JP2021193384A - Ｇｍｒによるバイオマーカの検出におけるサンプル調整のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Ｇｍｒによるバイオマーカの検出におけるサンプル調整のためのシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ＧＭＲによるバイオマーカの検出におけるサンプル調整のためのシステムおよび方法を提供すること【解決手段】カートリッジアセンブリおよび当該カートリッジアセンブリを使用する方法を提供する。アセンブリは、サンプル処理カードおよび当該カードに取り付けられた基板を備える。サンプル処理カードは、検査サンプルを受け取るための注入ポートと、少なくとも１つの計量チャンバと、混合材料を前記計量チャンバへと導入するための混合材料源と、前記注入ポートおよび前記混合材料源を計量チャンバに流体接続する流体連通チャネルと、検査サンプルをセンサ（例えば、ＧＭＲセンサ）へと送達するための少なくとも１つの出力ポートとを備える。前記基板は、検査サンプル中の被検物質を検出するためのセンサと、読み取り機との電気接続のための電気接点部と、メモリチップと、を備える。【選択図】なし

Description

関連出願の相互参照
本出願は、米国特許仮出願第６２／７１１，３９６号（出願日：２０１８年７月２７日）に基づく優先権を主張するものであり、この米国特許出願の開示は、参照により全体として本明細書に組み込まれる。
本開示は、概して、被検物質の検出のためのシステムに関する。本発明は、特に、金属、バイオマーカ等の様々な被検物質の検出に使用できるユニットおよびカートリッジアセンブリを備えるモバイルシステムに関する。
一般に、血液サンプル中のバイオマーカ、金属等を検査するのにカードを使用するのが一般的である。従来のカードでは一般的に、測定結果を読み取る前に、血液サンプルを添加して、血液サンプルがカード上を横方向に流れることを単純に利用している。また、医療市場の現在の検査システムの多くは、全血サンプルのキャピラリー分離を利用しているため、検出方法が概して光学分析または視覚検査に限定されてしまっている。
本明細書の実施形態は、磁気抵抗センサ技術を用いてサンプル中の被検物質を検出するための装置に関する。説明のために、幾つかの実施形態に係る、装置、システムおよび特徴は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサプラットフォームを利用した場合について説明される。
本開示の一側面によれば、検査サンプルを調整し、検査サンプル中の被検物質をセンサを使用して検出するカートリッジアセンブリを提供する。カートリッジアセンブリは、サンプル処理カードを備える。サンプル処理カードは、前記カードの本体内に前記検査サンプルを受け取るための注入ポートと、前記検査サンプルを受容するための少なくとも１つの計量チャンバと、１つまたは複数の混合材料を前記少なくとも１つの計量チャンバに導入するための混合材料源と、前記注入ポートおよび前記混合材料源を前記少なくとも１つの計量チャンバに流体接続する流体連通チャネルと、前記検査サンプルおよび前記１つまたは複数の混合材料を前記センサに送達するべく、前記少なくとも１つの計量チャンバに流体接続された少なくとも１つの出力ポートと、を備える。前記カートリッジアセンブリはまた、前記サンプル処理カードに取り付けられた基板を備える。前記基板は、前記検査サンプル中の被検物質を検出し、前記少なくとも１つの出力ポートを介して前記検査サンプルおよび前記１つまたは複数の混合材料を受け取るように構成されているセンサと、読み取り機との電気接続を確立するように構成された電気接点部と、前記サンプル処理カード内の前記検査サンプルの処理に関する情報を格納するためのメモリチップと、に関連付
けられている。前記カートリッジアセンブリはまた、前記空気圧インターフェースを備える。前記空気圧インターフェースは、少なくとも１つの空気圧制御ポートと、前記少なくとも１つの計量チャンバに流体接続された対応する連通チャネルとを備える。前記空気圧インターフェースは、前記カートリッジ読み取り機のオフボード空気圧システムに接続するように構成されており、前記空気圧インターフェースは、前記サンプル処理カードへ正圧および負圧の加圧流体を適用することにより、前記検査サンプルおよび前記１つまたは複数の混合材料を移動させるように構成されている。前記メモリチップは、少なくとも前記検査サンプルを前記サンプル処理カードから前記センサへと送達させるべく、前記空気圧インターフェースに選択的に圧力を印加するための工程および設定を含む空気圧系統プロトコルを格納してもよい。
本開示の別の側面によれば、上記のカートリッジアセンブリを使用する方法を提供する。方法は、前記注入ポートに前記検査サンプルを注入する工程と、前記読み取り機との前記電気的接続を確立する工程と、前記オフボード空気圧系統を使用して前記空気圧インターフェースに加圧空気を選択的に印加し、前記検査サンプルおよび前記１つまたは複数の混合材料を前記連通チャネル内で移動させて前記センサへと供給する工程と、を備える。
本開示の他の態様、特徴、および利点は、以下の詳細な説明、添付図面、および添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
本開示の様々な実施形態は、図面を参照して本明細書で以下に説明される。
本開示の実施形態に係るシステムで使用される例示的なカートリッジ読み取り機の斜視図である。
本開示の実施形態に係るシステムで使用される例示的なカートリッジアセンブリの斜視図である。
本明細書の実施形態に係る図２Ａのカートリッジアセンブリの分解図である。
本明細書の実施形態に係る図２Ａのカートリッジアセンブリの概略図である。
図２Ａのカートリッジアセンブリの断面を示しており、サンプル処理カードとその検知・通信基板との間の接続インターフェースが示されている。
図２Ｄの断面の斜視図を示しており、本明細書の実施形態に係るＧＭＲセンサの位置におけるチャネルをより詳細に示す。
ＧＭＲセンサの基本構造と原理を模式的に示す。
本開示の実施形態に係るシステムの概略図である。
一実施形態に係る、図３の本明細書に開示されるシステムの特徴を使用する場合に、サンプル中の被検物質の検出を実行する方法における工程を示している。
一実施形態に係る、カートリッジアセンブリの一部として使用されるサンプル処理カードの上面図または俯瞰図である。
図５のサンプル処理カードおよび／または本明細書に示された実施形態のいずれかに係るサンプル処理カードの断面を概略的に示した図であり、第１の状態におけるバルブの位置の例を示している。
図５のサンプル処理カードおよび／または本明細書に示された実施形態のいずれかに係るサンプル処理カードの断面を概略的に示した図であり、第２の状態におけるバルブの位置を示している。
一実施形態に係る、図５のサンプル処理カードおよび／または本明細書で説明されるサンプル処理カードのいずれかに設けられるバルブアレイの一例の詳細図である。
一実施形態に係る第１状態におけるチャネル内の流れを示すバルブアレイの詳細図である。
一実施形態に係る第２状態におけるチャネル内の流れを示すバルブアレイの詳細図である。
一実施形態に係る図５のサンプル処理カードおよび／または本明細書で説明される実施形態のいずれかに係るサンプル処理カードのいずれかの断面図である。
一実施形態に係る図５のサンプル処理カードおよび／または本明細書で説明される実施形態のいずれかに係るサンプル処理カードにおけるバルブアレイの断面図である。
本明細書の実施形態に係る、カートリッジ読み取り機と共にカートリッジアセンブリ内の図５のサンプル処理カードおよび／または本明細書で説明されるいずれかのサンプル処理カードを使用する方法のフローチャートである。
一実施形態に係る、分析の一例、または、カートリッジアセンブリの一部として使用されるサンプル処理カードの上面図または俯瞰図である。
一実施形態に係る、カートリッジアセンブリの一部として使用される分析処理カードまたはサンプル処理カードの一例の上面図である。 一実施形態に係る、カートリッジアセンブリの一部として使用される分析処理カードまたはサンプル処理カードの一例の底面図である。
本明細書の一実施形態に係る、ＰＣＲ検査のために血液ベースのサンプルを使用するカートリッジアセンブリにおいて使用されるサンプル処理カードの上面図である。
図１７Ａに示されたサンプル処理カードの第１の層の一例の上面図である。
図１７Ａに示されたサンプル処理カードの第２の層の一例の上面図である。
図１７Ａに示されたサンプル処理カードの第３の層の一例の上面図である。
本明細書の一実施形態に係る、綿棒検体および高塩濃度溶液を使用するカートリッジアセンブリにおいて使用されるサンプル処理カードの上面図である。
図１８Ａに示されたサンプル処理カードの最上層の一例の上面図である。
図１８Ａに示されたサンプル処理カードの第２の層の一例の上面図である。
図１８Ａに示されたサンプル処理カードの第３の層の一例の上面図である。
図１８Ａに示されたサンプル処理カードの最下層の一例の上面図である。
本明細書の別の実施形態に係る、抗体の相対反応速度を決定するカートリッジアセンブリで使用される分析サンプル処理カードの上面図である。 本明細書の別の実施形態に係る、抗体の相対反応速度を決定するカートリッジアセンブリで使用される分析サンプル処理カードの底面図である。
本明細書の更に別の実施形態に係る、抗体の解離定数を決定するカートリッジアセンブリで使用される分析サンプル処理カードの上面図である。 本明細書の更に別の実施形態に係る、抗体の解離定数を決定するカートリッジアセンブリで使用される分析サンプル処理カードの底面図である。
本明細書の別の実施形態に係る、抗体の解離定数を決定するカートリッジアセンブリで使用される分析サンプル処理カードの上面図である。
図２３のカードを下面から見た斜視図である。
図２３に示されたカードの最上層の一例の斜視図である。 図２４Ａに示されたカードの最上層の一例の上面図である。
図２３に示されたカードの第２の層の一例の斜視図である。 図２４Ａに示されたカードの第２の層の一例の上面図である。
図２３に示されたカードの第３の層の一例の斜視図である。 図２４Ａに示されたカードの第３の層の一例の上面図である。
図２３に示されたカードの最下層の一例の斜視図である。 図２４Ａに示されたカードの最下層の一例の上面図である。
本明細書の別の実施形態に係る、抗体の相対反応速度を決定するカートリッジアセンブリで使用される分析サンプル処理カードの別の例の上面図である。 本明細書の別の実施形態に係る、抗体の相対反応速度を決定するカートリッジアセンブリで使用される分析サンプル処理カードの別の例の底面図である。
一実施形態に係る、カートリッジアセンブリで使用されるサンプル処理カードの上面図である。
図２７Ａに示されたサンプル処理カードの第１の層の一例の上面図である。
図２７Ａに示されたサンプル処理カードの第２の層の一例の上面図である。
図２７Ａに示されたサンプル処理カードの層の一例の分解図である。
本開示の一実施形態に係るカートリッジリーダの機能ブロックを概略的に示す。
本開示の一実施形態に係るカートリッジリーダのプロセスのフローチャートである。
本開示の一実施形態に係る信号プロセッサの機能ブロックを概略的に示す。
本開示の一実施形態に係る図３０に示される信号プロセッサの処理のフローチャートである。
図面および以下の説明から明らかになるように、本開示は、金属、バイオマーカ等の被検物質がサンプル中に存在することを検出するのに使用されるサンプル処理システム（または本開示全体において、「システム」とも称する）に関する。一実施形態において、図３のシステム３００として示されるこのシステムは、（１）サンプル調製マイクロ流体チャネルおよび少なくとも１つの検知デバイス（またはセンサ）を有するサンプル処理システムまたは「カートリッジアセンブリ」、（２）データ処理・表示装置、または、カートリッジアセンブリの検知デバイスの検出データを処理するプロセッサもしくはコントローラを含む「カートリッジ読み取り機」および検出イベント表示用ディスプレイ、を備える。これら２つの構成要素によりシステムが構成されている。一実施形態では、これらの構成要素は変更可能な特徴を含んでもよく、例えば、１つ以上の試薬カートリッジ、廃棄物用カートリッジおよび空気圧流量コントローラのような流量制御系統を含んでもよいが、これらに限定されない。
一般に、被検物質、バイオマーカ等の検出をアセンブリによって行い、カートリッジ読み取り機を介して出力するために、カートリッジアセンブリでサンプルを準備するプロセスは次のように行われる。患者から採取した未加工のサンプルをカードに装填し、必要に応じてフィルタ膜でろ過した後、カード外部の空気力学によって生成された負圧によりサンプルをろ過して、分離した検査サンプル（血漿など）を得る。この分離された検査サンプルは、チャネル構造によってカード上で定量化される。サンプルはセンサ／検知デバイス上に流される前に、混合材料源（例えば、ブリスターパック、保管室、カートリッジ、ウェルなど）から供給された混合材料（例えば、試薬（乾燥試薬または含水試薬）、緩衝液および／または洗浄緩衝液、ビーズおよび／またはビーズ溶液等）との相互作用によりカード上で調製される。サンプル調製チャネルは、複数の患者サンプルを使用可能とすべく任意の数のチャネルをカード内に垂直方向に積み重ねるように設計してもよい。同様な構成をマイクロ流体装置の検出にも適用でき、複数のマイクロ流体装置を垂直方向に積み重ねてもよい。カートリッジアセンブリの一部であるサンプル調製カードは、ろ過、加熱、冷却、混合、希釈、試薬の添加、クロマトグラフィー分離およびこれらの組み合わせから選択される機能を提供する１つまたは複数の構造と、サンプルをサンプル調製カード中で移動させる手段とを備える。これらの機能に関する詳細は、以下で説明する。
図１は、一実施形態に係るシステム３００（図３参照）で使用されるカートリッジ読み取り機１００の一例を示している。カートリッジ読み取り機１００は、例えば、ハンドヘルドモバイル機器として使用できる程度に小型および／またはコンパクトになるように構成され得る。カートリッジ読み取り機１００は、ディスプレイ１２０を有する本体またはハウジング１１０と、カートリッジアセンブリを受容するためのカートリッジ受け部１３０とを備える。ハウジング１１０は、読み取り機１００がオペレータ操作者の手に保持された時により快適になるように、人間工学に基づいた設計を有してもよい。しかしながら、ハウジング１１０の形状および設計は特に限定されることを意図していない。
カートリッジ読み取り機１００は、例えば、カートリッジアセンブリ２００を当該読み取り機および／またはサンプルを入力および／または接続するようにユーザに促すのに使用されるインターフェース１４０およびディスプレイ１２０を備えてもよい一実施形態によれば、システム３００は、開示されるカートリッジアセンブリ２００と組み合わせて、センサ（磁気抵抗）技術を利用して、検査サンプル中の複数の検出バイオマーカ、例えば、５つの心臓バイオマーカ等、に関する処理、検出、分析および結果のレポートの生成を行い、１つのプロセスの一部として更にバイオマーカの結果を表示してもよい。
ディスプレイ１２０は、例えば、操作者またはユーザに情報を表示するように構成される。ディスプレイ１２０は、ハウジング１１０上に一体化して設けられる（例えば、ハプティックまたは触覚フィードバック付き）ディスプレイ画面またはタッチ画面、例えば、ＬＣＤ画面もしくはＬＥＤ画面または他のフラットパネルディスプレイの形態で提供されてもよい。そして（必要に応じて）操作者がコマンドや設定を読み取り機１００に入力するのに使用可能なエンドユーザーインターフェース（ＵＩ）１４０として機能するように設計された入力面を提供する。ディスプレイ１２０の大きさは様々であってもよい。より具体的には、一実施形態では、ディスプレイ１２０は、エンドユーザーインターフェースの一部としてシステム３００のコマンドおよび／または設定を入力するためのキー、ボタン、メニューおよび／またはキーボード機能を備えたコントロールパネルを表示するように構成されてもよい。一実施形態では、制御パネルは、機能キー、開始ボタンおよび停止ボタン、戻るボタンまたは入力ボタン、および、設定ボタンを含む。これに加えておよび／またはこれに代えて、図１には示されていないが、カートリッジ読み取り機１００は、一実施形態において、これらに限定されないが、ボタンおよびキーボードを含む任意の数の物理入力デバイスを含み得る。別の実施形態では、カートリッジ読み取り機１００は、別のデバイスを介して入力を受信してもよく、例えば、直接接続もしくは有線接続（例えば、プラグアンドコードを使用してコンピュータ（ＰＣまたはＣＰＵ）またはプロセッサに接続）または無線接続を介して受信してもよい。更に別の実施形態では、ディスプレイ１２０とは、一体化された画面を意味する、外部表示システム、または、その両方を意味するものであってもよい。表示制御ユニット１２０を介して、（例えば、図３を参照して説明するカートリッジリーダ３１０からの）検査結果を、一体化されている表示部または外部ディスプレイに表示することができる。更に別の実施形態では、ユーザーインターフェース１４０は、ディスプレイ１２０とは別個に設けられてもよい。例えば、ディスプレイ１２０にタッチスクリーンＵＩが使用されない場合、他の入力装置（例えば、リモコン、キーボード、マウス、ボタン、ジョイスティック等）がユーザーインターフェース１４０として利用されて、カートリッジ読み取り機１００および／またはシステム３００に関連付けられてもよい。したがって、カートリッジ読み取り機１００への入力に使用される装置および／または方法は、特に限定されない。一実施形態では、カートリッジ読み取り機１００および／またはシステム３００の全ての機能は、ディスプレイ１２０および／または入力デバイスを介して管理されてもよく、機能としては以下を含むがこれらに限定されない：処理方法の開始（例えば、開始ボタンを介して）、分析および／もしくはカートリッジアセンブリ２００の設定の選択および／もしくは変更、空気圧に関する選択および／もしくは設定、入力を促すプロンプトの確認、検査サンプルの処理方法のステップの表示、ならびに／または、（例えば、ディスプレイ１２０および／もしくはユーザーインタフェース１４０を介して）（ＧＭＲ）センサおよび制御ユニット／カートリッジリーダにより計算された検査結果および値の表示。ディスプレイ１２０は、サンプル中の被検物質の検出に関する情報を視覚的に表示してもよい。ディスプレイ１２０は、制御ユニット／カートリッジリーダにより生成された検査結果を表示するように構成されてもよい。一実施形態では、カートリッジリーダ／コントローラによって決定／処理された検査結果に関するリアルタイムフィードバックが（検出対象の被検物質またはバイオマーカの結果として決定される測定値を検知デバイスから受信することにより）、ディスプレイ１２０に表示される。
必要に応じて、音声出力を提供するべく、カートリッジ読み取り機１００の一部としてスピーカ（図示せず）を設けてもよい。これらに限定されないが、音声やアラームを含む任意の複数の音を出力してもよい。カートリッジ読み取り機１００は、これに加えてまたは代えて、任意の数のコネクタ、例えば、ＬＡＮコネクタおよびＵＳＢコネクタならびに／またはそれに関連付られた他の入力／出力デバイスを備えてもよい。取外し可能なストレージもしくはドライブまたは別のシステムを含む入力デバイスおよび／または出力デバイスをカートリッジ読み取り機１００に接続するために、これらＬＡＮコネクタおよび／またはＵＳＢコネクタを使用してもよい。
一実施形態では、カートリッジ受け部１３０は、カートリッジアセンブリ（例えば、図２のカートリッジアセンブリ２００）が挿入され得るハウジング１１０内の（図１に示されるような）開口部であってもよい。別の実施形態では、カートリッジ受け部１３０は、その中にカートリッジアセンブリを受容するように構成されたトレイを含んでもよい。そのようなトレイは、ハウジング１１０に対して、例えば、ハウジングに設けられた開口部から出し入れするように構成され、それによってカートリッジアセンブリ２００を受容し、カートリッジアセンブリをハウジング１１０へと収容するまたは取り出すようにしてもよい。一実施形態では、トレイは、ハウジング１１０に対して解放可能に係合するように構成されたバネ式トレイであってもよい。カートリッジ読み取り機１００に関連する更なる詳細は、図３を参照して後述する。
前述のように、カートリッジアセンブリ２００は、カートリッジ読み取り機１００に挿入されるように設計され、そこでサンプル（例えば、血液、尿）が調製、処理、分析されるようになっている。図２Ａ〜図２Ｃは、本明細書の実施形態に係るカートリッジアセンブリ２００の例示的な実施形態を示す。開示されるカートリッジアセンブリ２００に関連するいくつかの一般的な特徴は、これらの図を参照して説明される。しかし、後でより詳細に説明するように、複数の異なるタイプのカートリッジカード、すなわちカートリッジアセンブリを、カートリッジ読み取り機１００で使用して、システム３００の一部として提供することも可能である。いくつかの実施形態では、サンプリング処理システムまたはカートリッジアセンブリ２００は、別個の複数の検査を実施するための使い捨てアセンブリの形態を取り得る。すなわち、本明細書の説明により更に理解されるように、検査されるサンプルおよび／または被検物質の種類に応じて、異なるカートリッジカード構成および／またはカートリッジアセンブリを使用してもよい。図２Ａは、本明細書の実施形態に係るカートリッジアセンブリ２００の上面斜視図である。カートリッジアセンブリ２００は、サンプル処理カード２１０、検知基板および通信基板２０２を含む（図２Ｂも参照）。一般に、サンプル処理カード２１０は、（例えば、以下で説明する注入ポート等のサンプルポートを介して）サンプルを受け取り、サンプル処理カード２１０がカートリッジ読み取り機１００に挿入されるとサンプルが処理され、サンプルが流れて調製されたサンプルが作成される。カード２１０はまた、検査サンプルを調製するのに使用されたサンプルおよび／または液体から出た廃棄物を、内部廃棄物チャンバ（図２Ａには示されていないが、以下で更に説明される）に保管してもよい。メモリチップ２７５には、例えば、カートリッジの用途、センサの較正および必要なサンプル処理に関する情報を読み書きすることができ、それらを保存するのに使用される。一実施形態では、メモリチップ２７５は、カートリッジアセンブリ２００のカード２１０に選択的に圧力を加えるための工程および設定を含む空気圧系統プロトコルを記憶するように構成される。この場合、磁気抵抗センサまたは磁気センサ（ＧＭＲセンサチップ２８０など）に送るサンプルの調製方法を実装することになる。メモリチップは分析毎の自動化レシピを含むことから、各カートリッジアセンブリ２００が読み取り機１００に挿入される都度、誤ったカートリッジが挿入されるのを防止するのに当該メモリチップを使用してもよい。メモリチップ２７５は、各カード２１０および／またはカートリッジアセンブリ２００の製造に対するトレーサビリティ情報も含む。検知基板および通信基板２０２は、カートリッジ読み取り機１００との通信を確立および維持し、調製されたサンプルの特徴の受け取り、処理および検出を行うように構成されてもよい。基板２０２は、調製されたサンプルにおいて被検物質が検出されるように、カートリッジ読み取り機１００内のコントローラとの通信を確立する。サンプル処理カード２１０ならびに検知基板および通信基板２０２（例えば、図２Ｂを参照）を、互いに取り付けるまたは一緒に組み合せることにより、カートリッジアセンブリ２００を形成する。一実施形態では、カード２１０と基板２０２とを互いに接着するために、接着剤（例えば、図２Ｄを参照）を必要に応じて使用してもよい。一実施形態では、基板２０２は、サンプル処理カード２１０に貼り付けられた積層体であってもよい。一実施形態では、基板２０２は、サンプル処理カード２１０に積層される可撓性回路として設計されてもよい。別の実施形態では、サンプル処理カード２１０はセラミック材料から製造され、回路、センサ（センサチップ２８０）および流体チャネルがそこに形成されてもよい。これに代えて、カード２１０および基板２０２は、機械的に位置合わせされて互いに接続されてもよい。一実施形態では、図２Ａに示されるように、基板２０２の一部が、カード２１０の縁部または端部から延在してもよい。図２Ｂに示されるような別の実施形態では、基板２０２は、カード２１０と同様な外縁または小さい外縁を有するように配置されてもよいおよび／またはそのようなサイズに形成されてもよい。
図２Ｃは、一実施形態に係るカートリッジアセンブリ２００の特徴を概略的に示している。図示されるように、いくつかの特徴はサンプル処理カード２１０に提供され、他の特徴は基板２０２に関連付けられてもよい。一般に、（カードの本体内）検査サンプル（例えば、血液、尿）を受け取るために、カートリッジアセンブリ２００は、カード２１０の上部に設けられてもよいサンプル注入ポート２１５を有する。必要に応じてカード２１０の一部として、フィルタ２２０（本明細書ではろ過膜とも称される）、ベントポート２２５、バルブアレイ２３０（またはバルブアレイ領域２３０）、および、空気圧制御ポート２３５を設けてもよい。カード２１０のこれらの要素を流体接続するために、連通チャネル２３３がカード２１０内に提供される。空気圧制御ポート２３５は、カートリッジアセンブリ２００の空気圧インターフェースの一部であり、カードの連通チャネル２３３に加圧流体（空気）を選択的に供給してチャネルおよび／またはバルブアレイ２３０内の流体（空気、液体、検査サンプル等）の流れを誘導する。必要に応じて、カード２１０は、バルブアレイ２３０内の複数のバルブを制御するべく、指定された連通チャネル２３３に接続され、別個に形成された複数のバルブ制御ポート５３５を備えてもよい。カード２１０はまた、連通チャネル２３３を介して流体接続される１つ以上の計量チャンバ２４０、ガス透過性膜２４５および混合チャネル２５０を備えてもよい。計量チャンバは、連通チャネル２３３を介してその中に（直接またはろ過された）少なくとも検査サンプルを受け取るように設計されている。この特徴については、カートリッジアセンブリ２００の一部として使用され得るサンプル処理カードの異なる実施形態例が示されている図１４〜図２７Ｄを参照して以下で詳細に説明する。一般に、サンプルは、ポート２１５を介してカートリッジアセンブリ２００に注入され、フィルタ（例えば、フィルタ２２０）によるろ過、計量チャンバ２４０での計量、混合チャネル２５０での混合、（必要に応じて）加熱および／または冷却が行われ、連通チャネル２３３、空気圧制御ポート２３５およびバルブアレイ２３０を介して流量の誘導および変更が行われる。例えば、流体の流れは、空気圧系統（例えば、図３に示すカートリッジ読み取り機１００の空気圧系統３３０）と接続された、内部マイクロ流体チャネル（本開示においては、連通チャネル２３３とも称される）およびバルブ、ならびに、例えば空気圧制御ポート２３５または同様の接続部を有するカード２１０上の空気圧インターフェースを使用して制御されてもよい。一実施形態では、必要に応じて行われるカード２１０内の検査サンプルおよび／または混合材料／流体の加熱は、サーミスタを備えたＰＣＢ／基板２０２の上面に設けられたワイヤトレースの形態であり得るヒータ２５９によって行われてもよい。必要に応じて行われるカード２１０内の検査サンプルおよび／または混合材料／混合流体の冷却は、一実施形態では、カートリッジアセンブリ２００（例えば、基板２０２上）に一体化されたＴＥＣモジュールを介して、または別の実施形態では、カートリッジ読み取り機１００の内部に一体化されたモジュールを介して行われてもよい。例えば、読み取り機１００に冷却モジュールが設けられている場合には、冷却が必要な時に、カートリッジアセンブリ２００に冷却モジュールを押し付けるように構成してもよい。処理はまた、カード２１０上の任意の試薬領域２６０（および／またはブリスターパック）および／またはカートリッジ読み取り機１００のハウジング１１０内の試薬カートリッジを使用して、試薬を導入する工程を必要に応じて含んでもよい。分析されるサンプルおよびカートリッジアセンブリ２００のプロセスにおいて必要となる場合に、試薬を放出または混合するようにできる。更に、処理中に連通チャネル２３３を介して試薬、溶離剤、洗浄緩衝剤、磁性ナノ粒子、ビーズ溶液またはその他の緩衝液等の材料をサンプルに導入するために、カード２１０に必要に応じてブリスターパック２６５を設けてもよい。サンプルおよび試薬からの廃棄物を貯蔵するために、１つまたは複数の内部廃棄物チャンバ（本明細書では廃棄物貯蔵用の廃棄物タンクとも称される）２７０も、カード２１０に必要に応じて設けてもよい。以下に説明するように、出力ポート２５５（センサ供給ポートまたはセンサへの入力ポートとも称される）が設けられ、検査サンプル中の被検物質を検出するべく、調製されたサンプルをカード２１０からＧＭＲセンサチップ２８０へと出力する。検査サンプルおよび１つ以上の混合材料をセンサに送達するべく、出力ポート２５５が計量チャンバに流体接続されてもよい。したがって、センサは、少なくとも１つの出力ポート２５５を介して、検査サンプルおよび１つまたは複数の混合材料を受け取るように構成されてもよい。幾つかの実施形態では、ＧＭＲセンサチップ２８０から廃棄物チャンバ２７０に流体またはサンプルを出力するために、廃棄物送達ポートまたはセンサからの出力ポートとも称される、入力ポート２５７が設けられる。廃棄物チャンバ２７０は、連通チャネル２３３を介してカード２１０の他の要素（例えば、計量チャンバ２４０、入力ポート２５７またはこれらの両方）に流体的に接続されてもよい。
カートリッジアセンブリ２００は、メモリチップ２７５上にデータを記憶する、読み取るおよび／または書き込む能力を有し、メモリチップ２７５はカード２１０または基板２０２に関連付けられ得る。前述のように、メモリチップ２７５を使用して、カートリッジの用途、センサ較正および（サンプル処理カード内での）必要なサンプル処理に関連する情報を保存し、調製および処理済サンプルに基づく更なる情報を受信してもよい。メモリチップ２７５は、サンプル処理カード２１０上または基板２００上に位置してもよい。
前述のように、本明細書の実施形態によれば、磁気抵抗センサを利用して、本明細書で開示するシステムを使用した検査サンプル内の被検物質（バイオマーカなど）を見極めることができる。以下の説明および図面では、特定のタイプの磁気抵抗センサ、すなわち巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサが使用されているが、本開示はＧＭＲセンサプラットフォームに限定されないことを理解されたい。いくつかの実施形態によれば、センサは、例えば、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）センサおよび／または磁気トンネル接合（ＭＴＪ）センサであり得る。いくつかの実施形態では、他のタイプの磁気抵抗センサ技術を使用してもよい。説明のみを目的として、以下の記載および図では、磁気抵抗センサとしてＧＭＲセンサを使用した場合を説明している。
カートリッジアセンブリ２００の基板２０２は、これらに関連付けられる巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサチップ２８０および電気接点パッド２９０（または電気接点部）を有し得るＰＣＢ（プリント回路基板）等の電子インターフェースおよび／または回路インターフェースであってもよい、または、これらを備えてもよい。その他の構成要素も基板２０２上に提供され得る。一実施形態では、ＧＭＲセンサチップ２８０は少なくとも基板２０２に取り付けられる。ＧＭＲセンサチップ２８０は、例えば、基板２０２上に配置されて接着剤を使用して取り付けられてもよい。一実施形態では、ＧＭＲセンサ２８０とＰＣＢ基板２０２との間の接着には、液体接着剤またはテープ接着剤を使用することができる。このような設計では、例えば、底部でＰＣＢへの接合を行い、上部で処理カードの接合を行う必要がある場合もある。ＧＭＲセンサチップ２８０を基板２０２に取り付ける他の方法として、これに限定されないが、ＧＭＲセンサをＰＣＢに摩擦嵌めし、ＧＭＲセンサチップ２８０の上部を直接サンプル処理カード２１０に接続してもよい（例えば、特に、基板２０２がサンプル処理カード２１０の（背面に）積層されるフレキシブル回路の形態で提供される場合）。ＧＭＲセンサチップ２８０は、サンプル処理カード２１０の出力ポート２５５から、調製されたサンプルを受け取るように設計されてもよい。この場合、基板上のＧＭＲセンサチップ２８０の配置は、カード２１０上の出力ポート２５５の位置に基づいて変更または修正され得る（したがって、図２Ｂに示す例に限定することを意図していない）。一実施形態では、ＧＭＲセンサチップ２８０は、基板２０２の第１の側（例えば、図２Ｂに示されるようにカード２１０の下側に面する上側）に配置されて、例えば、カード２１０の下側に出力するように構成された出力ポートから調製済サンプルを受け取ってもよい。電気接点パッド２９０は反対側の基板の第２の側に配置される（例えば、カートリッジ読み取り機１００に挿入されるように完全に組み立てられた時に、電気接点パッド２９０がカートリッジアセンブリ２００の底面側に露出するように基板２０２の底側または下側に配置される）。ＧＭＲセンサチップ２８０は、ＰＣＢ／基板２０２上の電子接続を介してその下側に設けられた電気接点パッド２９０に電気的に接続されるＧＭＲセンサチップ２８０自身の接点パッド（例えば、金属ストリップまたはピン）を備えてもよい。この場合、カートリッジアセンブリ２００がカートリッジ読み取り機１００に挿入されると、電気接点パッド２９０が電子インターフェースとして機能して電気接続を確立し、カートリッジ読み取り機１００内の電子機器（例えば、カートリッジリーダ３１０）と電気接続するように構成される。したがって、センサチップ２８０内のセンサは、電気接点パッド２９０およびＧＭＲセンサチップ２８０の接点パッドを介してカートリッジ読み取り機１００内の電子機器に接続される。
図２Ｄおよび図２Ｅは、カード２１０と基板２０２の嵌合インターフェースまたは接続インターフェースの例示的な断面図である。より具体的には、図２Ｄは、一実施形態に係るカード２１０上の出力ポート２５５と基板２０２のＧＭＲセンサチップ２８０との間のインターフェースを示している。例えば、本明細書に開示された実施形態のいずれかに係るカード２１０の下に隣接して配置されたＰＣＢ基板２０２が示されている。基板２０２は、カード２１０の底面（２２２）に取り付けられてもよい。ここではマイクロ流体チャネル４３３（これはカード２１０内の多数の連通チャネルの１つ）と称されるチャネル機能を、カード２１０の少なくとも１つの層に有し、カード２１０内で処理される検査サンプルをＧＭＲセンサ２８０へと向かわせる出力ポート２５５へと導くように設計されている。必要に応じて、カード２１０の層の間に接着剤を塗布してもよく、例えば、試薬ポート４３４Ｂを有するカードの層とチャネル４３３の層との間に接着剤４３４Ａを塗布してもよい。基板２０２は、カード２１０のチャネル４３３および出力ポート２５５に隣接して配置されたＧＭＲセンサチップ２８０を備える。図２Ｅは、１つ以上のマイクロ流体チャネル４３３およびＰＣＢ基板２０２のシリコンウェハに関連付けられたＧＭＲセンサチップ２８０を備えたカード２１０を使用した被検物質の検出に関する概略図である。被検物質の検出は、マイクロ流体工学、界面化学、サンプル標的、ナノ磁気ビーズ、および、磁場センサチップまたは巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサチップ２８０を使用することにより可能となる。カード２１０内のマイクロ流体チャネル４３３（すなわち、連通チャネル）は、例えば、処理のために磁気ビーズ結合体１４１５から分離された検査サンプルおよびナノ磁気ビーズが流るべき方向に誘導するのを助ける。磁気ビーズ結合体１４１５は生体分子１４２５（標的とも呼ばれる）または目的の被検物質と相互作用するように構成され、例えば、抗体−被検物質−磁気ビーズ結合抗体のサンドイッチ錯体の形態であってもよい。サンプル標的は、検出および測定されべき物質である。ナノ磁気ビーズ１４１５はサンプル標的１４２５に結合します。必要に応じて、絶縁材料１４４５、１４５５を複数のセンサ２８０間に設けてもよい。例えば、図２Ｅに示す実施形態では、生体表面１４４５の下に更なる絶縁層１４５５が設けられている。絶縁層１４５５は、ＧＭＲセンサ２８０と直接接触していてもよく、例えば、金属酸化物層を含んでいてもよい。一実施形態では、生体表面層１４４５は、絶縁層１４５５と直接接触していてもよい。基板２０２は、当該基板上の要素のそれぞれ、例えば、ＧＭＲセンサ２８０、絶縁層１４５５および／または生体表面層１４４５の足場として機能し得る。いくつかの実施形態では、基板２０２は、シリコンウェハまたは積層された可撓層で構成されてもよい。
（図３を参照して以下で説明する磁場発生器３６０とは異なる磁場発生器３６５からの）磁場を利用して、センサの近くに位置するナノ磁性粒子を励起することができる。図２Ｆには、例えば、反平行磁化および平行磁化の例が概略的に示されている。ＧＭＲセンサチップ２８０に同様の原理を適用することが可能である。具体的には、図２Ｆに示すように、ＧＭＲセンサを、２つの磁性層８８０Ａと８８０Ｂの間に挟まれた非磁性導電性中間層８９０を含む金属多層構造を有するように設計してもよい。一実施形態では、非磁性導電中間層８９０は、銅薄膜であってもよい。一実施形態では、ＧＭＲセンサチップ２８０は、相対的な磁化方向に応じて変化する２つの強磁性層（図２Ｆの８８０Ａおよび８８０Ｂ）の間に挟まれた数ナノメートルの非磁性導電薄膜（例えば銅）を有する金属構造を使用して構築される。金属多層構造の電気抵抗は、磁性層８８０Ａおよび８８０Ｂの相対的な磁化方向に応じて変化する。平行磁化（図２Ｆの右半分に示す）の部分は抵抗が低くなり、反平行磁化（図２Ｆの左半分に示す）の部分は抵抗が高くなる。この現象により、ナノメートルスケールの磁性材料からの漂遊磁界の検出が容易になる。磁化の方向は、外部から印加される磁場によって制御可能である。このように、金属多層構造の電気抵抗の変化は外部磁場の関数となる。
ＧＭＲセンサは、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）センサまたはホール（Ｈａｌｌ）センサの感度を上回る感度を有する。この特性により、ナノメートルスケールで磁性材料からの漂遊磁場を検出することができる。例えば、センサ表面に結合した磁性ナノ粒子からの浮遊磁場は、磁性層の磁化を変化させ、ＧＭＲセンサの抵抗を変化させる。したがって、単位面積あたりのＧＭＲセンサに結合される磁性ナノ粒子数の変化は、ＧＭＲセンサの抵抗値の変化に反映され得る。
上記のような理由から、本明細書に記載の実施形態においてカートリッジアセンブリ２００で使用されるセンサは、ＧＭＲセンサチップ２８０である。
図３に示すように、カートリッジ読み取り機１００とカートリッジアセンブリ２００がどのように協働してサンプル中の被検物質を検出するシステム３００を提供しているかを更に説明すべく、カートリッジ読み取り機１００のの更なる特徴が概略的に示されている。図示のように、カートリッジアセンブリ２００は、カートリッジ読み取り機１００のハウジング１１０に挿入されてもよい。一般に、カートリッジ読み取り機１００のハウジング１１０は、本明細書全体を通して「コントローラ」および／または「カートリッジリーダ」３１０とも呼ばれるプロセッサまたは制御ユニット３１０、電源３２０、空気圧系統３３０、通信ユニット３４０、（必要に応じて）診断ユニット３５０、磁場発生器３６０およびメモリ３７０（またはデータ記憶装置）、ならびに、ユーザーインターフェース１４０および／またはディスプレイ１２０を更に備えるまたは含み得る。必要に応じて、例えば、挿入されたカートリッジアセンブリ上の試薬ソースを開封するため、または、（例えば、試薬がアセンブリの特定の試薬領域に提供されていない場合）カートリッジアセンブリに試薬を導入するための試薬オープナー（図３には示されていない）を、カートリッジ読み取り機１００の一部として設けてもよい。カートリッジアセンブリ２００がカートリッジ読み取り機１００のハウジング１１０に挿入され、電気系統および空気圧系統が接続されると、カートリッジアセンブリ２００がカートリッジメモリチップ２７５を読み取る（例えば、カートリッジ読み取り機１００内のカートリッジリーダ３１０／制御ユニットまたはＰＣＢアセンブリによって読み取られる）。そして、カートリッジアセンブリ２００のカード２１０に選択的に圧力を加えるためのステップと設定を含む空気圧系統プロトコルを決定し、センサ（例えば、ＧＭＲセンサチップ２８０）へ送達されるサンプルの調製方法を実行する。このようにアセンブリ２００に配置されたサンプルに対して、前処理、処理および分析が行われる。制御ユニットまたはカートリッジリーダ３１０は、サンプル中の被検物質を検出するプロセスの自動化に必要な入力および出力を制御してもよい。カートリッジリーダ３１０は、特に、カートリッジアセンブリ２００および空気圧系統３３０に関連する巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサチップ２８０および／またはメモリチップ２７５を制御するように構成されたリアルタイムコントローラであってもよく、ユーザーインターフェースからの制御も加わり、例えば、磁場発生器３６０の駆動、および、カートリッジアセンブリ２００に関連するセンサチップおよび／またはメモリへの／からの信号の送受信を制御する。一実施形態では、カートリッジリーダ３１０は、追加のチップ、メモリ、デバイスを含み得るＰＣＢ（プリント回路基板）の形態で提供される。カートリッジリーダ３１０は、例えば、内部メモリユニット、システムオペレーションイニシャライザ、信号準備ユニット、信号処理ユニットおよび／またはデータストレージ（いずれも図示せず）と通信および／または制御するように構成されてもよい。カートリッジリーダ３１０は、通信ユニット３４０に対して信号を送受信するように構成されてもよく、それにより、（例えば、クラウドサーバとの）ネットワーク接続性およびテレメトリが確立されて、例えば、不揮発性レシピが実装されてもよい。通信ユニット３４０は概して、カートリッジ読み取り機１００が無線または有線技術を使用してデータを送受信可能にする。内蔵電池の形態の電源３２０を介してまたはそれに接続された外部電源を介して（例えば、コードおよびプラグを介して）電力を受け取るコネクタの形態で、カートリッジ読み取り機１００に電力を供給することができる。電源３２０は、カートリッジ読み取り機１００の起動時および／またはカートリッジアセンブリ２００が読み取り機１００に嵌合される時に、カートリッジ読み取り機１００の部品に電力を供給するように構成される。例えば、電源３２０は、カートリッジリーダ３１０の制御ユニットおよびＰＣＢアセンブリ５６０、磁場発生器３６０、ディスプレイ１２０および／またはユーザーインターフェース１４０ならびに空気圧系統３３０（例えば、任意のモータ、バルブおよび／またはそれに関連するポンプを含む）に電力を供給してもよい。本明細書の一実施形態によれば、電源３２０は、少なくとも１つの内蔵電池パック３２０であってもよい。空気圧系統３３０は、サンプル処理カード２１０の内部およびサンプル処理カード２１０に沿って流体を移動および誘導することにより（例えば、空気圧接続部２３５を介して、チャネルにより、エラストマー製バルブへと導くべく接続することにより）カートリッジアセンブリ２００に入れられたサンプル（例えば、血液、尿）を処理および調製するのに使用される。空気圧系統３３０は、例えば、流体と接触するプランジャおよび／またはピストンを使用可能な、流体を移動させるためのシステムおよび／またはデバイスであり得る。磁場発生器３６０は、カートリッジ読み取り機１００の回路基板もしくはカートリッジアセンブリ２００に設けられる１つ以上のチップ（例えば、センサチップ２８０）と何らかの方法で一体化されるまたは読み取り機１００に取り付けられる、外部磁気コイルまたは他の磁場発生装置であり得る。磁場発生器３６０は、信号を読み取ると同時に、ＧＭＲセンサチップ２８０の近くの磁性ナノ粒子を励磁するのに使用される。幾つかの実施形態では、コイルまたはその他の磁場発生器であり得る第２の磁場発生器３６５は、カートリッジ読み取り機１００の一部としてハウジング１１０内に設けられてもよい。例えば、一実施形態では、第２の磁場発生器３６５は磁場発生器３６０とは別個の異なる発生器であってもよい。この第２の磁場発生器３６５は、サンプルの調製および処理中に、アセンブリ２００のサンプル処理カード２１０の一部（例えば、上部、下部、側面）に不均一な磁場を印加できるように当該磁場を生成するように構成され得る。例えば、緩衝液および／または磁気ビーズ等の混合材料を混合材料ソースから移動させる時、および、カード内の検査サンプルを移動させる時にこのような磁場が印加される。一実施形態では、第２の磁場発生器３６５は、カートリッジ読み取り機の反対側の端部または側面（例えば、読み取り機１００のハウジング１１０の上部に位置する）に、すなわちＧＭＲ検知に使用される磁場発生器３６０から離れて設けられる。一実施形態では、第２の磁場発生器３６５は、磁場発生器３６０に対してカートリッジ読み取り機の反対側の端部に設けられる（例えば、第２の磁場発生器は読み取り機１００のハウジング１１０の上部に配置され、磁場発生器３６０は読み取り機１００の下端（例えば、カートリッジ受け部１３０の近く）に設けられる）。一実施形態では、バイオマーカ／被検物質を感知するための磁場全体は、ＧＭＲセンサチップ２８０の近くの磁性ナノ粒子からの外乱に加えて、（外部またはセンサチップと一体化した）磁場発生器３６０から印加される磁場を含む。試薬オープナは、ＧＭＲセンサチップ２８０のサンプル処理および読み取り中に試薬を導入するために必要に応じて使用される（例えば、試薬がカードの特定の試薬領域に含まれていない場合）。前述のように、ユーザーインターフェース／ディスプレイ１２０により、オペレータは情報を入力し、プロセスを制御し、システムフィードバックを提供し、検査結果を（タッチスクリーン等の出力表示画面を介して）表示できる。
図４は、本明細書で開示されるシステム３００を使用して、サンプル中の被検物質の検出を実行するための方法４００の一般的な工程を示す。ステップ４１０において、システムが初期化される。例えば、システムの初期化には、システム３００（カートリッジ読み取り機１００を含む）の電源投入、システムの設定情報の決定、計算結果の読み取り、機能（例えば、磁場発生器とキャリア信号）がオンラインであり準備完了しているかどうかの判定等が含まれる。ステップ４１５において、全検査サンプルがカートリッジアセンブリ２００に添加または装填される（例えば、図２Ｃに示すように、サンプルが注入ポート２１５から注入される）。ステップ４１０およびステップ４１５の順序を変更してもよい。すなわち、アセンブリ２００への全検査サンプルの追加は、システムが初期化される前または後に行われてもよい。ステップ４２０において、カートリッジアセンブリ２００がカートリッジ読み取り機１００に挿入される。必要に応じて、方法４００の一部として、ユーザーインターフェース／ディスプレイ１２０を介してカートリッジ読み取り機１００および／またはシステム３００にユーザ指示を入力してもよい。次に、ステップ４２５において、制御ユニット３１０を介してサンプルの処理が開始される。処理の開始は、例えば、ユーザーインターフェース／ディスプレイ１２０および／または読み取り機１００に接続されたシステムを介して、オペレータまたはユーザによる入力を受信することを含み得る。別の実施形態では、カートリッジアセンブリ２００をカートリッジ読み取り機１００に挿入し、読み取り機内のカートリッジアセンブリ２００の存在を検出することにより（例えば、アセンブリ２００上の電気接点パッド２９０と制御ユニット３１０との電気接続、および、メモリチップ２７５からの命令の自動読み出しにより）、処理を自動的に開始することができる。調整済サンプルを生成するために、（例えば、メモリチップ２７５から取得した）空気圧制御命令を使用してステップ４２５においてサンプルの処理が行われる。上記で説明したように（および、以下で更に説明されるように）、サンプルの処理は、サンプルのタイプおよび／または読み取り機１００に挿入されたカートリッジアセンブリ２００のタイプに依存し得る。場合によっては、処理は、サンプルを調製する前に、混合、緩衝液または試薬の導入などを含む多くのステップを有する場合がある。サンプルが調製されると、調製済サンプルが、ＧＭＲセンサチップ２８０に供給される（例えば、空気圧系統３３０および制御ユニット３１０を介して、空気圧制御によりカード２１０のチャネルを通って出力ポート２５５に送達される）。ステップ４４０において、調製済サンプル中の被検物質がＧＭＲセンサチップ２８０で検出される。次に、ステップ４４５において、ＧＭＲセンサチップ２８０からの信号が、例えば、カートリッジリーダ３１０（制御ユニット；例えば、１つ以上のプロセッサを含む）を介して受信され、処理される。信号処理により、例えば、ディスプレイ１２０／ユーザーインターフェースを介して検査結果をステップ４５０において表示することができる。ステップ４５５において、検査結果が保存される。例えば、検査結果は、カートリッジアセンブリ２００に搭載されたクラウドサーバーおよび／またはメモリチップ２７５に保存されてもよい。幾つかの実施形態では、流体またはサンプルは、ＧＭＲセンサチップ２８０から入力ポート２５７を通って廃棄チャンバ２７０へと送達されてもよい。その後、全ての検査が実行され検知デバイス／ＧＭＲセンサチップ２８０によって数値が読み取られた後は、カートリッジアセンブリ２００はカートリッジ読み取り機１００から取り出されてもよい。一実施形態において、カートリッジアセンブリの取り出しは自動的に実行されてもよく、例えば、カートリッジ読み取り機１００のハウジング１１０内の機構がハウジング１１０からアセンブリ２００を押し出す、またはオペレータにより（ボタンもしくは力を使用して）手動で実行されてもよい。
一実施形態では、本明細書に記載のシステム３００は、同日出願の国際特許出願Ｎｏ．ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／＿＿＿、「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＧＭＲ−ＢＡＳＥＤ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＯＦ ＢＩＯＭＡＲＫＥＲＳ（ＧＭＲによるバイオマーカの検出のためのシステムおよび方法」（代理人整理番号０２６４６２−０５０４８４６）に開示されているような空気圧制御系統を使用してもよく、上記の出願は参照により本明細書に組み込まれる。
一実施形態では、本明細書に記載のシステム３００は、国際特許出願Ｎｏ．ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／＿＿＿、「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＳＥＮＳＩＮＧ ＡＮＡＬＹＴＥＳ ＩＮ ＧＭＲ−ＢＡＳＥＤ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＯＦ ＢＩＯＭＡＲＫＥＲＳ（ＧＭＲによるバイオマーカの検出における被検物質の検出システムおよび方法」（代理人整理番号０２６４６２−０５０４８４８）に開示されているように被検物質を感知してもよい。例えば、一実施形態では、検知デバイスまたはＧＭＲセンサチップ２８０は、上記の代理人整理番号０２６４６２−０５０４８４８の出願に開示されるように、１つまたは複数のマイクロ流体チャネル、および、当該１つまたは複数のマイクロ流体チャネル内に配置される複数のセンサパッドを含み得る。一実施形態では、このようなチャネルは、当該チャネル内に配置された複数のＧＭＲセンサを必要に応じて含んでもよい。複数のＧＭＲセンサを、一の被検物質を検出するように全て同一に構成してもよく、この場合、冗長性により検出を強化することができる。これに代えて、複数のＧＭＲセンサを数多くの被検物質を検出するように全て異なる構成にすることもでき、また、冗長性を持たせつつ複数の異なる構成のセンサの組み合わせにすることもできる。チャネルの構成は制限されない。チャネル内の複数のＧＭＲセンサが集合的に、ＧＭＲセンサチップ２８０からの出力（検査結果）を提供するように設計してもよい。
図２８〜図３１は概して、カートリッジリーダ３１０（制御ユニット）およびカートリッジ読み取り機１００内の信号プロセッサの機能ブロック、ならびに、挿入されたカートリッジに関してカートリッジ読み取り機１００が利用するおよび実装する関連プロセスが示されている。一実施形態では、本明細書に記載のシステム３００は、国際特許出願Ｎｏ．ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／＿＿＿、「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＳＥＮＳＩＮＧ ＡＮＡＬＹＴＥＳ ＩＮ ＧＭＲ−ＢＡＳＥＤ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＯＦ ＢＩＯＭＡＲＫＥＲＳ（ＧＭＲによるバイオマーカの検出における被検物質の検出システムおよび方法（代理人整理番号０２６４６２−０５０４８５０）に開示されているようにＧＭＲセンサにおいて信号を処理してもよい。例えば、上記のように、ステップ４４５において、ＧＭＲセンサチップ２８０からの信号は、例えば、カートリッジリーダ３１０を介して受信され処理される。一実施形態では、カートリッジリーダ３１０は、メモリ読み出しユニットおよびサンプル調製制御ユニットを有するサンプル調製制御部を使用して（例えば、カートリッジアセンブリ２００がカートリッジ読み取り機１００に挿入されたことを示す信号を受信し、メモリチップ２７５に保存された情報を読みだし、空気圧制御信号を生成し、生成した信号を空気圧系統３３０に送信するのに使用される）、ＧＭＲセンサチップ２８０からの結果を処理する機能を実行するように構成される。また、代理人整理番号０２６４６２−０５０４８５０の出願で詳細に説明されているように、信号処理部は、測定信号を処理して被検物質検出の検査結果を取得することをはじめ、電気素子を制御して信号を準備および収集し、検出結果を処理、表示、保存および／または外部システムへと伝達する。読み取り機１００のカートリッジリーダ３１０および信号プロセッサに関連する更なる特徴については、後により詳細に説明する。
図１および図２Ａ〜図２Ｆは、サンプル中の被検物質を検出するための本明細書に開示されるシステム３００の一部であるカートリッジリーダ読み取り機１００およびカートリッジアセンブリ２００の代表的な特徴を示した概略図である。図は説明のみを目的としており、これに限定することを意図したものではない。
図２Ｃを参照して前述したサンプル処理カード２１０およびカートリッジアセンブリ２００の特徴の説明に戻り、カートリッジアセンブリ２００内のサンプル処理カード２１０に提供される特徴の配列、配置、包含および数は、例えば、分析されている検査サンプルおよび／または実行されている検査（例えば、バイオマーカの検出、金属の検出等）に基づいてもよい。またいくつかの実施形態では、カード２１０は、カード上に幾つかの領域が存在するようにおよび／または特徴が異なる層に提供されるように配置することができる（ただし、このような層は本体と別個の層である必要はない。むしろ、深さまたは高さ（Ｚ方向）方向において互いに対して積層される）。本明細書の実施形態において、サンプル処理カード２１０は、入口、チャネル、バルブ領域等を形成するべくレーザ切断された部品によって互いに挟まれ、接続／密封されることにより形成されてもよい。他の実施形態では、サンプル処理カードの１つまたは複数の層は、レーザ切断、積層、成形等がなされてもよい、または、複数のプロセスの組み合わせによって形成されてもよい。サンプル処理カード２１０を形成する方法は、特に限定されることを意図していない。例示を目的として、いくつかの図面においては、サンプル処理カード２１０の複数の部分の互いに対する位置を示す複数層の描写を含む（例えば、上および／または下に配置される他の特徴に対するカード内の位置）。このような例は、これに限定することを意図しておらず、サンプル処理カード２１０本体内の特徴（チャネル、バルブ等）の深さまたは配置の一例を示すために提供される。
一般に、各カード２１０は、頭上または上から見た時に（Ｙ方向に設けられた）縦方向中心線Ａ−Ａに沿った縦方向に延在する本体２１４を有する。一実施形態では、カード２１０はそれぞれ、縦方向に延在する長さ（すなわち、中心線Ａ−Ａに沿ってまたは中心線Ａ−Ａに対して）、長さに対して横方向に延在する（例えば、Ｘ方向）幅、および、Ｚ方向または垂直方向延在する高さ（または深さまたは厚さ）によって規定される寸法を有する。非制限的な実施形態では、カード２１０の本体２１４は、実質的に長方形の構成であってもよい。一実施形態では、カートリッジ読み取り機１００のカートリッジ受け部１３０（および／または関連するトレイ）は、カード２１０を読み取り機１００のハウジングに挿入可能とすべく、サンプル処理カード２１０の寸法に対応するサイズを有する。以下に、図２Ｃを参照して説明した特徴について更に説明する。
以下の説明では、例示的なサンプル処理カード２１０の特徴を説明するのに、図５〜図１３を参照している。しかしながら、図５は、一実施形態に係るカートリッジアセンブリ２００内のサンプル処理カードとして使用するように構成されたサンプル処理カード２１０Ａの一例を示しており、図６〜図１３は例示に過ぎず、これらの実施形態のいずれにも限定することを意図していない。
一般に、サンプル処理カード２１０は、サンプル注入エリア、バルブアレイ領域２３０、混合領域、空気圧制御インターフェース（本明細書ではポンプインターフェースまたは空気圧インターフェースとも呼ばれる）および（センサチップ２８０への）制御送達領域を備えてもよい。これらのエリアおよび／または領域のいずれかは、互いに対して相対的に位置付けられる、および／または、（例えば、カードの異なる層内に）互いに重なり合ってもよい。サンプル注入エリアは、検査サンプル全量を注入するためのカード上のエリアである。バルブアレイ領域２３０は、カード２１０内の流体を誘導および／または混合
するためにカートリッジ読み取り機１００内の空気圧系統３３０によって制御される複数のおよび／または一連のバルブを含む。この領域２３０内の複数のバルブは、サンプル処理カード２１０内の複数の連通チャネルに接続されてもよい。混合領域とは、分離された検査サンプルを他の液体（試薬、洗浄緩衝液、磁気ビーズ等）と混合および／または移動するために使用される領域を指す。バルブアレイ領域２３０における（例えば、弾性撓み部分を有する）バルブは開位置と閉位置との間で選択的に制御されることにより、検査サンプルの連通チャネルを通じた選択的送達、例えば、混合領域に設けられた流体計量チャンバ２４０への送達を可能にし、検査サンプルは、例えば、試薬、緩衝液等と混合される。制御・送達領域は、読み取り機１００のカートリッジリーダ３１０および空気圧系統３３０と連通するカード２１０上の領域であり得る。一実施形態では、カード２１０のチャネル内の流体の動きを制御するための複数のポート２３５（少なくとも１つの空気圧制御ポート２３５）が空気圧制御インターフェースに設けられる。いくつかの実施形態では、制御・送達領域はまた、必要に応じてバルブアレイゾーン２３０内のバルブの位置を制御するためのポートを有してもよい。空気圧制御ポート２３５はそれぞれ、カード２１０内の他の特徴（例えば、計量チャンバ）との接続のために、当該ポートに流体接続された対応する連通チャネルを有する。これら領域およびその説明は例示に過ぎず、これに限定することを意図したものではない。
前述のように、一実施形態では、サンプル処理カード２１０は、カードの本体内に検査サンプルを受け取るためにカード２１０に設けられ得るサンプル注入ポート２１５を備えてもよい。注入ポート２１５は、本明細書のいくつかの実施形態において、検査サンプル全量、例えば、全血、尿等を受け取るように構成される。他の実施形態において、検査サンプルは、注入ポート２１５に注入される前に事前に分離されてもよい（例えば、血液からの血清を分離する）。注入ポート２１５はカード２１０の上面２１８に設けられた受容孔を伴う小さな開口部を含んでもよく、カード２１０内において垂直方向（Ｚ方向下向き）に一定の深さまで延在し、場合によっては、ろ過膜、例えば、フィルタ２２０まで延在する。
幾つかの実施形態によれば、ろ過膜２２０は、サンプル処理カード２１０の上面２１８と底面２２２との間にまたは挟まれるようにしてそれらの間の深さに配置されてもよい。例えば、図５に（および他の図面において）図示の実施形態では、サンプル処理カード２１０Ａのろ過膜２２０はほぼ円形であるように描かれている。しかしながら、ろ過膜２２０の面積または形状はこれに限定されることを意図していない。当業者であれば一般的に理解できるように、ろ過膜２２０は、注入された検査サンプル全体を受け取り、当該サンプルから検査サンプルを（例えば、試薬、緩衝液、磁気ビーズを使用して更に調製するために）分離するように構成される材料によって形成される。幾つかの実施形態において、ろ過膜２２０は、例えば、全血から血漿サンプルを分離するための血液濾過膜であってもよい。ろ過膜２２０は、例えば、非対称のフィルタ材料から形成されてもよい。そのような材料は、下側に、より小さなサイズの細孔を有してもよい。例えば、全血検査サンプルの場合、ろ過膜２２０を使用して、注入ポート２１５に注入された患者検査サンプルから赤血球および他の大きな生物学的材料を除去することにより、サンプル処理カード２１０において更に処理するための血漿を提供してもよい。他の実施形態では、フィルタは、ガラス繊維膜２２０Ａの形態で提供されてもよい。例えば、一実施形態では、ガラス繊維膜２２０Ａを核酸抽出に使用してもよい（一方、フィルタ膜２２０は、全血から血漿を濾過するために使用される）。ろ過膜２２０を本明細書の説明全体において使用することが可能であるが、本開示では、フィルタまたはろ過膜２２０およびその特徴への言及は、グラスファイバー膜２２０Ａを指すおよび適用し得ることを理解されたい。
先に述べたように、フィルタ２２０（または２２０Ａ）は、カード２１０およびカートリッジアセンブリ２００内で必要に応じて設けられる。一実施形態では、例えば、検査サンプルは、カートリッジアセンブリ２００の外側に位置するユーザまたはオペレータによって分離され得る。例えば、検査サンプルとして全血を利用する場合、ユーザはアセンブリ２００の外部において、最初に全血から血清または血漿を分離してもよい。この場合、アセンブリ２００にろ過膜を使用する必要はない。
使用中に、検査サンプル（例えば、全血）を、注入ポート２１５の小さな開口部に（例えば、ピペットまたは針を使用して）装填、導入または注入することができる。そして、サンプルがろ過膜２２０の横方向に広がり透過して、サンプルの成分が精製および／または分離されるように構成される（例えば、注入された全血サンプルの場合、ろ過膜２２０は血液をろ過して血漿が分離される）。分離された検査サンプル（例えば、血漿）は、サンプル処理カード２１０の底部、または、本明細書ではサンプル室２２４とも称される受容領域２２４に集められる。この受容領域２２４は、例えば、ろ過膜２２０に隣接してまたはその下（垂直方向、すなわち深さまたは高さの方向、Ｚ方向）に設けられてもよい。一実施形態では、装填または注入されたサンプルは、いくつかの図において線で示されるように、ろ過膜２２０上で毛管作用により吸い上げられてもよい。例えば、通気口２２５がある、注入口２１５の反対側に向かっておよび／または斜めに、吸い上げられてもよい。
ベントポート２２５は、サンプル処理カード２１０の開口部であり、ろ過膜２２０のエリアとサンプル処理カード２１０の上面２１８との間の深さにおいて垂直に延在する。一実施形態では、ベントポート２２５の深さは、受容領域２２４（例えば、受容領域２２４またはサンプルチャンバの上部または底部）から上部表面２１８まで達する。ベントポート２２５は大気に向かって開放されており、カードから空気を排出するように構成されている。一実施形態によれば、ベントポート２２５は、注入ポート２１５の開口部と同等のサイズを有していてもよい。一実施形態では、ベントポート２２５はろ過膜２２０と同じ平面へと下方に延在する。このベントポート２２５により、圧力をサンプル処理カードの内部から（例えば、ろ過膜２２０および／もしくは受容領域２２４または他の接続されたチャネルから）大気中へと開放または放出することができる。例えば、血液の検査サンプルがろ過膜２２０に注入されて毛管作用により吸い上げられると、血漿が分離され、この領域の空気がベントポート２２５から押し出される。一実施形態によれば、ベントポート２２５は、注入ポート２１５に対して相対的に反対側（例えば、１８０度の位置）に配置されてもよい。例えば、図５の実施形態例では、ベントポート２６は、ろ過膜２２０の近く、上部左側に示されている。別の実施形態では、ベントポート２２５および注入ポート２１５は、互いに近接してまたはサンプル処理カードの同じ側に配置されてもよい。一実施形態では、チャネル、ガイドまたは他の部分は、例えば、ろ過膜２２０の周りにチャネルの経路を配置するサンプル処理カードの層に提供されてもよい。別の実施形態では、注入ポート２１５およびベントポート２２５の位置を交換してもよい、または、ろ過膜２２０の周囲またはろ過膜２２０に対すて別の位置に回転させてもよい。例えば、図５の実施形態に示すように、ベントポート２１５と通気ポート２２５との位置を交換してもよい。別の実施形態では、ポート２１５、２２５は、ろ過膜２２０を横切って／貫通する、別の線、例えば、垂直線、水平線または傾斜線に沿って配置されてもよい。したがって、ポート２１５、２２５の図示された位置に限定することを意図していない。
いくつかの実施形態によれば、サンプル処理カード２１０はその中に、空気を排出および／または引き込むために使用され得る１つまたは複数の通気口（または空気ポート）を備えてもよい。場合によっては、ベントポート２２５は通気口として機能し、他の実施形態では、通気口は別個のポートであってもよい。一実施形態では、通気口および／またはベントポート２２５は、内蔵されている繊維膜（例えば、ガラス繊維膜）を空気の流れにより乾燥させるように構成されてもよい。一実施形態では、通気口は通常、バルブを介して閉じることができ、その位置（開または閉）は空気圧系統３３０によって制御され得る（例えば、指定されたポート２３５および連通チャネルへの接続を介して）。
このサンプル注入領域から受容領域２２４／サンプルチャンバ内へと注入された分離検査サンプルは、必要に応じて試薬、緩衝液、磁気ビーズ等と混合されて、使用されように設計されている。より具体的には、分離された検査サンプルはカード２１０内を移動し、検査サンプルを調製しＧＭＲセンサチップ２８０に供給されてそこで検出がおこなれ、結果がユーザ／オペレータに出力される。以下により詳細に説明するように、注入ポート２１５および受容領域２２４は、流体連通チャネルにより、混合材料源および／もしくは計量チャンバならびに／またはカード２１０内の他の特徴に流体接続されてもよい。
図５に図示されるサンプル処理カード２１０Ａは、例えば、一実施形態において、カード２１０Ａは、上から見下ろした時に（図５を参照）、縦方向中心線Ａ−Ａ（Ｙ方向に設けられる）の両側（左右）において同様の特徴を有するように構成される、すなわち、特徴が互いが鏡像の関係になっている。図５のサンプル処理カード２１０Ａは、一度に複数の分析を可能にするべく、分割して並行して配置された分析領域を提供してる。図５では、サンプル処理カード２１０の両側（すなわち、左右）に設けられた特徴を表すために同様の参照番号が使用されている。以下の説明により更に明らかになるように、図５のサンプル処理カード２１０Ａ上のこのような構造的配置は、検査サンプル（例えば、血漿）と試薬、緩衝液、磁気ビーズ等のとの良好な混合を可能にする。そして、（読み取り機１００の）制御メカニズムの使用により、カードの機能が向上し、分析における特異度を高くすることができる。
一実施形態では、サンプル処理カード２１０内の分離された検査サンプルの流体移動性および混合を制御するために使用される機構の幾つかは、バルブアレイ領域２３０に設けられた一連のバルブおよび空気圧制御インターフェースにおける空気圧制御ポート２３５である。例えば、受容領域２２４でろ過膜２２０を使用して血液サンプルから分離された血漿は、一実施形態によれば、サンプル処理カード２１０およびカートリッジアセンブリ２００に接続され得る空気圧系統３００のコントローラおよび／またはポンプを使用したバルブおよびポートによる制御を介して、受容領域２２４から（この場合、その中央部、底部から）延びるサンプル送達チャネルを通って移動し得る。
本明細書の実施形態によれば、サンプル処理カード２１０の実施形態のいずれかは、空気圧制御インターフェースの空気圧制御ポート２３５が、カートリッジ読み取り機１００のカートリッジ受け部１３０に最初に配置される部分であるカード２１０の端部に設けられるように、カートリッジアセンブリ２００の一部として配置される。より具体的には、縦方向に見た場合のカード２１０の下端または領域においけるポート２３５（またはそれらのインターフェース）を概して図示している（例えば、注入ポート２１５がカードの上部近く、ポート２３５が底部近くに配置されている）が、カートリッジアセンブリ２００が読み取り機１００へ挿入されている時には、空気圧制御ポート２３５を有するカード２１０の下端は、実際には本明細書では「前端」または「挿入端」とも称される。
図示のいくつかの実施形態では１つのサンプル送達チャネルが示されているが、２つ以上のサンプル送達チャネルがサンプル処理カード２１０に設けられてもよいことは明らかである。例えば、一実施形態では、２つ以上のサンプル送達チャネルが、受容領域２２４からカード内の別の特徴（例えば、計量チャンバ２４０）まで延在していてもよい。
一実施形態では、バルブアレイ領域２３０に一連のバルブを設けることができる。一実施形態では、バルブの第１セットがハウジングに設けられ、それぞれが開位置と閉位置との間を移動可能に構成された第１のバルブおよび第２のバルブを含む。一実施形態では、バルブの第２セットハウジングに設けられ、各バルブは開位置と閉位置との間を移動可能に構成されている。一実施形態では、複数のバルブは別個に設けられて、カードの縦方向中心線Ａ−Ａの両側に設けられてもよい。別の実施形態では、複数のバルブは、複数の列に分けて配置されてもよく、例えば、第１の弁の列と、それに平行に並ぶ第２の弁の列に分けられてもよい。第１のバルブの列は、例えば、第２のバルブの列の縦方向上方に配置されてもよい。一実施形態では、バルブおよびバルブアレイ領域２３０は、カード２１０内のろ過膜２２０に隣接する、または（中心線に対しておよび中心線に沿って）縦方向において相対的にろ過膜の下に設けられてもよい。別の実施形態では、一連のバルブは、垂直（Ｚ）方向においてろ過膜２２０に対して下に位置するバルブアレイ領域２３０に設けられてもよい。一実施形態では、バルブは、ハウジングの長軸または中心線Ａ−Ａに対して同じ側に設けられてもよい。更に別の実施形態では、ろ過膜２２０と比較して垂直（Ｚ）方向上方に配置されたバルブアレイゾーン２３０にバルブを設けてもよい。流体をカード２１０上の任意の数の場所に（垂直および／または縦方向に）カード内のチャネルを介してルーティングできることから、カードに沿った（縦方向の）および／またはカードの層内のフィルタ２２０に対するバルブアレイ２３０の位置は、マイクロ流体連通チャネルにとって必ずしも重要ではないことは明らかである。
一実施形態では、バルブアレイ領域２３０は、エラストマー部材２１２を含有するまたはエラストマー部材２１２から形成されてもよい。図５の例示的実施形態に示されるように、エラストマー部材２１２の位置は、例えば、上面２１８の下にサンプル処理カード２１０内の深さにおいて設けられる角丸長方形の部分によって表されている。カード２１０の深さまたは中間層内におけるエラストマー部材２１２の位置の例は、図６および図７により詳細に示されている。複数のバルブが層またはカードの本体内に形成されるように、エラストマー部材２１２がサンプル処理カード２１０の本体内に設けられてもよい。エラストマー部材２１２は、バルブとして機能／動作する（図６および図７に示すような）ポケットおよび／またはエラストマー撓み部分を含んでもよく、カード内の内部チャネルと整列して設けられる。以下で説明するように、開位置と閉位置との間の正圧（例えば、空気圧系統３３０からの加圧空気または真空）を介した撓み部分の動きにより、チャネルおよびハウジング部品内を流体（血漿、試薬）が移動させることができる。
バルブアレイ領域２３０の複数のバルブ（すなわち、エラストマー撓み部分）は選択的に制御されて、サンプル全体から分離された検査サンプルおよび／または試薬、洗浄緩衝液、ビーズ等を血漿と混合するために流体計量チャンバ２４０へと選択的に送達できるようにしてもよい。後に詳述するように、カートリッジアセンブリ２００（したがってサンプル処理カード２１０）に接続された空気圧系統３００のコントローラおよび／またはポンプは、エラストマー部材２１２／領域２３０内のバルブの位置を制御するために起動されてもよい。ならびに／または、正圧および／または負圧（吸引または真空）をサンプル処理カード２１０に印加するべく起動されてもよく、バルブの位置に応じて、流体（血漿および／または試薬）がサンプル処理カード２１０内に設けられたチャネル内およびチャネル全体を移動するようにする。
一実施形態では、分離された検査サンプルを移動させて計量チャンバ２４０に送達するべく、（受容領域２２４からの）サンプル送達チャネルは、特定の計量チャンバ２４０へと分岐するチャネルであってもよい任意の数の分岐部分に接続される。一実施形態では、２つ以上の分岐部分が設けられる。図５に示されるような実施形態では、例えば、分岐部分は、（中心線Ａ−Ａに対していずれかの側における）複数のバルブアレイ領域２３０のうちの１つまたは複数まで延在してもよい。また、試薬領域２６０は、送達チャネルを介して図５のバルブアレイ領域２３０に接続される。試薬領域２６０は、その中に試薬を受容するように設計される。一実施形態では、複数の試薬領域２６０は、サンプル処理カード２１０のハウジング内に、一定量の試薬を受け入れて収容する実質的に丸いまたは円形のウェルの形態で設けられる。試薬は、バルブ／コントローラを起動させることにより送達チャネルを通じて複数の試薬領域２６０それぞれから計量される液体、流体または溶液の形態であってもよく、後述するように、血液サンプルから分離された血漿と組み合わされる。ある量の試薬を（ユーザまたはカートリッジ読み取り機１００により）、サンプル処理カード２１０の試薬領域２６０へと注入、事前装填または保管することができる。一実施形態では、試薬は、ブリスターパック構成を使用してサンプル処理カード２１０の試薬領域２６０に保存されてもよい、すなわち、試薬はカードに収容され、サンプルの検査が行われる時に開封される。別の実施形態では、試薬を試薬領域２６０に注入し、バルブ／コントローラが作動するまでの間、一時的にウェル／領域に保存してもよい。同様に、必要に応じて設けられるブリスターパック２６５、ウェルおよび／または保管チャンバ２８５（例えば、図１５、図１７Ａおよび図１８Ａを参照）をカード２１０に設けて、処理中に試薬、洗浄緩衝液、磁性ナノ粒子、ビーズ溶液またはその他の緩衝液等の材料を、分離した検査サンプルに導入することができる。ブリスターパック２６５および／または貯蔵チャンバ２８５は、例えば、酵素、ビーズ等を含む、サンプルの調製に使用される任意の数のアイテムを貯蔵および／または保存するように設計されてもよい。貯蔵チャンバ２８５は、これに加えてまたはこれに代えて、サンプルの一部を貯蔵または捕獲、例えば、ビーズの捕獲を含むように設計されてもよい。
検査サンプルを選択的に移動させることに加えて、バルブアレイ領域２３０のバルブ（およびポート２３５および／またはバルブ制御ポート５３５に接続された空気圧系統３３０）は、サンプル処理カード２１０内における、すなわち、流体計量チャンバ２４０内への試薬、緩衝液、ビーズ等の送達および移動を制御してもよい。
試薬または試薬溶液は、標的タンパク質を標識化するための磁性ナノ粒子を含むものであってもよい。一般に、試薬または試薬溶液は、機械的反応を引き起こす抗体を含むように構成されている。いくつかの実施形態において、サンプルは、１つ以上の適切な細胞溶解試薬と接触させられる。溶解試薬は、多くの場合、細胞全体を溶解するように、および／または、汚染物質（例えば、タンパク質、炭水化物、脂肪酸）から核酸を分離するように構成されている。細胞溶解試薬の非限定的な例として、界面活性剤、低張液、高塩濃度溶液、アルカリ溶液、有機溶媒（例えば、フェノール、クロロホルム）、カオトロピック塩、酵素またはこれらの組み合わせが含まれる。本明細書に記載の方法において、任意の適切な溶解手順を使用してもよい。センサ表面に抗体を固定するためおよび／またはセンサ上のイオン、増幅等をブロックするため、１つまたは複数の洗浄緩衝液を利用してもよい。そのような試薬および緩衝液は、当業者に知られており、したがって、全てをここに詳細に列挙しているわけではない。「核酸（ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ）」という用語は、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ、例えば相補的ＤＮＡ（ｃＤＮＡ）、ゲノムＤＮＡ（ｇＤＮＡ）等）および／またはリボ核酸（ＲＮＡ、例えばｍＲＮＡ、短い抑制性ＲＮＡ（ｓｉＲＮＡ））、ＤＮＡまたはＲＮＡ類似体（例えば、塩基類似体、糖類似体および／または非天然骨格等を含む）、ＲＮＡ／ＤＮＡハイブリッドおよびポリアミド核酸（ＰＮＡ）等、および、これらの組み合わせを指す。核酸は一本鎖でも二本鎖でもよい。いくつかの実施形態では、核酸はプライマである。
流体計量チャンバ２４０は、カード２１０のサンプル注入領域１０の（Ｙ方向）下に配置されてもよい。一実施形態では、流体計量チャンバ２４０は、受容領域２２４、バルブアレイ領域２３０ならびに／または任意の数の試薬チャンバ２６０、ブリスターパック２６５および貯蔵チャンバ２８５から延びるチャネル（例えば、分岐チャネル）に接続されてもよい。例えば、本明細書の実施形態によれば、複数の流体計量チャンバ２４０のそれぞれは、バルブアレイ領域２３０と対応するガス透過性膜２４５との間に縦方向に延在するように構成されてもよい。複数の計量チャンバ２４０（図５に４つが示されている）のそれぞれは、ハウジング内の上面２１８と底面２２２との間の所定の深さに位置し、それらがハウジングの横方向に互いに平行になりハウジングの中心線Ａ−Ａに対して縦方向に延在するように配置することができる。チャンバ２４０はそれぞれ、計量された流体、例えば、分離した検査サンプル（血漿）と混合材料（例えば、ブリスターパックや貯蔵チャンバ等の混合材料源からの試薬、緩衝液、ビーズ等）とを受容可能なサイズに形成される。そこで混合され、ＧＭＲセンサチップ２８０による検査（バイオマーカ検出、被検物質検出）に使用される。以下により詳細に説明するように、複数のバルブのうちの幾つかを開いて、流体がガス透過性膜２４５に達するまで、患者のサンプル（血漿）と混合材料との両方を別個に流体計量チャンバ２４０に引き込むことができる。一実施形態によれば、サンプル処理カード２１０のチャネルおよび混合材料の構造設計では、乾燥粉末、液体混合物、ゲルまたは他の混合物から混合が行われてもよい。チャンバ２４０はそれぞれ、例えば、接続されたチャネルを介して受け取った流体を空気圧系統３３０の出力に基づいて出力するように構成されてもよい。
図１１の断面図に示されるように、ガス透過性膜２４５はハウジング内のある深さに設けられる。一実施形態によれば、ガス透過性膜２４５は計量チャンバ２４０の深さの下に隣接して（例えば、下の層に）設けることができる。ガス透過性膜は、計量チャンバに流体接続されていてもよい。ガス透過性膜２４５は、大気を受け取りハウジングに送り込むことができる。ガス透過性膜２４５は、大気をサンプル処理カード２１０のハウジング内に受け入れ、引き込みまたは送達するように構成された膜または材料によって形成されている。また、空気圧制御ポート２３５に接続されている連通チャネルに流体が入るのを防ぐように構成されてもよい。一実施形態では、ガス透過性膜２４５を使用して空気を一定の圧力までチャンバ２４０へと引き込む。より具体的には、（カートリッジアセンブリ２００に流体的に接続される）ポンプは、例えば、計量チャンバ２４０からガス透過性膜に向かってカード２１０内に流体を引くために負圧（真空）を生成するように構成され得る。これは、（計量チャンバ２４０とガス透過性膜２４５とを接続する連通チャネルを通して引くことに加えて）ガス透過性膜２４５を通して空気を引くことも含み得る。一実施形態では、検査サンプル／流体／溶液がガス透過性膜２４５にぶつかると、ポンプは陰圧の印加を停止するように構成されてもよい。一実施形態では、流体がガス透過性膜２４５に到達する時を任意の方法で判定することができ、例えば、チャンバ２４０の既知の容積に基づいて、および／または、流体を計量するために（例えば、接続された対応する連通チャネルを介して）流体チャンバ２４０に負圧（吸引または真空）を印加するための所定の時間に基づいて判定を行う検出器を使用して検知してもよい。ガス透過性膜２４５は、例えば、層の間に挟まれてポケットに設けられた接着フィルムの形態で提供されてもよい。チャンバ２４０に引き込まれる流体に対するブレーキ部が設けられる場合、流体が刺激を
受けるまで上面に引き寄せられでもよい。
ポンプインターフェースすなわち空気圧制御ポート２３５に接続された連通チャネル２５４が、ガス透過性膜２４５から延在してもよい。一実施形態によれば、連通チャネル２５４は、ガス透過性膜２４５および計量チャンバ２４０の下に配置されるハウジング内の所定の深さに設けることができる（例えば、図１１を参照）。
図３に概略的に示されるように、空気圧制御（ポンプ）インターフェースは、（カートリッジ読み取り機１００内において、カートリッジアセンブリ２００、したがって、カード２１０とはオフラインで提供される）空気圧系統３３０における１つ以上のポンプまたはバルブに接続される多数の空気圧制御ポート２３５を含む。一般的には、空気圧制御ポート２３５のそれぞれは圧力スイッチに関連付けられている。ポート２３５に正圧もしくは負圧（吸引または真空）を印加するまたは圧力を全く加えない、すなわち、そのような圧力をカード２１０内の流体計量チャンバ２４０および連通チャネル（チャネル４３３のような）に加えることにより、空気圧制御ポート２３５のそれぞれへの供給を制御または切り替えることができる。いくつかの実施形態では、空気圧制御ポート２３５および／または別個のバルブ制御ポート５３５を設けて、バルブアレイ領域２３０内のバルブの位置を制御することができる。次いで、ポンプおよびバルブの位置および切り替えに基づいて、サンプル処理カード２１０中において流体を移動させ混合し、検知デバイス（ＧＭＲセンサチップ２８０）に送達することができる。このような詳細については、後で説明する。
バルブアレイ領域２３０の説明に戻り、一実施形態によれば、各バルブアレイ領域２３０は、バルブの第１セット８０とバルブの第２セット８２とを含んでもよい。図８により詳細に示すように、バルブの第１セット８０は第１列（例えば、上列）に設けられ、バルブの第２セット８２はバルブアレイ領域２３０の第２（下）列に設けられてもよい。両セット８０、８２のバルブは、バルブ作動インターフェース５３０（または制御ユニットインターフェース）を使用して制御される。バルブのセット８０および８２はエラストマー部材２１２として形成されてもよく、例えば、レーザ切断または成形により、例えば、エラストマ−撓み部分の形態であってもよい（このような撓み部分の例については、（例えば、図６および図７ならびに以下の説明を参照）。図５の実施形態では、バルブのセット８０および８２は、縦軸または中心線Ａ−Ａの両側にアレイ２３０の一部としてそれぞれ配置される２つのバルブを含むように示されているが、他の実施形態では、バルブアレイ領域２３０は一連の複数のバルブを含んでもよく、セット８０、８２はカード２１０を横切って横方向に列になって配置されてもよい（例えば、図１４、図１７Ａ、図１８Ａ等を参照）。一実施形態では、バルブのセットそれぞれに対して１つのバルブ（すなわち、合計４つのバルブ）が設けられてもよい。更に、「セット」という用語の使用は、同じタイプのバルブに限定することを意図したものではない。一実施形態では、第１バルブ８０および第２バルブ８２が「セット」と呼ばれることがある。
バルブ作動インターフェース５３０は、バルブアレイ領域２３０内のバルブのセットを選択的に開閉するためのポートおよび制御チャネルを含む。具体的には、図８は、図５のサンプル処理カード２１０Ａの右側に設けられたバルブアレイ２３０の一実施形態の詳細図であり、それに弁作動インターフェース５３０が接続されている。図５のサンプル処理カード２１０Ａの左側のバルブアレイ領域２３０は、図１８の同様の参照番号の使用によって示されるように、右側のバルブの実質的に鏡像であることを理解されたい。また、バルブ作動インターフェース５３０の位置は、図面に示されているものに限定されない。一実施形態では、バルブ作動インターフェース５３０は、サンプル処理カード２１０Ａの反対側（左側）に提供されてもよい。別の実施形態では、バルブ作動インターフェース５３０は、サンプル処理カード２１０の両側に提供されてもよい。図１８Ａに示すような更に別の実施形態では、例えば、バルブ作動インターフェース５３０は、カード２１０の前端、ハウジングの上面２１８および／または底面２２２のいずれか、ならびに、空気圧制御ポート２３５に隣接して設けられてもよい。別の実施形態では、空気圧制御ポート２３が、バルブ作動インターフェース５３０として（接続されたチャネルと共に）利用されてもよい。
一実施形態によれば、バルブの第１セット８０は、第１のチャネル８６を介して互いに流体接続され得る一連の、一列のまたはいくつかの（例えば、２つ以上の）バルブ８４を含んでもよい。第１のチャネル８６は、流体連通するために（すなわち、分離された血漿を受け取るために）分岐部分の１つに接続されてもよい。別の実施形態では、分岐部分はバルブ８４に関連付けられたポケットに直接接続されてもよい。一実施形態によれば、バルブの第２セット８２は、第２のチャネル９０を介して互いに流体接続され得る一連の、一列のまたはいくつかの（例えば、２つ以上の）バルブ８８を含んでもよい。加えて、例えば、図８に示されるように、接続チャネル３２は、第１セット８０のバルブ間（例えば、中心線Ａ−Ａの両側）に（横方向に）延在してバルブ８４を両側で連通可能に流体接続する。接続チャネル３２は、例えば、サンプル処理カード２１０に設けられた複数のバルブ８４それぞれに加圧空気を送ってもよい。同様に、第２セット８２のバルブ８８を（例えば、中心線Ａ−Ａの両側で）連通可能に流体接続するために、接続チャネル３４が第２セットのバルブ８２の間に（横方向に）延在してもよい。接続チャネル３４はまた、バルブ８８が開いた状態にある時、計量チャンバ２４０と混合チャネル２５０との間の連通を可能にしてもよい。接続チャネル３４は、以下に示すように、移行部３５１を介して第２のチャネル９０および計量チャンバ２４０と流体連通してもよい。更に、一実施形態では、混合チャネル２５０はバルブと流体計量チャネル２４０との間に横方向に設けられてもよい。例えば、図５および図１４の例に示されるように、計量チャネル２４０は、計量チャネル２４０に接続されるまたはその一部である移行部３５１を介してバルブアレイ領域２３０のバルブに接続されている。図示のように、移行部３５１は、計量チャネル２４０の反対側において、または、（以下で説明するように）カード２１０の他の特徴と共に使用することができる。
図８に示されるように、一実施形態では、制御チャネル４８Ａも第１のチャネル８６に接続され得る。制御チャネル４８Ａは、バルブ作動インターフェース５３０の制御ポート５３５Ａに接続されている。バルブ作動インターフェース５３０の制御ポート５３５Ｂに接続される制御チャネル４８Ｂは、第２のチャネル９０に接続される。バルブ作動インターフェース５３０の制御ポート４２Ａ、４２Ｂは、必要に応じて検査サンプルの処理中にバルブ８４および／または８８それぞれを開閉するように設計された１つもしくは複数のオフラインポンプまたは（図３に概略的に示す空気圧系統３３０の）コントローラに接続される。
一実施形態によれば、これらバルブ８４、８８それぞれの開閉は、コントローラおよびポート（ポート２３５またはバルブ作動インターフェース５３０のポート５３５）への接続を使用してオフラインで生成される正圧および負圧の勾配を利用して調整される。一実施形態では、バルブ８４および８８のそれぞれは可撓性エラストマーまたはたわみ部から形成されてもよく、図６および図７に示すように、そこに加えられる力または圧力の量に応じて各バルブの状態を開位置と閉位置との間で移動させる。一実施形態によれば、バルブ８４および８８はそれぞれ、停止状態においては、ノーマルオープンまたはノーマルクローズ位置になるように構成されてもよい。一定の圧力（例えば、加圧空気）が加えられると、上記のバルブは閉位置へと動く。
図６および図７に示されるように、バルブ８４、８８に接続されるチャネルはそれぞれ、サンプル処理カード２１０の本体またはハウジング内のある深さに配置される。一実施形態では、チャネルは製造時にハウジングの層内に形成される。チャネルを異なる深さに配置することにより、ハウジングの他の部分と干渉することなく、流体がチャネルを流れるようにすることができる。例えば、図６および図７はバルブアレイ領域２３０の断面図であり、、前述のチャネル（例えば、９２、４８Ａ、４８Ｂ）およびバルブ８４、８８のハウジング内での接続および位置が示されている（線の一部は、ハウジングを形成するのに使用される例示的な層を示している）。チャネルおよびバルブが示されている深さは、一例に過ぎない。バルブの状態に基づいて、チャネルが接続されるまたは閉塞されてもよい。すなわち、インターフェース５３０を介した圧力の印加によって作動されるエラストマー撓み部分の動きに基づいて、チャネルを通る流れが制御され得る。例えば、図６に示すように、第１状態では、各バルブ８４は開いているが、（例えば、制御チャネル４８Ｂに印加される加圧空気により）バルブ８８は閉じている。このような特徴は円弧によって表されており、バルブ８４を開くことにより連通チャネルからの流体連通がバルブ８４とチャネル９２を通じて可能となり、更に、移行部３５１を介して流体計量チャンバ２４０への流体連通が可能となる。バルブ８８を通り混合チャネル２５０への流体の流れはブロックされる。図９は、例えば、図６の第１状態における流体の動きを概略的に示している。図７に示される第２状態では、バルブ８８はそれぞれ開いており、バルブ８４は閉じている（例えば、制御チャネル４８Ａに加えられている加圧空気を介して）。円弧の位置は、バルブ８８を開放状態にすることにより、流体が計量チャンバ２４０から移行部３５１を介してバルブ８８およびチャネル９０を通り、（例えば、段になった構成を有し出力ポート２５５に接続されるチャネル）混合チャネル２５０へと連通することを可能にしていることを例示している。流体の流れは、バルブ８４および他の連通チャネルを通って供給される流体の流れがブロックされる。図１０は、例えば、図７の第２状態における流体の動きを概略的に示している。したがって、図５および図８に示す一実施形態では、バルブ８８のそれぞれが閉じられると、流体は流体計量チャンバ２４０に向けられる。バルブ８８のそれぞれが開いている時、流体は混合チャネル２５０に向けられる。
あるいは、別の実施形態では、バルブのセット８０、８２内の個々のバルブ８４、８８は、流体および／または材料の動きが特定の領域および１つ以上のマイクロ流体連絡チャネルを通じて、例えば、特定の計量チャンバ２４０へと導かれるように個別に制御され得る。つまり、流体／材料は、カード内の特定のチャネルおよび領域のみを移動する場合があり、必ずしもバルブセットまたはアレイ領域内の全てのバルブを通って移動する必要はない。このような特徴は、図１７Ａおよび図１８Ａに示される実施形態を参照した説明により明らかとなる。
一実施形態において、バルブ８４、８８をそれらの開位置と閉位置との間で動かすためにインターフェース５３０に加えられる圧力／加圧空気の量は、約２．０ｐｓｉから約１０．０ｐｓｉの範囲内であってもよい。一実施形態では、約５．０ｐｓｉがインターフェース４２に加えられて、バルブを開閉位置の間で移動させることができる、すなわち、開状態から閉状態に移動させることができる。一般に、バルブのある状態に設定するのに必要な圧力は小さい。
カード２１０の他の空気圧的特徴としては、一実施形態では例えば、加圧流体を選択的にハウジングから引き込こむおよびハウジングへと送達するように構成された空気圧制御ポート２３５の１つは、接続されたマイクロ流体連通チャネルを介して各計量チャンバ２４０に接続される。別の実施形態では、空気圧制御ポート２３５はそれぞれ、（接続チャネルを介して）複数の計量チャンバ２４０に接続されてもよい。空気圧制御ポート２３５は、例えば、図５、図１４および図１７Ａに示すように、本体／ハウジングの下部（前端２０５）に設けられたポンプインターフェースの一部であってもよい。空気圧制御ポート２３５は、上面２１８、底面２２２またはこれらの組み合わせに対して位置が決められ、これらの面を介してアクセスされてもよい。別の実施形態では、空気圧制御ポート２３５は、カード２１０の側面に配置されてもよい。図１４〜２７Ｄに図示する実施形態において、空気圧制御ポート２３５および空気圧制御インターフェースは、カード２１０それぞれの上面２１８に設けられているように概して示されているが、これは説明を目的としてのみであり、これに限定することを意図したものではない。
カートリッジ読み取り機１００の空気圧系統３３０は、カード２１０が挿入されると、空気圧制御インターフェースにおいてポート２３５に接続されるように構成されている。一実施形態では、空気圧系統３３０は、バルブ作動インターフェース５３０において接続されているのとは異なるポンプまたは類似のポンプであってもよいポンプを備える。空気圧制御ポート２３５を使用して、カード２１０のハウジング内のチャネル全体にわたって流体を移動および混合することができる。空気圧制御ポート２３５に接続されたバルブとポンプの状態（開いた状態または閉じた状態）に応じて、混合チャネル２５０は、検査サンプル（血漿）および混合材料源からの混合材料のいずれかまたは両方を、流体計量チャンバ２４０に引き込むおよび／または計量チャンバ２４０から混合チャネル２５０へと押し込むのを可能にする。ポンプによって負圧（吸引または真空）が空気圧制御ポート２３５および／またはバルブ制御ポート５３５に加えられると、バルブアレイ領域２３０のバルブを通じて流体（血漿、試薬）を引き込むように構成される。正圧（例えば、加圧空気等の加圧流体の形態）が空気圧制御ポート２３５および／またはバルブ制御ポート５３５に加えられると、例えば、計量チャンバ２４０から混合チャネル２５０へと流体を送達することができる。
上述のように、いくつかの実施形態では、流体計量チャンバ２４０は、例えば、その上端に設けられた移行部３５１を介して第２のチャネル９０に流体接続されてもよい。一実施形態によれば、対応する移行部３５１は、ガス透過性膜２４５それぞれの近くの流体計量チャンバ２４０の下端部に設けられてもよい。移行部３５１は、その幅が狭くなっているところ（バルブアレイ領域２３０の近く）からチャンバ２４０の上部／入口の幅と同様の幅にまで拡径し、その後はチャンバ２４０の底部／出口から幅が減少し、その相対的な流体ラインにおいて減少した幅となっている。チャンバ２４０内に気泡が形成されるのを低減および／または防止するように、移行部３５１のサイズおよび形状を上記のように形成している。これにより、流体がチャンバ２４０を通って移動する時により滑らかな流体の流れを提供することを助ける。
更に、図面全体に示されているように、移行部３５１は、例えば、ブリスターパック２６５および／または貯蔵チャンバ２８５を含むサンプル処理カード２１０内の他の特徴と関連付けられてもよい。これらの移行部３５１は、材料（ウェットまたはドライ）を第１の特徴から第２の特徴へと向けるのを助け、それにより、材料がカード２１０のチャネル／領域内を移動する際により滑らかな流れとなるのを助ける。
図５は、一実施形態に係る上述の混合チャネル２５０をより詳細に示している。一実施形態では、混合チャネル２５０のそれぞれを使用して、計量済み検査（血漿）サンプルと、チャンバ２４０に引き込まれる混合材料とを混合してもよく、これについては以下で更に説明する。混合チャネル２５０は、検査サンプルおよび混合材料を実質的に均質にするまたは均質な混合物にするべく混合するように設計されてもよく、混合物はＧＭＲセンサチップ２８０へと出力されて検査で使用される。一実施形態によれば、混合チャネル２５０は、カード２１０の本体内で縦方向（Ｙ−Ｙに沿って）に延在するように設けられてもよい。一実施形態では、混合チャネル２５０のそれぞれは、第１（入力）端において接続チャネルに接続され、第２（出力）端においてカード２１０内の別の部分、例えば、センサ送達出力ポート２５５に接続されてもよい。混合チャネル２５０は、例えば、計量チャンバに選択的に接続され、均一な混合物および／または検査サンプルならびに他の混合材料を（接続された連通チャネルを介して）出力ポート２５５を介してＧＭＲセンサチップ２８０に送達するように構成されてもよい。
図５および図１４に示される実施形態によれば、２つの混合チャネル２５０が、計量チャンバ２４０の下のある深さ（または層）にカード２１０Ａおよび２１０Ｂに設けられる。一実施形態によれば、混合チャネル２５０それぞれの位置に関しては、中央もしくは中心線Ａ−Ａに隣接してまたはその近くに配置されてもよい。例えば、図５および図１４に示すように、２つの混合チャネル２５０が設けられる場合、一実施形態によれば、各チャネルは、縦方向軸または中心線Ａ−Ａの互いに対して反対側に設けられてもよい。一実施形態では、複数の混合チャネル２５０は、中心線Ａ−Ａの両側で互いにほぼ平行に走るように設けられてもよい。別の実施形態では、図１７Ａに示すように、複数の混合チャネル２５０は、中心線Ａ−Ａの両側で互いに対してずらした位置に配置されてもよい。図１８Ａに示すような実施形態において、複数の混合チャネル２５０は、サンプル処理カード２１０の中心線Ａ−Ａに対して同じ側（例えば、右側）に設けられてもよい。別の実施形態では、サンプル処理カード２１０内の１つまたは複数の混合チャネル２５０は、中心線Ａ−Ａに対して斜めに、横方向にまたは角度をつけて延在してもよい。一実施形態によれば、１つの混合チャネル２５０は、２つ以上の計量チャンバ２４０、例えば、２つのチャンバに関連付けられてもよい。
一実施形態によれば、各混合チャネル２５０はその端部間に、サンプル処理カード２１０のハウジング内における縦方向に（または垂直方向にまたはＹ方向に）延在する部分と横方向に（または水平方向に、またはＸ方向に）延在する部分とを含む階段状構成を有してもよい。この階段状の構成により流体が平面内を移動し、屈曲部によって流体に乱流を誘発し、それにより流体を完全に混合して実質的に均質な混合物または均質な混合物にする。別の実施形態では、混合チャネル２５０はジグザグ形の構成を含み得る。
センサ送達ポートとも称される１つまたは複数の出力ポート２５５は、調整されたサンプル（例えば、計量チャンバ２４０で混合材料と混合された検査サンプル）をカード２１０からＧＭＲセンサチップ２８０に出力するために設けられ、以下に説明する。一実施形態では、出力ポート２５５のそれぞれはカード２１０内のある深さに配置されて、チャネルを介してカードの別の特徴に接続され、例えば、検査サンプルが計量チャンバ２４０および／または混合チャネル２５０から、ＧＭＲセンサチップ２８０が配置される底面２２２へと向けられるようにする。一実施形態では、１つまたは複数の出力ポート２５５は、例えば、図５に示されるように、カード２１０の下部、例えば、前面領域（２０５）に設けられてもよい。別の実施形態では、出力ポート２５５は、カード２１０の中央に設けられてもよい。出力ポート２５５は、上面２１８、底面２２２またはこれらの組み合わせに対して位置が決められ、これらの面を介してアクセスされてもよい。別の実施形態では、出力ポート２５５は、ハウジングの側面に配置されてもよい。一実施形態では、センサ送達ポート２５５はカードの底面２２２を通って流体混合物を出力するように構成されてもよく、この場合、ポート２５５はカード２１０の下に設けられたセンサに関連付けられるまたは隣接して配置されてもよい。ポート２５５は、このようなデバイス上のセンサの入口の位置と合わせられたサンプル処理カード２１０上の位置に設けられてもよく、これによりセンサは、ハウジングから出力される実質的に均一な混合物の検出を行い読み取り値出力をすることができる。ポート２５５の場所は、特に制限されない。前述のように、ポート２５５の位置は、カートリッジアセンブリ２００の一部として提供されるＧＭＲセンサチップ２８０の位置に依存し得る。例えば、複数のＧＭＲセンサチップ２８０が設けられる場合、複数のポート２５５がチップ２８０に隣接して配置されてもよい。ポート２５５を介した出力の送達は、バルブ８４、８８、空気圧制御ポート２３５、必要に応じて設けられるバルブ制御ポート５３５、コントローラ／カートリッジリーダ３１０および／または空気圧系統３３０のポンプとバルブを使用して制御される。
別の実施形態では、センサ送達ポート２５５はカードの上面２１８を通って流体混合物を出力するように構成されてもよく、この場合、ポート２５５はサンプル処理カード２１０の上に設けられたセンサに関連付けられるまたは隣接して配置されてもよい。例えば、センサはハンドヘルド機構またはシステム上に設けられてもよい。
検査サンプルからの廃棄物を貯蔵するために、１つまたは複数の内部廃棄物チャンバ（本明細書では廃棄物リザーバまたは廃棄物タンクとも称される）２７０も、カード２１０に必要に応じて設けてもよい。例えば、検査サンプルが計量チャンバにおいて混合材料と混合されＧＭＲセンサチップ２８０に向けられた後（例えば、チップ２８０上を流れるようにおよび／または出力ポート２５５を介してチップ２８０に流れるように）、カード２１０に設けられた廃棄物チャンバ２７０の１つ以上に向けられ（例えば、廃棄物チャンバ２７０に接続された入力ポート２５７および／またはチャネルを通して検査サンプルを向けることにより）そこに保管される。廃棄物チャンバ２７０のそれぞれは、上面２１８と底面２２２との間のハウジング内のある深さに配置することができる。一実施形態では、複数の廃棄物チャンバ２７０は、中心線Ａ−Ａに対してそれらがハウジングの横方向に互いに平行であり、縦方向にその長さが延在するように配置されてもよい。別の実施形態では、廃棄物チャンバ２７０は、中心線Ａ−Ａに対してある角度で配置されてもよい。一実施形態では、廃棄物チャンバ２７０は、サンプル処理カード２１０内の計量チャンバ２４０より下の層にまたはある深さに配置される。チャネルによって計量チャンバ２４０をＧＭＲセンサチップ２８０の出力ポート２５５に接続し、ＧＭＲセンサチップ２８０の入力ポート２５７を廃棄ポート２７０に接続することができる。検査サンプルの流体は、例えば、空気圧制御ポート２３５（（空気圧系統３３０に接続された）接続された対応する連通チャネルを介して）負圧を加えることにより、廃棄物リザーバ２７０へと除去されてもよい。
いくつかの実施形態では、カートリッジアセンブリ２００のサンプル処理カード２１０に蛇行チャネル２４２を設けることができる。蛇行チャネル２４２は、カード２１０内の検査サンプルの熱サイクルおよび／または増幅プロセスの一部として使用されても２４２よい。
一実施形態によれば、サンプル処理カード２１０および／またはカートリッジアセンブリ２００は、その中に１つまたは複数の位置合わせ装置２９５を更に備えてもよい。添付の複数の図面に示されるように、一実施形態では、位置合わせ装置は、位置合わせ穴２９５の形態で提供される。別の実施形態では、位置合わせ装置２９５は、カード２１０および／またはアセンブリ２００から延びる突起またはピンの形態で提供されてもよい。位置合わせ装置２９５は、カード２１０の組み立て中（例えば、複数の層の組み立て中）にカートリッジの構成要素を位置合わせするため、ならびに／または、カートリッジアセンブリ２００をカートリッジ読み取り機１００のカートリッジ受け部１３０（例えば、受けトレイ）内および内側に（例えば、中に）配置および位置合わせするために使用され得る。あるいは、例えば、切り欠き部分または窪み等の他の構造的特徴が、カートリッジアセンブリ２００上の位置合わせ装置として提供されてもよい。別の実施形態では、カード止め壁または突出部等の構造的な位置合わせ装置をカートリッジ読み取り機１００の内部に設けて、位置合わせ装置として機能させることができる。
一実施形態によれば、開示されたサンプル処理カード２１０は、カートリッジ読み取り機１００で使用されるカートリッジアセンブリ２００の一部として使用されるように構成され、医療従事者にとって便利で迅速な被検物質の検出を単一プロセスで提供できるように設計されている。装置は、例えば、入力される血液サンプル内の被検物質のレベルを検出してもよい。一実施形態では、システムまたは装置は、カートリッジアセンブリ２００と接続されるまたはカートリッジアセンブリ２００を受容するように構成されたハンドヘルドまたはモバイルデバイスもしくはシステムであり得る。例えば、カード２１０は、カードの上部に固定されたＯリングを使用して、面シールを介してハンドヘルドシステムと面してもよい。一実施形態によれば、このシールにより、図１３および方法６００を参照して説明したように、カード内の流体移動を容易にする負圧を達成することができる。サンプル処理カード２１０からの混合物は、カートリッジアセンブリ２００のＧＭＲセンサチップ２８０に出力（または入力）することができ、混合物からタンパク質を捕捉し、磁場検出に基づいてその存在を定量化することにより、複数のバイオマーカの存在を検出することができる。一実施形態では、カートリッジアセンブリ２００は、磁性ナノ粒子で標識された競合する検出物質を置換し、磁気（場）センサ、例えば巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサチップ２８０または他の磁気センサ（例えば、ＡＭＲ、ＴＭＲなど）で磁性ナノ粒子によって生成された磁場の変化を感知することにより、混合物／サンプル中の被検物質を検出するように構成された１つまたは複数ののセンサを採用してもよい。例えば、複数の抗原被検物質がサンプル内で特異的に検出されるように、１つまたは複数のセンサまたは磁気センサのアレイをチップ上に形成してもよい。
一実施形態では、（本明細書に開示される実施形態のいずれかにおける）カートリッジアセンブリ２００のサンプル処理カード２１０は、異なる種類の層状のレーザーカットポリマー材料を積層し、図面に示したようなチャネル配置および形状へと形成することにより製造され得る。これらの層に加えて、バルブアレイ領域２３０上のガス透過性膜２４５、ろ過膜２２０および／またはエラストマー部材２１２は、それぞれ必要な機能性を提供するべくレーザ切断されてサンプル処理カード２１０の指定領域に配置されてもよい。しかしながら、本開示全体にわたって記載されているように、任意の数の製造方法および／または材料を使用して、サンプル処理カード２１０を製造することが可能である。
図１３は、例えば、カートリッジインターフェース（ポンプインターフェースおよび空気圧制御ポート２３５、任意のバルブ制御ポート５３５およびセンサ出力インターフェース）および基板２０２に接続するように構成されたハンドヘルドシステムもしくはカートリッジ読み取り機１００または別のオフラインデバイスまたはシステムと共に、カートリッジアセンブリ２００を使用する方法６００のフローチャートである。説明のみを目的として、１つのコントローラおよび（空気圧系統３３０の一部として）ポンプを使用する場合が以下に説明されてるが、これに限定することを意図していない。一実施形態では、第１状態では、バルブの第１セット８０、バルブ８４は開位置にあり、バルブの第２のセット８２、バルブ８８は閉位置にある。第２状態では、バルブの第１セット（８４）は閉位置にあり、バルブの第２セット（８８）は開位置にある。
一実施形態では、本明細書で開示されるカートリッジアセンブリ２００を使用して検査サンプルを混合する方法６００は、方法２００のステップに従う。６１０において、バルブ８４とバルブ８８の初期状態は次のように設定される：ポンプがバルブインターフェース（５３０、設けられる場合、または、空気圧インターフェース）に取り付けられ、ポート４２Ｂおよび４８Ｂを介してバルブインターフェースを通じて第２チャネル９０に正圧を印加するように制御および構成される。これには、バルブ８８（バルブ２）が閉位置へと動くように、中心線Ａ−Ａの反対側に位置するバルブに接続される接続チャネルを使用することを含む。一実施形態では、第１のチャネル８６およびチャネル３２に圧力は印加されず、したがって、バルブ８４（バルブ１）は静止／デフォルト状態、すなわち開位置のままである。別の実施形態では、バルブ８４を開いた状態に配置するようにポンプを制御してもよい。６２０において、サンプル（サンプル全体でもよい）は、例えば、カートリッジアセンブリ２００のサンプル処理カード２１０の注入ポート２１５に投入または注入される。６３０において、試薬、洗浄緩衝液、ビーズ等（すなわち、混合材料）は、必要に応じてサンプル処理カード２１０に保存または提供されてもよく、一実施形態では、分離した検査サンプルとの混合のために用意される。上記で詳細に説明したように、混合材料は、サンプルの注入前および／またはカートリッジアセンブリ２００の読み取り機１００への挿入後に、サンプル処理カード２１０に保存または添加することができる。６４０において、例えば、ろ過膜２２０を使用して入力された全サンプルから（必要に応じて）検査サンプルが分離される。ポンプのインターフェースにおいて、ポンプ／空気圧系統３３０もポート２３５に取り付けられている。空気圧系統３３０によって負圧（吸引または真空）がポート２３５に加えられ、それにより、６５０Ａにおいて、分離された検査サンプルおよび任意の混合材料を連通チャネルおよび／または流体計量チャンバ２４０に引き込むことができる。例えば、真空圧により、分離された検査サンプルと混合材料を２６０、２８５から分岐部またはチャネルを介して計量チャンバ２４０に引き込む。このアクションにより、２つの流体を１：１の比率で混合領域に強制的に入れることができる。これに代えて、実行される検査内容に応じて、異なる時間および異なる比率で流体を押したり、引いたりしてもよい。両方の流体は、例えば、ガス透過性膜２４５に到達するまで計量されるまたは引かれる。
６５０において計量された後、６６０Ａにおいてバルブアレイ領域２３０内のバルブの状態が切り替えられる。ポンプ／空気圧系統３３０からの圧力が反転されて、ポート４２Ａを介してバルブ作動インターフェース（５３０）（提供される場合、または、空気圧インターフェース）を通じて正圧を印加し、例えば中心線Ａ−Ａの反対側にある他のバルブへの連通チャネルを含む制御チャネル４８Ａから第１チャネル８６を制御してバルブ８４（バルブ１）が閉位置へと動くように制御される。一実施形態では、第２のチャネル９０および接続チャネルに圧力は加えられず、したがって、バルブ８８（バルブ２）は静止／デフォルト状態、すなわち開位置のままである。別の実施形態では、バルブ８８を開いた状態に配置するようにポンプを制御してもよい。ポンプは、ポート２３５、チャネルおよびガス透過性膜２４５を介してポンプインターフェースに正圧を印加するように制御することもでき、これにより、計量された流体（血漿や試薬等）を第２チャネル９０を介して混合チャネル２５０へと移動させるまたは押し出す。ポートを通じて圧力を連続的に印加することにより、６７０において、流体が混合チャネル２５０（例えば、階段状の構成）を通り抜ける時に流体を混合して、例えば、検査サンプルと任意の混合材料（試薬）との実質的に均質なまたは均質な混合物を形成することができる。６８０において、混合流体は、例えば、出力ポート２５５を介してカートリッジアセンブリ２００の一部である１つ以上のＧＭＲセンサチップ２８０にへと出力されるまたはサンプル処理カード２１０から出力される。センサチップ２８０は、混合された均一な流体を使用して、提供されたサンプル中の指定されたアイテム、例えば、バイオマーカを感知または検出する。
図１３には示されていないが、本方法の終わりに、混合流体／混合サンプルは、サンプル処理カード２１０に設けられた１つ以上の廃棄物チャンバ２７０へと送られてもよい。
一実施形態では、ＧＭＲセンサチップ２８０から複数のバイオマーカの読み取りを実行し、（例えば、ディスプレイ１２０を介して）ユーザに出力することができる。
上記の方法６００の説明において、バルブ８４および８８が開いているまたは閉じていると言及しているが、これは、一実施形態例に過ぎない。すなわち、いくつかの実施形態では、バルブに関して先に説明したように、個々のバルブは、カード２１０を通して流体および／または材料を移動させるべく、例えば、異なるステップにおいて制御されてもよい。したがって、方法６００におけるバルブ１およびバルブ２への言及は例示に過ぎず、バルブ８４、８８の説明を限定するものではなく、バルブのセット８０、８２内の全てのバルブを同時に動かさなければならないまたは変更しなければならないという意味ではない。
一実施形態によれば、方法２００における注入から出力（センサへの出力）までの合計処理時間は、ポンプの設計および設定に依存し、約１０分から２０分かかる場合がある。ただし、処理時間は変わる場合があり、これに制限するものではない。
一実施形態では、約５００ｍＬ以下の血液の検査サンプルが、注入ポート２１５に注入されるように構成される。一実施形態では、約３００ｍＬの血液の検査サンプルが、注入ポート２１５に注入されるように構成される。一実施形態では、ろ過膜２２０は、約５０ｍＬから約２５０ｍＬの血漿を生成するように構成される。一実施形態では、ろ過膜２２０は、約１００ｍＬの血漿を生成するように構成される。
一実施形態によれば、約５０ｍＬ〜１００ｍＬの試薬が試薬注入部に提供されるおよび／またはサンプル処理カード２１０で使用されてもよい。
本明細書で開示されるサンプル処理カード２１０は、インターフェース、バルブおよびチャネルを使用して、１つのアプリケーションまたはプロセスの一部として入力される患者の血液サンプルと（必要に応じて、搭載されているまたは読み取り機１００から提供される）試薬との自動混合および自動計量を可能にする。開示されたマイクロ流体カード２１０を使用する方法６００により、ユーザは、一のプロセスの一部として、サンプルの混合と、デバイス（センサチップ２８０）と組み合わせて使用される場合に分析とを行うことが可能となり、サンプル中の複数のバイオマーカの特徴を検出することができる。流体の計量とその後の混合操作は、カード２１０が挿入されカートリッジ読み取り機１００に接続された時に、カード２１０に接続されているカートリッジ外のポンプおよびコントローラ（空気圧系統３３０およびカートリッジリーダ３１０）によって完全に制御される。したがって、以前は人間の検査技師を必要としていた分析プロセスを完全に自動化できる。形状および流体の動きを標準化することで、システムのより多くの要素を制御できるため、より安定したプラットフォームが可能になる。
場合によっては、使い捨てポイント・オブ・ケア（診療現場）カートリッジアセンブリ２００を使用することにより、結果生成速度を犠牲にすることなく、少量の患者血液サンプルで、より広範囲の検出が可能になる。例えば、開示された分析カートリッジアセンブリ設計により、１つのサンプルからの複数のバイオマーカの検出が可能になり、したがって、１つの患者サンプルからの標的バイオマーカの多重分析を容易に行うことができる。特定の実施形態では、開示されたカートリッジアセンブリ２００は、心不全に関連する複数（例えば、５つ）のバイオマーカを標的として、患者の血液サンプルを利用する。
更に、開示されたカートリッジアセンブリ２００の構造的特徴は、複数の分析を並行して実行することを可能にし得る。そのような複数の分析を行う例を以下に記載する。
本開示の実施形態に係るカートリッジアセンブリで使用されるサンプル処理カードのさらなる例を以下に説明する。図１４〜図２７Ｄの以下の説明は、図２Ａ〜図２Ｅおよび図５〜図１３に示されている説明、図および特徴を明示的に参照していない場合がある。図１４〜図２７Ｄを参照して例示および説明されるカートリッジアセンブリおよび／またはサンプル処理カードのそれぞれが、図２Ａ〜図２Ｅおよび図５〜図１３を参照して説明された任意の数の同様の機能的態様および特徴を含むおよび／または組み込むことができることは明らかである（またはその逆）。
明確化および簡潔化のために、同様の部品および構成要素には、図１〜図１３を参照して説明したのと同じの名称および参照番号が付与されている。したがって、本明細書では全てが詳細に説明されていないが、当業者であれば、図１４〜図２７Ｄのサンプル処理カード２１０および／またはカートリッジアセンブリ２００に関連する様々な特徴は、上記で説明した特徴と同様であると理解できる。更に、個々の図のそれぞれに示されている特徴は、例示されている実施形態のみに限定されることを意図していない。すなわち、本開示を通して説明される特徴は、それらが示されたおよび／または参照して説明された実施形態以外の他の実施形態において交換可能であるおよび／または使用可能である。
図１４は、カートリッジアセンブリ２００の一部として使用するように構成されたマイクロ流体チャンバカードまたはサンプル処理カード２１０Ｂの一実施形態を示している。一実施形態では、この種のカード２１０Ｂは、血液ベースのサンプルと共に使用するべく構成される。サンプル処理カード２１０Ｂは、図５〜図１２を参照して前述した特徴を備えてもよく、これら特徴の詳細な説明は以下では省略する。基板２０２のＧＭＲセンサチップ２８０および／またはオンボードメモリチップ２７５の一部を受容するために、例えば、カード２１０Ｂの底面２２２に１つまたは複数の切り欠き部を設けてもよい。カード２１０Ｂの更なる特徴に対するチップ２８０およびメモリカード２７５の例示的な位置が概略的に図示されている。濾過膜２２０は、上面２１８と底面２２２との間に挟まれるまたはその間の深さに設けられる。患者検査サンプルは、注入ポート２１５に装填、導入または注入されるように構成されている。サンプルは、ろ過膜２２０を介してろ過され、分離された検査サンプルが得られる。分離された検査サンプルは、サンプル処理カード２１０Ｂのサンプル室または収容領域２２４の底部部分、例えば、隣接してまたは下に（垂直方向、すなわち、Ｚ方向における深さまたは高さの方向に）設けられる部分に集められる。具体的には、例えば、図５に示されるろ過膜２２０に示された線は、注入された全血サンプルを膜２２０全体に広げるために使用されるチャネル等の構造的な方向特徴を表している。一実施形態では、ベントポート２２５の深さは、受容領域２２４（の底部）から上面２１８までにわたる。ベントポート２２５は大気に向かって開放されており、ハウジングから空気を排出するように構成されている。
図１４のサンプル処理カード２１０Ｂは、一度に複数の分析を可能にするべく、分割して並行して配置された分析領域を提供してる。
別の実施形態では、一連のバルブは、垂直（Ｚ）方向においてろ過膜２２０に対して下に位置するバルブアレイ領域２３０に設けられる。例えば、バルブアレイゾーン２３０のエラストマー部材は、カード２１０Ｂの底部２２２とろ過膜２２０を保持する層との間に存在してもよい。例えば、受容領域２２４でろ過膜２２０を使用して血液サンプルから分離された血漿は、一実施形態によれば、サンプル処理カード２１０Ｂおよびカートリッジアセンブリ２００に接続され得るコントローラおよび／またはポンプを使用したバルブおよびポート２３５、５３５による制御を介して、受容領域２２４から（この場合、その中央部、底部から）下方向に延びるサンプル送達チャネルを通って移動し得る。また、例えば、図１４の中心線Ａ−Ａの両側に設けられる試薬領域２６０が送達チャネルを介してバルブアレイゾーン２３０に接続されている。本明細書に記載の任意の方法で、試薬が血液サンプルから分離された血漿と組み合わされるように、バルブ／コントローラを起動して送達チャネルを通じて領域４４のそれぞれから試薬が計量され得る。
分離された検査サンプル（例えば、血漿）は、バルブの第１セット８０を通って、計量チャンバ２４０に送達されてもよい。流体計量チャンバ２４０は、下側（Ｙ方向）に配置され、バルブアレイ領域２３０のチャネルに接続されてもよい。また、図１４の実施形態では、計量チャンバ２４０は、ろ過膜２２０の下の層に（垂直方向に、Ｚ方向に、または、ある深さに）配置されてもよい。図１４に示されるように、流体計量チャンバ２４０はそれぞれ、バルブアレイ領域２３０とカード２１０Ｂの前端付近に位置するガス透過性膜２４５との間に縦方向に延在する。複数の計量チャンバ２４０（４つが示されている）のそれぞれは、ハウジング内の上面２１８と底面２２２との間の所定の深さ（Ｚ方向）に位置し、それらがハウジングの横方向に互いに平行になりハウジングの中心線Ａ−Ａに対して縦方向に延在するように配置することができる。チャンバ２４０は、計量された流体、すなわち、分離された血漿（血液）サンプルの体積および試薬の体積をその中に受容可能なサイズに設定され、これらは混合されて被検物質／バイオマーカの検出に使用される。制御ポート２３５および／または５３５（例えば、カードの上面２１８に設けられたポート）を含むポンプインターフェースに接続される連通チャネルが、ガス透過性膜２４５から延在する。一実施形態によれば、チャネルは、膜２４５およびチャンバ２４０の下のハウジング内のある深さに設けられる。制御ポート２３５および／または５３５は、（カートリッジアセンブリ２００したがってカード２１０Ｂから、オフラインで提供される）空気圧制御系統３３０に接続されてもよい。空気圧制御システム３３０は、ポート２３５および／または５３５に正圧または負圧（吸引または真空）を印加する、または、圧力を全く加えないように制御され、このような圧力をカード２１０Ｂ内の流体計量チャンバ２４０およびチャネルに加える。このようにして、流体は、サンプル処理カード２１０Ｂ全体にわたって移動可能となり、混合され得る。一実施形態によれば、流体計量チャンバ２４０は、前述のように移行部３５１を含んでもよい。
混合された流体がＧＰＭ２４５に到達すると、ポート２３５および／または５３５への圧力を調整（例えば、停止、反転）して、流体検査サンプルを混合チャネル２５０に押し込んでもよい。混合チャネル２５０それぞれを混合に使用してもよく、計量された患者（血漿）サンプルとチャンバ２４０に引き込まれる試薬とを更に混合することができる。一実施形態によれば、階段状の構成を有する２つの混合チャネル２５０が、計量チャンバ２４０の下の所定の深さ（例えば、層）においてカード２１０Ｂのハウジング内に設けられる。一実施形態によれば、混合チャネル２５０それぞれの位置に関しては、中央もしくは中心線Ａ−Ａに隣接してまたはその近くに配置されてもよい。混合チャネル２５０から、検査サンプルが、出力ポート２５５およびカートリッジアセンブリ２００に設けられたＧＭＲセンサチップ２８０へと向けられる。ポート２５５を介した出力の送達は、本開示全体にわたって説明されるように、バルブ８４、８８、ポート２３５、５３５、および、空気圧制御系統３３０を使用して制御される。図１４に図示されたカード２１０Ｂの実施形態では、廃棄物リザーバ２７０が更に設けられる。サンプルがＧＭＲセンサチップ２８０に向かっておよび／またはＧＭＲセンサチップ２８０を越えて流れた後、例えば、入力ポート２５７および接続されたチャネルを介して廃棄物リザーバ２７０へと更に流れてもよい。
図１５および図１６は、本明細書の別の実施形態に係る例示的な分析カード２１０Ｃを含むカートリッジアセンブリ２００の別の例の上部２１８および底部（または背面）をそれぞれ示している。明示的に図示されていないが、カード２１０Ｃの底部（２２２）は、前述のように、基板２０２の上部に対する位置を表しており、必要に応じて基板２０２に接着されてもよいことを理解されたい。一実施形態において、基板２０２は、ＰＣＢ、ＧＭＲセンサチップ２８０、電気接点２９０、メモリチップ２７５、必要に応じて設けられるヒータ（加熱器）、および／または、位置合わせ装置２９５を備えてもよい。カード２１０Ｃは、注入ポート２１５およびベントポート２２５を有し、これらは、図５〜図１３を参照して上述したポートと同様であり、同様の機能を有してもよい。ろ過膜２２０またはフィルタおよび試薬領域ならびに／またはブリスターパック２６５Ａおよび２６５Ｂも設けられてもよく、これは、前述のものと同様であってもよい。例えば、血液（全血）のサンプルをろ過して血漿（血漿は調製されたサンプルの一部である）にする場合のように、必要に応じてフィルタ２２０が存在してもよい。バルブアレイゾーン（図示せず）内のバルブは、カートリッジアセンブリ２００のカード２１０Ｃ内の複数の領域に提供されてもよい。この分析カートリッジには、ろ過膜２２０と出力ポート２５５との間で縦方向に（基板２０２上に設けられている）ＧＭＲセンサーチップ２８０まで延在する計量チャネル２４０も設けられている。複数の計量チャンバ２４０（３つが示されている）のそれぞれはハウジング内において、カード２１０Ｃの上面２１８と底面２２２との間の所定の深さ（Ｚ方向）に位置し、それらがハウジングの横方向に互いに平行になりハウジングの中心線Ａ−Ａに対して縦方向に延在するように配置することができる。廃棄物リザーバ２７０もまたカード２１０Ｃに設けてもよい。空気圧制御ポート２３５（カード内の連通チャネルに接続されている、カード２１０Ｃの前端２０５付近の複数のポート（ポート２３５等）からなる２つの平行列として図１５に示されている）（空気圧／ポンプインターフェースの一部であってもよい）および、図１５に示すように位置合わせ装置２９５（例えば、穴）が上面２１８にが設けられている。図１６に示すように、カートリッジアセンブリ２００の底面（例えば、基板２０２の底面）には電気接点パッド２９０および／または位置合わせ装置２９５が設けられてもよい。
また、基板２０２のＧＭＲセンサチップ２８０および／またはオンボードメモリチップ２７５の一部を受容するために、例えば、カード２１０Ｃの底面２２２に１つまたは複数の切り欠き部を設けてもよい。
実際の使用における特定の用途に対する機能（すなわち、抗体、ＤＮＡ断片等の捕捉）は、カートリッジアセンブリ２００の組み立て時または製造中にＧＭＲセンサチップ２８０上に印刷される。サンプル（例えば、血液）はポート２１５に注入され、空気は反対側のポート２２５から排出される。カートリッジアセンブリ２００は、位置合わせ装置２９５、空気圧制御ポート２３５および電気接点パッド２９０がカートリッジ読み取り機１００に接続されるように、バイオセンサベースステーションに挿入される。カートリッジ読み取り機１００に分析を再現する方法を指示すべく、カートリッジ上メモリ２７５からパラメータをカートリッジリーダ３１０によって読み取ってもよい。例えば、カートリッジリーダ３１０は、以下のステップを順番に実行してもよい。血液を血漿に分離するべく、血液サンプルをポート２１５を介してカードに注入する。次いで、分析で必要とされる場合、ろ過されたサンプル体積を計量チャネル２４０を介して計量する。分析で必要な場合、ろ過したサンプルを検出試薬＋ブロッカと混合する。前のステップからの混合物はセンサチップ２８０から溢れて（例えば、入力ポートおよびチャネルを介して）廃棄物リザーバ２７０に流れ込む。次に、サンドイッチ分析を行う。：抗原＋ビオチン化検出抗体を、印刷された捕獲抗体Ｉに結合させる。次に、ブリスターパック２６５Ａに穴を開けて、一定量の洗浄緩衝液、例えば、１５０μＬの洗浄緩衝液を放出する。洗浄緩衝液２６５Ａはセンサチップ２８０から溢れて廃棄物リザーバ２７０へと流れる。ブリスターパック２６５Ｂに穴を開けて、大量のビーズ溶液、例えば、１５０μＬのビーズ溶液を放出する。ブリスターパック２６５Ｂからの磁気ビーズがセンサーチップ２８０から溢れ廃棄物リザーバ２７０へと流れる。センサーチップ２８０からのＧＭＲセンサ信号は、磁気ビーズがセンサー表面に結合している間に記録される：例えば、磁気ビーズ表面のストレプトアビジン（Ｓｔｒｅｐｔａｖａｄｉｎ）が検出抗体上のビオチンに結合する。撮影された抗体プリントマップおよび標準曲線データ（両方ともメモリ２７５から）を、記録されたＧＭＲセンサ信号と共に使用して、各抗原の濃度を計算することができる。
図１７Ａは、本明細書の一実施形態に係るカートリッジ読み取り機１００で使用するように構成されたカートリッジアセンブリ２００のサンプル処理カードとして構成されたサンプル処理カード２１０Ｄの上面図である。明示的に図示されていないが、カード２１０Ｄの底部（２２２）は、前述のように、基板２０２の上部に対する位置を表しており、必要に応じて基板２０２に接着されてもよいことを理解されたい。一実施形態において、基板２０２は、ＰＣＢ、ＧＭＲセンサチップ２８０、電気接点２９０、メモリチップ２７５、必要に応じて設けられるヒータ、および／または、位置合わせ装置２９５を備えてもよい。基板２０２のＧＭＲセンサチップ２８０および／またはオンボードメモリチップ２７５の一部を受容するために、例えば、カード２１０Ｄの底面に１つまたは複数の切り欠き部を設けてもよい。カード２１０Ｄの更なる特徴に対するチップ２８０およびメモリカード２７５の例示的な位置が概略的に図１７Ａに図示されている。一実施形態によれば、カード２１０Ｄは、ＰＣＲ検査のための血液ベースのサンプル、例えば、ｃｔＤＮＡと共に使用するように構成される。記載された実施形態全体を通じて本明細書で述べられているように、カード２１０Ｄは、複数の層から形成されるおよび／またはその中の異なる深さにおいて部品を含むことができる。空気圧制御ポート２３５（カード内の連通チャネルに接続された、カード２１０Ｄの前端２０５の付近に位置する複数のポート（ポート２３５等）からなる２つの平行列として図１７Ａに示されている）（空気圧／ポンプのインターフェースの一部であってもよい）および位置合わせ装置２９５（例えば、穴）が上面２１８に設けられてもよい。図１７Ｂ、図１７Ｃおよび図１７Ｄは、複数の層のうちのいくつかの例を示しており、カード２１０Ｄの所定の深さ（または異なる層）の様々な部分および特徴の位置をより詳細に示している。以下に説明する特徴はカード２１０Ｄに設けられ、様々な深さまたは層において、カード全体に流体／血液／サンプル／空気を伝達および移動させるように形成されている。一実施形態によれば、バルブアレイ領域２３０における複数のバルブは、垂直（Ｚ）方向においてろ過膜２２０に対して下に設けられてもよい。別の実施形態では、相対的にろ過膜２２０の上方にバルブアレイ領域２３０を設けてもよい。図１７Ｂは、カード２１０Ｄの第１の層（または最上層）の一例の上面図でり、ブリスターパック２６５Ａ、２６５Ｂ、２６５Ｃ、２６５Ｄおよび２６５Ｅと、ブリスターパック２８５Ａ、２８５Ｂ、２８５Ｃ（一実施形態では、これらはチャンバであってもよい）を示している。ブリスターパック２８５Ａ〜Ｃは、連通チャネルを介して出力ポート２５５に接続されてＧＭＲセンサチップ２８０（図１７Ａに概して示される）に接続される。図１７Ｃは、カード２１０の第２の層の一例の上面図であり、その深さにおける蛇行チャネル２４２、ビーズ捕捉チャンバ２８５Ｂ、ろ過膜２２０、ならびに、洗浄緩衝液計量チャンバ２４０Ｂ、２４０Ｃ、２４０Ｄおよび２４０Ｅを示す。図１７Ａおよび図１７Ｃに示されるように、流体計量チャンバ２４０Ｂ〜Ｅはそれぞれ、ろ過膜２２０と空気圧制御ポート２３５との間で縦方向に延在してもよい。チャンバ２４０Ａ〜Ｅのそれぞれ（ここでは４つが示されている）は、ハウジング内の上面２１８と底面２２２との間の特定の深さ（Ｚ方向）に、ハウジングの横方向に互いに平行になるように、また中心線ＡーＡに対して縦方向にその長さが延在するように配置されてもよい。連通チャネル（図１７Ａに概略的に示されている）は、ブリスターパック２６５Ａ〜Ｄのそれぞれを計量チャンバ２４０Ｂ〜Ｅのうちの１つにそれぞれ接続する。図１７Ｄは、カード２１０Ｄの第３の層の上面図であり、廃棄物チャンバ２７０を示している。計量チャンバ２４０−１（図１７Ａに示されている）を廃棄物チャンバ２７０に接続するための連通チャネルが設けられている。一実施形態によれば、廃棄物チャンバ２７０は単一の大きなチャンバであってもよい。すなわち、図１７Ｄに示されるような（４つの）チャンバ２７０は、１つの廃棄物チャンバ２７０を分割した別個のセクションであってもよく、これらは間に存在するチャネルを介して接続される。計量チャンバ２４０−１からの液体廃棄物は、廃棄物チャンバ２７０へと引かれてもよい。階段状の構成を有する２つの混合チャネル２５０Ａおよび２５０Ｂも設けられる。無論、これは一実施形態に係る一例に過ぎない。層中のチャネルおよび特徴ならびに層の深さおよび位置は変更可能である。
使用の際には、サンプル（例えば、患者の全血（例えば、１ｍＬ））をベントポート２２５が開いている間に注入ポート２１５に注入する。血液サンプルは、ろ過膜２２０を横切って横方向に広がり、空気圧系統３３０を使用して空気圧制御ポート２３５を介して陰圧をかけることにより、全血サンプルから血漿が分離される。図１７Ａに示されるように、多数の空気圧制御ポート２３５が、カード２１０Ｄ上、例えば、その上面２１８の底部付近に設けられてもよい。更に、一実施形態では、多数の別個のバルブ制御ポート５３５がカード２１０Ｄの一部として設けられてもよい。図１７Ａに示されるように、例えば、バルブ制御ポート５３５は、空気圧制御ポート２３５に隣接して、例えば、カード２１０Ｄの前端に設けられてもよい。磁気ビーズおよび溶解緩衝液が入ったブリスターパック２６５Ａが開封され、（（接続された）対応する連通チャネルを通じて）対応するポンプポート２３５に負圧を加えることにより磁気ビーズおよび溶解緩衝液を計量チャンバ２４０Ｂへと引き込む。計量チャンバ２４０Ｂ内の磁気ビーズ／溶解バッファは、（接続チャネルを介して）チャンバ２４０−１に、次いで接続されている廃棄物チャンバ２７０に押し込まれる。磁気ビーズの表面は、核酸を捕捉するべく」修飾されている。磁気ビーズのサイズはとくに制限されず、２００ｎｍから１μｍの範囲にすることができる。５００ｕＬの分離された血漿は、チャンバ２４０−１において磁気ビーズおよび溶解緩衝液と混合される。ビーズ／溶解緩衝液および血漿は、磁場を利用することにより、例えば、読み取り機１００内の第２の磁場発生器を制御することにより、混合することができる。磁場は、チャンバの両側、上部または下部に発生させる。チャンバも５６℃に加熱される。混合物を混合し、１５分間加熱する（例えば、前述のようにＰＣＢ／基板２０２の上面に設けられた加熱素子を介して）。１５分後、磁場を印加することにより、磁気ビーズがチャンバ表面に固定される。対応するポート２３５を介して負圧を加えることにより、液体が接続された廃棄物チャンバ２７０へと除去される。洗浄緩衝液１が入ったブリスターパック２６５Ｂが開封され、対応するポンプポート２３５に負圧を加えることにより、洗浄緩衝液１が（（接続された）対応する連通チャネルを通して）計量チャンバ２４０Ｃへと引かれる。計量チャンバ２４０Ｃ内の洗浄緩衝液１は、ポート２３５に負圧をかけることにより（接続チャネルを介して）チャンバ２４０−１へと（接続された対応する連通チャンネルを介して）押し込まれ、ビーズは電磁場を印加することによりチャンバ表面に固定される。次に、磁場の方向を２分間変えることにより、チャンバ２４０−１内で磁気ビーズを洗浄緩衝液と混合する。磁場を印加することにより、磁気ビーズがチャンバ表面に固定される。（複数の）ポート２３５を介して（（接続された）対応する連通チャネルを通して）陰圧を加えることにより、液体は廃棄物チャンバ２７０へと除去される。洗浄緩衝液２が入ったブリスターパック２６５Ｃが開封され、対応するポンプポート２３５に負圧を加えることにより、洗浄緩衝液２が（（接続された）対応する連通チャネルを通して）計量チャンバ２４０Ｄへと引かれる。計量チャンバ２４０Ｄ内の洗浄緩衝液２は、ポート２３５に負圧をかけることにより（接続チャネルを介して）チャンバ２４０−１へと（接続された対応する連通チャンネルを介して）押し込まれ、ビーズは電磁場を印加することによりチャンバ表面に固定される。次に、磁場の方向を２分間変えることにより、チャンバ２４０−１内で磁気ビーズを洗浄緩衝液と混合する。磁場を印加することにより、磁気ビーズがチャンバ表面に固定される。（複数の）ポート２３５を介して（（接続された）対応する連通チャネルを通して）陰圧を加えることにより、液体は廃棄物チャンバ２７０へと除去される。洗浄緩衝液３が入ったブリスターパック２６５Ｄが開封され、対応するポンプポート２３５に負圧を加えることにより、洗浄緩衝液３が（（接続された）対応する連通チャネルを通して）計量チャンバ２４０Ｅへと引かれる。計量チャンバ２４０Ｅ内の洗浄緩衝液３は、ポート２３５に負圧をかけることにより（接続チャネルを介して）チャンバ２４０−１へと押し込まれ、ビーズは電磁場を印加することによりチャンバ表面に固定される。次に、磁場の方向を２分間変えることにより、チャンバ２４０−１内で磁気ビーズを洗浄緩衝液と混合する。磁場を印加することにより、磁気ビーズがチャンバ表面に固定される。（複数の）ポート２３５を介して（（接続された）対応する連通チャネルを通して）陰圧を加えることにより、液体は廃棄物チャンバ２７０へと除去される。ブリスターパック２６５Ｅ内のＰＣＲ試薬は、接続されたポンプポート２３５に負圧を加えることにより、（（接続された）対応する連通チャネルを通じて）ＰＣＲ試薬計量チャンバ２４０Ａへと引かれる。計量チャンバ２４０Ａ内のＰＣＲ試薬およびチャンバ２４０−１内の核酸を捕捉する磁気ビーズは、（（接続された）対応する連通チャネルを通じて）対応するポンプポート２３５に正圧を加えることにより、混合チャネル２５０Ａに押し込まれる。次いで、熱サイクル増幅プロセスのために、（（接続された）対応する連通チャネルを介して）対応するポンプポート２３５に正圧を加えることにより、ＰＣＲ混合物が蛇行チャネル２４２に押し込まれる。増幅のために、２つまたは３つのヒータ（加熱器）を介して（例えば、前述のＰＣＢ／基板２０２の上面に設けられた加熱素子を介して）異なる温度で蛇行チャネル２４２を加熱してもよい。蛇行チャネル２４２は、特定の増幅プロトコルに依存して、長く構成されても短く構成されてもよい。磁気ビーズを含むＰＣＲ産物はブリスターパック２８５Ｂを通過し、この時に磁場を印加することで磁気ビーズが捕捉される。ＤＮＡ一本鎖酵素が収容されているブリスターパック２８５Ａが開封され、ビーズ捕捉チャンバ／ブリスターパック２８５Ｂ内のＰＣＲ産物溶液とブリスターパック２８５Ａ内のＤＮＡ一本鎖酵素とが、（接続チャネルを介して）混合チャネル２５０Ｂへと押し出され、（例えば、図示されていない出力２５５のような出力を介して）ＧＭＲセンサチップ２８０へと供給され、最終的には接続された廃棄物チャンバ２７０へと流れる。洗浄緩衝液４が入ったブリスターパック２８５Ｂが開封されて、（出力ポート２５５を介して）基板２０２（図示せず）上のＧＭＲセンサチップ２８０に（接続チャネルを介して）供給され、その後（入力ポート２５７を介して戻るように）接続された廃棄物チャンバ２７０へと流れる。磁気ビーズを含む緩衝液が入ったブリスターパック２８５Ｃが開封され、当該緩衝液が、ポンプポート２３５に正の圧力を加えることによって、（接続チャネルを介して）ＧＭＲセンサチップ２８０および接続された廃棄物チャンバ２７０へと供給される。バルブアレイ領域２３０はエラストマー部材２１２を含み、ポート５３５を通じて（および（接続された対応する連通チャネルを介して））圧力を加えることによりバルブが開閉する。移行部３５１は、チャンバ内で生成される気泡を減らすために設けられる。
カード２１０Ｄは、その中に任意の種類または任意の数の洗浄緩衝液を収容してもよい。例えば、一実施形態によれば、洗浄緩衝液１は希釈溶解緩衝液、洗浄緩衝液２はＰＣＲ阻害剤除去緩衝液、洗浄緩衝液３はイオン除去緩衝液、洗浄緩衝液４はＮａ３ＰＯ４などの５０ｍＭ塩緩衝液であってもよい。したがって、使用される洗浄緩衝液の種類と数を限定することを意図していない。
図１８Ａは、本明細書の一実施形態に係るカートリッジ読み取り機１００で使用するように構成されたカートリッジアセンブリ２００のサンプル処理カードとして構成されたマイクロ流体チャンバカード２１０Ｅの上面図である。明示的に図示されていないが、カード２１０Ｅの底部（２２２）は、前述のように、基板２０２の上部に対する位置を表しており、必要に応じて基板２０２に接着されてもよいことを理解されたい。一実施形態において、基板２０２は、ＰＣＢ、ＧＭＲセンサチップ２８０、電気接点２９０、メモリチップ２７５、必要に応じて設けられるヒータ、および／または、位置合わせ装置２９５を備えてもよい。例えば、カード２１０Ｅの底面上および／または底面を貫通する１つ以上の切り欠き部（例えば、１つ以上の層を貫通して切り欠き部を設けることができる）を設けて、ＧＭＲセンサチップ２８０および／または基板２０２のオンボードメモリチップ２７５の一部を受容するようにしてもよい。カード２１０Ｅの更なる特徴に対するチップ２８０およびメモリカード２７５の例示的な位置が概略的に図１８Ａに図示されている。一実施形態によれば、カード２１０Ｅは、（頬）綿棒検体（ＰＣＲ）と共に高塩溶液を受容するように構成される。記載された実施形態全体を通じて本明細書で述べられているように、カード２１０Ｅは、複数の層から形成されるおよび／またはその中の異なる深さにおいて部品を含むことができる。図１８Ａに示されるように、多数の空気圧制御ポート２３５Ａ−２３５Ｆが、カード２１０Ｅ上、例えば、その上面２１８の前端付近に設けられてもよい。更に、一実施形態では、多数の別個のバルブ制御ポート５３５がカード２１０Ｅの一部として設けられてもよい。図１８Ｂ〜図１８Ｅは、複数の層のうちのいくつかの例を示しており、カード２１０Ｅの所定の深さ（または異なる層）の様々な部分および特徴の位置をより詳細に示している。以下に説明する特徴はカード２１０Ｅに設けられ、様々な深さまたは層において、カード全体に流体／血液／サンプル／空気を伝達および移動させるように形成されている。図１８Ｂは、サンプルチャンバ２２４、注入ポート２１５、ベントポート２２５、ガラス繊維膜２２０Ａ、ブリスターパック／チャンバ２６５−１、２６５−２、２６５−３、２６５−４および２６５−５、ならびに、廃棄物チャンバ／タンク２７０−１および２７０−２を示す、カード２１０Ｅの最上層の一例の上面図である。空気圧制御ポート２３５（カード内の連通チャネルに接続された、カード２１０Ｅの前端２０５の付近に位置する複数のポート（ポート２３５等）からなる２つの平行列として図１８Ａおよび図１８Ｂに示されている）（空気圧／ポンプのインターフェースの一部であってもよい）および位置合わせ装置２９５（例えば、穴）が上面２１８および／またはその下の（複数の）層に設けられてもよい。図１８Ｃは、カード２１０Ｅの第２層の一例の上面図を示しており、当該層内のある深さに設けられた、（例えば、前述のように、ＰＣＢ／基板２０２の上面に設けられた加熱素子を介して）ＰＣＲ加熱および冷却する蛇行構造または蛇行チャネル２４２、追加の流体／空気チャネル、および、チャンバ２４０−１〜２４０−５の一部が示されている。図１８Ａおよび図１８Ｃに示されるように、流体計量チャンバ２４０−１〜２４０−５はそれぞれ、バルブアレイ２３０と空気圧制御ポート２３５との間で縦方向に延在してもよい。複数の計量チャンバ２４０（５つが示されている）のそれぞれはハウジング内において、カード２１０Ｅの上面２１８と底面２２２との間の所定の深さ（Ｚ方向）に位置し、それらがハウジングの横方向に互いに平行になりハウジングの中心線Ａ−Ａに対して縦方向に延在するように配置することができる。図１８Ｄは、カード２１０Ｅの第３層の一例の上面図であり、ＰＣＲ混合チャネル２５０−１および２５０−２（それぞれ階段状構成を有する）と、カード２１０Ｅ内のそれらに接続し他の特徴へと接続するためのさらなる連通チャネルとが示されている。図１８Ｅは最下層の一例の上面図であり、当該層内のある深さに設けられる、カートリッジバルブアレイ領域２３０、計量チャンバ２４０−１〜２４０−５の少なくとも一部、ガス透過性膜２４５（ＧＰＭ２４５）、メモリチップ２７５もしくはカード（基板２０２上に設けられる）用の開口部またはインターフェース、および、ポート２３５の一部を示している。一実施形態において、バルブアレイ領域２３０のバルブは、カードの縦方向（Ｙ）において、相対的に計量チャンバ２４０−１〜２４０−５と蛇行チャネル２４２との間に位置するように設けられてもよい。無論、これは一実施形態に係る一例に過ぎない。層中のチャネルおよび特徴ならびに層の深さおよび位置は変更可能である。
使用の際には、綿棒検体が高塩溶液に５分間浸され、患者の綿棒検体からの核酸とタンパク質を含む溶液を注入ポート２１５を介してサンプルチャンバ２２４に注入する。サンプルチャンバには、注入ポート２１５に対して反対側に位置するベントポート２２５が設けられている。次に、ポンプポート２３５Ｄに負圧を加えることにより、高塩溶液がガラス繊維膜２２０Ａを通って対応する廃棄物チャンバ２７０−１に引き込まれる。高塩溶液中の不溶性核酸は、ガラス繊維膜２２０Ａに結合する。ガラス繊維膜２２０Ａは、チャンバ３８５からのエタノールにより洗浄される。次に、ポンプポート２３５Ｄに負圧を加えることにより、チャンバ３８５内のエタノールがガラス繊維膜２２０Ａを通って対応する廃棄物チャンバ２７０−１に引き込まれる。ガラス繊維膜２２０Ａは、空気を２〜５分間引くことにより乾燥される。ポート３０６は大気に開いているベントポートであってもよく、バルブ作動インターフェースの制御ポンプポート５３５Ａに（接続された）対応する連通チャネル５５４を介して負圧（真空）を加えることにより、ガラス繊維膜２２０Ａを通して空気を引くことができる。接続されたポンプ／空気圧系統３３０を使用して、（接続された）対応する連通チャネル５５４を介したバルブ作動インターフェースの制御ポート５３５Ａに負圧を加えることにより、チャンバ２６５−１内の低イオン溶液（水またはＴｒｉｓ−ＥＤＴＡ緩衝液等）が、ガス透過性膜２４５に到達するまでガラス繊維膜２２０Ａを通して引かれる。チャンバ２６５−２内のＰＣＲ試薬は、溶液がガス透過膜２４５に到達するまで（接続された）対応する連通チャネル５５４を介してポンプポート２３５Ｂに負圧を加えることにより、ＰＣＲ試薬計量チャンバ２４０−２へと引き込まれる。（接続された）対応する連通チャネル５５４を介してポンプポート２３５Ａおよび２３５Ｂに陽圧を加えることにより、計量チャンバ２４０−２内のＰＣＲ試薬および溶離液チャンバ２４０−１内の溶離液は、混合チャネル２５０−２を介してＰＣＲ混合培養チャネル３１４（サンプルの処理中に培養を目的として流体／液体が留まることから、混合チャンバとして機能する）へと押し込まれる。このプロセス中にポート２３５Ｆがベントされる。培養チャネル３１４のＰＣＲ混合物を加熱して、ＲＮＡを１０分間ＤＮＡに転写する。このプロセスの間、ポート２３５Ｆは閉じられる。次いで、熱サイクル増幅プロセスのために、（接続された）対応する連通チャネル５５４を介してポンプポート２３５Ｂに正圧を加えることにより、培養チャネル３１４内のＰＣＲ混合物が蛇行チャネル２４２へと押し込まれる。蛇行チャネル２４２は、増幅目的のために異なる温度で、（例えば、取り付けられた基板２０２上に提供される）２つまたは３つのヒータにより加熱してもよい。例えば、一実施形態では、蛇行チャネル２４２の第１の部分または第１の区間（例えば、図１８Ｃを参照）の近くまたはそれに沿って第１の温度領域２４４を設けることができ、蛇行チャネル２４２の第２の部分（図１８Ｃを参照）の近くまたはそれに沿って、異なる温度の第２の温度領域２４６を設けることができる。温度領域２４４および２４６は、流体が増大する（加熱／冷却）ことを可能にするような距離を置いて配置されてもよい。図１８Ｃの例示的な図では、第１の温度領域２４４は、第２の温度領域２４６の距離の約半分であるが、これは例示にすぎず、これに限定することを意図していない。各温度領域を適用する時間は、例えば、流量とチャネルの寸法によって異なる。加熱する合計時間は、蛇行チャネル２４２に依存するターン数またはサイクル数に依存し得る。蛇行チャネル２４２は、特定の増幅プロトコルに依存して、長く構成されても短く構成されてもよい。チャンバ２８５−１内のＤＮＡ一本鎖酵素は、溶液がガス透過膜２４５に到達するまで（接続された）対応する連通チャネル５５４を介してポンプポート２３５Ｃに負圧を加えることにより、ＤＮＡ一本鎖酵素計量チャンバ２４０−３へと引き込まれる。増幅蛇行チャネル２４２内のＰＣＲ産物溶液および計量チャンバ２４０−３内のＤＮＡ一本鎖酵素は、混合チャネル２５０−２に押し出され、次いで（出力ポート２５５を介して）ＧＭＲセンサチップ２８０（基板２０２上に設けられる（図示せず））へと押し出される。最後に（入力ポート２５７を介して戻る）カード２１０Ｅの対応する廃棄物チャンバ２７０−２へと到達する。チャンバ２６５−４内の洗浄緩衝液は、溶液がガス透過膜２４５に到達するまで（接続された）対応する連通チャネル５５４を介してポンプポート２３５Ａに負圧を加えることにより、洗浄緩衝液計量チャンバ２４０−４へと引き込まれる。一実施形態では、洗浄緩衝液は、Ｎａ３ＰＯ４等の５０ｍＭ塩緩衝液であってもよい。洗浄緩衝液計量チャンバ２４０−４内の洗浄緩衝液はＧＭＲセンサチップ２８０へと押し込まれ、次いで対応する廃棄物チャンバ２７０−１へと押し込まれる。溶液がガス透過膜２４５に到達するまで（接続された）対応する連通チャネル５５４を介してポンプポート２３５Ｂに負圧を加えることにより、チャンバ２６５−５内の磁気ビーズを含む緩衝液が洗浄緩衝液計量チャンバ２４０−５へと引き込まれる。ポンプポート２３５Ｂに正圧を加えることにより、計量チャンバ２４０−５内の磁気ビーズを含む緩衝液は、ＧＭＲセンサチップ２８０へと押し込まれ、次いで対応する廃棄物チャンバ２７０−２へと押し込まれる。バルブアレイ領域２３０は、エラストマー部材２１２を含む。移行部３５１は、チャンバ内で生成される気泡を減らすために設けられる。
図１９および図２０はそれぞれ、本明細書の一実施形態に係る、カートリッジ読み取り機１００で使用されるカートリッジアセンブリ２００のサンプル処理カードとして使用するように構成された分析サンプル処理カード２１０Ｆを含むカートリッジアセンブリ２００の別の例の上部および下部を示している。明示的に図示されていないが、カード２１０Ｆの底部（２２２）は、前述のように、基板２０２の上部に対する位置を表しており、必要に応じて基板２０２に接着されてもよいことを理解されたい。基板２０２のＧＭＲセンサチップ２８０Ａ〜２８０Ｄおよび／またはオンボードメモリチップ２７５の一部を受容するために、例えば、カード２１０Ｆの底面上におよび／または底面を貫通するように１つまたは複数の切り欠き部を設けてもよい。本明細書の更に別の実施形態に従って、カード２１０Ｆは抗体の相対運動を判定するように構成され得る。一実施形態では、このカード２１０Ｆを、（頬の）綿棒検体を含む高塩溶液で使用するように構成してもよい。検査する溶液がチャンバＡ２〜Ａ１２に装填される。チャンバＡ２〜Ａ１２は、例えば、チャンバ毎に１種類の溶液等、大量の流体または液体を保持するように構成されている。チャンバＡ１は通常、陽性の対照または陰性の対照のために使用される。リガンドコーティングされた磁気ビーズは、サンプルチャンバ２８５に装填／供給される。洗浄緩衝液およびブロック緩衝液を保持するべくブリスターパック２６５がカード２１０Ｆに提供される。バルブアレイゾーン（図示せず）内のバルブは、カートリッジアセンブリ２００のカード２１０Ｆ内の複数の領域に提供されてもよい。空気圧制御ポート２３５（カード内の連通チャネルに接続されている、カード２１０Ｆの前端２０５付近の複数のポート（ポート２３５等）からなる２つの平行列として図１９に示されている）（空気圧／ポンプインターフェースの一部であってもよい）および位置合わせ装置２９５（例えば、穴）が上面２１８にが設けられている。図２０に示すように、底面（例えば、基板２０２の下側）には電気接点パッド２９０および／または位置合わせ装置２９５が設けられてもよい。チャンバＡ１〜Ａ１２内のサンプルは、対応するチャネルを介して１つ以上のＧＭＲセンサチップ２８０Ａ、２８０Ｂ、２８０Ｃおよび／または２８０Ｄに供給された後、廃棄物リザーバ２７０へと引き込まれる。ブリスターパック２６５に穴を開け、洗浄液＋ブロック緩衝液を複数のチャネルそれぞれを通じてチップ２８０Ａ〜２８０Ｄに放出した後、廃棄物リザーバ２７０へと流れる。サンプルチャンバ２８５Ｃからの磁気ビーズは、チャネルを通ってチップ２８０へと流れた後、廃棄物リザーバ２７０へと流れる。各センサ２８０Ａ〜２８０Ｄの電気抵抗の変化はタンパク質＋リガンドの結合速度を示すことから、リアルタイムで測定されるように構成されている。センサ２８０Ａ〜２８０Ｄは、電気接点パッド２９０を介して接続されている。同時に、ＧＭＲセンサチップ２８０Ａ〜２８０ＤからのＧＭＲ信号を（例えば、メモリカード２７５またはクラウドサーバに）記録し、結果をリアルタイムで表示する（例えば、カートリッジ読み取り機１００のディスプレイ１２０を使用）。
図２１および図２２はそれぞれ、本明細書の一実施形態に係る、カートリッジ読み取り機１００で使用されるカートリッジアセンブリ２００のサンプル処理カードとして使用するように構成された分析サンプル処理カード２１０Ｇを含むカートリッジアセンブリ２００の別の例の上部および下部を示している。明示的に図示されていないが、カード２１０Ｇの底部（２２２）は、前述のように、基板２０２の上部に対する位置を表しており、必要に応じて基板２０２に接着されてもよいことを理解されたい。基板２０２のＧＭＲセンサチップ２８０Ａ〜２８０Ｄおよび／またはオンボードメモリチップ２７５の一部を受容するために、例えば、カード２１０Ｇの底面上におよび／または底面を貫通するように１つまたは複数の切り欠き部を設けてもよい。本明細書の更に別の実施形態に従って、カード２１０Ｇは抗体の解離定数を判定するように構成され得る。説明を簡潔にするため、チャンバ、ＧＭＲセンサチップ２８０への出口ポート２５５、廃棄物チャンバ２７０等の上記の特徴には、図２１および図２２において同じまたは類似の参照番号が付与されており、その説明については以下では省略している。空気圧制御ポート２３５（カード内の連通チャネルに接続されている、カード２１０Ｇの前端２０５付近の複数のポート（ポート２３５等）からなる２つの平行列として図２１に示されている）（空気圧／ポンプインターフェースの一部であってもよい）および位置合わせ装置２９５（例えば、穴）が上面２１８にが設けられている。図２２に示すように、底面（例えば、基板２０２の下側）には電気接点パッド２９０および／または位置合わせ装置２９５が設けられてもよい。使用の際、検査される溶液はチャンバー２８５Ａ２に装填される。例えば、陽性の対照溶液を調製し（例えば、粉末を固定化緩衝液に溶解することにより）、チャンバ２８５Ａ２に装填してもよい。タンパク質コーティング溶液がチャンバ２８５Ｂ２に装填される。リガンド溶液はチャンバＡ１〜Ａ１２に装填され、１つのチャンバにつき１つの溶液が装填される。これらの溶液は、カード２１０に事前に装填される、または、プロセス中に装填される。洗浄緩衝液およびブロック緩衝液を保持するブリスターパック２６５Ａ２が、カード２１０Ｇ内に提供される。カード２１０Ｇには、洗浄緩衝液およびブロック緩衝液を保持するブリスターパック２６５Ｂ２も提供される。磁気ビーズ（例えば、ストレプトアビジンでコーティングされた磁気ビーズ）を保持するためのブリスターパック２６５Ｃ２も、カード２１０Ｇに提供されている。バルブアレイゾーン（図示せず）内のバルブは、カートリッジアセンブリ２００のカード２１０Ｇ内の複数の領域に提供されてもよい。使用の際、チャンバ２８５Ａ内のサンプルは、チャネル１を介してＧＭＲセンサチップ２８０Ａに引き込まれた後、廃棄物リザーバ２７０へと引き込まれる。同時に、チャンバ２８５Ｂ２内のサンプルは、チャネル２−１２を介してＧＭＲセンサチップ２８０Ｂ、２８０Ｃおよび２８０Ｄに引き込まれた後、廃棄物リザーバ２７０に送られる。ブリスターパック２６５Ａ２に穴を開け、洗浄液＋ブロック緩衝液をチャネル１〜１２それぞれを通じてチップ２８０Ａ〜２８０Ｄに引き込んだ後、廃棄物リザーバ２７０へと送られる。チャンバＡ１〜Ａ１２内のサンプルは、チャネル１〜１２を介してＧＭＲセンサチップ２８０Ａ〜２８０Ｄに引き込まれた後、廃棄物リザーバー２７０へと送られます。ブリスターパック２６５Ｂ２に穴を開け、洗浄緩衝液が各チャネルを通してチップ２８０Ａ〜２８０Ｄへと引き込んだ後、廃棄物リザーバ２７０へと送られる。ブリスターパック２６５Ｃ２からの磁気ビーズは、チャネルを通じてチップ２８０Ａ〜２８０Ｄへと流れた後、廃棄物リザーバ２７０へと送られる。各センサ２８０Ａ〜２８０Ｄの電気抵抗の変化はタンパク質＋リガンドの結合速度を示すことから、リアルタイムで測定されるように構成されている。センサ２８０Ａ〜２８０Ｄは、電気接点パッド２９０を介して接続されている。同時に、ＧＭＲセンサチップ２８０Ａ〜２８０ＤからのＧＭＲ信号を（例えば、メモリカード２７５またはクラウドサーバに）記録し、結果をリアルタイムで表示する（例えば、カートリッジ読み取り機１００のディスプレイ１２０を使用）。
図２３および図２４Ａ〜２４Ｉは、本明細書の一実施形態に係るカートリッジ読み取り機１００で使用するように構成されたカートリッジアセンブリ２００のサンプル処理カードとして構成された分析サンプル処理カード２１０Ｈの一例を示している。明示的に図示されていないが、カード２１０Ｈの底部（２２２）は、前述のように、基板２０２の上部に対する位置を表しており、必要に応じて基板２０２に接着されてもよいことを理解されたい。一実施形態において、基板２０２は、ＰＣＢ、ＧＭＲセンサチップ２８０、電気接点２９０、メモリチップ２７５、必要に応じて設けられるヒータ、および／または、位置合わせ装置２９５を備えてもよい。基板２０２のＧＭＲセンサチップ２８０および／またはオンボードメモリチップ２７５の一部を受容するために、例えば、カード２１０Ｈの底面２２２（図２４Ａ参照）上におよび／または底面を貫通して１つまたは複数の切り欠き部を設けてもよい。本書の更に別の実施形態に従って、カード２１０Ｈは抗体の解離定数を判定するように構成され得る。具体的には、記載された実施形態全体を通じて本明細書で述べられているように、サンプル処理カード２１０Ｈは、複数の層から形成されるおよび／またはその中の異なる深さにおいて部品を含むことができる。位置合わせ装置２９５が、各層に設けられてもよい。図２４Ａ〜２４Ｉには、カードの深さ（または異なる層）におけるカード２１０Ｈの異なる複数の部分および特徴の位置の例がより詳細に示されている。以下に説明する特徴はカード２１０Ｈに設けられ、様々な深さまたは層において、カード全体に流体／血液／サンプル／空気を伝達および移動させるように形成されている。図２４Ａは、下側または底部２２２から見たカード２１０Ｈの複数の層の特徴を示している。図２４Ｂおよび図２４Ｃはそれぞれ、サンプル処理カード２１０Ｈの例示的な最上層の斜視図および上面図を示しており、ブリスターパック２６５Ａおよび２６５Ｂ、ならびに、その中のある深さに設けられたポート２３５、５３５および廃棄物タンク２７０を示している。図２４Ｄおよび図２４Ｅはそれぞれサンプル処理カード２１０Ｈの第２層の一例の斜視図および上面図である、層内のある深さに形成されている、血液ろ過膜２２０、注入ポート２１５、ベントポート２２５、廃棄物タンク２７０の一部、および、ポート２３５、５３５を示している。図２４Ｆおよび図２４Ｇはそれぞれ、サンプル処理カード２１０Ｈの第３層の一例の斜視図および上面図であり、層内のある深さに設けられた、エラストマー部材２１２、ＧＰＭ２４５および計量チャンバ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃを有するバルブ領域２３０を、上記した特徴と共に示している。本明細書の第１、第２、第３の等は、カード２１０Ｈの特定の順序および／または階層化設定を示唆することを意図していないことに留意されたい。むしろ、カードに設けられる可能性のある異なる複数の層を指しているに過ぎない。一実施形態によれば、バルブアレイ領域２３０における複数のバルブは、垂直（Ｚ）方向においてろ過膜２２０に対して下に設けられてもよい。別の実施形態では、相対的にろ過膜２２０の上方にバルブアレイ領域２３０を設けてもよい。図２３に示されるように、流体計量チャンバ２４０Ａ〜２４０Ｃはそれぞれ、バルブアレイ領域２３０と廃棄物タンク２７０との間で縦方向に延在してもよい。複数の計量チャンバ２４０（３つが示されている）のそれぞれはハウジング内において、カード２１０Ｈの上面２１８と底面２２２との間の所定の深さ（Ｚ方向）に位置し、それらがハウジングの横方向に互いに平行になりハウジングの中心線Ａ−Ａに対して縦方向に延在するように配置することができる。空気圧制御ポート２３５（カード内の連通チャネルに接続された、カード２１０Ｈの前端２０５の付近に位置する複数のポート（ポート２３５等）からなる２つの平行列として図２３に示されている）（空気圧／ポンプのインターフェースの一部であってもよい）および位置合わせ装置２９５（例えば、穴）が上面２１８に設けられてもよい。図２４Ｈおよび図２４Ｉはそれぞれサンプル処理カード２１０Ｈの最下層の一例の斜視図および上面図であり、（ＧＭＲセンサチップ２８０への）ＧＭＲ出力ポート２５５および入力ポート２５７、ならびに、空気／流体流連通チャネルを示している。これらのチャネルは、例えば、上記した特徴の少なくともいくつかを互いに流体接続する。無論、これは一実施形態に係る一例に過ぎない。層中のチャネルおよび特徴ならびに層の深さおよび位置は変更可能である。
カード２１０Ｈは、そのような検出スキーム用の２ステップの湿式でない希釈カード（または２ＳＮＤ）であってもよい。カートリッジ読み取り機１００に挿入されるカートリッジアセンブリ２００の一部としてカード２１０Ｈを使用する方法の工程は以下の通りであってもよい。
１）患者サンプル（血液、尿、唾液、眼液）をサンプル注入ポート２１５（すなわち、ベントポート２２５の反対側に図示されている１つのポート２１５）に装填する。
２）ブリスターパック２６５Ａおよび２６５Ｂに穴を開ける。
３）ポート２３５に接続して空気圧系統３３０を作動させ、血液を膜２２０および送達チャネル４０５を通じてバルブアレイ領域２３０のエラストマー弁領域２１２上に流し、流体がＧＰＭ２４５に到達するまで流体計量チャンバ２４０Ａ〜Ｃへと引き込む（例えば、粉末状の乾燥試薬を血液の血漿と混合するため）。
４）３つ全てのＧＰＭ２４５が濡れると、空気圧制御ポート２３５上の逆方向の空気圧力により、計量チャンバ２４０Ａ〜Ｃからエラストマーバルブ領域２１２を横切って出口ポート２５５を介してＧＭＲセンサチップ２８０へと流体を引き込む。
５）廃棄物タンク２７０に流体が貯留するまで、流体を引き続ける。
６）バルブポート５３５を介して空気圧系統を作動させて変更し、ブリスターパック２６５Ａへのチャネルを開く。
７）流体をブリスターパック２６５Ａからエラストマーバルブ領域２１２を横断するように引き出し、出力ポート２５５を介してＧＭＲセンサチップ２８０に供給する。
８）廃棄物タンク２７０に流体が貯留するまで、流体を引き続ける。
９）ブリスターパック２６５Ｂから流体が引き出されるという変更点を加えて、工程６〜８を繰り返す。
１０）ＭＮＰを収容するブリスターパック２６５Ｂからの流体がセンサを横断して流れる時に、ＧＭＲ信号を測定する。
図２５および図２６はそれぞれ、本明細書の別の実施形態に係る、カートリッジ読み取り機１００で使用されるカートリッジアセンブリ２００のサンプル処理カードとして使用するように構成された分析サンプル処理カード２１０Ｉを含むカートリッジアセンブリ２００の別の例の上部および下部を示している。明示的に図示されていないが、カード２１０Ｉの底部（２２２）は、前述のように、基板２０２の上部に対する位置を表しており、必要に応じて基板２０２に接着されてもよいことを理解されたい。本明細書の更に別の実施形態に従って、カード２１０Ｉは抗体のインフルエンザ株を判定するように構成され得る。一実施形態では、このカード２１０Ｉを、（頬または口腔の）綿棒検体と共にＲＮＡウィルスを含む高塩溶液で使用するように構成してもよい。説明を簡潔にするため、ＧＭＲセンサチップ２８０への出口ポート２５５および入力ポート２５７、廃棄物チャンバ２７０Ａ、ブリスターパック２６５等の上記の特徴には、図２５および図２６において同じまたは類似の参照番号が付与されており、その説明については以下では省略している。空気圧制御ポート２３５（カード内の連通チャネルに接続されている、カード２１０Ｉの前端２０５付近の複数のポート（ポート２３５等）からなる２つの平行列として図２５に示されている）（空気圧／ポンプインターフェースの一部であってもよい）および位置合わせ装置２９５（例えば、穴）が上面２１８にが設けられている。図２６に示すように、底面（例えば、基板２０２の下側）には電気接点パッド２９０および／または位置合わせ装置２９５が設けられてもよい。使用の際には、例えば、口腔の綿棒検体を注入ポート２１５へ注入し、ろ過膜２２０でろ過した後、受容領域２２４またはサンプルチャンバへと送達してもよい。洗浄緩衝液１はブリスターパック２６５Ａに、ＰＣＲ試薬はブリスターパック２６５Ｂに、酵素はブリスターパック２６５Ｃに、洗浄緩衝液２はブリスターパック２６５Ｄに、磁気ビーズ溶液（例えば、ストレプトアビジンコーティングされたビーズ等）はブリスターパック２６５Ｅに提供されている。溶離液はブリスターパック２６５Ｆに提供されていてもよい。カード２１０Ｉには、その中における流体の空気圧制御のための空気圧制御ポート２３５が設けられている。メモリ２７５は、アレイパラメータを格納するだけでなく、カード２１０Ｉを制御する機能を提供してもよい。廃棄物リザーバ２７０Ａおよび２７０Ｂも設けられている。
カード２１０Ｉには、ガラス繊維膜（Ｄ）（前述のガラス繊維膜２２０Ａと同様であってもよい）、通気口（Ｇ）（ベントポート２２５と同様であってもよい）も設けられる。ＰＣＲ加熱領域（Ｊ）および２つのヒータ（加熱器）（１および２）は、基板２０２上に設けられてもよい。一実施形態では、ヒータ１およびヒータ２は、異なる温度で動作するように構成される。
更に、一実施形態では、インフルエンザ検査のためにカード２１０Ｈを利用するべく、カード２１０Ｉおよびカートリッジアセンブリ２００の間に、インフルエンザ株特異的一本鎖ＤＮＡ（ｓｓＤＮＡ）断片をセンサ２８０に印刷してもよい。
カートリッジ読み取り機１００に挿入されるカートリッジアセンブリ２００の一部としてカード２１０Ｉを使用する方法の工程は以下の通りであってもよい。
１）口腔の綿棒検体からのウイルスＲＮＡを含む高塩濃度溶液緩衝液３００μＬを注入ポート２１５を介して受容領域２２４へと注入すると同時に、反対側のベントポート２２５において排気を行う。
２）位置合わせ装置２９５、空気圧制御ポート２３５および電気接点パッド２９０がカートリッジ読み取り機１００のカートリッジリーダ３１０に接続されるように、カートリッジアセンブリを挿入する。
３）カートリッジ上のメモリ２７５からパラメータを読み取り、分析を再現する方法をカートリッジ読み取り機１００に指示する（すなわち、このシーケンスにおいて以下のステップを完了させる）。
４）ガラス繊維膜（Ｄ）が受容領域２２４内のサンプルからウイルスＲＮＡを捕捉した後、ポート２３５を介して圧力が印加されることによりサンプルは廃棄物リザーバ２７０Ａへと向けられる。
５）ブリスターパック２６５Ａに穴を開けて４００μＬの洗浄緩衝液１を放出する。
６）ブリスターパック２６５Ａからの洗浄緩衝液１は、ガラス繊維膜（Ｄ）を通って廃棄物リザーバ２７０Ａへと流れる。
７）通気口（Ｇ）を開いてガラス繊維膜（Ｄ）を乾燥させる。
８）ブリスターパック２６５Ｆに穴を開けて２０μＬの溶離液を放出する。
９）２６５Ｆからの溶離液により、ガラス繊維膜（Ｄ）に結合したＲＮＡを溶離する。
１０）ブリスターパック２６５Ｂに穴を開けて１５μＬのＰＣＲ試薬を放出する。
１１）ＲＮＡ溶離液をブリスターパック２６５ＢからのＰＣＲ試薬と混合し、ＰＣＲ加熱領域（Ｊ）へと移動させる。
１２）ＰＣＲサイクルを開始する前に（４５〜５５°Ｃ）に加熱することにより、ＲＮＡが最初にＤＮＡに転写される。
１３）ＰＣＲサイクル：ヒータ＃１（９４〜９６°Ｃ）で二本鎖ＤＮＡ（ｄｓＤＮＡ）が変性（ｄｓＤＮＡを２つのｓｓＤＮＡに分離）し、ヒータ＃２（５０〜７５℃）においてプライマーアニーリングと伸長を行う（ｓｓＤＮＡからｄｓＤＮＡを生成する）。増幅されたｄｓＤＮＡの一方の鎖をビオチン化する。これらの工程を繰り返して、ｄｓＤＮＡを増幅する。
１４）ブリスターパック２６５Ｃに穴を開けて、エキソヌクレアーゼ７５μＬを放出する。
１５）ブリスターパック２６５Ｃからの酵素をＰＣＲ産物と混合し、混合物がセンサ２８０上を流れた後、廃棄物リザーバ２７０Ｂへと流れ込む。
１６）酵素により、ｄｓＤＮＡをｓｓＤＮＡに分解する。非ビオチン化ｓｓＤＮＡが分解される。次に、ビオチン化されたｓｓＤＮＡをセンサ２８０上の印刷されたＤＮＡ断片とハイブリッド化する。
１７）ブリスターパック２６５Ｄに穴を開けて１００μＬの洗浄緩衝液２を放出する。
１８）ブリスターパック２６５Ｄからの洗浄緩衝液２は、センサ２８０上を流れた後廃棄物リザーバ２７０Ｂへと流れ込む。
１９）ブリスターパック２６５Ｅに穴を開けて１００μＬの磁気ビーズ溶液を放出する。
２０）ブリスターパック２６５Ｅからの磁気ビーズは、センサー２８０上を流れた後、廃棄物リザーバ２７０Ｂへと流れ込む。
２１）ビーズがセンサ表面に結合している間にセンサ２８０においてＧＭＲセンサ信号を記録する。ビーズ上のストレプトアビジンは、ｓｓＤＮＡ上のビオチンに結合する。
２２）正のＧＭＲセンサ信号は、インフルエンザの存在を示す。各センサからの信号は、株特異性を有する。
センサ２８０の電気抵抗の変化は、リアルタイムで測定され、被検物質の濃度を示すように構成されている。センサ２８０は、電気接点パッド２９０を介して接続されている。同時に、ＧＭＲセンサチップ２８０からのＧＭＲ信号を（例えば、メモリカード２７５またはクラウドサーバ上に）記録することができ、結果をリアルタイムで（例えば、カートリッジリーダユニット１００のディスプレイ１２０を介して）表示してもよい。
図２７Ａは、本明細書の一実施形態に係るカートリッジ読み取り機１００で使用するように構成されたカートリッジアセンブリ２００のサンプル処理カードとして構成されたサンプル処理カード２１０Ｊの上面図である。記載された実施形態全体を通じて本明細書で述べられているように、カード２１０Ｊは、複数の層から形成されるおよび／またはその中の異なる深さにおいて部品を含むことができる。図２７Ｂ、図２７Ｃおよび図２７Ｄは、複数の層のうちのいくつかの例を示しており、カード２１０Ｊの所定の深さの様々な部分および特徴の位置をより詳細に示している。以下に説明する特徴はカード２１０Ｊに設けられ、様々な深さまたは層において、カード全体に流体／血液／サンプル／空気を伝達および移動させるように形成されている。明示的に図示されていないが、カード２１０Ｊの底部（２２２）は、前述のように、基板２０２の上部に対する位置を表しており、必要に応じて基板２０２に接着されてもよいことを理解されたい。一実施形態において、基板２０２は、ＰＣＢ、ＧＭＲセンサチップ２８０、電気接点２９０、メモリチップ２７５、必要に応じて設けられるヒーター、および／または、位置合わせ装置２９５を備えてもよい。空気圧制御ポート２３５（カード内の連通チャネルに接続された、カード２１０Ｊの前端２０５の付近に複数のポート２３５のアセンブリとして図２７Ａに示されている）（空気圧／ポンプのインターフェースの一部であってもよい）および位置合わせ装置２９５（例えば、穴）が上面２１８に設けられてもよい。図２７Ｂはカード２１０Ｊの第１層の一例の上面図であり、試薬ウェル２６０、鋭った構造２０、バルブアレイ２３０のバルブ４Ａ〜４Ｄおよびポート２３５Ａ〜２３５Ｅ等の特徴が示されている。一実施形態によれば、バルブアレイ領域２３０における複数のバルブ４Ａ〜４Ｄは、垂直（Ｚ）方向においてろ過膜２２０に対して下に設けられてもよい。別の実施形態では、相対的にろ過膜２２０の上方にバルブアレイ領域２３０を設けてもよい。図２７Ｃは、カード２１０Ｊの第２の層の一例の上面図であり、当該層内の深さにおける蛇行チャネル２４２、ろ過膜２２０、計量チャンバ２４０、廃棄物チャンバ２７０、および、第１の層からの他の部分が示されている。この実施形態における１つの計量チャンバ２４０は、バルブアレイ領域２３０とＧＰＭ２４５との間で縦方向に延在してもよい。チャンバ２４０は、カード２１０Ｊの上面２１８と底面２２２との間のハウジング内の深さ（Ｚ方向）に配置されてもよく、中心線Ａ−Ａに対して片側に設けられてもよい。図２７Ｄは、図２７Ｂおよび図２７Ｃに示された層と共に使用されるカード２１０Ｊの更なる特徴および層を示している。無論、これは一実施形態に係る一例である。層中のチャネル、特徴および層の深さならびに位置は変更可能である。
使用の際には、ピペットを使用して患者のサンプルを注入ポート２１５に装填し、サンプルがろ過膜２２０の表面を横断してベントポート２２５に向かって流れるようにする。磁気ビーズ溶液は試薬ウェル２６０に装填される。あるいは、磁気ビーズ溶液を含むブリスターパックを鋭利な特徴２０（例えばピン）の上に配置して貫通させることにより穴を開け、流体がチャネル３４を通って移動し試薬ウェル２６０に蓄積されるようにしてもよい。カートリッジアセンブリ２００がカートリッジ読み取り機１００に挿入されると、カード外に設けられた空気圧系統３３０はマニホールドを介して空気圧制御ポート２３５に接続される。空気圧制御ポート２３５は、図２７Ａに示すように、カードの前端に設けられてもよい。分析の最初のステップでは、カード外の空気圧系統を使用して、真空および圧力をカードのチャネルに供給し、バルブアレイ領域２３０の特定のバルブ４Ａ−４Ｄに装着されているエラストマーバルブ膜２１２材料の機械的変化を引き出す。バルブ４Ａを開く一方でバルブ４Ｂ−４Ｄを閉じ、ポート２３５Ｄに負圧を加えてサンプルをろ過膜２２０の材料を通過させ、その下の受容領域２２４の収集チャネルに引き込むことから分析が開始される。ろ過されたサンプルはチャネルを通り、バルブ４Ａゲートを通過して計量チャンバ２４０へと流れる。計量チャンバ２４０の内部には、分析に必要とされ、拡散することにより患者サンプルと混合される何らかの乾燥試薬が配置されている。工程が完了したことを外部システム（カートリッジリーダ３１０）に信号で伝えるガス透過性膜２４５Ａを流体が濡らすまで、当該流体はこのチャネルを流れ続ける。分析手順の２番目の工程ではバルブ４Ｃの開放が含まれ、カードの背面／他端にある通気口７（またはポート）を介して計量チャンバ２４０ラインが大気へと開放される。別のバルブ４Ｂも開かれる一方、バルブ４Ａは閉じている。流体は開かれているバルブ４Ｂを横断して計量チャンバ２４０から排出され、蛇行混合特徴２４２を通じて出力ポート２５５へ向かいＧＭＲセンサ２８０（取り付けられた基板２０２上に配置されているが、図示されていない。位置は図２７Ｃに概して示されている）へと供給される。流体は、出口ポート２２５に入り、センサ２８０を通って引き込まれ、その後、入口ポート／入力ポート２５７を通ってカードに戻され、廃棄物チャンバ２７０に貯蔵される。この流体の動きは空気圧ポート２３５Ｅの負圧によって達成され、ガス透過性膜２４５Ｂは、廃棄チャンバ２７０からカード外の空気圧インフラストラクチャに流体が入るのを防止している。分析の第３工程では、開いていたバルブ４Ｂおよび４Ｃを閉じ、バルブ４Ｄを開く。磁性ナノ粒子は出口ポート２２５を介してＧＭＲセンサ２８０に引き込まれ、ＧＭＲセンサから入口ポートまたは入力ポート２５７を介して廃棄物タンク２７０へと排出される。検出段階は、磁性ナノ粒子がＧＭＲセンサを横断して流れ始める時に発生し、分析の完了は廃棄物タンク２７０内の溶液の量がガス透過性膜２４５Ｂを濡らすほどに達した時であり、検査が完了したことがシステムに通知される。
上記の機能に加えて、カード２１０Ｊは、ＧＭＲセンサインターフェースの付近のカードの底部に切り込まれた構造である特徴１３Ａ／Ｂを備えてもよく、これはセンサ上でワイヤボンディングに沿ってエポキシが接触するのを防ぐ目的で設けられる。別の特徴１２は、カートリッジが装着されるＰＣＢ基板上に存在するハードウェアとカートリッジとの接触を防ぐために、カードの底部設けられた切り欠き部である。位置合わせ装置２９５は、カード２１０Ｊの組み立て中（例えば、複数の層の組み立て中）にカートリッジの構成要素を位置合わせするため、ならびに、カートリッジアセンブリ２００をカートリッジ読み取り機１００のカートリッジ受け部１３０（例えば、受けトレイ）の内側に（例えば、中に）配置するために使用される。ブリスターパックを穿刺するために使用される鋭利な特徴２０は、カードの上部２１８の近く、例えば、カードの最上層に配置されてもよい。カード２１０の底部２２２には、ＰＣＢ基板２０２に取り付けられた時にＰＣＢ基板２０２上のカード２１０を支持する複数（例えば、５つ）の支持部１８Ａ〜１８Ｅが設けられてもよい。蛇行混合チャネル２４２は、乾燥試薬と装填されたサンプルとの局所的な混合を促進するように設計されている。
以下の表は、カートリッジのポート２３５Ａ〜２３５Ｅに印加される圧力を示している。「＋」は陽圧を示し、「−」は陰圧を示し、「ｘ」は圧力が加えられていないことを示す。圧力状態２３５Ａ、２３５Ｂおよび２３５Ｃは、カード２１０Ｊ上のエラストマーバルブ２１２を制御するように構成されてもよく、負圧でバルブが開き、正圧でバルブが閉じられる。
Figure 2021193384
更に別の実施形態によれば、読み取り機１００に挿入されたカートリッジアセンブリ２００の一部であるサンプル処理カード２１０を使用して処理するサンプルを準備するために、全血などの患者サンプルが注入ポートを通じてカードに装填される。空気圧ポートを介してデバイスに接続された空気圧マニホールドにより、カードに液体が引き込まれ、バルブポートにより、バルブに使用されているエラストマー部材の開閉が制御される。負圧によって患者のサンプルが膜を透過して引きこまれ、血漿が生成される。血漿は、流体がガス透過性膜に達するまで定量計量チャンバに引き込まれる。３つのＧＰＭ全てが濡れると、カード外に設けられたトランスデューサにより圧力変化が検出される。この時点で、流体に正圧が導入され、計量チャンバから流体がＧＭＲセンサへと押し出される。流体が押されてカードに再び入り、廃棄物タンクに貯留される。カード外の空気圧系統は空気圧ポートを介してバルブ構成を変更することにより、ブリスターパックからの洗浄緩衝液がカードに入り、ＧＭＲセンサを横断して流れ、廃棄物タンクに貯蔵されることを可能にする。磁性ナノ粒子を含むブリスターパックにも同じ手順が使用される。３つの流体全てがカードを通過してＧＭＲセンサおよび廃棄物タンクに入ると、分析が完了する。
別の実施形態では、読み取り機１００に挿入されたカートリッジアセンブリ２００の一部であるサンプル処理カード２１０を使用したサンプル調製技術では、任意の流体である患者のサンプルをろ過膜に装填し、カード外に設けられる空気圧系統により供給される負圧勾配を使用してサンプルを吸引し、洗浄または精製されたサンプルを得ることができる。カードに熱を加えることにより内部に保存されている生体分子の化学的変化を誘発する、または、ＰＣＲなどの分析プロセスの中間工程として加熱を利用してもよい。カードを冷却することにより、処理中の流体の生化学的特性に影響を与える、または、検知前の分析プロセスの一部として冷却を行ってもよい。カード内の流体の混合は、流体に正圧と負圧を選択的に印加して、急な曲がりと垂直の動きで構成されるチャネルジオメトリ全体にわたって流路を作成し、２つの異なる流体が混合されるのを促進することにより実現される。カード上で行われる希釈は、患者のサンプルまたはろ過処理された誘導体を、カードに保存された試薬または緩衝液と混合することにより実現される。混合は、正または負の圧力勾配を利用して２つの流体を共に駆動し、流体を上記のジオメトリに引き込むことにより混合が調整される。このように、患者のサンプルに存在する選択された生体分子の本来の濃度は、混合溶液の総量に比べて低くなる。カード外の空気圧系統によって生成される陽圧または陰圧により媒介されるバルブのエラストマー部材の変化を誘発して、試薬溶液に対して空気圧系統を開くことにより、試薬が添加される。この溶液がカードに引き込まれて、分析に導入される。カード設計によっては、分析の下流で使用するために２つ以上の溶液を組み合わせて化学変化を起こす化学反応領域の領域を指定することができる。必要に応じて、この領域に加熱および冷却操作を適用することもできる。
本明細書に開示されるカートリッジは、異なる種類の層およびレーザーカットされたポリマー材料の層を積層し、図に示されるチャネルジオメトリおよび形状を生成することにより製造され得る。これらの層に加えて、ガス透過性膜、ろ過膜および／またはエラストマー部材領域ならびにバルブをレーザー切断し、カートリッジの指定領域に配置して、必要な機能を提供することができる。しかしながら、カートリッジを製造するために、任意の数の製造方法および／または材料を使用してもよい。
本明細書において開示されるカートリッジは、インターフェース、バルブおよびチャネルを使用して、１つのアプリケーションまたはプロセスの一部として入力される患者の血液サンプルと（格納されている）試薬との自動混合および自動計量を可能にしている。流体の計量およびその後の混合操作は、カートリッジ外に設けられたポンプおよびカートリッジに接続されたコントローラによって完全に制御される。これにより、以前は人間の技術者が必要であった分析プロセスを完全に自動化することができる。形状および流体の動きを標準化することで、システムのより多くの要素を制御できるため、より安定したプラットフォームが可能になる。
また、使い捨てポイント・オブ・ケア（診療現場）カートリッジ使用することにより、結果生成速度を犠牲にすることなく、少量の患者血液サンプルで、より広範囲の検出が可能になる。
更に、開示されたカートリッジの構造的特徴により、複数の分析を並行して実行することを可能にする。
本開示の添付の図面に示されている構造的特徴は、これに限定することを意図していない。例えば、セット数、バルブ、計量チャンバ、膜、混合チャネルおよび／またはポートの数は、示されているものに限定されることを意図していない。いくつかの実施形態では、より多数のチャネルが設けられてもよい。いくつかの実施形態では、より少数のチャネルが設けられてもよい。バルブの数も特に制限されない。また、必ずしも全ての図に描かれているわけではないが、説明されたサンプル処理カード２１０および／または図５〜図２７Ｄのカートリッジアセンブリ２００のそれぞれは、上述した受容領域２２４を含み得ることが理解されるべきである。基板２０２上のメモリチップ２７５の位置はとくに限定されない。本明細書で述べたように、いくつかの実施形態において、サンプル処理カード２１０には、メモリチップ２７５を収容するための切欠き部が設けられてもよい（例えば、メモリチップ２７５が基板２０２の上面に設けられそこから突出しており、カード２１０の底部２２２に対向して配置されてカートリッジアセンブリ２００を構成している場合）。他の実施形態では、メモリチップ２７５の一面が底部２２２に対向して配置されてもよい。同様に、本明細書の一実施形態ならびに図５〜図２７Ｄに示されるように、ＧＭＲセンサチップ２８０ならびにそれに関連する出力ポート２５５および入力ポート２５７の数および位置は、とくに制限されない。また、いくつかの実施形態において、サンプル処理カード２１０には、基板２０２のＧＭＲセンサチップ２８０を収容するための切欠き部が設けられてもよい（例えば、センサが基板２０２の上面に設けられそこから突出しており、カード２１０の底部２２２に対向して配置されてカートリッジアセンブリ２００を構成している場合）。他の実施形態では、（図２Ｄおよび図２Ｅに示すように）ＧＭＲセンサチップ２８０の一面を底部２２２に対向するように配置することができる。
更に別の実施形態では、カートリッジアセンブリ２００は、２０１８年３月１６日に出願された米国特許出願第１５／９２３，２２３号、発明の名称「ＣＡＲＤＩＡＣ ＢＩＯＭＡＲＫＥＲ ＡＳＳＡＹ ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ ＯＲ ＣＡＲＤ（心臓バイオマーカ分析カートリッジまたはカード）」明細書に開示されているように、サンプル処理カード２１０として分析カートリッジを利用してもよく、当該明細書はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
カートリッジは、試薬および患者血液サンプルまたは医療血液サンプルと共に使用されるものとして明細書全体にわたって説明されているが、本明細書で開示されるカートリッジは、血液または医療行為のみでの使用に限定されないことに留意されたい。分離可能および試薬または反応物質と組み合わせ可能な別の流体を、分析のために本明細書に開示されるカートリッジで使用してもよい。
一実施形態によれば、記載されたバルブ制御および流体計量法は、他のカード設計に対しても同様に適用および利用することができる。すなわち、加圧空気を介した空気圧動作および空気圧制御のためのポンプおよび／またはコントローラを使用することと共に、チャネルおよび／またはエラストマー部材（撓み部分）を他のカード設計に適用することができる。したがって、チャネルの数と種類は、図示された設計に限定されない。実際、サンプル処理カード設計の追加の実施形態について、図５〜図２７Ａを参照して説明されている。
本明細書全体で使用された、カード２１０および／またはカートリッジアセンブリ２００について「使用の際」、「使用の間」等の言及は、カートリッジ読み取り機１００に挿入されたカートリッジアセンブリ２００が、これらの間に（たとえば、電気接点部２９０および空気圧インターフェースを介した）電気的および空気圧的接続が確立されている状態であることを指す。
図５〜図２７Ｄを参照して説明した処理中の磁場の印加とは、前述の磁場発生器３６０および／またはカートリッジ読み取り機１００内に設けられた第２の磁場発生器を利用することを指す。
本開示の添付の図面に示されている構造的特徴は、これに限定することを意図していない。例えば、セット数、バルブ、計量チャンバ、膜、混合チャネルおよび／またはポートの数は、示されているものに限定されることを意図していない。いくつかの実施形態では、より多数のチャネルが設けられてもよい。いくつかの実施形態では、より少数のチャネルが設けられてもよい。バルブの数も特に制限されない。
カートリッジアセンブリ２００およびサンプル処理カード２１０は、試薬および患者血液サンプルまたは医療血液サンプルと共に使用されるものとして明細書全体にわたって説明されているが、本明細書で開示されるカートリッジは、血液と共に使用されることまたは医療行為のみでの使用に限定されないことに留意されたい。分離可能および試薬または反応物質と組み合わせ可能な別の流体を、分析のために本明細書に開示されるカートリッジで使用してもよい。唾液、尿、糞便のサンプル、上皮スワブ、眼液、口等からの生検（固体および液体の両方）、都市の飲料水、水道水、下水廃棄物、海水、湖水等の水サンプルといった、他のサンプルを使用してもよい。
図２８は、一実施形態に係るカートリッジリーダ３１０の機能ブロックを概略的に示している。図２８に示すように、カートリッジリーダ３１０は、サンプル調製制御部と信号処理部に大別することができる。メモリ読み込みユニット１３１０およびサンプル調製制御ユニット１３２０により、サンプル調製制御部が構成されている。メモリ読み込みユニット１３１０は、カートリッジアセンブリ２００がカートリッジリーダ３１０に挿入されたことを示す信号を受信すると、カートリッジアセンブリ２００上のメモリチップ２７５に格納された情報を読み取るように構成される。サンプル調製制御ユニット１３２０は、メモリチップ２７５から読み出された情報に基づいて空気圧制御信号を生成し、それを空気圧系統３３０に送信するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、カートリッジアセンブリ２００のカートリッジリーダ３１０への挿入が認識されると、カートリッジアセンブリ２００によって指示信号が生成され、挿入イベントを通知するべく当該信号がメモリ読み込みユニット１３１０に送られる。これに代えて、他の実施形態では、このような指示信号は、カートリッジリーダ３１０の他の構成要素によって作成され、メモリ読み込みユニット１３１０に送信されてもよい。
カートリッジリーダ３１０の信号処理機能は、主に信号プロセッサ１３３０によって実行される。信号プロセッサ１３３０は、電気素子を制御し信号を準備および収集し、検出結果を処理、表示、保存および／または外部システムに中継するように構成されてもよい。例えば、信号プロセッサ１３３０は、磁場発生器３６０を制御する制御信号を生成するように動作し、その結果、カートリッジアセンブリ２００内のＧＭＲセンサにおいて磁界が励起される。カートリッジアセンブリ２００のＧＭＲセンサおよびカートリッジアセンブリ２００内に配置された少なくとも１つの基準抵抗器および／または信号プロセッサ１
３３０から測定信号を受信した後、信号プロセッサ１３３０は測定信号を処理して被検物質の検出検査結果を取得する。表示制御ユニットユニット１２０を介して、検査結果を一体化されたディスプレイまたは外部ディスプレイに表示することができる。更に、信号プロセッサ１３３０は、ユーザからの命令を受信するためにユーザーインターフェース１４０に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、信号プロセッサ１３３０は、通信ユニット３４０および／または診断ユニット３５０に接続されて、検査結果単独または他の外部の利用可能なデータと組み合わせた評価および診断を可能にしてもよい。
図２９は、一実施形態に係るカートリッジリーダ３１０のプロセスのフローチャートである。図２９に示されるように、ステップ１４１０において、カートリッジリーダ３１０は、システム設定プロファイルおよび／またはユーザがユーザーインターフェース１４０を介して入力した命令に基づいて動作モードを初期化することにより、動作を開始する。次に、ステップ１４２０において、カートリッジアセンブリ２００がカートリッジリーダ３１０に挿入されたことを示す信号を待つ。この信号は、挿入の認識時に、カートリッジアセンブリ２００またはカートリッジリーダ３１０のいずれかによって生成されてもよい。この信号を受信すると、ステップ１４３０において、カートリッジリーダ３１０はカートリッジアセンブリ２００上のメモリチップ２７５を読み出す。次に、ステップ１４４０において、カートリッジリーダ３１０は読み出された情報に基づいて制御信号を生成し、検査されるサンプルの調製に使用される空気圧制御のために、この制御信号を空気圧系統３３０に送信する。ステップ１４５０において、カートリッジリーダ３１０はＧＭＲセンサおよび少なくとも１つの基準抵抗器において測定信号を準備し、当該信号を受信する。次に、ステップ１４６０において、カートリッジリーダ３１０は受信した測定信号を処理して検査結果を生成する。最後に、ステップ１４７０において、カートリッジリーダ３１０は、生成された検査結果を表示制御ユニット１２０に送信し、ユーザに対して表示する。
図３０は、一実施形態に係る信号プロセッサ１３３０の機能ブロックを概略的に示している。図３０に示されるように、信号プロセッサ１３３０は、システムオペレーションイニシャライザ１５１０、設定プロファイル１５２０、信号処理制御ユニット１５３０、信号準備ユニット１５４０、信号処理ユニット１５５０および必要に応じて設けられるデータストレージ１５６０を含んでもよい。システムオペレーションイニシャライザ１５１０は、設定プロファイル１５２０から読み取られたシステム設定情報および／またはユーザーインターフェース１４０を介して受信した命令に基づいて、システム動作環境をセットアップして信号プロセッサ１３３０の機能を初期化するように構成される、特に、信号処理制御ユニット１５３０の機能を初期化するように構成される。信号処理制御ユニット１５３０は、例えば、信号準備ユニット１５４０および信号処理ユニット１５５０を制御するための制御信号を生成するように動作する。また、信号処理制御ユニット１５３０は、ディスプレイ上の表示制御ユニット１２０を介して検出結果の表示を制御し、信号処理制御ユニット１５５０と通信ユニット３４０および／または診断ユニット３５０との間のデータ通信を制御するように動作してもよい。いくつかの実施形態では、信号準備ユニット１５４０は、信号処理制御ユニット１５３０の制御下で、測定回路を準備し、ＧＭＲセンサに印加されるＡＣ磁場を励起し、測定回路に印加されるキャリア信号を作成し、増幅およびアナログデジタル変換後の測定信号を信号処理ユニット１５５０に供給するように構成され得る。信号処理ユニット１５５０は、検出結果を解析的に解くことにより受信した測定信号を処理し、検出結果を信号処理制御ユニット１５３０に送信するように構成されてもよい。更に、いくつかの実施形態では、結果のデータは、必要に応じて設けられるデータストレージ１５６０に保存されてもよい。
図３１は、一実施形態に係るカートリッジリーダ１３３０のプロセスのフローチャートである。図３１に示すように、最初に、ステップ１６１０において、設定プロファイルからシステム設定情報を読み取りおよび／またはユーザーインターフェース１４０を介してユーザの指示を受信して、システム動作環境を初期化する。次に、ステップ１６２０において、信号準備ユニット１５４０および信号処理ユニット１５５０の動作を管理するために、信号処理制御ユニット１５３０によって一連の制御信号が生成される。ステップ１６３０において、ＧＭＲセンサおよび少なくとも１つの基準抵抗器からの測定信号を準備するべく、信号処理制御ユニット１５３０からの制御信号に基づいて信号準備ユニット１５４０により測定回路が構築される。次に、ステップ１６４０において、準備された測定信号が信号処理ユニット１５５０によって処理され、被検物質検出の検査結果の値が求められる。最後に、ステップ１６５０において、生成された検査結果が信号処理ユニット１５５０から表示制御ユニット１２０に送信されて、ユーザに表示される。
一実施形態では、検査サンプルを準備し当該検査サンプル中の被検物質をセンサを使用して検出するカートリッジアセンブリを提供する。カートリッジアセンブリは、サンプル処理カードを備える。サンプル処理カードは、前記カードの本体内に前記検査サンプルを受け取るための注入ポートと、前記検査サンプルを受容するための少なくとも１つの計量チャンバと、１つまたは複数の混合材料を前記少なくとも１つの計量チャンバに導入するための混合材料源と、前記注入ポートおよび前記混合材料源を前記少なくとも１つの計量チャンバに流体接続する流体連通チャネルと、前記検査サンプルおよび前記１つまたは複数の混合材料を前記センサに送達するべく、前記少なくとも１つの計量チャンバに流体接続された少なくとも１つの出力ポートと、を備える。前記カートリッジアセンブリはまた、前記サンプル処理カードに取り付けられた基板を備える。前記基板は、前記検査サンプル中の被検物質を検出し、前記少なくとも１つの出力ポートを介して前記検査サンプルおよび前記１つまたは複数の混合材料を受け取るように構成されているセンサと、読み取り機との電気接続を確立するように構成された電気接点部と、前記サンプル処理カード内の前記検査サンプルの処理に関する情報を格納するためのメモリチップと、に関連付けられている。前記カートリッジアセンブリは、空気圧インターフェースを更に備え、前記空気圧インターフェースは、少なくとも１つの空気圧制御ポートと、前記少なくとも１つの計量チャンバに流体接続された対応する連通チャネルとを備え、前記空気圧インターフェースは、前記カートリッジ読み取り機のオフボード空気圧システムに接続するように構成されており、前記空気圧インターフェースは、前記サンプル処理カードへ正圧および負圧の加圧流体を適用することにより、前記検査サンプルおよび前記１つまたは複数の混合材料を移動させるように構成されている。前記メモリチップは、少なくとも前記検査サンプルを前記サンプル処理カードから前記センサへと送達させるべく、前記空気圧インターフェースに選択的に圧力を印加するための工程および設定を含む空気圧系統プロトコルを格納してもよい。
ある実施形態において、前記サンプル処理カードは更に、１つまたは複数の廃棄物チャンバを備え、前記１つまたは複数の廃棄物チャンバは、１つまたは複数の連通チャネルを介して、前記少なくとも１つの計量チャンバもしくは前記センサからの入力ポートまたはその両方に流体接続されている。
ある実施形態において、前記サンプル処理カードは更に、前記少なくとも１つの計量チャンバに流体接続されたガス透過性膜を備え、前記ガス透過性膜は、大気を受け取り、前記サンプル処理カードへと当該大気を送達するように構成されている。
ある実施形態において、前記サンプル処理カードは、前記検査サンプルと前記１つまたは複数の混合材料とを実質的に均質な混合物へと混合するための少なくとも１つの混合チャネルを更に備え、前記混合チャネルは、前記少なくとも１つの計量チャンバに選択的に接続され、前記少なくとも１つの出力ポートを介して前記実質的に均質な混合物を前記センサへと送達するように構成される。
ある実施形態において、前記少なくとも１つの混合チャネルは、前記サンプル処理カードの縦軸に対して階段状の構成を含む。
ある実施形態において、前記サンプル処理カードには、ベントポートが設けられてもよい。前記ベントポートは大気に開放されて、前記サンプル処理カードから空気を排気するように構成される。
ある実施形態において、前記サンプル処理カードは、前記注入ポートに注入された前記検査サンプルをろ過するためのろ過膜を更に備える。
ある実施形態において、混合材料源は、ブリスターパック、貯蔵チャンバ、カートリッジおよびウェルのうちの１つまたは複数である。
ある実施形態において、前記１つまたは複数の混合材料は、試薬、緩衝液およびビーズ溶液のうちの１つまたは複数を含む。
ある実施形態において、前記サンプル処理カードは、複数のバルブを更に備える。前記複数のバルブは前記サンプル処理カード内の前記連通チャネルに接続され、前記複数のバルブのそれぞれが開位置と閉位置との間で動くように構成されることにより、接続された連通チャネルへの流体連通が開閉される。ある実施形態において、前記複数のバルブそれぞれは、前記開位置と前記閉位置との間で動くように構成されたエラストマー撓み部分を有する。いくつかの実施形態では、空気圧インターフェースは、複数のバルブのうちの１つまたは複数に加圧空気を送達し当該１つまたは複数のバルブを開位置と閉位置との間で動かすように構成される１つまたは複数のバルブ制御ポートを更に備える。
いくつかの実施形態では、センサは巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサを含む。
ある実施形態において、前記基板は、前記読み取り機との電気接続が確立されると、前記センサ、前記電気接点パッドおよびメモリチップ間の通信を確立するように構成されたプリント回路基板を含む。
いくつかの実施形態では、基板は、サンプル処理カードに貼り付けられた積層体を含む
いくつかの実施形態において、空気圧インターフェースは、サンプル処理カード上に設けられる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの空気圧制御ポートは、サンプル処理カードの上面に設けられる。
ある実施形態において、前記カートリッジアセンブリと前記読み取り機との位置合わせのための位置合わせ装置を更に備える。
ある実施形態において、蛇行チャネルが前記カートリッジアセンブリの前記サンプル処理カードに設けられ、蛇行チャネルは前記混合チャネルに接続される。
ある実施形態において、前記サンプル処理カードは複数の層を含み、前記少なくとも１つの計量チャンバおよび前記混合材料源は、同じ層上に設けられる。
ある実施形態において、前記サンプル処理カードは複数の層を含み、前記少なくとも１つの計量チャンバは、前記混合材料源が設けられる層とは別個の層上に設けられる。
ある実施形態において、前記サンプル処理カードは複数の層を含み、前記少なくとも１つの計量チャンバは、前記１つまたは複数の廃棄物チャンバが設けられる層とは別個の層上に設けられる。
ある実施形態において、前記サンプル処理カードは複数の層を含み、前記少なくとも１つの計量チャンバおよび前記ろ過膜は、同じ層上に設けられる。
ある実施形態において、前記サンプル処理カードは複数の層を含み、前記少なくとも１つの計量チャンバおよび前記複数のバルブは、同じ層上に設けられる。
ある実施形態において、前記サンプル処理カードは複数の層を含み、前記１つまたは複数の廃棄物チャンバおよび前記複数のバルブは、同じ層上に設けられる。
ある実施形態において、前記基板上に加熱器が設けられる。
ある実施形態において、前記カートリッジアセンブリを使用する方法は、前記注入ポートに前記検査サンプルを注入する工程と、前記読み取り機との前記電気的接続を確立する工程と、前記オフボード空気圧系統を使用して前記空気圧インターフェースに加圧空気を選択的に印加し、前記検査サンプルおよび前記１つまたは複数の混合材料を前記連通チャネル内で移動させて前記センサへと供給する工程と、を備える。
上記の例示的な実施形態において本開示の原理が明確にされたが、本開示の実施に使用
される構造、配置、比率、要素、材料および構成要素に対して様々な変形を加えることが可能であることは当業者であれば理解できる。
従って、そのような変形例であっても本開示の特徴は完全におよび有効に達成されるだろう。上記の好ましい具体的な実施形態は、本開示の機能的および構造的な原理を例示することを目的として説明および図示したものであり、そのような原理の範囲内において変更され得る。従って、本開示は、添付の特許請求の範囲の精神および範囲に含まれる全ての変形例について包含する。

Claims (23)

  1. 検査サンプルを準備し、前記検査サンプル内の被検物質を検知するためのカートリッジアセンブリであって、前記カートリッジアセンブリは、
    センサを含む基板と、
    前記基板に取り付けられたサンプル処理カードであって、前記サンプル処理カードは、
    前記サンプル処理カードの本体内に前記検査サンプルを受け取るためのサンプルポートと、
    前記サンプル処理カードのベントポートであって、前記ベントポートは、大気に開放されており、前記サンプル処理カードから空気を排気するように構成されている、ベントポートと、
    前記検査サンプルを受け取るための少なくとも１つの計量チャンバと、
    前記検査サンプルと、前記サンプル処理カード内のその他の流体とを誘導するための複数のバルブと、
    前記検査サンプルを前記センサに送達するために前記少なくとも１つの計量チャンバに流体接続された少なくとも１つの出力ポートと
    を含む、サンプル処理カードと
    を備え、
    前記センサは、前記検査サンプル内の被検物質を検知するように構成されている、カートリッジアセンブリ。
  2. 前記基板は、読み取り機との電気接続を確立するように構成された電気接点部と、前記サンプル処理カード内の前記検査サンプルの処理に関する情報を格納するためのメモリチップとをさらに含む、請求項１に記載のカートリッジアセンブリ。
  3. 前記基板は、ｉ）接着剤材料を用いて前記サンプル処理カードに取り付けられているか、ｉｉ）前記サンプル処理カードに適用された積層された層であるか、ｉｉｉ）サンプル処理カードに積層されたフレキシブル回路であるか、ｉｖ）セラミック材料から製造されているか、またはｖ）前記サンプル処理カードに機械的に位置合わせされ、接続されている、請求項１または２のいずれかに記載のカートリッジアセンブリ。
  4. 前記サンプル処理カードは、前記サンプルポートに注入された前記検査サンプルをろ過するためのろ過膜をさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載のカートリッジアセンブリ。
  5. 前記複数のバルブは、前記サンプル処理カード内の１つ以上の連通チャネルに接続されており、前記バルブの各々は、開位置と閉位置との間で移動するように構成されており、これにより、それぞれ、接続された連通チャネルへの流体連通を開放し、接続された連通チャネルへの流体連通を閉鎖する、請求項１〜４のいずれかに記載のカートリッジアセンブリ。
  6. 前記複数のバルブの各バルブは、開位置と閉位置との間で移動するように構成されたエラストマー撓み部分を含む、請求項１〜５のいずれかに記載のカートリッジアセンブリ。
  7. 前記サンプル処理カードは、複数の層を含み、前記少なくとも１つの計量チャンバおよび混合材料源は、同じ層上に設けられている、請求項１〜６のいずれかに記載のカートリッジアセンブリ。
  8. 前記サンプル処理カードは、複数の層を含み、前記少なくとも１つの計量チャンバは、混合材料源と比較して別個の層上に設けられている、請求項１〜７のいずれかに記載のカートリッジアセンブリ。
  9. 前記サンプル処理カードは、複数の層を含み、前記少なくとも１つの計量チャンバは、１つ以上の廃棄物チャンバと比較して別個の層上に設けられている、請求項１〜８のいずれかに記載のカートリッジアセンブリ。
  10. 前記サンプル処理カードは、複数の層を含み、前記少なくとも１つの計量チャンバおよびろ過膜は、同じ層上に設けられている、請求項１〜９のいずれかに記載のカートリッジアセンブリ。
  11. 前記サンプル処理カードは、複数の層を含み、前記少なくとも１つの計量チャンバおよび前記複数のバルブは、同じ層上に設けられている、請求項１〜１０のいずれかに記載のカートリッジアセンブリ。
  12. 前記サンプル処理カードは、前記サンプル処理カード内に１つ以上の廃棄物チャンバをさらに含み、前記１つ以上の廃棄物チャンバは、１つ以上の連通チャネルを介して、前記少なくとも１つの計量チャンバ、前記センサからの入力ポート、またはそれらの両方のいずれかに流体接続されている、請求項１〜１１のいずれかに記載のカートリッジアセンブリ。
  13. 前記サンプル処理カードは、複数の層を含み、前記１つ以上の廃棄物チャンバおよび前記複数のバルブは、同じ層上に設けられている、請求項１２に記載のカートリッジアセンブリ。
  14. 前記サンプル処理カードは、１つ以上の混合材料を前記少なくとも１つの計量チャンに導入するための混合材料源と、前記サンプルポートおよび前記混合材料源を前記少なくとも１つの計量チャンバに流体接続する流体連通チャネルとをさらに含み、前記少なくとも１つの出力ポートは、前記検査サンプルおよび前記１つ以上の混合材料を前記センサに送達する、請求項１〜１３のいずれかに記載のカートリッジアセンブリ。
  15. 前記センサは、前記少なくとも１つの出力ポートを介して前記検査サンプルおよび前記１つ以上の混合材料を受け取る、請求項１４に記載のカートリッジアセンブリ。
  16. 前記サンプル処理カードは、前記検査サンプルと前記１つ以上の混合材料とを実質的に均質な混合物へと混合するための少なくとも１つの混合チャネルをさらに含み、前記少なくとも１つの混合チャネルは、前記少なくとも１つの計量チャンバに選択的に接続され、前記少なくとも１つの出力ポートを介して前記実質的に均質な混合物を前記センサに送達するように構成されている、請求項１４または１５に記載のカートリッジアセンブリ。
  17. 前記少なくとも１つの混合チャネルは、前記サンプル処理カードの縦軸に対して階段状の構成を含む、請求項１６に記載のカートリッジアセンブリ。
  18. 空気圧インターフェースであって、前記空気圧インターフェースは、少なくとも１つの空気圧制御ポートと、前記サンプル処理カードの前記少なくとも１つの計量チャンバに流体接続された対応する連通チャネルとを含む、空気圧インターフェース
    をさらに備え、
    前記空気圧インターフェースは、読み取り機のオフボード空気圧システムに接続するように構成されており、前記空気圧インターフェースは、前記サンプル処理カードへの正圧および負圧の加圧流体の適用を可能にすることにより、前記検査サンプルおよび１つ以上の混合材料を連通チャネル内で前記センサへと移動させるように構成されており、メモリチップは、前記空気圧インターフェースに圧力を選択的に適用することにより、少なくとも前記検査サンプルを前記サンプル処理カードから前記センサに送達するための工程および設定を含む空気圧系統プロトコルを格納している、請求項１〜１７のいずれかに記載のカートリッジアセンブリ。
  19. 空気圧インターフェースであって、前記空気圧インターフェースは、少なくとも１つの空気圧制御ポートと、前記サンプル処理カードの前記少なくとも１つの計量チャンバに流体接続された対応する連通チャネルとを含む、空気圧インターフェース
    をさらに備え、
    前記空気圧インターフェースは、読み取り機のオフボード空気圧システムに接続するように構成されており、前記空気圧インターフェースは、前記サンプル処理カードへの正圧および負圧の加圧流体の適用を可能にすることにより、前記検査サンプルを前記センサへと移動させるように構成されている、請求項１〜１８のいずれかに記載のカートリッジアセンブリ。
  20. 前記空気圧インターフェースは、前記サンプル処理カード上に設けられている、請求項１８または１９の記載のカートリッジアセンブリ。
  21. 前記空気圧インターフェースは、前記複数のバルブのうちの１つ以上に加圧空気を送達することにより、前記複数のバルブのうちの前記１つ以上を開位置と閉位置との間で移動させるように構成された１つ以上のバルブ制御ポートをさらに含む、請求項１８または１９に記載のカートリッジアセンブリ。
  22. カートリッジシステムであって、
    カートリッジ読み取り機であって、
    請求項１〜２１のいずれかに記載のカートリッジアセンブリを受け取るためのカートリッジ受け部と、
    インターフェースと、
    ディスプレイと
    を含む、カートリッジ読み取り機
    を備え、
    前記カートリッジ読み取り機は、前記検査サンプルを処理し、前記検査サンプルに関するリアルタイムフィードバックを提供するために、前記カートリッジアセンブリを受け取るように構成されている、カートリッジシステム。
  23. 請求項１〜２２のいずれかに記載のカートリッジアセンブリを使用する方法であって、前記方法は、
    前記検査サンプルを前記サンプルポートへと注入することと、
    読み取り機との電気接続を確立することと、
    オフボード空気圧システムを使用して加圧空気を空気圧インターフェースに選択的に適用することにより、前記検査サンプルおよび前記１つ以上の混合材料を連通チャネル内で前記センサへと移動させることと
    を含む、方法。




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