JP2019109244A - 自動化された試料処理、流体分配、及び沈降検定 - Google Patents

Abstract

【課題】診断を目的とした試料の流体処理、懸濁した粒子状物質の沈降又は遠心分離ペレット化、及び試料のペレット化断片の検討による検体の定量化方法を提供する。【解決手段】回転の中心４１を有し、且つ、試料中において懸濁した粒子又は細胞の沈降を生成するべく回転するように構成されたカートリッジ３１であって、試料を保持するように構成された受取空洞３３であって、受取空洞内への試料の進入を許容するように構成された試料進入孔を有する受取空洞と、受取空洞の場所との関係においてカートリッジの回転の中心から離れるように配置された第２空洞とを有する、カートリッジと、受取空洞及び第２空洞を接続する通路であって、受取空洞の断面積よりも小さな断面積を有する通路と、を有し、カートリッジは、粒子又は細胞の沈降のためにカートリッジの回転の際に試料を受取空洞から第２空洞に転送するように構成されている、装置。【選択図】図４

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年２月７日付けで出願された米国仮特許出願第６１／７６１，８９１号明細書の利益を主張するものであり、この内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。

本開示は、一般に、診断を目的とした試料の流体処理、懸濁した粒子状物質の沈降又は遠心分離ペレット化、及び試料のペレット化断片の検討による検体の定量化に関する。更に詳しくは、本開示は、食物、土、血液、便、精液、或いは、固体又は粒子状物質を有するその他の試料の分析を含む未加工の生物学的試料の直接的な処理及び化学的な分析に関する。

対象の試料を化学的に分析するべく、免疫学的検定、核酸雑種形成、及び酵素色変化検定を含む様々な技法が使用されている。正確且つ再現可能な計測値を生成するべく、化学的分析に利用される大部分の検定は、特定の環境及び化学的条件を必要としている。例えば、正確な温度、反応物質の正確な濃度、狭い範囲の塩分濃度、及び干渉粒子又は付随化学物質の不存在が必要とされる場合がある。分析対象の試料は、これらの正確な仕様を満たさないことが多いため、骨の折れる試料調製が必要となることがある。これらの余分な試料調製手順が、分析と関連する労働費用及び時間遅延を増大させる場合がある。

自動化された分析において特定の問題を生成する試料の種類の１つが、固体、液体中の懸濁した粒子状物質、及び／又は粘性を有する液体を有する試料である。このような試料は、食品、土、血液、便、モーター油、及び精液を含む。化学的分析のためにこのような試料を調製する従来の方法は、分析のための担体液の存在下における固体の粉状化及び流体から懸濁した粒子を除去するための遠心分離を含む。

様々な試薬流体を導くと共に対象の試料から粒子を分離するべく回転するディスク、カートリッジ、又は毛細管によりって自動化化学検定に試料調製を統合するという概念を様々な従来技術が取り囲んでいる。１つの従来の方法は、懸濁したビードを使用して試料中の対象の検体に結合する沈降検定である。次いで、懸濁したビード及び検体は、遠心分離により、高密度の媒体を通じて沈降し、これにより、粒子を試料から分離する。従来の沈降検定は、まずは、放射免疫検定のために開発されたものであり、この場合には、未処理の試料の残りの部分からの検体の分離及び遮蔽が必要である。従来の沈降検定は、システムの複雑性を最低限に留めつつ試料を迅速に分析する能力を有しているが、固有の異質性を有する試料又はバルク固体を有する試料の処理には、十分に適していない。

本開示は、限定を伴うことなしに、バルク固体又は粒子を含むものを含む化学的、生物学的、及び環境的試料を処理及び分析する方法及び装置について記述している。本開示は、分離カラムのみならず、未加工の試料物質を受け取ると共に様々な流体を導き且つ収容するための１つ又は複数のチャネル及び空洞をも収容するカートリッジを含む。カートリッジは、定義された密度の分離流体と、沈降した粒子をカートリッジの定義された領域に向って導くように構成された構造とを含んでもよい。実施形態は、カートリッジを定義された時間インターバルにわたって定義された回転レートにおいて回転させる回転装置を含むことができる。単一の試料から複数の検定を許容する実施形態も開示されている。いくつかの実施形態においては、開示されている方法及び装置は、食品、土、血液、便、モーター油、精液、及び対象のその他の試料の直接的な処理及び化学的分析のために使用されている。

添付の図面は、本発明の１つ又は複数の実施形態を示しており、且つ、説明と共に、本発明の原理を説明するべく機能する。添付図面は、本発明の１つ又は複数の好適な実施形態を例示するためのものに過ぎず、且つ、本発明を限定するものとして解釈してはならない。

一実施形態による、回転の前及び後における沈降検定チャンバを示す。 一実施形態による、ディスク上において方向付けされた沈降検定チャンバを示す。 一実施形態による、試料入口空洞、混合チャンバ、及び分離チューブを有する例示用の沈降検定カートリッジの平面図を示す。 一実施形態による、図３に示されている例示用の沈降検定カートリッジの側面図を示す。 一実施形態による、試料入口空洞の第１の例の側断面図を示す。 一実施形態による、撹拌の改善を伴う試料入口空洞の第２の例の側断面図を示す。 一実施形態による、検定カートリッジ内の固体−液体試料の撹拌の例示用の一方法の平面図を示す。 一実施形態による、傾斜した壁を有する分離チューブの平面図を示す。 一実施形態による、傾斜した壁を有する分離チューブの側面図を示す。 一実施形態による、回転前の分離チューブ内の流体の保存状態の側断面図（図１０Ａ）、初期回転の後の分離チューブ内の流体の保存状態の側断面図（図１０Ｂ）、及び回転の終了時点における流体層の毛管安定化の側断面図（図１０Ｃ）を示す。 一実施形態による、カートリッジをモーターに接続するべくカートリッジ内に統合されたアダプタを有するカートリッジ−モーター組立体の底面図（図１１Ａ）及び側面図（図１１Ｂ）を示す。 一実施形態による、カートリッジ及びリーダー機器組立体の概略図を示す。 一実施形態による、切欠きを有するハブアダプタ及び衝突部材によるカートリッジの位置決めの底面図（図１３Ａ〜図１３Ｂ）及び側面図（図１３Ｃ）を示す。 一実施形態による、固体試料の分析のためのステップごとのプロセス図を示す。 一実施形態による、ユーザーの観点における固体試料の分析のためのステップごとのプロセス図を示す。 一実施形態による、空洞を充填する前（図１６Ａ）、最中（図１６Ｂ及び図１６Ｃ）、及び後（図１６Ｄ）の自己換気を伴う試料入口空洞内の流体の流れを示す。 一実施形態による、いくつかの試薬によって被覆された撹拌ビードを有する試料入口空洞と、代表的な試薬によって被覆された撹拌ビードの断面とを示す。 一実施形態による、単一の液体試料を使用して複数のパラメータを分析するカートリッジの平面図を示す。 一実施形態による、試料入口空洞内において収容された小さな高密度濾過粒子によって汚染粒子を濾過するカートリッジの平面図を示す。 一実施形態による、カートリッジの試料入口空洞内における試料撹拌の改善のためにビードを使用する技法を示す。 一実施形態による、低密度粒子を使用して沈降検定において液体レベルの上部表面を表現する方法を示す。 一実施形態による、固体の大きな容積計測部分を収容する流体成分を有する懸濁液を有する試料を分析するべく使用されるカートリッジ内のチャンバを示す。 一実施形態による、それぞれが単一の初期の場所からである高密度媒体と試料の同時分配のために意図されたカートリッジ内の流体空洞を示す。 一実施形態による、単一の初期の場所からの高密度媒体の分配及び個々の試料の同時処理のために意図されたカートリッジ内の流体空洞を示す。 一実施形態による、個々の中央の初期の場所からの試料と高密度媒体の両方の同時分配を許容する図２４Ａ〜図２４Ｄにおいて示されているカートリッジの拡張を示す。 一実施形態による、組み合わせられた際に高密度媒体と試料の同時分配を許容するカートリッジ及び拡張部を示す。 一実施形態による、組み合わせられた際に高密度媒体と試料の同時分配を許容するカートリッジ及び拡張部を示す。 一実施形態による、液体中において懸濁した固体又は固体塊を有する試料の処理及び分析のために意図されたカートリッジを示す。

本開示は、固体又は液体試料を分析する装置、方法、及びシステムについて記述している。本開示が適用されうる特定の用途は、対象の蛋白質、核酸、又は細胞についての血液の診断分析、対象の毒素又は病原体についての便の診断分析、精液中の精子の濃度及び移動度の計測、食品中の病原体の検出、食品中のアレルゲン蛋白質の検出、土中の栄養化合物の計測、及びその他の適切な診断及び分析用途を含む。いくつかの実施形態においては、本開示は、対象の物質に結合したビードが遠心力又は自然の重力によって高密度媒体を通じて沈降する沈降検定法の変形を含む。いくつかの実施形態は、粒子の沈降のための流体空洞を収容するカートリッジ、遠心力を誘発するべくカートリッジを回転させるための動力化機器、読取値を提供するための光センサ、又はこれらの任意の組合せを含むキットを有する。いくつかの実施形態においては、カートリッジは、廃棄可能なカートリッジであり、且つ、ユーザーは、それぞれの試料ごとに新しいカートリッジを使用することができる。カートリッジは、従来の技法よりも大きな容積の試料を保持するように設計されている。例えば、カートリッジは、１０マイクロリットルを上回る試料の容積について設計されており、且つ、カートリッジのいくつかの実施形態は、２０〜２００マイクロリットル、又は最大で１ミリリットル、或いは、恐らくは、これ以上の容積の試料を保持することができる。又、カートリッジは、容易な製造が可能となるように設計されている。

図１は、一実施形態による沈降検定の様々な態様の背後にある原理を示している。流体チャンバ１１は、高密度媒体１２の上部において層化された試料１３を収容している。試料は、試薬１６によって被覆されたビード１５と混合されてもよく、この場合に、ビード１５は、対象の物質１７に対して結合することができる。試料は、第２試薬１８と更に混合されてもよく、第２試薬１８も、対象の物質１７に結合し、且つ、検出を改善するためのラベルを含んでもよい。ビード、結合試薬、及び対象の物質の組合せは、複合体１４と呼称される。高密度媒体１２は、高密度媒体１２の密度が試料１３の密度よりも高いが複合体１４の密度よりも低くなるように、選択されている。従って、試料は、遠心分離の前に、懸濁した複合体１４を含む。遠心分離の後に、複合体は、高密度媒体１２を通じて沈降し、且つ、高密度媒体１２内において別個の層１９を形成する。高密度媒体１２は、塩化セシウム又はメタタングステン酸ナトリウムなどの重い塩、デキストランなどの長鎖ポリマー、Ｐｅｒｃｏｌｌにおいて見出されるナノ粒子、或いは、分散又は溶解した際に水の密度を増大させるその他の化合物を含む塩類溶液を有してもよい。又、高密度媒体は、検定粒子が高密度の媒体を通じて沈降するのに伴って洗浄動作を改善するように構成されたＴｗｅｅｎ ２０などの界面活性剤又は大豆レシチンなどの乳化剤を含んでもよい。高密度媒体１２が均一な密度を有する場合には、層１９は、流体チャンバ１１の底部に位置することができ、且つ、「ペレット」と呼称されてもよい。

図２は、沈降検定の通常の実施形態を示している。中心に孔２２を有するディスク２１は、沈降カラム２３として機能する空洞を収容している。それぞれの沈降カラム２３は、高密度媒体２５の上部において層化された試料２４を収容している。ディスク２１は、単一方向２６において回転し、且つ、沈降検定は、「回転の後に」、図１に示されている方式により、沈降カラム２３のそれぞれの内部において完了する。ディスクは、直径が約５０ｍｍ〜１６０ｍｍであってもよく、或いは、入手可能な遠心分離装置との適合性を有する任意のサイズであってもよい。

図３及び図４には、カートリッジの一実施形態が示されている。カートリッジ３１は、ポリマー又はポリマーと類似した特性を有する別の材料を有しており、且つ、液体、固体、又はこれらの任意の組合せの試料を受け入れるための試料入口孔３２及び試料入口空洞３３を収容するように製造されてもよい。又、試料入口空洞３３は、本明細書において開示されている実施形態の任意のものにおいて、受取空洞と呼称される場合もある。試料入口空洞３３は、狭い通路又は弁３７により、混合チャンバ３４との流体連通状態にあってもよい。弁３７は、閾値回転レートを通過するか又は別の条件が充足される時点まで、流体の移動を制限する。混合チャンバ３４は、試薬によって被覆されてもよく、或いは、所定量の乾燥した又は液体の試薬を収容してもよい。試薬は、検定粒子、及び試料中の対象の物質に結合する物質に結合したラベル付与物質又はその他の適切且つ適当な試薬を有してもよい。又、試薬は、ＤＮＡ染料を有してもよい。乾燥した試薬は、凍結乾燥によって乾燥した試薬を含んでもよい。混合チャンバは、更に、第２の狭い通路又は弁３８により、沈降チューブ３５との流体連通状態にあってもよい。分離チューブは、狭いチャネル３６によって延長されていてもよい。狭いチャネル３６は、沈降検定の際に検定粒子をペレット化するための安定した場所を提供する。以下の図面における沈降チューブ３５、狭いチャネル３６、及び複数の狭いチャネルは、閾値力が印加されない限り、流体湿潤及び表面張力がチャネルを通じた流体の移動を妨げるような深さ又は直径を有しており、閾値力は、この場合には、カートリッジ３１の回転レートによって生成される。閾値力は、規定することが可能であり、且つ、狭いチャネルの直径又は深さが減少するのに伴って増大する。カートリッジは、注入成形、エンボス加工、機械加工、真空形成、ブロー成形、又はその他の適切なポリマー製造法によって製造されうる上部４３及び下部４４を有してもよい。上部４３及び下部４４は、超音波溶接、接着、熱溶接、又はその他の適切な溶接プロセスなどの溶接又は接着プロセスにより、１つに結合されてもよい。カートリッジ３１は、カートリッジの底部上においてモーターアダプタ機構４２に堅固に装着された適切なモーターにより、沈降検定及び流体転送ステップを促進するべく、軸４１を中心として回転する。試料入口空洞３３は、軸４１上においてセンタリングされていてもよい。カートリッジ３１は、１００〜１５０００ＲＰＭの範囲の任意のレートにおいて回転することが可能であり、且つ、処理ステップにおいて時計回りに又は反時計回りに回転してもよい。いくつかの実施形態においては、更なる回転を更なる期間にわたって実行することが可能であり、これは、本明細書において記述されている任意の実施形態に当てはまる。

図５には、一実施形態による試料入口空洞５１の１つの構成の一例の概略図が示されている。この概略図は、本明細書の全体を通じて記述されているカートリッジの実施形態の任意のものと共に使用することができる。試料入口孔５６は、ユーザーによって容易に入口空洞に液体５４及び／又は固体５３の試料又は試薬が追加されることを支援するための漏斗として機能する傾斜した領域５２により、取り囲まれている。いくつかの実施形態においては、液体試料は、ユーザーによって試料入口空洞５１に追加されうるフリース又は狭い口径の毛細管内に収容されていてもよい。このような毛細管又はフリース内に収容された液体試料は、カートリッジの回転レートが、液体試料を毛細管内において保持する毛管力を克服するのに十分な閾値回転レートを上回った際に、抽出される。又、試料入口空洞５１は、検定を促進するべく、乾燥した又は液体の試薬のペレット５５を収容してもよい。

図６には、一実施形態による試料入口空洞６１の第２構成の一例の概略図が示されており、且つ、これは、液体を均質化するための撹拌或いは固体又は固体塊を粉砕するための撹拌を必要としている試料を処理するべく、使用することができる。上述のように、試料入口孔６４は、傾斜した領域により、取り囲まれてもよい。カートリッジの回転の際に過剰な試料の流出を防止するべく、蓋６３が試料入口孔６４内に配置されてもよい。蓋６３は、圧入蓋であってもよく、且つ、試料入口孔６４と類似した直径の曲がり易いポリマー、感圧接着剤、接着フォイル、ねじシャフト、又はこれらの任意の組合せを有してもよい。試料入口空洞は、試料入口空洞の上部又は下部表面から突出する撹拌支援歯６２を更に有してもよい。又、歯は、本明細書において突起とも呼称される。この構成は、図５に示されている試料入口空洞の機構の任意のものと共に組み合わせられてもよい。

図７には、一実施形態による図６に示されている試料入口空洞７１を内蔵したカートリッジが示されている。試料入口空洞は、空洞の上部表面、下部表面、又はこれらの任意の組合せから突出しうる撹拌支援歯７２を収容している。試料入口空洞は、適切な分析のために液体中において掻き混ぜられるか又は粉砕されるべき液体７６及び固体塊７３を有する試料を収容する。カートリッジが、第１方向７４において、且つ、次いで、第２方向７５において、交互に変化するように回転した際に、固体塊７３は、歯７２と衝突しうる。これらの衝突は、固体塊７３の粉砕を促進することができ、且つ、液体７６が比較的均質化した状態になるようにすることができる。カートリッジは、図３及び図４に示されているその他の沈降検定の機能を内蔵してもよい。カートリッジが第１方向７４と第２方向７５の回転との間において交互に変化する周波数は、１回／分〜１００回／秒以上のうちのどこかであってもよい。

本明細書に記述されているすべての試料入口空洞の場合には、固体塊の粉砕及び対象の化合物の流体相への可溶化は、Ｔｗｅｅｎ ２０、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ １２７、大豆レシチン、或いは、入口空洞内において乾燥された又は固体又は液体として試料に追加されたその他の界面活性剤又は乳化剤などの化合物の追加により、改善させてもよい。望ましい化合物の抽出を更に支援し、干渉する化合物を粉砕し、或いは、検定反応を改善するべく、試料のｐＨ又はイオン強度を調節するように構成された化合物を入口空洞３３、５１、６１、又は７１内に含んでもよい。干渉する化合物を粉砕するべく、酵素を入口空洞内に含んでもよい。図２１において更に説明するように、干渉粒子を１つに塊状化させると共に濾過流体工学によって除去するべく、硫酸アルミニウム又はキトサンなどの粘着性化学物質を入口空洞に追加してもよい。

図８及び図９には、一実施形態による沈降チューブ８１の概略図が示されている。これは、本明細書の全体を通じて記述されているカートリッジの実施形態の任意のものと共に使用されてもよい。沈降チューブは、試料流体８６が１つの方向８８における安定した回転の際に高密度媒体８５とインターフェイスする領域内において検定粒子８９と沈降チューブの壁との間の衝突を極小化するように構成されている。このような衝突は、検定粒子の間の非特異的ラベルをトラップし、且つ、これにより、バックグラウンドノイズを増大させて検定粒子の十分な洗浄を妨げることにより、沈降検定の感度を減少させうる。従って、沈降チューブの壁は、カートリッジの回転の中心８２からの任意の半径方向の投射ライン８３に対して平行ではない角度８４において傾斜している。半径方向の投射ライン８３は、図示のように、沈降チューブの壁と交差し、これにより、壁との間に角度８４を形成してもよい。例えば、壁は、図８に示されているように、外向きに傾斜することができる。角度及び傾斜した壁は、カートリッジとその回転の中心との間のわずかなミスアライメント（ぐらつき）の場合や回転の際の加速及び減速の際にも、粒子と沈降チューブの壁との間の衝突を防止するように構成されている。カートリッジは、沈降検定の際に形成されたペレットに合焦するべく、狭いチャネル８７を更に収容してもよい。側壁の傾斜に加えて、沈降チューブの上部及び下部壁は、カートリッジの回転のぐらつきやその他の適切な相互作用によって生成されるこれらの壁と沈降粒子８９との間の衝突を防止するべく、平行９１から、カートリッジの回転の中心８２からの半径方向の投射ライン８３へ、外向きに傾斜してもよい。狭いチャネル８７は、ペレットを収集することになる円形領域（図示されてはいない）内において終端していてもよい。円形領域は、検定粒子のペレットが分析のために凝集状態になりうる定義されたエリアを提供している。この円形領域は、ペレットからの任意の光学信号を点源として取り扱うことを可能にすることができ、この結果、光学及び処理設計における利点が得られる。例えば、点源から放出された光に類似した方式で分析を円滑に実行するべく、レンズにより、光検出器よりも小さな表面積を有する円形ペレットから放射された光を光検出器上に効率的に合焦してもよい。又、沈降チューブ８１は、別個のセグメント化された側壁を有するのではなく、平行９１から、カートリッジの回転の中心８２からの半径方向の投射ライン８３へ、外向きに傾斜した円形又は楕円形の断面を有してもよい。沈降チューブの円形又は楕円形の断面は、溶接された２つのポリマー片ではなく、注入成形又はブロー成形された１つのポリマー片からのチューブの製造を可能にすることができる。コーナーの欠如は、分析のためのペレット１０６への粒子８９のペレット化（図１０Ｃ）の効率を増大させ、これにより、沈降チューブ８１の表面上において残される粒子の量を減少させることができる。

図１０Ａ〜図１０Ｃは、一実施形態による、本明細書に記述されているカートリッジの実施形態のうちの任意の実施形態の１つ又は複数のものを使用して沈降検定を処理する際の沈降チューブ１０１内の流体の向きの側断面図を示している。回転の前に（図１０Ａ）、高密度媒体１０２は、沈降チューブ１０１の底部に存在していてもよく、或いは、粒子の沈降と干渉しないチューブ内の位置に存在する蒸気密の容器内に保存することもできる。検定粒子１０５を含む試料１０４が沈降チューブ１０１に導入され、且つ、カートリッジが最初に回転した際に（図１０Ｂ）、試料１０４は、カートリッジの回転の中心から外向きに方向付けされた高密度媒体１０２の上部において層化された状態になる。回転が継続するのに伴って（即ち、カートリッジは、１００〜１５０００ＲＰＭのレートにおいて３０秒〜３０分にわたって回転することができる）、粒子は、高密度媒体を通じて沈降し、且つ、沈降チューブ１０１の狭いチャネル１０３の遠端においてペレット１０６を形成する。回転が停止した際に（図１０Ｃ）、高密度媒体１０２の一部分は、沈降チューブの底部に向って再度方向付けされた状態となることができる。高密度媒体の一部分は、狭いチャネル１０３内においてトラップされ、これにより、濾過されていない試料１０４によるペレット１０６の汚染を防止する。例えば、一部分は、毛管現象によってトラップされる。この実施形態は、狭い領域１０３によって誘発される層の安定性をチューブ内において比較的大量の高密度媒体を保存する能力と組み合わせている。現在のポリマー流体保存技術を使用した場合には、一年当たりに数マイクロリットルの流体が蒸発する。少なくとも数十マイクロリットルの流体を収容することにより、統合された分析カートリッジ内における実際的な長期間にわたる保存が可能となる。開示されている沈降検定法は、小さなチューブ又はチャネルの層の安定特性と大きなチューブの大きな流体保存能力の組合せを許容している。例えば、小さなチューブ又はチャネルは、３００ミクロン未満の太さを有する。

図１１Ａ及び図１１Ｂには、一実施形態による分析カートリッジ又はカートリッジ１１１をモーター１１２に装着する方法の一例が示されている。この方法は、本明細書の全体を通じて記述されているカートリッジの実施形態の任意のものと共に使用されてもよい。図１１Ａは、モーターシャフト１１３とインターフェイスすると共にカートリッジ内に直接的に製造されるアダプタ１１４を示している。アダプタ１１４は、中心を貫通する孔１１５を有してもよく、この場合に、孔１１５は、モーターシャフト１１３の直径が孔１１５の直径内にフィットするように構成された直径を有する。更には、孔１１５は、圧入摩擦嵌めを実現するべく孔１１５内へのモーターシャフトの導入を支援するように構成された底部の中心における円錐形の進入領域を有してもよい。図１１Ｂに示されているように、アダプタ１１４をブレードの中心に孔１１５を有する複数のブレード１１６に分割することにより、改善された摩擦嵌めを実現してもよい。これらの独立したブレードの材料は、ポリマーであってもよく、且つ、ブレードがモーターシャフトの挿入の際に外向きに弾性変形できるようにしてもよい。複数のブレードの構造及び弾性変形は、内向きに方向付けされた力を生成すると共にアダプタ１１４とモーターシャフト１１３との間の摩擦力を増大させ、これにより、アダプタ１１４とモーターシャフト１１３との間の滑りを伴うことなしに、モーターがカートリッジを回転させることを許容する堅固な接続を生成するように、構成されている。カートリッジ１１１は、図３〜図１０に示されている機構のうちの任意のものを含んでもよい。

図１２は、一実施形態による本開示において記述されているタイプの分析カートリッジ又はカートリッジ１２１を回転させると共に光学的に方向付けするための機器の基本コンポーネントを示している。図１２に示されている基本コンポーネントは、本明細書の全体を通じて記述されているカートリッジの実施形態の任意のものと共に使用されてもよい。機器は、光源１２３と、光学センサ１２４とを収容しうるハウジング１２２を有する。光学センサ１２４は、更なるレンズ、フィルタ、及びその他の適切な光学コンポーネントと関連付けられてもよい。ハウジングは、モーター１２５を更に含むことが可能であり、モーター１２５は、整流子ＤＣ、無整流子ＤＣ、ＡＣ、サーボ、ステッパ、又は任意のその他の適切な等価な電気的に駆動されるモーターであってもよい。又、モーター１２５は、スプリングによって機械的に駆動されてもよく、或いは、ガス圧によって駆動されてもよい。この例においては、モーター及び光源は、回転レート及び光学検出ステップの設定された又はプログラム可能なシーケンスを稼働させるためのマイクロコントローラ及びパワートランジスタを有する回路基板１２６によって駆動されている。又、回路基板は、光センサからの信号を増幅すると共にこれをデジタルフォーマットに変換するべく使用されてもよい。機器は、電圧源１２７によって電力供給されている。電圧源１２７は、電池パック又はＡＣ−ＤＣアダプタに由来するものであってもよい。

図１３Ａ〜図１３Ｃは、一実施形態による特定の空間的分析領域１３５とのカートリッジの検定出力セクション１３２のアライメントを必要とする、光学的に方向付けされた又は視覚的な検定において使用されるべく意図されたカートリッジ１３１の構成の一例を示している。カートリッジは、カートリッジの回転の動力を供給するように構成されたモーター１３７と堅固に接続することができる延在する下部アダプタ１３３を有する。アダプタ１３３は、切欠き１３４を有してもよく、この場合に、切欠きは、衝突メカニズム１３６と同一の直径又は幅を有する。衝突メカニズム１３６は、アダプタ１３３に向かう衝突メカニズムの移動が衝突メカニズム１３６と切欠き１３４との間に相互結合を引き起こすように、位置決めされている。この相互結合は、検定出力セクション１３２と分析領域１３５が正確にアライメントするように、カートリッジを停止させる。衝突メカニズムは、相互結合位置決め法との間の外部干渉を防止するべく、ハウジング１３８の内部において配置されてもよい。衝突メカニズム１３６の位置決めは、電気モーター又はソレノイドの動作を通じて実現されてもよく、或いは、ユーザーの物理的押圧などの機械的なトリガによって生成されてもよい。後続の検定出力セクション１３２は、調整されたカートリッジの回転及び衝突メカニズムの移動により、分析領域１３５とアライメントされてもよい。検定出力セクション１３２は、沈降検定用のペレット化された粒子を収容することが可能であり、或いは、検定較正のために粒子又は物質を制御又は除去することもできる。カートリッジは、３つ以上の検定出力セクション１３２と、分析領域１３５との間の検定出力セクション１３２のアライメントのための対応した数のノッチ１３４とを有するように構成することができる。

図１４は、上述のカートリッジの開示された様々な実施形態のうちの１つの実施形態を実施するプロセスステップの組の一例の図である。異なる実施形態は、図示されているステップを異なる順序において実行してもよく、特定のステップを省略してもよく、且つ／又は、図１４には示されていない更なるステップを実行してもよい。本明細書において記述されている方法の任意のものは、本明細書の全体を通じて記述されているカートリッジ又は機器の実施形態の任意のものと共に使用することができる。

カートリッジは、固体又は液体試料を受け取る１４１。又、カートリッジは、液体希釈剤又は固体試薬をユーザーから受け取ることもできる１４２。ユーザーから液体希釈剤を受け取る代わりに、カートリッジは、最初に、希釈剤容器内に液体希釈剤を収容していてもよく、ユーザーからの試料の受け取りの後に、希釈剤容器を破裂させることができる１４７。次いで、カートリッジは、図６及び図７の実施形態において図示及び記述されているように、試料を均質化させるべく撹拌され、これにより、試薬が使用されている場合には、試料が試料入口チャンバ内において試薬と反応できるようにする１４３。撹拌の持続時間は、５秒〜４０分であってもよく、且つ、交互に変化する時計回り及び反時計回り方向においてカートリッジを複数回にわたって回転させるステップを有する。又、撹拌の持続時間は、５秒〜４０分であってもよく、且つ、複数回にわたって、１つの方向においてカートリッジを回転させ、且つ、次いで、カートリッジが停止することを許容するステップを有することもできる。次いで、カートリッジは、検定粒子を沈降させるべく、１００〜１５０００ＲＰＭの範囲でありうる回転レートにおいて１つの方向において回転する１４４。次いで、試料は、ユーザーにより、或いは、図１２又は図１３に示されているものなどの機器内に統合された光源１２３及び光学センサ１２４を通じた光学的分析により、分析される１４５。又、様々な実施形態においては、カートリッジは、図１３に示されているように、分析領域とアライメントされる。次いで、ユーザー又は機器は、結果的に得られた計測情報を記録する１４６。

図１５は、ユーザーの観点における開示された実施形態のうちの一実施形態を実行するためのプロセスステップの組の一例の図である。ユーザーは、固体又は液体試料をカートリッジに追加する１５１。又、ユーザーは、（濃縮された液体試料又は固体試料の分析を支援するための）液体希釈剤及び／又は固体試薬を追加することもできる１５２。次いで、ユーザーは、カートリッジを回転させるように構成されたモーターを有する機器にカートリッジを装着する１５３。又、機器は、図１２に示されているものなどの分析オプティクスを有することもできる。次いで、ユーザーは、検定を開始してもよく、この結果、機器は、必要な回転及び分析ステップをカートリッジに対して自動的に実施する１５４。機器は、ユーザーが実行された任意の検定の結果を読み取ることができるように１５５、データを表示又は出力するように構成することができる。

図１６は、液体試料又は試薬をカートリッジの中央試料入口空洞又は試料入口空洞に追加する際にユーザーを支援する方法の実施形態を示している。

図１６Ａ〜図１６Ｄは、一実施形態によるそれぞれの隆起部の直接頭上における流体の通過を制限するように構成された試料入口孔１６２及び２つの隆起部１６３を有する試料入口空洞１６１を有する構造を示している。図示の構造は、試料入口空洞の液体試料又は試薬による充填を簡単にする。開示されている構造は、本明細書の全体を通じて記述されているカートリッジの実施形態の任意のものと共に使用されてもよい。構造は、流体１６４が同一の試料入口孔内に入力されている間に試料入口孔１６２からの空気の換気を許容するように構成されている。流体が試料入口孔１６２のすべてのエッジとの接触状態となったら（即ち、試料入口孔が流体によって取り囲まれたら）、流体は、空気逃避孔が設けられていない場合には、気圧の蓄積に起因して流れを停止しうる。この気圧の蓄積は、試料入口空洞内の空間の完全な使用を妨げる可能性がある。この実施形態においては、試料入口空洞内の２つの隆起部１６３は、流体が試料入口空洞内のそれぞれの隆起部構造の直接頭上を通過することを制限し、且つ、図１６Ｂ〜図１６Ｄに示されているように、まずは、試料入口空洞の一側部を充填し、且つ、次いで、他方を充填するように流体を導くように、構成されている。又、カートリッジは、隆起部ではなく、試料入口空洞の床部内部の凹部である機構１６３を有することもできる。毛管力が閾値力を超過した場合に、流体が機構１６３に進入することが妨げられる。特徴１６３の周りにおける流体の移動の制限により、試料入口孔１６２が流体によって取り囲まれると共に試料入口孔からの空気の換気が制限される前に、試料入口空洞のほぼ完全な充填が許容される。又、試料入口孔の周りの複数の角度からの気圧の蓄積が防止されるように、流体の直接頭上における通過を制限するように構成された２つを上回る数の隆起又は凹部を使用することもできる。又、試料入口空洞の自己換気を許容するべく、試料入口空洞内の単一の隆起又は凹部を使用することもできる。

図１７は、一実施形態による試料の撹拌／均質化を支援するべく試料入口空洞１７１内において使用される試料入口空洞１７１及び撹拌改善ビード１７３の一例を示している。従って、ビード１７３は、図６及び図７に記述されている歯構造に類似した方式で液体又は液体中の固体試料の均質化を支援することになる。又、改善ビード１７３は、乾燥した又は固体の試薬を有することもできる。改善ビードは、製造の際に、或いは、ユーザーにより、試料入口孔１７２を通じて試料入口空洞内に配置することができる。改善ビード１７３は、本明細書の全体を通じて記述されているカートリッジ実施形態のうちの任意のものと共に使用することができる。ビードは、固体コア１７４と、試薬の被覆１７５とを有してもよい。又、ビードは、複数の場所において表面に露出した溶解可能試薬コアを有する固体外側層を有することもできる。又、ビードは、溶解可能試薬によって充填された切欠きを有する固体物体を有してもよい。

図１８Ａ〜図１８Ｅは、一実施形態による単一の試料供給源を使用して複数のパラメータについて定義された量の液体又は液化された試料を分析するカートリッジ１８１を示している。図１８Ａにおいて、カートリッジ１８１は、狭い通路又は能動弁１８４によって混合チャンバ１８５との流体連通状態にある試料入口孔１８２を有する試料入口空洞１８３を有する。それぞれの混合チャンバ１８５は、保存された固体又は液体試薬ペレット１８６を収容することが可能であり、且つ、別の狭い通路又は弁１８７により、沈降チューブ１８８に接続することが可能であり、この場合に、弁１８７は、能動及び／又は受動弁であってもよい。沈降チューブ１８８は、高密度媒体１８９を収容することができる。試料入口空洞１８３は、狭い通路又は能動／受動弁１８１１により、オーバーフローチャンバ１８１０に更に接続することができる。液体又は液化された試料１８１２の追加及びカートリッジの低速回転（即ち、１００〜２０００ＲＰＭ）の際に、試料は、図１８Ｂに示されているように、試料入口空洞内において輪を形成する。閾値回転レート（即ち、２００〜３０００ＲＰＭ）に到達した際に、定義された量の流体が、混合チャンバに進入し、且つ、図１８Ｃに示されているように、弁の構成及び毛管力又は能動弁の動作に起因して、弁１８７を通じて流れることが妨げられる。図１８Ｄに示されているように、第２閾値レート（即ち、３００〜４０００ＲＰＭ）に到達した際に、或いは、図１８Ｄに示されているように、能動弁の解放の際に、図１８Ｃにおいて充填前状態において示されている試料入口空洞１８３内に残っていた試料液体は、弁１８１１を通じて、オーバーフローチャンバ１８１１内に進入する。カートリッジの後続の撹拌を使用することにより、混合チャンバ内において保存されている試薬ペレット１８６の溶解を支援し、これにより、検定粒子懸濁液１８１３を形成することができる。サンドイッチ検定複合体が混合チャンバ内において形成されうる。例えば、撹拌は、１つの方向における回転と次いで別の方向における回転を反復的に交互に変化させるステップを通じたものであってもよい。図１８Ｄに示されている増大したレート又は撹拌レート（即ち、３００〜１５０００ＲＰＭ）における回転の際に、粒子懸濁液は、弁１８７を通じて流れることができ、且つ、沈降チューブ１８８内の高密度媒体１８９の上部において層化されうる。図１８Ｅに示されている時間インターバルにわたって（即ち、３０秒〜３０分）最終的な回転レートを維持することにより、結果的に、沈降チューブ１８８内にペレット１８１４が形成される。ペレット１８１４を分析し、計測を実施してもよい。図示の実施形態は、３つの分析チャンバを有しているが、１つ又は複数の分析チャンバを含んでもよい。分析チャンバの数に応じて、混合及びオーバーフローチャンバのサイズ及び試料入口空洞の直径が変化しうる。

図１９Ａ〜図１９Ｅは、一実施形態による懸濁した粒子状汚染物質１９５を含む試料を分析する技法を示している。図１９Ａにおいて、カートリッジは、試料入口空洞１９１を有し、且つ、試料入口空洞１９１は、狭い通路又は弁により、分析チャンバ１９２との流体連通状態にある。この実施形態においては、試料入口空洞１９１を分析チャンバ１９２に接続するべく、複数の弁１９３が使用されている。分析チャンバは、固体又は液体試薬のペレット１９７を収容してもよい。試料入口空洞は、まず、流体試料１９６によって充填され、この場合に、流体試料１９６は、懸濁した粒子状汚染物質１９５を含み、且つ、濾過粒子１９４と混合されている。又、濾過粒子１９４も、液体中において懸濁していてもよい。図１９Ｂにおいて示されているように、反復的に１つの方向において且つ次いで別の方向１９８において回転を交互に変化させることによるカートリッジの撹拌の際に、濾過粒子１９４は、撹拌改善ビードとして機能すると共に試料の均質化を支援する。次いで、カートリッジは、閾値レート（即ち、１００〜３０００ＲＰＭ）において回転し、これにより、図１９Ｃに示された回転の際の状態において示されているように、弁１９３を通じて流体を駆動しうる。濾過粒子１９４が閾値幅以上であって、閾値幅が、弁１９３が遮断されるように十分に大きい場合には、濾過粒子１９４は、図１９Ｄに示されているように、障壁を形成することができる。障壁は、汚染粒子１９５が分析チャンバに進入することを妨げる。砂粒子は、様々な実施形態において安価な濾過粒子供給源を提供してもよい。回転の後に、粒子によって比較的汚染されていない試料流体１９５が分析チャンバ１０２を充填している。１つの方向において且つ次いで別の方向において回転を反復的に交互に変化させることによるカートリッジの更なる撹拌の後に、図１９Ｅに示されているように、試薬ペレット１９７は、溶解し、これにより、望ましい化学反応を促進することができ、且つ、これにより、反応済みの試料１９９を提供しうる。この化学反応は、沈降検定を実行するべく、使用されてもよく、或いは、別のタイプの化学検定において使用されてもよい。いくつかの実施形態においては、沈降チューブ（図示されてはいない）は、分析チャンバ１９２から半径方向を外向きに構成されてもよい。図示の実施形態は、３つの分析チャンバを有しているが、１つ又は複数の分析チャンバを含んでもよい。分析チャンバの数に応じて、混合及びオーバーフローチャンバのサイズ及び入口空洞の直径は変化しうる。

図２０Ａ及び図２０Ｂは、一実施形態による遠心分離の際のビードの望ましくない沈降に基づいた流体の流れ及び検定の出力との間の干渉を伴うことなしに撹拌改善ビード２０５を提供する技法を示している。図２０Ａにおいて、カートリッジは、狭い通路又は弁２０２によって分析チャンバ２０３との流体連通状態にある試料入口空洞２０１を有する。この例においては、試料入口空洞２０１を分析チャンバ２０３に接続するべく、複数の弁２０２が使用されている。分析チャンバは、固体又は液体試薬のペレットを収容してもよい。試料入口空洞は、まず、試料流体の密度未満の密度を有する撹拌改善ビード２０５と混合された流体試料２０４によって充填される。又、１つの方向及び次いで別の方向２０７においてカートリッジの回転を反復的に交互に変化させることによるカートリッジの撹拌の際に、撹拌改善ビード２０５も、流体試料２０４内のカートリッジの回転に応答して、交互に変化する回転において、且つ、従って、方向２０６において、移動し、且つ、試料を均質化させる。次いで、図２０Ｂにおいて、カートリッジは、閾値レート（即ち、１００〜３０００ＲＰＭ）において回転し、これにより、流体を弁２０２を通じて且つ分析チャンバ２０３内に駆動しうる。撹拌改善ビード２０５は、試料入口空洞２０１内の残っている流体２０４の上部において浮遊し、且つ、従って、流体の移動と干渉することもなく、且つ、分析チャンバに進入もしない。撹拌改善ビードは、低密度のポリマー、木材粒子、又はガラスのマイクロバルーンから製造することができる。この撹拌改善ビードの材料は、沈降検定において使用することも可能であり、或いは、別のタイプの化学検定において使用することもできる。沈降チューブ（図示されてはいない）は、分析チャンバ２０３から半径方向を外向きに構成されてもよい。図示の実施形態は、３つの分析チャンバを有しているが、１つ又は複数の分析チャンバを含んでもよい。

図２１Ａ及び図２１Ｂは、一実施形態による低密度粒子２１３を使用して沈降検定の際に液体レベルの上部表面をマーキングする方法を示している。図２１Ａにおいて、検定粒子２１４及び低密度の粒子２１３と混合された試料流体２１２が、まず、沈降カラム又はチャネルとも呼称される狭いチャネル２１１内に収容されている。図２１Ｂに示されているように、遠心分離の際に又はインキュベーションの際に、検定粒子は、狭いチャネル２１１の底部において定義されたペレット２１５を形成し、且つ、低密度の粒子２１３は、試料流体２１２と試料流体２１２の上部の空気又はその他の流体との間のインターフェイスにおいて層を形成する。この低密度粒子の層は、カラム内に収容されている試料流体の量を識別するべく、使用されてもよい。例えば、低密度粒子２１３は、着色された又は蛍光を発する化合物によって染色され、これにより、試料流体の識別又は試料流体の量についての検定の較正を支援する。又、流体２１２は、試薬を有してもよく、且つ、低密度の粒子層２１３は、使用されている試薬の量についての較正を支援することができる。高密度媒体は、狭いチャネル内において含まれてもよい。ここで、高密度媒体は、本明細書の全体を通じて記述されている沈降チューブにおいて使用されているものと類似の方式によって使用することができる。更には、狭いチャネルも、本明細書の全体を通じて記述されている沈降チューブと類似の方式によって使用することができる。いくつかの実施形態においては、低密度粒子２１３は、カートリッジの製造又は生産から結果的に得られる粒子を有することができる。

図２２Ａ〜図２２Ｃは、一実施形態による固体粒子２２５の大きな（例えば、＞１％の）容積計測部分を収容する流体成分２２４を有する懸濁液を有する試料を分析するべく使用されるカートリッジ内のチャンバを示している。図２２Ａに示されているように、懸濁液は、まず、試料入口空洞２２１内に配置され、ここで、懸濁液は、一方向における、且つ、次いで、別の方向における回転によって撹拌されうる２２６。次いで、試料は、図２２Ｂに示されているように、ある回転レート（即ち、１００〜１５０００ＲＰＭ）における一方向における回転の際に狭いチャネル又は弁２２２を通じて分析チャンバ２２３内に駆動される。固体粒子２２５は、図１９Ｄにおいて上述した濾過プロセスを通じて分析チャンバ２２３に進入することが妨げられ、これにより、固体粒子２２５ではなく、任意の溶解した物質と共に流体成分２２４の分析を可能にすることができる。ある時間インターバル（即ち、３０秒〜３０分）にわたる回転の後に、固体粒子は、試料入口空洞２２１の周囲において（図２２Ｃに示された）凝集した領域２２７を形成する。凝集した領域２２７の厚さ２２８及び試料入口空洞内の残りの流体層の厚さ２２９に基づいて、試料の初期の量及びバルク組成を推定することができる。推定は、既知の容積の流体成分２２４及び既知の寸法の試料入口空洞２２１に基づいて実施することができる。この推定は、固体粒子２２５が、全血、精液、水懸濁液中の土、及びその他の一般的に沈降される試料の遠心分離の後に既知の充填密度を有する場合に、比較的正確なものになりうる。図２２において示されている実施形態は、土試料の溶解可能成分の計測ために、特に有用でありうる。この場合には、土中の比較的大きな粒子は、図１９との関連において説明したように、フィルタ粒子として機能し、且つ、正確な分析のためには、希釈水に対する土粒子の比率の推定が必要である。沈降チューブ（図示されてはいない）は、分析チャンバ２２３から半径方向を外向きに構成されてもよい。図示の実施形態は、３つの分析チャンバを有しているが、１つ又は複数の分析チャンバを含んでもよい。分析チャンバの数に応じて、混合及びオーバーフローチャンバのサイズ及び入口空洞の直径は変化しうる。

図２３〜図２７に示されているカートリッジの実施形態は、長い時間インターバルにわたって液体高密度媒体及び乾燥試薬を問題なく保存するように設計されている。これは、任意の乾燥した試薬を水蒸気から封止すると共に高密度媒体などの液体試薬を液体及び蒸気密のパウチ内において保存することにより、実現することができる。従って、図２３〜図２７に示されている実施形態は、保存されている液体高密度媒体及び乾燥試薬を長い時間インターバルにわたって液体及び蒸気密のパウチ内において封止することができるように構成されている。

図２３Ａ〜図２３Ｃは、一実施形態による高密度媒体２３８及び試料２３２を同時に分配するように構成されたカートリッジ内の流体空洞を示している。高密度媒体２３８は、まず、カートリッジ内の単一の場所において位置決めされる。カートリッジは、混合チャンバ２３３との流体連通状態にある試料入口空洞２３１を有し、且つ、カートリッジは、試薬ペレット２３４を有することができる。混合チャンバ２３３は、更に、狭いチャネル又は弁２３５により、沈降チューブ２３７との流体連通状態にある。弁２３５は、蒸気障壁を有してもよい。沈降チューブ２３７は、外周チャネル２３９によって互いに接続されている。カートリッジは、外周チャネル２３９との流体連通状態にある粒子トラップ機構２３１０を更に有してもよい。この例においては、高密度媒体２３８は、まず、沈降チューブ２３７のうちの１つの内部に収容され、且つ、カートリッジのユーザーによって穿刺されうる液体及び蒸気不透過性のパウチ内に更に収容されてもよい。１００〜３０００ＲＰＭの範囲の穏やかな回転レートにおけるカートリッジの回転の際に、試料２３２は、１つ又は複数の混合チャンバ２３３内において等しく分配された状態となる。試料２３２は、再水和されてもよく、且つ、試薬ペレット２３４の溶解を開始してもよい。図１８との関連において説明したように、試料の均等な分布をオーバーフローチャンバ（図示されてはいない）によって支援することができる。又、カートリッジの穏やかな回転により、高密度媒体２３８は、外周チャネル２３９を通じて１つ又は複数の沈降チューブ２３７内において等しく分配された状態となる。穏やかな回転レート（即ち、２００〜１５０００ＲＰＭ）よりも高速の回転レートにおけるカートリッジの回転の後に、試薬と混合した試料流体は、混合チャンバを離脱し、且つ、高密度媒体２３８の上部において層化される。外周チャネルは、試料２３２が高密度媒体上において層化されるのに伴って、高密度媒体の均等な分布を維持するべく大きな流れ抵抗力を生成するように構成されており、この結果、狭いチャネル２３６の間における流体の高さの短時間にわたる不均衡状態が生成される。ある時間インターバル（即ち、３０秒〜３０分）にわたる比較的高速の回転により、試薬ペレット内に最初収容されていた検定粒子は、高密度媒体を通じて試料から外に沈降し、且つ、狭いチャネルの外側エッジにおいて凝集したペレット２３１１を形成する。粒子トラップ機構２３１０は、沈降粒子が沈降チューブ２３７の間において交差すると共にそれぞれのペレット２３１１の別個の分析を妨げることを防止するように構成されている。図示の実施形態は、４つの分析チャンバを有しているが、１つ又は複数の分析チャンバを含んでもよい。分析チャンバの数に応じて、混合及びオーバーフローチャンバのサイズ及び試料入口空洞の直径は変化しうる。

図２４Ａ〜図２４Ｄは、一実施形態による、試料入口空洞などの単一の初期の場所からの高密度媒体２４１１の分配と、個々の試料２４１２の同時処理と、のために構成された流体空洞を有するカートリッジ２４０を示している。カートリッジは、媒体計量チャンバ２４３との流体連通状態にある中央媒体分配又は試料入口空洞２４１を含む。媒体計量チャンバ２４３は、狭窄部又は弁２４１０により、媒体分配チャネル２４４との流体連通状態にある。媒体分配チャネル２４４は、沈降チューブ２４８と接続している。例えば、媒体分配チャネル２４４は、沈降チューブ２４８の（中心に向かって）内側エッジと接続している。例えば、沈降チューブ２４８の内側エッジとは、試料入口空洞２４１との関係において沈降チューブ２４８の近端を意味している。この例においては、沈降チューブ２４８の外側エッジとは、試料入口空洞２４１との関係における沈降チューブ２４８の遠端を意味している。それぞれの沈降チューブは、狭い狭窄部又は弁２４９により、個々の試料混合空洞２４５に接続されている。それぞれの試料混合空洞２４５は、試薬ペレット２４７を収容してもよく、且つ、試料入口孔２４６により、ユーザーアクセス可能であってもよい。検定を開始するべく（図２４Ａ）、ユーザーは、試料入口孔２４６を経由して個々の試料を試料混合空洞２４５に入力してもよく、且つ、最初は液体及び蒸気不透過性でありうる高密度媒体容器パウチ２４２を破裂させてもよい。図２４Ｂに示されているように、１００〜３０００ＲＰＭの範囲の低速回転の際に、高密度媒体２４１１は、高密度媒体容器パウチ２４２から離脱し、且つ、媒体計量チャンバ間において分配された状態となる。図１８に示されているように、媒体計量チャンバ２４３の間における均等な分布を支援するべく、オーバーフローチャンバを使用することによって分配プロセスを支援することができる。図２４Ｃに示されている穏やかな回転（即ち、２００〜４０００ＲＰＭ）の際に、高密度媒体２４１１は、狭窄部又は弁２４１０を通過することができ、且つ、媒体分配チャネル２４４を通じて沈降チューブ２４８に流入しうる。図２４Ｄに示されている高速回転（即ち、３００〜１５０００ＲＰＭ）の際に、試薬ペレット２４７からの溶解した試薬を含む試料は、弁２４９を通過し、且つ、沈降チューブ２４８内の高密度媒体２４１１上において層化された状態となる。３０秒〜３０分の範囲の時間インターバルにわたる継続された高速回転により、試料中に含まれている検定粒子は、高密度媒体２４１１を通じて沈降し、且つ、沈降チューブの外周において凝集したペレット２４１３を形成し、ここで、凝集したペレット２４１３を分析することができる。

図２５Ａ〜図２５Ｃは、一実施形態による個々の中央の初期の所からの試料と高密度媒体の両方の同時分配を許容しうる図２４Ａ〜図２４Ｄに示されているカートリッジ２４０の拡張片２５２を示している。カートリッジは、図２５Ａに点線として示されているマーキングされた表面を有しており、これにより、拡張片２５２が定義された場所２５１においてカートリッジ２４０に装着できるようにしている。拡張片２５２が、感圧接着剤、糊、又は超音波溶接の使用を含みうる方法によってカートリッジ２４０に装着された際に、拡張部内の凹部は、封止された流体密空洞及びチャネルとなる。結果的に得られる組み合わせられたカートリッジは、試料入口孔２５４を有する試料入口空洞２５３を有する。試料入口空洞２５３は、計量チャネル２５５との流体連通状態にある。計量チャネル２５５の遠端は、空洞２５６を有する。空洞２５６は、カートリッジ２４０の基部内においてユーザーアクセス可能な試料入口孔２４６と並んだ状態にある。回転の際に、計量チャネル２５５は、混合チャンバ２４５の間において均等に分配される試料２５７の量を定義することができる。図１８に記述されているオーバーフローチャンバを使用することにより、均等な分配を支援することができる。本明細書において記述されているチャネル及び空洞の構成は、ユーザーによる混合空洞２４５内への試料の個々の供給を伴うことなしに、高密度媒体２４１１の上部における試料２５７の層化によって後続される図２４に示されている沈降チューブ２４８に対する高密度媒体の分配を許容しうる。拡張部２５２及びカートリッジ２４０は、水蒸気から試薬ペレット２４７を保護するべく、試料入口孔２５４をカバーする接着フォイルを有するように予め組み立ててもよい。或いは、この代わりに、拡張部２５２及びカートリッジ２４０は、感圧接着剤又はその他の適切な接着法を使用することにより、ユーザーによって組み立てられることが可能であり、且つ、ユーザーアクセス可能な試料入口孔２４６を通じた下部カートリッジは、水蒸気から試薬ペレット２４７を保護するべく、剥離可能シールによってカバーすることが可能である。図２４及び図２５に示されているカートリッジの実施形態は、４つの分析チャンバを有しているが、１つ又は複数の分析チャンバを含んでもよい。分析チャンバの数に応じて、混合及びオーバーフローチャンバのサイズ及び入口空洞の直径は変化しうる。

図２６Ａ〜図２６Ｃは、一実施形態による組み合わせられた際に高密度媒体２６４と試料の同時分配を許容するカートリッジ２６１及び拡張部２６２を示している。カートリッジは、媒体分配空洞２６３内において高密度媒体２６４を収容してもよい。高密度媒体２６４は、長期間の保存のために、蒸気及び液体密のパウチ内において収容されてもよい。媒体分布空洞２６３は、特定のレート（即ち、２００〜３０００ＲＰＭ）における回転の際のそれぞれの沈降チューブ内への高密度媒体２６４の定義された量を計量する弁によるゲート処理を伴う容積定義弁２６５により、沈降チューブ２６８との流体連通状態にある。図２６Ｂに示されている拡張部２６２は、試料入口孔２６１３を有する試料入口空洞を収容している。拡張部２６２は、乾燥試薬又は試薬ペレット２６１０を収容する試薬保持空洞２６９を更に有する。試薬ペレット２６１０は、最初は拡張部２６２の底部をカバーする剥離可能シール２６１１によって保護されている。剥離可能シール２６１１は、ユーザーによって除去され、廃棄されることが可能であり、且つ、拡張部２６２は、感圧型であってもよい接着剤により、カートリッジ２６１に対して封止されうる。この組立体は、カートリッジ２６１の上部表面内の溝から試料計量チャネル２６６を生成する。液体試料又は液体中の固体試料が、拡張部２６２によって生成された空洞に追加され、且つ、カートリッジが回転された際に、試料は、まず、等しい量において計量チャネル２６６及び試薬保持空洞２６９内に計量される。試料が試薬保持空洞２６９に進入した際に、試薬２６１０は、再水和され、且つ、試料と反応する。回転が十分な回転レート（即ち、３００〜４０００ＲＰＭ）に到達した際に、試料は、狭い試料転送弁２６７を通じて沈降チューブ２６８内に駆動される。次いで、試料は、沈降チューブ２６８内に予め計量されている高密度媒体２６４の上部において層を形成することになる。

図２７Ａ〜図２７Ｃは、一実施形態による組み合わせられた際に高密度媒体２７９と試料２７４の同時分配を許容するカートリッジ２７１及び拡張部２７２を示している。下部カートリッジは、液体又は液体中の固体試料２７４を試料入口空洞２７３内において受け取ってもよい。試料入口空洞２７３は、試料計量チャネル２７６により、沈降チューブ及び狭いチャネル２７７との流体連通状態にあってもよい。試料入口空洞又は試料計量チャネルは、試薬ペレット２７５を収容してよい。拡張部２７２は、装着された液体及び蒸気密のパウチ内において高密度媒体２７９を収容してもよい。試料入口孔及び媒体転送孔２７８は、水蒸気密の剥離可能シール（図示されてはいない）によってカバーされてもよい。ユーザーは、任意の剥離可能シールを除去してもよく、且つ、試料入口空洞２７３内への試料２７４の供給の後に、装着された感圧接着剤２７１０を使用することにより、拡張部２７２をカートリッジ２７１に装着してもよい。穏やかなレート（即ち、１００〜３０００ＲＰＭ）におけるカートリッジの回転は、媒体計量チャネル２７６による媒体２７９の均等な分配を許容しうる。比較的高速のレート（即ち、２００〜４０００ＲＰＭ）におけるカートリッジの後続の回転により、試料２７４は、試料計量チャネル２７６内において均等に分配されうると共に、沈降チューブ及び狭いチャネル２７７内の高密度媒体２７９の上部において層化されうる。

図２８Ａ〜図２８Ｃは、一実施形態による液体２８５中において懸濁した固体又は固体塊２８６を有する試料を処理及び分析するべく使用することができるカートリッジ２８１を示している。本発明のこの実施形態にとって適切な試料は、限定を伴うことなしに、食品、土、便、及び環境試料を含む。図２８Ａは、試料入口空洞２８４及び媒体分配空洞２８１０を有するカートリッジ２８１を示している。媒体分配空洞２８１０は、高密度媒体２８１３によって充填された蒸気及び液体不透過性媒体パウチ２８９を収容する。試料入口空洞２８４には、固体塊２８６を破壊するように構成された歯様の突起又は隆起２８７を配列させることができる。媒体分配空洞２８１０は、高密度媒体２８１３を収容するパウチに対向したその上部又は底部表面上において鋭い歯様の突起２８８を有してもよい。カートリッジは、分析機器の一部分であってもよいモーター２８２上に取り付けることができる。試料入口空洞２８４の断面よりも小さな断面を有するピストン２８３がカートリッジの中心とアライメントされている。図２８Ｂに示されているように、試料液体２８５中において懸濁した固体の塊２８６を比較的小さな固体塊２８６に粉砕するべく、ピストン２８３は、試料入口空洞２８４内に押し下げられ、且つ、下向きの力２８１１がピストン２８３によって印加される。力２８１１は、試料入口空洞２８４と媒体分配空洞２８１０との間の壁の曲がりを生成し、この結果、歯様の突起２８８が媒体パウチ２８９を穿刺する。次いで、ピストン２８３は、図２８Ｃに示されているように、わずかに引き戻され、これにより、ピストン表面と試料入口空洞２８４の表面との間に小さなギャップを残すことができる。一実施形態においては、ピストン２８３を定位置において残すことができる。この構成におけるカートリッジの低速（即ち、２０〜１０００ＲＰＭ）の回転は、ピストン２８３と試料入口空洞２８４との間においてトラップされた液体２８５の狭い帯域内において流体せん断応力を生成する。又、この低速回転における構成は、固体塊２８６を隆起又は歯構造２８７に圧接させ、これにより、塊２８６を更に小さな塊に破壊する。試料が均質な懸濁液２８１２に粉砕された際に、ピストン２８３は、ユーザーにより、或いは、自動的に機器により、除去することができる。比較的高速のレート（即ち、２００〜３０００ＲＰＭ）におけるディスクの回転の際に、以前の例において説明したように、均質化された試料２８１２及び高密度媒体２８１３を分析チャンバ及び／又は沈降チューブに分配することができる。

上記の説明及び図面は、本発明に含まれうる異なる実施形態のいくつかの特定の例を提供したものに過ぎない。又、提供されているものよりも多くの数の、少ない数の、又はこれらとは異なるコンポーネントを有するものを含むその他の実施形態も可能であり、且つ、本明細書には、本発明の特定の実施形態について記述されているが、これらは、例示を目的としたものであることを理解されたい。本発明の精神及び範囲を逸脱することなしに、様々な変更が実施されてもよい。

Claims (29)

1. 装置であって、
   回転の中心を有し、且つ、試料中において懸濁した粒子又は細胞の沈降を生成するべく回転するように構成されたカートリッジであって、
   前記試料を保持するように構成された受取空洞であって、前記受取空洞内への前記試料の進入を許容するように構成された試料進入孔を有する受取空洞と、
   前記受取空洞の場所との関係において前記カートリッジの前記回転の中心から離れるように配置された第２空洞と
   を有する、カートリッジと、
   前記受取空洞及び前記第２空洞を接続する通路であって、前記受取空洞の断面積よりも小さな断面積を有する通路と、
   を有し、
   前記カートリッジは、前記粒子又は細胞の沈降のために前記カートリッジの回転の際に前記試料を前記受取空洞から前記第２空洞に転送するように構成されている、装置。
2. 前記カートリッジは、サンドイッチ検定法を実施するために構成されており、前記検定法は、
   前記試料中の複数の前記粒子上において複合体を生成するステップであって、複合体は、捕獲物質、ターゲット検体、及びラベル付与物質を有する、ステップと、
   高密度の媒体を通じて前記複合体を含む前記複数の粒子を搬送するステップであって、前記高密度媒体は、前記粒子の密度よりも低く前記試料の密度よりも高い密度を有し、且つ、前記搬送は、少なくとも部分的に沈降によって実行される、ステップと、
   前記複合体の前記ラベル付与物質から信号を検出するステップと、
   を含む請求項１に記載の装置。
3. 前記第２空洞は、少なくとも１つの壁を更に有し、前記少なくとも１つの壁は、半径方向のラインから離れるように、且つ、半径方向のラインとの関係において、ある角度において構成されており、前記半径方向のラインは、前記カートリッジの前記回転の中心から離れるように投射され、且つ、前記少なくとも１つの壁と交差している請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記カートリッジの前記回転の中心からの前記第２空洞の遠端は、前記第２空洞の近端と遠端との間の前記第２空洞の断面よりも小さな断面にテーパー化されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記第２空洞は、低減された断面の狭いチャネルを有し、前記低減された断面は、近端と前記遠端との間の前記第２空洞の断面よりも小さく、前記低減された断面の前記狭いチャネルは、前記第２空洞の前記遠端に結合されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記低減された断面のチャネルは、前記第２空洞内に高密度媒体を移動させるべく、カートリッジの回転の後に、毛管力により、高密度媒体を保持するように構成されている請求項５に記載の装置。
7. 前記第２空洞は、１つ又は複数の高密度媒体を保存するように構成されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記カートリッジは、複数の第２空洞を更に有する請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記受取空洞は、最初は前記受取空洞内の前記試料の一部分を回転の際に前記複数の第２空洞内に導くように構成されており、且つ、前記カートリッジは、前記カートリッジの回転の際に前記受取空洞から残っている試料を受け取るように構成された１つ又は複数のオーバーフロー空洞を更に有する請求項８に記載の装置。
10. 前記カートリッジに装着可能である高密度媒体を収容する拡張部を更に有し、前記拡張部は、前記カートリッジに対する前記拡張部の装着によって形成される封止されたチャネルを通じて回転の際に高密度媒体を前記複数の第２空洞に分配するように構成されている請求項８又は９に記載の装置。
11. 前記カートリッジは、高密度媒体を保持するように構成された分配空洞を更に有し、且つ、前記カートリッジは、回転の際に高密度媒体を前記複数の第２空洞のそれぞれの第２空洞に分配するように構成されている請求項８〜１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 高密度媒体を保持するように構成された前記空洞は、前記受取空洞の下方に配置される請求項１１に記載の装置。
13. 前記カートリッジは、高密度媒体を保持すると共に前記高密度媒体の蒸発に抵抗するように構成された１つ又は複数のパウチを更に有し、且つ、前記パウチは、前記高密度媒体を放出するように破裂させてもよい請求項２〜１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記カートリッジは、前記第２空洞よりも前記カートリッジの前記回転の中心に近接すると共に前記受取空洞よりも前記カートリッジの前記回転の中心から離れている１つ又は複数の第３空洞を更に有し、前記カートリッジは、前記受取空洞からの前記試料の一部分を前記カートリッジの回転の際に前記１つ又は複数の第３空洞に転送するように構成されている請求項２〜１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 前記第３空洞は、前記試料液体中において溶解するように構成された固体試薬を保持するように構成されており、且つ、前記試薬は、前記試料の分析を支援するように構成されている請求項１４に記載の装置。
16. 前記受取空洞は、液体成分との接触状態にある固体粒子を有する試料を保持するように構成されており、前記液体成分は、前記固体粒子と関連付けられた要素を溶解させるように構成されており、且つ、前記第２空洞は、前記試料の前記液体成分及び前記液体成分中に溶解した要素の分析を支援するように構成された試薬を収容する請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 前記受取空洞を前記第２空洞に接続する通路は、前記受取空洞内において前記固体粒子の一部分を保持すると共に前記液体成分の一部分が前記カートリッジの回転の際に前記第２空洞に進入することを許容するように構成されている請求項１６に記載の装置。
18. 前記受取空洞を前記第２空洞に接続する通路は、前記固体粒子の一部分からの少なくとも１つの固体粒子の直径よりも少なくとも１つの寸法において小さい請求項１６又は１７に記載の装置。
19. 前記試料中の固体粒子の量を推定するべく前記受取空洞内に保持されている固体粒子の部分の計測のためのシステムを更に有する請求項１７又は１８に記載の装置。
20. 前記固体粒子は、土粒子を有する請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の装置。
21. 前記装置は、前記固体粒子を前記カートリッジの回転の際に前記第２空洞内のペレット内に沈降させることにより、前記試料中において懸濁した前記固体粒子の量の計測を支援するように構成されている請求項１〜２０のいずれか一項に記載の装置。
22. 前記試料液体は、精液であり、且つ、前記粒子は、精子細胞である請求項１〜２１のいずれか一項に記載の装置。
23. 前記受取空洞は、前記受取空洞の底部からの１つ又は複数の突起を更に有し、前記突起は、前記試料の均質化を支援するように構成されている請求項１〜２２のいずれか一項に記載の装置。
24. 前記１つ又は複数の突起の高さは、前記空洞の高さ未満であり、且つ、前記突起は、前記受取空洞への液体の転送の際に液体が前記試料進入孔を取り囲むことを防止するように構成されている請求項２３のいずれか一項に記載の装置。
25. 前記受取空洞は、物体を更に有し、前記物体の密度は、前記試料中の液体の密度を上回るか又は下回っており、且つ、前記物体は、前記液体の均質化を支援するように構成されている請求項１〜２４のいずれか一項に記載の装置。
26. 前記物体は、前記試料の分析を支援するように構成された試薬を更に有する請求項２５に記載の装置。
27. 機器を更に有し、前記機器は、前記カートリッジを回転させるように構成されたモーターを含む請求項１〜２６のいずれか一項に記載の装置。
28. 前記モーターは、シャフトを更に有し、且つ、前記カートリッジは、前記カートリッジを前記シャフトに結合するように構成された相手部材を更に有する請求項２７に記載の装置。
29. 前記受取空洞は、前記カートリッジの前記回転の中心上においてセンタリングされる請求項１〜２８のいずれか一項に記載の装置。

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