JP2012503779A - 分析物を検出するためのキットおよび装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、臨床試料、産業上の試料、または環境試料内の特定の細胞標的、ウイルス標的、および分子標的を検出するための試験を改善する装置を提供する。本発明は、高感度試験のための低倍率での個々の微視的標的の効果的検出を可能にする。本発明は洗浄工程を必要とせず、したがって、高感度かつ特異的な検出を可能にする一方で、手動操作を簡略化しかつ自動化動作における費用および複雑性を低減する。要するに本発明は、迅速で、正確で、かつ定量的で、使いやすく、費用効率の高い試験を遂行できる装置を提供する。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、参照により本明細書に組み入れられる、2008年9月24日に提出された米国特許仮出願第61/099,830号の恩典を主張する。
背景
特定の標的を検出することの重要性
特定の分子標的、細胞標的、およびウイルス標的を検出する方法は、医学および獣医学の診断、環境試験、ならびに産業上の品質管理のための基本的ツールである。臨床医学における特定の標的を検出する方法の例は、OTCの迅速妊娠試験、特定の抗生物質に対する病原菌の抵抗性を決定するための微生物培養試験、および血液試料中の癌マーカーに関する高度に自動化された試験を含む。食物中の病原体汚染物質検出、創薬のための候補化合物の高スループットスクリーニング、および医薬品における活性成分の定量化は、特定の標的の存在を判定するための方法による産業上の製造用途の例である。特定の標的に対する試験を必要とする環境用途は、上水道汚染、空気によって運ばれる生物テロ（biothreat）物質、および家庭の真菌汚染の検出を含む。
標的の標識化
特定の細胞、ウイルス、または分子を検出するための一つの重要な方法が、光学的に検出可能な標識で標的にタグ付けすることである。標的は特異的に標識される、または非特異的に標識されることができる。標的は光学標識を含む標的特異的結合分子でタグ付けすることにより特異的に標識されることができる。標的特異的標識は、巨大分子（たとえば、抗体、タンパク質受容体、核酸、糖質、およびレクチン）および小分子（たとえば、ホルモン、乱用薬物、代謝産物）を含む様々なタイプの結合部分を有することができる。標的特異的標識の検出可能な信号伝達部分は、蛍光、燐光、色素生産性（chromogenicity）、化学発光、光散乱、およびラマン散乱を含む様々な信号伝達特性を使用することができる。
あるいは、標的を非特異的に標識することができ、すなわち、試料中の別の実体と共に標識することができる。たとえば、試料中のすべての細胞をDNA染料で標識することができ、またはすべてのリポタンパク質をすべてのそのような分子に結合する標識で標識することができる。次に、非特異的標識された標的を、以下に説明されるように標的特異的選択を使用して特異的に検出することができる。
標的の特異的選択
標的特異的選択は通常、標識された標的を検出するために重要である。特異的選択は、他の標識された実体から、および同様に非結合標識から、標的を物理的に単離するためにしばしば使用される。たとえば、標的特異的抗体で被覆された磁性粒子を用いて、標識された標的と複合体形成させることができる。次に、複合体に磁力を印加することにより、標識された標的は表面上に堆積するが、標識された実体および非結合標識は堆積しない。あるいは特異的選択は、捕捉により、すなわち、標的特異的結合部分たとえば抗体で被覆された表面に結合させることにより、行われることができる。特異的選択は標的の標識化の前にも後にも行うことができる。
特異的選択および標的の標識化に続いて、非結合標識が連続的洗浄工程で反応物から一般に取り除かれる一方、選択によって、次の検出のために特異的に選択された標的が保持される。洗浄工程は、手動式試験法の場合には望ましくない重労働がユーザに求められ、自動化システムでは液体処理のために高度な操作が求められることがある。一部の技術、たとえばラテラルフロー法では受動的毛管現象を使用して、膜または固体表面上に特異的に捕捉されている標識された標的から、非結合標識および非特異的結合標識を洗浄する。ラテラルフロー法は手動試験のための洗浄機能を簡略化しているが、これらの方法は非感受性となり得て、自動化プラットフォームでの高スループット試験には適さない。
標識された標的をカウントするためのイメージングの使用
イメージングは検出面上の特異的に選択され標識された標的を検出するための強力な方法である。イメージング法は検出区域内の各点から発する光信号を画像内の対応する点にマッピングする。対照的に、非イメージング検出法は一般に検出区域全体から発散する光信号を積分する。
個々の標識された標的を検出しカウントすることができるイメージング法がある。特異的に標識された標的を計数することにより、検出区域積分法と比較して非常に低い標的レベルでの検出をもたらすことができる。画像ベースの標的計数法の感度の有利な点は、標的レベルの減少に伴い、バックグラウンドに対する光信号が本質的に一定のままであるという事実から主に生じる。対照的に、検出区域積分法については、標的レベルが減少するにつれ、バックグラウンドに対する信号が低下する。
一つのタイプの方法では、顕微鏡ビームを使って検出区域を系統的にスキャンすることにより画像を構築する。スキャニング法は、検出区域全体で特異的に標識された標的を同時に計数するためにデジタルアレイ検出器（たとえば、CCDまたはCMOSのカメラ）を使用する方法よりも多くの時間を必要とする。
高感度標的計数のための低倍率での広範囲イメージング
個々の微視的標的を計数するために高倍率顕微鏡を使用する方法がある。顕微鏡イメージングは、各画像が小さな範囲しかサンプリングしないので、感度にかける。より広い範囲を連続してイメージングすることができるが、多数の画像の取得は面倒で、費用がかかり、時間がかかることがある。あるいは、標識された微視的標的を、低倍率での広範囲イメージングを使用して個々に検出し計数することができる。低倍率イメージングは単一画像内の比較的広範囲における少数の微視的標的の計数を可能にすることができる。
特異的に標識された標的から遊離標識を取り除くために洗浄を必要としない方法
標識された標的特異的結合部分と特異的に複合体形成した標的を検出する、洗浄を必要としないいくつかの方法が開発されている。一つのタイプの方法では、標的に結合しない限り信号が放出されない標識を使用する。これらの標識には、個々の標識された標的を効果的に広範囲検出するのに十分な強さの信号を放出しないという制限がある。洗浄を必要としない別の方法では、標識された標的複合体を非結合標識から隔てるための液相バリアによる選択を使用する。この方法は、高感度画像分析ではなく検出領域積分法を使用し、したがって、高い感度はない。
特定の標的を検出するためにイメージングを使用する試験のための装置
イメージング法を使用して特定の微視的標的を同時に検出するための試験を行うために様々な装置が開発されている。手動試験のために使用される試験装置がある一方で、自動化試験システムで使用するために設計された試験装置もある。標識された標的の視覚的検出を使用する手動式方法は、OTCの迅速なラテラルフロー試験たとえば妊娠試験のために使用される方法を含む。手動式試験は一般に単一試料を試験するために設計され、高スループット試験のためには実用的でない。視覚的試験は個々の標識された標的をカウントするものではなく、したがって、低い標的レベルでの感度に欠ける。
個々の標識された微視的標的を同時に検出するための試験装置の大多数では、高倍率で自動化イメージングを使用して、標的をイメージングする。たとえば、光学的に透明な基部を有する簡単なマイクロタイターウェルが、顕微鏡によりイメージングされる装置として使用されることがある。標的は特異的に標識されて、光学基部面上に堆積する。繰り返して洗浄することにより非結合標識および非特異的に標識された実体を取り除いた後、デジタルカメラおよび光学顕微鏡を使用して標的を計数することができる。そのような装置には洗浄工程を必要とするという欠点があり、顕微鏡法は小さな範囲しかイメージングしないので感度が高くないという欠点がある。
広範囲自動化デジタルイメージングを使用するいくつかの試験装置が、個々の標識された標的を同時に検出するために開発されている。これらの方法は一般に、キャピラリチャンバ内で検出し、ラテラルフローを使用して非結合標識を取り除く。別のラテラルフロー法と同様に、この技術的方法は自動化を複雑にし、かつ、簡便に分析できる試料の容積を制限する。
本発明は、広範囲イメージングを使用して個々の微視的標的を検出するアナライザのための改善されたキットおよび装置を提供する。本発明は、洗浄工程なしに個々の標識された標的の広範囲イメージングを可能にし、したがって、高感度で特異的な検出を提供する一方で、手動操作を簡略化して、自動化操作における費用および複雑性を低減する。本発明は迅速で正確で定量的な結果を達成することができる。本明細書において、本発明者らはイメージングという用語を使用し、これはある領域からの画像の同時取得を意味する。
一局面では、本発明では深さ≧2mmでありかつ最短直線長さ≧1mmの検出区域を有するイメージングウェルと、乾燥形態または液体形態で貯蔵された信号伝達部分、たとえば蛍光粒子、または蛍光染料もしくは蛍光発生染料と、選択部分、たとえば磁性粒子、または乾燥形態もしくは液体形態で貯蔵された捕捉分子とを含むキットを特徴とし、信号伝達部分、および選択部分または捕捉分子は標的に特異的に結合し、捕捉分子はイメージングウェルに結合され、検出区域は信号伝達部分の信号シグネチャに対応する波長において透明であり、イメージングウェルはイメージングアナライザを使ったイメージングウェルの整列または位置合わせのための機構を含む。
キットは、信号伝達部分へのまたは該信号伝達部分からの光の生成または伝達を妨害する色素の任意の一つまたは複数と、試料中の標的を収集することができるサンプリング装置、たとえばスワブと、溶媒和の後に上にある（overlaying）液体層よりも大きな密度を有するクッションまたは該溶媒和の際に該クッションを生成する乾燥試薬とをさらに含む。クッションを生成する乾燥試薬は検出区域と乾燥した信号伝達部分および選択部分との間に、検出区域と接触して配置されてもよい。ある種の態様では、検出区域を画定する検出面は、190nm〜1100nmの領域において、たとえば可視域において透明である。好ましくは、検出面は信号シグネチャの波長では非蛍光性である。別の態様では、検出区域の最長直線長さが2cmであり、ここでイメージングウェルの深さは2cm未満である。
本発明はまた、試料のための入口を有するハウジングと、深さ≧2mmでありかつ最短直線長さ≧1mmの検出区域を有するイメージングウェルと、ハウジング内に配置され、イメージングウェル（または液体形態もしくは乾燥形態でイメージングウェル内に配置される選択部分および/もしくは信号伝達部分）に流体連通される、選択部分および/または信号伝達部分のためのリザーバと、イメージングアナライザを使ったイメージングウェルの配置または位置合わせのための機構とを含む、標的を潜在的に含む試料を分析するための装置を特徴とし、該イメージングウェルは、検出区域の外部照射および/または該イメージングウェルから放出された光の検出を可能にするために該ハウジング内に配置され、該入口は該イメージングウェルに流体連通され、かつ該検出区域は信号伝達部分の信号シグネチャに対応する波長において透明である。装置は、イメージングウェルに結合され標的に特異的に結合する捕捉分子の一つまたは複数と、試料が入口の中に導入された後に係合させる入口用シールと、入口を介して装置の中に導入される試料の容積のための計器と、ハウジング内に配置され、溶媒和の後に上にある液体層よりも大きな密度を有するクッションまたは該溶媒和の際に該クッションを生成する乾燥試薬を含み、イメージングウェルに流体連通された第2のリザーバと、ハウジング内に配置され、信号伝達部分へのまたは該信号伝達部分からの光の生成または伝達を妨害する色素を含み、かつイメージングウェルに流体連通された第3のリザーバと、ハウジング内に配置されかつ入口、イメージングウェル、およびリザーバに流体連通された試料処理ウェルと、複数のイメージングウェル（a）および、該複数のイメージングウェルの中の入口内に導入された試料を分割するハウジング内の1つのチャネルと、入口をイメージングウェルに接続する、ハウジング内のチャネルと、装置内の液体流の結果として該装置から気体が出ることを可能にする、ハウジング内の孔と、入口に流体連通されてもされなくてもよいサンプリング装置、たとえばランセットと、入口をイメージングウェルから隔てかつ標的を選択的に通過させるフィルタと、流体を入口からイメージングウェルに向けて注入する（pump）流体ポンプとの接続のための、ハウジング内のインタフェースとをさらに含んでもよい。
様々な態様において、検出区域は、信号シグネチャに対応する波長では非蛍光性である。イメージングウェルはハウジングと一体化してもよく、ハウジングから分離可能でもよい。入口は試料装置、たとえば試料スワブまたはピペットを受け入れてもよい。ハウジングは、多数の装置の垂直積み重ねのための安定装置をさらに含んでもよい。存在する場合、シールを係合させることによって、入口からイメージングウェルに向けた試料の移動がもたらされる。たとえば、シールはプランジャを含んでもよく、または例えばねじ込むことにより入口に対して可変に移動可能であってもよい。イメージングウェルは、クッションまたは溶媒和の際に該クッションを生成する乾燥試薬をさらに含んでもよく、該クッションは、溶媒和の後の、溶媒和した標的信号伝達部分および選択部分、ならびに/もしくは信号伝達部分へのまたは該信号伝達部分からの光の生成もしくは伝達を妨害する色素を含む、上にある液体層よりも大きな密度を有する。上記で説明された第2および第3のリザーバは、同じリザーバであってもなくてもよい。試料処理ウェルは、細胞複製を促進または阻害する試薬、たとえば増殖培地を含んでもよい。試料処理ウェルは弁によりイメージングウェルから隔てられてもよい。試料は毛管現象により入口からイメージングウェルまで移動してもよい。装置内の任意のリザーバは、もろいシールによりイメージングウェルから隔てられてもよい。試料の容積は、たとえば1μL〜1mLであり、イメージングウェルの容積はたとえば10μL〜1mLである。
本発明のキットおよび装置で使用するための例示的イメージングウェルもまた、添付の図面で示され、かつ実施例で説明されている。
ある種の態様では、キットおよび装置は、検出前に試料を洗浄する準備を含まない。キットおよび装置はまた信号伝達部分として標識化粒子を採用してもよい。標識化粒子を標的と接触させることが標的:標識化粒子複合体の形成をもたらす。標識化粒子は特定の標識比率、たとえば100未満をもたらす量でキットまたは装置内に存在してもよい。
試験用試薬の一部またはすべてが試験装置内に含まれてもよい。試薬の一部またはすべてはユーザにより手動で、または自動化器具により加えることができる。試験装置は簡単な容器でもよい。あるいは、試験装置はたとえば、オンボードポンプ、流体チャネル、弁、試薬リザーバ、電子部品、検出器、試料入力モジュール、および廃棄物モジュールの組合せを含む複雑なカートリッジとすることができる。
洗浄とは、望ましくない成分とは対照的に容器内または表面上で保持される、選択される、または捕捉される標的から、該望ましくない成分を含む液体を容器または表面から物理的に取り除くための処理を意味する。
洗浄を必要としない試験とは、洗浄工程を使用することなく標的が検出される試験を意味する。
アナライザまたはイメージングアナライザとは、本明細書において規定されるように、検出区域の同時イメージングを可能にするアレイ光検出器およびイメージング光学系を有する機器を意味する。アナライザは選択部分に選択力を印加するためのモジュール、運搬手段、または培養を含む検出を強化するための多くの別の機能を有することができる。
ウェルとは、液体を保持することができる器を意味する。ウェルは一般にウェル深さ≧1mmを有する。
イメージングウェルとは、標識された標的がそれを通してイメージングにより検出されることができるウェルを意味する。イメージングウェルは、標識された標的粒子をその表面でイメージングアナライザが検出することができる、検出面を有する。検出面とイメージングアナライザの光検出器の間にある材料は、標識された標的のイメージング検出をサポートするための光学的特性を有する。たとえば、材料は一般に透明であり、装置の信号伝達部分の信号シグネチャに対応するスペクトル領域内では低い光学的バックグラウンドを有する。
イメージングウェル深さとは、検出面に対して垂直な軸に沿ったイメージングウェルの距離を意味する。
クッション、密度クッション、液体クッション、クッション層、または液体密度クッションとは、上にある層よりも高密度である実質的に液体の層を意味する。本発明では、クッションは、イメージングウェル内の、検出面と、試料および試験試薬を含む液体層との間に見いだされる。このクッションが試験の試薬と検出面の間の物理的分離を提供する。選択を使用して、選択部分と複合体形成した、標識された標的がクッションを介して移動し、イメージングのための検出面上に堆積する。選択部分と複合体形成しない信号伝達部分は、クッションの高密度の液体層により検出ゾーンから排除される。
色素とは、信号伝達部分へのまたは該信号伝達部分からの光の生成または伝達を妨害する、反応に加えられる物質または混合物を意味する。色素は検出ゾーンの外側に由来する信号を低減するまたは除くが、検出ゾーン内部の信号伝達部分から得られる信号の検出は可能にする。蛍光信号伝達部分を含む装置については、色素は蛍光励起周波数、蛍光放出周波数、または両方の光を吸収することができる。光の散乱および吸収を含む様々な色素特性がこの目的のために役に立ち得る。様々な態様では、色素は信号を少なくとも50％、75％、85％、90％、95％、または99％も低減する。
染色されたクッションとは、色素を含むクッションを意味する。染色されたクッションは、上にある反応物からの信号の検出器への伝達を（高密度層に含まれる色素の作用として）妨げるまたは低減する一方で、検出ゾーンからの大量の反応物の物理的排除も（染色されたクッションの密度の作用として）同時に提供する。
サンプリング装置とは、試料を収集するために使用される装置を意味する。サンプリング装置の例には、スワブ、毛細管、ワイプ、ビーカー、多孔性フィルタ、吸収性フィルタ、およびピペットチップが含まれる。
標的とは、試料中に潜在的に存在しかつ本発明によりその存在が試験される、細胞、ウイルス、分子、または分子複合体を意味する。
標的のカテゴリとは、本発明を使用して構築された試験の目的に関して多数の標的が同一であるとみなされるような、該多数の標的が共有する一つまたは複数の特徴を意味する。たとえば、あらゆるHIVウイルスを検出するために設計された試験については、カテゴリはHIVである。そのような試験はHIV-1およびHIV-2の変異体を区別することなくすべてのHIVウイルスを検出する。この場合、標的のカテゴリはHIV-1とHIV-2の両方を含む。別の試験の目標は、HIV-1とHIV-2を区別することであってもよい。この場合、HIVの各タイプは異なるカテゴリであるとみなされる。試験の目標がカンジダ・アルビカンス（C. albicans）を検出することである場合、カンジダ・アルビカンスに特異的に結合するという共通の特徴を有するので該試験の目的に関して同一とみなされる3つのプローブが、同じカテゴリ内の標的分子とみなされる。
カテゴリ結合分子とは、カテゴリ特異的結合部位に特異的に結合する分子または分子複合体を意味する。カテゴリ結合分子の例は、ゲノムDNAとハイブリダイズする核酸プローブ、インビトロで選択されたまたは「進化した」、タンパク質上の部位に特異的に結合する核酸アプタマー、細胞抗原または血清タンパク質に結合する抗体、およびリガンド、たとえばホルモン受容体にまたはアビジンなどの結合分子に特異的に結合する上皮増殖因子またはビオチンである。2つのカテゴリ結合分子が、重複しない別個のカテゴリ特異的結合部位に結合するならば、これらははっきり区別される。カテゴリ結合分子はその分子成分によって、たとえばカテゴリ結合オリゴヌクレオチド、カテゴリ結合プローブ、カテゴリ結合抗体、カテゴリ結合リガンドなどと呼ばれうる。
捕捉分子とは、表面、膜、または、粒子ではない別の基質（matrix ）に安定的に結合しているカテゴリ結合分子を意味する。
あるカテゴリの標的に特異的に結合するカテゴリ結合分子とは、所定の結合条件下で、試験によってスキャンするカテゴリのメンバである本質的にすべての標的に結合するが、試料中に存在する可能性が高い別の分子に本質的にはまったく結合しない、カテゴリ結合分子を意味する。スキャンするカテゴリ内の標的と結合するカテゴリ結合分子の数は、そのようなカテゴリ内ではない標的と結合する数と比較して、典型的には2倍、5倍、10倍であるかまたは50倍を上回る。
信号要素とは、検出可能な信号を直接生成する分子または粒子を意味する。「直接生成する」という語句は、信号要素が、検出可能な信号の直接の発生源、または決定的な修飾因子であるという事実を指す。したがって、信号が蛍光体から生じる光子である場合、蛍光体は光子の直接の発生源であり、したがって信号要素である。信号がRLS粒子により散乱された光子である場合、RLS粒子が信号要素である。あるいは、信号が酵素である西洋ワサビペルオキシダーゼの色素生産性沈殿生成物からの透過光または散乱光である場合、該色素生産性生成物が信号要素である。
信号要素の特性とは、それぞれが該要素全体に（必ずしも強度ではなく、特性が）匹敵する信号を生成するような部分へとそのような要素を分割することができないということである。したがって直径2nMの量子ドットは、分割によって得られるナノ結晶の特性（放射スペクトル）が変わるので、信号要素である。蛍光色素たとえばフルオレセインを含浸した5μmの粒子は、それぞれ完全な粒子に匹敵する信号伝達特性を有するような部分へと分割することができるので、信号伝達要素ではない。対照的に、分子のフルオレセインは信号要素である。信号生成酵素（たとえば、ルシフェラーゼ、アルカリホスファターゼ、西洋ワサビペルオキシダーゼ）の検出可能な生成物も、信号要素と考えられる。そのような信号要素（または前駆体が化学変換されて信号要素となる場合にはそれらの前駆体）は、拡散性物質、不溶性生成物、および/または不安定な中間体でありうる。たとえば、酵素であるアルカリホスファターゼは化学発光基質CDP-Star（NEN;カタログ番号NEL-601）を、光子を放出する信号要素である活性化生成物に変換する。
信号伝達部分とは、（酵素の場合）一つまたは複数の信号要素を含むまたは生成し、かつカテゴリ結合分子に共役するまたは共役しうる、分子、粒子、または物質を意味する。信号伝達部分は、共有結合的にまたは非共有結合的に、および直接的にまたは間接的に（たとえば、一つもしくは複数のアダプタまたは「化学的リンカ」部分を介して、あるいは両方の部分が同じ粒子に共役することにより）カテゴリ結合分子に付着することができる。信号伝達部分の例は、カルボキシル化された量子ドット、核酸プローブまたは抗体プローブへの結合のために修飾された蛍光体たとえばTexas Red、ストレプトアビジンを被覆された蛍光ポリスチレン粒子（ビオチン化カテゴリ特異的結合タンパク質に共役されることができる）、蛍光修飾ヌクレオチドを末端に有する複数のオリゴヌクレオチドとそれぞれがハイブリダイズでき、5'末端にカテゴリ特異的結合オリゴヌクレオチドを含む反復核酸配列を含む、ローリングサークル型複製生成物を含む。信号伝達部分は、物理的に別個の要素を含むことができる。たとえば、場合によっては、信号伝達部分はカテゴリ結合分子（たとえば、抗体）と共役した酵素（たとえば、アルカリホスファターゼ）である。アルカリホスファターゼの基質（たとえばそれぞれNENおよびRoche製のCDP-StarまたはBMパープル）が、信号要素である生成物（たとえば、光子を放出する不安定な中間体、または沈殿可能な色素生産性生成物）に変換されると、信号が生成される。カテゴリ結合分子、酵素信号伝達部分、および基質を異なる時点で反応に適用することは普通である。
粒子とは、サイズが50ミクロン未満である基質を意味する。粒子の集団またはバッチのサイズは、複数の粒子からなるある試料に対して、最長の1対の直交する長さの平均測定値として規定される。最長の1対の直交する長さとは、1つの粒子の1対の直交する長さであって、その長さの和が、該粒子のすべてのそのような和に対して最大である長さである。2つの粒子からなる試料の最長の1対の直交する長さがそれぞれ1ミクロン×2ミクロンおよび2ミクロン×3ミクロンである場合、最長の1対の直交する長さの平均測定値は2ミクロン［（1＋2＋2＋3）/4＝2ミクロン］である。複数の粒子からなる試料に対する最長の1対の直交する長さの平均測定値は、たとえば50ミクロン未満、20ミクロン未満、または5ミクロン未満である。
多くの粒子が固体の何らかの特性を有する。しかし、強固でなくてもよい分子足場または複合体もまた粒子として規定される。たとえば、デンドリマまたは別の分岐分子構造は粒子とみなされる。同様に、リポソームは別のタイプの粒子である。粒子は信号要素と結合または共役できる。粒子は、その寸法または幾何形状を反映する用語で呼ばれることが多い。たとえば、ナノスフェア、ナノ粒子、またはナノビーズ（nanobead）という用語が、任意の所与の軸に沿った長さが1ミクロン未満である粒子を指すために使用される。同様に、ミクロスフェア（microsphere）、微粒子、またはミクロビーズという用語が、任意の所与の軸に沿った長さが1mm未満である粒子を指すために使用される。粒子の例は、ラテックス粒子、ポリアクリルアミド粒子、磁性微粒子、強磁性流体（磁性ナノ粒子）、量子ドットなどを含む。
標識化粒子とは、標的に特異的に結合し信号を生成することができる粒子を意味する。標識化粒子は信号伝達部分にもカテゴリ結合分子にも共役される。
標的:標識化粒子複合体とは、一つまたは複数の標的が特異的に結合している標識化粒子を意味する。
標識化比率とは、接触工程の際の標識化粒子に対する標的の比率を意味する。たとえば、1×107個の標識化粒子が1×106個の標的を含む試料と接触した場合、標識化比率は0.1である。標識化比率を算出するためには、標識化粒子に特異的に結合できる粒子しか考慮されない。たとえば、物理的に到達できない（たとえば、細胞区画内に隔離されている）標的は、計算に含まれない。
信号要素または信号部分の信号特性とは、該信号要素または信号伝達部分により生成される、別の信号要素または信号伝達部分と区別するために有用な、信号の一つまたは複数の局面を意味する。たとえば、フルオレセインおよびローダミンで標識された信号伝達部分の信号特性は蛍光である。無線トランスポンダの特性は無線周波数である。フォトニック信号伝達特性の例は蛍光、光散乱、燐光、反射率、吸収度、化学発光、および生物発光である。フォトニック信号伝達特性の最後の2つの例を除くすべては、外部照射（たとえば、白色光源、レーザ光源、または日光）に依存する。対照的に化学発光および生物発光は外部光源から独立した信号伝達特性である。
信号シグネチャとは、試験においてある標的カテゴリに結合する信号伝達部分の組合せの特有の信号伝達属性を意味する。4種類の抗体（1つはフルオレセイン分子と共役し、3つはローダミン分子と共役する）に結合している標的は、組み合わされ重み付けされた（combined weighted）吸光度、ならびにフルオレセインおよびローダミンの発光スペクトルで表される信号シグネチャを有する。
選択力とは、標的を捕捉、単離、移動、または隔離するために使用される力を意味する。選択力の例は、重力、磁気、電位、遠心力、向心力、浮遊密度、および圧力を含む。標的は、該標的だけに作用する選択力により流動化させる（mobilize）ことができる。あるいは、選択力を選択部分（以下の定義を参照のこと）と結合している標的に対して特異的に作用させることができる。
標的を流動化させるために選択力を印加する例は、標的の遠心分離、磁性粒子に結合した標的の磁気選択、金属粒子で標識された標的の重力沈降、および真空濾過による多孔性膜上への標的の堆積を含む。選択力の使用のさらなる例は後述の実施例に含まれる。
選択部分とは、カテゴリ結合分子に共役できかつ該カテゴリ結合分子が選択力により選択的に捕捉、単離、移動、または隔離されることを可能にする、原子、分子、粒子、または別の実体を意味する。カテゴリ結合分子:選択部分複合体が標的に対して特異的に結合する場合、該標的は通常、選択力によって選択的に捕捉、単離、移動、または隔離されることもできる。選択的とは、選択部分に結合していない実体よりも、選択部分に結合している実体に対して、選択力による流動化（mobilization）への感受性が優先的に与えられることを指す。
常磁性粒子およびフェリチンが選択部分の例である。溶液中に沈む高密度シリカ粒子が、別のタイプの選択部分である。そのような粒子は、カテゴリ結合分子で被覆され微生物標的と結合すると、標的を水溶液中に沈め、したがって、結合した標的を試料の別の結合していない構成物から分離させる。
ほぼ平面の表面または基質とは、表面上の任意の1mm×1mmの正方形内の点から仮想平面上の最も近い点までの距離を測定したときに平均距離の絶対値が50μm未満であるような、該仮想平面に対して平行に整列できる表面を意味する。
検出面とは、本発明の一部の態様において標的が堆積するほぼ平面の基板（substrate）の表面を意味する。フォトニック信号伝達特性を使用する態様では、検出面が光学的に透明である場合、検出は検出面のいずれのフェースを介しても達成されることができる。検出面が不透明な場合、検出は標的が堆積しているフェースの検出面を介して達成される。
検出区域とは、本発明により同時に分析される検出面または検出ゾーンの範囲を意味する。検出区域の最長の直線長さは、典型的には1mmよりも大きい、たとえば5mm、10mm、または15mmよりも大きい。たとえば、集光レンズおよびCCDチップを含む光学装置により同時にイメージングされるスライドガラスの一区画が0.8cm×0.5cmであってもよい。このとき検出区域は0.4cm2である。
検出ゾーンとは、標的が検出されることができる容積を意味する。検出ゾーンは、検出区域と同じ長さを有するが、標識化粒子が検出され識別されることができる深さに対応する深さを有する。したがって、検出ゾーンの深さは、陽性信号をスコア化するために使用されるしきい値規準に依存する。光学的検出が使用されるとき、検出ゾーンの深さは光学的被写界深度に依存する。
検出区域の最長長さとは、検出区域の外周上の2点間に引くことができる最長の線を意味する。たとえば、検出区域が0.3cm×0.4cmの長方形である場合、該検出区域の最長長さは対角線の0.5cmである。検出区域が半長径の長さ7mmおよび半短径の長さ2.5mmの楕円である場合、該検出区域の最長長さは14mmである。
検出区域の最短長さとは、検出区域の外周上の2点間で引くことができる最短の線を意味する。たとえば、検出区域が0.3cm×0.4cmの長方形である場合、該検出区域の最短長さは0.3cmである。検出区域が半長径の長さ7mmおよび半短径の長さ2.5mmの楕円である場合、該検出区域の最短長さは5mmである。
広範囲検出または広範囲イメージングとは、微視的標的を検出する方法であって、検出区域（検出装置により同時に分析される範囲）が該標的よりはるかに広い方法を意味する。広範囲検出に対する検出区域は直線長さ≧1mmを有する。対照的に、微視的標的は実質的により小さく、典型的には少なくとも2つの直交する長さで50μm未満である。広範囲検出の例は、CCDカメラを使った直径9mmの検出区域のイメージング、長さ1cmを有するCCDラインスキャナを使ったスキャンによる2cm×1cmの長方形のイメージング、写真フィルムへの直接露光を使用した微生物標的を含む4cm×4cmのフィルタのイメージング、および迅速なラテラルフローストリップ試験における1cm×3cmの試験区域上での微視的標的に対応する有色点の視覚的検出を含む。
共役するまたは安定的に結合するとは、4℃のPBS中で結合の平均半減期が少なくとも1日である、2つの実体間の物理的結合を意味する。
検出区域内の一区画で標的を同時に検出するとは、一工程でのほぼ平面の検出面の一区画からの信号の検出を意味する。CCDチップ、視覚的検出、またはフォトダイオードベースの信号積分を使用する検出区域内の標的の広範囲イメージングが、同時検出の例である。
試料とは、標的の存在を求めて本発明によりスキャンされる材料を意味する。
直接の視覚的検出とは、着用できる矯正レンズ以外の器具の助けを借りない可視的検出を意味する。たとえば、直接の視覚的検出は、一部の迅速なラテラルフロー試験でのナノゴールド粒子の赤みを帯びた反射信号を検出するために使用され得る。
光電検出器とは、フォトニック信号を電気信号に変換する人工の装置または器具を意味する。光電検出器の例は、CCD検出器、光電子増倍管検出器、およびフォトダイオード検出器、たとえばアバランシュフォトダイオードを含む。
照射とは、電磁放射線を照射することを意味する。様々な波長の電磁放射線を使用して照射を行うことができる。様々な波長の電磁放射線とは、たとえば、X線、UV、可視領域または赤外領域のスペクトルにおける波長をもつ放射線を含む。放射線照射は必ずしも可視域である必要はないことに留意されたい。照射は好ましくは190nmから1100nmまでの範囲で行われる。
フォトニック信号伝達特性を有する信号要素または信号伝達部分とは、光子の放出、反射、散乱、屈折、吸収、捕捉、もしくはリダイレクション、または光子の振る舞いの任意の別の変調もしくは組合せにより検出可能な信号要素または信号伝達部分を意味する。フォトニック信号伝達特性を有する信号要素または信号伝達部分の一部の例は、蛍光体Texas Red（蛍光信号伝達特性）、CDP-Star（化学発光信号伝達特性）、ルシフェラーゼ（生物発光信号伝達特性）、共鳴光散乱粒子（光散乱信号伝達特性）、BMパープル（光吸収または色素生産性信号伝達特性）および、アップコンバーティングリン光体（2つの長波長光子の吸収および一つのより短波長の光子の放出）を含む。
PBSは、120mMのNaCl、2.7mMのKCl、および10mMのリン酸塩緩衝剤（ナトリウム塩）pH7.4を含むリン酸塩緩衝生理食塩水である。
CCDは電荷結合素子である。
hTSHはヒト甲状腺刺激ホルモンである。
PSAは感圧接着剤である。
RF IDは無線周波数識別（radio frequency identification）である。
特にことわらない限り、本明細書に記載される微生物株は、バージニア州マナッサスのAmerican Type Culture Collection（ATCC）から得られる。
キャップの中に一体化されたプランジャの作動により試料が計量される装置のモジュールアセンブリ（実施例6）。 ローラ機構の作用を受けるもろいシールを備えた変形可能ポーチの例。 液体試薬と乾燥試薬の間の検定性能の比較（実施例1）。液体試薬と乾燥試薬の間の性能を実証する凍結乾燥させた黄色ブドウ球菌（S. Aureus）試薬。図3Aは、検定ごとに分析された黄色ブドウ球菌細胞ありおよびなしの試料としての蛍光対象を比較するデータ（Multipathカウント）を示す。図3Bは、凍結乾燥させた黄色ブドウ球菌試薬を使用する検定を使った、黄色ブドウ球菌細胞ありおよびなしの試料による実際の画像を示す。 乾燥試薬を備える単一の器、キャップ、およびイメージングモジュールからなる簡単な装置（実施例3）。 一体化された試料収集機構を含む、単一試料を自律的に処理する装置。 （A）一体化された装置概念（B）SLA装置（C）自律的装置の設計（D）自律的装置のPolyjetの例（E）免疫学的検定試薬を含むミリメートルサイズの凍結乾燥球、（F）乾燥試薬および乾燥クッション材料を使用する陽性免疫学的検定反応の画像（実施例8、9）。 一体化された試料収集モジュールを備える装置（ランセット、およびキャップ内の滅菌アルコールパッド）（実施例9）。 ねじキャップの作動により試料が計量される多数の反応器を備える装置（実施例4）。 多数のウェルならびにアナライザでの積み重ねおよび位置合わせのための整列機構を備える、完全に一体化された装置（実施例5）。 中間処理用増殖モジュールを備える装置（実施例6）。 中間処理用増殖モジュールを備えた、積み重ね可能な装置の写真（実施例6）。 試料スワブMRSA試験の直接挿入を受け入れる完全に一体化された装置のワークフロー。 パッケージを開けた後（1）、ユーザはバーコードを貼り（2）、試料を採取して（3）、スワブを装置の中に挿入する（4）。キャップ閉鎖によりスワブ末端が折り取られ（5）、一つまたは複数の装置がアナライザ内に配置される（6）。病院特有のデータ報告を含む他の全ての工程が自動的に行われる（実施例7）。 試料スワブの直接挿入を受け入れる完全に一体化された装置を含むモジュールの内部図（実施例7）。 一体化された使い捨てピペットチップを備える自給式の多数の器（実施例10、11）。 一体化されたランセットおよび滅菌アルコールパッドを備える多数の装置の外装（実施例9）。 一体化されたランセットを備える多数の装置の外装（実施例9）。 風乾クッション試薬および液体クッション試薬を使用した検定の比較（実施例1）。 液体試薬を使用した、ヒト血漿中のヒト甲状腺刺激ホルモン（hTSH）の検定（実施例2）。 一体化された増殖モジュールおよび試薬モジュールを備える装置からの検定結果と卓上検定の比較（実施例6）。 図18Aは卓上検定と比較した、一体化された増殖モジュールを備える装置からの検定結果の検量線を示す。図18Bは、拡大していない個々の染色された黄色ブドウ球菌細胞のデジタル画像、および細胞なしの試料との比較を示す。 高スループット自動化アナライザ（実施例1）。 棒磁石アセンブリ（実施例2）。 色素クッションありおよびなしの検定（実施例1）。hTSHに特有の遊離蛍光標識化粒子からバックグラウンドを取り除くための染色クッションの使用を実証する。 TSH検定での液体試薬および乾燥試薬の性能比較（実施例2）。図22Aは、以下に説明される検定によって分析された凍結乾燥hTSHありおよびなしの試料に対して蛍光対象を比較するデータ（Multipathカウント）を示す。図22Bは凍結乾燥TSH試薬を使用した、0pg/mLおよび250pg/mLのTSHを含んだ試料による実際の画像を示す。 イメージングアナライザのイメージング構成要素の図。 イメージングアナライザの構成要素の図。 イメージングアナライザの写真。
発明の詳細な説明
発明の概観
本発明は医学的な、産業上の、および環境上の試料における標的の迅速で高感度な検出のためのキットおよび装置を特徴とする。様々な態様では、装置は、標識された標的を、遊離標識および他の標識された実体から洗浄工程なしに区別するためのオンボード試薬（信号伝達部分および選択部分）と、広範囲イメージングを使用して個々の標識された標的の検出を可能にする一つまたは複数のイメージングウェルとを有し、様々な試料タイプを受け入れ、手動または自動のイメージングアナライザに導入されることができ、標的の標識化を可能にし、試料および/または試薬の処理機能を含むことができ、液体の移動のための流体工学（fluidics）機能を含むことができ、かつ自動化アナライザ上の機械的装置と接続して流体を移動させることができる。装置に基づく診断試験は、迅速で、超高感度で、定量的で、使いやすく、多重化され、自動化されることができる。キットまたは装置は、本明細書において記載されるようなイメージングアナライザ、および参照により本明細書に組み入れられる、2009年9月24日に出願された、"Imaging analyzer for testing analytes"と題する国際出願第＿＿＿＿＿＿号におけるイメージングアナライザと共に使用するために設計されうる。装置およびキットは本明細書、および参照により本明細書に組み入れられる2009年9月24日に出願された"Method for detecting analytes"と題する国際出願第＿＿＿＿＿＿号に記載されるような検定において使用され得る。
装置の重要な機能および特質の一部を以下の項で説明する。
1. 装置構造
2. 試料入力モジュール
3. アナライザとの動的相互作用
4. 洗浄なしの検出
5. 液体試薬
6. 乾燥試薬
7. 流体系
8. 中間処理
8. 分析物選択
10. イメージング
11. 情報管理
12. パッケージング
1. 装置構造
装置の構造全体の複雑さおよび構成は、用途、現場、およびアナライザに依存し、試薬を有する簡単な光学容器から、組込流体処理要素、およびアナライザの機械的要素とのインタフェースを備える多機能装置まで多岐にわたる。図4は本発明の簡単な態様を、すなわち、広範囲イメージング用の光学的に透明なイメージングウェルを備える単一の器、乾燥試薬、およびキャップを図示する。図12に示されるより複雑な態様が、多数の機能を達成するために一体化された多数のモジュールを有する。図12に示される装置は、図4に示されるより簡単な装置の機能を有するが、さらにまた、試料スワブを受け入れるためのモジュールと、スワブを浸すオンボード液体試薬の流れを開始させる閉鎖機構と、培地と、増殖ウェル内の細菌細胞の差次的増殖による抗生物質抵抗性の測定のための乾燥試薬と、アナライザ機構と相互作用するための機構とを有する。
装置および装置モジュールは様々な製造の方法および戦略に従う。装置は様々な材料、製造工程、および組立法を使用して一体化されたユニットまたは別個のモジュールとして製造されることができる。装置は試料あたり一つまたは複数の検定を行うことができ、一つまたは複数の試料に対応することができ、中間試料処理のために流体およびモジュールを組み入れることができる。
モジュールのタイプ
様々な構造モジュールが装置の中に一体化されてもよい。モジュールはウェル内の液体試薬もしくは乾燥試薬、チャネル、またはブリスタポーチを含んでもよい。装置はウェル、キャピラリチャネル、またはサンプリング装置用レセプタクルを含む試料入力のための試料入力モジュールを有してもよい。効果的イメージングのための光学特性を有する一つまたは複数のイメージングウェルが存在してもよい。検定反応または試料処理のために一つまたは複数のモジュールが使用されてもよい。これらおよび別の機能モジュールは以下の項で詳細に説明される。
モジュールの組合せは、単一の製造部分から形成されてもよく、または製造組立ての際に一体化される別個の構造モジュールとして製造されてもよい。各モジュールは独立して製造されてもそうでなくてもよい。たとえば、反応モジュールは図4のような別個のユニットであってもよく、または図7のように並列に組み合わされてもよい。異なる機能のモジュールを組み合わせて単一の製造モジュール、たとえば多数の増殖ウェルモジュールおよびイメージングウェルモジュールが単一射出成形品の形で製造されている図1のようにしてもよい。構成要素はまた、製造後一緒に組立てられるまたは接合される別個の部分、たとえば、装置組立ての際に圧入により接合される図1の別個のキャップおよびプランジャモジュールとすることができる。モジュールは、一体化アセンブリを形成する別個のサブユニットとして容易に一緒に接合されることができる。一体化されるモジュールの数およびタイプは装置上で試験される検定のタイプに応じて変わってもよい。たとえば、血液試料を必要とする装置は一体化したランセットを有してもよい（図6）。あるいは、鼻の試料を試験するための装置は鼻腔用スワブのためのレセプタクルを有してもよい（図12）。増殖を必要とする検定を処理する装置は、増殖のためのオンボード用ウェルを有してもよい（図9）。
他のモジュールを組立てられる基部モジュールはあってもなくてもよい。たとえば、図1は、モジュールが感圧接着テープにより基部に搭載されている装置を示す。しかし図4では、装置モジュールはすべて単一の一体化された部分として製造され、基部モジュールは必要とされない。
モジュール製造
装置モジュールを製造するために使用されることができる製造方法がいくつかある。たとえば、装置モジュールはショット射出成形（図10に図示される増殖ウェルおよびイメージングウェルを参照のこと）を使用して製造されることができる。装置モジュールはまた、例えばPolyjet 3Dプリンタ（図5D）、溶融堆積モデリング（FDM）のような方法を使用して、またはステレオリソグラフィ装置（SLA）（図5B）により、迅速に試作できる。モジュールはまた、たとえば図1に示されるPSAテープを使って、機械加工されるか、またはレーザ打ち抜きされることができる。モジュールはまた、金属箔またはプラスチックフィルムを積層されることができる（図1）。当業者に公知の別の類似した製造方法が存在する。
モジュールを一緒に接合するために使用できる多くの様々な方法が存在する。一部の例は、プラスチック構成要素が一緒に溶融または融解する熱、回転、接触、および超音波溶接を含む。モジュールはまた、機械的にたとえば圧入またはスナップフィット（snap fit）で接合することができる。接着剤たとえば感圧接着剤（PSA）、PSA被覆テープ、または様々なエポキシ樹脂も使用できる。一部の材料、たとえばシリコンベースの材料は陽極接合されることもできる。当業者に公知の他の類似した接合方法が存在する。
装置モジュールは様々な材料から製造されることができる。イメージングに適合した材料は所与の波長に対する光学的透明性を含む特性を有してもよく、ある種の励起波長において蛍光が最小であってもよく、またはある種の波長において低反射率を有してもよい。イメージング面はまた、ほこり、引っ掻き、および汚染に対する保護を必要としうる。これは、物理的機構たとえば物理的隔離、箔被覆もしくはプラスチック被覆、イメージングが行われる前にアナライザまたはユーザが取り外すことができる開き戸もしくは引き戸を使って、達成することができる。あるいは保護扉は、動かないモジュールでもよい。透明なコーティングまたは材料も光学表面を十分に保護しうる。機械的動作を行う材料は、ある種の弾力性、たとえばリビングヒンジおよびキャップ（図10、12）のために使用される弾力性を必要としうる。流体および検定試薬に都合のよい材料が選択されてもよい。これらの特性の一部は反応性、流体流、疎水性、試料および試薬の非特異的結合、多孔性、ならびに吸湿性を含む。材料および方法の選択は、費用および/または製造しやすさの影響を受ける。
整列機構
装置は整列および積み重ねを可能にするモジュールを有してもよい。これらのモジュールは装置の積み重ね（装置間の整列および安定化）、および装置-アナライザ整列のための機構を含むことができる。いずれかもしくは両方の機構を装置に含めてもよく、またはどちらも含めなくてもよい。
装置間整列キーを、ユーザにとっての輸送可能性を向上させるために含めてもよい（図8、図10）。これらのキーは、装置を積み重ねできるまたはインターロックさせることができるようにする物理的幾何形状を含むモジュールまたは機構を含んでもよい。これらは係合機構またはインターロッキング機構を含んでもよい。装置は容易にひっくり返されないように積み重ねられ得、たとえば、装置は重心が低く、幅が広くてもよい。また、装置は、ユーザが片手または手袋をはめた手で扱うのが容易な全体サイズおよび形状を有してもよい。
装置がアナライザの中に正しい向きで挿入されていること、ならびに、アナライザがインキュベーション、運搬、磁気選択、およびイメージングなどの機能のために装置と適切に連結できることを確実にするために、装置-アナライザ整列キーおよび安全機構が存在してもよい。装置上の整列機構はまた、安全機構を有する一つまたは複数のモジュールを含んでもよい。安全機構とは、アナライザとの所定の機能的関係によってオペレータに対してシステム構成要素のアクセスを制限しうる要素である。装置-アナライザ整列キーおよび安全機構は、少し例を挙げると、物理的幾何形状機構、無線周波数識別（RF ID）タグ、組込電子回路、光学的基準点（optical fiducial）、1次元または2次元のバーコード、画像、またはホログラムを含みうる。
2. 試料入力
装置は試験される試料を受け入れるための様々なタイプのモジュールを有してもよい。装置は様々な異なるタイプの試料および試料導入方式に対応することができる。試料は、装置に追加されたらすぐに、装置の中に密封されて検定前処理を受けてもよい。
試料のタイプ
試料の供給源は多岐にわたる。ヒトの試料はたとえば尿、糞便、血液、血清、唾液、鼻汁、脳脊髄液、皮膚、傷、およびその他多くを含むことができる。産業上の試料は食物、飲料、および医薬品を含むことができる。そして環境試料は水、空気、または地表の試料を含むことができる。同様に、多種多様の試料収集装置が本発明と共に使用され得る。本発明は広範な試料容積に対応することができる。容積はたとえば（図5のような）血液の指先穿刺に関する1μμL未満から、糞便試料に関する1mL超までとなることがある。試料は事前に処理されてもされなくてもよい。たとえば、装置に加える前に試料に希釈液または微生物増殖試薬を加れてもよく、または装置に試料を加える前に微生物増殖を生じさせててもよい。また、一つまたは複数の添加剤が試料に加えられてもよい。たとえば、凝固を妨げるために、抗凝固剤が全血の試料に加えられてもよい。
多くの異なる可能な試料導入方式がある。試料は、たとえばピペットまたは試料収集バルブ、スワブ、血液小滴のついた指、シリンジ、キャピラリ、布、あるいはワイプを介して装置に導入されることができる。試料は、試料収集装置から取り外された後に導入されてもよく、または試料収集装置用レセプタクルを装置の中に一体化することができる。一体化された試料入力モジュールの一例が図6に示され、ここでは、全血がオンボードのランセットおよびキャピラリにより収集される。外部から導入される試料の一例は図8であり、ここでは希釈された糞便試料がユーザにより手動で装置の中にピペットで移される。
キャップのタイプ
装置は試料を内側に密封するための構造を有してもよい。いくつかの異なる閉鎖の構造があり、一部の例は、スナップ（図4）、ねじ（図7）、圧入または圧着（図10）、ヒンジ（図10）、スライド、再密封可能な膜、Oリングシール、ならびに、ダックビル弁、回転弁、ボール弁、直線弁、および逆止め弁などの弁を含むがそれらに限定されるわけではない。キャップモジュールは密封に加えて異なる並列の機能を一体化してもよい。キャップは、試料を移動させるために圧力を及ぼしてもよく（図7）、または空気を抜くことにより圧力を解放してもよい（図5）。これは例えば、図12のように、緩衝液中にスワブを浸すなど液体試薬を流動化させることができ、または図1のプランジャ支持物を介すなどアナライザとの機械的インタフェースを含むことができる。キャップはまた、試料収集装置に対して一つまたは複数の処理工程を実行することができる。たとえば、キャップは図11のように鼻腔用スワブからハンドルを切断することができる。
キャップはユーザまたはアナライザとの相互作用を可能にするまたは制限する機構を組み込むことができる。たとえば、キャップはユーザまたはアナライザが再び開けられないように、閉鎖と同時にロックすることができる。キャップは、閉鎖後試料が漏れ出ないように、試料を装置の内部に密封することができる。キャップはユーザまたはアナライザに、キャップが適切に密封されているという音または視覚の合図などのフィードバックを、たとえばキャップが適切な係合を完了した際に可聴クリックまたは色の変化を、与えることができる。一部の態様では、試料が正しく挿入され、さらに処理される準備ができているかどうかを、ユーザまたはアナライザが視覚的に決定することができる窓が存在してもよい。
オンボード試料前処理
試料を装置に入れたら、検定試薬に接触させる前に前処理してもよい。試料入力リザーバは、反応が即座に始まる図5Cにおける血液試料用の毛細管のように、試料を検定試薬に即座に曝してもよい。あるいは、試料は、反応が開始されるまで、器内に、たとえば試料入力リザーバ（図7）内に一時的に保持されてもよい。たとえば、装置とアナライザの機械的構成要素との間の相互作用により反応を開始することができる。液体試薬が一時的貯蔵または反応前インキュベーションのために試料に加えられてもよい（図12）。ユーザがキャップを閉じた後に、検定前試料調製処理がカートリッジ上で自動的に行われてもよい。たとえば、抗凝固剤を全血試料と混合してもよく、または増殖培地を細菌試料に加えてもよい（図12）。検定前処理は乾燥試薬または液体試薬を用いることができる。これらの試薬は試料入力モジュールの内側に存在することができ、または代わりに、試薬は装置内の他のどこかに配置されることができる。前処理は、試料が試料入力モジュールまたはリザーバを離れた後に装置の他のどこかで達成されることができる。たとえば、流体流のチャネルの内側で乾燥させて試料が該チャネルを通って流れるときに混合する試薬と、試料とを組み合わせることができる。
3. アナライザとの動的相互作用
装置は様々な異なる方法でアナライザと動的に相互作用する構造を組み入れてもよい。装置は、ユーザまたはアナライザから該装置の特定のモジュールへと移動させられ得る材料またはエネルギを受け入れ可能であってもよい。装置はまた情報、たとえば検定ステータスをアナライザまたはユーザと通信してもよい。
装置は材料またはエネルギの直接的または間接的な移動に適合させてもよい。たとえば、装置はアナライザから液体または固体を含む一つまたは複数の試薬を受け入れてもよい。アナライザはピペットにより（または別の手段により）希釈液、色素、密度クッション、信号伝達部分、選択部分、または別の試薬を移動させてもよい。アナライザは、装置および/または装置の内容物を加熱する、冷却する、または混合するために装置と相互作用してもよい。
アナライザとの動的相互作用を必要としてもしなくてもよく、装置上の流体の一つまたは複数の部分が混合され得る。混合の方法は受動的でも能動的でもよい。混合は乱流、ねじ曲げられた経路、アナライザとの相互作用を必要としない低エネルギの溶液（図3の乾燥試薬）などの方法で受動的に行ってもよい。しかし、混合はまたアナライザとの動的相互作用により能動的に行ってもよい。混合は、物理的動き、たとえばパドルもしくは攪拌バー、再ピペット操作（上下のピペット操作）、振動（たとえば、超音波処理）、またはボルテックスによる物理的動きを含み得るが、これらに限定されるわけではない。混合用機器のすべてまたは一部を装置の中に一体化してもよく、まったく一体化しなくてもよい。たとえば、攪拌バーが外部磁場の作用を受ける装置の中に一体化されてもよく、または試薬を混合するためにアナライザ上の外部ピペットが該装置に導入されてもよい。
装置上の液体は、アナライザとの動的相互作用を必要とする方法で移動してもよい。液体は毛管現象により移動してもよく、たとえば、アナライザはキャピラリと流体を接触させることができる。別の方法は、機械的プランジャ（図1）またはもろいシールの開口（図2）を含み、ここで、強固な器もしくはチャネルの間のブリスタポーチまたはシールが機械的圧縮たとえばローラまたは直線アクチュエータにより開かれる（Findlay, et al. 1993 Clin Chem 39, 1927-1933）。あるいは、液体はオーガもしくはねじの作用を受けることができ（図7）、または外部の力を、変形可能なまたは折りたたみ可能な固体モジュールたとえば膜、ダイヤフラム、蛇腹、またはアコーディオンに印加することができる。機械的動きによってゲートまたは弁を開くことができ、あるいは、2つの物理的に分離した構成要素を流体連通されるように結びつけることができる。戦略的にチャネルを遮断するために使用される固体または液体または気体は、物理的エネルギ、高温、化学反応、または、アナライザにより導入され得るレーザもしくは紫外光などのエネルギの吸収によって取り除くか、融解させるか、または蒸発させることができる。装置はまた、図8に示されるように、たとえばピペットによる液体の直接移動を可能にしてもよい。装置はアナライザに、たとえば半透膜を介した液体流を誘発できる浸透圧の変化を、または電気的環境の変化、たとえば電気泳動流動化を誘発するために電流を加えることを誘発させることができる。外部のアナライザモジュールによる変形可能な基質の圧縮により、スポンジから液体を絞り出すのと類似した様式で流体の動きを誘発することができる。これらは、流体を流動化させるために装置がアナライザと相互作用できる方法の一部である。
装置は外部エネルギ源による照射に適合してもよい。これは電気状態もしくは固体状態の磁場または電流または電場の受容を含み得る。この受容が磁気伝導構成要素たとえば酸化鉄と同様に、装置モジュール全体の動きを誘発してもよく、または試料処理、たとえば電気泳動または電気化学のために使用されてもよい。装置は効果的な電力伝導を確実にするこれらのエネルギ源に接続するための特定のモジュールを有してもよい。モジュール、たとえば液体の混合または移動により流れを可能にするまたは遮断する切替弁を始動するために、電波、音波、および超音波のエネルギを使用してもよい。装置はエネルギ伝達のため、たとえば超音波混合の場合の伝達液のために機械的接触を可能にするモジュールを必要とし得る。大きな損失なしにエネルギを運ぶために装置上に端子が含まれ得る。たとえばレーザによるコヒーレント光、またはたとえば無条件発光ダイオードからの非コヒーレント光を用いて、ある種の光波長または光強度に曝されると特性が変化し得る動的材料から製造され得るチャネルを、開くまたは閉じることができる。
アナライザとの動的相互作用には一般に、選択部分に対してアナライザが選択力を発揮する方法との適合性が含まれる。アナライザにより使用される選択力の一部の例は、磁力、遠心力、浮力、および電気力を含む。
装置はまた、アナライザと通信する品質制御機構を含んでもよい。たとえば、装置は適切な試料容積の存在を評価するための窓を有することができる。
4. 洗浄なしの検出
本発明は、試験操作を簡略化する一方で、洗浄工程を必要としない、イメージングアナライザによる個々の標識された標的の検出および計数を採用することにより、高感度を達成する。本発明は、信号伝達部分、捕捉分子、選択部分、クッション、および色素を含み洗浄工程のない高感度イメージングをサポートする試薬を（様々な組合せで）採用することができる。
信号伝達部分
本発明は、標的の光学標識化のためのフォトニック信号伝達特性を有する信号伝達部分を含む。信号伝達部分は、標的特異的標識たとえば標識化粒子であり得、たとえば、標的特異的抗体に共役される蛍光粒子であり得る。信号伝達部分は、広範なクラスの分析物に結合する非特異的標識、たとえば、標的に到達できるDNAを有する細胞およびDNAを標識するヨウ化プロピジウムであることができる。
選択部分または捕捉分子
本発明は標識された標的を検出面上に特異的に堆積させるために一般に使用される、選択部分または捕捉分子を含む。この工程は、遊離した標識および他の標識された実体から、標識された標的を分離または識別する。選択部分は検出面上への標的の堆積を達成するための力を使用し、これにはたとえば標的特異的常磁性粒子または高密度な標的特異的シリカ粒子が含まれ得る。捕捉分子は標的を特異的に捕捉するための検出面を被覆するために、使用することができる。
クッション
本発明は、反応の非選択成分を検出ゾーンから排除するための高密度クッションを含むことができる。クッションとは、選択部分を検出面上に堆積させるプロセスが始まる前の大量の反応成分と検出面との間にある大量の反応物よりも高密度の液体層である。クッションは、たとえばスクロース、ジアトリゾ酸、イオジキサノール（Optiprep（登録商標）という商品名）、NaCl、CsCl、Percoll（登録商標）、メトリザミド、またはアルブミンを含む様々な密度作用物質を単体でまたは組み合わせて（および様々な濃度で）含むことができる。
色素
適切な色素を本発明の検定に組み入れることにより、洗浄工程なしで装置内での高感度検出をサポートする光学的分離を達成することができる。色素は、検出ゾーン内にある信号伝達部分と、検出ゾーン内にない信号伝達部分との識別を高める。反応媒体が励起光または別の照射光に対してだけでなくイメージング信号を生成する反射光または放出光に対して実質的に透明であるとき、検出ゾーンの外側にある非結合標識は、画像に対して大きな非特異的光学信号を与え得る。イメージング前の反応物に色素を含めることを、検出ゾーンの外側に存在する非結合標識により生成される信号を除くまたは低減するために使用することができる。適切な濃度の色素は検出面でのまたはその近傍での検出ゾーン内の蛍光の検出を可能にする一方で、溶液の残りの非結合標識からの信号伝達寄与をマスクする。信号伝達部分が蛍光性であるとき、使用される色素は蛍光信号伝達部分の励起波長または放出波長と重なる光の吸収度を有することができ、または励起光も放出光も吸収することができる。たとえば、蛍光信号伝達部分の色が黄緑であるときに本発明で有用な色素が、Chromotrope 2RおよびAcid Red 1を含む。このスペクトル領域および別のスペクトル領域で適切な多くの別の色素が当業者に公知である。
染色クッション
高濃度クッション層および色素の組合せが、標識された標的を洗浄することなくイメージングするための効果的な方法を提供する。この方法は非結合信号伝達部分、および標的以外の標識された実体によるバックグラウンド信号を除くことができる。クッションは、選択部分との結合によって高濃度層を通って引きおろされた標的だけが検出ゾーンに到達していることを確実にすることができる。色素は、上にある大量の反応混合物内の遊離した信号伝達部分により信号の検出を妨害し、それにより、検出ゾーン内に堆積した選択部分と複合体形成した、標識された標的による信号伝達への寄与を切り離す。
5. 液体試薬
装置は、様々な方法で保持され流動化されることができるオンボード液体試薬を含むことができる。
液体試薬のタイプ
液体試薬は信号伝達部分および/または選択部分、クッション試薬、色素、希釈液、添加剤（たとえば、洗剤または抗凝固剤）、増殖培地（抗生物質を含むこともある）、遮断剤、内部対照、および当業者に公知の別の試薬を含む溶液を含む。液体試薬は簡単な組成または複雑な組成を有することができる。
試薬液体は滅菌されてもよい。滅菌は、これらに限定されるわけではないが、紫外線放射、熱（たとえばオートクレーブ）、もしくはエチレンオキシドへの曝露などの方法により、フィルタリングにより、または一つもしくは複数の防腐剤（たとえば、ProClin（Supleco）、アジ化ナトリウム）の添加により行われることができる。試薬の滅菌は、装置の導入前または導入後に行われ得る。
液体試薬封じ込め
液体試薬は様々な濃度および容積で含まれ得る。液体は1μμL未満程度の小さな容積で、または1mL超程度の大きな容積で存在することができる。濃度は純粋試料から1ppm未満の希釈まで多岐にわたることができる。液体は、一つもしくは複数のポーチもしくはブリスタ（図2）、ウェルもしくは器（図13）、キャピラリ（図5）、またはチャネルを含む異なる封じ込め法を有してもよい。これらの方法は可能な液体封じ込めの例の一部であり、さらなる詳細は6. 流体系の項に含まれている。液体試薬は製造中または無菌充填中に滅菌を必要としてもよい。
湿度を乾燥試薬に近づけずに維持するための一つまたは複数のモジュールが存在してもよい。一例が液体の領域と乾燥試薬の間に配置されるもろいシール（図2）である。乾燥試薬を乾燥状態に保つ別の方法は、弁、再密封可能な膜もしくは疎水性膜、Oリング、または別のガスケット材料を含む。一緒にカチッとはめる（図4）、ねじ込む（図7）、または押しつける（図10）2つの部分を含む機械的可動部分も、湿度を封じ込めるために使用され得る。機械的部分はまた、スライドまたはヒンジたとえば図10に図示される弾性プラスチックのリビングヒンジを組み入れることができる。本明細書に列挙されていないが当業者には公知である別の密封技術が存在する。
液体流動化の方法
液体は受動的または能動的とすることができる様々な方法で流動化させることができる。受動的方法、たとえば毛管現象は、表面張力の分子レベル相互作用により流れを誘発することができる。そのことは図5の装置の狭いチャネルの中に挿入される血液試料の場合にも当てはまる。別の受動的液体処理方法はとりわけ、たとえば半透膜の間の浸透圧の差、または電気的環境の差による浸透圧の差を含む。チャネル内の流体流は、毛管現象の場合には受動的であり得、または圧力を印加された場合には能動的であり得る。
能動的液体流動化には、液体の間に誘発される圧力勾配が必要である。この様式で液体を流動化させる多くの方法がある。流体は、図1もしくは図9のようなプランジャにより、図7のようなねじにより、または図12に図示される直接の直線的作動の作用を受けることができる。この流動化モジュールは外部にあってもよく、またはたとえば図7のねじ、図9のプランジャ、または図12のタブなどのキャップモジュールと一体化してもよい。また、固体装置のたわみ、たとえば膜もしくはダイヤフラムの歪みにより、または蛇腹もしくはアコーディオンの折りたたみにより流体を流動化させることができる。能動的液体流動化の別の例は当技術分野において公知である。
能動的液体流動化の別の方法は、ブリスタポーチ、もろいシール、およこれらの組合せを含む。液体はブリスタポーチの中に密封され、変形可能なモジュールが破裂するまで圧力を印加することにより放出されることができる。同様に、液体の大量瞬時投与に遅れて特定の力が印加された後に液体が流動化されるように、もろいシールを特定の圧力でつぶれるように設計することができる。もろいシールにより密封されたブリスタポーチ内部に含まれる液体試薬を、図2に図示されるようなローラ機構により流動化させることができる。モジュール式ポーチの中に試薬を充填することにより、より長い貯蔵寿命および信頼性が達成され得る。もろいシールはブリスタありまたはなしで使用され得る。ローラ機構の単純さによって頑強さを確実にすることができる。たとえば、一方向の流体の動きの可能性は、逆流およびクロスフローを制限することができる。ローラ機構は装置のオンボードまたはオフボードに配置されることができる。異なるタイプの装置で液体を移動させるためにローラを使用することは、Findlay（Findlay, et al. 1993 Clin Chem 39, 1927-1933）により例示されていた。
機械的動きを一体化する別の能動的流動化処理がある。一部の例では、機械的作用がゲートたとえば弁を開く。弁は多種多様なタイプで提供されており、ピンチ弁、回転弁、逆止め弁、またはダックビル弁などの例を含む。別の機械的動き、たとえば変形可能な吸収性基質の圧縮は、スポンジから液体を絞り出すのと類似した様式で液体の動きを誘発することができる。特定の吸収度および容積を有する多種多様な吸収性材料がこの目的で使用され得る。機械的動きの別の例では、それまで接触していなかった2つの物理的に分離した構成要素が集められ、整列させられる。
液体を能動的に流動化させる別の方法は、チャネルを戦略的に遮断している固体または液体または気体の除去を含む。この除去は物理的移動、高温による溶融もしくは蒸発、化学反応、吸収、または、放射線、たとえば紫外線光への曝露により行われることができる。試料はまた直接的液体移動により、たとえばピペット操作により物理的に移動させることができる。ピペットによる液体流動化が図8および図13に示されている。
一つまたは複数の上記の流動化方法の任意の組合せは、複雑な液体取り扱いスキームを生み出すと想定できる。一例が図12に示され、この場合、まずキャップ内のタブの移動により液体を流動化させ、それによりブリスタポーチが圧縮され、もろいシールが開く。もろいシールが開かれると、液体が毛管現象によりチャネルを通って試料入力ウェルまで流れる。液体流動化方法の数多くの代替的組合せが想定できる。
6. 乾燥試薬
装置はオンボードの乾燥試薬を含んでもよい。乾燥試薬は様々な調製方法を必要とする多くの異なるタイプからなることができる。乾燥試薬はいくつかの異なる方法で封じ込められ、再水和されることができる。
乾燥試薬のタイプ
装置内に含まれる乾燥試薬は、信号伝達部分および/または選択部分、クッション試薬、色素、希釈液、添加剤（たとえば、洗剤または抗凝固剤）、増殖培地（抗生物質を含むこともある）、遮断剤、内部対照、および当業者に公知の別の試薬を含む溶液を含むことができる。これらの試薬は装置の機能要件に応じて混合物または混合物の層として結合され得る。
乾燥試薬封じ込め
乾燥試薬は様々な量で封じ込められる。乾燥試薬は1mg未満程度の小さな重量で、または1g超程度の大きな重量で存在することができる。濃度は純粋な試料から1ppm未満の希釈まで多岐にわたることができる。乾燥試薬は、一つまたは複数のポーチもしくはブリスタ、ウェルもしくは器、キャピラリ、またはチャネルを含む様々な方法の封じ込めを有してもよい。これらの封じ込めはごく一部の例である。乾燥試薬は製造または無菌充填の際に滅菌を必要としてもよい。
湿度を乾燥試薬に近づけずに維持するための一つまたは複数のモジュールが存在してもよい。一例が、液体の領域と乾燥試薬の間に配置されるもろいシール（図2）である。乾燥試薬を乾燥状態に保つ別の手段は弁、再密封可能な膜もしくは疎水性膜、Oリング、または別のガスケット材料を含む。一緒にカチッとはめる（図4）、ねじ込む（図7）、または押しつける（図10）2つの部分を含む機械的可動部分もまた、湿度を封じ込めるために使用され得る。機械的部分はまた、スライドまたはヒンジたとえば図10に図示される弾性プラスチックのリビングヒンジを組み入れることができる。別の例が以下に詳述される。
調製法
乾燥試薬を調製できる様々な方法がある。試薬を乾燥する目的は、試薬を湿度から保護することにより装置の貯蔵寿命を延ばすことである。試薬を乾燥する方法は、試薬が自身の元の機能を再水和後に保持するようにすべきである。
試薬を乾燥するいくつかの異なる方法がある。凍結乾燥またはフリーズドライ（実施例3）は、装置モジュールたとえばウェルまたはチャネルまたはポーチ内部で、試薬の一つまたは複数の層を乾燥させるために使用され得る。凍結乾燥試薬は、クッション、色素、または結合部分の層を含むことができる。あるいは、試薬は別個に凍結乾燥させ、装置組立ての際に装置モジュールに加えることができる。乾燥試薬調製の別の方法は、一例として、風乾もしくは蒸発、シルクスクリーニング、蒸着、溶液からの沈殿、または化学反応を含み得る。
再懸濁の方法
乾燥試薬はいくつかの異なる方法で液体を加えることにより再水和されることができる。再懸濁は、たとえば乱流中での、ねじ曲げられた経路での液体試薬および乾燥試薬の混合により、または容易に吸収できる乾燥試薬により受動的に行われ得る。容易に吸収できる乾燥試薬の一例は実施例3に説明されている。あるいは、再懸濁は能動的混合により、たとえばパドル、攪拌バー、再ピペット操作、振動、ボルテックス、または転頭運動により達成され得る。
7. 流体系
検定を行うために、流体系を介して試料および試薬が寄せ集められる。流体系は正確に制御された様式での液体、固体、および気体の移動を含む。
流体系には多種多様の複雑さがあり得る。流体系は、乾燥試薬を含む単一の器の中に手動でピペットで移すのと同じくらい簡単でもあり得（図4）、数多くの多重化された流体処理工程を伴う多機能装置と同じくらい複雑でもあり得る（図12）。装置が利用する流体管理方法は、完全に手動であっても、完全に自動化されていても、または両方の組合せであってもよい。完全に手動の装置の例は、ユーザが乾燥試薬を含むウェルの中に試料を直接ピペットで移す、図4に示される例を含む。あるいは、流体管理は装置により完全に制御されることができ、たとえば図5では、全血がキャピラリ流により計量され、完全に装置の内部にある。流体管理はまた、アナライザ機能により部分的にまたは完全に管理されることができ、たとえば図7では、ねじキャップの作動によりイメージングウェルの中への液体移動をアナライザが計量する。
液体流動化の方法
液体は、受動的でも能動的でもよい広範な方法で、流動化させることができる。受動的手段、たとえば毛管現象は、図5において装置の狭いチャネルの中に挿入された血液試料と同様に、表面張力の分子レベル相互作用により流れを誘発することができる。別の受動的液体処理方法は、とりわけ、たとえば半透膜の間の浸透圧の差、または電気的環境の差による浸透圧の差を含む。チャネル内の流体流は、毛管現象の場合には受動的であり得、またはが圧力下にある場合には能動的であり得る。
能動的流体流動化は、液体の間に誘発される圧力勾配を必要とする。この様式で液体を流動化させる方法が多く存在する。流体は、図1もしくは図9のようなプランジャ、図7のねじ、または図12に図示される直接の直線動作の作用を受けることができる。この流動化モジュールはキャップモジュールの外部にあってもよく、または、図7のねじ、図9のプランジャ、もしくは図12のタブのようにキャップモジュールと一体化されることができる。また、固体装置のたわみ、たとえば膜もしくはダイヤフラムの歪みにより、または蛇腹もしくはアコーディオンの折りたたみもしくは拡張により流体を流動化させることができる。
能動的液体流動化の別の手段は、ブリスタポーチ、もろいシール、およびこれらの組合せを含む。液体は一つまたは複数のブリスタポーチの中に密封され、変形可能な領域が破裂するまで圧力を印加することにより放出されることができる。同様に、液体の大量瞬時投与に遅れて特定の力が印加された後に液体が流動化されるように、特定の圧力でもろいシールがつぶれるように設計することができる。もろいシールにより密封されたブリスタポーチの内側に含まれる液体試薬は、直線アクチュエータ、または図2に図示されるようなローラ機構により流動化させることができる。モジュール式ポーチの中に試薬を充填することにより、より長い貯蔵寿命および信頼性が達成され得る。もろいシールはブリスタありまたはなしで使用され得る。ローラ機構が使用されてもよい（Findlay, et al. 1993 Clin Chem 39, 1927-1933）。ローラタイプの機構を使用して制御可能な方向付けられた動きを可能にすることにより、逆流およびクロスフローを制限でき、または混合のためにさえ使用できる。ローラ機構はオンボードで一体化されることができ、または装置のボード外に配置されることができる。
機械的動きを一体化する別の能動的流動化プロセスがある。場合によっては、機械的動作によりゲートたとえば弁を開くことができる。弁は多種多様であり、少し名前を挙げると、ピンチ弁、回転弁、逆止め弁、またはダックビル弁などの例を含む。別の機械的動き、たとえば変形可能な吸収性基質の拡張または圧縮は、液体の動き、たとえばスポンジの外へまたは中に液体を絞ることを含みうる。特定の吸収度および容積を有する多種多様な吸収材料が、この目的のために使用され得る。機械的動きの別の例では、それまで近接していなかった2つの物理的に分離した構成要素が寄せ集められて整列させられる。
能動的に液体を流動化させる別の方法は、チャネルを戦略的に遮断しており、かつ高温、化学反応、吸収、または放射線たとえば紫外線波長光への曝露により除去、融解、または蒸発することができる、固体または液体または気体の除去を含む。試料はまた、直接的液体移動により、たとえばピペット操作により物理的に移動できる。ピペットによる液体流動化が図8および図13に示されている。
一つまたは複数の上記の流動化方法の任意の組合せは、複雑な液体取り扱いスキームを生み出すと想定できる。一例が図12に示されており、この場合、液体をまずキャップ内のタブの直線の動きにより流動化させる。キャップを閉じることがブリスタポーチの圧縮をもたらし、これがもろいシールを開く。もろいシールが開かれると、液体が毛管現象によりチャネルを通って試料入力ウェルまで流れる。流体流動化方法の数多くの代替的組合せが任意の数の独特なスキームを生み出すと想定され得る。
流れの開始
流体の動きの開始およびタイミングを制御する方法が多く存在する。もろいシール（図2）、再密封可能な膜、または弁は、流体が動くのを適切な時点まで妨げることができる。流れを制御するためにOリングを締め付けるまたは緩めることができる。そして、特定の様式で互いに嵌合している（mate）機械的に移動可能な構成要素を用いて、流れを制御することができる。例はスナップ（図4）、ねじもしくはオーガ（図7）、圧入（図10）、ヒンジ（図10）、またはスライドを含むが、これらに限定されるわけではない。
表面処理を使用して、装置上に疎水性または親水性の領域を導入することにより流れの特性を変更することができる。これらの領域は、環境処理により、たとえば酸素プラズマ、コロナ、イオン荷電チャンバ内にモジュールを配置することにより、生成することができる。モジュールはまた、化学エッチング、蒸着および液体沈着、ならびに化学コーティングを含むがそれらに限定されるわけではない別のタイプの処理を受けてもよい。流れの開始および方向はまた、表面テクスチャおよび粗さを含む材料選択および処理の影響を受けうる。
流体の計量
流体は正確に計量され、一つまたは複数の並列または直列の器に送達されることができる。計量は装置-アナライザ流体インタフェースの機械的変位により外部で制御されることができる。計量は、様々な受動的方法および能動的方法を含む以下のモジュールの一つまたは複数を含み得る。
流体はいくつかの異なる方法で能動的に計量されることができる。能動的流体計量は、プランジャの移動（図9）、ローラを伴うまたは伴わないブリスタポーチの圧縮（図2）、もろいシールの制御された破裂（図2）、オーガまたはねじの回転（図7）、膜、ダイヤフラム、蛇腹もしくはアコーディオンの変形を含むことができる。流体はまたピペット操作により直接移動させることができる（図4）。
受動的計量はいくつかの方法で行われることができる。一つの方法は、たとえば表面張力によりまたは毛管現象により（図5）流れに対する抵抗を等化する幾何学的設計により部分的にまたは完全に制御されているモジュールを含みうる。計量はまた疎水性または親水性の境界領域への充填により行われることができる。この場合、液体が気体または空気に取って代わるが、これは容易に通過することができない疎水性の膜または境界（図7）で止まる。別の受動的態様は、真空充填領域を使用する計量を含むことができる。ウェルまたは器内の自給式の真空を、より高い圧力、たとえば大気により後押しされた流体容積に開放することができる。真空領域と液体の間の境界を除くことによって、液体が勢いよく流れ込んで低圧の領域を平衡状態に置くので、特定の液体容積が前は排気されていた領域の中に計量されることになる。
正確に計量するために使用されるのと同じ機構を、タイミングをとるために使用することができる。
漏出防止
装置は液体の封じ込めおよび漏出防止のための機構を有してもよい。封じ込めモジュールは、たとえばウェル、ブリスタ、吸収性膜、器、およびチャネルを含んでもよい。流体流を封じ込め、試料の動きの物理的位置および経路を制御し、かつ漏出を防止する境界は、固体、液体、または気体から作製されうる。
前処理および検定反応の工程の前、間、および後に漏出を防ぐ様々な方法がある。動かない固体封じ込めは、ピペットチップおよびバルブを含む、チャネル、ウェル、器、およびチャンバを含むがそれらに限定されるわけではない。パッドまたは膜も含まれる。
流体は、少し例を挙げると、たとえば集中した流れ、乳濁液、または2つの不混和性流体の懸濁液により、別の液体を封じ込められたままにするために使用され得る。これらの液体は動きのないまたは動いている状態とすることができる。
流れは、カチッとはめること（図4）もしくは圧入（図10）、ねじ（図7）、ヒンジ（図10）、スライド、Oリング、弁、もろいシール（図2）、または再密封可能な膜により組み合わされた2つの部分を含み得る、機械的に動くことができる固体部分により封じ込められることができる。
流体は、閉じ込められた空気を排出する（displace）必要があり得、したがって、ウェルまたはチャネルの内側に閉じ込められた気体を最小にするためのガス抜き方法が含まれ得る。空気を抜く方法は多く存在する。一部の例は、疎水性膜（たとえば、Versapor-800R;Pall）、別の膜、真空もしくは低圧の領域、別の液体、気体、もしくは変形可能な固体の排出もしくは圧縮、たとえばダイヤフラム、キャピラリもしくは大気に開いた大きな穴、または多孔質固体を含む。
計量中および計量が完了した後、クロスオーバまたは逆流を最小にすることが必要であり得る。分割された試料は、光学照合（optical interrogation）により分割されたままであることが必要であり得る。逆流を防止することは、膜、弁、または気泡もしくは不混和性流体の泡、たとえば水性試料を含む油を使用して達成され得る。
混合
装置は流体と、別の液体試薬または乾燥試薬との混合を可能にする機構を有してもよい。混合は受動的または能動的に行われてもよい。受動的混合は、乱流、ねじ曲げられた経路、または低エネルギの溶液、たとえば液体を乾燥試薬に追加すること（実施例1）、などの手段を含み得る。能動的混合は、物理的動き、たとえばパドルもしくは攪拌バーの回転もしくは振動、再ピペット操作（上下のピペット操作）、振動たとえば超音波、またはボルテックスもしくは転頭運動による物理的動きを含むがそれらに限定されるわけではない。
8. 中間処理
中間処理工程のための装置モジュールがある種の試験応用および試験タイプのために必要とされる。中間処理工程は加熱、冷却、混合、増殖、および濾過のための工程を含むがそれらに限定されるわけではない。中間処理モジュールの複雑さは、中間処理モジュールが必要ない装置（図4）と同じくらい簡単な装置から、検定反応を行う前に多数の前処理工程が行われる図12と同じくらい複雑な装置まで多岐にわたり得る。
インキュベーションモジュール
装置が、加熱または冷却に適合する試料処理モジュールを含んでもよい。温度は外部で、たとえばアナライザの内側のインキュベーターにより、制御することができる。この場合、モジュールおよび結合方法がインキュベーション条件に耐えることが必要であり得る。たとえば、図10に図示される装置はMRSAを分析し、これは試料を37℃で数時間インキュベーションする可能性がある。温度はまた、装置の中に一体化されたモジュール、たとえば、一体化された電源または外部電源に接続する手段を含んでも含まなくてもよい局所的加熱要素により、制御することができる。内部温度はまた、塩化カルシウムまたは硫酸マグネシウムまたは酢酸ナトリウムを水と混合して局所的発熱反応を生じる場合などに化学反応を受けうる内部モジュールにより変えることができる。
混合モジュール
装置は流体と別の流体試薬または乾燥試薬との混合を可能にする機構を有してもよい。混合は受動的にまたは能動的に行われ得る。受動的混合は乱流、ねじ曲げられた経路、または低エネルギの溶液、たとえば凍結乾燥試薬に液体を加えること（実施例1）、などの方法を含む。能動的混合は、物理的動き、たとえば回転もしくは振動するパドルもしくは攪拌バー、再ピペット操作たとえば上下のピペット操作、振動たとえば超音波、またはボルテックスもしくは転頭運動による物理的運動を含むがそれらに限定されるわけではない。
分離モジュール
試料は、検定を妨害することができる微粒子または別の物質を含んでいる可能性がある。この問題を緩和するために、分離法を用いて特定サイズの有機堆積物を取り除いてもよい。多孔質固体、繊維状メッシュ、膜、網状メッシュを通したフィルタリング、液体分離たとえば流動場分画法の利用、電気泳動流もしくは電気浸透流、または化学反応を含むがそれらに限定されるわけではない利用可能な多くの異なる分離方法がある。一例が図9に図示されており、この場合、直径100ミクロンのオーダよりも大きな溶液内粒子を排除するために繊維状メッシュ（Filtrona R26758）が利用される。この例の濾過モジュールは、検定に必要となるように直径がより大きいまたはより小さい試料中の粒子を排除するように修正可能である。類似する方法が、試料中の特定の試薬、たとえば血液細胞またはある種のタンパク質を取り除くために使用可能である。試料溶液中の望ましくない部分を除去することができる。たとえば、特定の抗体捕捉によって、たとえば抗体が化学的に結合した多孔性媒体に試料を通すことで、検定前工程として、検定に影響を及ぼしうるある種のタンパク質を除去できまたはその濃度を変えることができる。
増殖モジュール
増殖を必要とする検定のためのモジュールが存在してもよい。増殖モジュールは増殖のために乾燥試薬または液体試薬を有してもよく、抗体と組み合わせても組み合わせなくてもよい。増殖試薬の完全な詳細については上記の第4項、および第5項を参照のこと。増殖モジュールは、流体流を封じ込めて漏出を防ぐ、境界を必要とすることがある。これらは、試料の物理的位置および動きの経路を制御する固体、液体、または気体から作製され得、たとえばチャネル、ウェル、器、チャンバ、ピペットチップ、バルブ、パッド、膜、2つの不混和性流体の乳濁液を含む、集束流もしくは別の液体境界であり得、音波および超音波、または互いに非混合性の材料の任意の組合せを含む。追加の例が上に列挙されている。
増殖モジュールは、カチッとはめてもよく（図4）、ねじ込んでもよく（図7）、一緒に押しつけてもよく（図10）、ヒンジ式でもよく（図10）、またはスライドしてもよい、一つまたは複数の機械的可動部分により封じ込められることができる。封じ込めはまたOリング、弁、もろいシール（図2）、または再密封可能な膜を使って行われることができる。
増殖モジュールは、閉じ込められた空気を排出すること、または試料の増殖のための通気を可能にすることが必要であり得る。例は、疎水性膜（たとえば図1で使用されているPall Versapor-800R）、膜、キャピラリ穴もしくは別の物理的開口、多孔質固体、または上記で列挙された別の方法を含む。
増殖の際、クロスオーバまたは逆流または時期尚早な前進流を最小にすることが必要であり得る。これは、特定の装置モジュール幾何形状により、たとえば、大きなウェルから、表面張力により前進流が止まる狭いキャピラリまで、縦横比が変化することにより達成され得る。別の態様は、膜またはフィルタ、気体もしくは不混和性液体たとえば空気もしくは油の泡、弁、もろいシール、図9のゲートに適合する不混和性液体たとえばシリコンオイルに浸された綿栓を含むがそれらに限定されるわけではない。流体の封じ込めおよびガス抜きの様々な別の例が本明細書で適用され、第6項で詳述されている。
9. 選択
装置は標的を検出面上に堆積させる方法に適合している。特異的選択は、検出ゾーン内の非結合標識および非特異的結合標識のバックグラウンド信号を劇的に低減させることができるので、有用であり得る。特異的選択はまた、最適なイメージングのための検出区域の中にすべての標的部分を集めることができるので、有利である。
一部の装置は、標的特異的結合部分たとえば抗体またはオリゴヌクレオチドで被覆されたイメージング面上で、標的を捕捉してもよい。あるいは、装置は標的特異的選択部分、たとえば標的特異的抗体で被覆された磁性粒子を含んでもよい。磁場をそのような装置に印加することができ、標識された標的と複合体形成した磁性粒子が検出ゾーン内に堆積することになる。別のタイプの捕捉は、遠心分離、沈降、浮力、電気泳動、または濾過を使用する。
本発明の装置は一般に、選択部分と複合体形成した標的を検出区域上に直接堆積させることができる、イメージングウェルを有する。容積を直接表面上に線形投影することは、検出区域全体にわたる標識された複合体の分散を可能にすることにより、感度を高めることができる。そのような分散により、個々の標識された標的複合体の検出および計数が可能になる。たとえば、図4では、乾燥試薬は、ウェルの底面まで下に引きおろされた磁性粒子を含んでもよく、これらは下からイメージングされることができる。代替的態様は、別の表面へのたとえばイメージングウェルの側面または上面への選択を含む。選択は流れなしに行われることができる。
10. イメージング
装置は、イメージングによるその後の検出のために、標識された標的を選択によりその上に堆積させるイメージング面または検出区域を備えた、一つまたは複数のイメージングウェルを有する。イメージングウェルは、典型的には標識された標的の光学検出をサポートする特性および機構を有する。これらの特性および機構は、光学的に適した材料、幾何形状、および焦点合わせのための基準点機構を含んでもよい。
一般に、検出区域を含むイメージングウェルのフェースは光学的に透明であり、標的を標識するために使用する信号伝達部分を検出するのに十分適した特性を備える。たとえば、蛍光を検出する場合、光学窓は、標的の対応するスペクトル型における波長では非蛍光性であるべきである。イメージングウェルはまた、バックグラウンド信号を増大させることによりイメージングを妨害しうる特定の波長での入射光について低い反射率を有する。
イメージ面はほこり、引っ掻き、および汚染に対して保護され得る。この保護は、イメージングを難しくすることがある非特異的バックグラウンドまたはアーチファクトを制限するのに有益でありうる。表面を保護する手段のいくつかは、物理的隔離、脚、もしくはバリア（図4および図8）を組み入れることを含むか、または光学表面を箔被覆もしくはプラスチック被覆で覆うことによる。あるいは、ヒンジを取り付けた扉またはスライドを使用して表面を保護することができる。これらの保護機構はイメージングが行われる前にアナライザまたはユーザにより取り外すことができ、または装置により自動的に取り外すことができる。あるいは、これらの機構は、保護コーティングまたはひっかき傷に強いコーティングの場合のように、移動式機構でなくてもよい。
イメージングモジュールは、画像に焦点を合わせることに役立つ一つまたは複数の機構を有してもよい。これらの機構は光学的基準点たとえば、バーコードを含む1次元、2次元、または3次元の画像または物体を含んでもよい。あるいは、焦点合わせは機械的位置合わせ機構たとえばv字形溝または整列ピンまたは装置上の別の物理的機構を使用して達成することができる。焦点合わせ整列機構の一例が、図4の脚、および図9の装置-アナライザ整列機構を含む。
様々な幾何形状がイメージングモジュールのために可能である。イメージングは底面、上面、または側面から行われることができるので、イメージングモジュールはこれらの構成のいずれにも対応するように設計されることができる。
イメージングモジュールは多くの異なる材料から製造されてもよい。材料選択は標的およびイメージング方法に依存するが、プラスチックたとえば図10のような環状オレフィン共重合体、アクリル樹脂、ポリスチレン、および別の透明な材料とすることができる。イメージングモジュールはまた、ガラスたとえばホウケイ酸ガラス、石英ガラス、水晶、または他のものから製造されることができる。他の材料は、PDMS、RTV、光学接着剤、およびラミネート（laminate）を含み得るがそれらに限定されるわけではない。イメージングモジュールは、コーティングまたは構造組成、たとえば特定のエネルギの波長を遮断または吸収するラミネートまたは追加の物理的層を含みうる、光学フィルタリング機能を内蔵してもよい。
11. 情報管理
患者情報および試験結果を伝達および組み合わせるのに役立つ一つまたは複数のモジュールが存在しうる。情報管理モジュールはアナライザ読取り方法と適合してもよく、これにより、エラーの割合を低減しうる自動化された結果連絡および追跡が可能になる。これらのモジュールは、CCDまたはバーコード読取り機による光学照合たとえば1次元もしくは2次元のバーコード（図8）、画像、ホログラム、手書きラベル、または、物理的幾何形状たとえばインプリント数列もしくはコードに適合するものを含みうるがそれらに限定されるわけではない。電気信号を装置の中に埋め込んで電圧変化の外部検出により読取ることができ、または、信号放出たとえば無線周波数（RF ID、図6）が励起され読取られることができる。装置は上記のいずれの場合においてもユーザまたはアナライザにより外部に読取られても読取られなくてもよい。
12. パッケージング
各装置は外装としてユーザに引き渡されてもされなくてもよい。外装は検定試験、試験が行われる現場、および現場で必要とされる装置のロットサイズに応じて様々である。外装は、ユーザにとって重要な情報たとえば検定タイプおよび貯蔵寿命を示唆してもよい。
外部のラベル情報は、ユーザに内容物を連絡するため、および追跡のために存在してもよい。外装ラベルは、情報、たとえばロット番号、試験タイプ、ユニットの数、キット内容、使用法、特定の危険に対する警告、有効期限、ならびに別の有用な情報を含んでもよい。アナライザまたはユーザが読取る追跡情報は、11. 情報管理の項に記載された情報のいずれを含んでもよい。外装に対する情報管理の手段の一部は、光学照合、CCD、バーコード読取り機、電気的または別の信号放出、たとえば無線周波数を介した、あるいは物理的幾何形状による、伝達を含む。パッケージング情報は品質管理マネジメントのためのロットによる追跡を可能にすることができる。期限切れの装置を直ちに交換できるように、貯蔵寿命情報をユーザに連絡することができる。検定結果に悪影響を与え得る様式で装置が事前に開封されたり改変されていないかを示すために、不正開封防止シールを含めてもよい。
パッケージングにより、すべての必要な検定モジュールを検定特異的キットへとグループ分けすることが可能である。キットは、試料収集バルブもしくはピペット、スワブ（図11.1）、ランセットもしくは別の指先穿刺装置（図6）、キャピラリ、またはシリンジを含んでもよいがそれらに限定されるわけではない、一つまたは複数の試料収集モジュールを含んでもよい。一つまたは複数の試料収集モジュールがパッケージごとに含まれてもよい。キット内のモジュールは同じモジュールまたは異なるモジュールでもよく、たとえば2つのスワブ、または1つのランセットと1つのキャピラリが一つのキットに含まれてもよい。一つまたは複数の装置またはキットがパッケージごとに含まれてもよい。
装置の周囲および内側の環境、たとえば滅菌（図6）、血液試料のための抗凝固剤（図6）、および湿度または乾燥（図11）を制御することができる、検定に依存するパッケージング挿入物および処理が存在してもよい。
本発明が以下の限定しない態様に関してさらに説明される。特にことわらない限り、実施例で具体的に説明される装置のいずれの要素も、本発明の装置またはキットと共に一般に使用され得る。
実施例1. 個々の標識された標的複合体をイメージングするための液体試薬の使用
概観
装置上に配置された試薬を安定させる様々な形態および方法がある。本実施例は、標的特異的蛍光粒子信号伝達部分、標的特異的磁気選択部分、ならびに色素クッション試薬（この試薬は検定バックグラウンドを低減し、洗浄することなしにイメージングウェル内の標的の検定を可能にする）、および別の検定成分を含む液体試薬を収容するための一つの方法を詳述する。本実施例の試薬は多数のピペット操作工程で層の状態で供給された。本実施例は、ヒト甲状腺刺激ホルモン（hTSH）の濃度を測定するためのヒト血漿試料に対する検定を行うために使用できるような液体試薬を処方する方法を教示する。
方法
抗hTSH抗体で標識された蛍光粒子（抗hTSH FP）は、標準的方法（Bioconjugate Techniques, Herrmanson Academic Press, 1996）を使用したカルボジイミドおよびN-スルホヒドロキシスクシンイミドの二段階反応を使用して、マウスモノクローナル抗ヒト甲状腺刺激ホルモン（Meridian OEMカタログ番号MAT04-005）抗体上の遊離アミノ基とカルボキシル化された500nm蛍光粒子（Invitrogenカタログ番号8813）を化学的に連結することにより、調製された。抗hTSH抗体で標識された磁性粒子（抗hTSH MP）は、標準的方法（Bioconjugate Techniques, Herrmanson Academic Press, 1996）を使用したカルボジイミドおよびN-スルホヒドロキシスクシンイミドの二段階反応を使用して、マウスモノクローナル抗ヒト甲状腺刺激ホルモン（Thermo Serdynカタログ番号MIT-0409）抗体上の遊離アミノ基と、カルボキシル化された292nm磁性粒子（Ademtechカタログ番号0213）を化学的に連結することにより、調製された。検量線（図17）を生成するため、組換え型hTSH（CellSciencesカタログ番号CRT505B）を、予めhTSHを枯渇させたヒト血漿に公知の量で加えた。
抗hTSH抗体で標識された蛍光粒子の0.007％w/v希釈物10μLと、抗hTSH抗体で標識された磁性粒子の0.05％w/v希釈物10μLとの反応物を、10μLの200mM EPPS（Sigma-Aldrichカタログ番号E9502）緩衝液、400mMの1,3ジアミノプロパン（Sigma-Aldrichカタログ番号D230807）pH7.8、10μLの1mg/mLアルギン酸（Sigma-Aldrichカタログ番号A2158）、2.5％w/vポリビニルピロリドン（Sigma-Aldrichカタログ番号PVP40）、0.5mg/mLウシガンマグロブリン（Lampire Laboratoriesカタログ番号7400805）、10mMリン酸塩中の1mg/mLマウスガンマグロブリン（Jackson Imunnoカタログ番号015-000-002）、140mM塩化ナトリウム、3mM塩化カリウム（Calbiochemカタログ番号524650）pH7.4と混合し、10μLμLの血漿試料を形成して混合し、10分間インキュベーションした。別のウェルでは、90μLのクッション色素試薬である20mMのTris（JT Bakerカタログ番号4109-02）中の2mg/mLのChromotrope R2（Sigma-Aldrichカタログ番号C3143）および25％v/vのOptiprep（登録商標）（イオジキサノールの60％w/v溶液）（Sigma-Aldrich D1556）、0.05％w/vのTween 20（Acrosカタログ番号2333600010）、2mg/mLウシ血清アルブミン（Sigma-Aldrichカタログ番号A3059）、0.05％w/vのProClin 300（Suplecoカタログ番号48912-U）が加えられた。インキュベーションの終わりに、40μLアリコートの反応混合物を色素クッション層の上面に重層した。次に、ウェルを棒磁石上に配置し、免疫複合体を5分間磁気選択し、ウェルの底面に堆積させた。棒磁石は図20に描かれる22×22×100mmの永久磁石の構成を使用した。次に、ウェルを、2009年9月24日に提出された、"Imaging analyzer for testing analytes"と題する、国際出願第＿＿＿＿＿＿号に記載されているような高スループット分析自動化アナライザ（図19）内に配置した。次に、ウェルは0.1秒の露光時間でアナライザ上でイメージングされた。個々の蛍光粒子がイメージングソフトウェアを使用して計数された。
試料が自動化アナライザ（図19）により処理された。ユーザは自動化処理のために試料をアナライザの中に配置した。プログラム可能な3軸ステージは、各装置のイメージングウェル上に焦点を合わせ、非拡大広範囲イメージングを使用して画像を捕捉し、かつ結果を分析するように、プログラムされた。画像分析は、まず、関心対象の領域を発見し、歪みまたは照射効果を補償するように画像を処理することによって行われた。次に、しきい値処理と、引き続く接続性（connectively）分析を使用して、信号成分がバックグラウンドから分離された。これらの成分は、非信号項目たとえばデブリを除外するために、測定されたパラメータに基づきソートされた。最後に、成分カウントおよび総成分強度を含む信号統計値に基づき結果が計算された。
結果
データ（図17）が分析され、TSH濃度対蛍光粒子数としてグラフ化され、hTSHに対する検定の用量反応および感度を実証している。
結論
本実施例は、広範囲イメージングと、標的特異的信号伝達部分および標的特異的選択部分を含む液体試薬とを使用した、ヒト血漿中のヒト甲状腺刺激ホルモンに対する高感度試験を実証している。
変形形態
上記の詳細な説明の流体系の項で説明されているように、液体試薬が装置の中に組み込まれることができる多くの方法がある。重要な変形形態には、液体が装置上で製造および貯蔵される例、ならびに液体がアナライザにより装置の中に供給される例が含まれる。試薬はまた、乾燥試薬または凍結乾燥試薬を含む、液体と固体の任意の組合せとすることができる。液体はブリスタポーチにより封じ込めおよび流動化可能であり、このことが液体試薬の貯蔵寿命を増し、結果を再現可能にし、かつ装置の製造および組立てを簡単にすることができる。
実施例2. 凍結乾燥による試薬の安定化
概観
装置内に含まれる試薬を安定させる様々な方法がある。装置内部で試薬を乾燥させることは、安定性を高めることができる一方で、機能を維持し、最終的に装置の貯蔵寿命を改善する。装置の貯蔵寿命が長いほど、より長期間にわたって装置が正確な結果をもたらすことが確実となることにより、ユーザが要する費用が低減できる。本実施例は、色素-クッション、標的特異的免疫粒子、および別の試薬の凍結乾燥による試薬の安定化を示す。
本実施例は、特定の混合用モジュールを用いることなく液体を導入すると容易に再水和できる乾燥試薬を、凍結乾燥を使用して処方する方法を教示する。オンボード試薬は、単一層、別個の球、または二重層試薬を調製するための以下の方法を使って一つまたは多数のフリーズドライ工程で一つまたは複数の層として凍結乾燥させることができる。
方法
個々の乾燥した球内でヒト甲状腺刺激ホルモン（hTSH）の検定のための試薬を凍結乾燥させた。
凍結乾燥色素クッション層
Dura-Stop凍結乾燥器が予め-45℃に冷やされた。10μLの色素-クッション試薬（以下の改変を加えて実施例1記載のように作製した：5％w/vトレハロース（Sigma-Aldrichカタログ番号T9449）を試薬に含めた）が、黒い壁で囲まれた384-ウェルのマイクロタイタープレートの特定のウェルの中にピペットで移された。プレートを凍結乾燥器内に配置し、試薬層を1時間凍結させた。次に、真空を適用し、プレートを-45℃で16時間凍結乾燥させた。この第1のフェーズ後、温度を6時間にわたり-5℃に設定し、続いて凍結乾燥を完了するために2時間にわたり25℃に設定した。凍結乾燥器の電力を切り、真空を解除した。プレートを取り外し、粘着フィルムで覆い、使用するまで乾燥室内に貯蔵した。
ヒト甲状腺刺激ホルモンのための蛍光粒子球および磁性粒子球の凍結乾燥
160mMのEPPS（Sigma-Aldrichカタログ番号E9502）緩衝液、320mMの1,3ジアミノプロパン（Sigma-Aldrichカタログ番号D230807）、5％w/vトレハロース（Sigma-Aldrichカタログ番号T9449）、抗ヒト甲状腺刺激ホルモン蛍光粒子の0.003％w/v希釈物、抗hTSH MP（実施例1に説明されている）pH7.6の0.08％w/v希釈物からなる混合物5μLの凍結乾燥球を、液体窒素を入れた断熱ビーカーの中に該混合物の5μL液滴を正確に注入することにより作製した。次に、凍結球を、-45℃に予め冷やされたDura-Stop内に即座に配置した。真空を即座に適用し、球を16時間凍結乾燥させ、凍結乾燥器は-5℃で4時間放置し、次に、25℃で1時間放置した。
乾燥試薬は使用するまで低湿度の環境で貯蔵された。できあがった試薬球（図5E）は、手作業によりまたは自動化ロボットにより使用する装置上の特定の位置の中に手動で配置されることができる。
乾燥させた甲状腺刺激ホルモン試薬を液体試薬と比較する検定
組換え型hTSH（CellSciencesカタログ番号CRT505B）が、10mMのリン酸塩、140mMの塩化ナトリウム、3mMの塩化カリウム（Calbiochemカタログ番号524650）、0.05％w/vのTween 20（Acrosカタログ番号2333600010）、2mg/mLのウシ血清アルブミン（Sigma-Aldrichカタログ番号A3059）、0.05％w/vのProClin 300（Suplecoカタログ番号48912-U）pH7.4の溶液に加えられた。2つの異なる溶液（a）250pg/mLのhTSHおよび（b）62.5pg/mLのhTSHを作製した。抗hTSH蛍光粒子および抗hTSH磁性粒子の凍結乾燥球が（上記で説明されたように凍結乾燥させた）、凍結乾燥色素-クッション試薬を含む特定のウェルの上面に配置された。別個の384ウェルの黒い壁で囲まれたマイクロタイタープレートにおいて、10μLの色素クッション試薬（以下の改変を加えて実施例1記載のように作製した：5％w/vのトレハロース（Sigma-Aldrichカタログ番号T9449）を含めた）を、特定のウェルの中にピペットで移した。TSHの250pg/mL溶液の5μLアリコートが、160mMのEPPS（Sigma-Aldrichカタログ番号E9502）緩衝液、320mMの1,3ジアミノプロパン（Sigma-Aldrichカタログ番号D230807）、5％w/vトレハロース（Sigma-Aldrichカタログ番号T9449）、抗ヒト甲状腺刺激ホルモン蛍光粒子の0.003％w/v希釈物、抗hTSH MPの0.08％w/v希釈物からなる5μL混合物に加えられ、96ウェルポリカーボネートPCRプレートの特定のウェル内で10分間インキュベーションされた。インキュベーション後、この混合物7.5μLを液体の色素-クッションウェルの上に重層した。液体試薬のインキュベーションの際、hTSHの62.5pg/mL溶液の20μLを、凍結乾燥試薬の特定のウェルの上面にピペットで注意深く移した。次に、プレートが棒磁石の上に配置され、免疫複合体が5分間磁気選択され、ウェルの底面上に堆積した。棒磁石は図20に描かれた22×22×100mmの永久磁石の構成を使用した。次に、プレートは高スループット分析自動化アナライザ（図19）内に配置された。次に、ウェルは0.1秒の露光時間でアナライザ上でイメージングされ、上記で説明されたように処理された。
結果
図22Aは、液体試薬ウェルと比較した、凍結乾燥ウェル内でのhTSHのパーセント回収の棒グラフを示す（液体試薬は100％回収とした）。図22Bは、凍結乾燥TSH試薬を使用した、0pg/mLおよび250pg/mLのTSHを含む試料からの実際の画像を示す。凍結乾燥試薬を使用したhTSHの回収は、検定の実験誤差の範囲内で液体試薬と類似している。
結論
データは、凍結乾燥試薬が検定で使用されることができ、液体試薬と同様に機能できることを実証している。
変形形態
本実施例の別の代替的態様がある。実施例13は、再水和と同時に2つの液体層をもたらす、単一ウェル内の凍結乾燥色素-クッションおよび検定試薬を実証している。凍結乾燥条件、たとえば温度および時間は調整可能であり、かつ上記に列挙された試薬に加えて様々な試薬を同様に処理することができる。あるいは、試薬は蒸発により（図16）または蒸着により乾燥させることができる。たとえば、上記のように混合された試薬を、高温の乾燥器内に配置することができ、または、相対湿度の差により蒸気の形態で湿気を排出することが可能な室温またはそれ以下におくことができる。あるいは、試薬は、試薬から湿気を除くための乾燥室内に配置されることができる。液体および固体の組合せが装置で使用され得る。
実施例3. 単一試料を試験するための簡単な装置
概観
本実施例における本発明の簡単な態様は、一体化された乾燥試薬（標的特異的選択部分、標的特異的信号伝達部分、および染色されたクッションを含む）、キャップ、およびアナライザ内の整列のための機構を備える単一イメージングウェルを有する。この装置は、科学、臨床、環境、および製造品質の研究所で有用な、強力で費用効率の高い分析を可能にする。試薬の内容を変えることにより、多数の試験タイプが可能になる。本実施例では、ピペットを使用して試料を手動で加える。イメージングウェルは高解像度イメージング技術に適合する。
方法
装置の構造は、単一の製造された構成要素の中に一体化されたモジュールを含む（図4）。単一構成要素の中に一体化されたモジュールは、イメージングウェル、乾燥試薬、およびテザーにより取り付けられたキャップを含む。キャップは機械的スナッピングにより密封される。装置はイメージング面を保護するための脚、ならびに装置-アナライザ整列および焦点合わせのためのリップを含む。装置は、蛍光スペクトル型に理想的な材料特性を有する単一の射出成形されたZeonor（登録商標）（Zeonor（登録商標）1060R、Zeonex（登録商標））プラスチック構成要素から製造される。
キャップを使って内部を密閉しているイメージングウェルは様々な試料を受け入れる。試料は希釈されてもされなくてもよく、ピペット操作による手動ユーザ試料入力を必要とする。500μLまでの試料容積をこの装置は受け入れることができる。プラスチックのリビングヒンジにより試薬カップに取り付けられたキャップが、ユーザによりカチッと閉められ密封される。キャップを閉じることにより試料を内側に密封する。
装置はアナライザと動的に相互作用することができる。アナライザに対する整列のために、装置の外側に整列キーが存在する。装置の基部にある脚が、光学表面の引っ掻き、ほこりの集積、および別の表面付着物を最小限にするだけでなく、画像焦点合わせのための整列も提供する。
オンボード試薬はウェルの底面で乾燥させる。オンボード試薬は上記で詳述されたように、TSHに対して特異的な信号伝達部分および磁気選択部分を含む。試料流体がユーザのピペット操作により装置に手動で導入される。試料を反応器に導入すると同時に、反応が即座に開始される。
装置は底面での磁気選択および蛍光ベースのイメージングに適合する。底面は光学的に平坦であり、透明であり、厚さ1mmを有する。
結論
本実施例は、必要なモジュールが製造のために単一ユニットの中に一体化された、簡単な装置態様を示す。イメージングウェルは、アナライザとの動的相互作用を可能にする機構たとえば整列キーも含む、一体化された射出成形部品として製造される。信号伝達部分および選択部分を含む乾燥試薬を、特徴的なスペクトル型および広範囲イメージングに適合するイメージングウェルの中で凍結乾燥させる。
変形形態
上記の装置の詳細な説明で列挙されたものを含む多くの可能な変形形態がある。この装置の別の態様は、輸送可能性向上のための多数の装置を一緒に積み重ねるか連結するために使用可能な装置間整列機構を含むことができる。情報管理機能が追加されることができる。また、イメージング窓は、別のタイプの特異的選択を可能にする異なる面、たとえば上面または側面に配置されることができる。この装置の試料容積は、異なるサイズのウェルを製造することにより検定要件に応じて修正されることができる。検定の容積は、指先穿刺からの全血試料のための2μL未満程度の小ささから、希釈された糞便試料のための2mL超程度の大きさまで多岐にわたってもよい。脚およびリップ、ならびにこの装置内に提供されるキャップを含む整列機構が、代替的態様に存在してもしなくてもよい。
実施例4. 試料に対して多数の検定を行うための装置
概観
装置の一態様は、単一試料に対して多数の検定試験を行う能力を例示する。本実施例では、異なる試験が並列に行われる並列反応ウェル中へとねじキャップを動かすことにより、試料が計量される。ねじキャップは、流体の正確な計量のためにアナライザと連結することができる。この装置は、単一試料における多数の試験の強力で費用効率の高い分析を提供し、これは、試験たとえば一体化された陽性対照または陰性対照を含むことができる。この装置は科学、臨床、環境、および製造品質の研究所で有用である。
装置はユーザまたはアナライザによる、たとえばピペット操作による手動試料入力を必要とする。装置はイメージングウェル内に乾燥試薬を含む。試料は装置-アナライザ流体インタフェースを介して多数のイメージングウェルに正確に配分される。閉じ込められた空気は、装置の上面に熱溶接された疎水性膜を通して排気される。疎水性膜はまた、適切な計量を確実にするのに役立つ。検定を妨害する堆積物が、一体化されたフィルタを使って取り除かれる。一体化されたイメージングウェルは、特徴的なスペクトル型だけでなく高解像度イメージング技術にも適合する。
方法
この装置（図7）は、上記の詳細な説明の項で説明されたモジュールおよびモジュールのパラメータの具体的な例を含む。これらは、装置の有用な態様を作成するためにまとめられ得るモジュールのある可能な組合せを説明するために本実施例で説明される。
装置の構造はモジュール式構成要素たとえばキャップ、基部、チャネル、および光学窓を含む（図7）。これらの構成要素は、熱または超音波の溶接により一緒に結合される個々のモジュールとして製造される。
試料入力モジュールが試料を受け入れて、キャップにより試料を内部に密封する。装置は手動の試料入力、たとえばピペット操作を必要とする。この装置の例では試料は希釈されてもされなくてもよく、1mLまでの容積を有する糞便試料である。一体化されたねじキャップはアナライザとの動的相互作用のための手段を有する。単一試料は、一体化されたねじキャップ上の装置-アナライザ流体インタフェースを介して多数の反応器に正確に配分される。反応器はイメージングウェルとしての機能を兼ねる。
オンボード試薬はイメージングウェルの中で凍結乾燥により乾燥させる。詳細については実施例2-試薬の凍結乾燥の項を参照のこと。試薬は信号伝達部分および選択部分を含む。多数の試験タイプが単一試料に対して並列に検定される。本実施例では、クロストリジウム・ディフィシレ（Clostridium difficile）の存在を評価する、実験的試験ならびに一つの陽性対照および一つの陰性対照を含む3つの検定試験を行う。
流体系は、試料流体を流動化させて計量するために、ねじ回しに類似した、アナライザ機構により係合するねじキャップモジュールを一体化している。流動化の際、液体はまずフィルタ（Filtrona、番号R26785）を通過して、サイズが約100ミクロンよりも大きな大型の粒子状物体を取り除く。次に、流体は等しい容積および流れに対する等しい抵抗を有するプラスチックチャネルに沿って均等に分割される。チャネルの幾何形状は、両方の断面長さで1mmオーダーである。チャネルはポリスチレンプラスチックのイメージング窓の超音波溶接により密封され、チャネルの一方の壁も形成する。閉じ込められた空気は、プラスチックの基部材料に熱溶接された疎水性膜（たとえばPall、Versapor 800R）を介して各ウェルの上面を通じて排気される。
イメージングウェルは、高解像度イメージング技術を使う下からの選択およびイメージングに適合する。底面は信号伝達部分のスペクトル型に適合する平坦な1mm厚のポリスチレンシーティングである。信号伝達部分が可視域（450nm〜550nm）で蛍光により検出される。引っ込んだイメージング窓が、ほこりおよび引っ掻きから表面を保護する。機構の幾何形状がイメージングアナライザでの位置決めおよび位置合わせを確実にする。
結論
本実施例は単一試料に対して多数の検定試験が行われる装置態様を示す。装置上の機構が試料計量、およびイメージングのための位置決めを含むアナライザとの相互作用を可能にする。乾燥した信号伝達部分および選択部分を、特徴的なスペクトル型および広範囲イメージングにも適合するイメージングウェルの中で凍結乾燥させる。
変形形態
上記の装置の詳細な説明で列挙された変形形態を含む多数の可能な変形形態がある。この装置の別の態様は、試料入口リザーバ上にもろいシールを含む。これにより液体試薬が使用可能になる。輸送可能性向上のために多数の装置を一緒に積み重ねまたは接合するために、装置間整列機構を付加することができる。また、情報管理機能が追加されることができる。イメージング窓は、異なる表面たとえば上面または側面に移動させることができ、これにより別の選択タイプが可能になる。装置は異なる材料から製造されることができ、様々な方法で、たとえばエポキシ樹脂接合または拡散接合で一緒に接合されることができる。別の試料が使用され得る。試料容積は、たとえば1滴の血液のための2μL未満程度の小ささから、たとえば環境水試験のための2mL超程度の大きさまでとすることができる。異なるサイズのウェル容積が検定要件に応じて製造されることができる。試料は2つと少ない、または6つ超と多い、並列検定試験用の等容積アリコートに分割されることができる。あるいは、試料は実施例3のように試料分割なしに分析されることができる。
実施例5. アナライザにおける積み重ねおよび位置合わせのための整列機構を備える装置
概観
本実施例はアナライザ内の積み重ねおよび位置合わせのための整列機構を備え完全に一体化された装置を例示する。装置はまた、多数のイメージングウェル、およびアナライザによるねじキャップの作動により計量される試料を有する。この装置は強力で費用効率の高い分析を提供し、科学、臨床、環境、および製造品質の研究所で有用である。装置間整列機構は、アナライザへの輸送可能性向上のために多数の装置の積み重ねを提供する。手動試料入力、およびアナライザへの輸送後、装置はオンボード試薬を使って多数の試験を行うことができるようにする。アナライザへの入力のための特定の装置-アナライザ整列機構が装置とアナライザの間の適切な係合を確実にする。装置はまた、処理のために多数の反応器の中に試料を正確に配分し計量するための装置-アナライザ流体インタフェースを介してアナライザと相互作用する。イメージングウェルは高解像度イメージング技術、および信号伝達部分に特有なスペクトル型に適合する。また、2つの情報管理機能、すなわち1次元バーコードおよび手書きラベルがこの装置例により例示されている。
方法
この装置（図8）は、上記の詳細な説明で説明された特定のモジュールおよびモジュールのパラメータを含む。本実施例で説明される装置は装置の有用な態様を生み出すことができるモジュールの可能な組合せを一つだけ例示するのに役立つ。
装置の構造はモジュール式構成要素たとえば試薬、キャップ、基部、チャネル、およびイメージングウェルを含む（図8）。これらは熱または超音波の溶接により一緒に連結される個々のモジュールとして製造される。この装置はまた、積み重ねのための装置間整列機構、ならびにアナライザとの相互作用および整列のための装置-アナライザ整列機構を有する。
試料入力モジュールが試料を受け入れて、キャップにより試料を内部に密封する。装置はユーザによる手動試料入力、たとえばピペット操作を必要とする。この装置例では試料は、希釈されてもされなくてもよい1mLまでの容積を有する糞便試料である。一体化されたねじキャップがアナライザと動的に相互作用する。単一試料が、一体化されたねじキャップ上の装置-アナライザ流体インタフェースを通って多数の反応器に正確に配分される。
オンボード試薬はイメージングウェルの中で凍結乾燥により乾燥させる。詳細については実施例2-試薬の凍結乾燥の項を参照のこと。多数の試験タイプが単一試料に対して並列に検定される。本実施例では、クロストリジウム・ディフィシレの存在を評価する、実験的試験ならびに一つの陽性対照および一つの陰性対照を含む3つの検定試験を行う。
流体系は、試料流体を流動化させて計量するために、アナライザの外部手段により係合させるねじキャップモジュールを一体化している。流動化の際、液体がフィルタ（Filtrona番号R26785）を通過して、大型の粒子状物体を取り除く。次に、流体は等しい容積および流れに対する等しい抵抗を有するプラスチックチャネルに沿って均等に分割される。閉じ込められた空気が、プラスチックの基部材料に熱溶接された疎水性膜（Pall Corporation、Versapor（登録商標）800R）を介してウェルの上面を通じて排気される。
イメージングウェルは特定の選択、および高解像度イメージング技術を使った下からのイメージングに適合する。イメージングウェルはプラスチックの基部への1mm厚Zeonor（登録商標）プラスチックフィルム（Zeonex（登録商標））の超音波溶接により形成され、光学的に平坦である。信号伝達部分が、イメージングウェルのスペクトル型に適合する可視波長範囲の蛍光により検出される。引っ込んだイメージング窓が、ほこりおよび引っ掻きから表面を保護する。
装置には、患者情報を検定結果と連結するための情報管理機能がある。図8には2つのタイプの情報管理モジュールがある。製造中に適用される1次元バーコードは感圧接着剤により基部に接着される。試料および患者の情報をユーザにより手書きすることができるラベルもある。
結論
本実施例は単一試料に対して多数の検定試験が行われる装置態様を示す。装置上の機構によりアナライザとの相互作用が提供され、これは試料計量、およびイメージングのための位置決めを含む。乾燥させた信号伝達部分および選択部分を、特徴的なスペクトル型および広範囲イメージングにも適合するイメージングウェルの中で凍結乾燥させる。
変形形態
上記の装置の詳細な説明で列挙された変形形態を含み多くの可能な変形形態がある。代替的な情報管理モジュール、たとえばRF IDまたは組込電子回路が使用され得る。別の整列キーも想定されることができる。
実施例6. 一体化された増殖モジュールおよび試薬モジュールを備える装置
概観
本実施例は、キャップの中に一体化されたプランジャモジュールのアナライザ作動により試料が計量される、増殖および反応のための多数のウェルを備え完全に一体化された装置を例示する。この装置は強力で費用効率の高い分析を提供し、科学、臨床、環境、および製造品質の研究所で有用である。装置間整列機構が、アナライザへの輸送可能性向上のための多数の装置の積み重ねを提供する。装置により、オンボード乾燥試薬を使って多数の試験を行うことができる。特定の装置-アナライザ整列機構が、装置とアナライザの間の適切な整列を確実にする。装置はまた、キャップの中に一体化された装置-アナライザ流体インタフェースを介してアナライザと相互作用することができる。このモジュールを介して、試料が正確に配分され、計量されて、処理のために多数の増殖ウェルおよびイメージングウェル内に入れられる。イメージングウェルは高解像度イメージング技術、およびオンボードの信号伝達部分の特徴的なスペクトル型に適合する。
方法
この装置（図9および図10）は、上記の詳細な説明の項で説明されるモジュールおよびモジュールのパラメータの具体的な例を含む。ここで説明される例は装置の有用な態様を生み出すことができるモジュールの一つの可能な組合せを例示するものである。
装置の構造は、モジュール式構成要素たとえばキャップおよびプランジャ、試薬、基部、チャネル、ならびに、ゲートを備える一体化されたイメージングウェルおよび増殖ウェルを含む。モジュールは個々のモジュールとして製造されたか、または、たとえば一体として射出成形されたイメージングウェルおよび増殖ウェルと共に、組み合わされた。イメージングウェルおよび増殖ウェルは、Zeonor（登録商標）1060R（Zeonex（登録商標））内で、すなわちオンボードの信号伝達部分の特徴的なスペクトル型に適合する光学グレードの環状オレフィン内で射出成形された。基部はK-Resin（登録商標）K03（Chevron Phillips Chemical Co. LLC）から射出成形された。プランジャは、5ccシリンジプランジャ（Becton, Dickenson & Co.部品番号9603）のゴムプランジャに材料組成が類似していた。モジュールは図1に図示されるように、打ち抜き両面感圧接着剤（PSA）被覆テープ（Adhesives Research, Inc.のARcare（登録商標）90445）を使って一緒に接合された。プラスチックのフィルムおよびテープがVersaLASER（登録商標）VL-200 30mW CO2レーザテーブルを使用して切断された。流れチャネルが同じ打ち抜きPSA被覆テープから製造された。この装置はまた、積み重ねのための装置間整列機構、およびアナライザとの相互作用および整列のための装置-アナライザ整列機構を有する。
試料入力モジュールが試料を受け入れて、キャップにより試料を内側に密封する。装置はユーザによる手動の試料入力、たとえばピペット操作を必要とする。この装置の例では試料は容積1mLまでを有し得る溶出した鼻腔用スワブ試料である。一体化されたキャップは、円柱形状の試料入力リザーバの内側で圧着をもたらすプランジャによるアナライザとの動的相互作用のための手段を有する。
オンボード試薬は、増殖ウェルおよびイメージングウェルの中で凍結乾燥により乾燥させる。詳細については実施例2-試薬の凍結乾燥の項を参照のこと。多数の試験タイプが単一試料に対して並列に検定される。本実施例では、増殖ウェルは3種類の異なる試薬を有する。試料は、増殖ウェルに応じて、トリプチックソイブロス（tryptic soy broth）、6μg/mLのセフォキシチンを有するトリプチックソイブロス、またはProClin 300（商標）増殖遅延剤を有するトリプチックソイブロスに接種された。増殖はProClin 300（商標）を有するトリプチックソイブロス内で停止させた。MRSA細胞は抗生物質ありでもなしでも増殖し、MSSA細胞（セフォキシチン感受性）は抗生物質なしでしか増殖できないと考えられる。黄色ブドウ球菌ではない細胞（たとえば、感受性培養物および抵抗性培養物の混合物）を含む試料は、抗体ありでもなしでも増殖しうるが、検定特異性により非黄色ブドウ球菌は検出されない。増殖後、3つのウェルは、異なる増殖条件下での細菌増殖の速度を比較するために、信号伝達部分および選択部分を含む同じ検定試薬を使って独立に試験される。
一体化されたキャップは、円柱形状の試料入力リザーバの内側で圧着をもたらすプランジャにより、アナライザと動的に相互作用する。流動化の際、液体がフィルタ（Filtrona、番号R26785）を通過して、大型の粒子状物体を取り除く。次に、流体は等しい容積および流れに対する等しい抵抗を有するプラスチックおよびPSAテープのチャネルに沿って均等に分割される。次に、流体は、上記で説明されたような乾燥試薬を含む3つの増殖ウェルを満たす。チャネルの幾何形状は幅1mmおよび深さ0.1mmのオーダーであり、増殖ウェルはそれぞれ容積150μLを有する。閉じ込められた空気は、増殖ウェルの上面に熱溶接された疎水性膜（Pall Corporation、Versapor（登録商標）200R）を介してウェルの上面を通じて排気される。ゲートは、イメージングウェル中への時期尚早な前進流を妨げ、これにより、増殖が行われている間該ウェル内の乾燥試薬が乾燥状態で保たれる。図9に図示される実施例におけるゲートはシリコンオイルに浸された綿栓を有する。増殖段階が完了した後に装置-アナライザ流体インタフェースにさらなる圧力が印加されるまで、油は前進流を妨げる。増殖が完了した後、装置-アナライザ流体インタフェースが始動し、試料は増殖ウェルからゲートを通って、イメージングウェル内に移動し、ここで、乾燥した検定試薬が試料中に存在する任意の標的と反応する。シリコンオイルはウェルの上面まで浮かび、検定試薬と相互作用しない。イメージングウェルはそれぞれ容積100μLを有する。気体は、再度、ウェルおよびチャネルの上面を密封する疎水性膜を通じて排気される。
イメージングウェルは下からの選択およびイメージングに適合する。これはまた、使用される信号伝達部分の信号シグネチャに対応するスペクトル型を使用する場合、高解像度イメージング技術にも適合する。底面は光学的に平坦であり、厚さ1mmを有する。信号伝達部分は可視波長範囲の蛍光により検出される。引っ込んだイメージング窓が、ほこり、引っ掻き、および別の付着物から表面を保護する。基部材料における穴は、光学信号検出を確実にするために任意の外来性のバックグラウンド蛍光および反射光を遮蔽する。
検定は装置内で行われ、卓上で行われ、手作業で調製された検定と比較された。手順は以下のとおりである。黄色ブドウ球菌（ATCC系統29213）の培養物を、対数期増殖（OD600＝0.3）を達成するために、32.5℃で2時間、増殖培地TSB（Tryptic Soy Broth、Acumediaカタログ番号7164A）内で増殖させた。黄色ブドウ球菌細胞をZeiss顕微鏡上の血球計算器でカウントし、細胞を検定のために新鮮なTSBの溶液35μLあたり細胞0個、700個、2100個、および8400個まで希釈された。100μLのSybr Green（登録商標）（Invitrogenカタログ番号S-7563）を含む反応混合物を2000分の1に希釈し、25μLの0.005％w/vニワトリ抗黄色ブドウ球菌タンパク質A磁性粒子を、以下の改変を加えて実施例1記載のように作製した：10mMリン酸塩中のニワトリ抗タンパク質A（Meridian OEMカタログ番号C5B01-296抗体が使用された）、140mMの塩化ナトリウム、3mMの塩化カリウム（Calbiochemカタログ番号524650）、0.05％w/vのTween 20（Acrosカタログ番号2333600010）、2mg/mLのウシ血清アルブミン（Sigma-Aldrichカタログ番号A3059）、0.05％w/vのProClin 300（Suplecoカタログ番号48912-U）pH7.4、および記載したTSB中の黄色ブドウ球菌希釈物125μLをピペット操作により十分混合し、周囲温度で15分間暗黒下でインキュベーションした。インキュベーション後、反応混合物を6等分し、35μLの反応混合物を、96ウェルのhalf-area diameter clear bottom blackプレート（Grainer、カタログ番号675096）のうちの3つのウェルおよび本装置の3つのイメージングウェルに事前に等分された、65μLの色素-クッション溶液である、15％v/vのOptiPrep（登録商標）（Sigmaカタログ番号D1556）および2mg/mLのChromotrope 2R（Sigma-AldrichのC3143）の上に重層した。細胞-粒子複合体を磁気選択によりすべてのウェルの底面に堆積させた。96ウェルプレートのウェルを4分間、棒磁石の上に配置した。棒磁石は図20に描かれた22×22×100mmの永久磁石の構成を使用した。次に、プレートを磁石から取り外し、高スループット自動化イメージングアナライザ（図19）内に配置した。ウェルはアナライザ上で0.1秒の露光時間でイメージングされた。次に、個々の蛍光細胞が、上記で説明されたようなソフトウェアを使用して計数された。装置内のウェルは、磁気選択ステーションへと、次にイメージングステーションへとカートリッジを自動的に移動させるアルファアナライザ内に配置された。次にウェルは0.1秒の露光時間でイメージングされた。個々の蛍光細胞が、実施例1で説明されたようなイメージングソフトウェアを使用して計数された。
結果
図18Aは、高スループット自動化イメージングアナライザおよびアルファアナライザ上で実行された黄色ブドウ球菌検定での蛍光カウントの比較を示す。結果は実験誤差の範囲内で類似している。図18Bは、拡大のない個々の染色された黄色ブドウ球菌細胞のデジタル画像、および細胞を含まない試料との比較を示す。結果は、アナライザ上でおよび手作業により分析した装置のイメージングウェル内の試薬が類似する結果をもたらすことを実証している。
結論
この装置態様は、数多くの個々のモジュールからなる一体化された装置を実証する。この装置態様は信号伝達部分および選択部分を有する試薬、スペクトル型に適合する広範囲イメージングウェル、ならびにオンボード増殖のための中間処理モジュールを含む。装置上の機構によりアナライザとの相互作用が提供され、これは試料計量、およびイメージングのための位置決めを含む。製造アセンブリの一例も例示されている。
変形形態
上記の装置の詳細な説明で列挙されたものを含む多くの可能な変形形態がある。この装置の別の態様は、試料入口リザーバ上のもろいシールおよびウェルを含むことができ、これらは、液体試薬の封じ込めを可能にしうる。あるいは、これらのもろいシールは、検定に適するまで乾燥試薬を乾燥状態に保つゲートとして使用され得る。情報管理機能、たとえば情報追跡を可能にするバーコードが追加されることができる。イメージング窓は、異なる表面たとえば上面または側面に移動させることができ、これにより別の選択タイプが可能になる。装置は異なる材料で製造されることができ、様々な方法たとえば熱溶接または音波溶接で一緒に接合されることができる。試料容積は2μL未満の小ささであるようにまたは2mL超の大きさであるように変えることができる。異なるサイズのウェルおよびチャネルの容積を、検定要件に応じて製造することができる。試料は2つと少ない、または6つ超と多い、並列検定試験用の等容積アリコートに分割されることができる。あるいは、試料はいかなる試料分割もなく分析されることができる。異なる検定前試料処理を必要とし得る検定のために、増殖モジュールの代わりに、代替的中間モジュールが使用され得る。
実施例7. 試料スワブを受け入れる装置
概観
この装置態様は、試料スワブが直接挿入される、乾燥試薬を有する並列の増殖ウェルおよびイメージングウェルからなる。キャップ閉鎖により試料スワブを緩衝液で浸す。流体を、キャップ内に一体化されていないシリンジ様のプランジャにより流動化させる。また、本実施例では、MRSA試料試験の適用において装置が使用されうる装置のワークフローの一例が詳述されており、ここで一つまたは複数の装置がアナライザと相互作用し得る。
方法
図11および図12に図示される装置は、上記の詳細な説明の項で説明されたモジュールおよびモジュールのパラメータの具体的な例を含む。ここで説明される例示的モジュールは、装置の有用な態様を生み出すことができる可能な組合せを一つだけ例示する。
装置（図12）の構造はモジュール式構成要素たとえばキャップ、基部、チャネル、試薬、および一体化されたイメージングウェルおよび増殖ウェルを含む。これらのモジュールは、容易な製造アセンブリのために弾性プラスチック（熱可塑性ポリウレタン）リビングヒンジを利用するプラスチック基部の中に挿入される個別の構成要素として製造される。一部のモジュールは製造中に組み合わせられる、たとえば上記で説明されるようにイメージングウェルおよび増殖ウェルは一体で射出成形される。流れチャネルが基部プラスチック材料の一部として製造され、製造組立ての際にリビングヒンジを閉じる間に密封される。この装置はまた、積み重ねるための装置間整列機構、ならびに図11.6で見られることができる、アナライザとの相互作用および整列のための装置-アナライザ整列機構を有する。
試料入力モジュールは1つまたは2つの試料収集鼻腔用スワブ（図11.4）を受け入れて、それらをキャップにより内側に密封する。試料入力モジュールは試料収集スワブの形状に合致する試料入力リザーバからなり、必要とされる溶出容積を最小にする（図12）。試料収集スワブハンドルは、キャップ閉鎖の際に切断される（図11.5）。閉鎖の際、キャップは、試料が装置の内側でしっかりと密封されたことをユーザに連絡する聞き取れるクリック音と共にカチッと閉じる。キャップ閉鎖はまた、緩衝液にスワブを浸す。これは、キャップ上のタブ（図12）が、緩衝液で満たされたブリスタポーチを圧縮するときに起こり、これによってもろいシールが開く。もろいシールが開くと、試料入力リザーバの中へと流れ、ここでスワブを浸し、検定が行われるまで試料中の細菌細胞を生存可能な状態に保つ。
オンボード試薬は増殖ウェルおよびイメージングウェルの中で凍結乾燥により乾燥させる。詳細については、実施例2-試薬の凍結乾燥の項を参照のこと。多数の試験タイプが単一試料に対して並列に検定される。本実施例では、増殖ウェルは3種類の異なる試薬を有する。一つの増殖ウェルは抗生物質を有し、別の増殖ウェルは抗生物質を含まない増殖培地を有し、最後の増殖ウェルは培地も抗生物質も有さない。増殖後、細菌増殖の速度を比較するために、信号伝達部分および選択部分を含む同じ検定試薬を使って、3つのウェルを独立に試験する。ブリスタポーチには、液体緩衝液も含まれている。この液体はまず試料収集スワブを浸し、次に、スワブから細菌試料を溶出させ、次に、試料を流動化させる装置を通して試料を追跡する。
アナライザとの動的相互作用のための機構はキャップ内に一体化されていないが、装置の上面の穴により利用される（図12）。アナライザ上の直線アクチュエータがこのインタフェースと相互作用してブリスタポーチを圧縮し、これにより装置内の流体を流動化させる。アナライザによる流動化の際、液体は等しい容積および流れに対する等しい抵抗を有するプラスチックチャネルに沿って均等に分割される。次に、液体は上記に説明される乾燥試薬を含む3つの増殖ウェルを満たす。ゲートは、イメージングウェルおよび反応ウェルの中への時期尚早の前進流を妨げ、増殖が行われる間、該ウェル内の乾燥試薬を乾燥状態に保つ。図12に図示されているゲートは、各ウェルの間にもろいシールを有する。もろいシールは、増殖が完了した後、装置-アナライザ流体インタフェースに追加の圧力が印加されるまで前進流を妨げる。増殖が完了した後、装置-アナライザ流体インタフェースが始動し、試料が増殖ウェルからゲートを通ってイメージングウェル内に移動し、ここで、乾燥した検定試薬が試料中の標的細菌細胞と反応して標識部分を形成する。
イメージングウェルは下からの選択およびイメージングに適合する。イメージングウェルはまた、信号伝達部分に特徴的なスペクトル型での高解像度イメージング技術に適合する。引っ込んだイメージング窓がほこりおよび引っ掻きから表面を保護する。基部材料内の穴が、任意の外来性バックグラウンド蛍光および反射光を遮蔽して、最適な信号検出を確実にする。
情報管理モジュールはユーザにより（図11.2）、バーコードの貼り付けによって付加される。装置の外装の一例が図11.1に示されており、この場合、装置キットは装置と鼻腔試料収集のための2つのスワブとを含む。パッケージは滅菌状態で製造され、使用するまでパッケージ内側で低湿度を維持するために乾燥剤を含む。
装置を使用するMRSA試験ワークフローのための一つの一般的な概念が図11に図示されている。本実施例では、ユーザが装置に病院のバーコードラベルを貼り付け、試料を装置の中に挿入し、装置をアナライザの中に挿入する。このことは6つの別個のユーザ工程を伴う。パッケージを開いた後（図11.1）、ユーザがバーコードを貼る（図11.2）。次に、ユーザが試料を採取して（図11.3）、装置の中にスワブを挿入する（図11.4）。スワブの末端がキャップの閉鎖と同時に折り取られ（図11.5）、装置がアナライザ内に配置される（図11.6）。病院特有のデータ報告を含む他の全ての工程が自動的に行われる。
結論
本実施例は、試料収集モジュールを装置の中に直接受け入れることができる一体化されたモジュールを備えた、一つの装置態様を示す。この装置は信号伝達部分および選択部分を有する試薬、スペクトル型に適合する広範囲イメージングウェル、ならびにアナライザとの相互作用を可能にする機構を含む。ワークフローは一例であり、これは別の方法で行われ得、かつ検定、現場、ユーザ、および試料のスループットに依存し得る。
変更形態
上記の装置の詳細な説明で列挙された変形形態を含む、本装置の多くの可能な変形形態がある。この装置の一態様は、流体を流動化させるために一つまたは複数のブリスタに作用する図2に図示されるようなローラを含むことができる。ローラの作動によって、変形可能なチャンバ内の液体に圧力を印加することができ、これにより、一つまたは複数のもろいシールが破裂する。試料は2つと少ない、または6つ超と多い、並列検定試験用の等容積アリコートに分割されることができる。あるいは、試料はいかなる試料分割もなしに分析されることができ、または異なるアリコートの容積を変化させることができる。異なる検定前試料処理を要しうる検定のために、増殖モジュールの代わりに代替的中間モジュールを使用することができる。ワークフローは、別の試料収集装置、たとえば患者試料を指先穿刺から収集する採血の受け入れのために改変できる。装置は滅菌指先穿刺のための一体化されたモジュール、たとえばランセットまたは毛細管を含むことができる。よってこのような場合のワークフローは、ユーザがパッケージを開き、患者の指を滅菌し、ランセットに係合させ、試料収集装置たとえば毛細管内に採血してもよい。次に、同じ試料収集モジュールが装置の中に挿入され、患者の傷に包帯があてられ、次に、一つまたは複数の装置が検定結果測定のためにアナライザの中に挿入される。別のワークフローも想定できる。装置により受け入れられる代替的試料タイプおよび粘度には、少し名前を挙げると、血液、糞便、または環境試料が含まれうる。装置は、別の試料収集モジュール、たとえば少し例を挙げると粘液の毛細管、血液のシリンジ、または希釈された環境試料を含むピペットバルブを受け入れるように改変されうる。
実施例8. 単一試料を自律的に処理する装置
概観
装置は、キャピラリ流により単一試料を自律的に受け入れることができかつ、処理のために一つまたは複数の試験ウェルの中で試料を自律的に計量することができる。図5に図示される例は、ユーザまたはアナライザからのさらなる相互作用は全く伴わずに、自律的に取り込んで、計量し、試料との反応を開始する。試料を装置と単に接触させ、特定の期間後、装置をイメージング技術により調べる。
方法
この装置（図5）は上記の詳細な説明の項で説明されるモジュールおよびモジュールのパラメータの具体的な例を含む。ここで説明されるモジュールは装置の有用な態様を生み出すことができるモジュールの可能な組合せを一つだけ図示する。
装置（図5C）の構造は試料入口、流体流チャネル、反応ウェルおよびイメージングウェルを一体化しており、排気して単一の製造された構成要素となる。図示されたモジュールの一部が迅速なプロトタイピング技術により製造される。図5Cおよび図5Dに図示される部品はPolyjet 3Dプリンタを使用して製造され、ここで、図5Bはステレオリソグラフィ装置（SLA）を利用している。そのような迅速なプロトタイピング技術の利点は、図5Dに写真で示されるような様々なモジュール幾何形状に対して迅速な機能試験を行うことである。
試料入力モジュールは毛管現象により試料を受け入れる。装置は試料と試料入口ポートとの接触を必要とし、この箇所で、装置は、表面張力の差により正しい容積の試料を自動的に吸い込む。幾何形状および表面処理の変化が流速を変化させ、さらに特定の方向に継続している流れをゲート制御さえする。この装置の例では試料は、最初の試料容積がほぼ10μLであった指先穿刺からの全血である。装置は、血液凝固に作用する、乾燥した抗凝固剤をチャネルまたはウェルの底面に有しても有さなくてもよい。
オンボード試薬は試験ウェルの中で凍結乾燥により乾燥させる。詳細については実施例2-試薬の凍結乾燥の項を参照のこと。多数の試験が単一試料に対して並列に検定された。たとえば図5Cでは、検定あたり試料あたり6つの並列試験が行われた。この場合、2つの異なる試料タンパク質が、2つの陽性対照および2つの陰性対照に対して検定された。
試料液体の流動化がこの装置内で自動的に行われた。液体流がキャピラリチャネルを通り、イメージングウェルを兼ねる試験ウェルの中に移動した。試料は、装置を製造するために使用された材料の幾何形状および表面特性を制御することにより自動的に計量された。チャネルおよびウェルは等しい容積および流れに対する等しい抵抗を有しており、そのことが等しい充填容積をもたらした。空気または閉じ込められた気体が試料の流れにより排出され、キャピラリ孔から出た。流れチャネルおよびウェルは、一体化された基部の上面と底面の両方までPSAテープ（上記を参照のこと）により密封された。装置上の物理的機構によりイメージングアナライザでの位置合わせが可能になった。
装置は下または上からの選択およびイメージングに適合するが、図示された例は底面での捕捉を必要とする磁気選択部分を使用した。イメージングウェルは蛍光信号伝達部分のスペクトル型だけでなく、高解像度イメージング技術にも適合した。
装置は、図15を含む外装でパッケージされることができ、この場合、多数の装置が各パッケージ内に含まれる。外装は積み重ねることができ、多数の装置を輸送するための手段として使用され得る。外装は、装置をアナライザによりイメージング可能にする整列機構を含む。
結果
上記の実施例2で説明されたような検定は、蛍光イメージングを使用して標的部分を識別するために球（図5E）の中で凍結乾燥させた乾燥試薬を使用した。結合したTSHタンパク質を捕捉部分が含む画像が、図5Fに図示されている。
結論
本実施例は、ユーザまたはアナライザとの相互作用なしにすべての検定工程が装置で自動的に行われる装置態様を示す。装置は信号伝達部分および選択部分を有する試薬、スペクトル型に適合する広範囲イメージングウェル、ならびにアナライザとの相互作用を提供する機構を含む。
変形形態
上記の装置の詳細な説明で列挙されたものを含む、この装置の多くの可能な変形形態がある。装置は1個〜6個超の様々な数の反応ウェルまたは試験ウェルを含むことができる。装置は、希釈された糞便試料から溶出した鼻腔用スワブまで、様々なタイプおよび粘度の試料を受け入れることができる。試験ウェルの容積は指先穿刺による血液1滴の場合の1μL未満から、尿試料の場合の1mL超までを含むように変動しうる。
実施例9. 一体化された試料収集機能を含む単一試料を自律的に処理する装置
概観
この装置態様は、試料収集モジュールが装置の中に一体化されることができる一つの方法を例示する。装置の中に試料収集モジュールを一体化することにより、バイオハザード部品、たとえば採血用ランセットの場合には針などから、ユーザが保護されうる。装置の中に試料収集モジュールを一体化することにより、工程および追加のパッケージング挿入物が不要になることで、ユーザにとって試料検定プロセスが簡略化されうる。
方法
試料収集モジュールが、実施例8に説明される機構および機能をすべて含む装置の中に一体化された。図5Aおよび図5Bは血液試料収集のための一体化されたランセットを有する装置を示す。ランセットは基部モジュールの中に組み込まれた一体化されたボタンにより始動する。ランセットが配置された後、バネ機構を用いて装置の中に自動的に引っ込む。一旦ランセットが配置されると、これは移動しない。このことにより、針材料からユーザが確実に保護される。
図6は類似の概念を図示し、この場合、ランセットを含むキャップはまた滅菌アルコールパッドを含む。血液試料が収集される前に、ユーザが指先穿刺の位置を消毒することができるように、アルコールパッドが含まれている。これらの一体化された試料収集機能のどちらも、実施例8で説明されたのと類似する装置の中に組み込まれる。装置はまた一体化された情報管理モジュール、たとえば患者識別ブレスレット（図6）を含む。
結論
本実施例は試料収集モジュールが装置の中に一体化される装置態様を示す。装置の中に試料収集モジュールを一体化することは、バイオハザード部品だけでなく鋭い材料、たとえばランセットからユーザを保護してもよい。装置の中に試料収集モジュールを一体化することは、工程を不要にすること、および追加のキットまたはパッケージング挿入物を最小限にすることにより、ユーザにとって試料検定プロセスを簡略化しうる。
変形形態
上記の装置の詳細な説明で列挙されたものを含む、この装置の多くの可能な変形形態がある。装置は様々な数の一体化された試料収集モジュールまたは試料収集モジュールの組合せ、たとえば少し名前を挙げると毛細管またはシリンジまたは使い捨てピペットチップを含むことができる。収集される試料の容積およびタイプはこの実施例で説明されるような全血から、希釈された糞便試料または鼻腔試料まで多岐にわたることができる。
装置を包装して、一つまたは複数の装置が各パッケージに含まれているような外装（図14）としてもよい。外装はモジュール式の様式で一緒に接合されてもよく、多数の装置を輸送するための手段として使用されてもよく、アナライザが装置と相互作用するための係合機構または整列機構を提供してもよい。
実施例10. 多数の試薬ウェルを有する装置
概観
この装置態様（図13）は、流体的に非連続な一つまたは複数のウェルを一体化しており、ここで流体は、ピペットチップである装置-アナライザ流体インタフェースにより流動化される。一つの試料はピペットチップにより連続処理ウェルおよびイメージングウェルに正確に配分される。この装置には流れチャネルがない。装置-アナライザ流体インタフェースの内側で一方の位置から別の位置まで液体を流動化させる。これは、ウェル間の相互汚染または逆流を最小にするまたはなくすことができるという利点である。
方法
装置（図13）の構造は、物理的に接続されているが流体連通されていない、一つまたは複数のウェルを含む。流体連通されていないということは、一つのウェルに入れられた液体は、装置-アナライザ流体インタフェースにより流動化されて一方の位置から別の位置まで物理的に運ばれない限り、別のウェルまたは液体と連動しないことを意味する。本実施例では、装置-アナライザ流体インタフェースはピペットチップである（図13）。ピペットチップは、各検定の各液体処理工程後に廃棄される。
試料はユーザにより試料入力リザーバの中に手動で入れられる。試料は中間処理モジュールに輸送され、ここで、ウェル内の乾燥させた信号伝達部分と混合される。信号伝達部分と反応した後、試料は異なる中間処理ウェルまで輸送され、ここで、磁気選択部分と混合される。試料が選択部分と反応した後、試料はアナライザによる選択とイメージングの両方に適合したイメージングウェルに移される。イメージングウェルは信号伝達部分の特徴的なスペクトル型を補完し、特異的選択に適合する。位置決めおよび位置合わせのための機構がアナライザによる選択およびイメージングを可能にする。
結論
この装置の例は、互いに流体分離された（fluidically isolated）一つまたは複数のウェルの例を示す。液体はピペットチップにより流動化され、これにより持ち越し汚染および相互汚染が制限され得る。装置はまたオンボード試薬、たとえば信号伝達部分および選択部分、イメージングウェル、ならびにアナライザによる広範囲イメージングに適合する位置合わせ機構を含む。
変形形態
上記の装置の詳細な説明で列挙されたものを含む、この装置の多くの可能な変形形態がある。一つまたは複数の試薬またはモジュールを組み合わせることができ、または2つ以上の並列試験を検定することができる。装置は一つまたは複数のピペットチップを内蔵してもしなくてもよい。装置はアナライザからのピペットチップの受け入れを可能にしてもよい。一つまたは複数のピペットチップは使い捨て可能でもリサイクル可能でもよく、装置の中に一体化されても、またはアナライザにより外部から供給されてもよい。ピペットチップは徹底的なクリーニング工程後にリサイクルしてもよく、または各液体移動工程後に廃棄してもよい。液体流動化は、ピペット以外の代替的手段、たとえば毛細管、または吸収性パッドを使って行われてもよく、これは液体を放出するために圧縮される。装置はまた、たとえば吹込成形に適合する安価なモジュールから製造されることができる。
試料はアナライザにより手動で試料入力リザーバの中に入れることができる。1回または2回以上の中間処理工程を中間処理モジュールで行ってもよく、全く行わなくてもよい。たとえば、一つの中間モジュールが増殖のために使用されてもよく、クッション再水和のために別の中間モジュールが使用されてもよく、色素再水和のために別の中間モジュールが使用されてもよい。一部の態様はいかなる中間処理モジュールも有さなくてもよい。
実施例11. ピペットチップ内で標的を捕捉する装置
概要
ある装置態様は、非連続処理ウェルと使い捨てピペットチップを一体化することができ、ここではピペットチップ内で反応が起こる。この装置態様は、反応がピペットチップで起こることを除いて、実施例10（図13）に類似する。
方法
図13に図示される装置に類似した構造を持ち、反応がピペットチップ内で起こる、本発明の一態様が存在する。捕捉分子はピペットチップの内面に結合され、試料が導入されたときに試料内に存在し得る標的に結合する。ピペットチップが試料を吸引する。標的は、試料中に存在する場合には反応して、ピペット内面上で捕捉分子に結合し、これらは一時的に固定化される。非結合試料が捨てられ、ピペットチップ内に残っている可能性がある非結合試料を希釈し取り除くための一回の洗浄工程を次に行う。次に、同じく（存在する場合には）一時的に不動化された標的に結合する信号伝達部分が導入される。未反応の信号部分が捨てられ、ピペットチップ内に残っている可能性がある未反応信号部分を希釈し取り除くための一回の洗浄工程を次に行う。次に、同じく（存在する場合には）一時的に不動化された標的に結合する選択部分が導入される。未反応選択部分が捨てられ、ピペットチップ内に残っている可能性がある未反応信号伝達部分を希釈し取り除くための一回の洗浄工程を次に行う。最後に、（存在する場合には）標的を液体中で流動化させる放出剤が、ピペットチップに導入される。存在する場合には信号伝達部分にも選択部分にも結合しかつ流動化された標的を含む液体が、イメージングウェルの中に分配される。次に、試料は特異的に選択され、イメージングにより分析される。装置構成の詳細が実施例10で説明されている。
結論
この装置はピペットチップの内側でいくつかの連続した処理工程を試料が受ける一つの方法を例示するために実施例10に基づき構築される。装置はまた、オンボードの信号伝達部分および選択部分、中間処理試薬、イメージングウェル、ならびにアナライザによる広範囲イメージングに適合する位置合わせ機能を含む。
変形形態
上記の装置の詳細な説明で列挙されたものを含む、この装置の多くの可能な変形形態がある。一つまたは複数の試薬またはモジュールが結合されることができ、または2つ以上の並列試験が検定されることができる。装置は一つまたは複数のピペットチップを内蔵してもしなくてもよい。装置はアナライザからのピペットチップの受け入れを可能にしてもよい。一つまたは複数のピペットチップは使い捨て可能でもリサイクル可能でもよく、装置の中に一体化されても、またはアナライザにより外部から供給されてもよい。ピペットチップは徹底的なクリーニング工程後にリサイクルしてもよく、または各液体移動工程後に廃棄してもよい。液体流動化は、ピペット以外の代替的手段、たとえば毛細管、または吸収性パッドを使って行われてもよく、これは液体を放出するために圧縮される。装置はまた、たとえば吹込成形に適合する安価なモジュールから製造されることができる。
試料はアナライザにより手動で試料入力リザーバの中に入れることができる。1回または2回以上の中間処理工程を中間処理モジュールで行ってもよく、全く行わなくてもよい。たとえば、一つの中間モジュールが増殖のために使用されてもよく、別のモジュールがクッション再水和のために使用されてもよく、別のモジュールが色素再水和のために使用されてもよい。一部の態様が、いかなる中間処理モジュールも有していなくてもよい。2回以上の洗浄が上記の任意の所与の工程で行われてもよく、全く行われなくてもよい。捕捉部分は信号伝達部分または選択部分を兼ねることがある。
実施例12. 色素クッションを使用する検定のための方法
概観
本実施例は、色素クッションが、遊離した信号伝達部分からのバックグラウンド信号をどのようにして消失させるかを実証する。本発明のこの局面により、洗浄工程を必要としない、標識された標的の高感度イメージングが可能になる。
方法
抗hTSH抗体で標識された蛍光粒子の0.007％w/v希釈物10μLと、抗hTSH抗体で標識された磁性粒子の0.05％w/v希釈物10μLの反応物を、10μLの200mMのEPPS（Sigma-Aldrichカタログ番号E9502）緩衝液、400mMの1,3ジアミノプロパン（Sigma-Aldrichカタログ番号D230807）pH7.8、10μLの1mg/mLアルギン酸（Sigma-Aldrichカタログ番号A2158）、2.5％w/vポリビニルピロリドン（Sigma-Aldrichカタログ番号PVP40）、0.5mg/mLウシガンマグロブリン（Lampire Laboratoriesカタログ番号7400805）、10mMのリン酸塩中の1mg/mLのマウスガンマグロブリン（Jackson Imunnoカタログ番号015-000-002）、140mMの塩化ナトリウム、3mMの塩化カリウム（Calbiochemカタログ番号524650）pH7.4と混合し、10μLμLの血漿試料を形成して混合し、10分間インキュベーションした。別のウェルでは、90μLのクッション色素試薬である20mMのTris（JT Bakerカタログ番号4109-02）中の2mg/mLのChromotrope R2（Sigma-Aldrichカタログ番号C3143）および25％v/vのOptiprep（登録商標）（イオジキサノールの60％w/v溶液）（Sigma-Aldrich D1556）、0.05％w/vのTween 20（Acrosカタログ番号2333600010）、2mg/mLのウシ血清アルブミン（Sigma-Aldrichカタログ番号A3059）、0.05％w/vのProClin 300（Suplecoカタログ番号48912-U）が加えられた。インキュベーションの終わりに、反応混合物の40μLアリコートを色素クッション層の上面に重層し、別のアリコートを色素クッション層なしのウェル内に配置した。次に、ウェルを棒磁石の上に配置し、免疫複合体を5分間磁気選択し、ウェルの底面に堆積させた。棒磁石は図20に描かれた22×22×100mmの永久磁石の構成を使用した。次に、ウェルが高スループット分析自動化アナライザ（図19）内に配置された。次に、ウェルが0.1秒の露光時間でアナライザ上でイメージングされた。個々の蛍光粒子が、First Light Bioscience社で開発されたソフトウェアを使用して計数された。
結果
図21は、色素-クッション試薬内の色素の存在が、色素クッション層の上にある信号伝達部分を完全に遮蔽することを示す。
結論
本実施例は、色素-クッションが、遊離した信号伝達部分からおよび標的-信号伝達部分以外の複合体からのバックグラウンドを劇的に低減することができることを実証している。色素クッションは、検出ゾーン内に堆積させた選択された標的信号伝達部分複合体からこれらの実体を分離する。本実施例は、色素-クッション試薬を使用して洗浄なしに非拡大イメージングによる標的の検出を可能にする本発明の一態様を実証している。
変形形態
代替的態様もまた、別の一般に使用される密度作用物質たとえばイオジキサノール、ジアトリゾア酸ナトリウム、ナトリウム、メトリゾ酸、メトリザミド、スクロース、および別の糖質、オリゴ糖、合成重合体（たとえば、Ficoll）、ならびに様々な塩類たとえば塩化セシウム、臭化カリウムなどを含む別の密度作用物質を組み入れることができる。代替的態様は、使用時に別の信号伝達特性および信号伝達部分とマッチするように使用されることができる、別の色素を使用することができる。たとえば、色素Toluidine Blue Oは蛍光標識Texas Red（スルホローダミン）と共に使用され得る。
これらの別の態様では、異なる信号特性、たとえば蛍光、化学発光、光吸収、光散乱、燐光、酵素反応性、およびラマン散乱が使用され得る。さらに、これらの態様は異なる信号伝達部分、たとえばフルオレセイン二酢酸（蛍光性エステラーゼ基質）、Sybr Green（登録商標）（蛍光性DNA染料）、Sudan black（脂質染料）、不溶性生成物をもたらす酵素基質、ポリスチレン粒子、蛍光色素を含むポリスチレン粒子、コロイド金などを使用することができる。
抗体（様々な免疫グロビン（Immunoglobin）タイプを含む）、および別のタンパク質（たとえば、レクチン、ホルモン受容体など）、オリゴヌクレオチドおよびその合成類似物（たとえば、ペプチド核酸、アプタマーなど）、オリゴ糖（たとえば、ヘパリンなど）、有機重合体（たとえば、デキストラン酢酸など）、ならびに小分子（たとえば、薬剤、非ペプチドホルモン、ビオチン、色素など）を含むがそれらに限定されるわけではない異なるカテゴリ標識化部分が使用され得る。
選択はカテゴリ内の特定の標的（たとえば、血液からのヒト甲状腺刺激ホルモン、または鼻腔試料からの黄色ブドウ球菌細胞）の選択により特異的となりうる。検定はまた標的の標識されたカテゴリの選択（たとえば、ヒト血漿からのリポタンパク質の選択）により特異的となりうる。説明された方法は、細胞、ウイルス、細胞小器官、リポタンパク質、ならびにタンパク質、オリゴヌクレオチド、脂質、オリゴ糖、ならびに小型の有機分子および無機分子を含む分子を含むがそれらに限定されるわけではない標的の選択で使用され得る。
実施例13. 黄色ブドウ球菌細菌細胞の検出のために試薬を層状に凍結乾燥させるための方法
概観
装置の内部で試薬を乾燥させることは、安定性を増すことができる一方で、機能を維持し、最終的に装置の貯蔵寿命を改善する。装置の貯蔵寿命が長いほど、より長期間にわたって装置が正確な結果をもたらすことが確実となることにより、ユーザが要する費用が低減できる。本実施例は、試薬をどのようにして層状に凍結乾燥させることができるかを実証する。
方法
実施例2で説明された方法に類似する方法が、試薬を安定化させるために使用され得る。試薬を層状に一緒に凍結乾燥させた。本実施例では、黄色ブドウ球菌細菌細胞の検出のための試薬を層状に凍結乾燥させる。Dura-Stop凍結乾燥器が-45℃まであらかじめ冷却された。65μLアリコートの色素-クッション試薬：2mg/mLのChromotrope R2（Sigma-Aldrichカタログ番号C3143）および10％v/vのOptiprep（登録商標）（イオジキサノールの60％w/v溶液）（Sigma-Aldrichカタログ番号D1556）5％w/vトレハロース（Sigma-Aldrichカタログ番号T9449）が検定ウェルの中にピペットで移された。プレートを凍結乾燥器内に配置し、試薬層を1時間凍結させた。検定ウェルを凍結乾燥器から移動させ、2000分の1に希釈されたSybr Green（登録商標）（Invitrogenカタログ番号S-7563）を含む試薬25μL、0.005％w/vニワトリ抗黄色ブドウ球菌タンパク質A磁性粒子を、以下の改変を加えて実施例1記載のように作製した：10mMリン酸塩中のニワトリ抗タンパク質A（Meridian OEMカタログ番号C5B01-296抗体が使用された）、140mMの塩化ナトリウム、3mMの塩化カリウム（Calbiochemカタログ番号524650）、0.05％w/vのTween 20（Acrosカタログ番号2333600010）、2mg/mLのウシ血清アルブミン（Sigma-Aldrichカタログ番号A3059）、0.05％w/vのProClin 300（Suplecoカタログ番号48912-U）pH7.4が、凍結させた色素クッション試薬の上面に注意深くピペットで移された。検定ウェルを凍結乾燥器に即座に戻し、1時間凍結させた。真空を適用し、ウェルを-45℃で16時間凍結乾燥させた。次に、温度を6時間にわたり-5℃に設定し、続けて2時間にわたり25℃に設定した。完了すると同時に、凍結乾燥器の電源を切り、真空を解除した。ウェルが取り外され、PCRフィルムで覆われ、使用するまで乾燥器内に貯蔵された。
乾燥させた黄色ブドウ球菌試薬を黄色ブドウ球菌細菌細胞検出用の液体試薬と比較する検定
黄色ブドウ球菌（ATCC系統29213）の培養物を、対数期増殖（OD600＝0.3）を達成するために、32.5℃で2時間増殖培地TSB（トリプチックソイブロス、Acumediaカタログ番号7164A）で増殖させた。黄色ブドウ球菌細胞はZeiss顕微鏡上の計数チャンバ内でカウントされ、細胞は新鮮なTSB中で2×105細胞/mLまで希釈された。反応が96ウェルポリカーボネートPCRプレート（Fisher Scientific、カタログ番号14230237）内で行われた。反応混合物（50μL）は、黄色ブドウ球菌細胞（5,000細胞）を有するPBS-TBPまたはPBS-TBPだけ（細胞なし）25μL、20μLのSybr Green（登録商標）1色素（生理食塩水中で1:2000倍に希釈された）、および、PBS-TBP溶液（pH7.4に調整された、10mMのリン酸塩、140mMの塩化ナトリウム、3mMの塩化カリウム（Calbiochemカタログ番号524650）、0.05％w/vのTween 20（Acrosカタログ番号2333600010）、2mg/mLのウシ血清アルブミン（Sigma-Aldrich）0.05％w/vのProClin 300（Supleco））の中に懸濁された5μLの抗プロテインA被覆磁性粒子（2×1010粒子/mL）を含んでいた。検定反応物がピペット操作により混合され、暗黒下で周囲温度で15分間インキュベーションされた。インキュベーション後、40μLの反応混合物を、96ウェルのhalf-area diameter clear bottom blackプレート（Grainer、カタログ番号675096）内にあらかじめ等分された、70μLのクッション溶液（15％のOptiPrep（登録商標）Sigmaカタログ番号D1556からなる）、および5mg/mLのChromotrope 2R（Sigma-Aldrich C3134）上に重層した。インキュベーションの際、120μLの、黄色ブドウ球菌細胞を含むTSB/PBS-TBPの1:1混合液（細胞5,000個）またはPBS-TBPだけ（細胞なし）の溶液が、凍結乾燥試薬を有する特定のウェルの上面に加えられた。ウェルの底面で細胞-粒子複合体を選択するために、次に、4分間棒磁石の上にプレートを配置することにより、プレートが磁気選択にかけられた。棒磁石は図20に描かれた22×22×100mmの永久磁石の構成を使用した。次に、プレートが磁石から取り外され、イメージングアナライザの中に配置された。ウェルが0.1秒の露光時間で上記に説明されたようにイメージングされた。個々の蛍光細胞が、実施例1で説明されたようなイメージングソフトウェアを使用して計数された。
結果
凍結乾燥させた黄色ブドウ球菌試薬は、液体試薬と乾燥試薬の間で等しい性能を実証することが示された（図3）。図3Aは、検定ごとに分析された黄色ブドウ球菌細胞ありおよびなしの試料に対して蛍光物体を比較する（Multipathカウント）データを示す。図3Bは凍結乾燥させた黄色ブドウ球菌試薬を使用した検定を使用した、黄色ブドウ球菌細胞ありおよびなしの試料による実際の画像を示す。
結論
結果は、層状に一緒に凍結乾燥させた試薬は液体試薬と同様に機能できることを実証している。
変形形態
本実施例の別の代替的態様がある。凍結乾燥条件、たとえば温度および時間が調整されることができ、上記で列挙された試薬に加えて、様々な試薬が類似の処理を受けることができる。あるいは、試薬は蒸発により（図16）または蒸着により乾燥させることができる。たとえば、上記のように混合された試薬を、高温の乾燥器内に配置することができ、または、相対湿度の差により蒸気の形態で湿気を排出することが可能な室温またはそれ以下におくことができる。あるいは、試薬は、試薬から湿気を除くための乾燥室内に配置されることができる。液体および固体の組合せが装置で使用され得る。
実施例14. 装置処理のための自動化アナライザ
概観
本実施例は、検定、および存在する場合には試料中の画像標的を処理するために自動化アナライザ（図25）と相互作用する装置（図9）について説明する。装置は試料、および処理のためのアナライザとのインタフェースを受け入れる。アナライザは標的をイメージングするためのCMOSカメラ、イメージング用ソフトウェア、および装置運搬用ハードウェアを組み入れる。アナライザは液体処理を開始するために装置と相互作用することができる。アナライザはまたインキュベーション、焦点合わせ、画像分析、および結果報告を提供する。アナライザは1時間あたり試料40個までのスループットを有し、大量の臨床研究所試験応用のために使用され得る。アナライザはまた食品加工および獣医試験の適用において使用され得る。
方法
溶出した鼻腔用スワブ試料を試料入力リザーバ（図9）の中にピペットで移すことにより装置を準備した。次に、キャップが閉じられ、装置が、自動処理のための単一装置としてアナライザ入力コンベヤ待ち行列（quene）の中に挿入された。装置が待ち行列コンベヤ（図24）内に配置されたら、コンベヤベルトによりアナライザの中に装置を移動させるようにアナライザに合図するセンサを作動させた。アナライザによる処理のために装置が取り上げられる位置までベルトがスタックを移動させた。
ガントリーロボットシステムが、コンベヤベルトから、次に、処理のために必要とされるステーションを通じて装置を移動させた。これらのステーションはバーコード読取、増殖の開始、固定温度インキュベーション、検定反応の開始、周囲温度での反応物インキュベーション、磁気選択、および磁気選択された反応物のイメージングを含んでいた。アナライザが試料の分析を終了すると、結果がコンピュータに記憶された。次に、装置は一体化されたバイオハザード廃棄物装置内に自動的に廃棄された。装置の処理は以下の項で詳細に説明される。
アナライザは、様々な数の装置を含むスタックを受け入れることができる2つの待ち行列を備えるよう設計され、構築された（図24、25、11）。この待ち行列は1〜8個の装置のスタックを受け入れるように設計された。スタックがどちらかの入力待ち行列開口部に配置されると、光電センサ（Omron光電再帰反射センサE3T-SR21）がトリガされ、処理のためにアナライザの中にスタックを移動させるためにステッパモータ（Arcus DMAX-KDRV-23）を始動するように制御ソフトウェアに合図する。
装置をいずれかの待ち行列で処理する準備ができたら、アナライザが装置を処理した。ガントリーロボット（図24）に搭載された光電センサ（Omron光電再帰反射センサE3T-SR21）を使って装置の上面が発見された。ロボットは最大のスタック高さから始めてセンサを使って各待ち行列をスキャンし、装置がセンサをトリガするまで下に移動した。発見されたら、ガントリーロボットが装置を取り外した。
システム内の装置の移動は3モータシステム（図24および25）により達成された。これらのシステムは入力システム、メインガントリーシステム、およびイメージャガントリーシステムと呼ばれた。各システムは以下で説明される。システムは独立して動作することができ、特定の動作についての同期を必要とする場合がある。
入力システムは上述のようにステッパモータ（Arcus DMAX-KDRV-23）により動力を供給される単一コンベヤベルトを含んでいた（図24および25）。このシステムは両方の待ち行列のスタックを移動させるために使用され、したがって、いずれかの側がシステムを始動させると、両側が影響を受ける。ベルトは最初の入口点からガントリーロボットのピックアップのために指定された空間まで装置を移動させた。装置がピックアップ位置に既にあるとき、新しい装置の前の装置に接触するまで、新しい装置をベルトを使って移動させる。その箇所で、ベルトはピックアップ位置の待ち行列に入れられた装置の下に滑り込む。
3つのステッパモータ（Arcus DMAX-KDRV-17）がガントリーシステム（図24）内に存在していた。各モータが、異なる長さの直線ステージ（Automation Solutions、DL20DW-XZ）に接続された。システムは、最長のステージがガントリーのY（左および右）方向を制御するように組立てられた。このステージは基部プレートにしっかりと固定された。ガントリーのX（前および後）方向を制御する最短ステージがYステージプラットフォームに取り付けられた。中間のステージがXステージプラットフォームに取り付けられた。このステージはガントリーのZ（上および下）方向を制御するために使用された。1対のフォークがZステージに取り付けられた。これらのフォークは、Zステージのプラットフォームに取り付けられた、装置内に成型された機構（図9）と一致する機構を含んでいた。また、光電センサ（Omron光電再帰反射センサE3T-SR21）がZステージプラットフォームに取り付けられた。センサは前述のように、スタックの高さを測定するために使用された。
ガントリーが、XステージおよびZステージを調整することによりフォークを配置することによって装置を取り上げた。装置がフォークにより保持されると、Xステージが最後尾の位置まで移動し、アナライザ内の構造物と衝突することなくYステージの空間が処理のための任意のステーションまで該装置を移動させることが可能になった。
イメージャガントリーシステムは2つの直線ステージ（Automation Solutions、DL20DW-XZ）に取り付けられた2つのステッパモータ（Arcus DMAX-KDRV-17）からなっていた。長い方のステージがイメージャXステージと呼ばれた。このステージはイメージャガントリーの前方および後方の動きを制御した。イメージャZステージがイメージャXステージに取り付けられた。このステージはイメージャガントリーの上面から底面までの動きを制御した。プラットフォームがZステージに取り付けられた。このプラットフォームは装置の底面上の機構に一致する機構を、その表面上に有していた（図9）。
ピッチの細かいねじ機構により決定されるイメージャZステージの機械的解像度は5ミクロンであり、他の全てのモータシステムを使って得られる機械的解像度よりも大きい。この差は微細な焦点合わせ調整のためだけでなく反応検定を開始するための高さの微細な制御のためにも必要とされた。これらの機構は以下で詳細に議論される。
装置がメインガントリーロボットにより入力位置に取り上げられた後、バーコード読取り機（Microscan MS1）にかけられた。装置上の1Dバーコードによりロット番号、試験タイプ、および試験パラメータを含む情報が符号化された。読取りの際、制御プログラムが、装置を追跡し分析結果を保持するためのデータ構造で情報を記憶した。
2つのタイプのインキュベーションがこのアナライザで行われた。第1番目が、試料中の細菌の増殖を可能にする35℃での固定温度インキュベーションであった。第2のタイプのインキュベーションが、検定反応のための周囲温度インキュベーションであった。装置のバーコードがスキャンされた後、試料が増殖ウェルの中へ入れられた。メインガントリーロボットが装置をイメージャガントリープラットフォーム（図24）まで移動させた。ガントリーが装置をプラットフォーム上に落とした後、装置上のプランジャキャップ（図9）がイメージャZステージの上面の機構により装置内へと押されるまで、イメージャガントリーは、イメージングプラットフォームを持ち上げることにより装置と相互作用した。プランジャの上に押し下げることにより、液体試料を強制的に、試料入力リザーバから、増殖試薬を凍結乾燥させた増殖チャンバまで移動させた。次に、装置をメインガントリーロボット（図24）によりオンボードの固定温度インキュベーター内に配置した。装置は試料増殖を可能にするために35℃で4時間インキュベーションされた。
インキュベーターは機械加工部品（上面、底面、左面、右面、背面、および前面）から構築された棚を有していた。棚の底面は装置の底面上の機構と一致する機構を含んでいた（図9）。インキュベーターの壁は、該インキュベーターを4つのチャンバに分割する断熱発泡体を使用して構築された。インキュベーターの後壁は、4つのチャンバの前にある4つの機械加工扉と合うように成形された。扉はアクチュエータ（Firgelli L12-50-100-12-I）を使用して開閉された。インキュベーターの加熱は該インキュベーターの外側の上部および底面の間の加熱ストリップ（OMEGA, SRFG-310/10-P）を使用した。次に、これらの加熱ストリップは、任意の露出した外面と同様に、後壁および扉を除き断熱発泡体で覆われた。
増殖インキュベーションが完了した後、検定を開始させた。メインガントリーロボットが装置を増殖インキュベーターから取り外し、イメージャガントリープラットフォーム（図24）まで移動させた。ガントリーがプラットフォームの上に装置を落とした後、イメージャガントリーが、プラットフォームと衝突しうる全てから離してプラットフォームを移動させることにより検定を開始した。片付けられると、装置上のプランジャキャップ（図9）がイメージャZステージの上面にある機構により装置内へと押されるまで、イメージャプラットフォームが持ち上げられた。プランジャへと押し下げることにより、液体試料を強制的に、増殖チャンバから、検定試薬を凍結乾燥させたイメージングチャンバ内へと移動させた。液体がイメージングチャンバに入ったとき、試薬が再水和され、検定反応が始まった。イメージャガントリーがピックアップ位置に戻り、メインガントリーロボットが装置を反応物インキュベーションステーションまで移動させる。このインキュベーションは15分間続き、室温で行われた。
反応物インキュベーターは15段の棚からなるシステムで構築された。個々の棚は、装置の底面上の機構と一致する、表面上の機構を有した。
反応が完了した後、標的の選択が磁気選択により行われた。反応物インキュベーションが完了したら、メインガントリーロボットが棚から磁石ステーション内の2つの同一ネストの一方まで装置を移動させた（図20、24、および25）。磁気選択が5分間行われ、その後メインガントリーが装置をイメージングプラットフォームまで移動させた。図24に示されるように、磁気捕捉ステーションは2つの同一の磁石アセンブリからなっており；それぞれが装置を受け入れるネストを有している。アセンブリは、図20に示されるような希土類の固体タイプ磁石（ネオジム-鉄-ボロンN50 NdFeB、22×22×100mmの棒）を含んでいた。これにより、重複する期間中に磁気選択を2つの装置に対して行うことが可能になった。
磁気選択後、イメージングが行われた。イメージングサブシステム（図23）は、青色光で励起される蛍光信号伝達部分を扱うように設計された。光学系はLED、および帯域通過中心波長475nmの光学フィルタ、および帯域通過中心波長535nmの放出フィルタを有していた。照射構成要素、検出光学系、およびカメラはどれもイメージングアセンブリ内の装置の下に配置された（図15）。
磁気捕捉が完了した後、メインガントリーロボットが磁石ステーションからイメージャガントリーロボット（図24）まで装置を移動させた。イメージャガントリーロボットが距離センサ（Keyence LK-G37）の上方に装置を移動させた。各イメージングウェルまでの距離が測定され、焦点距離が計算された。次に、イメージャガントリーロボットが、各ウェルの8ビットグレースケール画像を取得するCMOSカメラ（Mightex BCN-B013）まで移動した。
各ウェルが10回イメージングされ、分析のためにより高いビットのグレースケール画像をもたらすように合計された。
実施例1に説明されたソフトウェアを使用して画像分析が行われた。分析が完了すると、イメージャガントリーロボットが装置を排出システムに移動させた。次に、装置が押されてプラットフォームから外れバイオハザード廃棄物容器（図25）内に入った。データが分析されると、結果がカートリッジ情報と一緒にコンピュータ上に記憶され、印刷され（Seiko、DPU-30）、LCDタッチスクリーンモニタ（AEI、ALCDP7WVGATS）上に表示された（図25）。
システムは、Ubuntu Linux 2.6を実行する単一の小型ボードコンピュータ（Ampro、RB800R）により制御されるように設計された。構成要素は直接またはコントローラボードを介してコンピュータに接続された。コンピュータに直接接続された構成要素は、モータコントローラ（Galil、DMC-2183-DC24-DIN）、LCDモニタ（AEI、ALCDP7WVGATS）、CMOSカメラ（Mightex、BCN-B013）、距離センサ（Keyence LK-G37）、およびプリンタ（Seiko、DPU-30）を含んでいた。モータコントローラを介して接続された構成要素は、光電センサ（Omron、E3T-SL22）、メインガントリーおよびイメージングガントリーのためのステッパモータ（Arcus、DMAX-KDRV-17）、入力ベイコンベヤのためのステッパモータ（Arcus DMAX-KDRV-23）、およびLED（Lumileds、LXHL-PB09）を含んでいた。
結果
実施例13は方法、およびこのアナライザ上で分析された、装置により得られた結果を説明している。
結論
このアナライザは最小のユーザの相互作用で試料装置を自動的に処理することができる。装置はオンデマンド処理、試料増殖、非拡大イメージング、および一体化された廃棄物処理をサポートするアナライザと相互作用する。このアナライザは、低倍率で標準的CMOSカメラを使用して分析される、信号伝達部分および選択部分に結合した個々の標的の検出を可能にする。
変形形態
アナライザの一変形形態が大容量増殖インキュベーターを含む。そのような大きなインキュベーターは、アナライザが1時間あたり少なくとも40個の装置を処理することを可能にする。設置面積が小さいので、臨床研究所、食品加工、および獣医試験の応用のための理想的な高スループット機械が製造可能である。

Claims (50)

  1. （a）深さ≧2mmを有しかつ最短直線長さ≧1mmの検出区域を含む、イメージングウェルと、
    （b）乾燥形態または液体形態で貯蔵される信号伝達部分と、
    （c）乾燥形態または液体形態で貯蔵される、選択部分または捕捉分子と
    を含むキットであって、
    該信号伝達部分、および選択部分または捕捉分子が標的に特異的に結合し、該捕捉分子が該イメージングウェルに結合し、該検出区域が、該信号伝達部分の信号シグネチャに対応する波長において透明であり、該イメージングウェルがイメージングアナライザとの該イメージングウェルの整列または位置合わせのための機構を含む、キット。
  2. 信号伝達部分へのまたは該信号伝達部分からの光の生成または伝達を妨害する色素をさらに含む、請求項1記載のキット。
  3. 試料中の標的を収集することができるサンプリング装置をさらに含む、請求項1記載のキット。
  4. 溶媒和の後に上にある（overlaying）液体層よりも大きな密度を有するクッションまたは該溶媒和の際に該クッションを生成する乾燥試薬をさらに含む、請求項1記載のキット。
  5. クッションを生成する乾燥試薬が、検出区域と乾燥した信号伝達部分および選択部分との間に、該検出区域と接触して配置される、請求項4記載のキット。
  6. 選択部分が存在する、請求項1記載のキット。
  7. 検出区域を画定する検出面が可視域において透明である、請求項1記載のキット。
  8. 検出面が190nm〜1100nmの間の領域において透明である、請求項1記載のキット。
  9. 検出面が信号シグネチャの波長では非蛍光性である、請求項1記載のキット。
  10. 検出区域の最長直線長さが2cmであり、イメージングウェルの深さが2cm未満である、請求項1記載のキット。
  11. 選択部分が磁性粒子である、請求項1記載のキット。
  12. 信号伝達部分が蛍光粒子である、請求項1記載のキット。
  13. 信号伝達部分が蛍光染料または蛍光発生染料である、請求項1記載のキット。
  14. イメージングウェルが図1、4、5、6、7、8、9、10、11、および12に示すようなものである、請求項1記載のキット。
  15. a. 試料のための入口を含むハウジングと、
    b. 深さ≧2mmを有しかつ最短直線長さ≧1mmの検出区域を含む、イメージングウェルと、
    c. 該イメージングウェルに流体連通された選択部分および/もしくは信号伝達部分のための、または液体形態もしくは乾燥形態で該イメージングウェル内に配置された選択部分および/もしくは信号伝達部分のための、該ハウジング内に配置されたリザーバと、
    d. イメージングアナライザを使った該イメージングウェルの位置決めまたは位置合わせのための機構と
    を含む、潜在的に標的を含む試料を分析するための装置であって、
    該イメージングウェルが該検出区域の外部照射、および/または該イメージングウェルから放出された光の検出を可能にするように該ハウジング内に配置され、該入口が該イメージングウェルに流体連通され、該検出区域が該信号伝達部分の信号シグネチャに対応する波長において透明である、装置。
  16. イメージングウェルに結合しかつ標的に特異的に結合する捕捉分子をさらに含む、請求項15記載の装置。
  17. 検出区域を画定する検出面が、信号シグネチャに対応する波長では非蛍光性である、請求項15記載の装置。
  18. イメージングウェルがハウジングと一体化している、請求項15記載の装置。
  19. イメージングウェルがハウジングから分離できる、請求項15記載の装置。
  20. 入口がサンプリング装置を受け入れる、請求項15記載の装置。
  21. サンプリング装置が試料スワブまたはピペットである、請求項20記載の装置。
  22. ハウジングが多数の装置の垂直積み重ねのための安定装置を含む、請求項15記載の装置。
  23. 試料が入口の中に導入された後に係合させる該入口用のシールをさらに含む、請求項15記載の装置。
  24. シールを係合させることが、入口からイメージングウェルに向けての試料の移動をもたらす、請求項23記載の装置。
  25. シールがプランジャを含む、請求項24記載の装置。
  26. シールを入口に対して可変に移動させることができる、請求項23記載の装置。
  27. シールにねじ山がつけられ、該シールを前記装置の中にねじ込むことが試料の移動をもたらす、請求項26記載の装置。
  28. 入口を介して前記装置の中に導入された試料の容積に関する計器をさらに含む、請求項15記載の装置。
  29. ハウジング内に配置されかつクッションまたは溶媒和の際に該クッションを生成する乾燥試薬を含む、第2のリザーバをさらに含み、該クッションが、該溶媒和の後に上にある液体層よりも大きな密度を有し、該第2のリザーバがイメージングウェルに流体連通された、請求項15記載の装置。
  30. イメージングウェルが、クッションまたは溶媒和の際に該クッションを生成する乾燥試薬をさらに含み、該クッションが、該溶媒和の後に、溶媒和した標的信号伝達部分および選択部分を含む上にある液体層よりも大きな密度を有する、請求項15記載の装置。
  31. ハウジング内に配置されかつ信号伝達部分へのまたは該信号伝達部分からの光の生成または伝達を妨害する色素を含む、第3のリザーバをさらに含み、該第3のリザーバがイメージングウェルに流体連通された、請求項15記載の装置。
  32. 第3のリザーバが、クッションまたは溶媒和の際に該クッションを生成する乾燥試薬をさらに含み、該クッションが、該溶媒和の後に、溶媒和した標的信号伝達部分および選択部分を含む上にある液体層よりも大きな密度を有する、請求項31記載の装置。
  33. イメージングウェルが、信号伝達部分へのまたは該信号伝達部分からの光の生成または伝達を妨害する色素をさらに含む、請求項15記載の装置。
  34. イメージングウェルが、クッションまたは溶媒和の際に該クッションを生成する乾燥試薬をさらに含み、該クッションが、該溶媒和の後に、溶媒和した標的信号伝達部分および選択部分を含む上にある液体層よりも大きな密度を有する、請求項33記載の装置。
  35. ハウジング内に配置されかつ入口、イメージングウェル、およびリザーバに流体連通された試料処理ウェルをさらに含む、請求項15記載の装置。
  36. 試料処理ウェルが、細胞複製を促進または阻害する試薬を含む、請求項35記載の装置。
  37. 試料処理ウェルをイメージングウェルから隔てる弁をさらに含む、請求項35記載の装置。
  38. 入口をイメージングウェルに接続させる、ハウジング内のチャネルをさらに含む、請求項15記載の装置。
  39. 複数のイメージングウェル（a）と、該複数のイメージングウェル中の入口に導入された試料を分割する、ハウジング内のチャネルとをさらに含む、請求項15記載の装置。
  40. 前記装置内の液体流の結果として該装置から気体が出ることを可能にする、ハウジング内の孔をさらに含む、請求項15記載の装置。
  41. 試料が毛管現象により入口からイメージングウェルへと移動する、請求項15記載の装置。
  42. リザーバ（c）が、もろいシールによりイメージングウェルから隔てられている、請求項15記載の装置。
  43. サンプリング装置をさらに含む、請求項15記載の装置。
  44. サンプリング装置が入口に流体連通されている、請求項43記載の装置。
  45. サンプリング装置がランセットである、請求項43記載の装置。
  46. 入口をイメージングウェルから隔てるフィルタをさらに含み、該フィルタが標的を選択的に通過させる、請求項15記載の装置。
  47. 入口からイメージングウェルに向けて流体を注入する（pump）流体ポンプとの接続のための、ハウジング内のインタフェースをさらに含む、請求項15記載の装置。
  48. 試料の容積が1μL〜1mLである、請求項15記載の装置。
  49. イメージングウェルの容積が10μL〜1mLである、請求項15記載の装置。
  50. 図1、4、5、6、7、8、9、10、11、および12に示すような、請求項15記載の装置。
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