JP2016527511A - 流体カートリッジおよび液体サンプルの処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
1.1概説
以下に記載される例示的カートリッジは、カートリッジの中に導入されるサンプルの検査を実行するために1回限り使用の使い捨て型カートリッジであることが意図される。例示的カートリッジは適切な規模のチャネル(以下で詳しく述べる)を備えた流体カートリッジである。しかし本発明は微小流体装置、またはLOCで実行されてもよい。一旦検査が行われると、カートリッジは捨てられることが好ましい。しかし必要に応じてカートリッジを再度使用できるようにカートリッジは再処理に出されてもよい。
例示的流体カートリッジの構成要素の構造および配置を詳しく説明する前に、図1に示された概略図を参照して高レベルの例示的カートリッジの配置を記載することが有益である。
1.3.1例示的カートリッジの概要および外形的特徴
例示的カートリッジが図2に示されている。上に記載されたように、読取機は複数の界面を通してカートリッジと相互作用する。例示的カートリッジ100内に示された界面は、空気圧式界面101、電気的界面102、バイパス弁界面103、および遮断弁界面104である。これらの各界面については次により詳細に記載する。好ましい実装形態に依存してより多いまたはより少ない界面を提供できることが理解されよう。
図2に示された例示的カートリッジ100は、次に記載する様々な構成要素から形成される。図3は、図2の例示的カートリッジ100の分解図を示す。カートリッジ100は、上から下へ、筐体111、ブリスタ・サブアセンブリ112、空気圧箔113、空気圧層114、流体層115および流体箔116を備える。また図3には1つの電極層117、2つのフィルタ118および複数の吸収パッド119も示されており、これらについては以下により詳細に記載する。
図4は筐体111をより詳細に示す。示されたように、筐体111は、概ね矩形の上面120およびそこから4つの側面(図4ではそのうち2つが見える)すべてから下がる壁121を備える。筐体111の主な目的は、カートリッジのある特定の構成要素、中でも注目すべきはブリスタ・サブアセンブリ112および遮断弁界面104を保護することである。したがって筐体111は空気圧層114および流体層115より短いので、カートリッジ100を組み立てるときに筐体111はそれらの層の一部のみを覆うことに留意されよう。例示的カートリッジ100では、空気圧式界面101、電気的界面102、およびバイパス弁界面103は、読取機が容易に接近できるように筐体111によって覆われていない。
図5はブリスタ・サブアセンブリ112をより詳細に示す。ブリスタ・サブアセンブリ112は個別に製造されてもよく、その間ブリスタは好ましい検査を行うために必要な液体試薬で予め満たされ、実質的に空気圧箔113に接着される。
図6Aおよび図6Bは空気圧層114をより詳細に示す。図6Aは空気圧層の上面図であり、図6Bは底面図である。空気圧層114は剛性プラスチック層135から構成され、場所によってプラスチック層135は、カートリッジを組み立てるときにある特定の構成要素を形成するために複数の可撓性膜で外側被覆される。可撓性膜は熱可塑性エラストマから製造される。
図7は空気圧箔113をより詳細に示す。上に説明したように、空気圧箔113は空気圧層114の上面に接着され、それによってその中に形成されたチャネル、チャンバ、弁、ポンプ、ベローズおよび他の構成要素を流体封止する。したがってほとんどの場合、空気圧箔113は、有効な封止を提供するように概ね矩形の平箔シートである。好都合なことに、空気圧箔113は、空気圧層114を通って移動する試薬に反応しないように不活性である。
図8Aおよび8Bは流体層115をより詳細に示す。図8Aは空気圧層の上面図であり、図8Bは底面図である。流体層115は剛性プラスチック層160から構成される。先に説明したように、流体層115(図示せず)の上面は空気圧層113の底面(図5B参照)に接着されるので、空気圧層と流体層の組み合わせによって形成された様々なチャネル、チャンバ、弁、ポンプ、ベローズおよび他の構成要素が位置合わせされる。
ポート1:ベローズ
ポート2:上流ベローズ弁
第1および第2の増幅チャンバ入口弁
第1および第2の増幅チャンバ出口弁
ポート3:下流ベローズ弁
ポート4:洗浄緩衝液入口弁
ポート5:洗浄緩衝液空気入口
ポート6:洗浄緩衝液空気入口弁
溶出緩衝液空気入口弁
ポート7:溶出緩衝液空気入口
ポート8:溶出緩衝液入口弁
ポート9:基準圧力線
ポート10:溶出チャンバ弁
ポート11:廃液チャンバ弁
図9は流体箔116をより詳細に示す。上に説明したように、流体箔116は流体層115の下面に接着され、それによってその中に形成されたチャネル、チャンバ、弁、ポンプ、ベローズおよび他の構成要素を流体封止する。したがってほとんどの場合、流体箔116は、有効な封止を提供するように概ね矩形の平箔シートである。好都合なことに、流体箔116は、空気圧層内で動く試薬に反応しないように不活性である。
最後に図10は電極層117をより詳細に示す。上に説明したように、電極層117は流体層115に接着される。電極層117は4組の検出電極166a〜166dを備える。各組の検出電極166a〜166dは、カートリッジをその中に挿入したときに読取機内の対応する電気接点と結合する第1〜第3の電気接点168a〜168dを備える。好ましくは、電気接点は電気接続を最適化するために銀から作成される。好ましくは、塩化銀で被覆された銀である電極を使用して最適なガルバニック挙動を確実にする。
1.4.1正面端部
上に記載したように、流体サンプル(尿サンプルなど)はピペットを使用してサンプル混合チャンバ10の中に導入される。サンプルの一部は、サンプルがサンプル混合チャンバの中に存在することを示すためにサンプル表示器12に移動する。
次いでベローズ20およびその弁22a、22bが作動を開始して、液体サンプルを溶出チャンバ46から汲み上げて遮断弁59を通し、混合チャネル52を通して増幅チャンバ56a、56bの中に入れるか、あるいはサンプルは空気を使用して洗浄緩衝液空気入口および/または溶出緩衝液空気入口から増幅チャンバの中に洗い流される。核酸増幅チャンバ56a〜56d内で対象の核酸(存在する場合)は、対象の核酸が検出可能なレベルで存在するように増幅される。また制御核酸も、制御核酸が検出可能なレベルで存在するように増幅される。上述のように、あらゆる核酸増幅方法を使用してもよい。PCRを使用する場合、プライマーは、特に対象の核酸に交雑し、Taqポリメラーゼなどの耐熱性ポリメラーゼによりdNTPを介して各プライマーの3‘末端に拡張される。あらゆる過剰の液体サンプルは流体通路からバイパスチャネル68を通って取り除かれてもよい。
以下の章では図18〜図25を参照して本発明をより詳細に説明する。本発明は上に記載した流体カートリッジ、具体的にはベローズ20と捕捉カラム24との間で主チャネルの一部に実装されてもよく、そこで複数の流体が分岐チャネルから主チャネルの中に導入される。本発明は主チャネルおよび単に単一分岐チャネルで実行されてもよいが、好ましい実装形態に依存してあらゆる数の分岐チャネルが提供されてもよい。
i.(ポートB902に結合された)第1の分岐チャネル内の弁B101cの弁チャンバ
ii.(ポートB903に結合された)第2の分岐チャネル内の弁B102cの弁チャンバ
iii.第1の分岐チャネルB101b内の気体入口弁の弁チャンバ、および(ポートB901に結合された)第2の分岐チャネルB102b内の気体入口弁の弁チャンバ
以下は、請求できる、上に記載された例示的カートリッジの単離された態様の非網羅的一覧である。これらの態様は図11〜図15を参照して記載されている。これも請求できる、上記の例示的カートリッジのさらなる態様が存在することを除外するものではなく、本章に含まれる。
次に流体カートリッジ内の弁の好都合な配置について記載し、これは単離された発明の態様を形成してもよい。
第1および第2の通路のそれぞれに連結された第1および第2の開口を有する弁空洞部と、
第1の通路と第2の通路との間の流体流れを防ぐために可撓性膜が第1および第2の開口を封止する閉位置と、第1の通路と第2の通路との間を流体が流れることができるために可撓性膜が第1および第2の開口から離間された開位置との間を移動可能な可撓性膜とを備え、
弁空洞部は屋根および床を備え、床は第1および第2の開口を備え、
可撓性膜と弁空洞部の屋根との間の当接部であって、当接部はその開位置において膜の移動を制限する、当接部をさらに備える。
次に流体カートリッジ内の弁の好都合な配置について記載し、これは単離された発明の態様を形成してもよい。
第1および第2の通路のそれぞれに連結された第1および第2の開口を有する弁空洞部と、
第1の通路と第2の通路との間の流体流れを防ぐために可撓性膜が第1および第2の開口を封止する閉位置と、第1の通路と第2の通路との間を流体が流れることができるために可撓性膜が第1および第2の開口から離間された開位置との間を移動可能な弁空洞部内の可撓性膜とを備え、
弁は、可撓性膜が閉位置から開位置に移動するために第1の通路内に必要な圧力が、可撓性膜が閉位置から開位置に移動するために第2の通路内に必要な圧力より高いように構成される。
次に流体カートリッジ内の入口ポートの好都合な配置について記載し、これは単離された発明の態様を形成してもよい。
液体サンプルをサンプル混合チャンバの中に導入するためのサンプル入口孔と、
入口孔を包囲しサンプル混合チャンバの中に延在するケージであって、ケージは、サンプル入口を通って導入されたサンプル供給装置が終端になるように半径方向内方に延在する1つまたは複数の突起部をさらに備える、ケージとを備える、サンプル混合チャンバを有する。
次に流体カートリッジ上の核酸増幅チャンバに対する熱絶縁ポケットの好都合な配置について記載し、これは単離された発明の態様を形成してもよい。
次に流体カートリッジ内の濾過装置(好ましくは「捕捉カラム」)のための好都合な配置について記載し、これは単離された発明の態様を形成してもよい。
上流部および下流部と、
その中にフィルタが配置される上流部と下流部との間の捕捉部とをさらに備え、
捕捉部の直径は上流部および下流部の直径より大きい。
次に流体カートリッジ内の廃液チャンバのための好都合な配置について記載し、これは単離された発明の態様を形成してもよい。
チャネルに結合され、廃液チャンバの底面から延在し、流体をチャネルからチャンバの中に移動させるために、底面上に挙上された開口を有する、管と、
廃液チャンバから大気へ通気するように構成された廃液チャンバ内の通気孔とを備える。
Claims (31)
- 液体サンプルを処理するための流体カートリッジであって、
それを通って前記液体サンプルを上流端部から下流端部に移動させるための主チャネルと、
前記液体サンプルが1つまたは複数の分岐チャネルの下流を通過後、液体および気体を前記主チャネルの中に導入するために、前記主チャネルに接合する前記1つまたは複数の分岐チャネルとを備え、前記1つまたは複数の分岐チャネルは第1の分岐チャネルを含み、前記第1の分岐チャネルは、
気体を前記第1の分岐チャネルの中に導入するための気体入口と、
液体を前記第1の分岐チャネルの中に導入するための液体入口と、
弁により前記第1の分岐チャネル内の液体および気体が前記主チャネルの中に移動するのを防ぐ閉位置と、前記弁により前記第1の分岐チャネル内の液体および気体が前記主チャネルの中に移動できる開位置との間を動くように構成された前記弁とを備える、流体カートリッジ。 - 前記1つまたは複数の分岐チャネルは、前記第1の分岐チャネルの下流で前記主チャネルに接合する第2の分岐チャネルをさらに備え、前記第2の分岐チャネルは、
気体を前記第2の分岐チャネルの中に導入するための気体入口と、
液体を前記第2の分岐チャネルの中に導入するための液体入口と、
弁により前記第2の分岐チャネル内の液体および気体が前記主チャネルの中に移動するのを防ぐ閉位置と、前記弁により前記第2の分岐チャネル内の液体および気体が前記主チャネルの中に移動できる開位置との間を動くように構成された前記弁とを備える、請求項1に記載の流体カートリッジ。 - 前記1つまたは複数の分岐チャネル上の前記または各気体入口は、液体および気体が前記分岐チャネルから前記気体入口を通って流れるのを防ぐ気体入口弁を備える、請求項1または2のいずれか1項に記載の流体カートリッジ。
- 前記1つまたは複数の分岐チャネル内の前記または各弁は前記主チャネルから離間され、それによって前記弁と前記主チャネルとの間で前記分岐チャネル内にデッドレッグを形成する、請求項1または2に記載の流体カートリッジ。
- 前記1つまたは複数の分岐チャネル内の前記または各弁は、前記分岐チャネルと前記主チャネルとの間の接合部に配置される、請求項1または2に記載の流体カートリッジ。
- 前記または各気体入口は、前記または各液体入口より前記分岐チャネルの前記主チャネルとの前記接合部から離れて配置される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の流体カートリッジ。
- 前記または各気体入口弁は、前記または各液体入口より前記分岐チャネルの前記主チャネルとの前記接合部から離れて配置され、前記または各気体入口は、前記または各気体入口弁より前記分岐チャネルの前記主チャネルとの前記接合部から離れて配置される、請求項3に記載の流体カートリッジ。
- 前記1つまたは複数の分岐チャネル上の前記または各液体入口は、液体チャンバに結合される、請求項1〜7のいずれか1項に記載の流体カートリッジ。
- 前記または各液体チャンバは、折畳式ブリスタが折り畳まれたときにその中に含有された液体が前記液体入口を通って前記分岐チャネルの中に放出され、また前記液体サンプルが前記1つまたは複数の分岐チャネルの下流を通過後に前記液体を前記主チャネルの中に導入するために、前記主チャネルの中に放出されるように適合された、前記折畳式ブリスタである、請求項8に記載の流体カートリッジ。
- 前記または各液体チャンバは、試薬または溶解緩衝液、洗浄緩衝液もしくは溶出緩衝液などの緩衝液を含有する、請求項8または9に記載の流体カートリッジ。
- 前記第1の分岐チャネル内の前記液体入口に結合された前記液体チャンバは洗浄緩衝液を含有し、前記第2の分岐チャネル内の前記液体入口に結合された前記液体チャンバは溶出緩衝液を含有する、請求項2またはこれに従属するいずれか1項に従属する場合の請求項8〜10のいずれか1項に記載の流体カートリッジ。
- 陽圧および/またはゲージ圧の源に連結するために空気圧式界面をさらに備え、前記空気圧式界面は複数のポートを備え、前記1つまたは複数の分岐チャネル内の前記もしくは各弁または気体入口弁は、前記もしくは各弁または気体入口弁が陽圧および/またはゲージ圧の前記源によって作動できるように、前記空気圧式界面内の少なくとも1つのポートに結合された空気圧作動式弁である、請求項1〜11のいずれか1項に記載の流体カートリッジ。
- 前記第1および第2の分岐チャネルのそれぞれにおける前記第1および第2の気体入口弁は、前記空気圧式界面内の同一ポートに結合されるので、前記第1および第2の気体入口弁は同時に作動され得る、請求項2に従属する場合の請求項12に記載の流体カートリッジ。
- 前記1つまたは複数の分岐チャネル上の前記または各気体入口は、気体供給部に連結するために前記空気圧式界面に結合される、請求項1〜13のいずれか1項に記載の流体カートリッジ。
- 前記1つまたは複数の分岐チャネル上の前記または各気体入口は、気体が前記気体入口を通過して前記分岐チャネルの中に移動するように、また前記液体サンプルが前記1つまたは複数の分岐チャネルの下流を通過した後、前記気体を前記主チャネルの中に導入するために、主チャネルの中に移動するように、気体供給部に連結するための前記空気圧式界面に結合される、請求項14に記載の流体カートリッジ。
- 前記または各空気圧作動式弁は、前記分岐チャネルに連結された第1および第2の開口を有する弁チャンバと、
流体が前記分岐チャネルを通って流れるのを防ぐために、可撓性膜が前記第1および第2の開口を封止する閉位置と、流体が前記分岐チャネルを通って流れることができるために、前記可撓性膜が前記第1および第2の開口から離間される開位置との間で移動可能な前記可撓性膜とを備える、請求項12に記載の流体カートリッジ。 - 前記または各弁は、前記弁チャンバ内に開口を有する流体通路をさらに備え、前記開口は前記可撓性膜により前記第1および第2の開口から分離され、前記流体通路は、前記可撓性膜が前記開位置と前記閉位置との間を動くように陽圧またはゲージ圧を前記弁チャンバ内に加えるために前記空気圧式界面内のポートに結合される、請求項10に従属する場合の請求項16に記載の流体カートリッジ。
- 前記空気圧式界面は第1〜第3のポートを備え、前記第1〜第3のポートはそれぞれ、
i.前記第1の分岐チャネル内の前記弁と、
ii.前記第2の分岐チャネル内の前記弁と、
iii.前記第1の分岐チャネル内の前記気体入口弁および前記第2の分岐チャネル内の前記気体入口弁に結合されるので、
前記それぞれの弁は、前記それぞれのポートを通って作用する陽圧および/またはゲージ圧の前記源によって作動できる、請求項2またはこれに従属するいずれか1項に従属する場合の請求項12〜17のいずれか1項に記載の流体カートリッジ。 - 流体カートリッジ内の液体サンプルの処理方法であって、前記カートリッジは、主チャネル、ならびに気体入口、液体入口および弁を備える第1の分岐チャネルを含む、前記主チャネルに接合する1つまたは複数の分岐チャネルを備え、
a)液体サンプルを前記主チャネルに移動させることと、
b)気体を前記気体入口に供給することと、
c)前記第1の分岐チャネル上の前記弁を開くこと、および前記第1の分岐チャネル内のあらゆる残留液体サンプルを排出させるために、気体を前記気体入口から前記第1の分岐チャネルを通って前記主チャネルの中に移動させることと、
d)気体の前記供給を停止することと、
e)液体を前記液体入口から前記第1の分岐チャネルを通って前記主チャネルの中に移動させることと、
f)気体を前記気体入口に供給することと、
g)前記第1の分岐チャネルからあらゆる残留液体を排出させるために、気体を前記気体入口から前記第1の分岐チャネルを通って前記主チャネルの中に移動させることとを含む、方法。 - 前記流体カートリッジは、前記第1の分岐チャネル上に気体入口弁をさらに備え、気体を前記気体入口に供給するステップ(b)および(f)は、前記気体入口弁を開くことをさらに含み、気体の前記供給を停止するステップ(d)は、気体の前記供給を停止する前に前記気体入口弁を閉じることをさらに含む、請求項19に記載の方法。
- 流体カートリッジ内の液体サンプルの処理方法であって、前記カートリッジは、上流端部および下流端部を有する主チャネル、ならびに第1の分岐チャネルおよび前記第1の分岐チャネルの下流の第2の分岐チャネルを含む、前記主チャネルに接合する1つまたは複数の分岐チャネルを備え、各分岐チャネルは気体入口、気体入口弁、液体入口および弁を備え、
a)液体サンプルを前記主チャネルに移動させることと、
b)気体を前記第1の分岐チャネル上の前記気体入口および前記第2の分岐チャネル上の前記気体入口に供給することと、
c)前記第1および第2の分岐チャネル上の前記弁および前記気体入口弁を開くこと、ならびに前記第1および第2の分岐チャネル内のあらゆる残留液体サンプルを排出させるために、気体を前記第1および第2の分岐チャネル上の前記気体入口から前記第1および第2の分岐チャネルを通って前記主チャネルの中に移動させることと、
d)前記第2の分岐チャネル上の前記弁および前記気体入口弁ならびに前記第1の分岐チャネル上の前記気体入口弁を閉じることと、
e)前記第1の分岐チャネル上の前記気体入口および前記第2の分岐チャネル上の前記気体入口への気体の前記供給を停止することと、
f)液体を前記第1の分岐チャネル上の前記液体入口から前記第1の分岐チャネルを通って前記主チャネルの中に移動させることと、
g)気体を前記第1の分岐チャネル上の前記気体入口および前記第2の分岐チャネル上の前記気体入口に供給することと、
h)前記第2の分岐チャネル上の前記弁および前記気体入口弁ならびに前記第1の分岐チャネル上の前記気体入口弁を開くこと、ならびに前記第1および第2の分岐チャネル内のあらゆる残留液体を排出させるために、気体を前記第1および第2の分岐チャネル上の前記気体入口から前記第1および第2の分岐チャネルを通って前記主チャネルの中に移動させることと、
i)前記第1の分岐チャネル上の前記弁および前記気体入口弁ならびに前記第2の分岐チャネル上の前記気体入口弁を閉じることと、
j)前記第1の分岐チャネル上の前記気体入口および前記第2の分岐チャネル上の前記気体入口への気体の前記供給を停止することと、
k)液体を前記第2の分岐チャネル上の前記液体入口から前記第2の分岐チャネルを通って前記主チャネルの中に移動させることと、
l)気体を前記第2の分岐チャネル上の前記気体入口に供給すること、および前記第2の分岐チャネル上の前記気体入口弁を開くことと、
m)前記第2の分岐チャネル内のあらゆる残留液体を排出させるために、気体を前記第2の分岐チャネル上の前記気体入口から前記第2の分岐チャネルを通って前記主チャネルの中に移動させることとを含む、方法。 - ステップ(l)および(m)は、気体を前記第1の分岐チャネル上の前記気体入口に供給すること、および前記第1の分岐チャネル上の前記気体入口弁を開くこと、および前記第1の分岐チャネル内のあらゆる残留液体を排出させるために、気体を前記第1の分岐チャネル上の前記気体入口から前記第1の分岐チャネルを通って前記主チャネルの中に移動させることをさらに含む、請求項21に記載の方法。
- 前記流体カートリッジは陽圧の源に連結するために空気圧式界面をさらに備え、前記1つまたは複数の分岐チャネル上の前記または各気体入口は、前記気体供給部に連結するために前記空気圧式界面に結合され、気体を前記気体入口から移動させる1つまたは複数の前記ステップは、気体を陽気体圧の前記供給部から前記分岐チャネルの中に移動させることを含む、請求項1〜22のいずれか1項に記載の方法。
- 気体を前記1つまたは複数の分岐チャネル上の前記気体入口から前記主チャネルの中に移動させる1つまたは複数の前記ステップは、前記残留液体サンプルおよび/または残留液体を前記主チャネルから除去することをさらに含む、請求項19〜23のいずれか1項に記載の方法。
- 前記1つまたは複数の分岐チャネル上の前記または各液体入口は液体チャンバに結合され、液体を前記液体入口から移動させる1つまたは複数の前記ステップは、前記液体を前記液体チャンバから前記分岐チャネルの中に放出することを含む、請求項19〜23のいずれか1項に記載の方法。
- 前記または各液体チャンバは折畳式ブリスタであり、液体が前記液体入口から移動する1つまたは複数の前記ステップは、前記折畳式ブリスタを折り畳むこと、およびそれによって液体含有物が前記液体入口を通り前記分岐チャネルの中および前記主チャネルの中に放出することを含む、請求項25に記載の方法。
- 液体を前記第1の分岐チャネル上の前記液体入口から移動させる前記ステップは、洗浄緩衝液を前記液体チャンバから前記液体入口を通って前記第1の分岐チャネルの中および前記主チャネルの中に放出することを含み、液体を前記第2の分岐チャネル上の前記液体入口から移動させる前記ステップは、溶出緩衝液を前記液体チャンバから前記液体入口を通って前記第2の分岐チャネルの中および前記主チャネルの中に放出することを含む、請求項21またはこれに従属するいずれか1項に従属する場合の請求項25または26に記載の方法。
- ポリプロピレンを備える、請求項1〜27のいずれか1項に記載の流体カートリッジ。
- 前記主チャネルおよび前記1つまたは複数の分岐チャネルは、前記流体カートリッジの流体層内に形成され、前記流体層はポリプロピレンを備える、請求項1〜28のいずれか1項に記載の流体カートリッジ。
- 前記流体通路および弁チャンバは前記流体カートリッジの空気圧層内に形成され、前記空気圧層はポリプロピレンを備える、請求項17またはこれに従属するいずれか1項に記載の流体カートリッジ。
- 前記可撓性膜は熱可塑性エラストマを備える、請求項16またはこれに従属するいずれか1項に記載の流体カートリッジ。
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