JP2019518223A - 使い捨て可能な流体カートリッジおよびコンポーネント - Google Patents

使い捨て可能な流体カートリッジおよびコンポーネント Download PDF

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Abstract

生体試料から分析物を単離するための、カートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法が開示される。様々な態様では、カートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、複合流体からの最小の量の材料を必要とする、迅速な手順を可能にしうる。【選択図】図１６Ａ

Description

＜相互参照＞
本出願は、２０１６年３月２４日に出願された米国仮特許出願第６２／３１３，１２０号明細書の利益を主張し、該仮出願の両方は、それら全体において引用により本明細書に組み込まれる。
抗原、分析物または他の微粒子の検出および定量化は、人間の健康を損なう多くの疾病の診断および処置において重要である。生体試料中にある他の材料からの分析物の分離は、後の診断上の特徴づけ、または生物学的特徴づけのために必要とされる生体分析物材料の精製において重要な工程である。そこには、複合生体試料からの分析物を検出することができる製品および方法の必要性が引き続き存在している。
いくつかの例では、本発明は、生体試料の分析および取扱いの改善された方法の必要性を満たす。本明細書において提供されるある態様の特定の特性は、気泡トラップなどのカートリッジコンポーネントを包含しており、これらが、表面処理が必要とされない流体カートリッジを可能とする。さらに、本明細書において記述されるカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、完全に閉じた流体工学カートリッジを可能とし、これらは、例えば、生体試料および環境試料を処理するために使用された流体工学カートリッジの安全な操作および廃棄を支援する。いくつかの実施形態では、本明細書において記述されるカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、細胞およびナノスケールの分析物を単離するために使用できる。他の実施形態において、カートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、多重化操作およびハイスループット操作を受けられる。まだ他の実施形態において、本明細書に開示されるカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システムおよび方法は、例えば、ポイントオブケアアッセイとして、携帯および使用可能である。
本明細書には、いくつかの実施形態では、１つ以上の液体保持リザーバから下流の空気を捕らえるためのリザーバを含む気泡トラップであって、ここで気泡トラップは流体チャネルにより液体保持リザーバに流体接続される、気泡トラップを含む；流体カートリッジコンポーネントが開示され、ここで、そのリザーバは空気泡を捕らえるが、気泡トラップに入口および出口を提供する流体チャネルの下流の気泡トラップを、流体が通過することを可能にする。いくつかの実施形態では、流体カートリッジコンポーネントは、機能的な試料検出を達成するための表面処理を必要としない。いくつかの実施形態では、１つの気泡トラップは、流体チャネルにより第２の気泡トラップコンポーネントに接続され、そして随意に、流体チャネルにより第３の気泡トラップに接続される。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、正方形、長方形、または楕円形である。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、少なくとも３ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、少なくとも３ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、少なくとも５ｍｍ×８ｍｍ×３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、少なくとも７ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、最大１０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、最大７ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、最大５ｍｍ×８ｍｍ×３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、最大５ｍｍ×５ｍｍ×３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、円筒体または球体である。いくつかの実施形態では、気泡トラップの直径は、少なくとも３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの直径は、少なくとも５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの直径は、少なくとも７ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの直径は、少なくとも１０ｍｍである。
また、本明細書には、流体チャネルと；気泡トラップであって、ここでその気泡トラップは、１つ以上の液体保持リザーバから下流の空気泡を捕らえるためのリザーバを含む気泡トラップと；を含む流体カートリッジコンポーネントが提供され、ここでその流体チャネルは、気泡トラップへの入口および出口を提供し、それにより、気泡トラップを１つ以上の液体保持リザーバに接続し、およびここで、その気泡トラップは、リザーバ中の空気泡を捕らえるが、流体が流体チャネルを通過することを可能にする。いくつかの実施形態では、陽圧が入口に対して印加されるまで、試料リザーバおよび試薬リザーバ中のいかなる液体も、試料リザーバまたは試薬リザーバ内にとどまる。いくつかの実施形態では、１つの気泡トラップは、流体チャネルにより第２の気泡トラップコンポーネントに接続され、そして随意に、流体チャネルにより第３の気泡トラップに接続される。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、正方形、長方形、または楕円形である。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは少なくとも３ｍｍ、幅は少なくとも３ｍｍ、および高さは少なくとも１ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは少なくとも３ｍｍ、幅は少なくとも５ｍｍ、および高さは少なくとも１ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは少なくとも５ｍｍ、幅は少なくとも８ｍｍ、および高さは少なくとも３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは少なくとも７ｍｍ、幅は少なくとも１０ｍｍ、および高さは少なくとも５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは最大１０ｍｍ、幅は最大１０ｍｍ、および高さは最大５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは最大７ｍｍ、幅は最大１０ｍｍ、および高さは最大５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは最大５ｍｍ、幅は最大８ｍｍ、および高さは最大３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは最大５ｍｍ、幅は最大５ｍｍ、および高さは最大３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、円筒体または球体である。いくつかの実施形態では、気泡トラップの直径は、少なくとも３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの直径は、少なくとも５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの直径は、少なくとも７ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの直径は、少なくとも１０ｍｍである。
他の態様では、いくつかの実施形態では、１つ以上の入口／出口と、リザーバと、フィルターと、セルフシーリングポリマーと、を含む流体カートリッジコンポーネントが本明細書に開示され、ここで、そのセルフシーリングポリマーは液体との接触で作動させられる。いくつかの実施形態では、空気の入口／出口（複数可）はさらに、リザーバ自体よりも小さな開口部を具備する空気の入口／出口ポートを含む。いくつかの実施形態では、フィルターは、多孔性のポリウレタンフィルターである。いくつかの実施形態では、セルフシーリングポリマーは、多孔質基材の孔壁に付いているヒドロゲルを含む。いくつかの実施形態では、多孔質基材は、アクリル、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリ（エステルスルホン（ｅｓｔｅｒｓｕｌｆｏｎｅ））、ポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｏｒｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、またはポリウレタンなどの有機高分子を含む。いくつかの実施形態では、多孔質基材は、超高分子量（ＵＨＭＷ）ポリエチレンフリットを含む。いくつかの実施形態では、ポリマーのセルフシーリング（ｓｅｌｆ−ｓｅａｌｉｎｇ）ヒドロゲルは、親水性ポリウレタン、親水性ポリウレア、または親水性ポリウレアウレタンを含む。いくつかの実施形態では、非働化されたセルフシーリングポリマーは空気透過性であり、そして、作動させられるセルフシーリングポリマーは非空気透過性である。いくつかの実施形態では、作動させられるセルフシーリングポリマーは、流体カートリッジコンポーネントから液体を漏れさせない。いくつかの実施形態では、作動させられるセルフシーリングポリマーは、自己充足的で使い捨て可能な流体カートリッジをもたらす。
また、本明細書において、１つ以上の入口と、１つ以上の出口と、を含む流体カートリッジコンポーネントが提供され、ここで、入口および出口は、ポート、フィルター、およびセルフシーリングポリマーを含み；ここで、セルフシーリングポリマーは、液体との接触で作動させられる。いくつかの実施形態では、ポートは、リザーバ自体よりも小さな開口部を含む。いくつかの実施形態では、フィルターは、多孔性のポリウレタンフィルターである。いくつかの実施形態では、セルフシーリングポリマーは、多孔質基材の孔壁に付いているヒドロゲルを含む。いくつかの実施形態では、多孔質基材は、アクリル、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリ（エステルスルホン（ｅｓｔｅｒｓｕｌｆｏｎｅ））、ポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｏｒｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリウレタン、または超高分子量（ＵＨＭＷ）ポリエチレンフリットなどの有機高分子を含む。いくつかの実施形態では、多孔質基材は、超高分子量（ＵＨＭＷ）ポリエチレンフリットを含む。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、親水性ポリウレタン、親水性ポリウレア、または親水性ポリウレアウレタンを含む。いくつかの実施形態では、作動させられないセルフシーリングポリマーは空気透過性であり、そして、作動させられるセルフシーリングポリマーは非空気透過性である。いくつかの実施形態では、作動させられるセルフシーリングポリマーは、流体カートリッジコンポーネントから液体を漏れさせない。いくつかの実施形態では、作動させられるセルフシーリングポリマーは、自己充足的で使い捨て可能な流体カートリッジをもたらす。
他の態様では、いくつかの実施形態において、分析物または他の微粒子をアッセイするための流体カートリッジが本明細書に開示されており、その流体カートリッジは、プラスチックハウジングと；空気の入口、空気の入口ポート、フィルター、およびセルフシーリングポリマーと；試料リザーバ、試薬リザーバ、気泡トラップ、および検出窓と；排気リザーバと；を含み、空気の出口を含み、空気の出口ポート、フィルター、およびセルフシーリングポリマーを含む。ここで、試料リザーバおよび試薬リザーバは、密閉性で非ガス透過性のゴムカバーを有し、およびここで、空気の入口、試薬リザーバ、試料リザーバ、気泡トラップ、検出窓、および廃棄リザーバは、連続的な流体チャネルにより接続される。いくつかの実施形態では、流体カートリッジは、少なくとも１つの気泡トラップを含む。いくつかの実施形態では、流体カートリッジは、少なくとも２つの気泡トラップを含む。いくつかの実施形態では、流体カートリッジは、少なくとも３つの気泡トラップを含む。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、連続的な流体チャネルにより順次接続される。いくつかの実施形態では、プラスチックハウジングは、射出成形ＰＭＭＡ（アクリル）、環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、またはポリカーボネート（ＰＣ）である。いくつかの実施形態では、プラスチックハウジング材料は、高レベルな光学的透明度、低い自家蛍光、低い水分／液体吸収、良好な機械的特性（圧縮強度、引張強さ、および曲げ強さ、ヤング率を含む）、および生体適合性（ｂｉｏｃｏｍｐａｔａｂｉｌｉｔｙ）のために選択される。いくつかの実施形態では、試料、試薬、気泡トラップ、検出窓、および流体チャネルは、機能的な試料検出を達成するための表面処理を必要としない。いくつかの実施形態では、流体カートリッジフィルターは、多孔性のポリウレタンフィルターである。いくつかの実施形態では、流体カートリッジの多孔性のポリウレタンフィルターは、セルフシーリングポリマーで覆われる。いくつかの実施形態では、セルフシーリングポリマーは、多孔質基材の孔壁に付いているヒドロゲルを含む。いくつかの実施形態では、多孔質基材は、アクリル、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリ（エステルスルホン）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、またはポリウレタンなどの有機高分子を含む。いくつかの実施形態では、多孔質基材は、超高分子量（ＵＨＭＷ）ポリエチレンフリットを含む。いくつかの実施形態では、ポリマーのセルフシーリングヒドロゲルは、親水性ポリウレタン、親水性ポリウレア、または親水性ポリウレアウレタンを含む。いくつかの実施形態では、試料は液体である。いくつかの実施形態では、セルフシーリングポリマーは液体との接触で作動させられる。いくつかの実施形態では、作動させられないセルフシーリングポリマーは空気透過性であり、そして、作動させられるセルフシーリングポリマーは非空気透過性である。いくつかの実施形態では、圧力は入口ポートに送られ、空気を、流体チャネルを介して試薬リザーバおよび試料リザーバへと押し流す。いくつかの実施形態では、流体チャネルを通る一定方向の流れが存在する。いくつかの実施形態では、流体チャネルは逆流圧力（ｂａｃｋ−ｆｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）に耐性がある。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるデバイスおよび方法の流体チャネル中の１つ以上の空隙は、流体カートリッジ中に形成された気泡トラップとの相互作用を介して除去される。いくつかの実施形態では、リザーバ間の空隙は、一旦充填されると非常に小さく（例えば５μｌ未満）、気泡トラップはより大きい（例えば約４０μｌ）。本質的に、その閾値は、気泡トラップの断面積が、そのトラップに到達できる空気の気泡の予想される断面積よりも大きいという値である。一旦、気泡がトラップの断面積を充填することができるようにトラップ中の空気の量が十分に多くなると、その後、空気は流体運動と共に移動し、トラップを出ることができる。入口チャネルの断面積が約０．２５ｍｍ２であり、そして、気泡トラップの断面積が約８ｍｍ２であることが、本明細書において企図される。いくつかの実施形態では、気泡トラップの断面積は、入口チャネルの断面積の少なくとも２倍である。
いくつかの実施形態では、気泡トラップは、空隙自体よりもより大きい。いくつかの実施形態では、試薬リザーバは、試薬を受けるために開いている。いくつかの実施形態では、試料リザーバは、試薬を受けるために開いている。いくつかの実施形態では、試料リザーバは、試料を受けるために開いている。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、正方形、長方形、または楕円形である。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、少なくとも３ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、少なくとも３ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、少なくとも５ｍｍ×８ｍｍ×３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、少なくとも７ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、最大１０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、最大７ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、最大５ｍｍ×８ｍｍ×３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、最大５ｍｍ×５ｍｍ×３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップは円形である。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、円筒体または球体である。いくつかの実施形態では、気泡トラップの直径は、少なくとも３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの直径は、少なくとも５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの直径は、少なくとも７ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの直径は、少なくとも１０ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの高さは、少なくとも１ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの高さは、少なくとも２ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの高さは、少なくとも３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの高さは、少なくとも４ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの高さは、少なくとも５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは、少なくとも３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは、少なくとも４ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは、少なくとも５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは、少なくとも６ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは、少なくとも７ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは、少なくとも８ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは、少なくとも１０ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの幅は、少なくとも３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの幅は、少なくとも４ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの幅は、少なくとも５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの幅は、少なくとも６ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの幅は、少なくとも７ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの幅は、少なくとも８ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの幅は、少なくとも１０ｍｍである。いくつかの実施形態では、検出窓は、少なくとも０．５マイクロリットルを保持する。いくつかの実施形態では、検出窓は、少なくとも１マイクロリットルを保持する。いくつかの実施形態では、検出窓は、少なくとも２マイクロリットルを保持する。いくつかの実施形態では、検出窓は、少なくとも３マイクロリットルを保持する。いくつかの実施形態では、検出窓は、少なくとも４マイクロリットルを保持する。いくつかの実施形態では、検出窓は、少なくとも５マイクロリットルを保持する。いくつかの実施形態では、検出窓は、少なくとも１０マイクロリットルを保持する。いくつかの実施形態では、検出窓は、わずか０．５マイクロリットルしか保持しない。いくつかの実施形態では、検出窓は、わずか１マイクロリットルしか保持しない。いくつかの実施形態では、検出窓は、わずか２マイクロリットルしか保持しない。いくつかの実施形態では、検出窓は、わずか３マイクロリットルしか保持しない。いくつかの実施形態では、検出窓は、わずか４マイクロリットルしか保持しない。いくつかの実施形態では、検出窓は、わずか５マイクロリットルしか保持しない。いくつかの実施形態では、検出窓は、わずか１０マイクロリットルしか保持しない。いくつかの実施形態では、検出窓は、わずか５０マイクロリットルしか保持しない。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、少なくとも５０マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、少なくとも１００マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、少なくとも２００マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、少なくとも３００マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、少なくとも４００マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、２５０マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、わずか５０マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、わずか１００マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、わずか３００マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、わずか４００マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、わずか５００マイクロメートルである。
また、本明細書では、少なくとも１つの入口であって、各入口は：入口ポート；フィルター；およびセルフシーリングポリマー；を含む、少なくとも１つの入口と；少なくとも１つの試料リザーバと；少なくとも１つの試薬リザーバと；少なくとも１つの気泡トラップと；少なくとも１つの検出窓と；少なくとも１つの廃棄リザーバであって、廃棄リザーバは、少なくとも１つの出口であって、各出口は、出口ポート；フィルター；およびセルフシーリングポリマー；を含む出口を含む廃棄リザーバと；を含む、分析物または他の微粒子をアッセイするための流体カートリッジが提供され、ここで、試料リザーバおよび試薬リザーバは、密閉性で非ガス透過性の取外し可能なゴムカバーを有し、およびここで、少なくとも１つの入口、試薬リザーバ、試料リザーバ、気泡トラップ、検出窓、および廃棄リザーバは、連続的な流体チャネルにより接続される。いくつかの実施形態では、流体カートリッジはさらに、少なくとも２つの気泡トラップを含む。いくつかの実施形態では、流体カートリッジはさらに、少なくとも３つの気泡トラップを含む。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、連続的な流体チャネルにより順次接続される。いくつかの実施形態では、プラスチックハウジングは、射出成形ＰＭＭＡ（アクリル）、環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、またはポリカーボネート（ＰＣ）である。いくつかの実施形態では、アクリルは射出成形ＰＭＭＡ（アクリル）である。いくつかの実施形態では、試料リザーバへと入り、そこから外へ出る流体チャネルの断面積、および試薬リザーバへと入り、そこから外へ出る流体チャネルの断面積の大きさは、十分な流体抵抗を提供して、試料リザーバまたは試薬リザーバ中の流体が、陽圧が入口に印加されることなくリザーバから出ることを防止する。いくつかの実施形態では、フィルターは、多孔性のポリウレタンフィルターである。いくつかの実施形態では、多孔性のポリウレタンフィルターは、セルフシーリングポリマーで覆われる。いくつかの実施形態では、セルフシーリングポリマーは、多孔質基材の孔壁に付いているヒドロゲルを含む。いくつかの実施形態では、多孔質基材は、アクリル、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリ（エステルスルホン）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリウレタン、または高分子量（ＵＨＭＷ）ポリエチレンフリットなどの有機高分子を含む。いくつかの実施形態では、多孔質基材は、超高分子量（ＵＨＭＷ）ポリエチレンフリットを含む。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルは、親水性ポリウレタン、親水性ポリウレア、または親水性ポリウレアウレタンを含む。いくつかの実施形態では、試料は液体である。いくつかの実施形態では、セルフシーリングポリマーは液体との接触で作動させられる。いくつかの実施形態では、作動させられないセルフシーリングポリマーは空気透過性であり、そして、作動させられるセルフシーリングポリマーは非空気透過性である。いくつかの実施形態では、入口ポートに送られる圧力は、空気を、流体チャネルを介して試薬リザーバおよび試料リザーバへと押し流す。いくつかの実施形態では、流体チャネルを通る一定方向の流れが存在する。いくつかの実施形態では、流体チャネルは逆流圧力に耐性がある。いくつかの実施形態では、空隙は５μｌ未満である。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、空隙自体よりもより大きい。いくつかの実施形態では、流体チャネルの断面積は約０．２５ｍｍ２である。いくつかの実施形態では、気泡トラップの断面積は約８ｍｍ２である。いくつかの実施形態では、気泡トラップの断面積は、流体チャネルの断面積の少なくとも２倍である。いくつかの実施形態では、試薬リザーバは、試薬を受けるために開いている。いくつかの実施形態では、試料リザーバは、試薬を受けるために開いている。いくつかの実施形態では、試料リザーバは、試料を受けるために開いている。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、正方形、長方形、または楕円形である。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは少なくとも３ｍｍ、幅は少なくとも５ｍｍ、および高さは少なくとも１ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは少なくとも３ｍｍ、幅は少なくとも５ｍｍ、および高さは少なくとも１ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは少なくとも５ｍｍ、幅は少なくとも８ｍｍ、および高さは少なくとも３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは少なくとも７ｍｍ、幅は少なくとも１０ｍｍ、および高さは少なくとも５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは最大１０ｍｍ、幅は最大１０ｍｍ、および高さは最大５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは最大７ｍｍ、幅は最大１０ｍｍ、および高さは最大５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは最大７ｍｍ、幅は最大１０ｍｍ、および高さは最大５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは最大５ｍｍ、幅は最大５ｍｍ、および高さは最大３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップは円形である。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、円筒体または球体である。いくつかの実施形態では、気泡トラップの直径は、少なくとも３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの直径は、少なくとも５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの直径は、少なくとも７ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの直径は、少なくとも１０ｍｍである。いくつかの実施形態では、検出窓は、最低１マイクロリットルを保持する。いくつかの実施形態では、検出窓は、最大１マイクロリットルを保持する。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、少なくとも１００マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、少なくとも２００マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、２５０マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、３００マイクロメートル未満である。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、４００マイクロメートル未満である。
他の態様において、いくつかの実施形態では、試料リザーバへ試料を導入する工程と；試薬と混合するために流体チャネルを介して試料を押し流すように、または試料と混合するために試薬を押し流すように、空気の入口ポート上に圧力を印加する工程と；試料を、流体チャネルを介して気泡トラップへと押し流すさらなる圧力を印加する工程と；空気泡を気泡トラップに捕らえる工程と；試料を検出窓に通過させる工程と；試料を廃棄リザーバへ移す工程であって、廃棄リザーバは、排出のための出口ポートを有する、工程と；を含む、分析物または他の微粒子をアッセイするための方法が本明細書において開示され、ここで、流体チャネルの高さは、混合率を制御する。いくつかの実施形態では、方法は生体物質の存在または非存在のための被験体をモニタリングすることをさらに含む。いくつかの実施形態では、生体物質の存在は、被験体が疾患に関する増大したリスクを有していることを示す。いくつかの実施形態では、その疾患は、循環器疾患、神経変性疾患、糖尿病、自己免疫疾患、炎症性疾患、癌、代謝疾患、プリオン病、または病原性疾患である。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、少なくとも１００マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、少なくとも２００マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、２５０マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、３００マイクロメートル未満である。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、４００マイクロメートル未満である。
他の態様において、いくつかの実施形態では、試料リザーバへ試料を導入する工程と；試薬と混合するために流体チャネルを介して試料を押し流すように、または試料と混合するために試薬を押し流すように、空気の入口ポート上に圧力を印加する工程と；試料を、流体チャネルを介して気泡トラップへと押し流すさらなる圧力を印加する工程と；空気泡を気泡トラップに捕らえる工程と；試料を検出窓に通過させる工程と；試料を廃棄リザーバへと移す工程であって、廃棄リザーバは、排出のための出口ポートを有する、工程と；を含む、生体物質の有無に関して被験体を試験する方法が本明細書に開示され、ここで、流体チャネルの高さは、混合率を制御する。いくつかの実施形態では、方法は生体物質の存在または非存在のための被験体をモニタリングすることをさらに含む。いくつかの実施形態では、生体物質の存在は、被験体が疾患に関する増大したリスクを有していることを示す。いくつかの実施形態では、その疾患は、循環器疾患、神経変性疾患、糖尿病、自己免疫疾患、炎症性疾患、癌、代謝疾患、プリオン病、または病原性疾患である。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、少なくとも１００マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、少なくとも２００マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、２５０マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、３００マイクロメートル未満である。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、４００マイクロメートル未満である。
別の態様において、いくつかの実施形態では、試料リザーバへ試料を導入する工程と；試薬と混合するために流体チャネルを介して試料を押し流すように、または試料と混合するために試薬を押し流すように、空気の入口ポート上に圧力を印加する工程と；試料を、流体チャネルを介して気泡トラップへと押し流すさらなる圧力を印加する工程と；空気泡を気泡トラップに捕らえる工程と；試料を検出窓に通過させる工程と；試料を廃棄リザーバへと移す工程であって、廃棄リザーバは、排出のための出口ポートを有する、工程と；を含む、被験体の疾患を診断する方法が本明細書において開示され、ここで、流体チャネルの高さは、混合率を制御する。いくつかの実施形態では、方法は生体物質の存在または非存在のための被験体をモニタリングすることをさらに含む。いくつかの実施形態では、生体物質の存在は、被験体が疾患に関する増大したリスクを有していることを示す。いくつかの実施形態では、その疾患は、循環器疾患、神経変性疾患、糖尿病、自己免疫疾患、炎症性疾患、癌、代謝疾患、プリオン病、または病原性疾患である。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、少なくとも１００マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、少なくとも２００マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、２５０マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、３００マイクロメートル未満である。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、４００マイクロメートル未満である。
また、流体カートリッジ中の分析物または他の微粒子をアッセイする方法が、本明細書において提供され、該方法は：試料リザーバへ試料を導入する工程と；試料を、流体チャネルを介して試薬リザーバに押し流すように、入口ポート上に圧力を印加して、試料−試薬混合物を形成するように試料を試薬と混合させる工程と；試料−試薬混合物を、流体チャネルを介して気泡トラップへと押し流すさらなる圧力を印加する工程と；もし存在する場合、空気泡を気泡トラップに捕らえる工程と；試料−試薬混合物を検出窓に通過させる工程と；試料−試薬混合物を廃棄リザーバへと移す工程であって、廃棄リザーバは、排出のための出口ポートを有する工程と；を含み、ここで、流体チャネルの高さは、その試料および試薬の混合率を制御する。
また、流体カートリッジ中の分析物または他の微粒子をアッセイする方法が、本明細書において提供され、該方法は：上述の実施形態のいずれかの流体カートリッジへ試料を導入する工程を含み、ここで、流体チャネルの高さは、混合率を制御する。
また、生体物質の有無に関して被験体を試験する方法が、本明細書において提供され、該方法は：試料リザーバへ試料を導入する工程と；試料を、流体チャネルを介して試薬リザーバに押し流すように、入口上に圧力を印加して、試料−試薬混合物を形成するように試料を試薬と混合させる工程と；試料−試薬混合物を、流体チャネルを介して気泡トラップへと押し流すさらなる圧力を印加する工程と；もし存在する場合、気泡を気泡トラップに捕らえる工程と；試料−試薬混合物を検出窓に通過させる工程と；試料−試薬混合物を廃棄リザーバへと移す工程であって、廃棄リザーバは、排出のための出口ポートを有する工程と；を含み、ここで、流体チャネルの高さは、その試料および試薬の混合率を制御する。
また、被験体の疾患を診断する方法が、本明細書において提供され、該方法は：試料リザーバへ試料を導入する工程と；試料を、流体チャネルを介して試薬リザーバに押し流すように、入口上に圧力を印加して、試料−試薬混合物を形成するように試料を試薬と混合させる工程と；試料−試薬混合物を、流体チャネルを介して気泡トラップへと押し流すさらなる圧力を印加する工程と；もし存在する場合、空気泡を気泡トラップに捕らえる工程と；試料−試薬混合物を検出窓に通過させる工程と；試料−試薬混合物を廃棄リザーバへと移す工程であって、廃棄リザーバは、排出のための出口ポートを有する工程と；を含み、ここで、流体チャネルの高さは、その試料および試薬の混合率を制御する。いくつかの実施形態では、方法は生体物質の存在または非存在のための被験体をモニタリングすることをさらに含む。いくつかの実施形態では、生体物質の存在は、被験体が疾患に関する増大したリスクを有していることを示す。いくつかの実施形態では、その疾患は、循環器疾患、神経変性疾患、糖尿病、自己免疫疾患、炎症性疾患、癌、代謝疾患、プリオン病、または病原性疾患である。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、少なくとも１００マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、少なくとも２００マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、２５０マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、３００マイクロメートル未満である。いくつかの実施形態では、流体チャネルの深さは、４００マイクロメートル未満である。
また、試料中のナノスケールの分析物を単離するためのコンパクトデバイスが、本明細書において提供され、該コンパクトデバイスは：ａ）ハウジングと、ｂ）少なくとも１つの流体チャネルと、ｃ）試料リザーバ、試薬リザーバ、および廃棄リザーバを含む流体カートリッジと、誘電泳動（ＤＥＰ）の高電界領域と誘電泳動（ＤＥＰ）の低電界領域とを確立するために、選択的に電圧が印加されるように構成された複数の交流（ＡＣ）電極と、を含み、ＡＣ界面動電効果は、より大きい実体からのナノスケールの分析物の分離をもたらし、ここで、コンパクトデバイスはモバイルコンピューティングデバイスにより制御され、そしてコンパクトデバイスの電力要件は５ワット未満である。いくつかの実施形態では、方法はさらに、モバイルコンピューティングデバイスを含み、ここでモバイルコンピューティングデバイスは、スマートフォン、タブレットコンピュータ、またはラップトップコンピュータである。いくつかの実施形態では、モバイルコンピューティングデバイスは、その携帯型コンピューティングデバイスの充電ポート、ＵＳＢポート、またはヘッドフォンポートを介してコンパクトデバイスへ接続する接続ポートを含む。いくつかの実施形態では、コンパクトデバイスは、モバイルコンピューティングデバイスによって、動力が供給される。いくつかの実施形態では、コンパクトデバイスは、バッテリー、太陽光パネル、または壁コンセントによって、動力が供給される。いくつかの実施形態では、コンパクトデバイスはポンプを含み、ここでポンプは、シリンジ、蠕動ポンプ、またはピエゾポンプである。いくつかの実施形態では、コンパクトデバイスは、分析物を検出するための光学経路を含む。いくつかの実施形態では、分析物は、モバイルコンピューティングデバイス上のカメラを用いて検出される。いくつかの実施形態では、カメラは、モバイルコンピューティングデバイスにより分析される画像を生成する。いくつかの実施形態では、流体カートリッジは、本明細書の実施形態のうちのいずれか１つの流体カートリッジである。いくつかの実施形態では、流体カートリッジは、ヒンジによりコンパクトデバイスに接続される。いくつかの実施形態では、流体カートリッジは、コンパクトデバイスのスロットへと挿入される。いくつかの実施形態では、流体カートリッジは、気泡トラップを含む。いくつかの実施形態では、流体カートリッジは、少なくとも１つの試料リザーバ、および少なくとも１つの対照溶液リザーバを含む。いくつかの実施形態では、流体カートリッジは、試料リザーバを塞ぐスライダを含む。いくつかの実施形態では、コンパクトデバイスは、デバイスが様々なモバイルコンピューティングデバイスに接続することを可能にするための交換可能な天板を含む。いくつかの実施形態では、試料は、血液、唾液、涙液、汗、唾液、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、試料は環境試料を含む。いくつかの実施形態では、コンパクトデバイスは平坦な天板を含み、結果として、モバイルコンピューティングデバイスが、コンパクトデバイスの平坦な天板の上に載る。
また、少なくとも１つの入口と；試料チャンバーと；試薬チャンバーと；少なくとも１つの気泡トラップと；検出窓と；少なくとも１つの出口を含む廃棄リザーバと；を含む、流体カートリッジが本明細書で提供され、ここで試料チャンバーおよび賦形剤チャンバーは、密閉性で非ガス透過性の取り外し可能なカバーを含み、およびここで、少なくとも１つの入口、賦形剤チャンバー、試料チャンバー、気泡トラップ、検出窓、および廃棄リザーバは、連続的な流体チャネルにより接続される。いくつかの実施形態では、陽圧が入口に対して印加されるまで、試料チャンバーおよび賦形剤チャンバー中のいかなる液体も、試料チャンバーまたは賦形剤チャンバー内にとどまる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの入口および少なくとも１つの出口の各々は：ポート、フィルター、およびセルフシーリングポリマーを含んでいる。いくつかの実施形態では、ポートは、入口または出口自体よりも小さな開口部を含み、フィルターは多孔性のポリウレタンフィルターであり、およびここで、セルフシーリングポリマーは、液体との接触で作動させられる。いくつかの実施形態では、セルフシーリングポリマーは、親水性ポリウレタン、親水性ポリウレア、または親水性ポリウレアウレタンを含む。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、連続的な流体チャネルにより、試料チャンバーおよび試薬チャンバーから下流のチャンバーを含み、ここで流体チャネルは、気泡トラップに入口および出口を提供する。いくつかの実施形態では、流体カートリッジはさらに、２つ以上の気泡トラップを含む。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、連続的な流体チャネルにより順次接続される。いくつかの実施形態では、試料チャンバーへと入り、そこから外へ出る流体チャネルの断面積、および賦形剤チャンバーへと入り、そこから外へ出る流体チャネルの断面積の大きさは、十分な流体抵抗を提供して、試料チャンバーまたは賦形剤チャンバー中の流体が、陽圧が入口に印加されことなくチャンバーから出るのを防止する。いくつかの実施形態では、気泡トラップの断面積は、流体チャネルの断面積の少なくとも２倍である。いくつかの実施形態では、流体チャネルの断面積は、約０．２５ｍｍ２であり、そして、気泡トラップの断面積は約８ｍｍ２である。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは少なくとも３ｍｍ、幅は少なくとも３ｍｍ、および高さは少なくとも１ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは少なくとも３ｍｍ、幅は少なくとも５ｍｍ、および高さは少なくとも１ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは最大７ｍｍ、幅は最大１０ｍｍ、および高さは最大５ｍｍである。
請求項１に記載の流体カートリッジであって、気泡トラップの長さは最大５ｍｍ、幅は最大８ｍｍ、および高さは最大３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、円筒体または球体であり、円筒体または球体の直径は、少なくとも３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、円筒体または球体であり、円筒体または球体の直径は、少なくとも５ｍｍである。
また、試料中のナノスケールの分析物を単離するためのコンパクトデバイスが、本明細書において提供され、該コンパクトデバイスは：ハウジングと；光学経路と；流体移動機構と；電子チップと；本明細書に開示される任意の流体カートリッジと；を含み、ここで、コンパクトデバイスは、携帯型コンピューティングデバイスにより制御され、そしてそのデバイスの電力要件は５ワット未満である。いくつかの実施形態では、試料中の分析物は、モバイルコンピューティングデバイス上のカメラを用いて検出され、そしてそのカメラは、モバイルコンピューティングデバイスにより分析される画像を生成する。いくつかの実施形態では、流体移動機構はポンプを含み、ここでそのポンプは、シリンジ、蠕動ポンプ、またはピエゾポンプである。いくつかの実施形態では、電子チップは、流体カートリッジを制御し、そして試料に電流を印加するように構成される。いくつかの実施形態では、流体カートリッジはさらに、誘電泳動（ＤＥＰ）高電界領域および誘電泳動低電界領域を確立するために、選択的に電圧が印加されるように構成された、複数の交流（ＡＣ）電極を含み、ここでＡＣ界面動電効果は、より大きい実体からナノスケールの分析物を分離する。いくつかの実施形態では、流体カートリッジは、コンパクトデバイスの流体カートリッジスロットへと挿入される。
また、流体カートリッジ中の分析物または他の微粒子をアッセイする方法が、本明細書において提供され、該方法は：試料チャンバーに試料を導入する工程と；試料を、流体チャネルを介して試薬チャンバーに押し流すように、入口ポート上に圧力を印加して、試料−試薬混合物を形成するように試料を賦形剤試薬と混合させる工程と；試料−試薬混合物を、流体チャネルを介して気泡トラップへと押し流すさらなる圧力を印加する工程と；もし存在する場合、空気泡を気泡トラップに捕らえる工程と；試料−試薬混合物を検出窓に通過させる工程と；１つ以上の画像を取得する工程であって、ここでその画像はアッセイ分析のために使用される、工程と；試料−試薬混合物を廃棄チャンバーへと移す工程であって、廃棄チャンバーは排出のためのチャンバーの出口を有する、工程と；を含む。いくつかの実施形態では、流体チャネルの高さは、その試料および試薬の混合率を制御する。
また、試料中の分析物または他の微粒子を検出するためのシステムが本明細書において提供され、該システムは：ハウジング、光学経路、流体移動機構、および電気的チップ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｈｉｐ）を含むコンパクトデバイスであって、ここで、コンパクトデバイスはモバイルコンピューティングデバイスおよび流体カートリッジを受けるように構成される、コンパクトデバイスと；少なくとも１つのプロセッサ、メモリ、および実行可能命令を実施するように構成されたオペレーティングシステムを含む、モバイルコンピューティングデバイスと；流体カートリッジと；を含み、ここで、コンパクトデバイスは、モバイルコンピューティングデバイスと流体カートリッジとを互いに対して位置決めして、試料中の分析物または他の微粒子を検出する。いくつかの実施形態では、モバイルコンピューティングデバイスは、スマートフォン、タブレットコンピュータ、またはラップトップコンピュータである。いくつかの実施形態では、モバイルコンピューティングデバイスは、そのモバイルコンピューティングデバイスの充電ポート、ＵＳＢポート、またはヘッドフォンポートを介してコンパクトデバイスへ接続する接続ポートを含む。いくつかの実施形態では、コンパクトデバイスは、モバイルコンピューティングデバイス、バッテリー、太陽光パネル、または壁コンセントによって、動力が供給される。いくつかの実施形態では、分析物または試料中の他の微粒子は、モバイルコンピューティングデバイス上のカメラを用いて検出される。
＜引用による組み込み＞
本明細書で言及されるすべての公報、特許、および特許出願は、個々の公報、特許、特許出願が引用によって組み込まれるように具体的且つ個別に示される程度まで、引用によって本明細書に組み込まれる。
本発明の新規な特徴は、とりわけ添付の特許請求の範囲において記載される。本発明の特徴および利点のより良い理解は、本発明の原理が利用される実施形態を明記する以下の詳細な説明と、以下の添付図面とを引用することによって得られる。
入口ポート、試薬リザーバ、試料リザーバ、気泡トラップ、フローセル、廃棄リザーバ、および出口ポートを含む、８チャネル版の流体カートリッジの図面を示す。 カートリッジの入口側の断面図を示す。セルフシーリングフリットは、入口ポートの真下に直接密封され、流体運動制御のために、空気が通る（したがって、カートリッジの内部の圧力が操作される）ことを可能にする。試薬リザーバおよび試料リザーバは初めに大気に開放されており、ユーザーが前記試薬および試料を挿入することを可能にし、そして挿入後、ユーザーは、適切なゴム、プラスチック、接着剤、または類似のもので、リザーバを塞ぐ。一旦これらのリザーバがふさがれると、流体運動制御が可能であり、そしてセルフシーリングフリットは、いかなる液体（特に生物学的に危険な試料）も、デバイスから出るのを防止する。 例となる気泡トラップを示す。気泡トラップへと通じ、その気泡トラップから外へ通じる流体チャネルは、典型的には、幅が〜１ｍｍであり、深さが〜０．２５ｍｍである。気泡トラップは、典型的には、幅が〜４ｍｍであり、深さが〜２ｍｍである。気泡トラップの２つの重要な設計特性は、１）断面積の意図された増加（本設計は〜０．２５ｍｍ２から〜８ｍｍ２までを含む）、および、２）気泡トラップがｚ−方向に高くなるような意図された設計であり、結果として、流体チャネル中の空気が気泡トラップの中で自然に上昇（浮力）し、残りの流体が真下を容易に通ることが可能となる、ことである。 カートリッジの出口側の断面図を示す。セルフシーリングフリットは出口ポートの真下に直接密封され、流体運動制御のために空気が通る（したがって、カートリッジの内部の圧力が操作される）ことを可能にする。廃棄リザーバは、一旦流体がフローセルを通過すると、流体がとどまるスペースを与えるが、流体がどうにかして（ユーザーがカートリッジをとり、振り回す等）出口ポートに到達する場合、セルフシーリングフリットは、いかなる液体（特に生物学的に危険な試料）も、デバイスから出ることを防止する。 スマートフォンのＵＳＢポートを介して、スマートフォンに接続する典型的なコンパクトデバイスの傾けられた上面図を示す。 スマートフォンに接続された典型的なコンパクトデバイスの上面図を示す。 スマートフォンに接続された典型的なコンパクトデバイスの側面図を示す。 スマートフォンに接続された典型的なコンパクトデバイスの側面図を示す。 スマートフォンに接続された典型的なコンパクトデバイスの上面図を示す。 スマートフォンが接続されていない、典型的なコンパクトデバイスの上面図を示す。 ＵＳＢ電話マウントとスマートフォンとを含む、典型的なコンパクトデバイスの傾けられた上面図を示す。 ＵＳＢマウントに接続されたスマートフォンを備える、典型的なコンパクトデバイスの傾けられた上面図を示す。 開いたカートリッジドアを備えるスマートフォンに接続された典型的なコンパクトデバイス、およびカートリッジドアへと嵌合するコンパクトカートリッジの上面図を示す。 開いたカートリッジドアへと装填されたカートリッジを備えるスマートフォンに接続された典型的なコンパクトデバイスの上面図を示す。 斜めに開く、開いたカートリッジドアへと装填されたカートリッジを備える、スマートフォンに接続された典型的なコンパクトデバイスの傾けられた上面図を示す。 斜めに開く、開いたカートリッジドアを備えるスマートフォンに接続された典型的なコンパクトデバイスと、カートリッジドアへと嵌合するコンパクトカートリッジとの傾けられた上面図を示す。 スライダコンポーネントを含む典型的なコンパクトカートリッジの上面図を示す。 典型的なコンパクトカートリッジの側面図を示す。 典型的なコンパクトカートリッジの側面図を示す。 スライダコンポーネントのない典型的なコンパクトカートリッジの上面図を示す。典型的なコンパクトカートリッジは、血液投入ポートと、血液リザーバポートと、廃棄リザーバポートと、試薬リザーバポートおよびポンプインターフェース位置と、血液リザーバと、試薬リザーバと、廃棄リザーバと、気泡トラップと、チップと、対照溶液チャンバーと、試験チャンバーと、を有する。 初期位置のスライダを備える、典型的なコンパクトカートリッジの上面図を示す。 最終位置のスライダを備える、典型的なコンパクトカートリッジの上面図を示す。スライダは、一旦試料がカートリッジへと装填されたならば、血液投入ポートおよび血液リザーバポートを覆うために使用される。スライダを移動させることにより、ユーザーは廃棄リザーバポートおよび試薬リザーバポートを開き、そしてポンプのインターフェースを可能にする。スライダは、そのカートリッジをシステムへと入れる前に、最終位置に移動されなければならない。 スマートフォンおよびスロットへと挿入されたカートリッジを備える、典型的なコンパクトデバイスの上面図を示す。 スマートフォンおよびスロットへと挿入されたカートリッジを備える、典型的なコンパクトデバイスの側面図を示す。 スマートフォンを備える、典型的なコンパクトデバイスの傾けられた上面図を示す。 スマートフォンを備える、典型的なコンパクトデバイスの側面図を示す。 ＵＳＢアダプタに接続されたスマートフォンと、スロットへと挿入されたカートリッジを備える、典型的なコンパクトデバイスの上面図を示す。 ＵＳＢアダプタに接続されたスマートフォンと、スロットへと挿入されたカートリッジを備える、典型的なコンパクトデバイスの側面図を示す。 ＵＳＢアダプタに接続されたスマートフォンを備える、典型的なコンパクトデバイスの傾けられた上面図を示す。 ＵＳＢアダプタに接続されたスマートフォンを備える、典型的なコンパクトデバイスの側面図を示す。 スロットへと挿入される予定のカートリッジと共に、ＵＳＢアダプタに接続されたスマートフォンを備える典型的なコンパクトデバイスの傾けられた上面図を示す。 ＵＳＢアダプタに接続されたスマートフォンと、スロットへと挿入される予定のカートリッジと共に、典型的なコンパクトデバイスの側面図を示す。 ＵＳＢアダプタに接続されたスマートフォンと、スロットへと挿入されたカートリッジを備える、典型的なコンパクトデバイスの側面図を示す。 本明細書において提供される方法を実施するようにプログラムまたは構成される、コンピュータ制御システムを概略的に例示する。
当技術分野における流体カートリッジは、場合によっては、流体カートリッジの使用における問題を引き起こす詰まりを経験する。場合によっては、これらの詰まりは、使用中に流体カートリッジに入る空気の気泡により引き起こされる。複合試料から分析物を単離するか分離するのに適する、カートリッジコンポーネント、カートリッジ、方法、およびシステムが本明細書において記載される。特定の実施形態では、他の粒子材料を含む試料から分析物を単離するか分離するための、カートリッジコンポーネント、カートリッジ、方法、およびシステムが本明細書において提供される。いくつかの態様では、カートリッジコンポーネント、カートリッジ、方法、およびシステムは、試料中の粒子および分析物の迅速な分離を可能にしうる。他の態様では、カートリッジコンポーネント、カートリッジ、方法、およびシステムは、試料中の粒子からの分析物の迅速な単離を可能にしうる。様々な態様では、カートリッジコンポーネント、カートリッジ、方法、およびシステムは、最小の量の材料を必要とし、および／または血液または環境試料などの複合流体から単離された高純度の分析物を結果としてもたらす、迅速な手順を可能にしうる。
本明細書のある実施形態では、試料から分析物を単離するか分離するためのカートリッジコンポーネント、カートリッジ、方法、およびシステムが提供され、カートリッジコンポーネント、カートリッジ、方法、およびシステムは、流体試料を分析することを可能にする。いくつかの実施形態では、分析物は、ＡＣ動電学的な力を生成できる（例えば、電極のアレイが電圧を印加されるときに）電極のアレイを含むデバイスを使用して分析されてもよい。ＡＣ動電学的（ＡＣＥ）キャプチャーは、誘電泳動力（ＦＤＥＰ）と、ＡＣ電熱（ＡＣＥＴ）流およびＡＣ電気浸透（ＡＣＥＯ）流の組み合わせに由来する流力（ＦＦＬＯＷ）との間の機能的関係である。いくつかの実施形態では、生成された誘電泳動（ＤＥＰ）電界は、ＡＣの動電学的力の効果の成分である。他の実施形態において、ＡＣ動電学的力効果の成分は、ＡＣ電気浸透効果またはＡＣ電熱効果である。いくつかの実施形態では、誘電泳動フィールドを含むＡＣ動電学的力は、高電界領域（正のＤＥＰ、すなわち不平等電界により電界線の強い濃縮が存在する区域）、および／または低電界領域（負のＤＥＰ、すなわち不平等電界により電界線の弱い濃縮が存在する区域）を含む。
特定の実例では、分析物（例えば核酸）は、誘電泳動フィールドの電界領域（例えば高電界領域）において単離される（例えば、粒子材料から単離されるか分離される）。いくつかの実施形態では、カートリッジコンポーネント、カートリッジ、方法、およびシステムは、高電界ＤＥＰ領域中の分析物を単離して、濃縮する工程を含む。いくつかの実施形態では、カートリッジコンポーネント、カートリッジ、方法、およびシステムは、低電界ＤＥＰ領域中の分析物を単離して、濃縮する工程を含む。本明細書に開示される方法はまた、分析物からの残留する材料（例えば、細胞物質またはタンパク質様物質）を洗浄する、またはそうでなければ除去する工程（例えば、水分または試薬を用いてアレイをすすぐが、分析物がアレイの高電界ＤＥＰ領域内で濃縮され維持される）と、残留タンパク質を分解する工程（例えば、熱、プロテアーゼ、または化学薬品を用いるものなどの任意の適切なメカニズムによって生じる分解）と、分析物から分解タンパク質を洗い流す工程と、分析物を採取する工程と、のうちの１つ以上を支援することができるカートリッジコンポーネントおよびカートリッジを随意に含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載された方法の結果は、例えば、酵素学的なアッセイ（例えば、ＰＣＲアッセイ）におけるさらなる分析または特性付けのための、随意に適切な量および純度を有する、単離された分析物である。
いくつかの実施形態では、単離された分析物は、約１０質量％未満の非分析物を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される方法は、１０分未満で完了する。いくつかの実施形態では、方法はさらに、アレイ上の残留タンパク質を分解する工程を含む。いくつかの実施形態では、残留タンパク質は、１つ以上の化学的な分解物、または酵素学的な分解物により分解される。いくつかの実施形態では、残留タンパク質はプロテイナーゼＫにより分解される。
いくつかの実施形態では、分析物は核酸である。他の実施形態において、核酸はさらに、ポリメラーゼ連鎖反応により増幅される。いくつかの実施形態では、核酸はＤＮＡ、ＲＮＡまたはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、単離された核酸は、約８０質量％未満、約７０質量％未満、約６０質量％未満、約５０質量％未満、約４０質量％未満、約３０質量％未満、約２０質量％未満、約１０質量％未満、約５質量％未満、または約２質量％未満の非核酸の細胞物質および／またはタンパク質を含む。いくつかの実施形態では、単離された核酸は、約９９質量％を超える、約９８質量％を超える、約９５質量％を超える、約９０質量％を超える、約８０質量％を超える、約７０質量％を超える、約６０質量％を超える、約５０質量％を超える、約４０質量％を超える、約３０質量％を超える、約２０質量％を超える、または約１０質量％を超える核酸を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載された方法は、約１時間未満で完了できる。いくつかの実施形態では、遠心分離は使用されない。いくつかの実施形態では、残留タンパク質は、１つ以上の化学的な分解物、または酵素学的な分解物により分解される。いくつかの実施形態では、残留タンパク質はプロテイナーゼＫにより分解される。いくつかの実施形態では、残留タンパク質は酵素により分解され、方法はさらに、タンパク質を分解した後に、酵素を不活性化する工程を含む。いくつかの実施形態では、酵素は、熱により（例えば、５０から９５℃で５−１５分間）不活性化される。いくつかの実施形態では、残留物資および分解タンパク質は、別々か同時的な工程において洗い流される。いくつかの実施形態では、分析物は配列決定に適切な形状で単離される。いくつかの実施形態では、分析物は、ショットガン・シークエンシング法に適切な断片化された形状で単離される。
＜デバイスおよびシステム＞
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、試料から分析物を単離し、精製し、採取するためのデバイスにおける構成要素として使用されうる。一態様では、複合試料から、細胞およびその他同種のものを含む他の粒子材料を、単離する、精製する、および採取するまたは溶離させるためのカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法が本明細書に記載される。他の態様では、本明細書に開示されるカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、細胞物質またはタンパク質物質を含む試料から、分析物を、単離する、精製する、採取するおよび／または溶離させることができる。さらなる他の実施形態では、本明細書に開示されるカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、有機物質および無機物質の複合混合物を含む試料から、分析物を、単離する、精製する、採取する、および／または溶離させることができる。いくつかの態様では、本明細書に開示されるカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、有機物質を含む試料から、分析物を、単離する、精製する、採取するおよび／または溶離させることができる。さらなる他の態様では、本明細書に開示されるデバイスは、無機物質を含む試料から、分析物を、単離する、精製する、採取するおよび／または溶離させることができる。
したがって、本明細書に提供されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、複数の交流（ＡＣ）電極を含むシステムおよびデバイスと合わせて使用されることもあり、ＡＣ電極は、誘電泳動（ＤＥＰ）電界領域を確立するために、選択的に電圧が印加されるように構成される。いくつかの態様では、ＡＣ電極は、誘電泳動（ＤＥＰ）高電界領域、および誘電泳動（ＤＥＰ）低電界領域を含む、多数の誘電泳動（ＤＥＰ）電界領域を確立するために、選択的に電圧を印加されるように構成されてもよい。いくつかの例では、ＡＣの動電学的効果は、ＤＥＰ電界の、低電界領域中のより大きい粒子材料の濃縮、および／または高電界領域中の分析物（例えば核酸などの高分子）の濃縮（または採取または単離）をもたらす。例えば、電極、およびＤＥＰ電界における細胞の濃縮のさらなる説明は、ＰＣＴ特許公報国際公開第２００９／１４６１４３号Ａ２において発見されることもあり、その説明は、そのような開示に関して、本明細書において組み込まれる。代替的に、本明細書に提供されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法を利用するシステムおよびデバイスは、直流（ＤＣ）電極を活用する。いくつかの実施形態では、複数のＤＣ電極は、少なくとも２つの矩形電極を含み、アレイ全体にわたって広がる。いくつかの実施形態では、ＤＣ電極はＡＣ電極間に点在する。
ＤＥＰは、不平等電界にさらされるとき、誘電体粒子上に力が加わる現象である。本明細書に記載された方法の工程に応じて、本明細書における様々な実施形態の誘電体粒子は、核酸分子などの生物学的な分析物である。デバイス中で生成された誘電泳動力は、帯電された粒子を必要としない。いくつかの例では、力の強さは、媒体、および粒子の特定の電気特性、形状、あるいは大きさ、ならびに電界の周波数に依存する。いくつかの例では、特定の周波数の電界は、粒子を選択的に操作する。本明細書に記載されるある態様では、これらのプロセスは、細胞およびタンパク質様物質などの他の成分からの、核酸分子を含む分析物の分離を可能にする。
いくつかの実施形態では、本明細書にされたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、試料中の分析物を単離するためのデバイスと合わせて使用されることもあり、該デバイスは：（１）ハウジングと；（２）ハウジング内の、本明細書に開示されるような複数の交流（ＡＣ）電極と；を含み、ＡＣ電極は、ＡＣ動電学的高電界領域およびＡＣ動電学的低電界領域を確立するために選択的に電圧が印加されるように構成され、それによってＡＣの動電学的効果が、デバイスの動電学的な電界領域における分析物細胞の濃縮をもたらす。いくつかの実施形態では、複数の電極は、誘電泳動高電界領域および誘電泳動低電界領域を確立するために選択的に電圧が印加されるように構成される。
いくつかの実施形態では、本明細書にされたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、試料中の分析物を単離するためのデバイスと合わせて使用されることもあり、該デバイスは：（１）本明細書に開示されるような複数の交流（ＡＣ）電極であって、ＡＣ電極は、ＡＣ動電学的高電界領域およびＡＣ動電学的低電界領域を確立するために選択的に電圧が印加されるように構成される、ＡＣ電極と；（２）ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）または他の酵素反応などの、酵素反応を実施することができるモジュールと、を含む。いくつかの実施形態では、複数の電極は、誘電泳動高電界領域および誘電泳動低電界領域を確立するために選択的に電圧が印加されるように構成される。いくつかの実施形態では、デバイスは、試料から分析物を単離でき、その分析物を採取する、または溶離させることができ、そしてさらに、その分析物上で酵素反応を実施できる。いくつかの実施形態では、酵素反応は、単離および溶離の段階と同じリザーバ中で実施される。他の実施形態において、酵素反応は、単離および溶離の段階とは別のリザーバ中で実施される。さらに別の実施形態では、分析物は単離され、そして、酵素反応は多数のリザーバ中で実施される。
様々な実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、１，０００Ｈｚから１００ＭＨｚまでのＡＣ周波数範囲、およそ１ボルトから２０００ボルトｐｋ−ｐｋまで変動できる電圧；１ボルトから１０００ボルトまでのＤＣ電圧、毎分１０マイクロリットルから毎分１０ミリリットルまでの流量、および１℃から１２０℃までの温度範囲で、動作するデバイスおよびシステムと合わせて使用されうる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、約３から約１５ｋＨｚまでのＡＣ周波数範囲で動作する、デバイスおよびシステムと合わせて使用されうる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、５−２５ボルトｐｋ−ｐｋの電圧で動作する、デバイスおよびシステムと合わせて使用されうる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、約１から約５０ボルト／ｃｍまでの電圧で動作する、デバイスおよびシステムと合わせて使用されうる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、約１から約５ボルトまでのＤＣ電圧で動作する、デバイスおよびシステムと合わせて使用されうる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、分あたり約１０マイクロリットルから約５００マイクロリットルまでの流量で動作する、デバイスおよびシステムと合わせて使用されうる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、約２０℃から約６０℃までの温度範囲内で動作する、デバイスおよびシステムと合わせて使用されうる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、１０００Ｈｚから１０ＭＨｚまでのＡＣ周波数範囲で動作する、デバイスおよびシステムと合わせて使用されうる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、１０００Ｈｚから１００ｋＨｚまでのＡＣ周波数範囲で動作する、デバイスおよびシステムと合わせて使用されうる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、１０００Ｈｚから１０ｋＨｚまでのＡＣ周波数範囲で動作する、デバイスおよびシステムと合わせて使用されうる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、１０ｋＨｚから１００ｋＨｚまでのＡＣ周波数範囲で動作する、デバイスおよびシステムと合わせて使用されうる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、１００ｋＨｚから１ＭＨｚまでのＡＣ周波数範囲で動作する、デバイスおよびシステムと合わせて使用されうる。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、１ボルトから１０００ボルトまでのＤＣ電圧で動作する、デバイスおよびシステムと合わせて使用されうる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、１ボルトから５００ボルトまでのＤＣ電圧で動作する、デバイスおよびシステムと合わせて使用されうる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、１ボルトから２５０ボルトまでのＤＣ電圧で動作する、デバイスおよびシステムと合わせて使用されうる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、１ボルトから１００ボルトまでのＤＣ電圧で動作する、デバイスおよびシステムと合わせて使用されうる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、１ボルトから５０ボルトまでのＤＣ電圧で動作する、デバイスおよびシステムと合わせて使用されうる。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、交流誘電泳動電界領域をもたらす、デバイスおよびシステムと合わせて使用されうる。交流は、細胞を濃縮するのに適切な、任意の電流量、電圧、周波数、およびその他同種のものを有する。いくつかの実施形態では、誘電泳動電界領域は、０．１マイクロアンペア−１０アンペアの電流量；１−２０００ボルトピークトゥピーク（Ｖｏｌｔｓ ｐｅａｋ ｔｏ ｐｅａｋ）の電圧；および／または、１−１００，０００，０００Ｈｚの周波数；を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、５−２５ボルトピークトゥピークの電圧を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、３−１５ｋＨｚの周波数を有する交流を使用して生成される。
いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、１００ミリアンペア−５アンペアの電流量を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、０．５アンペア−１アンペアの電流量を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、０．５アンペア−５アンペアの電流量を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、１００ミリアンペア−１アンペアの電流量を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、５００ミリアンペア−２．５アンペアの電流量を有する交流を使用して生成される。
いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、１−２５ボルトピークトゥピークの電圧を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、１−１０ボルトピークトゥピークの電圧を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、２５−５０ボルトピークトゥピークの電圧を有する交流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、１０−１，０００，０００Ｈｚの周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、１００−１００，０００Ｈｚの周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、１００−１０，０００Ｈｚの周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、１０，０００−１００，０００Ｈｚの周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、１００，０００−１，０００，０００Ｈｚの周波数を使用して生成される。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、直流誘電泳動電界領域をもたらす、デバイスおよびシステムと合わせて使用されうる。直流は、細胞を濃縮するのに適切な、任意の電流量、電圧、周波数、およびその他同種のものを有する。いくつかの実施形態では、第１の誘電泳動電界領域は、０．１マイクロアンペア−１アンペアの電流量；１０ミリボルト−１０ボルトの電圧；および／または、１ミリ秒−１０００秒のパルス幅と０．００１―１０００Ｈｚのパルス周波数；を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、１マイクロアンペア−１アンペアの電流量を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、１００マイクロアンペア−５００ミリアンペアの電流量を有する直流を使用して生成される。・いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、１ミリアンペア−１アンペアの電流量を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、１マイクロアンペア−１ミリアンペアの電流量を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、５００ミリ秒−５００秒のパルス幅を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、５００ミリ秒−１００秒のパルス幅を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、１秒−１０００秒のパルス幅を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、５００ミリ秒−１秒のパルス幅を有する直流を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、０．０１−１０００Ｈｚのパルス周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、０．１−１００Ｈｚのパルス周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、１−１００Ｈｚのパルス周波数を使用して生成される。いくつかの実施形態では、ＤＥＰ電界領域は、１００−１０００Ｈｚのパルス周波数を使用して生成される。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、細胞型の混合物を含むこともある試料を分析するために使用されるデバイスおよびシステムと、合わせて使用されうる。例えば、血液は、赤血球および白血球を含む。環境試料は、広い濃度範囲の、多くの型の細胞および他の粒子材料を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、１つの細胞型（または試料を含む細胞型の総数未満の数の細胞型）を濃縮するデバイスおよびシステムと合わせて使用されうる。別の非限定的な例では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、細胞ではなく、ウイルスを特異的に濃縮するために使用されるデバイスおよびシステムと合わせて使用されうる（例えば、３００ｍＳ／ｍを超える導電率の流体において、ウイルスはＤＥＰの高電界領域において濃縮する一方で、より大きい細胞は、ＤＥＰ低電界領域において濃縮するだろう）。
したがって、いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、分析物の効率的な単離および採取を可能にするために、特定の細胞型を単離するか分離するのに適切なデバイスおよびシステムと合わせて使用されうる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、２つ以上の電界領域を提供するデバイスおよびシステムと合わせて使用されてもよく、ここで、２つ以上の型の細胞が単離されるか濃縮される。
＜コンパクトデバイスおよびシステム＞
また、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法を用いて随意に使用するための、コンパクトデバイスおよびシステムが本明細書において提供され、それらは、容易に運搬できるほど十分に小さく、そして低い電力要件を有する。本明細書におけるコンパクトデバイスは、電話、タブレット、またはラップトップコンピュータなどのモバイルコンピューティングデバイスと共に、随意に使用される。
＜電力＞
本明細書に記載されたコンパクトデバイスには低い電力、例えば、ＵＳＢポートまたはマイクロＵＳＢポートにより提供された電力で動作する特徴を有する。場合によっては、電力はモバイルコンピューティングデバイスにより提供される。場合によっては、電力はバッテリーパックにより提供される。場合によっては、電力は太陽光充電器により提供される。場合によっては、電力は壁コンセントにより提供される。場合によっては、電力はヘッドホンジャックにより提供される。いくつかの実施形態では、本明細書のコンパクトデバイスは、その時に利用可能である電源に応じて、多数の電源を使用するように構成されることが企図される。
ＵＳＢポートにより提供される電力は、約５ボルトであることが典型的には理解される。ＵＳＢポートから取り出される推奨の最大電流は、約１０００ｍＡである。ＵＳＢポートにより生成される電力の最大負荷は５ワットである。したがって、いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるコンパクトデバイスは、５ボルト、１０００ｍＡ、または５ワットよりも低い電力要件を有する。いくつかの実施形態では、コンパクトデバイスはわずか約１−１０ボルトしか必要としない。いくつかの実施形態では、コンパクトデバイスは、わずか約１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０ボルトしか必要としない。いくつかの実施形態では、コンパクトデバイスは、わずか約５００から約１５００ｍＡまでしか必要としない。いくつかの実施形態では、本明細書のコンパクトデバイスは、わずか約５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、または１５００ｍＡしか必要としない。いくつかの実施形態では、本明細書のデバイスは、バッテリーパックまたは壁コンセントにより動力が供給され、そして例えば、約２．５から約１０ワットまでのより大きい電力要件を有する。いくつかの実施形態では、本明細書のコンパクトデバイスは、０．０１から１０ワット未満の電力要件を有する。いくつかの実施形態では、本明細書のコンパクトデバイスは、わずか約１０、９．５、９．０、８．５、８．０、７．５、７．０、６．５、６．０、５．９、５．８、５．７、５．６、５．５、５．４、５．３、５．２、５．１、５．０、４．９、４．８、４．７、４．６、４．５、４．４、４．３、４．２、４．１、４．０、３．９、３．８、３．７、３．６、３．５、３．４、３．３、３．２、３．１、３．０、２．９、２．８、２．７、２．６、２．５、２．４、２．３、２．２、２．１、２．０、１．９、１．８、１．７、１．６、１．５、１．４、１．３、１．２、１．１、１．０、０．９、０．８、０．７、０．６、０．５、０．４、０．３、０．２、０．１、０．０９、０．０８、０．０７、０．０６、０．０５、０．０４、０．０３、０．０２、または０．０１ワットしか必要としない。
本明細書のコンパクトデバイスは、ＵＳＢ接続ポートまたはマイクロＵＳＢ接続ポートなどの接続ポートを介して、モバイルコンピューティングデバイスに結合するように企図される。モバイルコンピューティングデバイスに対するコンパクトデバイスの接続は、いくつかの実施形態では、コンパクトデバイスが電力を取ることを可能し、そしてまた、モバイルコンピューティングデバイスがコンパクトデバイスを制御することを可能にする。いくつかの実施形態では、本明細書のコンパクトデバイスは、２つ以上の接続ポートを含む。いくつかの実施形態では、本明細書のコンパクトデバイスは、ユーザーがコンパクトデバイスに異なるモバイルコンピューティングデバイスを接続することを可能にする接続ポートアダプタを含む。
＜デジタル処理デバイス＞
様々な実施形態では、本明細書に記載された主題は、デジタル処理装置、またはその使用を含む。図１７は、実行可能命令を実行するようにプログラムされるか、そうでなければ構成されるデジタル処理装置（１７１０）を示す。デジタル処理装置は、アッセイされた生体試料の１つ以上の信号を処理および分析して、結果を生成するようにプログラムされうる。デジタル処理装置は、結果を生成するために、信号を分析するための訓練されたアルゴリズムを用いてプログラムされうる。デジタル処理装置は、例えば、１セットの試料の信号でアルゴリズムを訓練して、訓練されたアルゴリズムを生成することなどの本開示の方法の、様々な態様を調節することができる。デジタル処理装置は、アルゴリズムを用いて１セットの独立した試料を分析し、そして確認された結果を有するアルゴリズムにより生成された予測結果を比較することによって、訓練されたアルゴリズムの陽性的中率を測定することもある。デジタル処理装置は、電子デバイス（例えばリモートサーバー）に対して遠隔的に位置付けられる、ユーザーの電子デバイス、またはコンピュータシステムでありうる。デジタル処理装置は、モバイルコンピューティングデバイスでありうる。さらなる実施形態では、デジタル処理装置はデバイスの機能を実行する、１つ以上のハードウェアの中央処理装置（ＣＰＵ）（１７２０）を含む。またさらなる実施形態では、デジタル処理装置はさらに、実行可能命令を実施するように構成された、オペレーティングシステムおよび／またはアプリケーション（１７６０）を含む。オペレーションシステムまたはアプリケーション（１７６０）は、実行可能命令（例えばデータ分析モジュール）を実施するように構成された、１つ以上のソフトウェアモジュール（１７９０）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、デジタル処理装置は、コンピュータネットワーク（１７８０）に随意に接続される。さらなる実施形態では、デジタル処理デバイスは、ワールドワイドウェブにアクセスするようにインターネットに随意に接続される。またさらなる実施形態では、デジタル処理デバイスは、クラウドコンピューティング・インフラストラクチャに随意に接続される。他の実施形態では、デジタル処理デバイスは、イントラネットに随意に接続される。他の実施形態では、デジタル処理デバイスは、データ記憶デバイスに随意に接続される。
本明細書の記載に従って、適切なデジタル処理デバイスは、非限定的な例として、サーバーコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ノート型パソコン、サブノート型パソコン、ネットブックコンピュータ、ネットパッドコンピュータ、セットトップコンピュータ、ハンドヘルドコンピュータ、インターネット家電、モバイルスマートフォン、タブレット型コンピュータ、携帯情報端末、ビデオゲーム機器、および車両を含む。当業者は、多くのスマートフォンが、本明細書に記載されるシステムにおける使用に適していることを認識するだろう。当業者は、任意のコンピュータネットワーク接続を有する、選択されたテレビ、ビデオプレーヤー、およびデジタル音楽プレーヤーが、本明細書に記載されるシステムにおける使用に適していることを認識するであろう。適切なタブレットコンピュータは、当業者に既知のブックレット、スレート、および変換可能な構成を備えたものを含む。
いくつかの実施形態では、デジタル処理デバイスは実行命令を実行するように構成されたオペレーティングシステムを含有する。オペレーティングシステムは、例えば、デバイスのハードウェアを制御し、アプリケーションの実行のためのサービスを提供する、プログラムおよびデータを含むソフトウェアである。当業者は、適切なサーバーオペレーティングシステムが非限定的な例によって、ＦｒｅｅＢＳＤ、ＯｐｅｎＢＳＤ、ＮｅｔＢＳＤ（登録商標）、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）、Ａｐｐｌｅ（登録商標）Ｍａｃ ＯＳ Ｘ Ｓｅｒｖｅｒ（登録商標）、Ｏｒａｃｌｅ（登録商標） Ｓｏｌａｒｉｓ（登録商標）、Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｓｅｒｖｅｒ（登録商標）およびＮｏｖｅｌｌ（登録商標） ＮｅｔＷａｒｅ（登録商標）を含むことを認識するだろう。当業者は、適切なパソコンオペレーティングシステムが、非限定的な例として、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）、Ａｐｐｌｅ（登録商標）Ｍａｃ ＯＳ Ｘ（登録商標）、ＵＮＩＸ（登録商標）、およびＧＮＵ／Ｌｉｎｕｘ（登録商標）などの、ＵＮＩＸ（登録商標）のようなオペレーティングシステムを含むことを認識する。いくつかの実施形態では、オペレーティングシステムは、クラウドコンピューティングによって提供される。
いくつかの実施形態では、デバイスは、ストレージ（１７３０）および／またはメモリデバイス（１７５０）を含む。記憶デバイス及び／又はメモリデバイスは、一時的又は恒久的にデータまたはプログラムを保存するために使用される１以上の物理的な機器である。いくつかの実施形態において、デバイスは揮発性メモリであり、記憶した情報を維持するための電力を必要とする。いくつかの実施形態において、デバイスは不揮発性メモリであり、デジタル処理デバイスに電力が供給されないときに記憶した情報を保持する。さらなる実施形態において、不揮発性メモリはフラッシュメモリを含む。いくつかの実施形態において、不揮発性メモリは、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）を含む。いくつかの実施形態において、不揮発性メモリは、強誘電体ランダムアクセスメモリ（ＦＲＡＭ（登録商標））を含む。いくつかの実施形態において、不揮発性メモリは、相変化ランダムアクセスメモリ（ＰＲＡＭ）を含む。他の実施形態では、デバイスは、限定しない例として、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリデバイス、磁気ディスクドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブ、およびクラウドコンピューティングベースのストレージを含む、記憶デバイスである。さらなる実施形態では、記憶デバイスおよび／またはメモリデバイスは、本明細書に開示されるものなどのデバイスの組み合わせである。
いくつかの実施形態では、デジタル処理装置は、ユーザーへ視覚情報を送るディスプレイ（１７４０）を含有する。いくつかの実施形態では、ディスプレイはブラウン管（ＣＲＴ）である。いくつかの実施形態では、ディスプレイは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）である。さらなる実施形態において、ディスプレイは薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ−ＬＣＤ）である。いくつかの実施形態において、ディスプレイは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイである。様々なさらなる実施形態において、ＯＬＥＤディスプレイは、パッシブ−マトリクスＯＬＥＤ（ＰＭＯＬＥＤ）またはアクティブ−マトリクスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）のディスプレイである。いくつかの実施形態において、ディスプレイはプラズマディスプレイである。他の実施形態では、ディスプレイは、ビデオプロジェクターである。いくつかの実施形態では、そのディスプレイはタッチスクリーンである。またさらなる実施形態において、ディスプレイは、本明細書に開示されるものなどのデバイスの組み合わせである。
いくつかの実施形態では、デジタル処理装置は、ユーザーと対話する、および／またはユーザーから情報を受信するために、インターフェース（１７７０）を含む。いくつかの実施形態では、インターフェースはタッチスクリーンを含む。いくつかの実施形態では、インターフェースは入力デバイスを含む。いくつかの実施形態において、入力デバイスはキーボードである。いくつかの実施形態において、入力デバイスは、非限定的な例として、マウス、トラックボール、トラックパッド、ジョイスティック、ゲームコントローラ、またはスタイラスを含むポインティングデバイスである。いくつかの実施形態において、入力デバイスはタッチスクリーンまたはマルチタッチスクリーンである。他の実施形態において、入力デバイスは、声または他の音入力を取り込むマイクロホンである。他の実施形態において、入力デバイスは、動作入力または視覚入力を取り込むカメラまたはビデオカメラである。またさらなる実施形態において、入力デバイスは本明細書に開示されるものなどのデバイスの組み合わせである。
＜通信＞
様々な実施形態では、本明細書に開示される主題は、通信インターフェースを含む。いくつかの実施形態では、通信インターフェースは、デジタル処理装置中に組み込まれている。いくつかの実施形態では、通信インターフェースは、以下の伝送技術の１つ以上に基づいて動作する：３Ｇ通信プロトコル、４Ｇ通信プロトコル、ＩＥＥＥ ８０２．１１規格、ＢｌｕｅＴｏｏｔｈ（登録商標）プロトコル、短距離、ＲＦ通信、衛星通信、可視光通信、および赤外線通信。
いくつかの実施形態では、通信インターフェースは、有線通信インターフェースを含む。例は、ＵＳＢ、ＲＪ４５、シリアルポート、およびパラレルポートを含む。
＜非一時的コンピュータ可読記憶媒体＞
様々な実施形態では、本明細書に開示される主題は、随意にネットワーク化されたデジタル処理装置のオペレーティングシステムによって実行可能な命令を含むプログラムでコードされた、１つ以上の非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含む。さらなる実施形態では、コンピュータ可読記憶媒体は、デジタル処理デバイスの有形要素である。またさらなる実施形態では、コンピュータ可読記憶媒体は、デジタル処理デバイスから随意に除去可能である。いくつかの実施形態では、コンピュータ可読記憶媒体は、非限定的な例として、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリデバイス、ソリッドステート記憶デバイス、磁気ディスクドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブ、クラウドコンピューティングシステムおよびサービスなどを含む。いくつかの場合では、プログラムおよび命令は、媒体上で恒久的に、略恒久的に、半恒久的に、または非一時的にコードされる。
＜光学系＞
本明細書のコンパクトデバイスは、測定値を得るために、電話、タブレット、またはラップトップコンピュータ上のカメラなどの、モバイルコンピューティングデバイスのカメラに頼ることができる。本明細書に記載されたコンパクトデバイスは、それによってモバイルコンピューティングデバイスのカメラが画像を得ることができる少なくとも１つの光学経路を含むことが企図される。いくつかの実施形態では、電話、タブレット、またはラップトップコンピュータ上のカメラなどの、モバイルコンピューティングデバイス上のカメラは、モバイルコンピューティングデバイスへと統合される。いくつかの実施形態では、カメラがより良い画像を得ることを可能にするために、外部レンズが、モバイルコンピューティングデバイス上のカメラ上へと適合されうる。いくつかの実施形態では、カメラは、１２メガピクセルカメラである。いくつかの実施形態では、カメラは、１０、９、８、７、６、５、４、または３メガピクセルカメラである。
本明細書のコンパクトデバイスは、それによってモバイルコンピューティングデバイス上のカメラが画像を得ることができる光学経路を含む。本明細書のコンパクトデバイス中の光学経路は、いくつかの実施形態では、当業者により既知の、典型的な落射蛍光の光学経路を含み、これは、モバイルコンピューティングデバイス中のカメラセンサー、または外部のＣＭＯＳセンサーまたはＣＣＤセンサーを介して蛍光シグナルを検出し、試料中の目的の分析物の量を測定する。いくつかの実施形態では、光学経路は、顕微鏡対物レンズを含む。いくつかの実施形態では、光学経路は、内視鏡対物レンズを含む。
＜流体工学＞
本明細書のコンパクトデバイスは、シリンジ、蠕動ポンプ、またはピエゾポンプを含むデバイスを介して流体を移動させるための、様々なメカニズムを使用できる。流体は、流体カートリッジのコンパクトな流体リザーバを使用して、デバイスを介して移動する。典型的な流体工学カートリッジが、本明細書に記載され、そして、コンパクトデバイスの場合には、内側に嵌合するかまたはコンパクトデバイスとドッキングするようサイズ決めされて、形作られる。いくつかの実施形態では、流体カートリッジは、コンパクトデバイスのへと挿入される。いくつかの実施形態では、流体カートリッジは、ヒンジによりコンパクトデバイスに接続される。いくつかの実施形態では、流体カートリッジは、投入ポートを覆うスライダを含む。いくつかの実施形態では、流体カートリッジはリザーバ、例えば、試料リザーバ、試薬リザーバ、および廃棄リザーバを含む。いくつかの実施形態では、流体カートリッジは、少なくとも２つのアッセイチャンバー、例えば試験チャンバーおよび対照溶液チャンバーを含む。いくつかの実施形態では、流体カートリッジはポート、例えば試料投入ポート、試料リザーバポート、廃棄リザーバポート、および試薬リザーバポートを含む。いくつかの実施形態では、試薬リザーバポートは、ポンプのインターフェース位置を含む。いくつかの実施形態では、流体カートリッジは、チップを含む。
＜電子工学＞
様々な実施形態では、本明細書に開示されるコンパクトデバイスは、コンパクトデバイスを制御するために電子チップを含む。いくつかの実施形態では、電子チップは信号増幅器を含む。いくつかの設計では、電子チップは差動増幅器を含む。
様々な実施形態では、電子チップは生体サンプルを受けるためにカートリッジを制御するように構成される。さらなる実施形態では、電子チップは生体サンプルをアッセイするためにカートリッジを制御するように構成される。
いくつかの実施形態では、電子チップは生体サンプルに電圧を印加するように構成される。さらなる実施形態では、生体サンプルへと電圧を印加する工程は、生体サンプルをイオン化する工程を含む。他の実施形態において、方法はさらに、生体試料に電流を印加する工程を含む。
いくつかの実施形態では、電子チップはアッセイされた生体サンプルからの信号を取得するように構成される。信号の例は、限定されないが、螢光、非螢光、電気、化学、イオンの流れ、荷電分子の流れ、圧力、温度、光強度、色彩強度、コンダクタンスレベル、インピーダンスレベル、濃度レベル（例えばイオンの濃度）、および動的信号を含む。
特定の実施形態では、信号は交流（ＡＣ）動電学的信号を含む。場合によっては、信号は、１つ以上のＡＣ動電学的高電界領域および１つ以上のＡＣ動電学的低電界領域を含む。
＜コンピュータプログラム＞
本明細書に開示される主題は、少なくとも１つのコンピュータプログラム、またはその使用を含む。コンピュータプログラムは、タスクを実行するために書き込まれた、デジタル処理デバイスのＣＰＵにおいて実行可能である命令のシーケンスを含む。コンピュータ可読命令は、特定のタスクを実行するか又は特定の抽象データ型を実施する、機能、オブジェクト、アプリケーションプログラムインターフェース（ＡＰＩ）、データ構造などのプログラムモジュールとして実行されてもよい。本明細書で提供される開示に照らして、当業者は、コンピュータプログラムが様々な言語の様々なバージョンで書き込まれ得ることを認識する。
コンピュータ読み取り可能命令の機能は、様々な環境における所望のものとして組み合わせられる、または分散されてもよい。いくつかの実施形態では、コンピュータプログラムは１つの命令列を含む。いくつかの実施形態において、コンピュータプログラムは複数の命令列を含む。いくつかの実施形態では、コンピュータプログラムは１つの位置から提供される。他の実施形態では、コンピュータプログラムは複数の位置から提供される。様々な実施形態では、コンピュータプログラムは、１以上のソフトウェアモジュールを含む。様々な実施形態において、コンピュータプログラムは、一部または全体として、１つ以上のウェブアプリケーション、１つ以上のモバイルアプリケーション、１つ以上のスタンドアロンアプリケーション、１つ以上のウェブブラウザプラグイン、拡張、アドイン、またはアドオン、またはこれらの組み合わせを含む。
いくつかの実施では、本明細書のコンパクトデバイスは、電話、タブレット、またはラップトップコンピュータなどのモバイルコンピューティングデバイス上でコンピュータプログラムを使用して、ユーザーによって制御される。コンパクトデバイスのためのコンピュータプログラムは、出力データの分析も実施できる。
いくつかの実施形態では、コンピュータプログラムは、アッセイされた生体試料の信号を分析するように構成されたデータ分析モジュールを含む。さらなる実施形態では、信号を分析する工程は、統計分析の使用を含む。場合によっては、信号を分析する工程は、その信号を信号のテンプレートと比較する工程を含む。様々なデータ分析が存在し、それらは、コンピュータプログラム中で分析モジュールを組み立てるために、組み合わせることができる。信号を分析する工程の例は：信号の強度を分析する工程と、信号の周波数を分析する工程と、信号の空間分布様式を識別する工程と、１つ以上の信号の時間パターンを識別する工程と、化学反応の事象に対応する信号における離散性の変動を検出する工程と、圧力レベルを推測する工程と、温度レベルを推測する工程と、光強度を推測する工程と、色彩強度を推測する工程と、コンダクタンスレベルを推測する工程と、インピーダンスレベルを推測する工程と、イオン濃度を推測する工程と、１つ以上のＡＣ動電学的高電界領域および１つ以上のＡＣ動電学的低電界領域のパターンを分析する工程と、化学反応の事象を分析する工程と、を含む。またさらなる実施形態では、化学反応の事象は、分子合成、分子破壊（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）、分子崩壊（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）、分子挿入（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ）、分子分離、分子回転、分子スピン（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｐｉｎｎｉｎｇ）、分子伸長（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）、分子ハイブリダイゼーション、分子転写（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ）、シークエンシング反応、および熱サイクル、のうちの１つ以上を含む。
いくつかの実施形態では、データ分析モジュールはアッセイされた生体試料の信号を検出するように構成される。信号は、アッセイされた生体試料の１つ以上の撮影された画像を含みうる。１つ以上の画像は、ピクセル画像データを含みうる。１つ以上の画像は、ｒａｗ画像データとして受信されうる。データ検出モジュールは、モバイルコンピューティングデバイスのピクセル画像データを受信するように構成されうる。ピクセル画像データは、モバイルコンピューティングデバイス上のカメラによって取り込まれた画像由来でありうる。様々な実施形態では、データ分析モジュールは、ピクセル画像データ上で画像処理を実施する。画像のピクセルは、アッセイされた試料によって生成された光子と背景信号との組み合わせである信号によって生成されうる。背景信号は外部光源によって放出または反射された光子から生じうる。場合によっては、特定の自家蛍光材料は、蛍光ベースのアッセイに干渉する可能性がある。従って、未処理のピクセルを使用する光学信号の測定は、アッセイの信号を過大に見積もることもある。画像処理は、ノイズを減らすかまたは画像をフィルタリングするために使用できる。画像処理は、信号品質を改善するために使用できる。様々な実施形態では、データ分析モジュールは基準信号（例えばヌルの試料）を使用して、背景雑音レベルを補正するために、較正を実施する。様々な実施形態では、データ分析モジュールは、コントラストおよび／または明るさを正規化するように、画像を処理する。データ分析モジュールは、ガンマ補正を実施することもある。いくつかの実施形態では、データ分析モジュールは、画像を、グレースケール、ＲＧＢ、またはＬＡＢ色空間に変換する。
様々な実施形態では、データ分析モジュールは、データ処理アルゴリズムを使用してピクセル画像データを処理して、信号強度に基づいて、数値の分布へとデータを変換する。ピクセル画像データは、各ピクセルの空間的情報および強度を含みうる。様々な実施形態では、データ分析モジュールは、結果を測定するために使用される予定の画像内の１つ以上のサブフィールドを選択する。このプロセスは状況次第で必要であることもある。例えば、検出されている信号は、カメラレンズと、アッセイされた生体試料との間の不整合のために、カメラの視野全体を満たさないこともあり、または位置から外れていることもある（例えば、試料はカメラの視野の中心から外れていることもある）。１つ以上のサブフィールドは、数値の分布に基づいて選択されうる。例えば、１つ以上のサブフィールドは、最も高い数値の分布を有することに基づいて、選択されうる。いくつかの実施形態では、データ分析モジュールは、画像を複数のサブフィールドへと分割し、そして結果を測定（例えば、無細胞循環腫瘍ＤＮＡのポジティブまたはネガティブの検出）するのに使用される１つ以上のサブフィールドを選択する。データ分析モジュールは、アルゴリズムを使用して、複数の可能なサブフィールドから、最も高い信号強度を表わす数値の分布を含む領域を有するサブフィールドの位置を突き止める。例示的な例として、分析物を検出するために蛍光染料を活用するアッセイは、特定の周波数または色の蛍光シグナルを生成できる。その後、データ分析モジュールは、画像をサブフィールドへと分割し、最も高い信号強度を有するサブフィールドを位置付ける。その後、最も高い信号強度を有するサブフィールドは、結果が分析物の存在に対してポジティブまたはネガティブかどうかを算出するために使用されてもよい。様々な実施形態では、サブフィールドに対する信号強度は、サブフィールド内に位置する全てのピクセルに関する平均、中央値、または信号強度の形態に基づいて算出される。信号の空間強度は、モバイルコンピューティングデバイスのカメラによって画像として取り込むことができる。画像は、信号強度に基づいて数値の分布へと変換できる。様々な実施形態では、データ分析モジュールは、ピクセル画像のセットを正規化する。様々な実施形態では、データ分析モジュールは、多数の画像を受信するか、またはアッセイされた生体試料のための前記多数の画像に対応するピクセル画像データのセットを受信する。データ分析モジュールは、単一の画像を分析するよりも正確な結果を生成するために、多数の画像を分析できる。いくつかの実施形態では、アッセイされた生体試料のための、データ分析モジュールは、少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０、３０、４０、または５０の画像を分析する。
いくつかの実施形態では、データ分析モジュールは、特徴抽出アルゴリズムを使用して、特徴抽出を実施して、無関係な情報を除外しながら、信号に関する関連情報を得る。特徴抽出アルゴリズムのいくつかの例は、方向付けされた勾配のヒストグラム（ＨＯＧ）、スケール不変特徴変換（ＳＩＦＴ）、およびロバストな特徴の高速化（ＳＵＲＦ）を含む。特徴抽出アルゴリズムは、閾値検出（閾値化）、エッジ検出、コーナー検出、ブロブ検出およびリッジ検出のための画像処理において使用されうる。本明細書に提供される開示の観点から、当業者は、多くのアルゴリズムが特徴抽出を実施するために利用可能であることを認識するだろう。
いくつかの実施形態では、データ分析モジュールは、試料の結果を判定（例えば、分析物または微粒子のポジティブまたはネガティブの検出）するために訓練されたアルゴリズムを使用する。本開示の訓練されたアルゴリズムは、本明細書に記載されるような１つの特徴空間を含みうる。本開示の訓練されたアルゴリズムは、本明細書に記載されるような２つ以上の特徴空間を含みうる。２つ以上の特徴空間は、互いと異なることもある。各特徴空間は、核酸、タンパク質、炭水化物、脂質、または他の巨大分子の存在などの、試料に関する情報の型を含みうる。アルゴリズムは、主成分分析、部分最小二乗回帰、および独立成分分析を含むアルゴリズムの非制限的な群から選択されうる。アルゴリズムは、多数の変数を直接分析する方法を含むことができ、そして機械学習プロセスに基づく方法を含むアルゴリズムの非制限的な群から選択される。機械学習プロセスは、任意のフォレストアルゴリズム（ｆｏｒｅｓｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ）、バギング技術（ｂａｇｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）、ブースティング方式（ｂｏｏｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ）、またはそれらの任意の組み合わせを含みうる。アルゴリズムは、罰金付きロジスティック回帰、マイクロアレイの予測解析、収縮重心法（ｓｈｒｕｎｋｅｎ ｃｅｎｔｒｏｉｄｓ）に基づく方法、サポートベクターマシン分析、または、正則化線形判別分析などの統計的手法を活用できる。アルゴリズムは、様々な被験体から得られた１セットの試料データ（例えば画像データまたはピクセル画像データ）を用いて訓練されてもよい。試料データは、例えば分析物の分析の結果を記憶するオンラインデータベースなどの、本明細書の記載されたデータベースから得られることもある。１セットの試料は、少なくとも１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、５００、６００、７００、８００、９００、または１０００、またはそれより多い被験体からの試料を含みうる。訓練されたアルゴリズムは、その正確性、特異性、感応性、陽性的中率、陰性的中率、またはそれらの任意の組み合わせを測定するために、独立した試料を使用して試験されうる。訓練されたアルゴリズムは、少なくとも１００の独立した試料の１セットに対して、少なくとも８０、９０、９５、または９９％の正確性を有しうる。訓練されたアルゴリズムは、少なくとも１００の独立した試料の１セットに対して、少なくとも８０、９０、９５、または９９％の陽性的中率を有しうる。訓練されたアルゴリズムは、少なくとも１００の独立した試料の１セットに対して、少なくとも８０、９０、９５、または９９％の特異性を有しうる。
＜データベース＞
様々な実施形態では、本明細書に開示される主題は、１つ以上のデータベース、または信号およびテンプレート信号を記憶するそのデータベースの使用を含む。本明細書に提供される開示を考慮して、当業者は、多くのデータベースが配列情報の記憶と検索に適していることを認識するだろう。様々な実施形態では、適切なデータベースは、非限定的な例として、関係データベース、非関係データベース、オブジェクト指向型データベース、オブジェクトデータベース、実体関連モデルデータベース、結合性データベース、およびＸＭＬデータベースを包含する。いくつかの実施形態では、データベースはインターネットを利用したものである。さらなる実施形態では、データベースはウェブを利用したものである。またさらなる実施形態では、データベースはクラウドコンピューティングを利用したものである。他の実施形態では、データベースは１つ以上のローカルコンピュータメモリデバイスを利用したものである。
＜サイズ＞
本明細書のコンパクトデバイスは、平均的な人によって片方の手で容易に運ばれるようサイズ決めされる。デバイスの大きさおよび形状は、使用される予定のモバイルコンピューティングデバイスの型に応じて可変である。いくつかの実施形態では、コンパクトデバイスは、モバイルコンピューティングデバイス、少なくとも１つの流体チャネル、および流体カートリッジを保持するために、ハウジングフレームを含む。いくつかの実施形態では、コンパクトデバイスの長さ、幅、および高さが測定される。本明細書の長さは、デバイスが載っている表面に対して平行である、デバイスの片側に沿った測定値である。本明細書の幅は、デバイスが載っている表面に対して平行である、デバイスの片側に沿った測定値である。いくつかの実施形態では、長さは、幅よりも大きい。いくつかの実施形態では、幅は、長さよりも大きい。本明細書の高さは、デバイスが載っている表面に垂直である、デバイスの長さまたは幅のいずれかに沿って取られる測定値である。いくつかの実施形態では、高さは深さと同じ測定値である。いくつかの実施形態では、本明細書のコンパクトデバイスは、約１３０ｍｍから約３２０ｍｍまでの範囲の高さ、例えば、約１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０、２９０、３００、３１０、または３２０ｍｍの高さを有する。いくつかの実施形態では、本明細書のコンパクトデバイスは、約６０ｍｍから約２３０ｍｍまでの範囲の幅、例えば、約６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、または２３０ｍｍの幅を有する。いくつかの実施形態では、本明細書のコンパクトデバイスは、約２０ｍｍから約１００ｍｍまでの範囲の深さ、例えば、約２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、または１００ｍｍの深さを有する。
＜試料＞
一態様において、本明細書に記載されるカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、試料から分析物を単離するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、試料は体液を含む。一態様では、試料は、細胞または他の粒子材料、およびその分析物を含む。いくつかの実施形態では、試料は細胞を含まない。
いくつかの実施形態では、試料は、液体、随意に水もしくは水溶液、または分散体である。いくつかの実施形態では、試料は体液である。典型的な体液は、血液、血清、血漿、胆汁、乳汁、脳脊髄液、胃液、射精液、粘液、腹水、唾液、汗、涙、尿、滑液、およびその他同種のものを含む。いくつかの実施形態では、体液から分析物は、医学的な治療手段もしくは診断法、デバイス、またはシステムの一部として、本明細書に記載されるカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システムおよび方法を使用して単離される。いくつかの実施形態では、試料は、液体培地中に可溶化したおよび／または分散した、組織および／または細胞である。例えば、組織は、そこから核酸などの分析物が、本明細書に記載の方法、デバイス、またはシステムを使用して単離されうる癌性の腫瘍でありうる。
いくつかの実施形態では、試料は環境試料である。いくつかの実施形態では、環境試料は、特定の汚染、感染の発生、またはその他同種のものを示す特定の核酸配列の存在に関して、アッセイされるかモニタリングされる。環境試料は、本明細書に記載される方法、デバイス、またはシステムを使用して、特定の汚染、感染の発生、または同種のものの原因を断定するためにも使用されうる。典型的な環境試料は、都市下水と産業排水、様々な製造工程において使用されたか、その結果生じた水または流体、湖、川、海、帯水層、地下水、暴風雨水、植物または植物の部分、動物または動物の部分、昆虫、都市供給水、および同種のもの含む。
いくつかの実施形態では、試料は食品または飲料である。食品または飲料は、特定の汚染、感染の発生、またはその他同種のものを示す特定の分析物の存在に関して、アッセイまたはモニタリングされうる。食品または飲料は、本明細書に記載される方法、デバイス、またはシステムを使用して、特定の汚染、感染の発生、または同種のものの原因を断定するためにも使用されうる。様々な実施形態では、本明細書に記載される方法、デバイス、およびシステムは、公衆衛生をモニタリングする、または有害な公衆衛生の発生に対応するために、１以上の体液、環境試料、ならびに食品および飲料を用いて使用できる。
いくつかの実施形態では、試料は増殖培地である。増殖培地は、細胞を培養するのに適切な任意の培地、例えば、大腸菌を培養するための溶原培地（ＬＢ）、哺乳動物細胞を培養するためのハム組織培養培地（Ｈａｍ’ｓ ｔｉｓｓｕｅ ｃｕｌｔｕｒｅ ｍｅｄｉｕｍ）、および同種のものになりうる。媒体は、富栄養培地、最少培地、選択培地、および同種のものになりうる。いくつかの実施形態では、媒体は、複数のクローン細胞を含む、またはそれから本質的に成る。いくつかの実施形態では、培地は、少なくとも２つの種の混合物を含む。いくつかの実施形態では、細胞は、クローン細胞、病原体細胞、細菌細胞、ウイルス、植物細胞、動物細胞、昆虫細胞、および／またはそれらの組み合わせを含む。
いくつかの実施形態では、試料は水である。
いくつかの実施形態では、試料はさらに、他の粒子材料を含むこともある。そのような粒子材料は、例えば、封入体（例えばセロイドまたはマロリー体）、細胞円柱（例えば顆粒円柱、硝子円柱、細胞円柱、蝋様円柱および偽円柱）、ピック体、レーヴィ体、神経原線維変化、筋原繊維形成、細胞残屑、および他の粒子材料であってもよい。いくつかの実施形態では、粒子材料は凝集タンパク質（例えばベータアミロイド）である。
試料は、高いまたは低い導電率を含むいかなる導電率も有しうる。いくつかの実施形態では、導電率は、約１μＳ／ｍから約１０ｍＳ／ｍまでである。いくつかの実施形態では、導電率は、約１０μＳ／ｍから約１０ｍＳ／ｍまでである。他の実施形態では、導電率は、約５０μＳ／ｍから約１０ｍＳ／ｍまでである。また他の実施形態では、導電率は、約１００μＳ／ｍから約１０ｍＳ／ｍまで、約１００μＳ／ｍから約８ｍＳ／ｍまで、約１００μＳ／ｍから約６ｍＳ／ｍまで、約１００μＳ／ｍから約５ｍＳ／ｍまで、約１００μＳ／ｍから約４ｍＳ／ｍまで、約１００μＳ／ｍから約３ｍＳ／ｍまで、約１００μＳ／ｍから約２ｍＳ／ｍまで、または約１００μＳ／ｍから約１ｍＳ／ｍまでである。
いくつかの実施形態では、導電率は約１μＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は約１０μＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は約１００μＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は約１ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は約２ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は約３ｍＳ／ｍである。また他の実施形態では、導電率は約４ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は約５ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は約１０ｍＳ／ｍである。さらに別の実施形態では、導電率は約１００ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は約１Ｓ／ｍである。他の実施形態において、導電率は約１０Ｓ／ｍである。
いくつかの実施形態では、導電率は少なくとも１μＳ／ｍである。まだ他の実施形態では、導電率は少なくとも１０μＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は少なくとも１００μＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は少なくとも１ｍＳ／ｍである。さらなる実施形態では、導電率は少なくとも１０ｍＳ／ｍである。まだ他の実施形態では、導電率は少なくとも１００ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は少なくとも１Ｓ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は少なくとも１０Ｓ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は最大で１μＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は最大で１０μＳ／ｍである。他の実施形態において、導電率は最大で１００μＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は最大で１ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は最大で１０ｍＳ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は最大で１００ｍＳ／ｍである。まだ他の実施形態では、導電率は最大で１Ｓ／ｍである。いくつかの実施形態では、導電率は最大で１０Ｓ／ｍである。
いくつかの実施形態では、試料は、１０ｍｌ未満を含む小容量の液体である。いくつかの実施形態では、試料は８ｍｌ未満である。いくつかの実施形態では、試料は５ｍｌ未満である。いくつかの実施形態では、試料は２ｍｌ未満である。いくつかの実施形態では、試料は１ｍｌ未満である。いくつかの実施形態では、試料は５００μｌ未満である。いくつかの実施形態では、試料は２００μｌ未満である。いくつかの実施形態では、試料は１００μｌ未満である。いくつかの実施形態では、試料は５０μｌ未満である。いくつかの実施形態では、試料は１０μｌ未満である。いくつかの実施形態では、試料は５μｌ未満である。いくつかの実施形態では、試料は１μｌ未満である。
いくつかの実施形態では、デバイスに適用される試料の量、または方法において使用される量は、約１００，０００，０００個未満の細胞を含む。いくつかの実施形態では、試料は、約１０，０００，０００個未満の細胞を含む。いくつかの実施形態では、試料は、約１，０００，０００個未満の細胞を含む。いくつかの実施形態では、試料は、約１００，０００個未満の細胞を含む。いくつかの実施形態では、試料は、約１０，０００個未満の細胞を含む。いくつかの実施形態では、試料は、約１，０００個未満の細胞を含む。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたデバイス、システム、および方法を用いる、試料からの分析物の単離は、約３０分未満、約２０分未満、約１５分未満、約１０分未満、約５分未満、または約１分未満の時間を要する。他の実施形態において、本明細書に記載されたデバイス、システム、および方法を用いる、試料からの分析物の単離は、３０分以下、約２０分以下、約１５分以下、約１０分以下、約５分以下、約２分以下、または約１分以下の時間を要する。さらなる実施形態において、本明細書に記載されたデバイス、システム、および方法を用いる、試料からの分析物の単離は、約１５分未満、好ましくは約１０分未満、または約５分未満の時間を要する。
一態様では、試料からナノスケールの分析物を単離するための方法が本明細書に記載される。いくつかの実施形態では、ナノスケールの分析物は、直径が１０００ｎｍ未満である。他の実施形態では、ナノスケールの分析物は、直径が５００ｎｍ未満である。いくつかの実施形態では、ナノスケールの分析物は、直径が２５０ｎｍ未満である。いくつかの実施形態では、ナノスケールの分析物は、直径が約１００ｎｍから約１０００ｎｍまでである。他の実施形態では、ナノスケールの分析物は、直径が約２５０ｎｍから約８００ｎｍまでである。また他の実施形態では、ナノスケールの分析物は、直径が約３００ｎｍから約５００ｎｍまでである。
いくつかの実施形態では、ナノスケールの分析物は、直径が１０００μｍ未満である。他の実施形態では、ナノスケールの分析物は、直径が５００μｍ未満である。いくつかの実施形態では、ナノスケールの分析物は、直径が２５０μｍ未満である。いくつかの実施形態では、ナノスケールの分析物は、直径が約１００μｍから約１０００μｍまでである。他の実施形態では、ナノスケールの分析物は、直径が約２５０μｍから約８００μｍまでである。また他の実施形態では、ナノスケールの分析物は、直径が約３００μｍから約５００μｍまでである。
いくつかの実施形態では、分析物は、ナノスケールではなく、そして、限定されないが、大型の細胞残屑、凝集タンパク質、エキソソーム、ミトコンドリア、核、核断片、ヌクレオソーム、小胞体（ｅｎｄｏｐｌａｓｍｉｃ ｒｅｔｉｃｕｌｉ）、リソソーム、大型のリソソーム、脂質二重層ビヒクル、脂質単層ビヒクル、細胞膜、細胞膜フラグメントなどの細胞下の成分（ｓｕｂｃｅｌｌｕｌａｒ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）、細胞膜、クロマチン断片、ヒストン複合体、エキソソーム、および小成分、例えば、タンパク質、ｍＲＮＡ、ｍｉＲＮＡ、ｓｉＲＮＡ、およびＤＮＡを含む単一鎖および二本鎖の核酸を有するエキソソームを用いて複合化された細胞表面タンパク質、を含む材料を含む。
いくつかの実施形態では、本明細書において記述されるカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、任意の分析物を得る、単離する、または分離するために使用できる。いくつかの実施形態では、分析物は核酸である。他の実施形態において、本明細書に記載された方法、デバイス、およびシステムにより単離された核酸は、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）、ＲＮＡ（リボ核酸）、およびそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、分析物はタンパク質断片である。いくつかの実施形態では、核酸は、配列決定、または増幅、ライゲーション、もしくはクローニングを含む核酸のさらなる操作に適切な形状で単離される。
様々な実施形態では、単離または分離された分析物は、少なくとも９９質量％の他の材料から遊離した、少なくとも９９質量％の残留する細胞物質から遊離した、少なくとも９８質量％の他の材料から遊離した、少なくとも９８質量％の残留する細胞物質から遊離した、少なくとも９５質量％の他の材料から遊離した、少なくとも９５質量％の残留する細胞物質から遊離した、少なくとも９０質量％の他の材料から遊離した、少なくとも９０質量％の残留する細胞物質から遊離した、少なくとも８０質量％の他の材料から遊離した、少なくとも８０質量％の残留する細胞物質から遊離した、少なくとも７０質量％の他の材料から遊離した、少なくとも７０質量％の残留する細胞物質から遊離した、少なくとも６０質量％の他の材料から遊離した、少なくとも６０質量％の残留する細胞物質から遊離した、少なくとも５０質量％の他の材料から遊離した、少なくとも５０質量％の残留する細胞物質から遊離した、少なくとも３０質量％の他の材料から遊離した、少なくとも３０質量％の残留する細胞物質から遊離した、少なくとも１０質量％の他の材料から遊離した、少なくとも１０質量％の残留する細胞物質から遊離した、少なくとも５質量％の他の材料から遊離した、または少なくとも５質量％の残留する細胞物質から遊離した、分析物を含む組成物である。
様々な実施形態では、分析物は、任意の適切な純度を有する。例えば、酵素学的なアッセイが、約２０％の残留する細胞物質を有する分析物試料を必要とする場合、８０％までの分析物の単離が適切である。いくつかの実施形態では、単離された分析物は、約８０質量％未満、約７０質量％未満、約６０質量％未満、約５０質量％未満、約４０質量％未満、約３０質量％未満、約２０質量％未満、約１０質量％未満、約５質量％未満、または約２質量％未満の非分析物の細胞物質および／またはタンパク質を含む。いくつかの実施形態では、単離された分析物は、約９９質量％を超える、約９８質量％を超える、約９５質量％を超える、約９０質量％を超える、約８０質量％を超える、約７０質量％を超える、約６０質量％を超える、約５０質量％を超える、約４０質量％を超える、約３０質量％を超える、約２０質量％を超える、または約１０質量％を超える分析物を含む。
分析物は、未修飾の形状、誘導体化された形状、断片化された形状、断片化されていない形状、および同種の形状を含む、任意の適切な形状で単離される。いくつかの実施形態では、分析物が核酸であるとき、核酸は配列決定に適切な形状で採取される。いくつかの実施形態では、核酸は、ショットガン・シークエンシング法。増幅、または他の操作に適切な、断片化された形状で採取される。核酸は、例えば、合成方法による配列決定で使用されるようなヌクレオチドなどの、ＤＮＡ配列決定手順で使用される試薬を含む溶液において、デバイスから採取されてもよい。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載された方法は、出発試料の分析物のおおよそ代表となる単離された分析物試料を結果としてもたらす。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたデバイスおよびシステムは、出発試料の分析物のおおよそ代表となる試料から分析物を単離できる。すなわち、方法により採取された分析物、またはデバイスまたはシステムにより採取可能な分析物の集団は、流体中の細胞に存在する分析物の集団に実質的に比例するいくつかの実施形態では、本態様は、流体が、多くの細胞型の複合混合物であり、そして開業医が、様々な細胞型の関連する集団を判定するための分析物に基づいた手順を望む用途において効果的である。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載された方法により単離された分析物は、少なくとも０．５ｎｇ／ｍＬの濃度を有する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載された方法により単離された分析物は、少なくとも１ｎｇ／ｍＬの濃度を有する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載された方法により単離された分析物は、少なくとも５ｎｇ／ｍＬの濃度を有する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載された方法により単離された分析物は、少なくとも１０ｎｇ／ｍＬの濃度を有する。
いくつかの実施形態では、約５０ピコグラムの分析物は、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法を使用して、約５，０００個の細胞を含む試料から単離される。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、約５，０００の細胞を含む試料から、少なくとも１０ピコグラムの分析物を産出する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、約５，０００の細胞を含む試料から、少なくとも２０ピコグラムの分析物を産出する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、約５，０００の細胞をから、少なくとも５０ピコグラムの分析物を産出する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、約５，０００の細胞を含む試料から、少なくとも７５ピコグラムの分析物を産出する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、約５，０００の細胞を含む試料から、少なくとも１００ピコグラムの分析物を産出する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、約５，０００の細胞を含む試料から、少なくとも２００ピコグラムの分析物を産出する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、約５，０００の細胞を含む試料から、少なくとも３００ピコグラムの分析物を産出する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、約５，０００の細胞を含む試料から、少なくとも４００ピコグラムの分析物を産出する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、約５，０００の細胞を含む試料から、少なくとも５００ピコグラムの分析物を産出する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、約５，０００の細胞を含む試料から、少なくとも１，０００ピコグラムの分析物を産出する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、約５，０００の細胞を含む試料から、少なくとも１０，０００ピコグラムの分析物を産出する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、約５，０００の細胞を含む試料から、少なくとも２０，０００ピコグラムの分析物を産出する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、約５，０００の細胞を含む試料から、少なくとも３０，０００ピコグラムの分析物を産出する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、約５，０００の細胞を含む試料から、少なくとも４０，０００ピコグラムの分析物を産出する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、約５，０００の細胞を含む試料から、少なくとも５０，０００ピコグラムの分析物を産出する。
分析物が核酸であるとき、本明細書に記載された方法を使用して単離された核酸、または本明細書に記載されたデバイスにより単離が可能な核酸は、高品質であり、および／またはＤＮＡ配列決定、ＰＣＲなどの核酸増幅、もしくはライゲーション、クローニング、あるいはさらなる翻訳または形質転換アッセイなどの他の核酸操作、などの下流の手順において直接使用するのに適切である。いくつかの実施形態では、採取された核酸は、最大で０．０１％のタンパク質を含む。いくつかの実施形態では、採取された核酸は、最大で０．５％のタンパク質を含む。いくつかの実施形態では、採取された核酸は、最大で０．１％のタンパク質を含む。いくつかの実施形態では、採取された核酸は、最大で１％のタンパク質を含む。いくつかの実施形態では、採取された核酸は、最大で２％のタンパク質を含む。いくつかの実施形態では、採取された核酸は、最大で３％のタンパク質を含む。いくつかの実施形態では、採取された核酸は、最大で４％のタンパク質を含む。いくつかの実施形態では、採取された核酸は、最大で５％のタンパク質を含む。
分析物が、タンパク質またはタンパク質断片であるとき、本明細書に記載した方法を使用して単離された、または本明細書に記載されたデバイスにより単離可能な、タンパク質またはタンパク質断片は、高品質であり、および／または下流の手順で直接使用するのに適している。いくつかの実施形態では、採取されたタンパク質またはタンパク質断片は、最大で０．０１％の非標的タンパク質を含む。いくつかの実施形態では、採取されたタンパク質またはタンパク質断片は、最大で０．５％の非標的タンパク質を含む。いくつかの実施形態では、採取されたタンパク質またはタンパク質断片は、最大で０．１％の非標的タンパク質を含む。いくつかの実施形態では、採取されたタンパク質またはタンパク質断片は、最大で１％の非標的タンパク質を含む。いくつかの実施形態では、採取されたタンパク質またはタンパク質断片は、最大で２％の非標的タンパク質を含む。いくつかの実施形態では、採取されたタンパク質またはタンパク質断片は、最大で３％の非標的タンパク質を含む。いくつかの実施形態では、採取されたタンパク質またはタンパク質断片は、最大で４％の非標的タンパク質を含む。いくつかの実施形態では、採取されたタンパク質またはタンパク質断片は、最大で５％の非標的タンパク質を含む。
＜残留物資の除去＞
いくつかの実施形態では、分析物の単離の後に、方法は単離された分析物から残留物資を随意に洗い流す工程を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、分析物から残留物資を洗い流すのに適している流体を含むリザーバを、随意に含みうる。「残留物資」は、試料中に本来存在するもの、細胞中に本来存在するもの、手順の間に添加されたもの、限定されないが、細胞（例えば、無傷細胞または残留する細胞物質）を含むプロセスの任意の工程を通じて作成されたもの、および同種のものである。例えば、残留物資は、無傷細胞、細胞壁断片、タンパク質、脂質、炭水化物、無機質、塩、緩衝液、血漿、および同種のものを含む。いくつかの実施形態では、一定量の分析物は、残留物資を用いて洗い流される。
いくつかの実施形態では、残留物資は、任意の適切な流体、例えば水、ＴＢＥ緩衝液、または同種のものの中で洗い流される。いくつかの実施形態では、残留物資は、流体の任意の適切な容量で洗い流されるか、任意の適切な時間洗い流されるか、２種類以上の流体を用いて洗い流されるか、または他のいかなる変形形態である。いくつかの実施形態では、残留物資を洗い流す方法は、分析物の単離の所望のレベルに関し、高純度の分析物は、より厳重な洗い流すことおよび／または洗浄することを必要とする。他の実施形態において、残留物資を洗い流す方法は、特定の出発物質およびその組成物に関する。いくつかの例では、脂質が多い出発物質は、脂質を可溶化するのに適切な疎水性流体を伴う、洗い流し手順を必要とする。
いくつかの実施形態では、方法は、残留タンパク質を含む残留物資を分解する工程を含む。いくつかの実施形態では、デバイスまたはシステムは、残留タンパク質を含む残留物資を分解可能である。例えば、タンパク質は、１つ以上の化学分解（例えば酸加水分解）および酵素学的な分解により分解される。いくつかの実施形態では、酵素学的な分解剤はプロテアーゼである。他の実施形態において、タンパク質分解剤はプロテイナーゼＫである。残留物資の分解の随意の工程は、任意の適切な時間、温度、および同種のもので実施される。いくつかの実施形態では、分解された残留物資（分解タンパク質を含む）は、単離された分析物から洗い流される。
いくつかの実施形態では、残留物資を分解するために使用された薬剤は、不活性化されるか分解される。いくつかの実施形態では、デバイスまたはシステムは、残留物資を分解するために使用された薬剤を分解可能であるか、または不活性化可能である。いくつかの実施形態では、残留物資を分解するために使用される酵素は、熱（例えば、５０から９５℃で５−１５分間）により不活性化される。例えば、プロテアーゼ（例えば、プロテイナーゼＫ）を含む酵素は、熱（一般的には、１５分、７０℃）を使用して分解および／または不活性化される。残留タンパク質が酵素により分解される、いくつかの実施形態では、方法はさらに、タンパク質の分解後に、分解酵素（例えばプロテイナーゼＫ）を不活性化する工程を含む。いくつかの実施形態では、熱は、デバイス中の加熱モジュールにより提供される（温度範囲は、例えば３０から９５℃）。
方法の特定の工程の順序および／または組み合わせは、変更されうる。いくつかの実施形態では、デバイスまたは方法は、任意の順序または組み合わせで、特定の工程を実施することができる。例えば、いくつかの実施形態では、残留物資および分解タンパク質は、別々か同時的な工程で洗い流される。すなわち、残留物資が洗い流され、その後、残留タンパク質が分解され、その後、単離された分析物から分解タンパク質が洗い流される。いくつかの実施形態では、残留タンパク質は、まず分解され、そしてその後、残留物資および分解タンパク質の両方は、組み合わせられた工程で分析物から洗い流される。
いくつかの実施形態では、分析物は、デバイス中に保持され、そしてＰＣＲ、酵素学的なアッセイ、または分析物を分析するか、特徴づけるか、増幅する他の手順などのさらなる手順で随意に使用される。
例えば、いくつかの実施形態では、単離された分析物は核酸であり、そして本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、単離された核酸上でＰＣＲまたは他の随意の手順を実施可能である。他の実施形態において、核酸は、デバイスから採取および／または溶離される。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、デバイスまたはシステムからの核酸の採取および／または溶離を可能にできる。いくつかの実施形態では、単離された核酸は、（ｉ）第２の誘電泳動電界領域を遮断する；および（ｉｉ）溶離剤中のアレイから核酸を溶離する；ことによって採取される。典型的な溶離剤は、水、ＴＥ、ＴＢＥ、およびＬ−ヒスチジン緩衝液を含む。
＜アッセイおよびアプリケーション＞
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、酵素反応の実施を可能にしうる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、等温増幅、連結反応、制約分析、核酸クローニング、転写もしくは翻訳アッセイ、または他の酵素学に基づいた分子生物学的アッセイの実施を可能にしうる。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載された方法は、短い時間で実施され、デバイスは短い時間で操作され、そしてシステムは短い時間で操作される。いくつかの実施形態では、時間、デバイスへ流体の添加する工程と、単離された分析物を得る工程との間の時間から測定される「手順時間」に関連して短い。いくつかの実施形態では、手順時間は、３時間未満、２時間未満、１時間未満、３０分未満、２０分未満、１０分、または５分未満である。別の態様では、人が、デバイスへ流体の添加する工程と単離された分析物を得る工程との間の手順に注意を払わなければならない、累積的な時間として測定される「実地時間（ｈａｎｄｓ−ｏｎ ｔｉｍｅ）」に関する時間は、短い。いくつかの実施形態では、実地時間は、２０分未満、１０分未満、５分未満、１分未満、または３０秒未満である。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）により単離された核酸を随意に増幅する工程を含みうる。いくつかの実施形態では、ＰＣＲ反応は、電極のアレイ上もしくはその近くで、または本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法を用いて使用されるデバイスまたはシステムにおいて、実施される。いくつかの実施形態では、デバイスまたはシステムは、熱サイクルに適切なヒーターおよび／または温度制御機構を含む。
ＰＣＲは、２つの効率的な熱伝導性要素（例えばアルミニウムまたは銀）の間に反応化学分析物を配置して、そしてＴＥＣを使用して反応温度を調節することにより、従来の熱サイクルを使用して随意に行われる。さらなる設計は、ガラスまたは熱硬化性樹脂（ｔｈｅｒｍｏ ｐｏｌｙｍｅｒ）のような透過性材料を介する赤外線加熱を、随意に使用する。いくつかの例では、設計は、基板を介して網状に繋げられた導電配線を含むスマートポリマーまたはスマートガラスを使用する。この導電配線は、材料の迅速な熱伝導性を可能にして、そして（適切なＤＣ電圧を印加することにより）効率的なＰＣＲ反応を持続させるために必要とされる温度変化および温度勾配を提供する。ある例では、加熱は、抵抗性チップヒーター、および温度を急速に、かつ通過する電流の量に比例して変化させる他の抵抗素子を使用して適用される。さらなる他の方法は、核酸鋳型の十分な増幅のために、熱を必要としない（等温反応）。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、従来の蛍光光度法（ｃｃｄ、ｐｍｔ、他の光学検出器、および光学フィルター）と合わせて使用されることがあり、倍の増幅（ｆｏｌｄ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）が、リアルタイムにまたはある時間間隔でモニタリングされる。ある例では、最終の倍の増幅の定量化は、ＡＦＵ（倍化を分析するために相互に関連する任意の蛍光ユニット）に変換された、もしくはインピーダンス測定を介して電気信号に翻訳された光学的検出を介して、または他の電気化学的感知を介して報告される。
いくつかの例では、光送達スキームは、光励起および／もしくは光学発光、ならびに／または倍の増幅の検出を提供するために活用される。特定の実施形態では、これは、外部部品を使用する必要を取り除くための光導波管として、フローセル材料（アクリル（ＰＭＭＡ）環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）等のような熱のポリマー）を使用することを含む。加えて、いくつかの例では、光源−発光ダイオード−ＬＥＤ、垂直共振器面発光レーザ−ＶＣＳＥＬ、および他の照明スキームは、フローセルの内部で直接統合され、または微小電極アレイ表面上に直接構築されて、内部制御され動力が供給された光源を有する。小型のＰＭＴ、ＣＣＤ、またはＣＭＯＳ検出器もフローセルへと組み込まれうる。この最小化および小型化は、類似の従来のデバイス（すなわち標準的なベンチトップＰＣＲ／ＱＰＣＲ／蛍光測定器）のフットプリントを低減させながら、迅速な信号送達および検出が可能なコンパクトデバイスを可能にする。
本明細書に開示される単離された試料はさらに、様々なアッセイフォーマットにおいて活用されうる。例えば、核酸プローブまたはアンプリコンと共に扱われるデバイスは、ドットブロット分析または逆ドットブロット分析、塩基スタッキング一塩基多型（ＳＮＰ）分析、電子的なストリンジェンシー（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓｔｒｉｎｇｅｎｃｙ）を用いるＳＮＰ分析において、またはＳＴＲ分析において活用されてもよい。加えて、本明細書に記載されたそのようなカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、例えば酵素的な報告（ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｒｅｐｏｒｔｉｎｇ）を用いる遺伝子発現解析、固定された核酸増幅、または制限エンドヌクレアーゼ切断、ｅｎｄｏ−ヌクレアーゼまたはｅｘｏ−ヌクレアーゼ切断、小溝結合タンパク質アッセイ、ターミナルトランスフェラーゼ反応、ポリヌクレオチドキナーゼもしくはホスファターゼ反応、リガーゼ反応、トポイソメラーゼ反応、および他の核酸の結合もしくは修飾タンパク質反応を含む、固相フォーマットに適切な他の核酸修飾などの、酵素的な核酸修飾、またはタンパク質−核酸相互作用のためのフォーマットで、活用されても良い。
加えて、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、免疫学的アッセイにおいて有用でありうる。例えば、いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法のいくつかは、サンドイッチアッセイ、競合アッセイまたは他のフォーマットにより体液試料中の抗体を分析するために、抗原（例えば、ペプチド、タンパク質、炭水化物、脂質、プロテオグリカン、糖タンパク質等）と共に、使用されうる。代替的に、デバイスの位置は、サンドイッチアッセイ、競合アッセイまたは他のアッセイフォーマットにより、試料中の抗原を検出するために、抗体と共に対処される。いくつかの実施形態では、単離された核酸は、免疫学的アッセイ型のアレイまたは核酸アレイで使用するに有用である。
＜流体カートリッジ＞
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、流体カートリッジを使用する。いくつかの実施形態では、流体カートリッジは、入口ポート、試薬リザーバ、試料リザーバ、気泡トラップ、フローセル、廃棄リザーバ、および出口ポートを含み、各々は、流体チャネルにより接続される。いくつかの実施形態では、入口ポートは、試料を、流体カートリッジを通して移動させるために、そこへ圧力が印加される流体カートリッジへの開口部である。いくつかの実施形態では、出口ポートは、試料が流体カートリッジを通って移動することを可能にするように、そこを通ってガスが流体カートリッジを流れ出る、デバイスへの開口部である。いくつかの実施形態では、流体カートリッジは、電子チップを流体カートリッジと接続するためのチップアライメント構造（ｃｈｉｐ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｆｅａｔｕｒｅ）を含む。いくつかの実施形態では、チップアライメント構造は流体カートリッジへと成型される。いくつかの実施形態では、流体カートリッジは、コンパクトデバイスから電子チップまでの電気信号の通過のための開口部を含む、電気接点窓を含む。いくつかの実施形態では、電気接点窓には、電子チップと接触する電気接点に嵌合するようサイズ決めされた流体カートリッジ中に材料が存在しない。いくつかの実施形態では、流体カートリッジは、入口ポート、試料リザーバポート、廃棄リザーバポート、および試薬リザーバポートの少なくとも１つのへのアクセスを可能にする流体カートリッジを覆うスライダを含む。流体カートリッジは、分析物をアッセイするためのデバイスへと試料を移動させるために圧力を受けるように構成される。いくつかの実施形態では、圧力は入口ポートに印加される。いくつかの実施形態では、圧力は試薬リザーバポートに印加される。いくつかの実施形態では、圧力はポンプを用いて印加される。いくつかの実施形態では、ポンプは、シリンジ、蠕動ポンプ、またはピエゾポンプである。
いくつかの実施形態では、流体カートリッジは、ポートのうちの１つに印加された圧力のない状態で、流体の流れを防止するようサイズ決めされた流体チャネルを含む。いくつかの実施形態では、流体チャネルの幅および高さが測定される。本明細書の幅は、流体カートリッジが載っている表面に平行な、流体チャネルの内部の測定値である。本明細書の高さは、流体カートリッジが載っている表面に垂直な、流体チャネルの内部で取られた測定値である。いくつかの実施形態では、高さは深さと同じ測定値である。いくつかの実施形態では、流体チャネルの幅は、訳１ｍｍである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの高さは、訳０．２ｍｍである。いくつかの実施形態では、流体チャネルの幅は、１．５、１．４、１．３、１．２、１．１、１．０、０．９、０．８、０．７、０．６、０．５、０．３、０．２、０．１、または０．０５ｍｍ以下である。いくつかの実施形態では、流体チャネルの高さは、１．５、１．４、１．３、１．２、１．１、１．０、０．９、０．８、０．７、０．６、０．５、０．３、０．２、０．１、または０．０５ｍｍ以下である。いくつかの実施形態では、外圧が入口ポートで導入され、そして試料が一方向に移動するまで、試薬ポートおよび試料ポートへと装填された流体は含まれている。いくつかの実施形態では、流体カートリッジは、カートリッジからの液体の流出を防止するためのセルフシーリングフリットを含む。いくつかの実施形態では、セルフシーリングフリットは、アクリル、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリ（エステルスルホン）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリウレタン、超高分子量（ＵＨＭＷ）ポリエチレンフリット、親水性ポリウレタン、親水性ポリウレア、または親水性ポリウレアウレタンを含む、セルフシーリングポリマーを含む。
本明細書の流体カートリッジは、射出成形ポリマーから作られている。いくつかの実施形態では、流体カートリッジは、射出成形ＰＭＭＡ（アクリル）、環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、またはポリカーボネート（ＰＣ）である。いくつかの実施形態では、気泡トラップの材料は、高レベルな光学的透明度、低い自家蛍光、低い水分／液体吸収、良好な機械的特性（圧縮強度、引張強さ、および曲げ強さ、ヤング率を含む）、および生体適合性のために選択される。
＜気泡トラップ＞
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、気泡トラップである／気泡トラップを含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、多数のトラップを含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、少なくとも１個、少なくとも２個、少なくとも３個、少なくとも４個、少なくとも５個、少なくとも６個、少なくとも７個、少なくとも８個、少なくとも９個、少なくとも１０個、少なくとも１２個、少なくとも１５個、少なくとも２０個、少なくとも２５個、少なくとも３０個、少なくとも３５個、少なくとも４０個、少なくとも４５個、または少なくとも５０個の気泡トラップを含む。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、流体カートリッジが機能的な試料検出を得るために、ほとんどもしくは全く表面処理を必要としない。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、流体チャネルとして他のカートリッジコンポーネントに接続される。他の実施形態において、本明細書に記載されたカートリッジコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、流体チャネルにより互いに順次に接続された、少なくとも１個、少なくとも２個、少なくとも３個、少なくとも４個、少なくとも５個、少なくとも６個、少なくとも７個、少なくとも８個、少なくとも９個、または少なくとも１０個の気泡トラップを含む。
いくつかの実施形態では、気泡トラップは、気泡を捕らえるための任意の機能的な形状である。他の実施形態において、気泡トラップは、正方形、長方形、楕円形、円、三角形、台形、ひし形、五角形、六角形、八辺形、平行四辺形、または気泡を捕らえるために機能的な他のいかなる形状である。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さ、幅、および高さが測定される。本明細書の長さは、デバイスが載っている表面に平行な、流体の動きの方向の、気泡トラップの１つの側面に沿った測定値である。本明細書の幅は、デバイスが載っている表面に平行な、流体の動きの方向にわたる、気泡トラップの１つの側面に沿った測定値である。いくつかの実施形態では、長さは、幅よりも大きい。いくつかの実施形態では、幅は、長さよりも大きい。本明細書の高さは、デバイスが載っている表面に垂直な、気泡トラップの内部でとられる測定値である。いくつかの実施形態では、高さは深さと同じ測定値である。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、少なくとも３ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍ（幅×長さ×高さ）である。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、少なくとも３ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍ（幅×長さ×高さ）である。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、少なくとも５ｍｍ×８ｍｍ×３ｍｍ（幅×長さ×高さ）である。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、少なくとも７ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍ（幅×長さ×高さ）である。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、最大で１０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍ（幅×長さ×高さ）である。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、最大で７ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍ（幅×長さ×高さ）である。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、最大で５ｍｍ×８ｍｍ×３ｍｍ（幅×長さ×高さ）である。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、最大で５ｍｍ×５ｍｍ×３ｍｍ（幅×長さ×高さ）である。いくつかの実施形態では、気泡トラップは円形である。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、流体カートリッジの上から見おろすとき、円形の形状である。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、円筒体または球体の形状である。いくつかの実施形態では、気泡トラップの直径は、少なくとも３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの直径は、少なくとも５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの直径は、少なくとも７ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの直径は、少なくとも１０ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの高さは、少なくとも１ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの高さは、少なくとも２ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの高さは、少なくとも３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの高さは、少なくとも４ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの高さは、少なくとも５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは、少なくとも３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは、少なくとも４ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは、少なくとも５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは、少なくとも６ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは、少なくとも７ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは、少なくとも８ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの長さは、少なくとも１０ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの幅は、少なくとも３ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの幅は、少なくとも４ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの幅は、少なくとも５ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの幅は、少なくとも６ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの幅は、少なくとも７ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの幅は、少なくとも８ｍｍである。いくつかの実施形態では、気泡トラップの幅は、少なくとも１０ｍｍである。また他の実施形態では、気泡トラップは、気泡を捕らえるのに適切な他のいかなる寸法である。他の実施形態において、１つの気泡トラップの容量は、カートリッジに固有の空隙よりも大きい。他の実施形態において、順次に接続される気泡トラップの全容積は、カートリッジに固有の空隙よりも大きい。
いくつかの実施形態では、気泡トラップは、流体カートリッジの支持部（ｒｅｓｔ）と同じ材料で作られる。いくつかの実施形態では、気泡トラップは、射出成形ＰＭＭＡ（アクリル）、環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、またはポリカーボネート（ＰＣ）である。いくつかの実施形態では、気泡トラップの材料は、高レベルな光学的透明度、低い自家蛍光、低い水分／液体吸収、良好な機械的特性（圧縮強度、引張強さ、および曲げ強さ、ヤング率を含む）、および生体適合性のために選択される。
本質的に、その閾値は、気泡トラップの断面積が、そのトラップに到達しうる空気の気泡の予想される断面積よりも大きいという値である。一旦、気泡がトラップの断面積を充填することができるようにトラップ中の空気の量が十分に多くなると、その後、空気は流体運動と共に移動し、トラップを出ることができる。入口流体チャネルの断面積が約０．２５ｍｍ２であり、そして気泡トラップの断面積が約８ｍｍ２であることが、本明細書において企図される。いくつかの実施形態では、入口流体チャネルの断面積は、約０．１、０．１５、０．２、０．２５、０．３、０．３５、０．４、０．４５、０．５、０．５５、０．６、０．６５、０．７、０．７５、０．８、０．８５、０．９、０．９５、１、１．０５、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、または２．０ｍｍ２である。いくつかの実施形態では、気泡トラップの断面積は、約０．５、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０、３．５、４．０、４．５、５．０、５．５、６．０、６．５、７．０、７．５、８．０、８．５、９．０、９．５、１０．０、または１２．０ｍｍ２である。いくつかの実施形態では、気泡トラップの断面積は、入口流体チャネルの断面積の少なくとも２倍である。
＜クローズドカートリッジシステム＞
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されたコンポーネント、カートリッジ、システム、および方法は、クローズドカートリッジシステムを活用する。他の実施形態において、本明細書に記載されたクローズドカートリッジシステムは、少なくとも１つのリザーバ、少なくとも１つのフィルター、およびセルフシーリングポリマーを含む１つ以上の空気の入口／出口を活用し、ここで、セルフシーリングポリマーは、少なくとも１つのリザーバ内の含まれており、液体との接触で作動させられる。いくつかの実施形態では、セルフシーリングポリマーは、アクリル、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリ（エステルスルホン）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリウレタン、超高分子量（ＵＨＭＷ）ポリエチレンフリット、親水性ポリウレタン、親水性ポリウレア、または親水性ポリウレアウレタンを含む。さらに他の実施形態では、クローズドカートリッジシステムはさらに、リザーバ自体よりも小さな開口部を具備する空気の入口／出口ポートを含む。クローズドカートリッジシステムのいくつかの実施形態では、クローズドカートリッジシステムのフィルターは、多孔性のポリウレタンフィルターである。いくつかの実施形態では、クローズドカートリッジシステムのフィルターは、多孔性のナイロンフィルターである。クローズドカートリッジシステムのいくつかの実施形態では、作動させられないセルフシーリングポリマーは空気透過性であり、そして、作動させられるセルフシーリングポリマーは非空気透過性である。他の実施形態では、作動させられるセルフシーリングポリマーは、流体カートリッジコンポーネントから液体を漏れさせない。クローズドカートリッジシステムのさらに他の実施形態では、作動させられるセルフシーリングポリマーは、自己充足的で使い捨て可能な流体カートリッジをもたらす。いくつかの実施形態では、クローズドカートリッジシステムは、廃棄リザーバを含む。いくつかの実施形態では、廃棄リザーバは、体液を中和する流体を有する。いくつかの実施形態では、体液を中和する流体は１０％の塩素系漂白剤を含む。いくつかの実施形態では、体液を中和する流体は、７０％のエタノールまたは７０％のイソプロパノールなどのイソプロパノールまたはエタノールなどのアルコールを含む。いくつかの実施形態では、中和する流体は、吸収パッドへと取り込まれる。
＜測定値＞
いくつかの実施形態では、本明細書の測定値は、長さ、幅、および高さとして記載される。本明細書の長さは、デバイスまたはカートリッジが載っている表面に平行な、流体の動きの方向の、特徴の１つの側面に沿った測定値である。本明細書の幅は、デバイスまたはカートリッジが表面上に存在しているとき、デバイスまたはカートリッジが載っている表面に平行な、流体の動きの方向にわたる、１つの側面から反対側面までの測定値である。例えば、図１の左から右までの流体の動きの観点から、長さは前進する流体移動の距離となり、幅はその観点からの左から右までであろう。いくつかの実施形態では、長さは、幅よりも大きい。いくつかの実施形態では、幅は、長さよりも大きい。本明細書の高さは、デバイスまたはカートリッジが表面上に存在しているとき、デバイスまたはカートリッジが載っている表面に垂直な、特徴の長さまたは幅のいずれかに沿ってとられた測定値である。いくつかの実施形態では、高さは深さと同じ測定値である。いくつかの実施形態では、高さまたは深さは、幅または長さ未満である。
本発明の好ましい実施形態が本明細書中に示され記述された一方、そのような実施形態が一例としてしか提供されていないことは当業者にとって明白だろう。多くの変更、変化、および置換が、本発明から逸脱することなく当業者に想到されるであろう。本明細書に記載される本発明の実施形態の様々な代案が、本発明の実施において利用されることもあることを理解されたい。以下の特許請求の範囲が本発明の範囲を定義するものであり、この特許請求の範囲内の方法および構造、ならびにそれらの同等物が、それらによって含まれることが意図されている。
＜実施例１：患者の試料中のＤＮＡの検出＞
血液の試料を個体から取り、試料投入ポート上に配する。試料は、毛管力により流体カートリッジへと引き寄せられる。流体カートリッジ上のスライダを、初期位置から最終位置に移動させ、外部環境から試料投入ポートを閉じる。その後、流体カートリッジを、アッセイのためのコンパクトデバイスへと挿入する。ポンプは、試料を、それが試薬リザーバからの試薬と混合される試験チャンバーへと移動させる。流体カートリッジ中の気泡トラップは、いかなる空気も試験チャンバーに入るのを防止する。電子チップは、試験チャンバーのＤＥＰ低領域へ移動させられる細胞、凝集タンパク質、およびエキソソームなどの、血液サンプル中のより大きい粒子から、試験チャンバーのＤＥＰ高電界領域へ、ナノ粒子ＤＮＡ分子を単離するために、１分間、１０ｋＨｚの正弦波で、１４ボルトピークトゥピーク（Ｖｐ−ｐ）を印加し、ＡＣ誘電泳動（ＤＥＰ）高電界領域およびＡＣ誘電泳動（ＤＥＰ）低電界領域を確立する。試料試薬中の検出試薬は、ＤＮＡ分子に特異的なサイバーグリーン標識を用いて、試料中のＤＮＡ分子を標識付けする。１分間の終了時に、画像は、コンパクトデバイスに接続されるスマートフォンのカメラを使用し、内視鏡レンズを使用して、光学経路を介して撮影される。スマートフォン上のアプリケーションが、コンパクトデバイスを制御して、画像を処理し、検出されるＤＮＡのためのポジティブな結果を生成する。その結果は、米国ＨＩＰＡＡ医療プライバシー法（ＵＳ ＨＩＰＡＡ ｍｅｄｉｃａｌ ｐｒｉｖａｃｙ ｌａｗｓ）に従って、個体および個体の医師がアクセス可能なオンラインデータベース中に記憶される。
＜実施例２：流体カートリッジ＞
図１は、流体カートリッジ（１）の典型的な実施形態の上面図を示す。流体カートリッジ（１）は、入口ポート（２）、試薬リザーバ（３）、試料リザーバ（４）、気泡トラップ（５）、フローセル（６）、廃棄リザーバ（７）、および出口ポート（８）を含み、これら全ては、流体チャネル（９）により接続される。図１の典型的な流体カートリッジは、チップアライメント構造（１０）も含む。試料を、試料リザーバ（４）において流体カートリッジ（１）へと投入する。緩衝液などの試薬を押し流す圧力を、試薬リザーバ（３）から、入口ポート（２）へ印加し、その試薬を試料と混合する。試料混合物は、入口ポート（２）、試薬リザーバ（３）、試料リザーバ（４）、気泡トラップ（５）、フローセル（６）、廃棄リザーバ（７）、および出口ポート（８）の各々を接続する流体チャネル（９）を通って移動する。試料は、気泡トラップ（５）を通過し、流体カートリッジ（１）からいかなる捕らえられた空気も除去し、詰まりを回避し、そしてフローセル検出窓（６）中に妨げとなる気泡のない、分析物の検出を可能にする。試料は、分析物の存在のアッセイのためのフローセル（６）へと移る。アッセイからの廃棄物は、廃棄リザーバ（７）中に維持される。出口ポート（８）は、廃棄リザーバ（８）から捕らえられた空気を排出する。典型的な流体カートリッジ（１）は、流体カートリッジ中にシリコンチップが適切に整列されることを可能にするチップアライメント構造（１０）を特徴とする。
図２は、典型的な流体カートリッジ（１）の一部の断面図を示す。この図では、流体チャネル（９）により接続される、入口ポート（２）、試薬リザーバ（３）、および試料リザーバ（４）が存在する。セルフシーリングフリット（１２）は、入口ポート（２）の真下に直接密封され、流体運動制御のために空気が通る（したがって、カートリッジの内部の圧力が操作される）ことを可能にする。試薬リザーバ（３）および試料リザーバ（４）は初めに大気に開放されており、ユーザーが前記試薬および試料を挿入することを可能し、そして挿入後、ユーザーは、適切なゴム、プラスチック、接着剤、または類似のもので、リザーバを塞ぐ。一旦これらのリザーバがふさがれると、流体運動の制御が可能であり、そしてセルフシーリングフリット（１２）は、いかなる液体（特に生物学的に危険な試料）も、デバイスから出るのを防止する。
図３は、典型的な流体カートリッジ（１）の一部分の断面図を示す。この図では、流体チャネル（９）により、流体カートリッジの支持部の上流および下流に接続される気泡トラップ（５）が存在する。
図４は、典型的な流体カートリッジ（１）の一部分の断面図を示す。この図では、セルフシーリングフリット（１２）によりふさがれた廃棄リザーバ（７）、および流体カートリッジ（１）の内部の圧力が操作されることを可能にする、廃棄リザーバ（７）から捕らえられた空気を排出するための出口ポート（８）が存在する。廃棄リザーバ（７）は、一旦流体がフローセルを通過したら、流体がとどまるためのスペースを与えるが、その流体がどうにかして（例えば、流体カートリッジが振られるまたは落とされて）出口ポートに到達する場合、セルフシーリングフリット（１２）が、いかなる液体（例えば生物学的に危険な試料）もデバイスから出るのを防止する。流体チャネル（９）は、流体カートリッジの支持部との廃棄リザーバの流体連通を可能にする。
＜実施例３：コンパクトデバイスおよびシステム＞
図５は、ヒンジ付きＵＳＢアダプタ（１０２）、典型的な携帯型コンピューティングシステムまたは携帯電話（１０３）、スライダ（１０５）を備えるカートリッジ（１０４）を有する、典型的なコンパクトデバイス（１０１）の傾けられた上面図を示す。この典型的なコンパクトデバイス（１０１）は、携帯電話（１０３）を収容するようにサイズ決めされ、そして形作られたくぼんだ天板（１１０）を有する。ヒンジ付きＵＳＢアダプタ（１０２）は、携帯電話（１０３）の電源ポートへ接続される。
図６Ａは、天板（１１０）、スライダ（１０５）を備えるカートリッジ（１０４）を有する、典型的なコンパクトデバイス（１０１）の側面図を示す。
図６Ｂは、携帯電話（１０３）を受ける様に構成されるくぼんだ天板（１１０）を有する、典型的なコンパクトデバイス（１０１）の側面図を示す。コンパクトデバイス（１０１）は、カートリッジ（１０４）も有する。
図６Ｃは、ヒンジ付きＵＳＢアダプタ（１０２）、携帯電話（１０３）を受けるように構成されたくぼんだ天板（１１０）、およびスライダ（１０５）を備えるカートリッジ（１０４）を有する、典型的なコンパクトデバイス（１０１）の上面図を示す。ヒンジ付きＵＳＢアダプタ（１０２）は、携帯電話（１０３）の電源ポートに接続される。
図７Ａは、ヒンジ付きＵＳＢアダプタ（１０２）を介して接続される携帯電話（１０３）を備えるコンパクトデバイス（１０１）の上面図を示す。コンパクトデバイスは、スライダ（１０５）を備えるカートリッジ（１０４）も有する。
図７Ｂは、携帯電話のないコンパクトデバイスの上面図を示す。この図は、ＵＳＢコネクタ（１０９）を有するＵＳＢアダプタ（１０２）と、光路窓（１０６）およびＬＥＤ照明窓（１０７）を有し、携帯電話を受けるように構成されたくぼんだ天板（１１０）と、を示す。コンパクトデバイス（１０１）は、スライダ（１０５）を備えるカートリッジ（１０４）を有する。
図８Ａは、携帯電話（１０３）を受けるように位置付けられる、ＵＳＢコネクタ（１０９）備えたヒンジ付きＵＳＢアダプタ（１０２）を有するコンパクトデバイス（１０１）の傾けられた上面図を示す。コンパクトデバイス（１０１）は、光路窓（１０６）およびＬＥＤ窓（１０７）を備えるくぼんだ天板（１１０）を有する。コンパクトデバイスは、スライダ（１０５）を備えるカートリッジ（１０４）も有する。
図８Ｂは、携帯電話（１０３）に接続されたヒンジ付きＵＳＢアダプタ（１０２）を有する、コンパクトデバイス（１０１）の傾けられた上面図を示す。コンパクトデバイス（１０１）は、光路窓（１０６）およびＬＥＤ窓（１０７）を備えるくぼんだ天板（１１０）を有する。コンパクトデバイスは、スライダ（１０５）を備えるカートリッジ（１０４）を有する。
図９Ａは、携帯電話（１０３）に接続されたヒンジ付きＵＳＢアダプタ（１０２）を有する、コンパクトデバイス（１０１）の上面図を示す。コンパクトデバイス（１０１）は、携帯電話（１０３）を受けるように構成されたくぼんだ天板（１１０）を有する。コンパクトデバイス（１０１）は、スライダ（１０５）を有するカートリッジ（１０４）を受けるように構成された、ヒンジ（１１２）を備える開いたカートリッジドア（１１１）も有する。
図９Ｂは、携帯電話（１０３）に接続されたヒンジ付きＵＳＢアダプタ（１０２）を有する、コンパクトデバイス（１０１）の上面図を示す。コンパクトデバイス（１０１）は、携帯電話（１０３）を受けるように構成されたくぼんだ天板（１１０）を有する。コンパクトデバイス（１０１）は、スライダ（１０５）を有するカートリッジ（１０４）を受ける、ヒンジ（１１２）を備える開いたカートリッジドア（１１１）も有する。
図１０Ａは、携帯電話（１０３）に接続されたヒンジ付きＵＳＢアダプタ（１０２）を有する、コンパクトデバイス（１０１）の傾けられた上面図を示す。コンパクトデバイス（１０１）は、携帯電話（１０３）を受けるように構成されたくぼんだ天板（１１０）を有する。コンパクトデバイス（１０１）は、スライダ（１０５）を有するカートリッジ（１０４）を受ける、ヒンジ（１１２）を備える部分的に開くカートリッジドア（１１１）も有する。
図１０Ｂは、携帯電話（１０３）に接続されたヒンジ付きＵＳＢアダプタ（１０２）を有する、コンパクトデバイス（１０１）の傾けられた上面図を示す。コンパクトデバイス（１０１）は、携帯電話（１０３）を受けるように構成されたくぼんだ天板（１１０）を有する。コンパクトデバイス（１０１）は、スライダ（１０５）を有するカートリッジ（１０４）を受けるように構成された、ヒンジ（１１２）を備える部分的に開いたカートリッジドア（１１１）も有する。
図１１Ａは、スライダ（１０５）、チップアライメント構造（１１３）、電気接点窓（１１４）、試料投入ポート（１１５）、および試料リザーバポート（１１７）を有するカートリッジ（１０４）の上面図を示す。スライダ（１０５）は、一旦試料がカートリッジ（１０４）へと入れると、試料投入ポート（１１５）および試料リザーバポート（１１７）を覆うように構成される。
図１１Ｂは、スライダ（１０５）を有するカートリッジ（１０４）の側面図を示す。
図１１Ｃは、スライダ（１０５）を有するカートリッジ（１０４）の側面図を示す。
＜実施例４：単一試料流体カートリッジ＞
図１２は、試料投入ポート（２０１）と、試料リザーバポート（２０２）と、廃棄リザーバポート（２０３）と、ポンプのインターフェース位置である試薬リザーバポート（２０４）と、試薬リザーバ（２０５）と、気泡トラップ（２０６）と、チップ（２０７）と、対照溶液チャンバー（２０８）と、試験チャンバー（２０９）と、チップアライメント構造（２１２）と、試料リザーバ（２１０）と、流体チャネル（２１１）とを有する、スライダのない典型的な単一試料流体カートリッジ（２００）の上面図を示す。試薬リザーバ（２０４）におけるポンプのインターフェース位置で印加された圧力は、試験チャンバー（２０９）において分析物の測定を可能にする流体カートリッジ（２００）中の流体チャネルを通って試料を移動させる。洗浄液／試薬を製造の際に洗浄液試薬チャンバー（２０５）へと装填し、対照溶液／試薬を製造の際に対照チャンバー（２０８）へと装填し、試料ポート（２０１）および試料リザーバポート（２０２）を大気に開放し、廃棄リザーバポート（２０３）および洗浄液リザーバポート（２０４）を閉じ、試料をユーザーにより試料ポート（２０１）へと挿入し、試料は、毛細管作用によって試料ポートと試料リザーバ（２１０）との間の流体ラインを充填し、過剰な試料は試料リザーバ（２１０）へと流れ、試料ポート（２０１）および試料リザーバポート（２０２）を閉じ、廃棄リザーバポート（２０３）および洗浄液リザーバポート（２０４）を大気に開放し、カートリッジをデバイスへと装填して、洗浄液リザーバポート（２０４）との流体インターフェースと、チップ（２０７）上の電気接点との電気的なインターフェースとを作成し、廃棄リザーバポート（２０３）を大気に開放したままにし、リザーバポート（２０４）を洗浄するために圧力を導入し、圧力により、洗浄液試薬を、試薬チャンバー（２０５）から、試薬チャンバー（２０５）と気泡トラップ（２０６）との間の流体ラインへと押し流し、予め試薬チャンバー（２０５）と気泡トラップ（２０６）との間の流体ラインへと装填した試料を、洗浄液試薬により気泡トラップ（２０６）の方へと押し流し、試料は気泡トラップ（２０６）を通って流れて、空気を除去し、電気信号がチップ（２０７）に適用される間に、試料はフローセル（２０９）を通って流れて、試料材料を取り込み、試料は廃棄リザーバ（２１２）へと流れ、洗浄液試薬は気泡トラップ（２０６）を通って流れて、空気を除去し、洗浄液試薬はフローセル（２０９）を通って流れて、取り込まれた試料材料を洗浄し、洗浄液試薬は廃棄リザーバ（２１２）へと流れ、対照チャンバー（２０８）およびフローセル（２０９）は同時に画像化されて、フローセル（２０９）内の採取された試料材料を定量化し、カートリッジを除去して、廃棄する。
図１３Ａは、スライダ（３０３）を備える典型的な単一試料流体カートリッジ（３０４）の上面図を示す。この図では、スライダは初期位置にあり、試料投入ポート（３０１）および試料リザーバポート（３０２）は試料を投入するために露出される。この図は、チップアライメント構造（３０５）および電気接点窓（３０６）も示す。
図１３Ｂは、スライダ（３０３）を備える典型的な単一試料流体カートリッジ（３０４）の上面図を示す。この図では、スライダは最終位置にあり、廃棄リザーバポート（３０７）および試薬ポート（３０８）はポンプのインターフェースのために露出される。スライダ（３０３）は、そのカートリッジ（３０４）をコンパクトデバイスへと入れる前に、最終位置になければならない。この図は、チップアライメント構造（３０５）および電気接点窓（３０６）も示す。
＜実施例５：コンパクトデバイスおよびシステム＞
図１４Ａは、携帯電話（４０１）などの任意のコンピューティングデバイスを用いて使用可能な、平坦な天板（４０３）を有するコンパクトデバイス（４０４）の上面図を示す。コンパクトデバイス（４０４）は、カートリッジスロットへと挿入されるカートリッジ（４０２）を有する。コンパクトデバイス（４０４）は携帯電話（４０１）に接続されない。
図１４Ｂは、平坦な天板（４０３）、携帯電話（４０１）、およびカートリッジスロット（図示せず）へと挿入されたカートリッジ（４０２）を有する、コンパクトデバイス（４０４）の側面図を示す。コンパクトデバイス（４０４）は携帯電話（４０１）に接続されない。
図１４Ｃは、平坦な天板（４０３）、携帯電話（４０１）、およびＵＳＢポート（４０５）を有する、コンパクトデバイス（４０４）の側面図を示す。コンパクトデバイス（４０４）は携帯電話（４０１）に接続されない。
図１４Ｄは、平坦な天板（４０３）、携帯電話（４０１）、およびＵＳＢポート（４０５）を有する、コンパクトデバイス（４０４）の傾けられた上面図を示す。コンパクトデバイス（４０４）は携帯電話（４０１）に接続されない。
図１５Ａは、携帯電話（４０１）などの任意のコンピューティングデバイスを用いて使用可能な、平坦な天板（４０３）を有するコンパクトデバイス（４０４）の上面図を示す。コンパクトデバイス（４０４）は、カートリッジスロット（図示せず）へと挿入されるカートリッジ（４０２）を有する。コンパクトデバイス（４０４）は、ＵＳＢコード（４０６）を用いて携帯電話（４０１）に接続される。
図１５Ｂは、平坦な天板（４０３）、携帯電話（４０１）、およびカートリッジスロット（図示せず）へと挿入されたカートリッジ（４０２）を有する、コンパクトデバイス（４０４）の側面図を示す。コンパクトデバイス（４０４）は、ＵＳＢコード（４０６）を用いて携帯電話（４０１）に接続される。
図１５Ｃは、平坦な天板（４０３）、ＵＳＢコードを用いてコンパクトデバイス（４０４）に接続される携帯電話（４０１）を有する、コンパクトデバイス（４０４）の側面図を示す。
図１５Ｄは、平坦な天板（４０３）、携帯電話（４０１）、ＵＳＢコードを用いてコンパクトデバイス（４０４）に接続される携帯電話（４０１）を有する、コンパクトデバイス（４０４）の傾けられた上面図を示す。
図１６Ａは、携帯電話（４０１）などの任意のコンピューティングデバイスを用いて使用可能な、平坦な天板（４０３）を有するコンパクトデバイス（４０４）の傾けられた上面図を示す。コンパクトデバイス（４０４）は、カートリッジ（４０２）を受けるように構成されるカートリッジスロット（４０７）も有する。コンパクトデバイス（４０４）は、ＵＳＢコード（４０６）を用いて携帯電話（４０１）に接続される。カートリッジは、試料を試験するためにカートリッジスロットへと挿入される。カートリッジ（４０２）は、カートリッジスロット（４０７）へとカートリッジ（４０２）を押して、取り外すことにより、カートリッジスロット（４０７）から取り出される。
図１６Ｂは、平坦な天板（４０３）、ＵＳＢコードを用いてコンパクトデバイス（４０４）に接続される携帯電話（４０１）を有する、コンパクトデバイス（４０４）の側面図を示す。カートリッジスロットへの挿入前のカートリッジ（４０２）が示される。
図１６Ｃは、平坦な天板（４０３）、ＵＳＢコードを用いてコンパクトデバイス（４０４）に接続される携帯電話（４０１）を有する、コンパクトデバイス（４０４）の側面図を示す。カートリッジスロットへと挿入されたカートリッジ（４０２）が示される。

Claims (106)

  1. ａ．流体チャネルと；
    ｂ．気泡トラップと；を含む、流体カートリッジコンポーネントであって、
    ここで、気泡トラップは、１つ以上の液体保持リザーバから下流の空気泡を捕らえるためのリザーバを含み、ここで流体チャネルは、気泡トラップへの入口および出口を提供し、気泡トラップを１つ以上の液体保持リザーバと接続し、および
    ここで気泡トラップは、リザーバ中の空気泡を捕らえるが、流体が流体チャネルを通過することを可能にする、
    ことを特徴とする、流体カートリッジコンポーネント。
  2. 陽圧が入口に対して印加されるまで、試料リザーバおよび試薬リザーバ中のいかなる液体も、試料リザーバまたは試薬リザーバ内にとどまる、請求項１に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  3. １つの気泡トラップは、流体チャネルにより第２の気泡トラップコンポーネントに接続され、そして随意に、流体チャネルにより第３の気泡トラップに接続される、請求項１に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  4. 気泡トラップは、正方形、長方形、または楕円形である、請求項１に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  5. 気泡トラップの長さは少なくとも３ｍｍ、幅は少なくとも３ｍｍ、および高さは少なくとも１ｍｍである、請求項４に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  6. 気泡トラップの長さは少なくとも３ｍｍ、幅は少なくとも５ｍｍ、および高さは少なくとも１ｍｍである、請求項４に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  7. 気泡トラップの長さは少なくとも５ｍｍ、幅は少なくとも８ｍｍ、および高さは少なくとも３ｍｍである、請求項４に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  8. 気泡トラップの長さは少なくとも７ｍｍ、幅は少なくとも１０ｍｍ、および高さは少なくとも５ｍｍである、請求項４に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  9. 気泡トラップの長さは最大１０ｍｍ、幅は最大１０ｍｍ、および高さは最大５ｍｍである、請求項４に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  10. 気泡トラップの長さは最大７ｍｍ、幅は最大１０ｍｍ、および高さは最大５ｍｍである、請求項４に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  11. 気泡トラップの長さは最大５ｍｍ、幅は最大８ｍｍ、および高さは最大３ｍｍである、請求項４に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  12. 気泡トラップの長さは最大５ｍｍ、幅は最大５ｍｍ、および高さは最大３ｍｍである、請求項４に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  13. 気泡トラップは、円筒体または球体である、請求項１に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  14. 気泡トラップの直径は、少なくとも３ｍｍである、請求項１３に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  15. 気泡トラップの直径は、少なくとも５ｍｍである、請求項１３に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  16. 気泡トラップの直径は、少なくとも７ｍｍである、請求項１３に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  17. 気泡トラップの直径は、少なくとも１０ｍｍである、請求項１３に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  18. １つ以上の入口と１つ以上の出口とを含む流体カートリッジコンポーネントであって、ここで入口および出口は、ポート、フィルター、およびセルフシーリングポリマーを含み；ここでセルフシーリングポリマーは、液体との接触で作動させられる、ことを特徴とする、流体カートリッジコンポーネント。
  19. ポートは、リザーバ自体よりも小さな開口部を含む、請求項１８に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  20. フィルターは多孔性のポリウレタンフィルターである、請求項１８に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  21. セルフシーリングポリマーは、多孔質基材の孔壁に付いているヒドロゲルを含む、請求項１８に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  22. 多孔質基材は、アクリル、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリ（エステルスルホン）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリウレタン、または超高分子量（ＵＨＭＷ）ポリエチレンフリットなどの有機高分子を含む、請求項２１に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  23. 多孔質基材は、超高分子量（ＵＨＭＷ）ポリエチレンフリットを含む、請求項２１に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  24. ヒドロゲルは、親水性ポリウレタン、親水性ポリウレア、または親水性ポリウレアウレタンを含む、請求項２１に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  25. 作動させられないセルフシーリングポリマーは空気透過性であり、そして作動させられるセルフシーリングポリマーは非空気透過性である、請求項１８に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  26. 作動させられるセルフシーリングポリマーは、流体カートリッジコンポーネントから液体を漏れさせない、請求項１８に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  27. 作動させられるセルフシーリングポリマーは、自己充足的で使い捨て可能な流体カートリッジをもたらす、請求項１８に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  28. 分析物または他の微粒子をアッセイするための流体カートリッジであって、該流体カートリッジは、
    ａ．ｉ．入口ポート；
    ｉｉ．フィルター；および
    ｉｉｉ．セルフシーリングポリマー；を含む少なくとも１つの入り口と；
    ｂ．少なくとも１つの試料リザーバと；
    ｃ．少なくとも１つの試薬リザーバと；
    ｄ．少なくとも１つの気泡トラップと；
    ｅ．少なくとも１つの検出窓と；
    ｆ．少なくとも１つの廃棄リザーバであって、該廃棄リザーバは、
    ｉ．少なくとも１つの出口であって、各出口が；
    １．出口ポート；
    ２．フィルター；および
    ３．セルフシーリングポリマー；を含む、少なくとも１つの出口を含む、少なくとも１つの廃棄リザーバと；
    を含み、
    ここで、試料リザーバおよび試薬リザーバは、密閉性で非ガス透過性の取り外し可能なゴムカバーを有し、および
    ここで、少なくとも１つの入口、試薬リザーバ、試料リザーバ、気泡トラップ、検出窓、および廃棄リザーバは、連続的な流体チャネルにより接続される、
    ことを特徴とする、流体カートリッジ。
  29. 少なくとも２つの気泡トラップをさらに含む、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  30. 少なくとも３つの気泡トラップをさらに含む、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  31. 気泡トラップは、連続的な流体チャネルにより順次接続される、請求項２８−３０に記載の流体カートリッジ。
  32. プラスチックハウジングは、射出成形ＰＭＭＡ（アクリル）、環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、またはポリカーボネート（ＰＣ）である、請求項１−３１のいずれか１つに記載の流体カートリッジ。
  33. アクリルは射出成形ＰＭＭＡ（アクリル）である、請求項１−３２のいずれか１つに記載の流体カートリッジ。
  34. 試料リザーバへと入り、そこから外へ出る流体チャネルの断面積、および試薬リザーバへと入り、そこから外へ出る流体チャネルの断面積の大きさは、十分な流体抵抗を提供して、試料リザーバまたは試薬リザーバ中の流体が、陽圧が入口に印加されることなくリザーバから出るのを防止する、請求項１−３３のいずれか１つに記載の流体カートリッジ。
  35. フィルターは多孔性のポリウレタンフィルターである、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  36. 多孔性のポリウレタンフィルターは、セルフシーリングポリマーで覆われる、請求項３５に記載の流体カートリッジ。
  37. セルフシーリングポリマーは、多孔質基材の孔壁に付いているヒドロゲルを含む、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  38. 多孔質基材は、アクリル、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリ（エステルスルホン）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリウレタン、または超高分子量（ＵＨＭＷ）ポリエチレンフリットなどの有機高分子を含む、請求項３７に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  39. 多孔質基材は、超高分子量（ＵＨＭＷ）ポリエチレンフリットを含む、請求項３７に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  40. ヒドロゲルは、親水性ポリウレタン、親水性ポリウレア、または親水性ポリウレアウレタンを含む、請求項３７に記載の流体カートリッジコンポーネント。
  41. 試料は液体である、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  42. セルフシーリングポリマーは、液体との接触で作動させられる、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  43. 作動させられないセルフシーリングポリマーは空気透過性であり、そして作動させられるセルフシーリングポリマーは非空気透過性である、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  44. 入口ポートに送られる圧力は、流体チャネルを介して試薬リザーバおよび試料リザーバへと、空気を押し流す、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  45. 流体チャネルを通る一定方向の流れが存在する、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  46. 流体チャネルは逆流圧力に耐性がある、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  47. 空隙は５μｌ未満である、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  48. 気泡トラップは、空隙自体よりも大きい、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  49. 流体チャネルの断面積は約０．２５ｍｍ２である、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  50. 気泡トラップの断面積は約８ｍｍ２である、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  51. 気泡トラップの断面積は、流体チャネルの断面積の少なくとも２倍である、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  52. 試薬リザーバは、試薬を受けるために開いている、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  53. 試料リザーバは、試薬を受けるために開いている、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  54. 試料リザーバは、試料を受けるために開いている、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  55. 気泡トラップは、正方形、長方形、または楕円形である、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  56. 気泡トラップの長さは少なくとも３ｍｍ、幅は少なくとも５ｍｍ、および高さは少なくとも１ｍｍである、請求項５５に記載の流体カートリッジ。
  57. 気泡トラップの長さは少なくとも３ｍｍ、幅は少なくとも５ｍｍ、および高さは少なくとも１ｍｍである、請求項５５に記載の流体カートリッジ。
  58. 気泡トラップの長さは少なくとも５ｍｍ、幅は少なくとも８ｍｍ、および高さは少なくとも３ｍｍである、請求項５５に記載の流体カートリッジ。
  59. 気泡トラップの長さは少なくとも７ｍｍ、幅は少なくとも１０ｍｍ、および高さは少なくとも５ｍｍである、請求項５５に記載の流体カートリッジ。
  60. 気泡トラップの長さは最大１０ｍｍ、幅は最大１０ｍｍ、および高さは最大５ｍｍである、請求項５５に記載の流体カートリッジ。
  61. 気泡トラップの長さは最大７ｍｍ、幅は最大１０ｍｍ、および高さは最大５ｍｍである、請求項５５に記載の流体カートリッジ。
  62. 気泡トラップの長さは最大７ｍｍ、幅は最大１０ｍｍ、および高さは最大５ｍｍである、請求項５５に記載の流体カートリッジ。
  63. 気泡トラップの長さは最大５ｍｍ、幅は最大５ｍｍ、および高さは最大３ｍｍである、請求項５５に記載の流体カートリッジ。
  64. 気泡トラップは、円筒体または球体である、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  65. 気泡トラップの直径は、少なくとも３ｍｍである、請求項６４に記載の流体カートリッジ。
  66. 気泡トラップの直径は、少なくとも５ｍｍである、請求項６４に記載の流体カートリッジ。
  67. 気泡トラップの直径は、少なくとも７ｍｍである、請求項６４に記載の流体カートリッジ。
  68. 気泡トラップの直径は、少なくとも１０ｍｍである、請求項６４に記載の流体カートリッジ。
  69. 検出窓は、最低１マイクロリットルを保持する、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  70. 検出窓は、最大１マイクロリットルを保持する、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  71. 流体チャネルの深さは、少なくとも１００マイクロメートルである、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  72. 流体チャネルの深さは、少なくとも２００マイクロメートルである、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  73. 流体チャネルの深さは、２５０マイクロメートルである、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  74. 流体チャネルの深さは、３００マイクロメートル未満である、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  75. 流体チャネルの深さは、４００マイクロメートル未満である、請求項２８に記載の流体カートリッジ。
  76. 流体カートリッジ中の分析物または他の微粒子をアッセイするための方法であって、該方法は：
    ａ．試料リザーバへ試料を導入する工程と；
    ｂ．試料を、流体チャネルを介して試薬リザーバに押し流すように、入口ポート上に圧力を印加して、試料−試薬混合物を形成するように試料を試薬と混合させて；試料−試薬混合物を、流体チャネルを介して気泡トラップへと押し流すさらなる圧力を印加する工程と；
    ｃ．もし存在する場合、空気泡を気泡トラップに捕らえる工程と；
    ｄ．試料−試薬混合物を検出窓に通過させる工程と；
    ｅ．試料−試薬混合物を廃棄リザーバへと移す工程であって、廃棄リザーバは排出のための出口ポートを有する、工程と；
    を含み、
    ここで、流体チャネルの高さは、その試料および試薬の混合率を制御する、
    ことを特徴とする、方法。
  77. 流体カートリッジ中の分析物または他の微粒子をアッセイするための方法であって、該方法は：請求項１−７６のいずれか１つに記載の流体カートリッジへ試料を導入する工程を含み、ここで、流体チャネルの高さは、混合率を制御する、ことを特徴とする、方法。
  78. 生体物質の有無に関して被験体を試験する方法であって、該方法は：
    ａ．試料リザーバへ試料を導入する工程と；
    ｂ．試料を、流体チャネルを介して試薬リザーバに押し流すように、入口上に圧力を印加して、試料−試薬混合物を形成するように試料を試薬と混合させる工程と；
    ｃ．試料−試薬混合物を、流体チャネルを介して気泡トラップへと押し流すさらなる圧力を印加する工程と；
    ｄ．もし存在する場合、気泡を気泡トラップに捕らえる工程と；
    ｅ．試料−試薬混合物を検出窓に通過させる工程と；
    ｆ．試料−試薬混合物を廃棄リザーバへと移す工程であって、廃棄リザーバは排出のための出口ポートを有する、工程と；
    を含み、
    ここで、流体チャネルの高さは、その試料および試薬の混合率を制御する、
    ことを特徴とする、方法。
  79. 被験体の疾患を診断する方法であって、該方法は：
    ａ．試料リザーバへ試料を導入する工程と；
    ｂ．試料を、流体チャネルを介して試薬リザーバに押し流すように、入口上に圧力を印加して、試料−試薬混合物を形成するように試料を試薬と混合させる工程と；
    ｃ．試料−試薬混合物を、流体チャネルを介して気泡トラップへと押し流すさらなる圧力を印加する工程と；
    ｄ．もし存在する場合、空気泡を気泡トラップに捕らえる工程と；
    ｅ．試料−試薬混合物を検出窓に通過させる工程と；
    ｆ．試料−試薬混合物を廃棄リザーバへと移す工程であって、廃棄リザーバは排出のための出口ポートを有する、工程と；
    を含み、
    ここで、流体チャネルの高さは、その試料および試薬の混合率を制御する、
    ことを特徴とする、方法。
  80. 生体物質の有無に関して被験体をモニタリングする工程をさらに含む、請求項７９に記載の方法。
  81. 生体物質の存在は、被験体が疾患の増大したリスクを有していることを示す、請求項７９に記載の方法。
  82. 疾患は、循環器疾患、神経変性疾患、糖尿病、自己免疫疾患、炎症性疾患、癌、代謝疾患、プリオン病、または病原性疾患である、請求項８１に記載の方法。
  83. 流体チャネルの深さは、少なくとも１００マイクロメートルである、請求項７６−８２に記載の方法。
  84. 流体チャネルの深さは、少なくとも２００マイクロメートルである、請求項７６−８２に記載の方法。
  85. 流体チャネルの深さは、２５０マイクロメートルである、請求項７６−８２に記載の方法。
  86. 流体チャネルの深さは、３００マイクロメートル未満である、請求項７６−８２に記載の方法。
  87. 流体チャネルの深さは、４００マイクロメートル未満である、請求項７６−８２に記載の方法。
  88. 試料中のナノスケールの分析物を単離するためのコンパクトデバイスであって：該コンパクトデバイスは：
    ａ）ハウジングと、
    ｂ）少なくとも１つの流体チャネルと、
    ｃ）試料リザーバ、試薬リザーバ、および廃棄リザーバを含む流体カートリッジと、誘電泳動（ＤＥＰ）高電界領域と誘電泳動（ＤＥＰ）低電界領域とを確立するために、選択的に電圧が印加されるように構成された複数の交流（ＡＣ）電極と、
    を含み、
    ここで、ＡＣの界面動電効果は、より大きい実体からのナノスケールの分析物の分離をもたらし、
    ここで、コンパクトデバイスは、モバイルコンピューティングデバイスにより制御され、そしてそのコンパクトデバイスの電力要件は５ワット未満である、
    ことを特徴とする、コンパクトデバイス。
  89. モバイルコンピューティングデバイスをさらに含み、ここで、モバイルコンピューティングデバイスは、スマートフォン、タブレットコンピュータ、またはラップトップコンピュータである、請求項８８に記載のコンパクトデバイス。
  90. モバイルコンピューティングデバイスは、携帯型コンピューティングデバイスの充電ポート、ＵＳＢポート、またはヘッドフォンポートを介して、コンパクトデバイスへ接続する接続ポートを含む、請求項８９に記載のコンパクトデバイス。
  91. コンパクトデバイスは、モバイルコンピューティングデバイスによって動力が供給される、請求項８８から９０のいずれか１つに記載のコンパクトデバイス。
  92. コンパクトデバイスは、バッテリー、太陽光パネル、または壁コンセントによって動力が供給される、請求項８８から９１のいずれか１つに記載のコンパクトデバイス。
  93. コンパクトデバイスはポンプを含み、ここでポンプは、シリンジ、蠕動ポンプ、またはピエゾポンプである、請求項８８から９２のいずれか１つに記載のコンパクトデバイス。
  94. コンパクトデバイスは、分析物を検出するための光学経路を含む、請求項８８から９３のいずれか１つに記載のコンパクトデバイス。
  95. 分析物は、モバイルコンピューティングデバイス上のカメラを用いて検出される、請求項８８から９４のいずれか１つに記載のコンパクトデバイス。
  96. カメラは、モバイルコンピューティングデバイスにより分析される画像を生成する、請求項９５に記載のコンパクトデバイス。
  97. 流体カートリッジは、請求項１−７６のいずれか１つに記載の流体カートリッジである、請求項８８から９６のいずれか１つに記載のコンパクトデバイス。
  98. 流体カートリッジは、ヒンジによりコンパクトデバイスに接続される、請求項８８から９７のいずれか１つに記載のコンパクトデバイス。
  99. 流体カートリッジは、コンパクトデバイスのスロットへと挿入される、請求項８８から９７のいずれか１つに記載のコンパクトデバイス。
  100. 流体カートリッジは気泡トラップを含む、請求項８８から９９のいずれか１つに記載のコンパクトデバイス。
  101. 流体カートリッジは、少なくとも１つの試料リザーバ、および少なくとも１つの対照溶液リザーバを含む、請求項８８から１００のいずれか１つに記載のコンパクトデバイス。
  102. 流体カートリッジは、試料リザーバを塞ぐスライダを含む、請求項８８から１０１のいずれか１つに記載のコンパクトデバイス。
  103. コンパクトデバイスは、コンパクトデバイスが様々なモバイルコンピューティングデバイスに接続することを可能にするための、交換可能な天板を含む、請求項８８から１０２のいずれか１つに記載のコンパクトデバイス。
  104. 試料は、血液、唾液、涙液、汗、唾液、またはそれらの組み合わせを含む、請求項８８から１０３のいずれか１つに記載のコンパクトデバイス。
  105. 試料は環境試料を含む、請求項８８から１０４のいずれか１つに記載のコンパクトデバイス。
  106. コンパクトデバイスは平坦な天板を含み、結果として、モバイルコンピューティングデバイスが、コンパクトデバイスの平坦な天板の上に載る、請求項８８から１０５のいずれか１つに記載のコンパクトデバイス。
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