JP2019514061A - 顕微鏡検査のための試料処理 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2016年4月8日付けで出願された米国仮特許出願62/320,120号に対して35U.S.C.§120に基づく優先権を主張する。本願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
接触顕微鏡法では、分析される試料は、例えばセンサの感光性の表面形状若しくは光源の光画像と直接接触する(例えば、物質を介在させることなく)、又は、感光性又は発光性の表面形状とほぼ接触する、センサの感光性の表面形状に関連する。例えば、「ほぼ接触している」とは、例えば、感光性又は発光性の表面形状の近接場内であることを意味し、いくつかの例では、関与する光の波長の2分の1以内の距離にあることを指し、又は、関与する光の波長の範囲内にある距離にあることを指す。
図1は、光センサ102の表面103に接触しているか又は近接している試料101の高分解能画像を捕捉するために使用される様々な構成要素を一般に含むシステム100の例を示す。システム100はまた、光源119、試料管理装置131及び133、集積チップ104、ヘッドボード106、制御ユニット108、ユーザ装置110、及びユーザーインターフェース109を含む。
システム動作中、光センサ102は、光源119から発生し、試料101から散乱されるか、又は試料101から放射される入射電磁放射線99(又は「光」)を検出する。試料101を通過するか、試料101から散乱されるか、又は試料101から発せられる光は、例えば通過するか、又は散乱若しくは発せられるときに、波長が変化し得る。入射光99及び透過、散乱、又は発せられた放射は、典型的には、可視光、近紫外又は近赤外の波長範囲にある。しかしながら、本明細書で説明するように、光99は、このような範囲からの光を含むことができる。
(A.試料特性)
試料101(交換可能に「見本」とも呼ばれる)は、光センサ102の表面103に直接接触するような任意のタイプの相(例えば、液体、固体、気体)又はそれらの組合せであり得る。いくつかの例では、試料101は、細胞(例えば、ヒトまたは動物の血液細胞、哺乳動物細胞、細菌細胞及び/又は植物細胞)、分子(例えば、DNA、RNA、ペプチド)、タンパク質(例えば、抗原及び抗体)、又は環境若しくは産業試料中の汚染物質等の種々の特定のタイプの物質を含む流体である。そのような場合、試料101は、表面103の上のチャンバに分注され、試料101を光センサ102の上に配置するために、装置131、133を用いて操作され得る。
(A.分注技術)
図4Aは、本明細書に記載されるシステム及び技術のいくつかの実施形態について、試料分注手順中のシステム100の上面図を示す。図示されているように、所定の容積の試料101が、撮像手順を実行する前に、光センサ102の表面103上に分注される。ガイド1050を使用して流体充填ピペット1040を使用してその容積の試料101を分注し、ピペットチップ1052を所定の位置に近づけ、試料101が表面103の上に置かれるようにする。
図4B及び4Cは、ここでは二重ピペット1040aと呼ばれる流体充填ピペット1040aの例の概略図を示す。図4Bを参照すると、二重ピペット1040aは、別個の入力流体流(例えば、血液サンプル及び希釈剤/化学染色)を混合ウェルチャンバ1044に送る2つの容積測定毛細管1042a及び1042bを含み、それは、2つの入力流体流の混合流体を分注するために、2つの入力流体蒸気に合わせて他方の端部に開口部を有する混合ウェルチャンバ1044に流す。
隙間220の高さ(例えば、正確な高さ)を形成し維持するために、様々な技術及び装置を使用することができる。ここで説明するように、このような技術は一般に「スペーシングフィーチャ」と呼ばれる。図2に示す例では、スペーシングフィーチャには、微小球又は均一なサイズの他の種類のビーズが含まれる。一例として、いくつかの実施形態では、スペーシングフィーチャ230は、正確に規定された直径(例えば、3.00μm、変動係数が5%未満)を有する単分散硬質ポリマー微小球である。この例では、チャンバ頂部95と表面103との間の試料101の容積に関係する隙間220の正確で均一な間隔を確立するために、ビーズサイズの精度を使用して、隙間220が複数のイメージング手順で繰り返し使用できる。
本明細書で説明するように、撮像される試料101の濃度は、最初に表面103上に分注される試料のバルク濃度と同じか、又は所定の関係を有することが望ましい場合がある。いくつかの例では、試料101内の粒子状物質(例えば、粒子97及びスペーシングフィーチャ230)の重量は、試料の他の流体成分(例えば、希釈剤)よりも重く、それは、試料101の容積に力が加えられたときに、流動又は移動とは対照的に、蓄積しやすい粒子状物質を作る。
(E.降下技術)
試料101が光センサ102の表面103上に分注されると、チャンバ頂部95を表面103に向けて下げて、表面103上の過剰量の試料101を除去して、表面103上に均一に分布される粒子97(例えば、流体試料中に分配されている細胞)の薄い層を生成することができる。いくつかの実施形態では、余分な容積の除去は、余分な容積の変位が光センサ102の表面103上の粒子97のバルク濃度を変化させないように行われ、画像化される小容積の試料101(例えば、約40nL)は、光センサ102の表面103上に分注されるバルク試料(例えば、約50μL以上)を表すようになる。他の実施形態では、除去プロセスは、粒子97のバルク濃度に一貫して比例する試料101の比較的少量の試料内に、粒子97の新しい濃度を生成する。このような実施形態では、補正因子を決定し、捕捉されたデータに適用して、撮像のための所望の試料濃度を導出することができる。例えば、撮像のための所望の試料濃度を達成するために、試料101は、以下にさらに記載される技術を用いてさらに処理され得る。
システム100の特定の用途群には、血液試料の分析が含まれる。このような用途において、システム100は、血液中の細胞のタイプ(例えば、白血球、赤血球)の検出及び分析に使用することができる。システム100は、様々なタイプの細胞の計数、血球の正常性の判定、血球機能の監視、血液化学の分析に使用することができる。
白血球(WBC)は血液中の濃度が比較的低く、試料を調製する際に血液に添加する希釈剤によって濃度をさらに低下させることができる。結果として、撮像又はカウントされるセンサ表面上の白血球の総数が少なくなる可能性がある。一般に、粒子の計数誤差は、計数の平方根であり、計数される粒子の数が少ないとエラー率が高くなる可能性がある。
システム100の実施形態の以下の実施例は、撮像手順を実行する前に、試料の装填及び処理、及び/又はチャンバ表面をセンサ表面に下げるための様々な技術を使用する。以下でより詳細に説明するように、各実装形態は、撮像手順の態様を改善することができる利点を提供する。
図5A〜5Bは、他のタイプの試験(例えば、生体力測定)の中でも、本明細書の全体にわたって記載されているように、完全な血液計数を実施するために使用できる開放チャンバ装置1100の斜視図を示す。この実施形態では、チャンバ頂部95は、作動要素の使用によって下降される支持アームの使用によって光センサ102の表面103上に下げられる。チャンバ頂部95は最初に、チャンバ頂部95が支持アームにしっかりと取り付けられておらず、緩く取り付けられ、チャンバ頂部95が支持アームの延長先端部の頂部に落ち着くことができるように、支持アームの延長先端部に配置される。さらに、チャンバ頂部95は、その降下が光センサ102の表面103に実質的に平行な方向になるように配置される。
図6A及び図6Bは、それぞれ、開放チャンバ装置1100と共に使用されるチャンバ頂部95の斜視図及び上面図を示す。図示されているように、チャンバ頂部95は、最初にチャンバ頂部95を支持アーム1120の延長先端部1124上に配置し、チャンバ頂部95の初期位置が、表面103に実質的に平行であることを保証するために使用される一組の案内ロッド1104a及び1104bを含む。
図6Cは、開放された試料チャンバ1160の平面図の一例を示す。開放された試料チャンバ1160は、図1に関して先に説明したような表面及びチップ104を含む。
図6Eは、支持アーム1120の上面図の一例を示す。ここで説明するように、支持アーム1120は、初期位置にチャンバ頂部95を自由に支持する延長先端部1124を含む。動作中、システム1100の作動装置1130は、(図8Bに示されるように)システム1100のベースの表面1132に対して支持アーム1020の高さを手動又は自動で下げるために使用され、高さが減少すると、チャンバ頂部95は光センサ102の表面103に向かって下降するようになる。
図7A〜図7Cは、従来の実験室用ベンチトップ試薬及び装置にアクセスすることなく、資源限定領域及び/又は他の領域で使用できるポイント・オブ・ケア血球計数装置1200の斜視図を示す。この実施形態では、接触顕微鏡システムは、以下でより具体的に説明するように、モバイルデバイス1220用の区画とポータブル顕微鏡装置用の区画とを含むポータブルハウジング1210内に収容される。いくつかの例では、携帯型顕微鏡検査装置は、図8に示すように、チャンバ頂部103を下降させるためのラッチ機構及び回転ダンパーを含む、より洗練された構成を含むことができる。
図7A〜図7Cは、ポータブル顕微鏡装置を収容するための区画を含む装置1200の様々な図を示す。この装置は、支持アーム1230と、チャンバ頂部を保持するためのスロット1232と、試料凹部1260を備えたヘッドボード1250と、ピペット開口1242を備えた試料送達モジュール1240とを含む。チャンバ頂部95は、様々な構成で支持アーム1230に取り付け及び/又は構成されることができる。場合によっては、チャンバ頂部95は、図6Dに示されている切頭ピラミッド1102を含む分離可能な構成要素である。さらに、装置1200はさらに、ハウジング1210の蓋が閉位置であるときに支持アーム1230(及びチャンバ頂部95)の真上に配置された光源と、試料凹部1260の底部の光センサ102のようなセンサ(図示せず)とを含む。
いくつかの実施形態では、装置1200の携帯型顕微鏡装置は、図8に示す改善された閉鎖機構装置1300を含む。装置1300は、図7A〜図7Cに示される装置1200のものと同様であるが、支持アーム1330を表面103上により効果的に下げて、試料開口部1240内にある光センサ102の表面103上にチャンバ頂部95の切頭ピラミッドを正確に配置するために、追加の機械的構成要素(例えば、ラッチ機構1320、ラッチが外されると支持アームの下降を行うためのばね(図示せず)、支持アーム降下の速度を調整するための回転ダンパー1340)を含む。これに関して、装置1300は、使い易さを向上させる(例えば、支持アーム1230を特定の方法で手動で下げる必要性を低減する)ためにデバイス1200に実装され、後続の撮像手順間の結果変動を低減することができる。
図9A〜図9Dは、他のタイプの試験の中でも、本明細書の全体にわたって記載されているように、完全な血液計数を実施するための密閉チャンバ装置1400の異なる図を示す。前に説明した開放チャンバ装置1100と比較して、閉鎖チャンバ装置1400は、試料を表面103上に手動で装填する又は試料を表面103から除去し、試料を取り囲む必要がなくなるので、使用者は、試料の潜在的に有害な成分に曝されない。加えて、装置1400は、密閉チャンバ内に多量の洗浄試薬を注入することによって表面103の自動洗浄を可能にする。
閉鎖チャンバ装置1440は、ヘッドボード410及び封入体1420に永久的に結合された一組の剛性壁1430を有する閉鎖体1420に取り付けられたヘッドボード1410を含む。封入体1420は、剛性側壁1430内の密閉空間内の封入体1420の上の光源からの光の透過を可能にする、ガラス、アクリル、プラスチック等の任意のタイプの適切に透明な剛性材料であってよく、以下でより詳細に説明する。ヘッドボード1410は、撮像動作中に試料流体にさらされる表面103を有する光センサ102のような感光性センサを含む集積回路基板であってもよい。
図9Dは、撮像手順を実行する前に閉鎖チャンバ装置1440を操作する例を示す。先に説明したように、分析される試料流体は、入口ポート1404を通って流体チャンバ1450に入り、出口ポート1406を通って流体チャンバ1450を出る。初期状態では、流体チャンバ1450の高さは、(例えば、図9Dの左側に示されている)流体チャンバ1450への試料流体の注入を可能にするように増加される。これは、圧力チャンバ1432に負圧を加えることによって、圧力チャンバ1432と流体チャンバ1450との間に圧力差を生成することによって達成される。いくつかの例では、負圧は、圧力チャンバ1432内に収容されたある容積の液体又は気体を引き出すために、開口部1442を通して吸引力を加えることによって提供され得る。圧力チャンバ1432と流体チャンバ1450との間の圧力の差は、変形可能な側壁1440を変形させて流体チャンバ1450に入る試料流体の容積を収容する状態1440aにして流体チャンバ1450の高さに対する増加をもたらす。
多数の実施形態が記載されている。それにもかかわらず、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能であることが理解されるであろう。さらに、図に描かれている論理フローは、望ましい結果を達成するために、示された特定の順序又は連続的な順序を必要としない。さらに、記述されたフローから他のステップを提供したり、ステップを排除したり、記載されたシステムに他の構成要素を追加したり、記載されたシステムから他の構成要素を削除したりすることができる。従って、他の実施形態は、添付の特許請求の範囲内にある。
97 粒子
99 光
100 システム
101 試料
102 光センサ
103 表面
104 集積チップ
105 画素
106 ヘッドボード
107 試料の部分
108 制御ユニット
109 ユーザーインターフェース
110 ユーザ装置
111 プレート
115 ユーザ
117 受信データ
119 光源
131 試料管理装置
133 試料管理装置
200 底面
220 隙間
230 スペーシングフィーチャ
1004 表面
1005 表面
1006 接触点
1007 障壁
1008 案内ポスト
1009 両端部
1010 アクチュエータ
1011 ダッシュポット
1012 ホルダー
1040 流体充填ピペット
1040a 二重ピペット
1042a 容積測定毛細管
1042b 容積測定毛細管
1044 混合ウェルチャンバ
1046 溝
1050 ガイド
1052 ピペットチップ
1100 開放チャンバ装置
1102 切頂ピラミッド
1104 膜
1104a 案内ロッド
1104b 案内ロッド
1106 底面
1108 重み付け要素
1110 プレート
1120 支持アーム
1124 延長先端部
1130 操作装置
1132 表面
1140 支持構造体
1160 試料チャンバ
1200 ポイント・オブ・ケア血球計数装置
1210 ポータブルハウジング
1220 ユーザ装置
1230 支持アーム
1232 スロット
1240 試料送達モジュール
1242 ピペット開口
1250 ヘッドボード
1260 試料凹部
1300 閉鎖機構装置
1320 ラッチ機構
1330 支持アーム
1340 回転ダンパー
1400 密閉チャンバ装置
1404 入口ポート
1406 出口ポート
1410 ヘッドボード
1420 封入体
1430 剛性側壁
1432 圧力チャンバ
1440 側壁
1442 開口部
1450 流体チャンバ
Claims (29)
- 流体試料を受け取る表面を有する感光性撮像センサ、
前記感光性撮像センサに対して移動され、前記流体試料の一部に接触する表面を有する本体、及び、
前記本体を前記感光性撮像センサの表面に向かって移動させて、前記本体の表面を前記流体試料の一部に接触させる支持体を備え、
前記本体の表面が前記流体の一部に接触すると、前記本体の表面が、(i)前記感光性撮像センサの表面に平行であり、(ii)前記支持体の動きとは無関係に前記流体試料上で沈降するようになる、装置。 - 前記本体が、前記感光性撮像センサへの光の通過を可能にする、請求項1に記載の装置。
- 前記流体試料を受け取る前記感光性撮像センサの表面が、親水性コーティングを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記流体試料の一部に接触する前記本体の表面が、親水性コーティングを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記流体試料を調製して前記感光性撮像センサの表面に送るための試料送達部品をさらに備える、請求項1に記載の装置。
- 前記試料送達部品が、少なくとも2つの容積毛細管と、前記少なくとも2つの容積毛細管内の流体を混合するためのノズルと、出力チップであって、それを介して前記流体試料が前記感光性撮像センサの表面に送られる出力チップとを備える、請求項4に記載の装置。
- 前記本体が、前記支持体上に位置する延長部を備える、請求項1に記載の装置。
- 前記本体の延長部が、前記支持体上の対応する表面形状と一致する表面形状を有する、請求項7に記載の装置。
- 前記支持体の底面と、前記試料流体を受け取る前記感光性撮像センサの表面との間の垂直距離を調整する装置をさらに備える、請求項1に記載の装置。
- 感光性撮像センサの表面上にある流体試料に向かって本体を移動させる段階を含む方法であって、前記本体の表面が流体試料に接触すると、前記本体の表面が、前記感光性撮像センサの表面に平行であり、前記本体が流体試料上で沈降するようになる、方法。
- 前記本体を前記流体試料に向かって移動させる段階が、前記本体の中心が前記感光性撮像センサの中心と垂直に位置合わせされるように、前記本体を支持体上に配置する段階を含む、請求項10に記載の方法。
- 前記本体を前記流体試料に向かって移動させる段階が、前記支持体を前記流体試料に向かって移動させる段階を含む、請求項10に記載の方法。
- 中実部材、
感光性撮像センサ、
前記中実部材及び前記感光性撮像センサを含む表面と結合する変形可能な部材であって、前記変形可能な部材が、ある量の流体を受け取るように構成された流体チャンバを囲む側壁を備え、前記流体チャンバの表面が、前記感光性チャンバを含む、変形可能な部材、及び、
前記変形可能な部材を変形させて前記流体チャンバの高さを調整するための構成要素、
を備える装置。 - 前記中実部材が、前記流体チャンバ内に光を通過させる、請求項13に記載の装置。
- 前記変形可能な部材を変形させる前記構成要素が、前記流体チャンバを囲む透明屋根付きの加圧可能なチャンバを備える、請求項13に記載の装置。
- 前記ベースが集積回路基板を備える、請求項13に記載の装置。
- 流体試料をチャンバに注入する段階と、
変形可能な部材を変形させて前記チャンバの容積を減少させて前記試料の容積を減少させる段階と、
前記試料の容積を減少させた後、前記チャンバ内の感光性センサ表面で前記試料の一部の画像を捕捉する段階と、
を含む方法。 - 前記変形可能な部材を変形させて、前記チャンバの容積を増加させる段階をさらに含む、請求項17に記載の方法。
- 前記変形可能な部材を変形させて前記チャンバの容積を減少させる段階が、前記チャンバ内の膨張可能なチャンバ内にある量の気体を引き出す段階を含む、請求項17に記載の方法。
- 試料処理チャンバであって、
チャンバと、流体試料を受け取るために前記チャンバ内に表面を有する感光性センサと、を有するベース、及び、
前記感光性撮像センサに対して移動され、前記流体試料の一部に接触する表面を有する本体であって、前記本体の表面が前記流体の一部に接触すると、前記本体の表面が、(i)前記感光性撮像センサの表面に平行であり、(ii)前記流体試料上で沈降するようになる、本体、
を含む、試料処理チャンバ、
前記感光性撮像センサから得られる信号に対応する電子通信を受け入れることができるモバイル装置に電子的に結合するための装置結合器、並びに、
前記試料処理チャンバ及び前記装置結合器を保持するハウジング、
を備える、ポイント・オブ・ケア装置。 - 前記流体試料を受け取る前記感光性撮像センサの表面が、親水性コーティングを含む、請求項20に記載のシステム。
- 前記流体試料の一部に接触する前記本体の前記表面が、親水性コーティングを含む、請求項20に記載のシステム。
- 前記流体試料を調製して前記感光性撮像センサの表面に送るための試料送達部品をさらに備える、請求項20に記載のシステム。
- 前記試料送達部品が、少なくとも2つの容積毛細管と、前記少なくとも2つの容積毛細管内の流体を混合するためのノズルと、出力チップであって、それを介して前記流体試料が前記感光性撮像センサの表面に送られる出力チップとを備える、請求項20に記載のシステム。
- 前記流体試料の一部に接触する前記本体の前記表面が、前記本体から分離可能な構成要素上にある、請求項20に記載のシステム。
- 前記本体から分離可能な構成要素が、プレートと、前記ベースの前記チャンバ内に下げられる突出要素とを備える、請求項25に記載のシステム。
- 前記突出要素の上面の寸法が、前記流体試料の一部に接触する表面の寸法と同一であり、前記突出要素の上面が、前記流体試料の一部に接触する前記本体の表面である、請求項26に記載のシステム。
- 前記突出要素の形状が、切頭ピラミッドを含む、請求項26に記載のシステム。
- 前記モバイル装置と前記感光性撮像センサとの間で交換される前記電子通信が、前記流体試料を受け取るために前記表面上に置かれた前記流体試料の一部の画像を取り込む命令を含む、請求項20に記載のシステム。
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