JP2012523229A - 分析のための細胞を含む流体の薄層の調製 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の一部の実施形態はマイクロ流体チャンバのアレイの形で分析領域を持つ。これは一定の全面積に対してより多くのスペーサーを可能にし、従って特定の高さを維持することを助けることができる。これらのチャンバは高速充填を可能にするように入口チャネルによって並列に結合されることができる。単一サンプリングポートは、流体サンプルの容易な流入を可能にするために入口チャネルに流体接続されて配置されることができる。通気チャネルもまた配置される。チャネルは並行して多くのチャネルのより速い充填を可能にするように互いにかみ合ったパターンであることができる。場合によっては分析領域のアレイに向かうサンプルの毛細管流動のための互いにかみ合った指のセットが存在する。充填は好適には毛細管現象による。本発明の実施形態において、毛細管現象による充填は、例えば標準温度及び圧力におけるPBSなどの標準水溶液による、又は随意に標準温度及び圧力における純水による毛細管充填によって規定されることができる。PBSは塩化ナトリウム、リン酸ナトリウム、及び(一部の処方では)塩化カリウムとリン酸カリウムを含む、塩を含む緩衝液である。溶液の浸透圧とイオン濃度は通常は人体と一致する。PBSを作る1つの方法は、800g NaCl、20g KCl、144g Na2HPO4・12H2O及び24g KH2PO4を8Lの蒸留水に溶かし、10Lまでつぎ足すことを含む。pHは約6.8であるが、1xPBSに希釈されると7.4に変わるはずである。希釈により、得られる1xPBSは137mM NaCl、10mMリン酸塩、2.7mM KClの終濃度、及び7.4のpHを持つはずである。別の調製はSambrook,Fritsch and Maniatis,(1989)in Molecular Cloning:A Laboratory Manual,2nd ed.,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,New York,volume 3,appendix B.12によって記載されている:800mlの蒸留水に8gのNaCl、0.2gのKCl、1.44gのNa2HPO4・12H2O及び0.24gのKH2PO4を溶かす。HClでpHを7.4に調整し、1リットルまでH2Oを加える。
チャネルを規定する基板表面は少なくとも3つの異なるレベルを持つことができる:(i)流体サンプルに対する入口チャネルのレベル、(ii)分析領域のレベル、及び(iii)分析領域間のスペーサーに対する密封領域。
構造化される基板は射出成形又は他の複製技術によって製造されることができる。鋳型として必要な原型構造はフォトリソグラフィ、電気めっき、及び/又はエッチングを用いて製造されることができる。1つの適切な方法は2つのリソグラフィマスクを要する。第1のものは分析領域用のパターンを含む。第2のステップにおいて、基板(例えばシリカ)の選択的エッチングのためのレジストパターンを作るために入口及び通気チャネルのチャネル構造をあらわすマスクが使用される。エッチング後、エッチレジストははがされ、分析領域上の感光性樹脂が基板上に残る。このようにして3つのレベルが基板上に作られることができる。代替的な方法はSU‐8などの多層レジストを使用することである。この基板は例えば光ディスク製造(例えばDVD、CD‐ROMディスク)において定着した方法で電気めっきによって例えばNiシムなどの金属へ複製されることができる。金属、例えばNiシムは鋳造によるプラスチックでの複製のための鋳型への挿入物として使用される。複製法は原型を用いる複製法によって下部又は基板を製造し、その後例えば溶接、超音波溶接、レーザー溶接、接着、熱接合などの任意の適切な方法によってカバー層を取り付けることを含むことができる。
図4は上記装置を含む分析システムを示す。マイクロ流体工学部品130が図の下半分に示され、ソフトウェア50及び計算ハードウェア60が上半分に示される。マイクロ流体工学部品は取り外し可能なカートリッジの形であることができ、又はそれらが使用の合間に洗浄されることができる場合はシステムに組み込まれることができる。このシステムは少なくとも、分岐入口チャネル及び分析チャンバ110への流入を制御するためのサンプルチャンバ70を持つ。必要であれば弁80又はポンプなどのアクチュエータといった任意項目が設けられ得るが、分析チャンバへの流体の流入は好適には毛細管現象による。用途に応じて、任意の他のステージ120が分析領域の出口チャネルの後に含まれることができる。要望通り多くの評価を並行して行うために多くの分析領域が存在することができる。1つ以上の評価がなされることができ、例えば複数のチャンバが1つの評価専用であってもよく、全チャンバが1つの評価専用であってもよく、又は多くの評価が並行してなされることができる。適切な反応物質、例えば適切な染料が分析チャンバに予め設置され得る。光学検出器100は分析チャンバを観察し、典型的には表示画面55を通してユーザに提示するために、サンプルの特性を決定する画像の解析のためのソフトウェア50における部分40へ画像信号を与える。
本発明にかかる装置が本発明の実施例において記載される。装置は55mmの長さを持つ1つの入口チャネルと、このチャネル沿いに55mmの幅と4mmの長さの2つの分析チャンバを有することができる。第2の想定されるさらに小型の方法は、28mmの長さの2つ又は3つの入口チャネルと4つの分析チャンバを持つことである。各チャンバは28mm幅の入口を持ち、4mmの長さである。充填時間は入口チャネルの充填特性と、入口チャネルに血液を供給しているチャネルの長さに依存する。こうした大きな入口幅とたった4mmの長さを持つ分析チャンバは、非常に速く、数秒未満で充填する。1mm幅、28mm長の入口チャネルと隙間18マイクロメートルを、毛細管力と30mmの供給チャネルのみで充填するための所要時間は13秒であり、これは1分未満の充填時間の要件を満たす。全入口チャネルを可能な限り小さくすることは、指の刺し傷から必要な総血液量を最小限にするので、最も有用である。
応用は、マラリア診断、HIV、HCV、FBCなどの少なくとも細胞に基づく診断を含むことができる。細胞に基づくとは、細胞が流体サンプル内にあることを意味する。しかしながら、本発明の実施形態の方法のいずれに対しても、診断法は診断法の一部として細胞の様子を特定することに限定されない。例えば赤血球はDNA又はRNAを含まないので、血液サンプル中でDNA又はRNAのいずれかを検出することは、DNA又はRNAの検出が血液サンプル中に異物が存在し得ることを示すので、本発明にかかる診断検査である。装置は高速分散試験のためのカートリッジの形であることができる。装置はバイオセンサー、又は任意の他の種類の医用診断装置の一部を成すことができる。他の応用、変更及び追加が請求項の範囲内で構想されることができる。
Claims (15)
- 細胞を含む流体の層を作るための装置であって、各層は分析のための細胞の単層を持ち、前記装置は分析チャンバの二次元アレイと、前記分析チャンバが並行して充填されることができるように前記アレイ内の前記分析チャンバの各々に結合した入口チャネルの分岐パターンとを持ち、前記分析チャンバは各々、前記細胞を含む流体の層を作るために前記入口チャネルより低い高さを持つ実質的に平面形状を持ち、各層は前記チャンバが前記流体サンプルで充填されるときに細胞の単層を持つ、装置。
- 前記入口チャンバと前記分析チャンバの間に追加区域をさらに有し、当該区域の高さが前記入口チャンバより低く前記分析チャンバより高い、請求項1に記載の装置。
- 前記追加区域の高さが6ミクロン以下である、請求項2に記載の装置。
- 前記分析チャンバのアレイに結合した出口チャネルのパターンを持つ請求項1又は2に記載の装置。
- 前記出口チャネルを通る液体の流れを止めるがガスは通過させる液体止めをさらに有する、請求項3に記載の装置。
- 前記入口チャネルと前記出口チャネルのパターンが各々櫛状パターンを有し、前記櫛状パターンの指が互いにかみ合い、前記分析チャンバが前記櫛状パターンの互いにかみ合った指の間に配置される、請求項3又は4に記載の装置。
- 前記分析チャンバの各々の総面積が100乃至2000mm2であり、及び/又は前記分析チャンバの高さが1乃至10μmである、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の装置。
- 前記入口チャネルが10‐200μmの深さと50‐1000μmの幅を持つ、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の装置。
- 分析のために、各層が細胞の単層を持つ、細胞を含む流体の層を調製する方法であって、分析チャンバの二次元アレイと、前記分析チャンバが並行して充填されることができるように前記アレイ内の前記分析チャンバの各々に結合した入口チャネルの分岐パターンとを持つ装置を使用し、前記分析チャンバが各々、前記細胞を含む流体の層を作るために前記入口チャネルより低い高さを持つ実質的に平面形状を持ち、前記チャンバが前記流体サンプルで充填されるときに各層が細胞の単層を持ち、前記方法は、前記流体サンプルを供給するステップと、前記流体サンプルに前記分析チャンバを充填させるために当該流体サンプルを前記入口チャネルのパターンに供給するステップとを持つ、方法。
- 分析のために、各層が細胞の単層を持つ、細胞を含む流体の層を作るための装置を製造する方法であって、前記方法は、分析チャンバの二次元アレイを形成するステップと、前記分析チャンバが並行して充填されることができるように前記アレイ内の前記分析チャンバの各々に結合した入口チャネルの分岐パターンを形成するステップとを持ち、前記分析チャンバが前記入口チャネルより低い高さを持つ実質的に平面形状を持つように形成される、方法。
- 各層が細胞の単層を持つ、細胞を含む流体の層を分析するための光学検出器と、各層が細胞の単層を持つ前記細胞を含む流体の層を作るための装置とを有する分析システムであって、前記装置は分析チャンバの二次元アレイと、前記分析チャンバが並行して充填されることができるように前記分析チャンバの各々に結合した入口チャネルの分岐パターンとを持ち、前記分析チャンバが各々前記細胞を含む流体の層を作るために前記入口チャネルより低い高さを持つ実質的に平面形状を持ち、前記チャンバが前記流体サンプルで充填されるときに各層が細胞の単層を持つ、分析システム。
- 前記分析チャンバのアレイに結合した出口チャネルのパターンを持つ、請求項11に記載のシステム。
- 前記入口チャネルと前記出口チャネルのパターンが各々櫛状パターンを有し、前記櫛状パターンの指が互いにかみ合い、前記分析チャンバが前記櫛状パターンの互いにかみ合った指の間に配置される、請求項12に記載のシステム。
- 前記分析チャンバの各々の面積が0.02乃至1mm2であり、及び/又は前記分析チャンバの高さが1乃至10μmであり、及び/又は前記入口チャネルが10‐200μmの深さと50‐1000μmの幅を持つ、請求項10乃至12のいずれか一項に記載のシステム。
- 細胞を含む流体の層を分析する方法であって、各層が細胞の単層を持ち、分析チャンバの二次元アレイと、前記分析チャンバが並行して充填されることができるように前記アレイ内の前記分析チャンバの各々に結合した入口チャネルの分岐パターンとを持つ装置を用いて調製され、前記分析チャンバが各々前記細胞を含む流体の層を作るために前記入口チャネルより低い高さを持つ実質的に平面形状を持ち、前記チャンバが前記流体サンプルで充填されるときに各層が細胞の単層を持ち、前記方法は、光学検出器を設けるステップと、前記光学検出器を用いて、前記分析チャンバにおいて、各層が細胞の単層を持つ前記細胞を含む流体の層を分析するステップと持つ、方法。
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