JP2005512071A - 化学的又は生化学的分析用のデバイス - Google Patents

Abstract

試料を分析するデバイスであって、分析の間において流体が流される通路及びチャンバの網状構造を持つ第１層と、分析に使用する流体を含む複数のチャンバが形成された第２層と、分析されるべき試料を使用時に導入することができる第１層又は第２層の何れかにおける導入口と、第２層のチャンバと第１層の網状構造との間に壊れやすい流体シールを設ける第３層であって、使用時において該第３層における破壊が第２層のチャンバからの流体を第１層の網状構造へと通過させて試料の分析が実行されるのを可能にする第３層とを有している。

Description

本発明は、試料の化学分析用のデバイスに係り、特には、広範囲の化学的及び生化学的検査プロトコル（test protocols）を実行するのに適したマイクロ流体システムに関する。

試料の化学分析のためのデバイスであって、該デバイスには固体又は液体の化学的又は生化学的配合物（formulations）を含む圧縮可能な複数のチャンバが、斯かるチャンバの複数を特定のシーケンスで圧縮することにより所要の化学的検査を当該検査デバイスに挿入された試料に対して実行することができるように設けられるようなデバイスが良く知られている。このようなデバイスは典型的には手持ち型であり、従って、試料は得られた略直後に当該検査デバイスに挿入することができると共に、検査を実行することができる。この様にして、斯様なデバイスの使用者にとっては、検査の結果を非常に速く得ることができる。マイクロ流体システムを使用する他の利点は、例えば指刺し血液試料に相当するような小さな試料体積を使用することができ、小さな試薬体積しか要せず、これにより各検査の費用の低減及び少ない量の廃棄物に繋がり、斯かる廃棄物は当該デバイス上に又はデバイス内に保持することができるという点にある。更に、斯かるデバイスは高い表面積対体積比を備え、これにより速い結合及び反応速度を提供する。また、斯かるデバイスは典型的には小型であるので、例えば救急車内、救命室内、家庭内又はＧＰサージェリにおいて使用するのに容易に適合する。

例えば、ヨーロッパ特許第EP0381501号は、ＰＣＲ技術に使用するキュベットを開示しており、該キュベットは全ての試薬を当該デバイス内に制限し、これにより、逸脱したＤＮＡが当該キュベットから漏れ、他の検査装置を汚染するのを防止している。該デバイスは試薬を収容する複数のチャンバを含み、使用時において、これらチャンバは外部圧力手段により圧縮される。これらチャンバは細い通路を介して中央の混合領域と流体的連通状態にあり、かくして、斯かるチャンバの圧縮は所要の試料及び試薬を上記混合チャンバに所定のシーケンスで強制導入する。該デバイスは２つの層からなり、これら層の両者は上記の可撓性チャンバ及び流体通路を設けるように少なくとも部分的に整形されている。

米国特許第3476515号は、試薬を格納すると共に必要な反応を実行するための複数のコンパートメントを有するような可撓性検査デバイスを開示している。これらチャンバは使用時に圧力作動されて、試薬を当該チャンバから混合チャンバに放出させる。該混合チャンバで行われる反応の結果は、次いで、分光光度計のような適切な光度計を用いてスペクトル特性を測定する他のマシンにより、又は上記反応の最終生成物の熱的、化学的、物理的、電気的若しくは電気化学的特性を測定することにより分析することができる。

この種のデバイスの他の例は、ｉ−ＳＴＡＴコーポレーションにより提供されており、i-Stat CG8+ カートリッジ等の名称で知られている。このデバイスは、校正用流体及び試料が順に通過される一連のセンサを設けている。上記校正用流体は或る特定の操作により或る領域からセンサに導かれ、次いで試料が同一のセンサに対し第２操作により別の位置から導かれる。

しかしながら、分析に先立ち液状（wet）及び乾燥試薬は、これらが汚染され、これにより実行されるべき実際の分析に悪影響を与えないように離れて維持されることが重要である。

本発明の目的は、製造が簡単であると共に操作が容易であり、且つ、分析前に全ての試薬が分離して維持されることを保証するような、試料の化学分析用の使い捨て可能なデバイスを提供することにある。

本発明によれば、試料の分析用のデバイスであって、該デバイスが、
分析の間において流体が流される通路及びチャンバの網状構造を有する第１層と、
分析に使用する流体を含むような複数のチャンバが形成された第２層と、
使用時に、分析されるべき試料を導入することが可能な前記第１層又は第２層の何れかにおける導入口と、
前記第２層のチャンバと前記第１層の網状構造との間に壊れやすい流体シールを設ける第３層であって、使用時において、該第３層における破壊が前記第２層内のチャンバからの流体を前記第１層の網状構造へと通過させて、前記試料の分析が実行されるのを可能にするように設ける第３層と、
を有するようなデバイスが提供される。

従って、本発明は、分析に必要とされ得る前記流体が、前記第１層の通路及びチャンバの網状構造（流体網状構造）からシールされた個々のチャンバ内に、前記第２層における液状試薬と前記第１層における乾燥試薬とがシールの対向する側に維持されるようにして、保持される。このようにして、分析の前に、上記液状及び乾燥成分の完全さが悪影響を受けることがない。

上記第２層内のチャンバは、該チャンバ内の圧力を増加させ、これにより上記第３層を破断させるように圧縮可能なものとすることができる。他の例として、上記チャンバ内の圧力を、例えば内部又は外部ポンプにより増加させることもできる。

本発明のデバイスは、試料の化学的検査に使用することができるか、又は代わりに、例えば血液試料から抽出されたＤＮＡのような新たな試料の準備に使用することもできる。

当該デバイスには、該デバイスに挿入される試料に依存して作動されることが可能な、異なる組合せのチャンバを設けることができる。追加的に及び／又は代替的に、第１検査の結果に依存して、当該デバイスを用いて１以上の更なるオプション的検査を続いて実行することもできる。

上記第２層におけるチャンバは、好ましくは、これらチャンバが、流体を第１層における流体網状構造へ流入させるように破壊することが可能な第３層における領域に対向するように配置することができる。これは、第３層に、第２層におけるチャンバに対応する位置に弱い点を設けることにより達成することができる。代わりに又は追加として、第２層における少なくとも１つのチャンバが、該チャンバが圧縮された場合に第３層を穿孔するような手段を含むことができる。他の例として又は追加として、穿孔手段は第１層に、第２層における少なくとも１つのチャンバに対向して設け、該チャンバが圧縮された場合に第３層が破壊されるようにすることもできる。

第２層における前記チャンバの１以上は、当該層の略平らな表面から突出することができるか、又は代替的に１以上のチャンバが第２層内に没入することもできる。チャンバが第２層の表面から突出する例においては、該第２層は好ましくは熱成形される。上記チャンバは第２層内に没入されると共に可撓膜により被覆され、これにより前記流体が当該チャンバから供給される場合に再現性を増加させるのが好ましい。

好ましくは、第２層におけるチャンバの１以上は熱成形されると共に該第２層から突出する圧縮可能な部分を含み、第３層を穿孔手段と接触させるように作動可能にする。

好ましくは、第２層におけるチャンバの少なくとも１つは該第２層内に形成され、当該チャンバは、圧縮された場合に第３層を穿孔手段に接触させ、これにより該第３層を破断させるような可撓性上部を有する。

好ましくは、第２層におけるチャンバの少なくとも１つは軸方向に移動可能な部材を含み、該部材は、作動部材により移動された場合に、当該チャンバ内の圧力を増加させ、これにより第３層を穿孔手段に接触させて該第３層を破断させる。

第３層は、所定の第１圧力が印加された場合に、当該箔が破壊させられ、これにより上記チャンバ内からの流体を第１層における流体網状構造内へと通過させるような厚さのものとする。第３層の破壊を開始させるのに要する圧力を低減するために、レーザ融除されたパターンのような弱い点を、該第３層の所望の位置に設けることができる。他の例として、第１層に、第３層を破裂させるために第２層における関連するチャンバの下に位置するような、ピンの如き穿孔手段を設けることもできる。この方法において、穿孔は、第３層が上記ピン上にたわむこと、即ち上述した圧力破裂設計に類似した設計、又は破裂されるべき第３層の部分の下に可動ピンを組み込むことの何れかに依存することができる。

他の例として、第２層におけるチャンバの１以上は１対のサブチャンバにより形成され、主サブチャンバは前記流体を含み、補助サブチャンバが相対的に狭い通路を介して互いに流体的に連通するようにすることもできる。この例では、上記補助サブチャンバが、好ましくは上述した機構の１つであるような何らかの形の穿孔手段を保持し、かくして、第３層の穿孔が、流体が上記主サブチャンバから上記狭い通路を介して補助サブチャンバへ、及び第３層における破壊を介して第１層における前記流体網状構造へ流れ込むのを可能にする。

第３層を穿孔することができる機構の他の例は、チャンバが試薬貯蔵チャンバ内にピンを、該チャンバが圧縮される際に該ピンが第３層に向かって且つ該第３層を経て移動させられ、これにより該チャンバからの流体を第１層に流入させるような形で含む場合である。

また、第３層に、典型的には当該層の表面にスクリーン印刷されるような抵抗性加熱素子を設け、使用時において、該加熱素子が一時的に駆動されて第３層を焼き切り、これにより当該チャンバを前記マイクロ流体網状構造に対して開口させることも考えられる。斯様なデバイスは、如何なる機械的接続も除去するので、潜在的に一層信頼性がある。

第３層を穿孔する手段の他の例は、好ましくはチャンバ内に完全に鋳型形成されたヒンジ部を有する爪、又は流体密封を形成するために第３層に締まり嵌めされた鋳型形成された栓を含み、当該チャンバを押圧することにより、上記栓が流体を第１層へと流入させるようにする。

第３層は、該第３層が穿孔された場合に第２層の圧縮されたチャンバが該第３層と相互に作用し合って第１層から第２層への流体の流れを防止するように形成することができる。

他の例として、第２層におけるチャンバは、上述した圧縮の解放の後に、斯かるチャンバが元の形状を取り戻し、これにより負圧を生成し、該負圧が第３層を経る開口上の流体メニスカスを反転させて、不所望な流体の流れを低減するように弾性的とすることができる。

上記チャンバの機械的圧縮又は他の手段による加圧は、例えばプランジャを持ち上げることにより反転することができるので、流体を、マイクロ流体網状構造含む第１層から第２層へと吸引して戻すことができる。

第２層内の対応するチャンバと対向し得る第１層のチャンバは、検査の間に使用するために設けることができる乾燥試薬を含むことができる。

第１層は、他の好適な材料も使用することができるが、好ましくはポリマから又はガラスから形成される。第２層は部分的に又は全体として、例えば前記チャンバが圧縮可能なものである場合はポリマから形成することができ、及び／又はガラスから形成することができる。第３層は、好ましくは、例えば金属箔及び／又はポリマから形成された薄膜とする。

チャンバが圧縮された場合に所定量の流体が供給されるのを保証するために、流体チャンバの圧縮を行う物体、アクチュエータ又はプランジャが、何時当該チャンバの表面に接触するかを知る必要がある。製造誤差のために、この点は、異なるマイクロ流体デバイスの間では僅かに変化し得る。この許容誤差は、何時当該流体がチャンバから流出し始めるか、及び所与の時点において当該チャンバから供給される実際の量に関して不確かさを生じさせる。これに対処するために、何時アクチュエータが当該チャンバの表面に接触したかを感知することが望ましい。これは、好ましくは、チャンバの頂部の表面を金属化すると共に、上記アクチュエータ上に２つの電気接点を配置することにより実施される。アクチュエータが該金属化された膜に接触すると、該アクチュエータ上の上記接点の間に電気的接続が形成され、これにより接触がなされたことを通知する。

好ましくは、第１層は反応チャンバを含み、該反応チャンバの形状は、検査中の特定のプロトコルに、例えば当該検査がエンドポイント又は連続反応を検出するように設計されているかに依存する。しかしながら、該反応チャンバの設計が、流体網状構造内の試薬の流れ、反応のタイミング及び位置の所要の特性を考慮に入れることも必要である。従って、該反応チャンバの形状及び大きさは異なる反応に対して各々異なり得る。例えば、エンドポイント反応においては、該反応チャンバは薄い円盤とすることができ、該円盤の表面の一部又は全部が特定の試薬により被覆される。該円盤形状は、これにより、反応が行われ得る大きな表面積対体積比を提供する。他の例として、検査が連続反応を含む場合、該反応チャンバは好ましくは長い毛管通路、好ましくは当該検査デバイスの全体の大きさを最小化するために螺旋形態とし、これにより試薬が当該チャンバを通過するのに斯かる時間を増加させる。

上記反応チャンバは当該デバイスの残部とは別個に形成することができ、その場合には、好ましくは第１層における流体網状構造に共同鋳型形成される。これは、反応チャンバに配置された抗体が当該デバイスの残部又は該チャンバが含む試薬に影響を与え得るような何らかの固有の処理を要する場合に、特に有利である。

上記チャンバは、当該チャンバ内の流体に混合及び／又は固有の流れパターンを生じさせるように織り目付け又は構造化することができる。上記反応チャンバは複数の個別のサブチャンバを有することができる。該反応チャンバは、表面上に抗体が固定され得るような発泡体の如き固定化基板を含むことができる。

当該デバイスには２以上の反応チャンバを設けることができ、これらチャンバの各々は、１試料に対して複数の検査を実行することができるように異なる抗体で被覆することができる。これらチャンバは、実行されるべき検査に依存して直列又は並列の何れかで配置することができる。

当該デバイスには、好ましくは、廃棄チャンバが設けられ、該廃棄チャンバは大気に排気される比較的大きなチャンバに繋がる長い蛇行チャンネルの形態をとることができる。該廃棄チャンバの容積は、試薬チャンバの容積の和よりも大きく、かくして理論的には如何なる廃棄物質も排気ポートに到達しないように設計されるべきである。如何なる廃棄物質も当該デバイス自体内上に保持することにより、このことは、異なる検査試料間での相互汚染の危険性が無いことを保証すると共に、該廃棄物質が安全な形で扱われ且つ廃棄されることを保証する助けとなる。

上記廃棄チャンバは第２層上に、廃棄物質が該第２層内に又は該第２層上に蓄積されるように設けることができる。

試料及び／又は流体を上記チャンバの何れかに導入するか、又は試料を当該デバイスに挿入する場合に、試作品開発のためには、試料又は試薬を導入することが可能な充填ポートを設けることが有利である。斯かる充填ポートはシリコーン層により被覆され、かくして、皮下注射針をブロックを経て射し込んで流体を導入することにより、上記針の除去が、上記シリコーンが自身を封止して当該デバイスの流体密封性を維持するようにすることができる。大量生産のためには、試薬及び他の流体を製造段階で導入することが望ましい。大量生産に適合した充填処理の一例は、前記壊れやすい層を積層する前に上側層に試薬及び流体を供給し、これにより、チャンバが圧縮されるまで上記試薬を封入することである。

また、本発明は試薬を貯蔵すると共に、使用時に、試料の分析用のデバイスの一部を形成するようなデバイスであって、該貯蔵デバイスが平らな本体を有し、該本体が、
相互接続通路及び分析において使用する１以上の乾燥試薬が貯蔵されるチャンバの網状構造を有する第１層と、
上記第１層と密封的に係合して前記乾燥試薬を保持すると共に該乾燥試薬の汚染を防止する脆弱な第２層と、
を有するようなデバイスを提供する。

本発明によれば、試薬を貯蔵すると共に、使用時に、試料の分析用のデバイスの一部を形成するデバイスであって、該貯蔵デバイスが平らな本体を有し、該本体が、
分析に使用する流体試薬が貯蔵される複数の圧縮可能なチャンバを有するような第１層と、
上記第１層と密封的に係合して前記液状試薬を保持すると共に該液状試薬の汚染を防止する脆弱な第２層と、
を有するようなデバイスが提供される。

上記貯蔵デバイスの各々の一方は、使用時に、各デバイスの脆弱な第２層を破壊して、流体が一方のデバイスから他方へ流れるのを可能にし、これにより試料の分析用のデバイスを形成するように一緒に結合することができる。これらデバイスは、脆弱な第２層の何れか一方若しくは両方上の接着剤により結合することができるか、又は代わりに例えば超音波溶接により結合することができるか、又は例えば変更された“雄”及び変更された“雌”ルアー継手（luer fittings）により機械的に一緒に連結することができ、これら継手は付加的に脆弱な封止層を組み込んでおり、上記雄継手は上記継手と接続する際に該脆弱な層を破断することができる。他の形の結合及び連結も利用することができるが、結合又は連結の後に、一緒にされた２つの貯蔵デバイス間に流体密封性通路が存在することが望ましいことに注意することが重要である。

更に、本発明は試料の分析用のデバイスを形成する方法であって、該方法が、
平坦な本体を有する第１部分を形成するステップであって、該本体が相互接続通路と分析において使用する１以上の乾燥試薬が貯蔵されるチャンバとの網状構造を有するような第１層と、該第１層と密閉的に係合する脆弱な第２層とを有するようなステップと、
平坦な本体を有する第２部分を形成するステップであって、該本体が分析において使用する液状試薬が貯蔵される複数の圧縮可能なチャンバを有する第１層と、該第１層と密閉的に係合する脆弱な第２層とを有するようなステップと、
上記第１部分と第２部分とを、第１部分におけるチャンバの少なくとも１つが第２部分におけるチャンバと対向するように密封係合的に結合し、これにより、使用時に、上記脆弱な第２層が破壊されて流体が上記第２部分から第１部分へと流入するのを可能にするようなステップと、
を有するような方法を提供する。

上記第１及び第２部分は第２層の何れか一方又は両方上の接着剤により結合することができ、該接着剤は、第２層における分析の間において破壊されるべきでない領域上に、第１部分と第２部分との間に流体密封性通路を形成するような態様で設けられる。上記個々の部分は、上述したような変更されたルアー継手を組み込むことができる。

上記個々の部分には、上記脆弱な第２層の外側に面する表面上に、剥離膜により覆われた接着剤を設けることができ、該剥離膜は第１及び第２部分を結合する前に上記接着剤を露出させるために除去することができる。

上述したデバイスの別個の部分は、分析用完成デバイスの製造が簡単で容易に行えることを保証する。更に、上記異なる部分は、異なる場所で製造し、より都合の良い時点で一緒にすることができる。

また、本発明はデバイス内で試料を分析する方法であって、該デバイスは通路及びチャンバの網状構造を有する第１層と、分析において使用する流体を含む複数の圧縮可能なチャンバが形成された第２層と、分析されるべき試料用の導入口と、上記第２層におけるチャンバと上記第１層の網状構造との間に脆弱な流体シールを設ける第３層とを有するような方法において、該方法が、
（ａ）分析されるべき試料を前記導入口に挿入するステップと、
（ｂ）第２層におけるチャンバを加圧して、第３層を該チャンバからの前記流体が前記試料を第１層内の前記網状構造における反応チャンバへ移動させるように破壊するステップと、
（ｃ）第２層における第３チャンバを加圧して、第３層を破壊すると共に他の流体を前記反応チャンバへ移動させるステップと、
（ｄ）全ての所要の流体が使用されるまで、上記ステップ（ｃ）を繰り返すステップと、
（ｅ）前記反応チャンバを分析するステップと、
を有するような方法も含む。

上記第２層におけるチャンバの圧縮は、好ましくは、ピストンを駆動する通常のモータ、ネジ溝付きピストン（threaded piston）を駆動する圧電素子又はステップモータのような何らかの形態のモータ駆動機械アクチュエータにより実行される。他の例として、上記チャンバの圧縮は使用者により実行することもできる。

当該デバイスの温度は、好ましくは、何れかの反応を操作すると共に斯かる反応の結果を読み取る計測装置により制御される。該温度制御の型式は、局部赤外線加熱、例えばペルチェデバイスの使用による特定の点の冷却及び加熱のための局部伝導、並びにデバイス全体のための全体的温度制御を含むことができる。

上記反応チャンバ内での反応の分析は、好ましくは、付加的な読取計測装置により実行され、該装置は当該検査の性質に依存して光学的又は電気的とすることができる。読取の可能性のある方法は、色の変化、蛍光、化学発光（chemi-luminescence）、電荷、電圧又は抵抗の検出であり得る。全ての場合において、上記読取は物理特性の検出又は測定の何れかとすることができ、特性の変化が明らかである場合、これは、更なる読取装置の必要性無しに、当該デバイスの操作者により観測することができる。

本発明のデバイスは、酵素抗体法（enzyme-linked immuno-sorbent assay：ＥＬＩＳＡ：エライザ法とも呼ぶ）及び／又は直接蛍光ラベル付け（direct
fluorescence labelling）のような多くの異なる検査プロトコルで使用することができる。

以下、本発明によるデバイスの例を、添付図面を参照して説明する。

図１に示す検査デバイス１０は、下側層１１、上側層１２及び中間層１３を有している。

下側層１１には、使用中において流体が流され得る通路１５及びチャンバ１６の網状構造１４が設けられている。特に、該下側層１１は、検査されるべき試料を挿入することが可能な試料チャンバ１７を有している。該試料チャンバ１７は、当該試料の分かっている測定された量のみが挿入されるのを可能にするような大きさとすることができる。中央の反応チャンバ１８は、検査又は複数の検査を行うために必要な試薬及び試料を受け入れるために上記試料チャンバ１７及び複数のチャンバ１６と流体的連通状態にある。廃棄チャンバ１９は試薬を、上記反応チャンバ１８を一旦通過した後に受け入れる。供給貯留部２０は、導入チャンバ１７と流体的連通状態にあると共に、試料を反応チャンバ１８に送るために使用される。該供給貯留部２０の容積は、導入チャンバ１７から反応チャンバ１８へ送られる上記試料の量を制限するようなものとすることができる。

上側層１２は、本例では、可撓性部分２１と相対的に剛性なフレーム２５とを含んでいる。可撓性部分２１には、集合的には符号２２が付され、個々には符号３０ないし３８を含んで識別された複数のチャンバが形成されている。これらのチャンバ２２は、下側層１１に形成されたチャンバ１６、２０に対向するように配置されると共に、圧縮可能であるように構成されている。導入開口２３が可撓性部分２１の一端にフラップ手段２４により形成されており、該フラップ手段は、試料が下側層１１のチャンバ１７に挿入されるのを可能にするような位置と、導入開口２３を封止するような位置との間で移動可能である。

相対的に剛性なフレーム２５は、上側層１２の第２部分であり、本例では個別の部品として示されているが、上記可撓性部分２１と一体的に形成することができ、上側部分１２に幾らかの剛性を付与するためにのみ設けられている。上側層１２は単一の部品から形成することができる。フレーム２５には、前記チャンバ２２、フラップ２４及び廃棄貯留部１９の位置に対応する孔が設けられている。

チャンバ１６及び反応チャンバ１８は、指定された反応が生じるのを可能にするために、乾燥試薬又は抗体又は如何なる他の所要の表面処理によっても処理することができる。

チャンバ１６及び貯留部２０には当該チャンバの中央部分から直立する突起２６が設けられ、かくして、使用時において、上側層１２におけるチャンバ２２が圧縮され、これにより膜１３を前記第１層における対応するチャンバ１６、２０に押し込むと、上記突起が膜１３を穿孔して、上側層１２における対応するチャンバからの流体を下側層１１における流体網状構造１４に流入させる。

当該デバイス内での流れの制御は、２つの手段により提供される。第１に、上記膜１３は、液状試薬が上側層１２におけるチャンバ２２から下側層１１における流体網状構造１４へと通過するのを防止するシールとして作用する。加えて、当該流体は上側層１２におけるチャンバ２２の正の（positive）変位により上記流体網状構造内で移動される。使用される各流体の流量及び体積は、チャンバ２２の圧縮率及び変位量により各々制御される。物質の崩壊（collapse）の非線形性、毛管現象又は崩壊による線形な体積変化をもたらさない特定の幾何学構造を補正するために、上記圧縮はマイクロプロセッサ（図示略）により適応化及び制御することができる。

廃棄貯留部１９はオプションとして一方向バルブにより排気され、層１１内の如何なる試薬も汚染から防止し、当該デバイス内の圧力差を補正し、液状試薬が流体網状構造１４を介して流れるのを可能にする。

例示的検査プロトコルとして、人の血清を前立腺固有の抗原に関して分析する場合、反応チャンバ１８は抗体により被覆され、前記試料チャンバは凝固剤で処理される。

この特定の例において、上側層１２のチャンバ２２は各チャンバに、零緩衝液（zero buffer solution）、洗浄水（water rinse）、空気、酵素結合体（enzyme conjugate）、テトラメチルベンジジン（tetramethylbenzidine：ＴＭＢ）溶液及び塩酸を含む。

検査を行うために、全血液の試料が試料チャンバ１７に投入され、フラップ手段２４により密閉される。チャンバ１７を圧縮して上記試料を反応チャンバ１８へ送ることができるか、又は代わりにチャンバ３０を圧縮し、該チャンバ３０の中味（水又は空気であり得る）を使用して上記試料を反応チャンバ１８に送る。試料チャンバ１７と反応チャンバ１８との間において、フィルタ（図示略）を使用することもできる。これは、特に、血液を検査する場合に細胞を除去してプラズマを生成する場合に有効である。次いで、チャンバ３１が圧縮されて、反応チャンバ１８に零緩衝液を追加する。次に、チャンバ３２が圧縮されて、反応チャンバ１８を洗浄する。次いで、チャンバ３３が圧縮され、空気を供給して反応チャンバ１８を空にし、かくして、上記流体は廃棄貯留部１９に強制的に送られる。次いで、チャンバ３４が圧縮され、酵素結合体が追加され、これにはチャンバ３５の圧縮が続き、該圧縮は水を使用して反応チャンバ１８を洗浄する。次いで、チャンバ３８が圧縮されて、空気を反応チャンバ１８に強制的に送り、廃棄貯留部１９へと排出する。次いで、チャンバ３７が圧縮され、ＴＭＢ溶液が追加される。次いで、チャンバ３６が圧縮され、上記反応チャンバに塩酸が追加される。次いで、該反応チャンバ１８を４５０ｎｍの波長において分光光度的に測定することができる。

図２は、図１の検査デバイス１０の下側層１１において使用することが可能な流体網状構造１４の他の構成を示している。チャンバ１６及び通路１５は、図１のものと類似している。必要な試薬を受け入れるチャンバ１６は、導入チャンバ１７及び反応チャンバ１８を連結する共通通路４０と流体的連通状態となるように配置されている。反応チャンバ１８は、本例では、長い螺旋状通路であり、この形態の反応チャンバは連続反応が行われるべき場合に使用することができる。反応チャンバ１８の長さは、当該試薬が、検査に先立ち該反応チャンバに設けられた何らかの抗体又は他の薬品と接触されるのに要する時間長に依存する。先の例と同様に、反応チャンバ１８は廃棄貯留部１９に排出される。

図３及び図４は、当該デバイスの他の実施例を示し、該実施例において圧縮可能なチャンバを含む上側層１１２は、剛性部分１２５と、幾つかの関連する穿孔ピン機構１４５を備える可撓性部分１２１とからなっている。膜１２１の押圧によるチャンバ１２２の圧縮は、穿孔ピン１４５を脆性膜１１３に貫通させ、流体を上側層１１２から下側層１１１へ流入させる。

下側層１１１は積層構造１０１、１０２からなっている。下側層１１１の底部分１０１は、流体通路１１４、混合エレメント１１７、反応チャンバ１１８及び廃棄チャンバ１１９の網状構造からなっている。層１０２は下側層１１１に対する密封層を提供する。この実施例において、試料は、試料プランジャ１３０を用いて圧縮することが可能なチャンバ１３１に導入することができる。

図３及び図４の実施例において、例示的なＥＬＩＳＡ検査、及び特に化学発光検査は、試料を試料収集点１３１に挿入することにより実行することができる。次いで、試料プランジャ１３０が挿入される。該プランジャの圧縮は、上記試料を上側層１１２から下側の流体網状構造層１１１へと強制的に送る。この過程において、上記試料はプラズマを抽出するためにフィルタを介して強制送りされる。次いで、チャンバ１２７が圧縮され、これにより穿孔ピン１４５を脆性膜１１３に強制貫通させて、緩衝液を上側層１１２から下側層１１１へと流させる。チャンバ１２７の圧縮は上記プランジャと同時に、両流体を、マイクロ流体混合エレメント１１７を介して強制的に流させる。次いで、チャンバ１２３が同様に圧縮され、ラベル付けされた抗体（抗体１）溶液を上記プラズマ緩衝液と強制的に混合させる。上記抗体は上記プラズマ内の特定の蛋白質と結合し、これらを効果的にラベル付けする。このチャンバの圧縮は、上記混合された流体を反応チャンバ１１８に流入させる。該反応チャンバ１８は典型的には第２抗体２により被覆されている。上記の混合された抗体１-プラズマ溶液が当該チャンバを介して流れる際に、上記ラベル付けされた蛋白質の該反応チャンバ上の抗体１に対する固有の結合が、斯かるラベル付けされた蛋白質を固定する。残りの蛋白質及び結合されなかった抗体はチャンバ１２８の圧縮により廃棄チャンバ１１９へと洗浄排出されるが、該チャンバ１２８は洗浄緩衝液を上記上側層から上記下側層へ及び上記反応チャンバを介して強制的に送るものである。結合されたラベル付けされた蛋白質のみを残して、反応チャンバ１１８を洗浄したら、該反応チャンバ１１８を介して化学発光剤を流すことができ、該反応チャンバ１１８を発光させる。発光の量は、上記の結合されたラベル付けされた蛋白質に比例する。典型的には、発光剤は、上記結合されたラベル付けされた蛋白質を洗う前に、混合を要する２以上の成分を含む可能性がある。これは、図３及び４の実施例においては、チャンバ１２４及び１２６の各々に１つの成分を含めることにより達成することができる。これらチャンバは同時に圧縮され、当該流体は上記下側層へ及び混合エレメントを介して強制送りされ、該混合エレメントにおいて上記２つの成分は完全に混合される。チャンバ１２４及び１２６の続く圧縮は、上記の混合された化学発光剤を反応チャンバ１１８を介して強制送りし、前記の結合された蛋白質の発光を生じさせる。

以下の図は、上述した実施例の何れにおいても使用することが可能な別のチャンバ構造及びバルブを記載している。

図５は、上側層１２における流体保持チャンバ２２の第１例を示す。該チャンバには圧縮可能部分４０が設けられている。円錐４１の形の穿孔手段が、下側層１１におけるチャンバ１６の表面から延びている。

図６に示す別の例では、チャンバ２２は、第２層１２内に形成され、圧縮可能部分４２を備えている。図５及び６に示す両例において、圧縮可能部分４０、４２を操作することにより、当該チャンバ内の圧力が上昇し、これにより脆性層１３を円錐４１上に押圧させ、かくして該脆性シール１３を破断させる。

図７及び８は、チャンバ２２を如何にして形成することができるかの他の例を示している。この例において、チャンバ２２は上側層１２内に形成され、可撓性カバー部４３を備えている。上側層１２と下側層１１との間には脆性膜１３が、圧縮可能なカバー部４３が圧縮された場合にチャンバ２２内の圧力の上昇が膜１３を破断させ、これにより流体が上記下側層における通路の網状構造１４に流入するのを可能にするように、設けられている。

上記膜１３を圧力の上昇が該膜を破断させるほど充分に弱くするために、該膜には、図９に示すように、この形態では好ましくはレーザによる融除により形成されるループ部分４４のような、弱い部分を設けることができる。斯様な膜は、図１０に示すように、図８に示すデバイスに組み込むことができ、同様の態様で操作される。

図１１及び１２は、上記チャンバが如何にして形成されるかの更に他の例を示している。ここでも、チャンバ２２は上側層１２内に形成され、好ましくはシリコーンから形成される圧縮可能カバー部４３が該チャンバ２２の上部を覆っている。層１１にはチャンバ１６が形成され、該チャンバはピン４５が突出する圧縮可能なカバー部４３ａを有している。上記部分４３ａの圧縮は上記ピンに層１３を破断させ、かくして、部分４３の続く圧縮がチャンバ２２からの流体を層１１における通路の網状構造へと強制的に送る。

図１３及び１４は、チャンバ２２が１対のサブチャンバ４６、４７から形成されるような更に他の例を示している。主サブチャンバ４６は所望の流体を収容し、補助サブチャンバ４７はピン４５を保持する。該ピンは、圧縮可能なシリコーンカバー層４３が圧縮されると、脆性シール１３に穿孔し、これにより主サブチャンバ４６からの流体が通路４８を介して補助サブチャンバ４７に流入すると共に下側層１１の流体網状構造１４に流入するのを可能にする。

図１５及び１６は、チャンバ２２がピン４５を図１３及び１４の補助サブチャンバ４７内のものと同様の態様で保持し、シリコーンカバー層４３の圧縮が該ピンに脆性シール１３を穿孔させ、流体が当該チャンバ２２から下側層１１の流体網状構造１４に流入するのを可能にするような他の例を示している。

図１７及び１８は、好ましくはスクリーン印刷により抵抗性加熱エレメント４９が印刷されている脆性シール１３を示し、該シールは使用時に短時間駆動されて当該膜１３を焼き切り、これによりチャンバ２２を下側層１１の流体網状構造１４に対して開口させる。

図１９及び２０はチャンバ２２の他の例の斜視図を示し、該チャンバ内には爪５０が図２０では開位置で、図１９では閉位置で、ヒンジ部５１を有して示されている。爪５０をヒンジ部５１を支点として移動させることにより、該爪は脆性シール１３を穿孔させ、これによりチャンバ２２からの流体を下側層１１（図示略）へと通過させる。

図２１は層１２に凹状に形成されると共にマイクロ注入器５２を含むチャンバ２２を示している。マイクロ注入器５２は滑動可能に装着されたピストン５３を含み、該ピストンはアクチュエータ５４を使用して押し下げ、当該チャンバの側壁に対する流体封止を維持したまま該チャンバ内の流体を圧縮することができる。該チャンバ内の容積が減少されるにつれて、第３層１３は下にたわんで穿孔手段４１と接触させられ、これにより該第３層を破断して、流体が第１層１１における通路の網状構造１４に流入するのを可能にする。

図２２及び２３は、当該デバイスにおける該デバイスの上側表面が弾性膜６１により形成されているような部分に関する上面バルブ６０を示している。流体は、第１層１１における網状構造１４から、上記第１層における第２層へと延在する突起６２と上記膜６１との間に形成された小さなチャンネル６３を介して、第２層１２へと辿られる。このように、上記弾性膜が図２３に示されるように圧縮されると、上記流体網状構造１４の２つの部分の間の通路６３は阻止され、これにより該通路の網状構造内の流れを防止する。

図１は、本発明によるデバイスの展開概略斜視図を示す。 図２は、図１のデバイスに使用する他の流体網状構造を示す。 図３は、本発明によるデバイスの他の実施例の展開図である。 図４は、図３のデバイスを経る断面を示す。 図５は、本発明に使用する圧縮可能なチャンバの一例を示す。 図６は、本発明に使用するチャンバの第２例を示す。 図７は、本発明に使用するチャンバの一例の概略斜視図を示す。 図８は、図７の例の断面図を示す。 図９は、第３層の破裂機構の他の例を示す。 図１０は、図９の膜を組み込んだチャンバの断面図を示す。 図１１は、本発明に使用するチャンバの他の例の展開斜視図を示す。 図１２は、図１１の例の断面図を示す。 図１３は、本発明に使用するチャンバの他の例の展開斜視図を示す。 図１４は、図１３のチャンバの断面図を示す。 図１５は、本発明に使用するチャンバの他の例の概略斜視図を示す。 図１６は、一方の側の下から見た、図１５の例の断面図を示す。 図１７は、第３層として使用する膜の一例を示す。 図１８は、図１７の膜を組み込んだデバイスの一部の斜視断面図を示す。 図１９は、第３層を穿孔する機構の他の例を示す。 図２０も、第３層を穿孔する機構の他の例を示す。 図２１は、本発明に使用するチャンバの他の例の断面図を示す。 図２２は、バルブ機構を使用した本発明によるデバイスの一部の概略断面図を示す。 図２３も、バルブ機構を使用した本発明によるデバイスの一部の概略断面図を示す。

符号の説明

１０ デバイス
１１ 下側層
１２ 上側層
１３ 壊れやすい膜（中間層）
１４ 網状構造
１５ 通路
１６ チャンバ
１７ 試料チャンバ
１８ 反応チャンバ
１９ 廃棄チャンバ
２０ 供給貯留部
２１ 可撓性部分
２２ チャンバ
２３ 導入開口
２４ フラップ
２５ フレーム
２６ 突起
３０〜３８ チャンバ
４０ 圧縮可能部分
４１ 円錐
４２ 圧縮可能部分
４３ 可撓性カバー部
４４ ループ部分（弱い部分）
４５ ピン
４６ 主サブチャンバ
４７ 補助サブチャンバ
４８ 通路
４９ 抵抗性加熱エレメント
５０ 爪
５１ ヒンジ部
５２ マイクロ注入器
５３ ピストン
５４ アクチュエータ
６０ 上面バルブ
６３ チャンネル

Claims (23)

1. 試料を分析するデバイスにおいて、
   分析の間に流体が流される通路及びチャンバの網状構造を有する第１層と、
   上記分析に使用する流体を含むような複数のチャンバが形成された第２層と、
   分析されるべき試料を使用時に導入することが可能な前記第１層又は第２層の何れかにおける導入口と、
   前記第２層の前記チャンバと前記第１層の前記網状構造との間に壊れやすい流体シールを、使用時において当該第３層における破壊が前記第２層におけるチャンバからの流体を前記第１層の前記網状構造へと通過させて前記試料の分析が行われるのを可能にするように設ける第３層と、
   を有することを特徴とするデバイス。
2. 請求項１に記載のデバイスにおいて、前記チャンバが圧縮可能であることを特徴とするデバイス。
3. 請求項１又は請求項２に記載のデバイスにおいて、前記第２層における前記チャンバが、前記第３層における、流体が前記第１層における前記流体網状構造へ流入させられるように破壊することが可能な領域に対向して設けられることを特徴とするデバイス。
4. 請求項１ないし３の何れか一項に記載のデバイスにおいて、前記第３層には、前記第２層における前記チャンバに対応する位置に弱い点が設けられることを特徴とするデバイス。
5. 請求項１ないし４の何れか一項に記載のデバイスにおいて、前記第２層における少なくとも１つのチャンバが、該層が圧縮された場合に前記第３の壊れやすい層を穿孔する穿孔デバイスを含むことを特徴とするデバイス。
6. 請求項１ないし５の何れか一項に記載のデバイスにおいて、前記第１層には、前記第２層における少なくとも１つのチャンバに対向して、該チャンバが圧縮された場合に前記第３層が破壊されるように穿孔デバイスが設けられていることを特徴とするデバイス。
7. 請求項１ないし６の何れか一項に記載のデバイスにおいて、前記第３層により設けられた前記シールが破壊されており、前記第２層の前記チャンバが前記第３層と相互に作用して、前記第１層から前記第２層への流体の流れを防止することを特徴とするデバイス。
8. 請求項１ないし６の何れか一項に記載のデバイスにおいて、前記第２層における前記チャンバが、如何なる圧縮力も解放された後に、これらチャンバが自身の元の形状に略復帰するように弾性的であることを特徴とするデバイス。
9. 請求項１及び請求項３ないし８の何れか一項に記載のデバイスであって、請求項２には従属しないデバイスにおいて、前記第１層及び第２層の何れか一方又は両方が、ポリマ又はガラスの何れかから形成されていることを特徴とするデバイス。
10. 請求項２に記載のデバイスにおいて、前記第２層が部分的に又は全体としてポリマから形成されていることを特徴とするデバイス。
11. 請求項１ないし１０の何れか一項に記載のデバイスにおいて、前記第３層が金属箔又はポリマ又はこれらの組合せの何れかから形成されていることを特徴とするデバイス。
12. 請求項１ないし１１の何れか一項に記載のデバイスにおいて、前記第２層における前記チャンバの１以上が、熱成形されると共に該第２層から突出する圧縮可能な部分を含み、前記第３層を穿孔手段と接触させるように作動可能であることを特徴とするデバイス。
13. 請求項１ないし１２の何れか一項に記載のデバイスにおいて、前記第２層における前記チャンバの少なくとも１つは該第２層内に形成され、該チャンバは可撓性上部を有し、該可撓性上部は、圧縮された場合に、前記第３層が穿孔手段と接触させられるようにし、これにより該第３層を破断することを特徴とするデバイス。
14. 請求項１ないし１３の何れか一項に記載のデバイスにおいて、前記第２層における前記チャンバの少なくとも１つは軸方向に移動可能な部材を有し、該部材は、作動部材により移動された場合に、当該チャンバ内の圧力を増加させ、これにより前記第３層を穿孔手段と接触させて該第３層を破断することを特徴とするデバイス。
15. 試薬を貯蔵する貯蔵デバイスであって、使用時には、試料の分析用のデバイスの一部を形成するようなデバイスにおいて、該貯蔵デバイスが平らな本体を有し、該本体が、
    相互接続通路と、検査に使用する１以上の乾燥試薬が貯蔵されるチャンバとの網状構造を有する第１層と、
    前記第１層に密封係合して、前記乾燥試薬を保持すると共に該乾燥試薬の汚染を防止する壊れやすい第２層と、
    を有していることを特徴とするデバイス。
16. 試薬を貯蔵する貯蔵デバイスであって、使用時には、試料の分析用のデバイスの一部を形成するようなデバイスにおいて、該貯蔵デバイスが平らな本体を有し、該本体が、
    検査に使用する流体試薬が貯蔵される複数の圧縮可能なチャンバを有する第１層と、
    前記第１層に密封係合して、前記流体試薬を保持すると共に該流体試薬の汚染を防止する壊れやすい第２層と、
    を有していることを特徴とするデバイス。
17. 試料の分析用のデバイスであって、該デバイスが、
    請求項１５に記載の貯蔵デバイスと、
    請求項１６に記載の貯蔵デバイスと、
    を有し、前記壊れやすい第２層が、これら第２層が破壊されると流体が一方のデバイスから他方のデバイスへ流れるように一緒に結合されることを特徴とするデバイス。
18. 請求項１７に記載のデバイスにおいて、前記第２層が、接着剤、超音波溶接又は機械的連結手段により結合されることを特徴とするデバイス。
19. 試料の分析用のデバイスを形成する方法において、該方法が、
    平らな本体を有する第１部分を形成するステップであって、該本体が相互接続通路と前記分析に使用する１以上の乾燥試薬が貯蔵されるチャンバとの網状構造を有するような第１層と、該第１層と封止係合状態の壊れやすい第２層とを有するようなステップと、
    平らな本体を有する第２部分を形成するステップであって、該本体が前記分析に使用する流体試薬が貯蔵される複数の圧縮可能なチャンバを有する第１層と、該第１層と封止係合状態の壊れやすい第２層とを有するようなステップと、
    前記第１部分と第２部分とを、前記第１部分における前記チャンバの少なくとも１つが前記第２部分における或るチャンバと対向し、使用時に、前記壊れやすい第２層が破壊されて流体が前記第２部分から前記第１部分へ流入するのを可能にするように、封止係合状態で結合するステップと、
    を有することを特徴とする方法。
20. 請求項１９に記載の方法において、前記第１部分と前記第２部分とを結合する前に、前記第２層の一方又は両方上に接着剤を供給するステップを更に有していることを特徴とする方法。
21. 請求項１９又は請求項２０に記載の方法において、前記第２層上の共動する機械的結合部を係合させるステップを更に有していることを特徴とする方法。
22. 請求項１９ないし２１の何れか一項に記載の方法において、前記第２層の少なくとも一方から剥離膜を除去して接着剤を露出させるステップを更に有していることを特徴とする方法。
23. 通路及びチャンバの網状構造を有する第１層と、分析に使用する流体を含むような複数のチャンバが形成された第２層と、検査されるべき試料のための導入口と、前記第２層の前記チャンバと前記第１層の前記網状構造との間に壊れやすい流体シールを設ける第３層とを有するようなデバイスにおいて試料を分析する方法において、
    （ａ）検査されるべき試料を前記導入口に挿入するステップと、
    （ｂ）前記第２層におけるチャンバを加圧して前記第３層を破断し、該チャンバからの前記流体が前記試料を前記第１層の前記網状構造における反応チャンバへと送るようにするステップと、
    （ｃ）前記第２層における第３チャンバを加圧して、前記第３層を破断すると共に他の流体を前記反応チャンバへと送るステップと、
    （ｄ）前記ステップ（ｃ）を、全ての所要の流体が使用されるまで繰り返すステップと、
    （ｅ）前記反応チャンバを分析するステップと、
    を有していることを特徴とする方法。

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