JP2005526977A - 自動点源生物学的物質検出システム - Google Patents

Abstract

本発明は、エアーサンプルを自動的に収集し、そのエアーサンプル中の生物学的物質を同定するためにポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）技術を使用する方法および装置に関する。高速郵便物処理機で処理されている１通の郵便物中の炭疽菌のような一過性の事象を検出することが可能である完全自動化システムが提供される。このシステムは、以下の特徴を実現するための装置を含む：収集フードおよび乾燥サイクロン受動濾過システムを使用する粒子収集・予備分離；液体サンプル中への連続粒子収集；予定された時刻でのＰＣＲ分析カートリッジへの自動化流体移動；自動化された、カートリッジハンドリングおよび１通の郵便物中の生物物質を検出するためのＰＣＲ生物物質同定装置への移動；種々のエラー条件に際しての液体サンプルの自動再検査；予備的な陽性結果に際しての自動確証検査；分析の終了時の保管コンテナへの自動化流体移動；および、選択された事象（例えば炭疽菌の存在）の発生に際しての指定された人物／機関に警告するための自動化通知／報告システム。

Description

（優先権の主張）
本願は、２００２年５月２０日に出願した関連の仮出願第６０／３８１，３５１号の出願日の優先権を主張する本出願であり、この仮出願は、あらゆる目的のために、その全体が本明細書中で参考として援用される。

（発明の背景）
本発明は、バイオハザード検出システムに関し、より具体的には、郵便物中の生物学的物質（ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｇｅｎｔ）（例えば、炭疽菌）を検出するためのバイオハザード検出システムに関する。

（関連技術の記載）
生物学的物質検出システムの現在の技術水準には、（１）例えば軍により使用される、イムノアッセイ技術の一形態を利用する自動化システム、および（２）熟練実験室技師によって実験室で使用される、生物同定装置を含む手作業システムが含まれる。軍により使用される自動化イムノアッセイシステムは、米国郵政公社（ＵＳＰＳ）内の郵便物スクリーニングのような民生応用分野での使用に受け容れ可能な程度に十分な感度も特異性も証明されていない。同様に、サンプル調製を行なうためおよび検査結果を解釈するために熟練技師を必要とする手作業システムは、産業的環境では実用的でない。

公知の先行技術に従う代表的な自動化生物検出システムは、以下のサブシステム：（ａ）生物物質の存在を検出するためおよびサンプル収集プロセスを開始するためのトリガー；（ｂ）エアーからサンプルを収集するためのエアロゾル収集装置；および（ｃ）特定の生物物質を同定するための同定装置から構成される。

手作業検出システムでは、収集された液体サンプルは、エアロゾル収集装置から手作業で取り出され、調製され、そして生物物質同定装置中に手作業で導入される。このプロセスは時間がかかり、危険であり、不適切なサンプル調製から誤った結果に導き得る。

ＵＳＰＳの環境では、種々の生物検出システムが郵便物処理機（ＭＰＥ）との関連で試験されたが、細菌胞子が入った手紙と汚染されていない手紙または偽の粉末を含む手紙との間を区別することにおいて信頼できないと分かった。

したがって、エアロゾルサンプル中のエアロゾル化した生物学的物質を検出することが本発明の主要な目的である。

１通の郵便物に由来するエアロゾル化した生物学的物質を検出することが本発明のさらなる目的である。

現在の技術より高い感度および低い偽陽性（偽警報）率を達成する生物学的物質検出システムを提供することが本発明の別の目的である。

本発明は、ＵＳＰＳ応用に特別に適合させたポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）技術を利用する。イムノアッセイに基づく技術の検出限界は、１ｍｌのサンプルあたり１０，０００〜１００，０００胞子の範囲にある。ＰＣＲは、１ｍｌのサンプルあたり２００胞子未満を検出する能力が立証されている。この感度差は重大であり、ＵＳＰＳ応用では致命的な脅威を検出するか見逃してしまうかの差となり得る。ＰＣＲは、物質の実際のＤＮＡ配列を検出するので、イムノアッセイ技術に基づくシステムより、偽陽性を引き起こす可能性もまた非常に小さい。

このことは、自動化流体搬送装置をエアロゾル収集装置および生物学的物質同定装置と組み合わせる自動バイオハザード検出システム（ＢＤＳ）により達成される。本発明は、以下の特徴を実現するための手段を含む：収集フードおよび乾燥サイクロン受動濾過システムを使用する粒子収集・予備分離；液体サンプル中への連続的な粒子収集；予定された時刻でのサンプル分析カートリッジへの自動化された流体移動；実際のＤＮＡ配列を検出しその結果生物物質を同定するための自動化されたカートリッジのハンドリングおよびポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）型生物物質同定装置への移動；種々のエラー条件に際しての自動再検査；予備的な陽性結果に際しての自動確証検査；分析終了時にコンテナを保管するための自動化された流体移動；および選択された事象の発生に際して指定された人物／機関に警報する自動化された通知／報告システム。バイオハザードシステム全体は、中央集中化された指揮制御コンピュータの制御下にある。

本発明に従う生物学的物質検出システムは、限定されないが、郵便物処理施設で毒性の生物学的物質の存在を迅速に検出することによりその要員の安全を高めるという事実のため、米国郵政公社（ＵＳＰＳ）にとって特に重要である。本システムは、その施設で処理している郵便物に生物学的物質（例えば、炭疽菌）からの脅威が含まれることを施設職員に通知し、その結果適切な行動が迅速になされ、これによりＵＳＰＳ施設と一般公衆との間での生物学的物質の拡散を防止する。

本アプローチにより、システム動作が光トリガー入力に依存しなくなる。しかし、所望であれば、例えば、郵便物処理ウィンドウの間に起こる粒子濃度のスパイクの記録を作成するために、光トリガーデバイスを依然として使用してもよい。この記録により、同定装置が生物学的物質の存在を示した後に、汚染された機器および汚染された手紙がその機器を通過したおおよその時刻を同定することが可能になる。将来、光トリガーの信頼性が改善されれば、本システムは、連続収集プロセスと並行して動作するトリガーの組み込みに適合できる。このような実施態様において、トリガーは、分析用サンプルの移動を開始し、結果として、事件に対しより適時の応答をもたらすために使用される。

本発明の利用可能性のさらなる範囲は、以下に提供する詳細な説明から明らかになる。しかし、詳細な説明および具体例は、本発明の好ましい実施形態を開示するが、説明のためにのみ提供されることを理解すべきである。なぜならば、本発明の精神および範囲内の種々の変更および改変が当業者に明らかになるからである。

本発明は、以下に提供する詳細な説明および説明のためのみに提供する添付の図面からより十分に理解される。

（システムの全体像）
ここで、種々の図面（図面中、全体を通じて、同様な参照番号は同様な構成要素を示す）に言及すると、郵便物処理施設（例えば米国郵政公社（ＵＳＰＳ）の現場であるがこれに限定されない）用のバイオハザード検出システム（ＢＤＳ）１０は、モニターすべき郵便物処理システムの構成に依存して、単体の郵便物処理機（ＭＰＥ）または２以上のＭＰＥをモニターできる。２以上の生物検出システムの場合、異なるシステム構成が可能である。

図１Ａおよび１Ｂに示されるブロック図に関して、ＢＤＳ１０は、複数のモニタリングユニット１２₁．．．１２_n（図１Ａ）および１２₁．．．１２₄（図１Ｂ）を含むが、図２は単一のモニターユニット１２を説明する。いずれの場合でも、１または複数のモニタリングユニット１２は、外部の視認（ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ）および事件応答ネットワーク１６に接続する中央の現場指揮制御ユニット（ｓｉｔｅ ｃｏｍｍａｎｄ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）１４の制御下にある。図１Ａにおいて、単一の現場制御装置１５が開示される一方、図１Ｂは主制御装置１５₁ならびにバックアップ制御装置１５₂を開示する。

図１Ａに示されるように、各モニターユニット１２₁．．．１２_nは、配線によるネットワーク接続１８を介して現場指揮制御ユニット１４と繋がれている。図１Ｂでは、配線連結１８およびＲＦ連結１９の両方が利用されている。また、ＬＡＮ（主）およびモデム（バックアップ）通信手段が提供される。モニターユニット１２₁．．．１２_nのそれぞれは、それぞれの機器制御プロセッサ２０の制御下に３つの主要なサブシステム、すなわち、エアロゾル収集装置／濃縮装置および流体工学移動サブシステム２２、カートリッジハンドリングサブシステム２４および生物同定装置サブシステム２６（これらは以下でより詳細に記載される）を含む。

所望であれば、図２に示されるような粒子カウンタ２８もまた加えることができる。種々のサブシステム２２、２４および２６は、参照番号３０により示されるキャビネットを含む共通シャシー上に配置される。

ここで図３および４Ａ〜４Ｄにまとめて言及すると、本発明のＢＤＳ１０の各モニターユニット１２は、１以上の特定点［この例では、高速自動化郵便物処理機（ＭＰＥ）の郵便物搬送路３６に位置する挟み点位置（ｐｉｎｃｈ ｐｏｉｎｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ）３４］の周囲のエアーをサンプリングするためのサンプリングフード３８を含む。図４Ａは、手紙に消印をするために使用される面揃え消印機システムの搬送路３６を示す。面揃え消印機のような代表的な郵便物処理機は、図４Ｃに示されるような２つのベルト１１および１３の間に手紙を挟むことにより郵便物を直立させて搬送する。挟み点位置３４で、郵便物処理機は、個別化装置（ｓｉｎｇｕｌａｔｏｒ）１５が個々の郵便物を挟んで個別化されていない（ｎｏｎ−ｓｉｎｇｕｌａｔｅｄ）郵便物から引き離すとき、緩く保持され個別化されていない郵便物の流れから、個別化された流れに切り替わる。挟み点位置３４でのサンプリングフード３２の位置は、郵便物が個別化装置１５によって挟まれたときにその郵便物に含まれる粒子が放出されることを証明する試験に基づく。サンプリングフード３２は、この危険位置で封筒から放出された実質的にすべての粒子を捕捉するように構成される。サンプリングフード３２は、郵便物の経路３１の両側に固定された一対の側導路１７₁および１７₂を含む。側導路１７₁および１７₂は、郵便物搬送ベルト１１および１３を通過させるための切込み１９₁および１９₂を有するが、郵便物から放出された大部分の粒子を依然として捕捉する。一対のガスケット２１₁および２１₂が、ヒンジ付フード３２とインターフェースするために側導路１７₁および１７₂の上部に配置される。ヒンジ付フード３２は、下げられた位置にあるときは、郵便物処理機のベースプレート２３と２つの側導路１７₁および１７₂とヒンジ付フード３２とからなるトンネルの最後の要素である。ヒンジ付フードは、トンネルの下流端に位置するサンプリングホース３７の入口点に粒子を導くように形作られている。トンネルは、吸引可能な脅威領域（１０ミクロンまで）の粒子がトンネル内部に沈積せず、エアロゾル化したままであるように、エアロゾル濃縮装置のサンプリング容量（名目上１分間当たり４５０リットル）がトンネル中のエアーの十分な面速度を生じるようなサイズにされている。加えて、トンネルを通過する手紙の動きは、トンネルを通過する気流を生じ、粒子がトンネル内で沈積せずにエアロゾル濃縮装置２２に通じるサンプリングホース３７への入口点でのサンプリングに利用できるようにエアーを混合する。フード３２は、個別化装置で時折起きる郵便物の詰まりを取り除くために、フードを通路の外へ持ち上げることが可能なようにヒンジが設けられている。

郵便物処理機の他の部分用に代替のサンプリングシステムもまた設計された。具体的には、多岐管システム３５が、図４Ｄに示されるような非定形郵便物消印機（ｆｌａｔ ｃａｎｃｅｌｌｅｒ）用に設計された。この多岐管システムは、非定形郵便物消印機の集積場領域（ｓｔａｃｋｅｒ ａｒｅａ）３７で下降気流を生じる。非定形郵便物は、消印された後、コンテナに入れられて下流の処理に搬送することができるように、集積されるかまたは分類群に戻し置かれる。非定形郵便物が集積場領域に置いてあると、回転アーム３９が、消印機からの次の非定形郵便物に利用可能な空間を確保するために、その非定形郵便物を押す。回転アーム３９は、集積場にある非定形郵便物に繰り返し衝撃を与える。この衝撃は、非定形郵便物中の粒子の放出を引き起こすことが示されている。これら放出された粒子は、次いで、ベースプレートの穿孔４１を通って下に、吸引多岐管４３中に、そしてシステムの残りの構成要素へ引かれる。他の型の郵便物処理機用に同様なサンプリングフードまたはサンプリング多岐管デザインが開発された。

手紙が例えば挟み点位置３４で挟まれる最初の時点で、エアーが封筒から押出される。封筒内に粒子が存在すれば、その時点でいくらかが封筒から出てくる。サンプリングは、位置３４に位置するフード３２内で、挟み点で飛び出した粒子を捕捉することにより実施される。フードのデザインおよびエアー収集装置のサンプリング速度は、フード３２内のエアーが、搬送のこの部分に沿って存在する実質的にすべての粒子を取り除く速度でサンプリングされるように合致させる。このことは２つの利点を有する。すなわち、郵便物処理操作によって生じる塵を減少させ、よって必要とされるクリーニングメンテナンスを減少させ、そしてまた、できる限り多くの標的粒子を分析のために確実に捕捉する。

粒子は、捕捉後、図４Ｂに示されるように好ましくはＢＤＳキャビネット３０に位置する乾燥サイクロン３８までホース３７を介して送られる。乾燥サイクロン３８は、粒子の空力サイズを利用して、吸入可能なサイズ範囲でありしたがってヒトの健康に最高度の脅威を与える粒子から、より大きな粒子を分離除去する。これは、エアロゾルサンプルを浄化し、大きな塵および繊維質粒子が下流の装置を詰まらせることおよび生物検出プロセスに干渉することを防止する。大きな粒子はコンテナ４０に捕捉されて廃棄される。塵で目詰まりすることがある濾材は使用しない。コンテナ４０もまた、好ましくはキャビネット３０に位置する。

挟み点３４からのエアーは、望ましい場合、エアーサンプル点を通過する多くのサイズ範囲にある１秒間当たりの粒子数を決定する、図３に示されるような任意に有してもよい粒子カウンタ２８により連続的にモニターすることができる。粒子カウンタ２８は、下記のモニターユニットが生物学的物質を検出した場合、汚染した郵便物仕分機および汚染した手紙がその仕分機を通過したおおよその時刻を特定することを支援し得る粒子数の履歴の記録を提供する。粒子カウンタ２８が、目的とする標的に合致する特徴を有する粒子（例えば炭疽菌）にスパイクを検出すると、システムは、この事象を使用して、以下に記載するサンプル分析プロセスを自動的にトリガーすることができる。評価される粒子の特徴には、とりわけ、カウント、サイズ、形状、および蛍光サインが含まれる。トリガーとして質量分析計（示さず）を使用することも可能である。

記載のように、本発明に従うＢＤＳシステムは、通常、粒子カウンタ２８を伴わずに動作する。しかし、使用される場合、それは、ＵＳＰＳ施設で処方した動作スケジュールに基づいて、生物物質分析を定期的に実施することができる。

上記のようなモニターユニット１２₁．．．１２_nのそれぞれは、図５に示されるように、エアロゾル収集装置／濃縮装置２２、自動化サンプルカートリッジハンドリングシステム２４、および生物同定装置２６を含む。

ここで、図５に言及すると、エアロゾル粒子収集装置／濃縮装置アセンブリ２２（好ましくはＳｐｉｎＣｏｎ（登録商標）システム）は、サンプリングフード３２からエアーサンプルを絶え間なく取り出し、ガラス収集装置（示さず）中に配置された約１０ｍｌの液体中にサンプルを吹きつける。特定の設置（ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ）のために処方された動作スケジュールから得られた選択時刻に、溶液を収集装置から貯蔵部に汲み出す。貯蔵部では、任意に１以上の緩衝ポンプ４４により緩衝液と混合されてもよい。混合サンプルの一画分（名目上２ｍｌ）は、カートリッジハンドリングシステム２４の部分を構成する二軸エンドエフェクター（グリッパー／マニピュレータ）５０により充填所（ｆｉｌｌ ｓｔａｔｉｏｎ）４８へ輸送された後、そこでカートリッジ４６の１つに汲み入れられる。望ましい場合、充填所４８のカートリッジに追加の緩衝および処理溶液も加えてもよい。

次いで、エンドエフェクター５０は、液体サンプル中のいずれかの粒子が生物学的物質を含むかどうかを高度の信頼性で決定することができるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）分析を実行する生物学的同定装置２６（好ましくはＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）システム装置４７）中にカートリッジ４６を自動的に挿入する。装置４７は、自動的に、サンプルを処理し、そしてＰＣＲ分析を実施して１以上の生物学的物質が存在するかどうかを決定する。検査結果が検査下の物質について陽性であるか、または不明である（ＰＣＲ分析に含まれるある一定の内部コントロールが適正に機能しなかったことを示す）ときは、元のサンプルの追加の一画分および新しいカートリッジを使用して追加検査を実施する。分析の完了時、残りのサンプルは貯蔵部から廃棄物ビン５２に移されるか、または後の実験室での確証分析のためおよび証拠としての保持のために保管ビン５４に移される。本システムは、任意に、すべてのサンプルまたは陽性検査結果を生じるサンプルのみを、個別に保管することができる。

生物同定装置２４は、好ましくは、ＵＳＰＳネットワーク１６とのインターフェースを提供するが、所望であればローカルな制御用に構成することができる遠隔の中央現場指揮制御システム１４（図１）により制御される。

ＢＤＳは、図４Ａおよび４Ｂに示されるようなＭＰＥの郵便物搬送路３６に沿った選択された挟み点位置からエアロゾル粒子を連続的に収集する。定期的に、現場の業務計画に基づいて予定されたように、粒子を含む液体サンプルを、自動化ＰＣＲ検査を使用して分析する。この最初の分析は、予備検査またはスクリーニング検査と呼ばれる。検査が目的の物質について陰性であれば、何の行動も必要なく、施設の稼動を通常どおり続ける。

検査の結果が「予備的に陽性」であれば、システムは、標的生物由来の第２の遺伝子配列のようなスクリーニング検査とは独立した基準を任意に使用してもよい確証（再帰）検査（ｃｏｎｆｉｒｍａｔｉｏｎ （Ｒｅｆｌｅｘ） ｔｅｓｔ）を自動的に実施する。予備的陽性および確証検査の結果は、視認／事件応答ネットワークに報告される。結果は、職員の避難および非常事態対応シナリオに関して最も適切な決定、ならびに外部研究機関を使用する保管サンプルのさらなる分析をなすために使用され得る。図８はこの一連の事象を説明する。

（システムの詳細）
現場制御
本発明をより詳細に考慮すれば、現場指揮制御システム１４（図１Ａおよび１Ｂ）は、バイオハザード検出システム（ＢＤＳ）全体のすべての構成要素の連携および連絡を提供する。現場指揮制御システム１４は、（ａ）生物検出システム全体へのシングルユーザインターフェースを提供し、（ｂ）ユーザが、本システムに関連するすべての構成要素の状態を迅速に決定することを可能にし、そして（ｃ）収集サンプルの検査頻度、印刷する報告書の部数、パスワードおよびアクセスレベル、故障および他のシステム状態に対する警告を表示する閾値レベルのようなオプションを含む環境設定（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）変更を可能にするパラメータを変更する入力を受け付けるように設計される。最も基本的なレベルで、現場指揮制御システム１４は、生物同定装置４７から陽性の示度（ｒｅａｄｉｎｇ）が得られたときに警報を提供する。システム１４には、操作者および監督者にシステム全体の状態についてのインターフェースを提供する制御コンピュータ（示さず）が含まれる。このコンピュータはさらに、すべてのセンサデバイス（粒子カウンタのような）および各モニターユニット１２とネットワーク化される。システム１４は、報告および画面の視認性に必要である各構成要素の統計量のより高いレベルのデータ収集を提供する。システム１４はまた、生物同定装置からの検査結果についてのデータを提供し、粒子カウンタのデータを各ＰＣＲ検査の発生と関連させ、特定の期間にわたって粒子カウンタの結果の傾向をとる。

機器制御
各モニターユニット１２は、現場指揮制御システム１４の制御コンピュータへコマンドを送り制御コンピュータからコマンドを受け取る機器制御プロセッサ２０を含む。制御プロセッサ２０は、（ａ）収集装置／濃縮装置サブシステム２６と生物同定装置サブシステム２４との間の流体インターフェースを制御し、そして（ｂ）収集装置／濃縮装置２２および生物同定装置サブシステム２６の何らかの故障または警告に応答する、機器制御機能を実施する。

プロセッサ２０により提供される機器制御機能性は、現場指揮制御コンピュータ１４から分離されている。なぜならば、機器制御プロセッサ２０は、モニターユニット１２中のシステム構成要素（エアロゾル収集装置／濃縮装置サブシステム２２、カートリッジハンドリングサブシステム２４および生物同定装置サブシステム２６を含む）の動作に影響する、時間が決定的に重要なコマンドを扱うからである。

エアロゾル収集装置／濃縮装置
いくつかの異なる型のエアロゾル収集装置／濃縮装置２２が、本発明のシステムと共に使用できるが、この装置の好ましい実施形態は、Ｍｉｄｗｅｓｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（ＭＲＩ）により開発された特許に係るＳｐｉｎＣｏｎ（登録商標）システムを含む。ＳｐｉｎＣｏｎ（登録商標）装置２２は、幅広い範囲の進歩したエアーサンプリング要件（生物エアロゾル、粒状物質および可溶性蒸気の収集を含む）に十分に適合していることが証明された効率的なデバイスである。ＳｐｉｎＣｏｎ（登録商標）システム２２の主たるサンプル収集構成要素は、ほぼ正接する垂直スリットが側部に切り込まれた、上端で開口した垂直ガラス管（示さず）からなり、これはコンタクタと呼ばれる。流体はコンタクタ中に置かれ、エアーはスリットを通して引かれ、そしてコンタクタの開口上端を通って外へ引き出される。スリットは、ベンチュリ／エアーブラストアトマイザのように働く。エアーは、スリットを通過する際に速度を上げ、次いでコンタクタ中の回転している流体に衝突し湿潤サイクロンを生成する。次いで、収集流体は、多くの小さな小滴に微粒子化し、エアーと接触する表面積が著しく増大する。これらの小滴は、次いで、エアーの経路に従い始める。スリットはほぼ正接する方向にのみあるので、エアー経路はコンタクタの環状断面の弦を横切る。このときエアー中の粒子は流体に捕らえられる。エアーおよび小滴はコンタクタの他方の側に到達すると、小滴は壁に衝突し、流体の流れが再形成される。同じ流体が何度も繰り返し微粒子化され、よって流体中の粒子の濃度が時間と共に直線的に増大する。コンタクタ中で回転している流体は、スリットの３０〜４０パーセントを覆うのみである。このことが、ユニット中に引き込まれたエアーの３０〜４０パーセントが、サンプリングされる理由である。

ＳｐｉｎＣｏｎ（登録商標）システム２２は、生物学的物質（サイズ１〜１０ミクロン）ならびに多くの型のより小さい粒子を、そして化学物質（凝塊サイズ＜１ミクロン）でさえも収集することに非常に効果的である。これは、収集点で流体の微粒子化状態に起因する。大規模な表面積がより大きな粒子を集める一方で、小さい粒子の運動を支配するブラウン運動によって、より小さい粒子を流体中に捕らえることが可能になる。

カートリッジハンドリング自動化
図５に示されるようなカートリッジハンドリングサブシステム２４は、収集装置／濃縮装置サブシステム２２の装置を、生物同定装置サブシステム２６のＰＣＲ検査装置４７と機械的に連結する。カートリッジを安全に保持するためのグリッパー５２を含む二軸エンドエフェクターまたはマニピュレータアセンブリ５０に加えて、カートリッジハンドリングサブシステム２４はまた、所定数の液体サンプルカートリッジ４６を保持するカートリッジ格納ラック５６の上に位置する軌道５４を含み、１０時間までまたは無人の動作を提供する。プロセッサ２０（図３）は、カートリッジハンドリングプロセスを実行しそして本発明のＢＤＳの残りとインターフェースしてサンプル移動および同定プロセスを連携させる制御装置を含む。

図５に示す二軸エンドエフェクター／マニピュレータ５０は、生物検出装置２６の占有範囲（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）に好ましい形状因子（Ｘが長くＹが短い）を有する単純、安価なデザインである機械的アセンブリを含む。これは、収集装置／濃縮装置２２および生物同定装置２６と同じキャビネット３０を共有し、その結果コンパクトな一体型検出システムとなる。

カートリッジハンドリングシステム２４の追加の特徴には以下のことが含まれる：（ａ）ステップモータが位置フィードバックを扱い、（ｂ）カートリッジハンドリングシステムは、同時に、さらなる軸運動なしで、サンプルおよび洗浄緩衝液充填のために液体サンプルカートリッジ４６を３つの皮下注射針（このうち２つ６０および６２は図５に示されている）へ一つずつ提供し、（ｃ）直接の操作者のインターフェースがなく、そして（ｄ）より高いレベルの制御への制御装置インターフェース、および（ｅ）生物同定装置４７への挿入／抽出機構６４。

生物同定装置
上記のように、２つの技術、すなわち、（１）イムノアッセイおよび（２）ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）が、生物戦物質の検出に一般に使用される。イムノアッセイ技術は、抗体と病原体との特異的相互作用に基づく。この相互作用は、通常、光学的または電気化学的に検出される。他方、ＰＣＲは物質のＤＮＡ配列を直接検出する。

ＰＣＲ技術は、その優秀な感度および特異性のため本発明に選択された。イムノアッセイに基づく技術の検出限界は、１ｍｌのサンプルあたり１０，０００〜１００，０００胞子の範囲にある。ＰＣＲは、１ｍｌのサンプルあたり２００胞子未満を検出する能力が立証されている。この感度差は重大であり、例えばＵＳＰＳ適用では、致死的な脅威を検出するか見逃してしまうかの差となり得る。ＰＣＲは、物質の実際のＤＮＡ配列を検出するので、これはまた、イムノアッセイ技術に基づくシステムより偽陽性を引き起こす確率がはるかに少ない。また、生物の実際の病毒性特性に関連する配列を標的にすることができる。このことはまたＵＳＰＳ適用にとって重大である。なぜなら、偽陽性は、郵便物処理施設の不必要な閉鎖を引き起こせば、多大な経済的損失を招き得るからである。

ＰＣＲ技術は、イムノアッセイおよび他のフィールドスクリーニング技術の妥当性を立証するために、培養法と共に、最も信頼できる実験室技術の１つとして認識されてきた。最近、リアルタイムＰＣＲ技術の開発により、反応を３０分以内で行なうことが可能になった。このことは、迅速な結果が必要とされるフィールド適用でのＰＣＲの使用を可能にする。しかし、現行のＰＣＲ法のすべてが、偽陰性を招き得る阻害物質（例えば土壌由来のフミン酸）をサンプルから除去するため、およびＰＣＲを行なうために必要な試薬を加えるためにサンプル調製を必要とする。このサンプル処理には、現行の郵便物処理施設でＵＳＰＳ職員には信頼性をもって実施できないであろう重要な実験室操作が必要となる。このため、ほとんどのＰＣＲシステムは、ＵＳＰＳ適用においても、同様な産業環境においても使用することができない。

本発明は、サンプル処理および検出処理の両方を完全に自動化しそしてＣｅｐｈｅｉｄ（Ｓｓｕｎｎｙｖａｌｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）により開発されたＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）システムを含むＰＣＲ生物同定装置システムを使用する。このシステムは、２つの構成要素、参照番号４６により図６Ａ〜６Ｃに示されるような使い捨てマルチチャンバカートリッジおよびＰＣＲ分析装置４７からなる。前述のエアロゾル収集装置２２は、ＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）カートリッジ４６中に液体サンプルを自動的に充填する。次いで、カートリッジ４６は、マニピュレータアセンブリ５０によりＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）装置４７に搬送される。ＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）装置４７は、次いで、ユーザによるさらなる介入なしに、サンプル調製全体、ＰＣＲ増幅、および結果分析を自動的に実施する。流体サンプルおよび液体試薬は、図７に示されるような使い捨てカートリッジ内で、あるチャンバ６０（図６Ｂ）から別のチャンバに自動的に搬送される。流体は混合され、分子と生物が分離され、精製が達成され、濾過が行なわれ、溶解が完了し、すべてが操作者の介入なしで自動的に行なわれる。ＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）システムはすべての流体処理工程を自動化する。

本発明に利用するＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）生物同定装置システム２６の鍵となる利点は、以下のとおりである：
（ａ）搭載ＰＣＲ試薬−重要なＰＣＲ化学物質（または試薬）は、ＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）カートリッジ４６に「搭載（ｏｎ−ｂｏａｒｄ）」され、工場で備え付けられる。このように、操作者は感受性の試薬を取り扱う必要がない。これらは工場で予め混合され凍結乾燥されるので、操作者が混合を間違う機会はなく、よってカートリッジを冷蔵する必要がない；

（ｂ）胞子溶解−ＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）装置４７は、約１５秒で胞子を実際に割って開き、その生物内部からＤＮＡを放出させる超音波溶解領域を組み込んでいる。この能力は、他のいかなる公知のＤＮＡ分析システムにも存在しない。生物を溶解しないシステムは、その生物に由来するＤＮＡがＰＣＲ検出に実際に利用可能であることを保証できない。溶解しないシステムは、特に炭疽菌のような胞子に関して偽陰性を簡単に報告することがある；

（ｃ）阻害物質除去−多くの型の通常の生物学的サンプル（通常の汚物を含む）は、ＰＣＲ検出反応を妨げる外来の化学物質を含有する。これらの阻害性化学物質の存在により、ＰＣＲ反応が失敗し、よって偽陰性が生じることがある。ＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）装置４７は胞子を捕捉し、次いで、ＰＣＲ反応自体を実施する前に潜在的阻害性化学物質を除去するために、ＰＣＲ適合性の緩衝溶液でそれらを実際に洗浄する。阻害性化学物質を除去しないシステムは、偽陰性を簡単に報告してしまうことがある；

（ｄ）病原体濃縮−病原体は生サンプル中に存在することがあるか、または極端に低い（しかしなお感染性を維持する）濃度でエアー中に放出されることがある。このような病原体を可能な最高感度で検出することができるように確実にするために、ＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）装置４７は、比較的大きい元のサンプル容量（数ｍＬまで）からカートリッジ４６の小さなＰＣＲ反応管中に胞子を実際に抽出し濃縮する。他のＰＣＲ装置は、単に、利用可能な液体サンプルの少量部分を採取し、この少量部分についてＰＣＲを実施する。ＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）装置４７の濃縮能力の結果、システムは、サンプルを濃縮しない競合製品より少なくとも１０倍良好な感度を日常的に達成する；

（ｅ）環境汚染も交差汚染もない−ＰＣＲ検出のための流体の動きのすべてが自動的に起こり、ＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）カートリッジ４６内部に完全に封じ込められているので、ＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）装置４７が、ＰＣＲ産物で環境または装置を有害に汚染することは不可能である。例えば、特定のサンプルが、炭疽菌について陽性との検査結果が出れば、得られた液体は、今や、炭疽菌ＤＮＡが非常に濃縮されている。手作業に基づくシステムでは、液体をピペットで吸い上げるか、または試験管から試験管へ移動する際に、この溶液の少量部分が環境中に漏れ得る。ＰＣＲ反応由来の炭疽菌ＤＮＡが環境中に漏れれば、これは、後の検査の間に偽陽性を引き起こす汚染ＤＮＡの供給源となり得る。流体は常にＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）カートリッジ４６内部に保持されるので、そのような偽陽性の可能性は排除される；

（ｆ）頑丈な反応管−ＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）カートリッジ４６および図６Ｂに示されるような一体化された反応管６０は、すべてプラスチック製である。対照的に、他の製品はガラス反応管を有する。これらのガラス管は容易に壊れる。これらは、壊れたとき、メンテナンス、サービスおよび信頼性の問題を生じさせるばかりか、炭疽菌ＤＮＡで環境を汚染し、再び後の検査の間に偽陽性を生じ得る供給源をも提供することがある；および

（ｇ）多数標的検出−ＰＣＲを使用するとき、炭疽菌の最終的な同定には、例えば、２つの異なるＤＮＡセグメントの検出が必要である。ＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）装置４７は、多数のＤＮＡ標的が１つのカートリッジの同じＰＣＲ反応管６０で同時に検出できるという点で汎用性のある多重能力を有する。多重能力は、ＤＮＡ分析および病原体検出に重要な特徴である。例えば、ＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）システムでは、４つまでの物質について一回の検査または分析を、１つの使い捨てカートリッジ４６内で実施することができる。あるいは、炭疽菌のような物質についての完全な確証検査を、１つのカートリッジ４６内で実施することができる。このアッセイは、３つの異なるＤＮＡセグメントに対する３つのプローブおよび内部コントロールに対する１つのプローブを含み得る。ＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）装置４７では、これを、１つの検査カートリッジ４６で行なうことができる。最後に、ほとんどの強固な（ｒｏｂｕｓｔ）ＰＣＲ化学は、内部「コントロール」ＤＮＡ配列を必要とする。このコントロール配列は、ＰＣＲ化学が適正に行なわれていることを保証するために−基本的には妥当性または質の確認に、「標的」ＤＮＡ（例えば炭疽菌）と共に増幅され、検出される。ＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）装置４７は、４つの独立した光学検出チャンネルを有する。したがって、これらの進歩した、しかし必要な多重化学を、（１）多数の病原体の検出、（２）確証検査、および／または（３）検査の質／妥当性コントロールに利用することができる。

現行のＰＣＲ法では、サンプル調製の間の試薬の完全性または阻害物質の除去の成功を保証するために、別個の陽性コントロールおよび陰性コントロールを実施しなければならない。これらの外部コントロールの必要性を排除する新たな内部コントロールスキームが、内部コントロールとプローブ完全性確認と呼ばれるプローブ確認との独特の組合せにより達成される。内部コントロールは、その配列が標的ＤＮＡと異なるＤＮＡ片と、ＰＣＲビーズに含まれる対応するプローブとからなる。内部コントロールは、検査反応と共に同時増幅され、試薬が機能的であることおよびＰＣＲ阻害物質がサンプル調製の間に成功裡に除去されていることを保証するために使用する。

システム動作
ＵＳＰＳ設置では、本発明に従う生物学的物質検出システム（ＢＤＳ）は、郵便物処理機（ＭＰＥ）に配置される。本生物検出システムの動作は、機器制御プロセッサ２０により制御され、その動作はモニターされるＭＰＥの動作と同期し、その結果、ＢＤＳ収集装置／濃縮装置が動作中の場合にのみＭＰＥは動作が可能になる。図８に示されるフローチャートは、動作シーケンスを説明する。

サンプルを収集する前に、ＢＤＳは、データ収集について初期化され、準備されなければならない。次に、毎日のセットアップタスクを記載する：（１）現場指揮制御システムの起動；（２）当日の収集パラメータの設定。収集パラメータには、その巡回（ｔｏｕｒ）のための経時的順序での各運行（ｒｕｎ）についてのセットアップが含まれる。この運行セットアップは、機器ＩＤサンプル番号、開始時刻、停止時刻、およびアッセイ内容を指す。アッセイ内容は、ＰＣＲ分析を実施するためにＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）により使用されるコマンドシーケンスに関連する。コマンドシーケンスは、機器制御プロセッサ２０（図３）にローカルに記憶されている。監督コンソール１４（図１Ａおよび１Ｂ）は、機器制御プロセッサに新たなアッセイ内容および関連するコマンドシーケンスをダウンロードする能力を有する；（３）ＢＤＳキャビネットの電源を投入する。このシステムは、自動的に、連絡およびシステムの状態確認を行い；流体ラインを濯いで準備（ｐｒｉｍｅ）し；そして流体レベルが低いかどうかを表示する。

指定された開始時刻で、ＢＤＳはエアー収集プロセスを始める。これにより、収集装置／濃縮装置サブシステム２２は動作を開始することが可能になる。キャビネット３０（図５）上の表示装置（示さず）は、システムが活動中であることの表示を提供する。

次いで、エアーが図４Ａおよび４Ｂに示されるようなＭＰＥの１以上の領域３４からサンプリングされる。処理されるにつれて郵便物から外へ高容量の粒子が出てくる領域に位置するサンプリング領域は、検査に基づいて経験的に決定される。エアー収集フード３２の出力は、接地された帯電防止チューブであるチューブ３７を経由して、１〜１０ミクロンの範囲の吸入の脅威があるものより大きい粒子を排除するように設計された乾燥サイクロン予備分離装置３８へ送られる。

サンプリングされたエアロゾルは、乾燥サイクロン３８から、４０を介して（図５に示されるような）ＳｐｉｎＣｏｎ（登録商標）収集装置／濃縮装置２２へ送られる。上記のように、装置２２はエアーを少量の液体に吹き付ける。エアロゾル収集装置は、約４５０ｌｐｍの流れで動作する。エアーがこのユニットを通過する際に、サイクロン様の混合により、標的粒子の高い割合が液体中に移される。液体媒体は、収集装置／濃縮装置２２に残り、標的粒子を液体中に連続的に濃縮する。収集プロセスの開始時に、１０ｍｌの滅菌水をシステム中に注入する。収集の間、水のレベルをモニターし、１０ｍｌのサンプル容量に維持するように補給水を注入することにより蒸発した水の補充をする。

計画された「停止時刻」に、またはトリガー入力に応答して、機器制御プロセッサ２０は、分析のためにサンプルを外へ移動させるように、信号を収集装置／濃縮装置２２に送る。エアロゾル収集プロセスおよび面揃え消印機の動作は、サンプルが収集貯蔵部４３（図５）中に移される間、一時停止され、次いで収集装置／濃縮装置２２は次の収集ウィンドウを開始するために再充填される。

液体サンプルは、貯蔵部４３中に移される際に、ＰＣＲ阻害を最小にする添加剤を含む溶液と混合される。液体サンプルは、次いで、添加剤溶液の十分な混合を可能にしそして大きな粒子を貯蔵部ビン４２の底に沈殿させることが可能になる時間、例えば約２分間貯蔵部中で静置させる。

液体が沈降している間、図５に示されるようなカートリッジハンドリングシステム２４のエンドエフェクター５０のグリッパー機構５２は、格納ラック５６からＰＣＲカートリッジ４６を回収し、それを図５に示されるようなＢＤＳキャビネットの「液体充填」所４８に適所に配置する。液体充填所４８の３本のニードル（このうち２本は参照番号６０および６２で示される）は、カートリッジ４６の上部のシールを穿孔し、そしてサンプルおよび洗浄緩衝溶液が適切なカートリッジチャンバに加えられることを可能にする。

液体の移動は、蠕動ポンプ４４を使用して行なわれる。一旦サンプルの移動が完了すると、カートリッジ４６はＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）装置４７中に置かれ、そしてサンプル分析プロセスが開始される。

ＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）装置４７中へのカートリッジ４６の挿入後、自動化サンプル調製プロセスが始まる。図７に示されるようなＰＣＲ熱サイクルのために、サンプルは濃縮され、洗浄され、超音波処理され、ＰＣＲ試薬と混合され、そして反応管６０（図６Ｂ）中に移動される。これらの工程のそれぞれは、ＰＣＲ分析自体を制御するパラメータと共に、実行される検査に特異的なアッセイファイルで練られる。

検査
サンプル調製工程が完了した後、ＰＣＲ熱サイクル分析が始まる。第一次のＰＣＲ検査はスクリーニング検査と呼ばれる。この検査は、目的の生物のそれぞれについての１以上の遺伝子配列を標的とする。標的生物に加えて、スクリーニング検査はまた、ＰＣＲ反応が適切に進行したという組み込み陽性コントロールを提供する内部コントロールシグナルを含む。ＰＣＲ熱サイクルが実行される際、ＰＣＲの結果が標的生物の存在を示すかどうかを決定するために、カートリッジ反応チャンバ中の蛍光シグナルがモニターされ、そのサイクル閾値および終点のような特徴を含むＰＣＲ増殖曲線の形状を分析するアルゴリズムを使用して、各熱サイクルについて分析される。

（スクリーニング陰性）−正常状態では、スクリーニング検査の検査結果は陰性（Ｎ）である。検査結果は、現場指揮制御システム１４（図１）に送られ、そこで結果は経過記録される（ｌｏｇｇｅｄ）。検査カートリッジ４６は、ＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）装置４７から取り出され、カートリッジ格納ラック５６上の位置に戻して置かれる。貯蔵部ビン４２中の残りの液体サンプルは、保管ビン５４（または任意に「保管全（ａｒｃｈｉｖｅ ａｌｌ）」パラメータが消される（ｔｕｒｎｅｄ ＯＦＦ）場合には廃棄ビン５２）に移される。ＳｐｉｎＣｏｎ（登録商標）貯蔵部４３はその後、次のサンプルについて利用可能になる。

（スクリーニング陽性／予備的陽性）−ＰＣＲ生物同定装置４７が陽性（Ｙ）のスクリーニング検査結果を検出する場合、その結果は現場指揮制御システム１４に送られ、そこで、所定の通知・対応シナリオに従って通知が送り出され、次に再帰検査が以下に記載のように行なわれる。

（スクリーニングプロセスエラー／阻害）−ＰＣＲ生物同定装置４７が妥当でないスクリーニング結果を検出する場合、検査結果はまた、現場指揮制御システム１４に送られ、そこで、再び所定の通知・対応シナリオに従って通知が送り出される。本システムは、元のスクリーニング検査についてのエラーの性質に基づいて、繰り返し検査のために代替のアッセイを利用する能力を有する。バックグランド蛍光に基づいて、あたかもビーズの再水和があったかまたは他の処理に問題があったかのようである場合には、保管されたサンプルの一部分を利用して、新たなカートリッジ４６中で同じアッセイを繰り返す。エラーがサンプルの阻害にあるようである場合、保管されたサンプルの一部分を利用して、少し改変したアッセイを実施する。このアッセイは、（１）追加の洗浄を実行し；（２）より高いレベルの希釈度を利用し、そして（３）改変した希釈度に基づいて陽性検出閾値を調整する。

（再帰検査）−陽性（Ｙ）スクリーニング検査結果に対応して、（ａ）現場指揮制御システム１４は、指定された連絡リストへ予備的陽性の通知を送り出し、（ｂ）カートリッジハンドリングシステム２４（図５）は、再帰検査に使用すべきカートリッジを取り出し、それを充填所へ搬送する。そこで、貯蔵部に残るサンプルの一画分および緩衝溶液がその中に移される。検出すべき物質に依存して、再帰検査は、単にスクリーニング検査の繰り返しからなってもよいし、または代替の遺伝子配列についてのプライマーを含有する特別な「再帰」カートリッジ４６’に対して実行してもよく、（ｃ）再帰カートリッジに適切なアッセイを選択し、そして（ｄ）次いで再帰カートリッジ４６’が自動的にＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）装置４７中に装填され、再帰分析が実施される。

（再帰陰性）−システムは残りの液体サンプルを保管管５４中に移す。陰性（Ｎ）の再帰検査結果に対しては、現場警告も緊急事態対応行動も開始されず、ＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）検査結果は、現場指揮制御システム１４に送られ、そこで、結果は経過記録され、検査結果の通知が送り出される。元のスクリーニングカートリッジ、再帰カートリッジ、および保管管は、任意に、システムから手作業で回収し、予備的陽性の原因を決定するためのさらなる分析のために冷蔵格納庫に貯蔵することができる。

（再帰プロセスエラー／阻害）−再帰プロセスエラー／阻害結果に対しては、ローカルな警告も緊急事態対応行動も開始されず、検査結果は現場指揮制御システム１４に送られ、そこで結果は経過記録され、そして所定の通知・対応シナリオに従って通知が送り出される。十分なサンプルが利用可能である限り、別の再帰検査を行なうことができる。

（再帰陽性）−システムは残りの液体サンプルを保管ビン５４中に移す。陽性（Ｙ）の再帰検査結果に対しては、ＧｅｎｅＸｐｅｒｔ（商標）検査結果が現場指揮制御システム１４に送られ、そこで結果が経過記録され、検査結果の通知が送り出される。現場緊急事態対応計画が実行に移される。

このように、示しそして記載したのは、例えば郵便物のような物品を取り扱いそして処理する施設において、毒性の生物学的物質（特に炭疽菌）を検出するための独特のバイオハザード検出システムである。

しかし、上記の詳細な説明は、単に、本発明の原理を説明するにすぎない。したがって、当業者は、本明細書中には明確に記載も示されてもいないが、本発明の原理を具現化し、したがって本発明の精神および範囲内にある種々の構成変更を想起することができると理解される。

図１Ａは、本発明に従う、米国郵政公社（ＵＳＰＳ）の現場の２種類の完全自動生物検出システム制御構成を説明するブロック図である。 図１Ｂは、本発明に従う、米国郵政公社（ＵＳＰＳ）の現場の２種類の完全自動生物検出システム制御構成を説明するブロック図である。 図２は、本発明に従うＵＳＰＳ現場に位置する装置を説明するブロック図である。 図３は、図２に示した装置をさらに説明するシステムブロック図である。 図４Ａは、郵便物処理施設に配置された２つの型のエアロゾルサンプリングシステムの位置および機械的な詳細を説明する。 図４Ｂは、郵便物処理施設に配置された２つの型のエアロゾルサンプリングシステムの位置および機械的な詳細を説明する。 図４Ｃは、郵便物処理施設に配置された２つの型のエアロゾルサンプリングシステムの位置および機械的な詳細を説明する。 図４Ｄは、郵便物処理施設に配置された２つの型のエアロゾルサンプリングシステムの位置および機械的な詳細を説明する。 図５は、本発明の好ましい実施形態に従う、エアロゾル粒子濃縮装置、自動流体サンプル調製システム、カートリッジ格納およびハンドリングシステム、およびＰＣＲ同定装置を含む本発明の例示的実施形態の正面平面図である。 図６Ａ、６Ｂおよび６Ｃは、図５に示されたＰＣＲ同定装置と共に使用するサンプルカートリッジの上面図および分解組立図をそれぞれ説明する透視図である。 図７は、図６Ａ〜６Ｃに示されたサンプルカートリッジにおいて実行される操作を説明する図である。 図８は、本発明に従う生物検出システムの動作のフローチャートを説明する図である。

Claims (37)

1. 生物学的物質同定装置；
   少なくとも１つのモニター位置で、エアロゾル化生物学的物質の粒子のエアロゾルサンプルを収集するための収集装置；
   エアロゾルサンプルの液体サンプルを作成するためのエアロゾル濃縮装置；
   液体サンプルの一部分を貯蔵し、そしてカートリッジ型レセプタクルへ配送するための自動化流体工学装置；
   中継領域から流体工学装置の液体充填点まで、次いで生物学的物質同定装置までレセプタクルを搬送するための自動化機械的ハンドリングシステム；
   システムの全体自動化制御を提供するため、少なくとも１つのモニター位置で装置を制御するため、および同定装置が提供する検査結果を所定位置へ報告するための制御装置；
   を含む完全自動生物学的物質検出システム。
2. 収集装置が、粒子のサンプルを収集するために連続的に動作し、搬送システムが、中継領域から流体工学装置の液体充填点まで、次いで生物学的物質同定装置へ、レセプタクルを搬送するために定期的に動作する請求項１に記載のシステム。
3. レセプタクルが生物学的物質同定装置へ搬送される前に、流体工学装置が液体サンプルの一部分をレセプタクルへ定期的に配送する請求項２に記載のシステム。
4. 収集装置が、モニター位置の収集点に配置されたシュラウド／フードを含む請求項１に記載のシステム。
5. シュラウド／フードが郵便物処理機の郵便物搬送路に沿って位置する請求項４に記載のシステム。
6. シュラウド／フードが郵便物搬送路に沿った郵便物挟み点に位置し、シュラウド／フードに近接して位置する郵便物挟み装置を含む請求項１に記載のシステム。
7. 濃縮装置が乾燥サイクロン予備分離装置および湿潤サイクロンエアロゾル濃縮装置アセンブリを含む請求項１に記載のシステム。
8. エアロゾル濃縮装置が次のサンプルを収集しつつ、流体工学装置は貯蔵部にサンプルを一時的に保持することができ、貯蔵部においてサンプルは１以上の分析のためにアクセスされ得る請求項１に記載のシステム。
9. 流体工学装置がさらに液体サンプルの残りの部分を保管する請求項１に記載のシステム。
10. 機械的ハンドリングシステムが、カートリッジ型レセプタクルを取り上げて搬送するためのグリッパー型エンドエフェクターを含む請求項１に記載のシステム。
11. 中継領域が、複数のカートリッジ型レセプタクルを保持するための格納ラックを含み、エンドエフェクターが格納ラックの上方に位置する請求項１０に記載のシステム。
12. 格納ラックがカートリッジ型レセプタクルを直線配置で保持する細長いラックであり、エンドエフェクターが、一度に１つのレセプタクルをつかみ、流体工学装置および生物学的物質同定装置へ搬送しそして流体工学装置および生物学的物質同定装置から戻すために、格納ラックの上方の細長い軌道上に位置してその軌道上を直交２方向に自動的に移動する請求項１１に記載のシステム。
13. エンドエフェクターに二軸の動きのみが要求されるように、流体工学装置および同定装置が格納ラックと整列されている請求項１２に記載のシステム。
14. エンドエフェクターが制御装置の部分を構成する機器制御装置によって制御される請求項１３に記載のシステム。
15. 機器制御装置が、生物学的物質同定装置の部分を構成する挿入／抽出カートリッジ機構および流体工学装置の自動動作も制御する請求項１４に記載のシステム。
16. 生物学的物質同定装置が、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）生物物質同定装置を含む請求項１に記載のシステム。
17. 同定装置が、標的生物学的物質の単一遺伝子配列および内部コントロールについてのアッセイを含む少なくとも１つのスクリーニングカートリッジを含む請求項１６に記載のシステム。
18. 同定装置が、自動カートリッジ交換を含む単一ベイユニットを含む請求項１６に記載のシステム。
19. 制御装置が、生物学的物質同定装置とエアロゾル濃縮装置と流体工学装置と機械的ハンドリングシステムに接続してこれらの動作を制御するローカル機器制御コンピュータを含む請求項１に記載のシステム。
20. 制御装置が、機器制御コンピュータに接続してこれを制御すると共に検査結果を所定位置に連絡する遠隔の現場指揮制御コンピュータをさらに含む請求項１９に記載のシステム。
21. 現場指揮制御コンピュータが機器制御コンピュータに配線連結を介して接続する請求項２０に記載のシステム。
22. 現場指揮制御コンピュータが機器制御コンピュータにＲＦ連結を介して接続する、請求項２０に記載のシステム。
23. 現場指揮制御コンピュータが主制御コンピュータおよびバックアップ制御コンピュータを含む請求項１８に記載のシステム。
24. エアロゾル濃縮装置と流体工学装置と機械的ハンドリングシステムと生物学的物質同定装置とを収容するためのキャビネットをさらに含む請求項１に記載のシステム。
25. 搬送路の少なくとも１つの位置で物品からエアロゾルサンプルを収集する工程；
    エアロゾルサンプルの液体サンプルを作成する工程；
    液体サンプルの一部分をカートリッジ型レセプタクルに配送する工程；
    レセプタクルを生物学的物質同定装置に機械的に搬送する工程であって、同定装置は所定の生物学的物質の粒子について液体サンプルを分析する工程；
    同定装置によって提供される分析の結果を所定位置に報告する工程；および
    本方法の全体の自動化制御を提供する工程
    を含む、配送されるべき物品であって搬送路に沿って搬送中である物品中の生物学的物質を検出する方法。
26. 物品が郵便物を含む請求項２５に記載の方法。
27. エアロゾルサンプルを収集する工程が、搬送路沿いの挟み点で物品を挟む工程を含む請求項２５に記載の方法。
28. エアロゾルサンプルを収集する工程が、物品を挟むための装置および物品から挟まれたエアロゾルサンプルを収集するためのシュラウド／フードを配置することを含む請求項２７に記載の方法。
29. 搬送工程が、液体サンプルを含むレセプタクルを生物学的物質同定装置に定期的に搬送することを含む請求項２８に記載の方法。
30. 搬送工程が、ローカル機器制御装置の制御下でカートリッジ型レセプタクルを取り上げて搬送するためのグリッパー型エンドエフェクターを有する機械的ハンドリングシステムを使用することを含む請求項２９に記載の方法。
31. 搬送工程が、エンドエフェクターの下に位置するラックに位置する複数のレセプタクルから、カートリッジ型レセプタクルを定期的に取り上げて搬送することを含む請求項３０に記載の方法。
32. 液体サンプルの一部分を配送する工程が、サンプルが１以上の分析のためにアクセスされ得る貯蔵部にサンプルを一時的に貯蔵する工程を含む請求項２８に記載の方法。
33. 配送工程が、液体サンプルの残りの部分を保管することを含む請求項３２に記載の方法。
34. 生物学的物質同定装置が、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）生物物質同定装置を含む請求項２５に記載の方法。
35. 液体サンプルを作成する工程が、乾燥サイクロン予備分離装置および湿潤サイクロンエアロゾル濃縮装置アセンブリを使用することを含む請求項２５に記載の方法。
36. 該方法の制御を提供する工程が、ローカル機器制御コンピュータ装置を使用することを含む請求項２５に記載の方法。
37. 該方法の制御を提供する工程が、遠隔の現場制御コンピュータ装置を含む請求項３０に記載の方法。

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