上記壁４８８の固有振動数は少なくとも４０ｋＨｚである
。

【０１４７】 中実の相互伝達壁４８８を用いる利点の一つは、室３６７内の静的圧力が低い
限りは、この室３６７内に強力な圧力の降下が達成されることである。例えば、
大気の圧力では、室３６７内にキャビテーション（微細な泡の生成と消散）が起
こり得る。このような泡や空洞は共鳴の寸法になるまで成長すると、激しく崩壊
して、非常に高い局所的な圧力変化を生じさせる。この圧力変化は、細胞やウイ
ルスに機械的な衝撃を与えて、それらに破壊を生じさせる。この細胞やウイルス
の破壊は、上記トランスデューサ３１４の振動の動作に起因する鋭い圧力上昇に
よっても生じ得る。加えて、上記細胞やウイルスの破壊は、室３６７内のビーズ
４６２の激しい動きによって生じる場合がある。このビーズは、上記室内で、動
的な圧力パルスによってかき回されて、上記細胞やウイルスを破裂させる。出願
人は、試験的な実験によって、高い抵抗力のある細胞壁を有するあるタイプの細
胞（特に胞子）を破壊するには、通常、ビーズを使用する必要があることを見出
した。血液細胞のような他のタイプの細胞は、破壊するのがより簡単であり、多
くの場合、ビーズ４６２を使用することなく破壊できる。

【０１４８】 好ましい実施形態として超音波トランスデューサの使用が述べられたが、本発
明の実施において、異なるタイプのトランスデューサが採用されてもよいことは
理解されるべきである。上記トランスデューサは、上記室３６７内に圧力パルス
や圧力波を生成できる必要がある。加えて、上記トランスデューサは、上記室内
の液体に高速度の衝撃を与えることができることが必要である。適切なトランス
デューサには、超音波トランスデュー、圧電式トランスデューサ、磁気ひずみト
ランスデューサ、あるいは静電トランスデューサが含まれる。トランスデューサ
は、また、ボイスコイルモータやソレノイド装置等、巻かれたコイルを有する電
磁装置であってもよい。上記トランスデューサの振動周波数は、超音波（例えば
２０ｋＨｚ以上）でもよく、あるいは、超音波以下（例えば６０乃至２０,００
０Ｈｚの範囲）でもよい。より高い周波数を用いる利点は、細胞の破壊が非常に
迅速で、多くの場合、１０乃至２０秒で完了することである。不都合な点は、例
えばスピーカや電磁コイル装置などの簡単な機械的なバイブレータよりも、超音
波トランスデューサは大抵高価なことである。例えば、１つの代替の実施形態で
は、中実な壁４８８が、５乃至１０ｋＨｚの範囲の作動周波数で振動するスピー
カや電磁コイル装置と組み合わされて使用される。

【０１４９】 図４３Ａ乃至図４３Ｂは、本発明によるトランスデューサに接触するためのも
う一つの中実の壁５００を示している。図４３Ａに示されるように、壁５００の
一側面には、中央部５０２と、上記中央部５０２から放射状に延びている複数の
補剛リブ５０４とがある。壁には、リブ５０４同士の間に形成された凹部５０６
もある。図４３Ｂに示されるように、壁５００のもう一方の側面には、平面５０
８がある。図４４は、壁５００を有する容器３５８の部分切り欠き等角図を示し
ている。壁５００は、好ましくは、壁の平面を有する側が室３６７の内部にあり
、壁のリブ５０４を有する側が室の外部にあるように位置付けられている。リブ
５０４は好都合である。というのは、そのリブ５０４によって、壁がトランスデ
ューサの振動性の動きを室３６７へ伝えられないほど堅くなってしまうこともな
く、壁の固有振動数を高めることができるからである。

【０１５０】 図４５は壁５００を有する容器３５８の底面図を示している。中央部５０２に
よって、壁５００の外面はトランスデューサに接触する。壁５００とトランスデ
ューサとの相互作用は、図４１に関して以前に記述された壁４８８とトランスデ
ューサとの相互作用に類似している。特に、壁５００はトランスデューサの振動
数よりも高い固有振動数を有しているため、壁５００はトランスデューサの先端
と接触した状態のままである。したがって、加圧を要さずにキャビテーションが
達成される。図４１乃至図４５に関して記述された中実壁４８８と５００とは容
器３５８で用いられてもよく、または、図１に示されるカートリッジのような完
全一体型カートリッジで用いられてもよい。

【０１５１】 上記説明は多くの仕様・詳細を含んでいるが、これらは本発明の範囲を限定す
るものと考えられるべきではなく、単に、現在好ましい実施形態の幾つかの例と
して解釈されるべきである。本明細書の開示を考慮すれば、当業者には本発明へ
の多くの変更および変形は明かであろう。

【０１５２】 したがって、本発明の範囲は請求の範囲に記載の請求項およびそれらの法的均
等物によって決定されねばならない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態の流体試料を分析するカートリッジの等角
投影図である。

【図２】 図１のカートリッジの下部の等角投影図である。

【図３】 図１のカートリッジの分解図である。

【図４】 図１のカートリッジの別の分解図である。

【図５】 図１のカートリッジ内に設けられた溶解室の壁に連結された超音
波ホーンの部分破断図である。

【図６】 図１のカートリッジの溶解室内に設けられたフィルタスタックの
分解図である。

【図７】 図１のカートリッジの平面図である。

【図８】 図１のカートリッジの底面図である。

【図９】 図１のカートリッジの概略ブロック図である。

【図１０】 図１のカートリッジを処理のために入れる装置の等角投影図で
ある。

【図１１】 図１０の装置の中の図１のカートリッジの等角投影図である。

【図１２】 図１０の装置の中の図１のカートリッジの部分破断図である。

【図１３】 図１のカートリッジ内の液体レベルを検出するための光センサ
の概略平面図である。

【図１４】 図１のカートリッジのセンサ室内の液体レベルを検出するため
に差込まれた光センサの概略部分破断側面図である。

【図１５】 図１５Ａは、図１のカートリッジの本体一部の断面図であり、
カートリッジ内の２つの異なるタイプの弁を示している。図１５Ｂは、閉じた状
態の図１５Ａの弁の断面図である。

【図１６】 図１６Ａは、開いた状態の図１５Ａの弁のうち１つの別の断面
図である。図１６Ｂは、閉じた状態の図１６Ａの弁の断面図である。

【図１７】 図１５Ａの弁を開閉する弁作動システムを図示したものである
。

【図１８】 図１５Ａの弁を開閉する弁作動システムを図示したものである
。

【図１９】 図１５Ａの弁を開閉する弁作動システムを図示したものである
。

【図２０】 図１のカートリッジ内の弁を開閉する代替の弁アクチュエータ
の断面図である。図２０はまた、図１のカートリッジ内の圧力ポートに封着され
た圧力供給ノズルを示す。

【図２１】 図１のカートリッジの反応容器の部分分解等角投影図である。

【図２２】 図２１の容器の正面図である。

【図２３】 ２つの熱板の間に挿入された図２１の容器の側面図である。

【図２４】 図２３の熱板のうち１つの正面図である。

【図２５】 本発明の代替の反応容器の正面図である。

【図２６】 本発明の別の反応容器の正面図である。

【図２７】 図２１の容器の別の正面図である。

【図２８】 図１０の装置の熱交換モジュール内に挿入された図２１の容器
の正面図である。

【図２９】 図２３の板を保持する支持構造の分解図である。

【図３０】 図２９の支持構造の組み立て図である。

【図３１】 図２９の支持構造の組み立て図である。

【図３２】 図２８の熱交換モジュール内の光学アッセンブリのうち１つの
外面を示す等角投影図である。

【図３３】 図３２の光学アッセンブリと接する図２３の板の等角投影図で
ある。

【図３４】 図２３の板の間に挿入された図２１の反応容器の部分破断等角
投影図である。容器の下部のみが図に含まれている。

【図３５】 図２８の熱交換モジュールの電子装置の概略ブロック図である
。

【図３６】 本発明の他の実施形態による細胞やウイルスを破裂させるため
の装置の等距離図である。

【図３７】 図３６の装置の断面図である。

【図３８】 図３６の装置で用いられる容器の分解図であり、

【図３９】 図３８の容器の断面図であり、

【図４０】 図３６の装置を組み込む流体工学システムの概略ブロック図で
あり、

【図４１】 図３６の装置で用いられる他の容器の断面図であり、超音波ホ
ーンが、このホーンに向って外側に湾曲する容器の壁に接触している。

【図４２】 図４１の壁の断面図である。

【図４３】 図４３Ａと図４３Ｂは破裂すべき細胞やウイルスを保持するた
めに容器に使用されるのに適した異なる壁の、互いに相対する側を示す等距離図
である。

【図４４】 図４３Ａと図４３Ｂの壁を組み込んだ容器を、部的に切除して
示した等距離図である。

【図４５】 図４４の容器の底面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ， ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ， ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ， ＺＷ (72)発明者 ファーザド・ポーラーマディ アメリカ合衆国94539カリフォルニア州フ レモント、パジャロ・ドライブ41013番 (72)発明者 ウィリアム・エイ・マクミラン アメリカ合衆国95014カリフォルニア州ク ペルティノ、プレシディオ・ドライブ8051 番 (72)発明者 ロナルド・チャン アメリカ合衆国94063カリフォルニア州レ ッドウッド・シティ、フーバー・ストリー ト3312番 (72)発明者 スタンリー・エイチ・サカイ アメリカ合衆国95014カリフォルニア州ク ペルティノ、メンハート・レイン10325番 (72)発明者 ジーザス・チン アメリカ合衆国95054カリフォルニア州サ ンタ・クララ、アルカルディ・ストリート 2317番 (72)発明者 フィリップ・ベルグレイダー アメリカ合衆国94336カリフォルニア州マ ンテカ、ペブル・ウェイ719番 (72)発明者 エム・アレン・ノースラップ アメリカ合衆国94708カリフォルニア州バ ークレー、ビスタモント・アベニュー616 番 (72)発明者 ダグラス・ビー・ドリティ アメリカ合衆国94941カリフォルニア州ミ ル・バレー、キャッスル・ロック・ドライ ブ25番 Ｆターム(参考） 2G045 BB04 CB01 CB04 CB21 DA13 2G052 AA36 AD09 AD26 AD54 DA02 DA12 EA03 EC01 GA11 JA04 4B029 AA09 AA11 AA16 BB01 BB13 FA15 HA06

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体試料から所望の分析物を分離する装置であって、 カートリッジを備え、このカートリッジは、 （ａ）試料流路と、 （ｂ）上記試料流路に置かれ、上記試料が通過するときこの試料から細胞また
   はウィルスを捕獲するためのフィルタを少なくなくとも１つ入れている溶解室と
   、 （ｃ）上記溶解室内に置かれ、上記細胞またはウィルスを破裂させて分析物を
   そこから放出させるためのビーズと、 （ｄ）上記試料流路を介して上記溶解室に連通し、上記試料が溶解室を通過し
   た後の残りの試料を収容する廃液室と、 （ｅ）上記溶解室から延び、上記試料流路から分岐した分析物流路と、 （ｆ）上記試料が上記溶解室を通過した後の上記試料を上記廃液室に向かわせ
   ると共に、上記試料から分離された分析物を分析物流路内へ向かわせるための少
   なくとも１つの流れ制御装置と、 を備えたことを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、 上記カートリッジは、試料から粗い物質を取り除くために上記試料流路に置か
   れた第１フィルタと、上記溶解室内の第２フィルタとを備え、上記第２フィルタ
   は上記第１フィルタよりも平均孔寸法が小さいことを特徴とする装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の装置において、 上記第１および第２フィルタのいずれも上記溶解室内に配置され、これらのフ
   ィルタの間にビーズが設置されていることを特徴とする装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の装置において、 上記溶解室内の第３フィルタをさらに備え、この第３フィルタは上記第２フィ
   ルタから離間しており、また、この第３フィルタは上記第２フィルタよりも平均
   孔寸法が小さいことを特徴とする装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の装置において、 上記カートリッジは、上記第１フィルタと上記第２フィルタの間に設置された
   第１のビーズの組と、上記第２フィルタと上記第３フィルタの間に設置された第
   ２のビーズの組とを有することを特徴とする装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の装置において、 上記第１の組におけるビーズの平均直径は上記第２の組におけるビーズの平均
   直径と異なることを特徴とする装置。
7. 【請求項７】 請求項１に記載の装置において、 上記ビーズは、破壊される細胞に対して結合親和性を有することを特徴とする
   装置。
8. 【請求項８】 請求項１に記載の装置において、 上記ビーズは、分析物に対して結合親和性を有することを特徴とする装置。
9. 【請求項９】 請求項１に記載の装置において、 上記溶解室内には細胞を結合するための第１のビーズの組と、細胞を破裂させ
   るための第２のビーズの組とが入れられていることを特徴とする装置。
10. 【請求項１０】 請求項１に記載の装置において、 上記カートリッジは、さらに、 （ａ）上記廃液室と連通し、この廃液室が第１の予め決められた量の液体を受
    け取ったときを示す第１センサ室と、 （ｂ）上記廃液室と上記第１センサ室との間に設けられた第１溢水リムを有し
    、廃液室内の液体がこの溢水リムの高さに達するまでその液体がこの廃液室から
    第１センサ室に流れ込むのを防止する第１壁と を備えたことを特徴とする装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の装置において、 上記カートリッジは、さらに、 （ａ）上記廃液室と連通した第２センサ室と、 （ｂ）上記廃液室と上記第２センサ室との間に設けられた第２溢水リムを有し
    、この第２溢水リムは上記廃液室の底面に対して上記第１溢水リムとは異なる高
    さに位置している第２壁と を備えたことを特徴とする装置。
12. 【請求項１２】 請求項１に記載の装置において、 上記試料から分離された分析物を収容するための反応室をさらに備え、この反
    応室は上記分析物流路を介して上記溶解室と連通していることを特徴とする装置
    。
13. 【請求項１３】 請求項１に記載の装置において、 上記カートリッジは上記溶解室を画定する少なくとも１つの壁を含んでおり、
    また、上記装置は、この壁の外面に接触して上記溶解室内に圧力波を生成するト
    ランスデューサをさらに備えたことを特徴とする装置。
14. 【請求項１４】 請求項１２に記載の装置において、 上記トランスデューサは超音波ホーンからなることを特徴とする装置。
15. 【請求項１５】 流体試料から所望の分析物を分離する方法であって、 （ａ）カートリッジに上記試料を導入するステップを備え、このカートリッジ
    は、 （ｉ）試料流路と、 （ii）上記試料流路に置かれ、試料から粗い物質を取り除くための第１フ
    ィルタと、 （iii）上記第１フィルタよりも平均孔寸法が小さく、試料から細胞また
    はウィルスを分離するための第２フィルタを入れており、上記試料流路におかれ
    た溶解室と、 を有しており、 （ｂ）また、上記試料を上記試料流路内に流し、この試料が上記溶解室内を流
    れるときに上記第２フィルタによって細胞またはウィルスを捕獲するステップを
    備え、 ここで、上記溶解室内に流す試料の量と上記溶解室の容積容量との比は少
    なくとも２：１であり、上記溶解室内に流す試料の量は、少なくとも１００μｌ
    であり、 （ｃ）また、上記捕獲した細胞またはウィルスを破壊してそこから分析物を放
    出するステップと、 （ｄ）上記溶解室から上記分析物を溶離するステップと を備えたことを特徴とする方法。
16. 【請求項１６】 請求項１５に記載の方法において、 上記溶解室内に流す試料の量と上記溶解室の容積容量との比は少なくとも５：
    １であることを特徴とする方法。
17. 【請求項１７】 請求項１５に記載の方法において、 上記溶解室内に流す試料の量は、少なくとも１mlであることを特徴とする方法。
18. 【請求項１８】 請求項１５に記載の方法において、 上記細胞またはウィルスを破壊するステップでは上記溶解室内のビーズを攪拌
    することを特徴とする方法。
19. 【請求項１９】 請求項１５に記載の方法において、 上記細胞またはウィルスを破壊するステップでは上記溶解室を超音波で処理す
    ることを特徴とする方法。
20. 【請求項２０】 請求項１５に記載の方法において、 上記細胞またはウィルスを破壊するステップでは上記溶解室を加熱することを
    特徴とする方法。
21. 【請求項２１】 請求項１５に記載の方法において、 上記試料を上記溶解室内に流しつつこの溶解室を超音波で処理するステップを
    さらに備えたことを特徴とする方法。
22. 【請求項２２】 請求項１５に記載の方法において、 上記分析物を溶離するステップの前に、上記溶解室を超音波処理しつつこの溶
    解室内に洗浄流体を流すステップを行うことを特徴とする方法。
23. 【請求項２３】 請求項１５に記載の方法において、 上記分析物を溶離しつつ上記溶解室を超音波処理するステップをさらに備えた
    ことを特徴とする方法。