JP2005513418A - マイクロフルイディックデバイス用のディテクタ構成 - Google Patents

Abstract

本発明は、マイクロフルイディックデバイス表面のディテクタエリアからの放射を測定するのに適したディテクタ構成および方法に関する。この構成は、ディテクタヘッドを有するディテクタユニット、および、ディテクタユニットが検出エリアからの放射を収集するのを可能にする他のユニットを備える。

Description

本発明は一般に、マイクロフルイディックデバイスの分野に関する。本発明は特に、マイクロフルイディックデバイス表面のディテクタエリアからの放射を測定するのに適したディテクタ構成に関する。この構成は、ディテクタヘッドを有するディテクタユニット、および、ディテクタユニットが検出エリアからの放射を収集するのを可能にする他のユニットを備える。

関連技術

Ａ．背景となる文献
円形基板上の各検出エリアからの放射信号を測定するためのディテクタ構成は、過去の多数の文献に記載されている。例えば以下を参照。

ＥＰ３９２４７５（出光石油化学、ヤマジカズタカ他）には、径方向にディスクを横切ることのできる可動ディテクタヘッドと組み合わされた回転可能なディスクを備えた分析装置が記載されている。ディスク表面はセクタに分割されている。一実施形態では、各セクタに、抗原に敏感な周辺領域／バンドが設けてある。バンドは、血清内に発生する特定の抗原に特異性のある抗体を有しており、抗原に敏感である。使用時、蛍光基でラベルしたもとの抗原は、血清サンプルとともに、バンドに対し内側の位置でディスクに塗布される。サンプルをスピンさせることで、サンプルとラベルした抗原とは、固定された抗体を通り、抗体と合成されて検出される。

ＵＳ５９９４１５０（Imation社、Challener他）は、一般的な意味で、一つまたはそれ以上の物質に感度のある複数の領域を有するディスク（センサディスク）を、ディテクタと、各感度領域がディテクタの近傍に移動するようディテクタをスピンさせるモータとを組み合わせてなる分析装置を提案している。装置は、表面プラスモン共鳴を含む、表面での光学的回折現象を利用している。抗体、抗原、およびインジケータ染料を用いて、ディスクの感度を与えてもよい。物質に感度を与えるのは、例えば、触媒、抗体、および抗原である。液体アリコートを輸送するマイクロチャネルは設けられていない。

ＵＳ５８９２５７７（The University Court of the University of Glasgow、Gordon)には、回転するディスク上の生物学的サンプルの光学的検査を行うためのシステムが記載されている。ディスクから出る放射には、サンプル内のある物質の存在を示す一成分と物質の位置に関する情報を含む別の成分とが含まれる。ディスク上のホームマークの使用が示されている。

ＷＯ９７２１０９０（Gamera社、Mian他）には、マイクロフルイディックデバイスをスピンさせることで液流が生成されるマイクロフルイディックデバイスに対し種々のディテクタ構成を適用できることが提案されている。

Duffy他による「Microfabricated Centrifugal Microfluidic systems: Characterization and multiple Enzymatic Assay」（Anal. Chem. 71 (1999) 4669-4678)には、ＷＯ９７２１０９０のマイクロフルイディックデバイスにおける比色酵素アッセイが記載されている。デバイスをスピンさせる間に吸収度の測定を行う。蛍光発光の原理が示されている。

ＷＯ００４０８５７（Amersham Pharmacia Biotech社、Bjorkesten他）には、一実施形態において、リニアディテクタヘッドを円形エリアの中心周りに移動させることで該エリアをスキャンするヘッドが提案されている。リニアディテクタヘッドは、一列または複数列のディテクタ要素を備え、ラベルされた物質を含むスポットを検出するために用いられる。スキャンされるエリアは、主に、２−Ｄ電気泳動ゲルである。マイクロフルイディックデバイスについては述べられていない。

Ｂ．背景となる技術および問題
本発明は、医学、化学、生化学、分子生物学などの範疇において、サンプル処理、アッセイプロトコル、化学的および／または生物学的シンセシスなどのプロセスの小型化の分野に属する。現在、この分野の一つの主な目標は、これらのプロセスのコスト削減、例えばアッセイ毎に必要な試薬の量の削減やアッセイ毎の時間の削減などである。一つの方法は並列処理度を上げることであり、これは、全てのランを並列に実行するために、できるだけ多くの同様のプロセスランを一つの同じデバイスに統合するなどして実現される。現在、多数の研究グループ・企業が、直面する数々の問題を解決する技術の開発に携わっている。

問題の一つは、許容できる感度および再現性を保ちつつ、プロセスを実行するのに用いるマイクロデバイスに合うようにディテクタを最適に構成する方法に関連する。この問題は、測定工程がディテクタユニットおよびマイクロフルイディックデバイスの検出領域を測定中相対的に連続的に移動させることで行われる場合に、特に顕著となり得る。

別の問題は、マイクロフルイディックデバイスが非対称ディスク形状の場合、したがって検出エリアに対し正しい位置に焦点を保つことが困難なために生じるものである。正確な構成にしないと、非対称ディスクは感度が下がることになる。この問題は特に、プラスチック材料からなるディスクに起きる。

別の問題は、サンプル容積がμｌ〜ｎｌの範囲で変化し且つプロセスプロトコルを同じデバイス内で高い並列処理度で実行する際においても、許容できる感度および再現性を保つことに関連する。本発明者は、こうした状況では、マイクロフルイディックデバイスを作製する材料、および、デバイスの製造・調整の間の種々の処理によって、望まれる信号と同種類でサイズが同等または大きな信号欠陥が容易に発生することを見出した。

近年、マイクロフルイディックデバイスをプラスチック材料で作製するのが一般的になった。この種の材料は、典型的に、蛍光測定で通常用いられる波長の大部分をカバーする発光波長に対し、高い蛍光性（「自己蛍光性」）を有する。マイクロタイターウェル、その他覆いのないマイクロ構造と比較して、本発明で用いられる覆いのあるタイプのマイクロチャネル構造にとって問題はさらに厳しい。その理由は、励起し出射した放射はプラスチック材料を透過する必要があるからである。透明なプラスチック材料に対しても、検出エリア／検出マイクロキャビティ間の「クロストーク」の問題がある。同様の問題は、測定すべき放射（例えば化学ルミネセンス、生物ルミネセンスなど）が検出マイクロキャビティ内で生成される分光学的方法に対してもあり得る。

さらに最近の問題は、本譲渡人により複数のマイクロチャネル構造を備えたマイクロフルイディックデバイス内の液流を、デバイスに対して流れに関するインターチャネル変動を無視できる程度に制御できるようになった事実に関連する。この進歩により、譲渡人は、異質サンドイッチイムノアッセイの固相反応を小カラム（ｎｌカラム）において流れ条件下で実行することにより、低インターアッセイ変動および高感度で、検体（例えば抗原）を容積ｎｌのサブフェムトモルの範囲で定量化することが可能となった。この結果、免疫複合体などの親和性複合体の量を、カラム内の流れ方向に沿った位置の関数として測定する問題点が生じた。ＰＣＴ／ＳＥ０２／００５３７を参照のこと。この文献の内容は本願に含まれる。ドイツミュンヘンで２００１年９月１６〜１９日に行われたProteomic Forumにて、２００１年９月１７日に提示された譲渡人のポスターも参照のこと。

発明の概要

本発明は、上述した問題に対処するシステムおよび方法に関する。

本発明の第１の副目的は、本願で説明される種類のマイクロフルイディックデバイスの表面の複数の検出エリアを並列測定することのできる改良ディテクタ構成および／または改良方法を提供することである。

第２の副目的は、本願で説明される種類のマイクロフルイディックデバイスの個々の検出エリアからの放射を、高精度・再現性をもって収集することのできるディテクタ構成および方法を提供することである。類似の副目的は、検出原理が放射の収集前に照射を必要とする場合、照射に対しても適用される。

第３の副目的は、マイクロフルイディックデバイスの検出マイクロキャビティに存在する物質を、検出マイクロキャビティに接続された検出エリアを介して、より高い感度で測定できるディテクタ構成および方法を提供することである。この目的は、１０^−１３モル以下（１０^−１５モル以下、１０^−１８モル以下等）の量を、マイクロフルイディックデバイス内の例えば容量ｎｌの部分で計測することを意味する。この制限は、マイクロチャネル構造に導入され処理される液体サンプル内の検体の量にも関連する。収集された放射は、サンプル内の検体の存在／非存在および量の関数である。

第４の副目的は、本願で説明される種類のマイクロフルイディックデバイスの検出エリアからの放射を収集・処理するための方法を提供することである。

第５の副目的は、個々の検出エリアのサブエリアの関数として、所望の物質に由来する放射の正確な総和を行うことのできるソフトウェアおよび方法を提供することである。特にこの副目的は、マイクロフルイディックデバイスで高精度に少量の物質を測定する際に発生し得ると発明者が見出した本願で述べる問題を避けることを意図する。

これらの目的は特に、スピン中のディスクの測定に適用される。

これまでの記載では、以下の本発明の詳細な説明をよりよく理解する目的で、本発明の特徴および技術的な利点を大まかに説明した。本発明の請求項の主題を形成する本発明の他の特徴および利点は以下に記載する。当業者により理解されるように、本発明と同一の目的を達成するために修正したり他の構造を設計するための基礎として、開示される概念・特定の実施形態を容易に利用できる。当業者により理解されるように、そのような等価な構成は、添付請求項で示す本発明の精神および範囲から外れることはない。本発明の特性と考えられる新規な特徴は、その構成および動作方法、さらなる目的および特徴に関して、添付図面とともに以下の説明からよりよく理解されるであろう。しかしながら、各図面は、図示の目的で且つ説明の目的のみで提示され、本発明の制限を規定するものとしては意図されていないことは明確に理解すべきである。

本発明をより完全に理解するため、添付図面を参照して以下の説明を行う。

本発明の範囲および精神から外れることなく本願に開示された発明に対し種々の具現化や修正を行うことができることは、当業者には極めて明らかである。

本願では、用語「回転」はスピンを表す。さらに、用語「回転」は、ディスクのステップ回転を含むがこれに限らない。

本願では、用語「試薬」は、検体を含むがこれに限らない。

本願では、用語「円形状に」は、ディスクの中心周り（円周方向）を表す。

本願では、用語「環状ゾーン」は、一つまたはそれ以上の検出エリアを表す。したがって、本願で記載されるマイクロフルイディックデバイス上の環状ゾーンは、一つ、二つ、三つ、あるいはそれ以上でもよい。

本願では、用語「複数のマイクロチャネル構造」は、二つ、三つ、あるいはそれ以上のマイクロチャネル構造を意味する。典型的に「複数」とは１０以上、例えば５０以上や１００以上のマイクロチャネル構造を意味する。

本発明の第１の態様は、複数の検出エリア（図３の３１７ａ，ｂ，ｃ等）からの放射を測定するのに適したディテクタ構成である。各検出エリアは、マイクロフルイディックデバイス（図１の１０１、図３の３０１）内の検出マイクロキャビティ（図３の３０６ａ，ｂ，ｃ等）に接続されている。図１を参照して、本構成は、
（ａ）フォーカルエリアを持つディテクタヘッド（１０２）と、ディスクホルダ（１０５）であって、ディテクタヘッド（１０２）すなわちフォーカルエリアがディスクホルダ（１０５）内に配置されたディスク（１０１）表面を略円形状（手段Ｉ）に且つ／または径方向（手段ＩＩ）に横切ることができるようにするための手段に連結されたものと、
（ｂ）ある時刻にフォーカルエリアでカバーされる部分エリアの角位置を認識するための角度調整システム（１０８，１０９）と、
（ｃ）ある時刻にフォーカルエリアでカバーされる部分エリアの径位置を認識するための随意の径調整システム（１１０，１１１）と、
（ｄ）例えばソフトウェア内臓コンピュータなど、
（ｉ）フォーカルエリアがディスクの環状ゾーン内の検出エリア（３１７ａ’，ｂ’，ｃ’）を横切るように手段Ｉおよび手段ＩＩを制御し、
（ｉｉ）ディテクタヘッド（１０２）が、上記環状ゾーン内の少なくとも一つ検出エリア内のフォーカルエリアと実質的に同じ大きさの各サブエリアの放射を予め選択された方法で収集するよう、
制御するコントローラ（１１２）と、
を備える。

特定の態様では、ディスクホルダ（１０５）は、フォーカルエリアがディスク表面を横切るようディテクタヘッドとディスクを相対的に移動させる手段の少なくとも一つと連結される。このように、ディスクホルダ（１０５）は、手段Ｉまたは手段ＩＩ、若しくは手段Ｉと手段ＩＩの両方に連結される。

さらに、当業者により理解されるように、手段Ｉ、手段ＩＩ、およびディテクタヘッドは、コントローラに直接連結することもできるし間接的に連結することもできる。

手段Ｉでは、ディスクとディテクタの移動の仕方に関して３つの主要な形態がある。
（１）ディスクが対称軸周りに回転する。この形態では、手段Ｉは、スピナモータ（１０３）とディスクホルダ（１０５）を保持するシャフト（１０４）とを備えるのが好ましい。図１参照。
（２）ディテクタヘッド（フォーカルエリア）がディスクの対称軸周りを円形状に回転する。この形態では、手段Ｉは、スピナモータとディテクタヘッドを保持するアームを有するシャフトとを備えるのが好ましい。このシャフトは典型的に、ディスクホルダ上に配置されたディスクの対称軸と同一方向である。
（３）（１）と（２）の組み合わせ。

手段ＩＩでは、ディスクとディテクタの移動の仕方に関して３つの主要な形態がある。
（１）ディスクがディテクタヘッドの前方を横方向に移動する。この形態では、手段ＩＩは、ディスクホルダを横方向に移動するモータを備えるのが好ましい。
（２）ディテクタヘッド（フォーカルエリア）がディスク表面上方を横方向に移動する。この形態では、手段ＩＩは、ディテクタヘッドを保持するリニアフレーム（１０６）、および、ディスクホルダ（１０５）に配置されたディスク上方でフォーカルエリアを径方向に移動する駆動ユニット（１０７）を備えるのが好ましい。図１参照。
（３）（１）と（２）の組み合わせ。

発明に係る構成は図１に示されている。

Ｉ．手段Ｉおよびディテクタヘッド用角度調整システム
典型的な形態では、ディテクタヘッド（１０２）、および、ディスクホルダ（１０５）を保持する回転可能なシャフト（１０４）を有するモータ（１０３）（例えばスピナ）は、フレーム構造（１１３）上に支持されている。モータ（１０３）は、例として０〜１５０００ｒｐｍの範囲内（例えば６０〜５０００ｒｐｍの範囲内）で変化できるよう回転速度を制御する。ディスクはステップ回転してもよい。ディスクが回転すると、ディテクタヘッドのフォーカルエリアは、ディスク表面の角度の近い部分エリアを連続的にスキャンすることになる。上記形態（１）では、図１の手段Ｉは、モータ（１０３）およびシャフト（１０４）を備える。

ディスクホルダ（１０５）は、好適には、ディスクがその上に配置できるプレートである。ディスクホルダはまた、ディスクをその周縁で保持するデバイスでもよい。（ディスクが非対称の場合）ディスクがぐらつくのを低減するための、ディスクに対向するプレートの面（１１４）は、均等に分配された覆いのない浅い溝またはチャネル開口部からなる系を有し、この系が真空系に接続され、これによりディスクをプレートに吸引できるようにしてもよい。例えば、２００１年９月１７日出願のＳＥ出願０１０３１０９−５を参照。この文献の内容は本願に含まれる。

検出エリアは、ディスクの片側に存在してもよいし両側に存在してもよい。ディスクホルダが図１に示すようにプレート状で且つマイクロフルイディックデバイスが反対側に検出エリアを有するのであれば、放射の収集を妨げないようプレートを固定するのが重要である。したがって、プレートの径をディスクより小さくし、ディテクタエリアを、プレートで覆われていない環状ゾーンに配置するようにしてもよい。代わりに、プレートは、少なくともディテクタエリアにおいて、測定に供される放射に対し半透明の材料であってもよい。

角度調整システムは、
（１）ディスクホルダ上に配置されるディスクの予め決められた角位置がいつディテクタヘッド（１０２）の対物レンズの前方にある（すなわちフォーカルエリアでカバーされる）のかを計測することのできるデバイスと、
（２）ディスクホルダ（１０５）上に配置された回転ディスク（１０１）上のホームポジション（３０５）がいつ通過するかを検出できるホームポジションマークディテクタ（１０８）と、
を備えてもよい。

ホームポジションマーク（図３の３０５）は、好適には、検出エリアの外側の外周ゾーン、あるいは、高精度に検出できる他の位置に配置される。ディスク表面の各特定スポットの位置座標は、ホームポジションマークに相対的な角位置として、および、外周または対称軸に相対的若しくはディスク上の他の任意の固定位置に相対的な径位置として与えられる。

ホームポジションマークディテクタ（１０８）は、典型的に、ディスクの外側、例えばフレーム構造（１１３）上に固定の位置を有する。

予め決められた角位置がいつ対物レンズの前方にあるか精度よく好適に計測する代替法は、ディスクが回転中に、ホームポジションマークからの角距離を漸次与えるエンコーダを含む。この種のエンコーダ（１０９）は、典型的に手段Ｉ、例えばモータ（１０３）、シャフト（１０４）、またはディスクホルダ（１０５）に接続されている。エンコーダを直接ディスク（１０１）に接続させることにより、最も高精度の計測が行われると考えられる。エンコーダは、典型的に、シャフトの一回転を、多数のグラード、例えば＞５０００（＞１００００、＞２００００、＞３００００等）に分割する。精度が低くなるが単純な代替法は、予め決められた回転速度と、予め決められた位置−ホームポジションマークの間の角距離とから（すなわち、予め決められた回転速度と角位置座標）から必要な時間を演算する演算手段を含む。この種の演算手段は、コントローラと接続してもよい。

角度調整システムは、（一回転あたり３６０°と仮定して）±１°（±０．１°以内、±０．０１°以内等）の精度で、対物レンズの前方にあるディスク部分の角位置座標を与えることができる必要がある。どれくらいの精度が必要かは、ディスクの大きさ、検出エリアの径位置、必要な感度、検出エリアの大きさなどによる。

ＩＩ.手段ＩＩおよびディテクタヘッド用径方向調整システム
ディテクタヘッド（１０２）は、シャフト（１０４）の中心軸ＣＬを横切り径方向に展開する、第１の平面Ｐ１上での直線変位および位置決めのために、フレーム構造（１１３）の上部分であるリニアフレーム（１０６）上でガイドされる。リニアフレーム（１０６）は、ディテクタヘッドが上記直線変位とは異なる他の方向への制御できない移動をするのを禁止する。この変位を行うための駆動ユニット（１０７）は、並進応答機の形態をなし、第１の平面Ｐ１上でディテクタヘッド（１０２）の位置を逐次変化させ（径方向への移動）、且つ、ディスクホルダ（１０５）に配置されたマイクロフルイディックデバイスの径方向に隣り合うサブエリア群のスキャンを行う。手段ＩＩは、図１において、（２）の形態によるもので、リニアフレーム（１０６）および駆動ユニット（１０７）を備える。

駆動ユニット（１０７）は、ディテクタヘッド（１０２）の対物レンズの前方にあるディスク部分の直線変位、したがって径位置座標を計測するためのユニット（１１０）に接続されている。このユニット（１１０）は、応答機上の並進ホーム位置（１１１）に相対的なフォーカルエリア（ディテクタヘッドの対物レンズ）の並進位置および移動を与えるエンコーダの形態をなしてもよい。このホーム位置は、ディスク上の一意に決定される径位置と関連付けてもよい。測定ユニット（１１０）は、ディテクタヘッド（フォーカルエリア）の並進位置および移動を、使用されるディスクの径位置座標に高精度、典型的には±１０μｍ以内（±１μｍや±０．１μｍ等）に変換できる必要がある。

駆動ユニット（１０７）および平面Ｐ１の垂直高さは、合焦の目的で調整できるようにしてもよい。

ＩＩＩ.コントローラ
ディテクタ構成には、とりわけ
ａ）使用される検出原理が照射を必要とする場合に照射を行うため且つ／または放射を収集するための、一つまたはそれ以上の（角度および／または径方向に関する）開始／停止位置の認識、
ｂ）ディスク表面上の検出エリア内またはその他のエリア内の個々のサブエリアの同定、
ｃ）ディスクの回転とディテクタヘッド（１０２）の径方向逐次変位との同時制御、
ｄ）検出エリア／検出マイクロキャビティからの放射データの収集、
ｅ）収集したデータの処理および提示、且つ／または
ｆ）特定の角位置がディテクタヘッドの対物レンズの前方にある時間の、回転速度からの計測、
を行うために、制御手段、例えば、オペレータのインターフェイスおよびソフトウェア（これ以上は開示せず）を有する電子・プログラマブル制御手段（略図的に符号（１１２）で示す）が割り当てられる。

構成の種々のパーツはコントローラ（１１２）と通信（１１５）を行うようにしてもよい。コントローラは、好適な変形例において、ディスク表面の個々の予め選択された部分から連続的に放射を収集するようディテクタヘッドに指令を行う。典型的に、コントローラは、ある位置、主として意図した検出エリアの手前の角および／または径位置で放射の収集を開始し、同検出エリアの後のある位置で放射の収集を終了するようプログラミングされている。好適には、開始位置と終了位置の径方向距離は実質的に同一である。これは、放射が主に収集されるサブエリアが検出エリア内に配置されることを意味する。さらに、好適な変形例において、検出エリアに近いサブエリアも含まれる。物質への照射が必要な放射の場合すなわち蛍光を測定する場合、制御手段はまた、照射用の開始／停止位置の設定値を定義する。停止位置用の設定値は、典型的に、放射収集用のものと実質的に同じである。

放射収集用の開始および停止信号は、好適には、収集が開始および終了するディスクの角位置にそれぞれ直接リンクしている。これはまた、システムに内在するまたはプリセットされた遅延を十分に考慮する必要があること、すなわち、開始および停止信号を、フォーカルエリアがそれぞれ開始および停止位置の前方に位置する前にイニシエートする必要があることを意味する。角度調整システムがエンコーダを備える場合、開始位置および停止位置に対応するエンコーダ信号を用いて、放射を収集すべき期間を定義する。代わりに、放射の収集の開始および停止は、プリセットされた回転速度にリンクされる。すなわち、コントローラは、プリセットされた回転速度から、開始および停止位置が対物レンズの前方にいるべき時間を演算する。

コントローラは、ディスクが予め決められた回転数、例えば１，２回またはそれ以上（好適には１回）だけ回転した後に、ディテクタヘッド（フォーカルエリア）の径位置を変更するようにプログラミングしてもよい。

コントローラは、ディスクの回転中に対物レンズ（フォーカルエリア）の径位置を変更できるようにしてもよい。この変形例では、ディスクが（ある一つの工程で）次の角位置へ回転する前に、共通の角位置にある関連する全てのサブエリアについて放射を収集することになる。別の変形例では、対物レンズ（フォーカルエリア）はらせん状にディスク表面を横切る、すなわち、径位置は回転中連続的に変更される。

好適な変形例では、収集された放射データは、例えば制御ユニット内に、各サブエリアに対し検索可能な形式で保存される。これにより、放射を収集後、収集データを、各サブエリアからの放射量を示す検出エリアの３Ｄ画像として表すことが可能となる。サブエリアが重なり合う場合、重なり効果を考慮してデータの適当な処理を行い、検出エリアの各部分（サブエリア）に関連する放射の真の画像を生成する。

放射は、コントローラの設定値に応じて、検出エリアの一部から収集してもよいし検出エリア全体から収集してもよい。典型的に、放射は、各放射エリアの少なくとも５０％（例えば、少なくとも８０％、少なくとも９０％、あるいは１００％に到るまで）から収集される。放射が収集されるサブエリアは、好適には検出エリアにわたって均一に分布し、且つ／または、隣り合うサブエリアの重なりは、ある場合もない場合もある。重なり部分、すなわち重なり合う２つのサブエリアに共通するサブエリア部分は、例えば２５％（１５％以下、５％以下等）である。重なり部分は２５％以上でもよい。もし望めば、少量の放射しかない検出エリアゾーンからの放射、すなわち収集すべき放射に影響を与える物質の量が少ない検出エリアに関連する検出マイクロキャビディ内の対応するゾーンからの放射を除くよう、設定値を選択してもよい。

本発明のある態様では、個々のサブエリアは、典型的にしかしながらこれに限らないが、フォーカルエリアと同じ大きさを有する。

ＩＶ．検出原理およびディテクタヘッド
本発明で使用されるマイクロフルイディックデバイスは、典型的に、検出マイクロキャビディ内の絶対量または濃度が極めて低い物質の検出を行う必要がある。したがって、本発明の多くの形態において、検出原理は、検出エリア／検出マイクロキャビティ当たり１０^−１２モル以下（検出エリア／検出マイクロキャビティ当たり１０^−１５モル以下あるいは１０^−１８モル以下等）の物質量の検出および数量化を可能とする必要がある。

典型的な検出原理は、例えばスペクトロメトリック検出を含んでもよい。さらに、検出は、検出エリアに接続されたマイクロキャビティ内にある所望の物質の存在／非存在および量に関連する放射の収集に基づいてもよい。検出原理は、検出マイクロキャビティも黒色プラスチック材料で作製されるマイクロフルイディックデバイスに適用可能である。これらの基準に基づくと、検出マイクロキャビティを通過する可視光の吸収度に基づく検出原理は除外されることが多い。典型的に、放射は、蛍光、化学ルミネセンス、生物ルミネセンス、散乱光などである。

ある検出原理では、放射の収集には照射が必要である。適用可能な検出原理は、これに限らないが、照射と放射との間の波長、分極、寿命、散乱、強度などの変化を、検出マイクロキャビティ内にある対象物質の存在の関数として測定することを含む。所望の物質から発せられる光の形態としての放射の測定を利用する原理に関し、コンフォーカル技術は、特にプラスチック材料からなるディスクに対し有効である。典型的な例は、これに限らないが、ルミネセンス原理と蛍光原理で、レーザ励起蛍光（ＬＩＦ）が好適である。

ディテクタヘッドは、典型的に、ディテクタユニットの一部で、ターゲットエリアからフォトン測定ユニットに放射を収集できる。ターゲットエリアは、例えば検出エリアの一部であればよい。典型的なディテクタヘッドは、対物レンズ、必要であれば収集すべき放射に対し選択性のあるバンドパスフィルタ、および、フォーカルエリアからフォトン測定ユニットへの放射を合焦するレンズ系または類似のもの、を備える。フォトン測定ユニットは、例えば、フォトミュルティプリケータチューブ（ＰＭＴ）、アバランシェダイオードなどである。光をフォトミュルティプリケータチューブ、アバランシェダイオードなどに導くためのライドガイドを設けてもよい。コンフォーカル技術をシステムに組み込む場合、フォトン測定ユニットの入口の前方にピンホールなどが配置される。ピンホールは、対物レンズのフォーカルエリアからのフォトンが優先的にフォトン測定ユニット内に入るよう（大きさ・位置）が設定される。

ディテクタヘッドはまた、使用される検出原理が必要とすれば、ターゲットエリアを照射するシステムを備えてもよい。この場合、システムは、照射源と、対物レンズを有し放射が収集されるフォーカルエリアと一致するフォーカルエリアに照射を合焦させる適当な合焦系とを備える。照射源は典型的に光源で、光源は、検出原理に応じて、単色（例えばレーザ光）、所定の帯域幅を有する光、偏光などを出射する。コンフォーカル技術をシステムに組み込む場合、ピンホールなどを照射源とシステムの間に配置してもよい。

フォーカルエリアの大きさは、典型的に、検出エリアの大きさよりも小さい。ある方向（方向１）に関するフォーカルエリアの幅は、典型的に検出エリアの対応幅の実質的に１／５以下（１／１０以下等）で、垂直な方向（方向２）では同じ範囲内またはそれより大きいかである。他の変形例では、フォーカルエリアは、例えば同一の角位置座標の検出エリア群またはそれらの部分を覆うような、一つまたはそれ以上の検出エリアを包含する大きさであってもよい。好適な場合、実質的に円状の形態のものに対してはフォーカルエリアを丸くする。

好適な変形例では、照射および放射のビーム経路は、図２に示すように、少なくとも対物レンズに最も近いディテクタヘッド部分において一致するが逆方向である。ビーム経路の方向は、好適には、ターゲットエリア（この場合、ディスクホルダ（１０５）に配置されるディスクの表面）に垂直である。

ある好適な変形例では、ディテクタヘッドは、図２に示すように構成されたピックアップヘッドでもよい。この変形例は、特に、レーザ励起蛍光（ＬＩＦ）に適しており、スピン可能なディスク内に存在する容積ｎｌの検出マイクロキャビティからの蛍光数量測定に適している。フォンフォーカル技術を備えてもよい。

図２に示すピックアップヘッド（２００）は、レーザ源（２０１）を備え、そのビームは、ダイクロイックミラー（２０２）で反射し、対物レンズ（２０５）を介して、ヘッド前方に配置された検出マイクロキャビティ（２０３）の一部に合焦される。エピ蛍光は、ダイクロイックミラー、および、対象となる蛍光色素に対し選択性のあるバンドパスフィルタ（２０６）を透過し、最後に、非球面レンズ（２０８）によりフォトミュルティプリケータチューブ（ＰＭＴ）（２０７）の入口に合焦される。ピンホール（２０９，２１０）は、レーザビームの入口とダイクロイックミラーとの間およびＰＭＴ（２０７）の前方に配置される。ピンホール（２１０）の大きさ・位置は、レーザビームのフォーカルエリアが検出マイクロキャビティの内側となるように設定されている。ピンホール（２０９）の大きさは、フォーカルエリアから生じた出射光がＰＭＴ（２０７）内に優先的に入射されるように設定されている。ガラス状のディスクなどの上のミラースポットをダイクロイックミラーの代わりに用いてもよい。

蛍光を測定する必要がある場合、代替ディテクタヘッドは、ＷＯ００３９５４５（Amersham Pharmacia Biotech AB, Tormod、この開示内容は本願に含まれる）で提案されているような音響光学チューナブルフィルタ（ＡＯＴＦ）を用いる。

ディテクタヘッドは、代わりに、一つまたはそれ以上の平行な列のディテクタ要素を備え（例えばディスクホルダ（１０５）上に配置されたディスクに相対的に径方向に向いた直線状の）エリアから光を収集できるリニアおよび／またはエリアディテクタヘッドでもよい。ディテクタ要素は、いわゆるアバランシュダイオードでもよい。

蛍光を用いる場合、光源からの放射の波長は、蛍光を測定すべき物質の蛍光色素の励起波長に合うように設定される。同一の表面から異なる発光波長を有する蛍光色素を測定する必要がある場合、フォトンを測定する前に複数の発光波長を分離できる手段を備えるのが適切である。これは、フィルタ、回折格子、プリズムなどを、フォトンを計数する前のビーム経路に配置することにより達成できる。例えば、ＤＥ４４１９９４０(Tuengler)、ＷＯ９９３９１６５（Leica Microsystems, Engelhardt他）、ＷＯ９９３９２３１（Leica Microsystems, Enhelhardt）参照（これらの内容は本願に含まれる）。

同じディスク表面から励起波長の異なる蛍光色素を測定する必要がある場合、ディテクタユニットは、励起波長の間でスイッチできる、あるいは、同時に異なる蛍光色素を励起できる光源を備えてもよい。

異なる励起および／または発光波長の蛍光色素を共通のディテクタヘッドで測定する別の方法は、ディテクタユニットに各蛍光色素用の個々のディテクタヘッドを内蔵させることである。

異なる蛍光色素からの放射を測定できる検出ユニットを用いることにより、同じマイクロキャビティ内で、複数の物質、例えばこれら物質の存在を並列に測定することが可能になる。

異なる発光波長の蛍光色素の測定に関して上述した事項は、照射が不要である点を除いて発光色素にも適用される。

Ｖ．マイクロフルイディックデバイス
本発明の種々の態様で用いられるマイクロフルイディックデバイスは、液体アリコートの輸送および／または処理を行う複数のマイクロチャネル構造を備える。デバイスは、典型的に、一つまたはそれ以上の平面内において所定の向きを有するマイクロチャネル構造を備えたディスク形状である。構造は、その内部が主として個々のインレットおよび／またはアウトレット開口部並びに／若しくはベントを介して大気と接触するという意味で被覆されている。各マイクロチャネル構造は、一つまたはそれ以上の検出マイクロキャビティ、可能であれば一つまたはそれ以上の反応マイクロキャビティ、および、これら部分同士を接続するマイクロコンジットを備える。反応マイクロキャビティは検出マイクロキャビティと一致してもよい。マイクロチャネル構造での処理の結果は、検出マイクロキャビティと直接または間接的に接続された検出エリアからの放射として測定される。放射は、マイクロフルイディックデバイス内において、検出マイクロキャビティからマイクロキャビティに直接接続されていない部分／表面に、例えば光ファイバを介して案内できるようにする。

ディスクは、典型的に対称軸（Ｃｎ）（ｎは５より大きな整数、好適には無限大（Ｃ∞）を有する。言い換えれば、好ましくは、ディスクは円形である。この種のディスクを選択すれば、液体をマイクロチャネル構造内で移動させるのにスピニング（遠心力）を用いる可能性が開かれる。

液体アリコートをマイクロフルイディックデバイス／マイクロチャネル構造内で輸送するのに別の原理を用いてもよい。そこで、例えばディスクをスピンさせることによる慣性力を用いてもよい。別の力は、毛管力、動電学的力、流体力学的力などである。

対称軸を有し回転可能に構成されるマイクロフルイディックデバイスは、上述したようにホームポジションマークを有してもよい。

マイクロフルイディックデバイスはまた、異なるマイクロチャネル構造を接続する共通のチャネル、例えば液体を導入するための共通の分配チャネルや排出リザーバを備えた共通の排出チャネルなどを備えてもよい。インレットポート、アウトレットポート、ベントなどの種々の部分を備えた共通のチャネルは、それらが連結する各マイクロチャネル構造の一部と考えられる。共通のマイクロチャネルはまた、異なる平面にあるマイクロチャネル構造の群を流体接続してもよい。

用語「マイクロチャネル」「マイクロコンジット」などは、チャネル構造が、断面寸法が１０３μｍ以下、好適には１０２μｍ以下の一つまたはそれ以上のキャビティおよび／またはチャネル／コンジットを有することを意図する。下限は、典型的に、マイクロチャネルを通過する必要のある最も大きな試薬およびアリコート組成物の大きさよりもかなり大きい。マイクロキャビティ／マイクロチャンバの容積は、典型的に１０００ｎｌ以下（５００ｎｌ以下、１００ｎｌ以下、５０ｎｌ以下、２５ｎｌ以下（これは特に検出マイクロキャビティに適用）等）である。液体用インレットポートに直接接続されたチャンバ／キャビティ、例えば、サンプルの塗布用および／または液体排出用のマイクロチャンバ／マイクロキャビティは、非常に大きい。マイクロフォーマットは、デバイス内で輸送される一つ、二つ、三つ、またはそれ以上の液体アリコートが、１０００μｌ以下（例えば１００μｌ以下、５０μｌ以下（これに限定しないがｎｌレンジ（ナノフォーマット）（１０００ｎｌ以下、５００ｎｌ以下、１００ｎｌ以下、５０ｎｌ以下等）を含む）のμｌレンジの容積を有することを意味する。

マイクロフルイディックデバイスは、種々の材料、例えばプラスチック、ガラス、シリコーンポリマーなどから作製することができる。ディテクタエリアは、ディテクタが利用する検出原理に対し透明／半透明である必要がある。製造の観点から、多くの場合プラスチック材料が好適である。なぜならば、材料のコストは通常低く、複製などにより大量生産が容易に行えるからである。プラスチック材料にかかる典型的な製造プロセスは、エンボス加工、成型などによる複製で、その後、得られた開放マイクロチャネル構造を覆うための上蓋が取り付けられる。例えば、ＷＯ９１１６９６６（Pharmacia Biotech AB, Oehman & Ekstroem)。しかしながら、プラスチック材料は、感度の高いいくつかの検出原理と干渉する可能性がある。その高い自己蛍光は、絶対量が少ない蛍光物質を測定すべき場合に、通常の蛍光技術に対し不利である。このことから、デバイスの材料を使用する検出原理にマッチングさせることが重要であることがわかる。本発明の優先日の時点では、好適なディスク材料は、ポリカーボネートや（重合可能な炭素−炭素二重結合および三重結合、並びに、飽和の分岐、直鎖または環状のアルキルおよび／またはアルキレン基からなる）モノマーをベースとしたプラスチック材料といったプラスチック材料である。典型的な例は、日本ゼオン社（日本）のZeonex^TMやZeonor^TMで、後者が好適である。例えばＷＯ００５６８０８（Gyros AB, Larsson, Ocklind, Derand)参照（この内容は本願に含まれる）。この意味では、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などのシリコーンポリマーはプラスチック材料とは考えない。

黒色プラスチック材料は、例えばグラファイトパウダまたはカーボンブラックを含み、光を吸収ししたがって自己蛍光が低いことが知られている。黒色プラスチック材料内の光の通過は防止される。黒色プラスチック材料は、蛍光およびルミネセンス測定を行う場合、マイクロフルイディックデバイス用に非常に効率的である。この場合、黒色プラスチック材料は検出エリアに配置するのを避ける必要がある。

複製により得られるディスクのほとんどに蓋が必要の場合、元が異なるプラスチックの蓋を用いてもよい。例えば、Melinex^TM12PETやMelinex^TM17OPP(Du Pont アメリカ）などである。

自己発光の観点から、透明材料の最適な組み合わせは、複製用としてZeonor^TM、蓋としてMelinex^TM17OPPと思われる。この材料の組み合わせは、４８０〜６５０ｎｍの範囲の励起波長で有益である可能性が高い。

複数の検出マイクロキャビティおよび対応する検出エリアは、サブグループ内に配置され、これにより、サブグループの全てのメンバーが同一の径方向距離、同一の角位置、並びに／若しくは、等しい長さおよび／または断面寸法を有するようにするのが好ましい。各サブグループ内には、少なくとも二つ、三つ、またはそれ以上の検出マイクロキャビティ（検出エリア）、例えば、１０以上、２５以上、５０以上の検出マイクロキャビティ（検出エリア）が設けてあってもよい。

発明にかかる構成における検出エリアの大きさは、典型的に、１×１０^２〜２×１０^６μｍ^２（１×１０^３〜１０^５μｍ^２等）である。その長さおよび／または幅は、典型的に、０．５×１０〜５×１０^４μｍ（１×１０〜１０^４μｍ等）である。

共同係属する特許出願ＰＣＴ／ＳＥ／００５３７の実験部分は、本発明を用いて得られる結果を表す。使用されるマイクロチャネル構造（３０１ａ，ｂ，ｃ等）の構成を図３に示す。これらの構造同士は、共通分配チャネル（３０２）および共通排出チャネル（３０３）により接続されている。共通の対称軸周りのマイクロチャネル構造の向きは明白である。ディスクの外周（３０４）はホームポジションマーク（３０５）を有する。一体となった反応／検出マイクロキャビティ（３０６ａ，ｂ，ｃ等）各々は、下流側で共通排出チャネル（３０３）と連通するとともに、上流側で各コネクションを介して共通分配チャネル（３０２）および各容量測定ユニット（３０７ａ，ｂ，ｃ等）と連通する。表面検出エリア（３１７ａ，ｂ，ｃ等）は各検出マイクロキャビティと接続されている。共通分配チャネル（３０２）は、その一端と中間位置にそれぞれインレットポート（３０８，３０９）を有する。各容量測定ユニット（３０７ａ，ｂ，ｃ等）には別のインレットポート（３１０）が配置されている。各マイクロチャネル構造（３０１ａ，ｂ，ｃ等）はまた、共通排出チャネル（３０３）へのアウトレット、および、共通分配チャネル（３０２）の他端に配置されたアウトレットポート（３１８）を有する。雰囲気へのインレットベント（３１１）は、共通のベント用チャネル（３１２）を介して共通分配チャネルに接続されている。雰囲気への他のベント（３１３，３１４）は、共通排出チャネル（３０３）、および、各反応／検出マイクロキャビティ（３０６ａ，ｂ，ｃ等）と共通排出チャネル（３０３）との間の接続用マイクロコンジットに配置されている。各マイクロチャネル構造（３０１ａ，ｂ，ｃ等）には、適当な弁３１５，３１６が配置されている。

好適なディスクの直径は、一般的なＣＤの大きさ程度であるが、それより大きくてもよいし小さくてもよく、例えば３００％かそれ以上大きくてもよいし１０％かそれ以下でもよい。

ＶＩ．マイクロフルイディックデバイス内で行うプロセス
各マイクロチャネル構造内で行われるプロセスには、アッセイプロトコル、有機化学的または生物化学的シンセシスプロトコルなどが含まれる。典型的に、プロトコルは、必要な試薬／反応剤を含む一つまたはそれ以上の液体アリコートをマイクロチャネル構造内に導入する工程を含む。アッセイプロトコルの場合、アリコートの一つは、少なくとも一つの特徴（例えば、検体の型、形、および／または量）に関して特徴付けられてないサンプルである。

プロセスには、収集すべき放射に関連する物質を、静的条件または流れ条件下で検出マイクロキャビティに形成し且つ／または保持する工程が含まれる。保持するための反応体系は同種でもよいし異種でもよい。すなわち、所望の物質は、液相と固相の間で仕切ってもよいし仕切らなくてもよい。流れ条件で且つマイクロフルイディックデバイスがディスク状の場合、検出マイクロキャビティの流れ方向は、外周に向けて（外側）でもよいしディスク中央に向けて（内側）でもよいし、あるいは、ディスクの外周と実質的に平行でもよい。別の方向を利用してもよい。

プロセスプロトコルは、（ａ）検出マイクロキャビティで固相に固定される親和性複合体を生成する、若しくは、（ｂ）検出マイクロキャビティで可溶または不溶の一つまたはそれ以上の反応生成物を生成する、相互親和性を有する反応剤同士の特異反応を利用する。反応剤の選択など反応条件を適切に選択することで、得られる生成物および／または過剰の試薬を、（ａ）上述の検出エリアから測定でき（ｂ）マイクロチャネル構造に導入される最初の液体アリコートの一つまたはそれ以上の特徴に関連付けることのできる信号によって検出できるように構成できる場合が多い。典型的に、こうした特徴は、特定の反応剤（例えば触媒など親和性反応剤を含む）の種類、形、量（活性を含む）である。用語「一つまたはそれ以上の特徴に関連付けることのできる」には、反応変数（ｐＨ、イオン強度、界面活性剤など）の、反応生成物の生成に用いる反応に対する影響の計測が含まれる。典型的に、それ自体検出可能あるいは検出可能な基に変換可能な、検出性を有する基を持つ反応剤を利用するなどすることで、放射活性、蛍光、化学ルミネッセンス、生物ルミネッセンス、酵素活性、クロモゲン、光拡散（タービジメトリ）などに基づく検出原理が利用される。典型的に、使用されるプロセスプロトコルは、検出可能な反応剤が複合体または他の反応生成物内に組み込まれていることを意味する。例えば、米国特許出願番号６０／３２２，６２１、特許出願ＳＥ０１０３１１７−８参照。マイクロキャビティ内で保持・測定できる検出可能な生成物、試薬などは、本願の他の部分で集合的に「物質」と呼んでいる。

この意味で、典型的な反応剤には、（ａ）抗原／ハプテンおよび対応する抗体（その抗体活性フラグメントを含む）（ｂ）レクチンおよび対応する炭化水素構造、（ｃ）ネイティブリガンドおよび対応するレセプタ、（ｄ）合成オリゴヌクレオチドなど合成変種を含む相補核酸、（ｅ）Ｉｇ（Ｆｃ）結合蛋白質、蛋白質Ａ、蛋白質Ｇ、および他のＩｇ（Ｆｃ）レセプタ、（ｅ）電荷が逆のイオン対、触媒と基質、インヒビタ、コファクタ、コエンザイムなど、触媒に結合できるものなど、親和性対のメンバーが含まれる。ネイティブ親和性相互反応を多少模倣する合成変種も含まれる。

本発明の第２の態様は、
（ａ）プラスチック材料でできた一つ、二つ、またはそれ以上の検出マイクロキャビティが設けられたマイクロフルイディックデバイスであって、各検出マイクロキャビティがデバイス表面で検出エリアに接続されたものと、
（ｂ）物質から発せられた放射を検出エリアを介して収集するディテクタヘッドを有するディテクタであって、物質が検出エリアに接続された検出マイクロキャビティ内に存在するものと、
を備えた構成を有する。

特徴は、ディテクタヘッドがコンフォーカル技術を利用することである。

上記構成の各部分およびコンフォーカル技術については本明細書の別の箇所で詳述されている。本態様は、主に、蛍光および／またはルミネセンスとしての放射を測定するディテクタに有用である。

本発明の第３の態様は、マイクロフルイディックデバイスの検出マイクロキャビティ内の物質の量を計測するための方法で、検出マイクロキャビティに接続された検出エリアから物質に関連する放射を収集する工程を含む。この方法は、
ａ）
ｉ）例えばディスク状のマイクロフルイディックデバイスであって、
Ａ）インレットポート、検出マイクロキャビティ、および、インレットポートを検出マイクロキャビティに接続するマイクロコンジットをそれぞれ備えた複数のマイクロチャネル構造と、
Ｂ）それぞれ（１）上記検出マイクロキャビティの一つに接続し（２）上記デバイスの表面に存在し（３）上記放射に対し透明／半透明の複数の検出エリアと、
を備えたもの、
並びに、
ｉｉ）上記各検出エリアの個々のサブエリアから放射を収集できるディテクタ構成、
を用意する工程と、
ｂ）上記複数のマイクロチャネル構造の少なくとも一つで一つまたはそれ以上の液体アリコートを処理し、これにより、上記複数のマイクロチャネル構造の上記少なくとも一つの各々の検出マイクロキャビティで物質を保持する工程と、
上記物質および／または物質を検出マイクロキャビティ内に保持するのに必要な一つまたはそれ以上の試薬が、上記一つまたはそれ以上のアリコートの少なくとも一つに存在すると仮定し、
ｃ）工程（ｂ）が実行されたマイクロチャネル構造の一部である検出マイクロキャビティに接続された検出エリアを走査し、これにより各走査検出エリアの個々のサブエリアから放射を得る工程であって、上記走査が上記ディテクタ構成により実行されるものと、
ｄ）各走査検出エリアのサブエリアの関数として放射を総和し、これにより各検出エリアからの放射量を得る工程と、
ｅ）工程（ｄ）で得られた各量に対し、各マイクロチャネル構造に対し用いられたプロセルプロトコルに含まれる反応変数を特徴付ける工程と、
を含むことを特徴とする。

反応変数の特徴付けに関する詳細は、上で且つ共同係属する米国特許番号６０／３２２，６２１、特許出願ＳＥ０１０３１１７−８で述べられている。特徴付けには、例えば、各検出マイクロキャビティでの物質量を工程ｄ）で得られた各量から決定する工程が含まれる。

マイクロフルイディックディスクおよび工程ｂ），ｃ）は本明細書の別の箇所に示されている。ディスクを回転させるなどすることによる円走査の他に、工程（ｃ）はまた、一つまたはそれ以上のディテクタ要素列を備えたリニアディテクタヘッドを検出エリア上で非円走査（例えば横移動による走査）する工程を含む。ＣＣＤカメラによる撮像も含まれる。マイクロフルイディックディスクは、円形でもよいし、別の幾何学的形状（例えば三角形や矩形で、不規則的な形状を含む）を有してもよい。

工程（ｄ）は、各検出エリアにわたる総和、すなわち、主として、検出エリアを囲むデバイス表面部分に対し得られる値からそれた放射値を有するサブエリアにわたる総和を意味する。代わりに、物質の存在が少ないディテクタマイクロキャビティ部分に対応する検出エリアの全てまたは選択された部分を除外してもよい。総和工程は、検出エリアのエッジの開始および／または停止位置（例えば検出マイクロキャビティのインレット端部に対応する端部）を見つけるサブ工程（ａ）と、実際の総和を行うサブ工程（ｂ）とを含む。一つの変形例では、サブ工程（ａ）は、検出エリアに沿う位置に対するサブエリアにつき放射量の変曲点を決定することにより実行される。検出エリアの境界部分が上流端部で湾曲する可能性がある事実のために、本発明はまた、検出エリアの外周の局率を考慮して総和を行う必要があることを提案する。好適な変形例では、サブ工程（ａ）は、検出エリア画素を背景から分ける閾値、例えば、検出マイクロキャビティが粒子床で満たされている場合、粒子床画素を背景画素から分ける閾値を決定する工程を含む。これは、最適な閾値決定、中央または中間背景の決定、（最適な閾値決定用の）他の背景決定方法（例えば、「Digital Image Processing」第２版、編集者Gonzales R Cその他、３５４ページ参照）を用いて行うことができる。この場合、サブ工程（ｂ）は、選択された画素群、すなわち、閾値を超えた放射値を有しメイングループ（検出エリア）に属する画素群を総和し、閾値を超えるが連続した画素群からなるメイングループには属さないノイズ画素を除外することを意味する。総和は、典型的に、検出エリアの一端、例えばインレット端部に対応する画素から始める。

好適な変形サブ工程（ａ）と（ｂ）の間に、上記方法を改良するサブ工程、例えば、
ｉ）演算した閾値から２値画像を作成し、
ｉｉ）ハイの２値画素を複数のグループにラベリング化（画像をラベリング化）し、
各グループは、互いに接する（互いに接近する）画素からなる。検出エリアから得られたハイの２値画素はメイングループを構成する。
ｉｉｉ）任意的に、メイングループに属さない全てのハイの画素を除去する、
サブ工程を追加するのが好ましい。

実際の総和（主要工程ｄ）は、この場合、メイングループのハイの２値画素に対し放射値を総和することを意味する。

本発明者は、微小な容量・量を取り扱う際、デバイスを作製する材料および前処理工程は、ピーク外側のサブエリアから来た放射に匹敵するようなピークノイズとして放射アーチファクトを発生し得る。したがって、工程（ｄ）はピークノイズを除去するサブ工程を含んでもよい。これは、典型的に、偏向した放射（ピーク）がより鮮明になる第１のサブ工程を意味する。これを行うための一つの方法は、ラプラスフィルタリング、点検出などである。例えば、「Digital Image Processing」第２版、編集者Gonzales R Cその他、３３３，３３４、３３９ページ（１９８７）参照。次のサブ工程では、各ピークの幅、位置が、例えばエッジ検出、ローカルエリアに基づくエッジ結合（linking)などにより計算される。次のサブ工程で、ピークノイズは周囲のサブエリアから中間の値を補う(interpolate)ことにより除去される。ピークを除去するプロセス全体の代替法は、モルフォロジカルオープニング、ローカルヒストグラムドメインでの非線形フィルタリングオペレーティングなどである。ピークノイズを除去するこれらのサブ工程は実際の総和に先立って行われる。

工程（ｅ）は、一般的なもので、典型的に、総和された値を一つまたはそれ以上の基準と比較する工程を含む。基準値は、典型的に、既知の量の基準物質（たいていの場合、調査対象の物質と同一）に対する総和した値である。

走査工程（ｃ）および総和工程（ｄ）は、本発明の第３の態様の発明に係る変形例のいくつかでは任意である。そこで、これらの工程は、所望の物質が検出マイクロキャビティ内で不均一に分配されるときに含めるのが好ましい。典型的な場合、これらの工程を含めるのは、流れ条件下で物質が、蛍光物質手前のマイクロキャビティ内に導入される固相に捕えさせるなどすることにより検出マイクロキャビティ内で保持される場合である。

物質が検出マイクロキャビティ内で均一に分配される場合、走査工程（ｃ）および総和工程（ｄ）に代えて、検出エリアの選択されたサブエリアに対する放射強度を収集する工程、および、これら強度を、検出エリアからの放射全量として例えば中間値または最大値として表す工程とを用いてもよい。工程（ｅ）は、これらの値に対し、走査および総和により得られる値に対して行うのと同じようにして行うことができる。本方法を行うこの方法も本発明の一部である。

検出マイクロキャビティの物質の均一分配は、典型的に、物質が検出マイクロキャビティ内に平衡溶液にて存在する場合に、且つ／または、検出すべき物質を形成または生成する反応がマイクロキャビティで均一に分配された反応剤の間で起きる場合に現れる。

第３の態様の発明に係る方法では、工程（ｄ）および／または（ｅ）は、前の工程［それぞれ（ａ）〜（ｃ）または（ａ）〜（ｄ）］に緊密に関連して行われ、並びに／若しくは、走査および／総和からのデータがより早い時間に、例えば異なる幾何学的位置および／または異なる個体に関し得られる。

工程ｄ）およびｅ）は、典型的に、コントローラに内蔵された、あるいは、いずれか、例えば本願で説明した発明に係る構成とは物理的に接続されていないいずれかに内蔵された適当なソフトウェアにより行われる。

本発明はまた、発明に係る方法の工程（ａ）〜（ｃ）で集めた放射データを処理するためのコンピュータプログラム関連の態様を有する。そのような態様の一つは、
（１）上記工程（ｄ）用の一つまたはそれ以上のサブ工程を含む工程（ｄ）のシーケンスバリアントに対応するプログラムコード要素を含み、
（２）適当なハードウェアにインストールされると、ハードウェア（コンピュータ）に、スピン可能か否かによらずあらゆる種類のマイクロフルイディックデバイスに対し上記工程（ｃ）を実行することで得られたデータに対し上記サブ工程のシーケンスを行わせることができる、
コンピュータプログラムプロダクトである。

例えば工程（ｅ）に対応する他のコード要素を含み、これによりシーケンス（ｄ）〜（ｅ）を実行するようにしてもよい。別のコンピュータプログラム関連の態様は、コンピュータプログラムを読み取り可能な手段に記憶されたコンピュータプログラムプロダクトであって、プログラムをロードすると、コンピュータに、記憶されたコンピュータプログラムプロダクトのコード要素に対応する工程のシーケンスを実行させるものである。第３のコンピュータプログラム関連の態様は、発明に関するコンピュータプログラムプロダクトの少なくとも一つを搭載するキャリアである。キャリアは例えば、コンピュータのメモリ、ＲＯＭ、電気信号キャリアである。

本発明のいくつかの態様は添付請求項により詳しく定義されている。本発明およびその利点に関して詳しく説明したが、本願では、添付請求項で定義された本発明の精神および範囲から外れることなく種々の変更、置換、改変が可能である。したがって、添付請求項は、そのような変更、置換、改変をその範囲に含むものである。

本出願は、２００１年９月１７日出願の米国仮出願６０／３２２，６２２、２００１年９月１７日出願のスウェーデン国出願０１０３１１８−６、２００１年１２月３１日出願のスウェーデン国出願０１０４４６−９、および２００２年１月３１日の米国出願１０／０６２，２５８をもとに優先権主張を行う。

本発明の構成およびその主要部分の概略図を示す。 ディスク（マイクロフルイディックデバイス）上方に配置されたディテクタヘッド（断面図）を示す。 円形ディスクに用いることのできるマイクロチャネル構造のセットを示す。

Claims (12)

1. マイクロフルイディックデバイスの選択されたディテクタエリアからの放射を測定するためのディテクタ構成において、マイクロフルイディックデバイスは、
   ｉ）対称軸を有するディスクと、
   ｉｉ）放射を測定させる物質を含む可能性のある検出マイクロキャビティにそれぞれ接続された一つまたはそれ以上の検出エリアと、
   を備え、上記構成は、
   （ａ）フォーカルエリアを有するディテクタヘッド（１０２）と、
   （ｂ）ディスクホルダ（１０５）、および、フォーカルエリアがディスク（１０１）表面を実質円形状に横切ることを可能にする手段Ｉ（１０３，１０４）と、
   （ｃ）フォーカルエリアがディスク（１０１）表面を実質径方向に横切ることを可能にする手段ＩＩ（１０６，１０７）と、
   （ｄ）特定の時刻にフォーカルエリアによりカバーされる部分エリアの角位置を認識するための角度調整システム（１０８，１０９）と、
   （ｅ）特定の時刻にフォーカルエリアによりカバーされる部分エリアの径位置を認識するための任意の径方向調整システム（１１０，１１１）と、
   （ｆ）コントローラ（１１２）であって、
   （ｉ）手段ＩおよびＩＩを、フォーカルエリアがディスク環状ゾーンの検出エリア（３１７ａ’，ｂ’，ｃ’等）を横切るように制御し、
   （ｉｉ）ディテクタヘッド（１０２）が、上記環状ゾーンの少なくとも一つの検出エリア内の個々のサブエリアから、予め選択された方法で放射を連続的に収集するように制御するものと、
   を備えることを特徴とするディテクタ構成。
2. ディテクタヘッドは、レーザ励起蛍光、好適にはコンフォーカル技術と組み合わせたレーザ励起蛍光に基づくことを特徴とする請求項１記載の構成。
3. フォーカルエリアの大きさは、同一の角位置の選択された数のディテクタエリア、あるいは、ディテクタエリアの一部のみカバーするように設定されることを特徴とする請求項１または２記載の構成。
4. （ａ）使用されるディスクはホームポジションマークを有し、（ｃ）手段Ｉは好適にはスピナを備え、（ｃ）角度調整システムは、ホームポジションマークに相対的なディスク上の角位置にリンクされたグラードを有するエンコーダを備え、（ｄ）手段ＩＩは、ディテクタヘッドを径方向に移動するための並進応答機を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の構成。
5. ディスクがプラスチック材料、例えば黒色プラスチック材料からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の構成。
6. 流れ条件下で物質が検出マイクロキャビティに固定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の構成。
7. （ａ）一つ、二つ、またはそれ以上の検出マイクロキャビティを含みプラスチック材料からなるマイクロフルイディックデバイスであって、各検出マイクロキャビティが該デバイスの表面の検出エリアに接続されたものと、
   （ｂ）検出マイクロキャビティに存在する物質に関連する放射を収集するための対物レンズを備えたディテクタヘッドと、
   を備え、ディテクタヘッドがコンフォーカル技術を利用することを特徴とする構成。
8. 放射が蛍光またはルミネセンスであることを特徴とする請求項７記載の構成。
9. 放射がレーザ励起蛍光であることを特徴とする請求項７または８記載の構成。
10. 上記デバイスは、スピン可能な円形ディスク状で、これにより、対物レンズが検出エリアの少なくとも一部を横切るようにし、可能なら、対物レンズが検出エリアを完全に横切るようディスクに相対的にディテクタヘッドを径方向に移動するようにしたことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一つに記載の構成。
11. 一つまたはそれ以上の物質の量を計測するための方法において、
    （ａ）
    （ｉ）例えばディスク状のマイクロフルイディックデバイスであって、
    Ａ）インレットポートおよび検出マイクロキャビティをそれぞれ有する複数のマイクロチャネル構造と、
    Ｂ）それぞれ上記検出マイクロキャビティの一つに接続した複数の検出表面エリアと、
    を備えたもの、
    並びに、
    （ｉｉ）上記各検出エリアの個々のサブエリアから放射を収集できるディテクタ構成、
    を用意する工程と、
    （ｂ）上記複数のマイクロチャネル構造の少なくとも一つで一つまたはそれ以上の液体アリコートを処理し、これにより、上記少なくとも一つまたはそれ以上の物質を、上記複数のマイクロチャネル構造の上記少なくとも一つの各々の検出マイクロキャビティ内で保持する工程と、
    （ｃ）工程（ｂ）が実行されたマイクロチャネル構造の一部である検出マイクロキャビティに接続された検出エリアを走査し、これにより各走査検出エリアの個々のサブエリア（画素）から放射を得る工程であって、上記走査が上記ディテクタ構成により実行されるものと、
    （ｄ）各走査検出エリアに対しサブエリアの関数としての放射を総和し、これにより各検出エリアからの放射量を得る工程と、
    （ｅ）工程（ｄ）で得られた各量を、対応する検出マイクロキャビティに保持された上記少なくとも一つの物質の量と関連付ける工程と、
    を含む方法。
12. 総和の結果に対するピークノイズ画素の影響を工程（ｄ）で除去することを特徴とする請求項１１記載の方法。
    
    

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