JP2009515146A - マイクロ流体試料採取器ならびにそれらを製造および使用する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一つまたは複数の正確なマイクロリットル量またはナノリットル量の試料を採取するためのマイクロ流体試料採取器を提供する。本発明は、統合されたポリ(ジメチル-シロキサン)(PDMS)マイクロフルイディックスを含む微細加工自動システムを提供する。試料は、動物または植物からの試料を含む生物学的試料であることができる。試料は流体または気体であることができる。試料は、試験対象、たとえばヒトまたはマウスからの生物学的流体、たとえば血液、涙、脳脊髄液(CSF)などを含むことができる。本発明はまた、本発明のマイクロ流体試料採取器を製造および使用する方法を提供する。
マウスにおける組織生物学的機能のモニタリングにおいてマイクロPET撮像がますます一般的になりつつある。その最大の能力の一つである、生物学的/生理学的プロセスをインビボで定量する能力は、少量の血液量(20gのマウスの場合で約2ml)および採血の難しさのせいで、挑戦的な課題である。定量的マイクロPET試験では、通常、20〜25の動脈血試料から60分で有効な時間放射能曲線(TAC)が構成される。これは、入力関数と呼ぶことができ、生物学的絶対単位に換算した生物学的組織機能の信頼しうる計測のために必要になることがある。ヒト疾患を研究するための一般的な動物モデルとしてのトランスジェニックマウスの試験における関心が増大している。頻繁で正確なマイクロおよびナノリットル量の血液試料採取が可能である装置は、マウスからの入力関数の測定を可能にし、マイクロPET撮像を新たなレベルの精度および利用度まで持っていくであろう。
本発明は、一つの局面では統合されたポリ(ジメチル-シロキサン)(PDMS)(または同等物)マイクロフルイディックスを含むマイクロ流体試料装置を含む微細加工自動システム、たとえば多重化システムならびにそれらを製造および使用する方法を提供する。一つの局面で、これらの製品は、液体または気体を含む少量の試料、たとえば生物学的または環境的試料を採取するために使用され、装置の動作の各局面(入力、分析、出力、データ解析)は、適切なコンピュータおよびソフトウェアとで統合されることができ、一部の態様では全自動化される。一つの局面では、多数のアッセイ(たとえば生物学的アッセイ)を並行的(同時)に実施することができる。
(a) 流体試料または気体試料を含む試料のための少なくとも一つの入口(たとえば複数の入口)、
(b) 試料(たとえば流体試料または気体試料)を移動させるための流体流をもたらす流路によって入口(または複数の入口)に動作可能に連結している、容量測定された(たとえば自動化または遠隔制御することができる計量)流体試料を試料ウェルに向けて送ることができる少なくとも一つまたは複数のスイッチ、
(c) 流体試料または気体試料を移動させるための流体流をもたらす流路によって複数のスイッチに動作可能に連結している少なくとも一つまたは複数の試料ウェル、
(d) 流体試料または気体試料を移動させるための流体流をもたらす流路によってスイッチの少なくとも一つに動作可能に連結している、試料流体をシステムからパージすることができる少なくとも一つまたは複数の計量ループ、および
(e) 流体試料または気体試料を移動させるための流体流をもたらす流路によって試料ウェルに動作可能に連結している少なくとも一つまたは複数の排出(出力)口。
これらの構成部品の一つ、いくつかまたはすべては、適切なソフトウェアを用いて電子センサならびにコンピュータへの出力およびコンピュータからの入力を介して遠隔制御することができ、これらの動作は、完全または部分的に自動化することができる。
本発明は、統合されたポリ(ジメチル-シロキサン)(PDMS)マイクロフルイディックスを含む微細加工自動システムを提供する。本発明の、マイクロ流体試料採取器を含むシステムおよび方法は、一つまたは複数の正確なマイクロリットル量またはナノリットル量の試料、たとえば生物学的流体を含む試料の採取をするために提供する。生物学的流体は、ヒトおよび他の哺乳動物、たとえば大きな生物学的流体試料が問題になりうる小型哺乳動物、たとえばマウスまたは他の齧歯類を含む任意の対象から採取することができる。体液は、たとえば、尿、血液、血漿、血清、唾液、精液、糞便、痰、脳脊髄液、涙、粘液等であることができる。
本発明の装置は、コンピュータおよび機械実行可能な命令を含む機械読み取り可能な媒体を含むコンピュータプログラム製品、コンピュータシステムならびに本発明の方法を実施し、本発明の装置を使用するためのコンピュータ具現化法を含む。たとえば、本発明は、装置内を流れる液体試料または気体試料の量を制御するための、および/または装置中の液体試料または気体試料の動きを制御するためのソフトウェアを含むコンピュータに動作可能に連結したマイクロ流体試料装置を提供する。コンピュータおよび機械実行可能な命令を含む機械読み取り可能な媒体を含むコンピュータプログラム製品はまた、下記を制御することができる:個体から採取される試料(たとえばマウスから採取される血液試料)の頻度および量;本発明に装置に投入される試料の頻度および量;たとえば流路および構成部品中の流量を制御することによる装置中の試料(液体または気体)の動き;「フラッシュ」または清浄液の移動のタイミング、量および方向;装置からの試料の出力のタイミング;リアルタイムであることもできるし、自動化されていることもできる、これらすべての動作モードへの制御アクセスをオペレータに提供すること;データ記憶を提供すること;出力および/または視覚化をオペレータに提供すること;機械実行可能な命令を含む機械読み取り可能な媒体を提供してデータを解析し、かつ解析したデータをユーザに提供すること。
Claims (38)
- (a) 流体試料または気体試料のための少なくとも一つの入口、
(b) 流体試料または気体試料を移動させるための流体流をもたらす流路によって入口に動作可能に連結している、容量測定された流体試料を試料ウェルに向けて送ることができる複数のスイッチ、
(c) 流体試料または気体試料を移動させるための流体流をもたらす流路によって複数のスイッチに動作可能に連結している複数の試料ウェル、
(d) 流体試料または気体試料を移動させるための流体流をもたらす流路によってスイッチの少なくとも一つに動作可能に連結している、試料流体をシステムからパージすることができる計量ループ、および
(e) 流体試料または気体試料を移動させるための流体流をもたらす流路によって試料ウェルに動作可能に連結している複数の排出(出力)口を含む、
マイクロ流体試料装置。 - 樹脂材料を含む、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- スイッチが、容量測定された流体試料を試料ウェルに導く、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- 試料ウェル中の試料を撮像することができるように、撮像装置に動作可能に連結している、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- 撮像装置が陽電子放射断層撮影(PET)撮像装置を含む、請求項4記載のマイクロ流体試料装置。
- 装置内を流れる液体試料または気体試料の量を制御するための、および/または装置中の液体試料または気体試料の動きを制御するためのソフトウェアを含むコンピュータに動作可能に連結している、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- 図3〜9および図12〜14に示す構成またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- 試料が生物学的流体または気体を含む、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- 試料が、ヒト、動物または植物から採取された生物学的流体(液体)もしくは気体または流体(液体)試料もしくは気体試料へと変性された生物学的試料を含む、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- 生物学的流体または流体(液体)試料もしくは気体試料へと変性された生物学的試料が、血漿、血清、血液、涙、脳脊髄液(CSF)、尿、唾液、精液、糞便、粘液、痰または単離、培養、粉砕もしくは溶解させた細胞もしくは組織を含む溶液を含む、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- 少なくとも一つの入口、スイッチ、試料ウェルおよび排出口が、ナノリットル量範囲またはマイクログラム(μg)からナノグラム(ng)までの量範囲の試料を取り扱い、移動させるように、構成され、サイズ決めされている、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- 一つまたは複数の正確なマイクロリットル量またはナノリットル量の試料を動物または植物から自動的に採取し、該試料を装置の少なくとも一つの入口に送達するための装置に動作可能に連結している、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- 試料がPETプローブを含む、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- PETプローブが、2-デオキシ-2-[18F]フルオロ-D-グルコース([18F]FDG)(「FDG」)または同等物をマイクログラム(μg)からナノグラム(ng)までのレベルで含む、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- 少なくとも一つの入口、スイッチ、試料ウェルおよび排出口が、1試料あたり約5、10、20、30、40、50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950もしくは1000ナノリットルまたはそれ以上の量を取り扱い、移動させるように、構成され、サイズ決めされている、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- 少なくとも一つの入口、スイッチ、試料ウェルおよび排出口が、概ね1秒あたり2試料の速度での量において試料を取り扱い、移動させるように、構成され、サイズ決めされている、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- 気体試料または流体試料を少なくとも一つの入口、スイッチ、試料ウェルおよび/または排気口を通って移動させるための装置に動作可能に連結したポンプおよび/または圧力輸液タンクをさらに含む、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- スイッチの少なくとも一つがバイナリ(開または閉)スイッチである、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- 樹脂マイクロ流体試料装置がポリ(ジメチル-シロキサン)(PDMS)マイクロ流体試料装置である、請求項2記載のマイクロ流体試料装置。
- 樹脂マイクロ流体試料装置がガラス、ケイ素または同等の基材に接合されている、請求項2記載のマイクロ流体試料装置。
- 正確に計量された量の多数の試料を、個々のウェルの中に捕集し、分析に備えて回収することができる、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- 少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39もしくは40またはそれ以上の試料を同時に取り扱うように構成されている、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- 少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39もしくは40またはそれ以上の試料を同時にアッセイするように構成されている、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- コンピュータおよびソフトウェアに動作可能に連結した、および/またはコンピュータおよびソフトウェア内に統合された使いやすいインタフェースによって遠隔制御される、請求項6記載のマイクロ流体試料装置。
- 使いやすいインタフェースおよび/またはコンピュータおよびソフトウェアを介して、特定の時間間隔で試料を採取および/または処理するようにプログラムされている、請求項24記載のマイクロ流体試料装置。
- 少なくとも一つの入口が、多数の流路接続を有する蹄鉄形のウェルを含むか、または装置が、多数の流路接続を有する蹄鉄形のウェルをさらに含み、かつ該多数の流路接続が入口および/または試料ウェルに動作可能に連結しており、かつ蹄鉄形のウェルが装置中の液体試料または気体試料の拡散時間の遅延を最小限にする、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- 装置中の液体試料または気体試料の流量を正確に計量するための少なくとも一つのループ化流路をさらに含み、少なくとも一つのループ化流路が、入口と試料ウェルとの間におよび/または試料ウェルと排出口との間に位置している、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- 少なくとも一つのループ化流路が、ループの清浄またはパージを可能にするために、パージ/フラッシュ/清浄溶液の供給源に動作可能に連結している、請求項27記載のマイクロ流体試料装置。
- 隣接する試料ウェルの群に動作可能に連結した分配ノードをさらに含み、試料ウェルが分配ノードから試料を選択的に受けることを可能にする、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- 少なくとも一つの自動注入流路をさらに含む、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- 少なくとも一つの自動注入流路が、使用可能ソフトウェアを含むコンピュータに動作可能に連結している、請求項1記載のマイクロ流体試料装置。
- 請求項1〜31のいずれか一項記載のマイクロ流体試料装置(チップ)および試料流体を動物から取り出すための装置を含み、
すべての構成部品が、使用可能ソフトウェアを含むコンピュータに動作可能に連結している、
マイクロ流体試料分析のための多重化システム。 - 試料流体を動物から取り出すための装置が、血液試料採取器およびカテーテルであり、カテーテルが、ユーザの介入なしに血液試料を自動的に採取することができるように、血液試料採取器に接続されている、請求項32記載の多重化システム。
- 血液試料の量およびタイミングが、使用可能ソフトウェアを含むコンピュータにインタフェースされた血液試料採取器によって制御される、請求項33記載の多重化システム。
- マイクロPET撮像システムに動作可能に連結している、請求項32記載の多重化システム。
- 動物からマイクロ流体チップへの血液捕集のタイミングを制御するコンピュータインタフェースおよびプログラムに動作可能に連結しており、プログラムにより、ユーザが血液試料採取時間間隔および血液試料の数を指定することができる、請求項33記載の多重化システム。
- 少なくとも一つの自動注入装置をさらに含み、
自動注入装置が、試料装置(チップ)から切り離されているか、または試料装置に統合されており、かつ自動注入装置が試料を入口に投入する、
請求項33記載の多重化システム。 - 少なくとも一つの自動注入流路が、使用可能ソフトウェアを含むコンピュータに動作可能に連結している、請求項37記載の多重化システム。
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