JP2022525133A - 診療地点濃度分析器 - Google Patents

Abstract

分析器システムは、サンプルを受容するように構成される、カートリッジを含む。カートリッジは、サンプルの標的被分析物を単離し、サンプル内の標的被分析物の数量に比例する第１の標識の数量を収集するための複数のチャンバを有する。本システムは、第１の電磁放射線源、第１の検出器、およびコントローラを伴う分析器を含む。第１の電磁放射線源は、電磁放射線を提供し、カートリッジの検出チャンバ内に照会空間を形成するように構成される。第１の検出器は、第１の標識が照会空間内に存在する場合、第１の標識によって照会空間内で放出される電磁放射線を検出するように構成される。コントローラは、第１の検出器によって検出される電磁放射線に基づいて、サンプル内の標的被分析物の存在を識別するように構成される。

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、２０１９年３月１２日に出願された、米国仮特許出願第６２／８１７，４３３号の利益を主張する。

本発明は、概して、非常に低い濃度で存在し得る具体的標的被分析物の量を単離、標識、検出、および決定するためのサンプルの自動サンプル処理、測定、ならびに分析に関する。

疾患の根本的原因および進行の多数の研究ならびに理解の進歩は、感染性病原体の検出または適切な治療に結び付けられる早期の障害の検出が、臨床転帰を実質的に改良することを示している。投与および解釈するために訓練を受けた専門家を要求する、解剖学的結像のような高価な症状の測定の使用をかつて要求した、多くの症状は、現在、具体的バイオマーカの存在および／または濃度を介して、細胞ならびに分子レベルで診断されることができる。これらのバイオマーは、病状または感染症に極めて特異的である、上方もしくは下方調整されたタンパク質、核酸、または他の分子を含む。

多くの場合、正しい治療のタイミングおよび投与が患者転帰のために重要である、診療地点においてある症状を診断することが望ましい。これは、患者が、急性心筋梗塞（ＡＭＩ）、急性非代償性心不全、肺塞栓症、敗血症、または適時の応答を要求する他の症状を被っている場合がある、外傷センターの救急処置設定で特に当てはまる。非救急設定では、迅速な所要時間もまた、特に、隔離が要求され得る、クロストリジウム・ディフィシレ感染症のような感染性の高い疾患の場合に望ましい。しかしながら、医師の診療室または小売店舗内の診療所でさえも、抗生物質を投与することに先立って、症状がウイルス性または細菌性であるかどうかを決定することは、極めて有益である。

いくつかの病状では、バイオマーカまたは着目被分析物の濃度が、比較的に高く、単純な低コスト側方流デバイスが、サンプル処理および読出のために採用され得る。サンプルと相互作用する、これらのデバイスおよび消耗構成要素は、非常に低コストであり、診療地点における訓練を比較的に殆どまたは全く伴わずに迅速に使用されることができる。しかしながら、側方流型検査はまた、客観的リーダシステムがストリップを測定するために使用される場合でさえも、最低限度の品質の定量的測定を行う不良な精度に悩まされる傾向がある。また、疾患または感染症の段階に応じて、標的被分析物の濃度は、多くの場合、低すぎて、血液、尿、唾液、または他のサンプルタイプ内で側方流を用いて検出することができない。

これらの場合において、サンプル処理および読出は、より複雑である。これは、多くの場合、濃度を査定するための精密な計測、標的被分析物の損失を回避するための高い効率、および精製プロセスにおける一次ステップとしての遠心分離を要求する。遠心分離以外に、付加的精製ステップは、典型的には、標的被分析物バイオマーカに結合するための相補配列または構造を伴う結合パートナまたは分子を含有する、試薬を用いたインキュベーションを含む。これらの結合パートナは、それらの表面上の相補分子または形質導入標識に共役した分子、もしくは両方を伴うマイクロまたはナノ粒子等の基質であってもよい。いったん結合が生じると、付加的プロセスステップが、次いで、標的被分析物を洗浄し、さらに単離し、測定に先立って、それを新鮮な緩衝溶液内に懸濁させる、またはそれを清潔な表面上に置くために、講じられなければならない。これらの処理ステップを実施するために、遠心分離機、ミキサ、インキュベータ、精密ピペッタ、および熱循環装置を含む、複数のデバイスが、使用され、サンプルは、多くの場合、複数の使い捨て先端、管、プレート、および他のサンプルコンテナ等を用いて、処理ステップの合間に移送および計測される。いったん処理が完了すると、極めて敏感かつ極めて精密な器具が、処理されたサンプルを測定し、標的被分析物の存在および／または存在量を決定するために使用される。

低濃度バイオマーカの分析は、いくつかの形態をとり得るが、一般に、サンプルの処理および測定は、以下の主要な特性を有する。
１．他のサンプル成分からの標的被分析物の第１の単離を実施するための分離ステップ
２．結合パートナおよび試薬の導入
３．標的被分析物を標識し、基質に結合するための混合およびインキュベーション
４．緩衝剤の導入および非結合標識および他の汚染物質を洗い流すためのステップ
５．処理の間の精密な計測およびサンプル格納のための無菌コンテナ
６．サンプル移送の効率的かつ精密な手段
７．標的被分析物の存在および存在量を測定するための高い感度ならびに精度を提供する測定の手段

現在、低濃度バイオマーカの処理および測定は、訓練を受けたスタッフによって、または集中的場所における極めて特殊な機器の使用により、行われなければならない。その結果として、サンプル入手から結果までの所要時間は、長く、計装コストは、高く、測定は、診療地点において行われることができない。

故に、本発明者らは、低濃度バイオマーカ処理および測定に関して上記に列挙される主要な特性に対処し得る、改良された技法が望ましいことを認識している。本技法は、最小限の消耗品、精密な計測、速い所要時間を伴い、従来技術の限界を克服する感度を伴う診療地点環境のために好適なはずである。

米国特許第８，２６４，６８４号および米国特許出願公開第２０１６／０１７８５２０号（それぞれ、参照することによって本明細書に組み込まれる）は、極めて敏感な検出を達成した、以前のシステムを説明している。本開示は、本分野内でさらなる開発を提供する。

本明細書に開示されるものは、サンプルの標的被分析物の検出のための分析器システム、カートリッジ、および方法である。有益なこととして、分析器システムの実施形態は、診療地点において提供され得るように、分析器が縮小されたサイズであることを可能にする、サンプルを処理および分析するためのコンパクトなカートリッジを使用する。

したがって、第１の側面では、本開示は、
サンプルを受容するように構成される、カートリッジであって、サンプルの標的被分析物を単離し、サンプル内の標的被分析物の数量に比例する第１の標識の数量を収集するための複数のチャンバを含む、カートリッジと、
電磁放射線を提供し、カートリッジの検出チャンバ内に照会空間を形成するように構成される、第１の電磁放射線源と、
第１の標識が照会空間内に存在する場合、第１の標識によって照会空間内で放出される電磁放射線を検出するように構成される、第１の検出器と、
第１の検出器によって検出される電磁放射線に基づいて、サンプル内の標的被分析物の存在を識別するように構成される、コントローラと、
を備える、分析器システムを提供する。

本側面ならびに他の側面、利点、および代替物が、以下の発明を実施するための形態を熟読することによって、当業者に明白となるであろう。

付随する図面は、本開示の方法およびデバイスのさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。図面は、必ずしも一定の縮尺ではなく、種々の要素のサイズが、明確にするために歪曲され得る。図面は、本開示の１つまたはそれを上回る実施形態を図示し、説明とともに、本開示の原理および動作を解説する役割を果たす。

図１は、本開示のある実施形態による、高感度分析器の概略斜視正面図である。

図２は、図１の分析器の概略斜視後面図である。

図３は、図１の分析器で使用される光学システムの概略斜視図である。

図４は、遠心分離機を含む、図１の分析器の一部の概略斜視図である。

図５は、マニホールド含む、図１の分析器の一部の概略斜視上面図である。

図６は、図５のマニホールドの概略斜視底面図である。

図７は、対物レンズを含む、図１の分析器の一部の概略側面図である。

図８は、図１の分析器の流体システムの概略的描写である。

図９は、本開示のある実施形態による、カートリッジの概略上面図である。

図１０は、本開示のある実施形態による方法の第１の事例における本開示のある実施形態による別のカートリッジの概略上面図である。

図１１は、本開示のある実施形態による方法の第２の事例における図１０のカートリッジの概略上面図である。

図１２は、本開示のある実施形態による方法の第３の事例における図１０のカートリッジの概略上面図である。

図１３は、本開示のある実施形態による方法の第４の事例における図１０のカートリッジの概略上面図である。

図１４は、本開示のある実施形態による方法の第５の事例における図１０のカートリッジの概略上面図である。

図１５は、本開示のある実施形態による方法の第６の事例における図１０のカートリッジの概略上面図である。

図１６は、本開示のある実施形態による方法の第７の事例における図１０のカートリッジの概略上面図である。

図１７は、本開示のある実施形態による方法の第８の事例における図１０のカートリッジの概略上面図である。

図１８は、本開示のある実施形態による方法の第９の事例における図１０のカートリッジの概略上面図である。

図１９は、本開示の別の実施形態による、カートリッジの概略上面図である。

図２０は、磁気ステージを含む、図１の分析器の一部の概略側面図である。

図２１は、本開示のある実施形態による、磁石を利用する洗浄動作における種々のステップの概略側面図である。

図２２は、本開示のある実施形態による、磁石を利用する別の洗浄動作における種々のステップの概略側面図である。

以下の発明を実施するための形態は、本発明による、方法およびシステムの例示的実施形態の概観を提示する。本概観の後には、本発明に関連して、方法、システム、および装置の種々の例示的実施形態のさらなる説明が続く。
（例示的実施形態の概観）
分離および計測

本発明は、標的被分析物を単離し、それらの濃度を決定するためのサンプル処理および分析システムを対象とする。図９－１９に示されるような単一の消耗円盤１５０の形態のカートリッジが、測定の間に、結果として生じる処理されたサンプルの全てのサンプル処理、計測、および格納のために使用されてもよい。処理は、原サンプルに含有される濃厚要素を沈降させるための円盤の高速回転を伴う。図１１に示されるような初期遠心分離ステップの間に、サンプル１５２は、サンプルチャンバ１５８から図１２に示される分離チャンバ１６１、１６２に移送される。カートリッジ１５０は、次いで、分離面積１６２の中に濃厚要素を分離するように、より高速、例えば、７，０００ｒｐｍにおいて回転される。分離面積１６１内の結果として生じる上清は、次いで、結合パートナから成る試薬を含有する混合チャンバ１７５に移送される。分離チャンバ１６１および混合チャンバ１７５の容積、ならびに上清の移送の方法は、精度を維持するために、処理で使用されるサンプルの量を計測するように作用する。沈降プロセスおよび移送は、処理品質制御カメラによって結像され、適切な分離および計測を確実にするように、処理の間に分析されてもよい。
試薬および結合パートナ

結合パートナは、図１３に示される乾燥試薬または凍結乾燥ペレット１８０の形態であり得る、いくつかの種を含み、混合チャンバ内に貯蔵されてもよい。第１の種は、標的被分析物に特異的な結合部位を有する分子で官能化される、常磁性ビーズ基質である。結合パートナの第２の種は、標的被分析物の別個かつ明確に異なる部分に特異的な結合部位を伴って分子に共役した蛍光標識を含む。試薬内の別の成分は、標的被分析物を含有する患者サンプルでは見出されないであろう、工学的タンパク質または他の分子から成る対照被分析物を含んでもよい。対照被分析物に関連するものは、常磁性捕捉ビーズおよび標識の第１のセットが標的被分析物に特異的である同一の様式で、対照被分析物上の結合部位に特異的である、常磁性捕捉ビーズおよび標識の別のセットである。対照は、標的被分析物と同一のプロセスおよび測定を受けるであろう。しかしながら、対照の量は、標的被分析物と異なり、プロセスの前に精密に把握される。したがって、対照が測定されるとき、濃度が先験的に把握されるため、サンプル処理およびプロセスの非精密度を正規化するための手段の有効性のモニタとしての役割を果たすことができる。
混合およびインキュベーション

いったん上清および試薬が混合チャンバに入ると、円盤１５０が、ゆっくりであるが可変ｒｐｍにおいて回転するであろう、混合プロセスが生じるであろう。具体的には、円盤は、制御された率において回転して加速および減速し、回転の間に好ましい運動プロファイルを実行するであろう。図１３に示されるように、真鍮またはガラス等のサンプルよりも高い密度の混合ボール１７６もまた、混合チャンバ内に組み込まれてもよい。有益なこととして、カートリッジの加速および減速は、上清を通して移動するようにボールを誘発し、乾燥試薬の溶解および分配を促進し、全ての試薬および標的被分析物の均質な混合物を確実にするであろう。混合チャンバ幾何学形状は、回転の中心から実質的に一定の半径に沿って構成されてもよい。さらに、本チャンバは、混合およびインキュベーションをさらに促進するため、かつ混合物が混合プロセスの間に混合チャンバ内に留まることを確実にするための種々の特徴を含有してもよい。混合プロセスの結果は、均質な懸濁液を助長し、常磁性捕捉ビーズおよび標識分子への標的被分析物の結合を促進するであろう。精度を確実にするために、混合プロセスは、制御された時間量にわたって実行されることができる。

カートリッジ１５０はまた、チャネル１７３を通して混合チャンバに結合される、洗浄チャンバ１８１も含む。上清は、別様にチャネル１７３を介して洗浄チャンバの中に自由に流入し得るが、洗浄チャンバは、有利なこととして、遠心力が混合チャンバ内で上清および試薬を保つように、回転の中心からより小さい半径に位置付けられてもよい。図１４に示されるような広口チャネル幅１７８、１７９の形態の毛細管中断が、毛管作用が、混合チャンバから洗浄チャンバの中に上清および混合懸濁液を引動しないようにさらに防止するために、存在し得る。毛細管中断１７８、１７９はまた、ペレットの製造の間に凍結乾燥ペレット内に捕捉される空気を変位させるであろう、上清を貯蔵する役割を果たすこともできる。

いったん混合およびインキュベーションプロセスが完了すると、カートリッジ１５０は、４つのポート１１１、１１２、１１３、１１４と、移動してカートリッジと界面接触するであろう、関連付けられるシールとを有する、マニホールド１０８（図５）と整合するように回転されてもよい。マニホールドは、精密回転移動のためにモータ１１０に結合されてもよく、マニホールドはまた、カートリッジ上のポート１１１、１１２、１１３、１１４の接触およびシールを確実にするように懸垂システム上で保持されてもよい。マニホールドはまた、カートリッジまでマニホールドを下降させ、そこから上昇させるように、図１に示されるように可動アーム１０９上にあってもよい。マニホールドはまた、カートリッジに対してそれを精密に位置合わせし、十分な位置正確度で並んだ種々のポートを確実にするための特徴を含有してもよい。いったんマニホールドがカートリッジと位置合わせされ、接触すると、マニホールドモータは、遠心分離機モータの軸を中心としてカートリッジ１５０の精密回転運動を確実にする。本時点で、遠心分離機モータは、通電停止されてもよく、その軸受およびシャフトは、カートリッジのための精密回転ステージとしての役割を果たすことができる。マニホールドは、精密シリンジポンプを通した外部リザーバからカートリッジの中への緩衝剤の導入を可能にするように、一連のポンプおよび弁に接続される。緩衝剤は、優先的に、洗浄緩衝剤と、溶出緩衝剤と、清掃および貯蔵のための脱イオン水とを含む。同様に、本カートリッジ上のポートは、図９に示されるように、洗浄緩衝剤進入ポート１５４と、洗浄緩衝剤引込ポート１５６と、溶出緩衝剤進入ポート１５５と、溶出緩衝剤引込ポート１５７とを含んでもよい。

マニホールド１０８がカートリッジ１５０上に位置合わせされた後、１つまたはそれを上回る磁石が、混合チャンバにわたって定位置まで移動される。磁石は、図２０に示されるように、カートリッジの平坦な表面と垂直な運動の軸を伴って、Ｚステージ上のカートリッジの上方および下方に位置付けられる。これは、磁石１３０がカートリッジ１５０のより近くに移動することを可能にし、常磁性捕捉ビーズ上のその有効引動を増加させる一方、他方の磁石１３１は、カートリッジ１５０から離れるように移動し、その影響を減少させる。磁石Ｚステージ１３２もまた、半径方向ステージ１３３に結合される。半径方向ステージは、カートリッジの回転軸により近い、またはそこから離れた、磁石の移動を可能にする。後に議論されるように、カートリッジ上の種々のチャネルおよびチャンバが、半径方向または円周方向に配列される。種々のＺおよび半径方向ステージは、マニホールドモータと組み合わせて、磁石が、カートリッジ１５０内に含有されるチャンバおよびチャネルに対して任意の所望の位置に設置されることを可能にする。

磁石が導入された後、磁石Ｚおよび半径方向ステージは、所定の一連の移動を実行し、図１５に示されるように、現在、標的被分析物および対象被分析物に結合している全ての常磁性捕捉ビーズを懸濁液から引き出すように、部分カートリッジ回転とともに制御される。カートリッジの底部側面上の磁石１３０は、厳密なボーラスの中にビーズを引動するように、好ましい場所でカートリッジの表面に近接させられる。ビーズボーラスは、処理品質制御カメラによって結像され、ビーズが懸濁液から適切に引動されていることを確実にするように分析されてもよい。
洗浄緩衝剤の導入および洗浄

本時点で、洗浄弁は、洗浄ポンプをカートリッジ上の洗浄進入ポート１５４に接続し、引込ポンプは、洗浄引込ポート１５６に接続される。他のポートは、閉鎖されたままである。洗浄ポンプおよび引込ポンプは、定義された体積流率において、それぞれ、空にする、および引き込むように制御される。これは、洗浄緩衝剤に、洗浄チャンバおよび図１６に示されるように混合チャンバに至るチャネルを充填させる。シーケンスは、上清が混合チャンバから押し出され、分離チャンバの中に戻るように押動されるまで継続する。これは、磁石によって定位置に保持されるビーズボーラスから非結合標識および汚染物質の大部分を洗い流す役割を果たす。いったん洗浄緩衝剤充填シーケンスが完了すると、洗浄チャンバの画像が、処理品質制御カメラから収集され、洗浄緩衝剤による洗浄チャンバ、チャネル、および混合チャンバの完全で適切な充填を確実にするように処理されてもよい。
洗浄のための磁気移送

本時点で、磁石ステージおよびマニホールドモータは、一連の運動を実行し、混合インキュベーションチャンバから外に、洗浄チャンバの中に洗浄チャンバと混合チャンバとの間のチャネルに沿って半径方向に常磁性ビーズボーラスを引き出す。本プロセスにおける種々の時点で、画像が、捕捉され、ビーズボーラスが適切なサイズであり、ビーズボーラスの全てが洗浄チャンバの中に引動されていることを確実にする様式でプロセスが実行されていることを確実にするように処理されてもよい。
洗浄シーケンス

ビーズボーラスが、洗浄チャンバに移送されたとき、マニホールドモータ、磁石Ｚステージ、および半径方向ステージは、一連の運動を実行し、ビーズを分散させ、洗浄チャンバの長さに沿って洗浄チャンバの異なる側面上で交互に磁石を使用してビーズボーラスを再凝結させるように、制御される。本プロセスは、ビーズボーラスに閉じ込められている場合がある、任意の残りの非結合標識または他の汚染物質を除去するように行われる。洗浄シーケンスが完了したとき、常磁性捕捉ビーズは、厳密なボーラスの中に再び引動される。清潔な洗浄緩衝剤が、次いで、洗浄チャンバの中に圧送される一方、汚染された緩衝剤が、混合チャンバを通して、本カートリッジ上に位置する洗浄廃棄物チャンバ１６６の中に押し出される。洗浄廃棄物チャンバ１６６は、汚染された洗浄、原サンプル、および上清が、決して洗浄廃棄物チャンバを完全に充填せず、洗浄廃棄物チャンバの遠端に位置する洗浄引込ポートを通して退出しないように定寸される。これは、マニホールドが、いずれのサンプルと、またはサンプルと混合している場合があるいずれの緩衝剤とも決して接触しないことを確実にする。
エアダム除去および溶出緩衝剤充填

洗浄チャンバ１８１は、接続通路１８７を介して、混合チャンバの反対の端部において溶出チャンバ１８４に接続される。溶出チャンバ１８４はまた、溶出ポート１５５および溶出引込ポート１５７に接続される。洗浄チャンバが、前述で議論されたように充填されるとき、シーケンスは、洗浄緩衝剤がチャネルおよび溶出チャンバ１８４に進入しないように阻止する様式で実行される。これは、汚染された洗浄緩衝剤が、後続の測定の間に雑音源であり得る非結合標識および他の要素を含有するため、重要である。洗浄チャンバ１８１と溶出チャンバ１８４との間の十分な空隙が、各洗浄充填シーケンスの間に処理品質制御カメラによって撮影される画像の分析を介して、確認されてもよい。最後の磁気洗浄シーケンス後、および洗浄チャンバが清潔な洗浄緩衝剤で再び充填された後、シーケンスが、洗浄チャンバと溶出チャンバ１８４との間の接続通路１８７内の空隙（所望される場合）を洗浄緩衝剤で充填するように行われる。洗浄引込ポート弁は、閉鎖され、溶出引込ポートは、開放され、引込ポンプは、溶出引込ポート１１４に接続される。ポンプシーケンスが、洗浄チャンバと溶出チャンバとの間のチャネルを充填するように、所定の体積流率において洗浄および引込ポンプを用いて実行される。本プロセスは、画像収集および分析を介して確認されてもよい。

完了したとき、溶出ポンプが溶出チャンバを溶出緩衝剤で充填する、別のシーケンスが、実行される。画像処理が、チャネルおよび溶出チャンバが正しく充填されることを確実にするように実施されてもよい。本時点で、溶出チャンバの中へのサンプル導入に先立った、純溶出緩衝剤の事前読取が、処理されたサンプルが検定のための陰性対照としての役割を果たすように読み取られるであろう、同一の様式で実施されてもよい。溶出緩衝剤は、下記に議論されるように、標的被分析物とその関連付けられる標識との間の結合を開裂するように設計される。本プロセスは、サンプルビーズボーラスが溶出チャンバの外側にあるときに回避されることが重要である。
検出チャンバへの磁気移送

いったん溶出チャンバが溶出緩衝剤で充填されると、磁石ステージおよびマニホールドモータは、洗浄チャンバ１８１から接続通路１８７を通して溶出チャンバ１８４の中にビーズボーラスを引動するように、所定のシーケンスで制御される。
測定の準備

いったんビーズボーラスが溶出チャンバに入ると、洗浄プロセスに類似するプロセスが、溶出チャンバ内で行われる。洗浄ステップは、汚染物質を懸濁され、洗い流されるべき状態で残したが、溶出プロセスは、標的被分析物（および対照被分析物）にかつて結合された標識を、解離された状態で懸濁液内に残すように設計される。カートリッジの精密な回転移動と組み合わせられる、上側および下側磁石の複合移動は、チャネルの長さを横断して、ビーズボーラスを繰り返して分散および再凝結させる。溶出緩衝剤は、標的被分析物と常磁性捕捉ビーズとの間の非共有結合、ならびに溶出チャンバ内に溶出標識の均質な溶液をもたらす、標的被分析物とその標識との間の結合を開裂する。同一の開裂が、対照分析物に関して生じる。本明細書に簡潔に説明される精製プロセス全体は、１対１の関係で単離された標的被分析物およびその標的被分析物にかつて結合された標識のみを含有する、懸濁液を生成するように設計される。標的被分析物を捕捉するために使用される常磁性捕捉ビーズは、読取プロセスにとって雑音源である。標的被分析物結合が開裂される溶出シーケンス後、解離された常磁性捕捉ビーズは、磁石を介して、溶出チャンバ内の好ましい場所まで、かつ処理されたサンプルが読み取られるであろう場所から離れるように引動されてもよい。
測定

測定ステップでは、共焦点レーザベースの光学システムが、溶出チャンバ内で、例えば、チャンバの壁、上面、および下面から離れた溶出チャンバ内の点において集束される。被分析物の測定、および検出は、溶出チャンバ１８４内で生じ、したがって、チャンバ１８４は、溶出チャンバおよび検出チャンバの両方の役割を果たし、両方の用語が、チャンバ１８４を指すために本開示の全体を通して使用される。カートリッジ自体は、超低自己蛍光材料から作製されてもよく、溶出緩衝剤、ポンプ材料、弁、流体ライン等は、溶出チャンバの中に搬送された場合、自己蛍光を発し得る材料を噴出または浸出させないように、選択されてもよい。小さい照会空間が、マニホールドモータを介して前後に所定のｒｐｍにおいてカートリッジを回転させることによって、溶出チャンバ内の液体を通して走査される。照会空間は、レーザスポットの側方範囲およびレーザスポットを形成する光の円錐角の側方範囲によって画定される。照会空間はさらに、光学システム内の場に共役して位置付けられる共焦点停止のサイズによって光軸に沿って画定される。当業者が理解するであろうように、共焦点アーキテクチャが、焦点面から離れた位置から光を除去するために使用される。焦点面からさらに離れ、共焦点停止が小さいほど、遠隔位置から生じる、より多くの光が減衰される。結像用途では、本焦点外光の低減は、雑音を低減させ、鮮明な画像スライスを提供する。焦点面（または画像スライス）から離れた場所から生じる光は、画像スライス内の構造を表さず、したがって、雑音である。雑音低減の同一のプロセスが、本発明で採用されてもよいが、しかしながら、この場合、共焦点システムは、結像のために使用されない。レーザスポットが流体を通して走査するにつれて、これは、標的被分析物からの蛍光標識に遭遇し得る。そうするとき、レーザは、標識から蛍光を励起させ、個々の光子が、標識から放出され、光学システムによって、それらが計数される検出器上に指向される。焦点面に向かう途中で、かつ焦点面を越えて、レーザ光は、光学システムと、カートリッジ上の窓と、溶出チャンバの裏側と、溶出緩衝剤と、溶出チャンバの中にそれを進ませ得る任意の他の材料とを備える、ガラスおよび結合材料を含む、自己蛍光を発する要素に遭遇し得る。それらの構成要素からの任意の蛍光は、標的被分析物標識に由来しないため、雑音である。共焦点アーキテクチャは、焦点面内または近傍で標的被分析物標識からの信号を優先的に可能にすることによって、それらの信号を減衰させる。結果として、レーザが、標的標識にわたって通過するとき、検出器によって受光および計数される光子の流れは、背景光子レベルと比べて増加する。処理アルゴリズムは、上昇した光子計数を着目分子として検出および分類する。このように、標的被分析物からの個々の分子が、原サンプル内の標的被分析物の濃度を決定するように計数されることができる。

本明細書に説明される本発明は、サンプル内の標的被分析物の濃度が低い、サンプル内の標的被分析物の数を精密に検出および定量化するための従来技術に優る実質的な利点を可能にする。さらに、本発明の方法および装置は、診療地点設定におっける展開のために好適な特性を有する。本明細書に開示される本発明の他の側面は、標的被分析物を単離し、それらの濃度を決定するように、サンプル処理および分析の方法を対象とする。これらの方法は、概して、上記のサンプル処理および測定と一致する、ステップを実装する。
（例示的実施形態）

実施例およびシステムが、本明細書に説明される。用語「実施例」および「例示的」は、「実施例、事例、または例証としての役割を果たすこと」を意味するために本明細書で使用されることを理解されたい。「実施例」または「例示的」であるものとして本明細書に説明される、任意の実施形態または特徴は、必ずしも他の実施形態または特徴と比べて好ましい、もしくは有利として解釈されるものではない。以下の詳細な説明では、その一部を形成する、付随する図が参照される。図では、類似記号が、典型的には、文脈が別様に決定付けない限り、類似構成要素を識別する。他の実施形態も、利用されてもよく、他の変更も、本明細書に提示される主題の範囲から逸脱することなく行われてもよい。

本明細書に説明される例示的実施形態は、限定的であるように意図されていない。概して本明細書に説明され、図に図示されるような本開示の側面は、その全てが本明細書で明示的に検討される、多種多様な異なる構成で、配列され、代用され、組み合わせられ、分離され、設計され得ることを容易に理解されたい。

別様に示されない限り、用語「第１の」、「第２の」等は、単に標識として本明細書で使用され、これらの用語が指す項目に序数、位置、または階層要件を課すことを意図していない。さらに、例えば、「第２の」項目の言及は、例えば、「第１の」もしくはより低い番号の項目、および／または、例えば、「第３の」もしくはより高い番号の項目の存在を要求または除外しない。

本明細書の「一実施形態」、「実施形態」、「一実施例」、または「実施例」の言及は、実施例に関連して説明される、１つまたはそれを上回る特徴、構造、もしくは特性が、少なくとも１つの実装に含まれることを意味する。本明細書内の種々の場所における語句「一実施形態」または「一実施例」は、同一の実施例を指している場合とそうではない場合がある。

本明細書で使用されるように、規定機能を実施する「ように構成される」、システム、装置、デバイス、構造、物品、要素、構成要素、またはハードウェアは、さらなる修正後に規定機能を実施する潜在性を単に有するのではなく、いずれの改変も伴わずに規定機能を実施することが実際に可能である。換言すると、規定機能を実施する「ように構成される」、システム、装置、構造、物品、要素、構成要素、またはハードウェアは、規定機能を実施する目的のために具体的に選択、生成、実装、利用、プログラム、および／または設計される。本明細書で使用されるように、「～するように構成される」は、システム、装置、構造、物品、要素、構成要素、またはハードウェアが、さらなる修正を伴わずに規定機能を実施することを可能にする、システム、装置、構造、物品、要素、構成要素、またはハードウェアの既存の特性を表す。本開示の目的のために、特定の機能を実施する「ように構成される」ものとして説明される、システム、装置、構造、物品、要素、構成要素、またはハードウェアは、加えて、もしくは代替として、その機能を実施する「ように適合される」ものとして、および／または「ように動作可能である」ものとして説明され得る。

以下の説明では、多数の具体的詳細が、これらの詳細のうちのいくつかまたは全てを伴わずに実践され得る、開示される概念の徹底的な理解を提供するために記載される。他の事例では、公知のデバイスおよび／またはプロセスの詳細が、本開示を不必要に曖昧にすることを回避するように省略されている。いくつかの概念が、具体的実施例と併せて説明されるであろうが、これらの実施例は、限定的であることを意図していないことを理解されたい。
例示的分析器システム

一側面では、本開示は、分析器１００と、カートリッジ１５０とを含む、図１に示される分析器システムを提供する。カートリッジ１５０は、サンプルを受容するように構成され、サンプルの標的被分析物を単離し、サンプル内の標的被分析物の数量に比例する第１の標識の数量を収集するための複数のチャンバを含む。分析器１００は、図２の分析器１００の後面図でより明確に見られる、光学システム１２０を含む。さらに、光学システム１２０の構成要素が、明確にするために、図３では分析器の他の部分と別個に示される。示されるように、光学システム１２０は、電磁放射線を提供し、カートリッジ１５０の検出チャンバ内に照会空間を形成するように構成される、電磁放射線源１２１を含む。光学システム１２０はまた、第１の標識が照会空間内に存在する場合、第１の標識によって照会空間内で放出される電磁放射線を検出するように構成される、検出器１２２も含む。光学システム１２０の他の構成要素も、下記により詳細に説明される。

分析器１００はまた、図１に図式的に表される、コントローラ１４０も含む。コントローラ１４０は、分析器１００によって行われるステップを実行するためのその上に記憶されたプログラム命令を伴う非一過性のコンピュータ可読媒体を含み、検出器１２２によって検出される電磁放射線に基づいて、サンプル内の標的被分析物の存在を識別する。コントローラ１４０は、プロセッサ１４１と、メモリ１４２と、ネットワークインターフェース１４３とを含む。

コントローラ１４０のプロセッサ１４１は、コンピュータ処理要素、例えば、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、プロセッサ動作を実施する集積回路、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、またはネットワークプロセッサを含む。いくつかの実施形態では、プロセッサは、実行されている命令および対応するデータを一時的に記憶するレジスタメモリ、ならびに実施された命令を一時的に記憶するキャッシュメモリを含む。メモリ１４２は、コンピュータ使用可能メモリ、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、またはフラッシュメモリ、ソリッドステートドライブ、もしくはハードディスクドライブ等の不揮発性メモリである。いくつかの実施形態では、メモリ１４２は、本開示の方法および動作を実行するためにコントローラ１４０によって実行可能である、プログラム命令を記憶する。ネットワークインターフェース１４３は、コントローラ１４０と他のコンピューティングシステムまたはデバイスとの間のデジタル通信を提供する。いくつかの実施形態では、ネットワークインターフェースは、イーサネット（登録商標）接続等の物理的有線接続を介して動作する。他の実施形態では、ネットワークインターフェースは、無線接続、例えば、ＩＥＥＥ ８０２．１１（Ｗｉｆｉ）またはＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）を介して通信する。他の通信慣例もまた、可能性として考えられる。

いくつかの実施形態では、分析器１００は、カートリッジ内に設置された任意のサンプルを操作するため、かつ分析器に対してカートリッジを整合させるために、カートリッジを回転させるように構成される、少なくとも１つのモータを含む。いくつかの実施形態では、モータは、遠心分離機駆動モータであり、他の実施形態では、モータは、位置付けモータである。さらに、いくつかの実施形態では、分析器は、遠心分離機および位置付けモータの両方を含む。例えば、図１に示される分析器１００は、遠心分離機１０１および位置付けモータ１１０の両方を含む。

分析器１００では、遠心分離機１０１は、少なくとも１００ｒｐｍの速度においてカートリッジを回転させるために、カートリッジ１５０に結合される。遠心分離機１０１の詳細が、図４により明確に示される。図示されるように、遠心分離機駆動モータ１０３は、ドック１０２を使用して、カートリッジに結合するように構成される。ドック１０２は、（図９に示される）カートリッジ１５０の搭載開口１５３と噛合する、複数の位置合わせピン１０５およびカンチレバー型クリップ１０４等の保定機構を含んでもよい。いくつかの実施形態では、カンチレバー型クリップ１０４は、カートリッジ１５０がドック１０２内に受容されるときに、カートリッジにわたって締め付ける、板ばねの端部にある。カンチレバー型クリップ１０４は、外向き方向にカートリッジ１５０に係合するように構成されてもよい。遠心分離機１０１が回転するにつれて、カンチレバー型クリップ１０４は、カートリッジ１５０上の保持力を増加させる遠心力によって外向きに押勢される。故に、カートリッジ１５０は、分析器１００の中に挿入されたときに、ドック１０２内でしっかりと保持されてもよい。

ドック１０２は、ドック１０２およびそれに取り付けられるカートリッジ１５０を回転させるために、遠心分離機駆動モータ１０３に接続される。さらに、遠心分離機駆動モータ１０３は、動作の間の遠心分離機１０１の高速精密制御のために、電子駆動位相センサ１０６と、フラグホイール１０７とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ドック１０２が、遠心分離機駆動モータ１０３によって直接駆動される一方、他の実施形態では、ギヤボックスまたはベルト駆動等の電力移送システムが、ドック１０２を遠心分離機駆動モータ１０３に結合するために使用されてもよい。下記に解説されるように、ドック１０２はまた、マニホールド１０８（図１参照）によって駆動されてもよい。遠心分離機１０１の動作の具体的実施形態が、下記により詳細に説明される。

いくつかの実施形態では、分析器は、それぞれ、カートリッジの個別のポートに結合するように構成される、複数のポートを伴うマニホールド１０８を含む。カートリッジ１５０に結合されるマニホールド１０８の描写が、図５に示される。さらに、マニホールド１０８の底面図が、ポート１１１－１１４を図示するように図６に示される。いくつかの実施形態では、マニホールドは、流体をカートリッジ１５０に供給するための供給ポート１１１、１１２と、カートリッジ１５０から流体を引き込むための引込ポート１１３、１１４とを含む。いくつかの実施形態では、供給ポート１１１、１１２が、１つまたはそれを上回る液体をカートリッジ１５０に提供するために使用される一方、引込ポート１１３、１１４は、カートリッジ１５０からガスを抽出することによってカートリッジ１５０の中に液体を引き込む。他の実施形態では、引込ポートは、カートリッジ１５０から液体または液体およびガスの両方を抽出する。流体をカートリッジへおよびそれから移送するために、マニホールド１０８は、ポート１１１－１１４に接続される流体ライン１１５を含む。

マニホールド１０８のポートはそれぞれ、マニホールド１０８とカートリッジ１５０との間の流体移送を単離するために、カートリッジ１５０の個別の対応するポートを被覆するシールを含んでもよい。例えば、ポート１１１－１１４はそれぞれ、カートリッジ１５０の個別のポートを囲繞する、マニホールドとカートリッジポートとの間のシールを生成するためのＯリングまたは他の特徴を含んでもよい。いくつかの実施形態では、カートリッジ１５０のポートは、カートリッジ１５０が分析器内に設置されるときにすでに開放している。他の実施形態では、マニホールドは、カートリッジ１５０のポートのそれぞれを開放するように、カートリッジ１５０を穿刺するように構成される。

いくつかの実施形態では、マニホールド１０８は、カートリッジ１５０が遠心分離機１０１によって高速で回転されるときに、マニホールド１０８がカートリッジ１５０から分断されることを可能にする、可動アーム１０９（図１に示される）上に配置される。カートリッジ１５０へのマニホールド１０８の結合が、整合構造によって可能にされ得る。例えば、マニホールド１０８は、カートリッジの搭載開口１５３内に受容されるピンを含んでもよい（図９参照）。他の実施形態では、ドック１０２のピン１０４は、カートリッジ１５０の搭載開口１５３を通してマニホールド１０８内の受容孔の中に通過してもよい。そのような構造は、マニホールド１０８、カートリッジ１５０、およびドック１０２の間に確実な接続を提供する。他の搭載構造も、当業者によって理解されるであろうように可能性として考えられる。

いくつかの実施形態では、分析器１００は、カートリッジ１５０に結合される、位置付けモータ１１０を含む。いくつかの実施形態では、位置付けモータ１１０は、カートリッジ１５０に結合する、マニホールド１０８に結合されてもよい。位置付けモータ１１０は、カートリッジ１５０の検出チャンバ１８４（図９参照）を第１の電磁放射線源１２１からの電磁放射線と整合させるように、カートリッジ１５０を枢動させるように構成されてもよい。さらに、位置付けモータ１１０は、１つまたはそれを上回る磁石と協調して、もしくはサンプルの流体動力学によって、下記により詳細に説明されるように、カートリッジ１５０のチャンバを通して標的被分析物を循環させるためにさらに使用されてもよい。位置付けモータ１１０は、ステッピングモータまたは具体的位置付け制御を伴う別のアクチュエータであってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、位置付けモータ１１０の場所は、２°の回転以内に、または１°の回転以内に、もしくは１°増分よりも小さく規定されてもよい。位置付けモータ１１０を使用することの実施形態の具体的実施例が、下記により詳細に説明される。

いくつかの実施形態では、位置付けモータ１１０が、マニホールド１０８に直接結合される一方、他の実施形態では、ギヤボックスまたはベルト駆動等の電力移送システムが、位置付けモータ１１０とマニホールド１０８との間に配置されてもよい。図１に示される分析器１００では、位置付けモータ１１０は、マニホールド１０８を介してカートリッジ１５０に結合される。特に、マニホールド１０８は、位置付けモータ１１０のシャフト上に配置される。故に、マニホールド１０８およびカートリッジ１５０は、その間の閉鎖流体接続を維持しながら、同期して移動してもよい。

いくつかの実施形態では、分析器１００は、第１の電磁放射線源１２１からの電磁放射線をカートリッジ１５０の検出チャンバ１８４に指向し、標識によって放出される電磁放射線を第１の検出器１２２に指向する、光学システム１２０（図２－３）を含む。光学システム１２０は、電磁放射線を操作し、照会空間へおよびそれから指向するための１つまたはそれを上回るミラーならびにレンズを含んでもよい。加えて、光学システムは、第１の電磁放射線源からの電磁放射線をカートリッジ１５０内の照会空間に集束させるための図７に示されるような対物レンズ１２３を含んでもよい。いくつかの実施形態では、対物レンズ１２３は、カートリッジ１５０に対する対物レンズの移動を可能にする、可動ステージ１２４に結合される。

いくつかの実施形態では、光学システム１２０は、共焦点システムである。例えば、電磁放射線源１２１は、検出チャンバ１８４内の対物レンズレンズ１２３の焦点面内のスポットとして結像される。電磁放射線源１２１によって励起される、検出チャンバ１８４内の標識から放出される光は、対物レンズレンズ１２３によって収集され、図３に示されるように、光学システム１２０によって光学システム１２０内の共焦点停止１２５上に指向される。共焦点停止１２５は、次いで、検出器１２２上に結像される。共焦点配列は、焦点面を越える光を除外しながら、対物レンズ１２３の焦点面内の標識からの光を優先的に通過させる。このように、配列は、標識から生じていない、液体懸濁液、カートリッジ、および光学システム内の要素からの光を除外しながら、標識からの信号を通過させることによって、信号対雑音比を増加させる。当業者に公知であるように、本配列はまた、ダイクロイックフィルタ１２６を使用し、レーザ光を反射させ、標識によって放出される光を通過させ、レーザ光が検出器に到達しないように禁止しながら、標識からの光のみが、検出器に到達することを可能にし得る。さらに、１つを上回る放射線源が、付加的標識の検出のために使用される場合、１つまたはそれを上回る付加的ダイクロイックフィルタ１２６が、図２および図３に示されるように、第２の電磁放射線源および第２の標識からの電磁放射線を通過させながら、第１の電磁放射線源および標識からのレーザおよび標識電磁放射線を反射するために使用されてもよい。

いくつかの実施形態では、分析器１００の構成要素の全ては、共通筐体内に配置される。共通筐体は、カウンタートップ上に嵌合するように、サイズが小さくあり得る。例えば、いくつかの実施形態では、共通筐体の寸法は、任意の方向に１メートルと同程度である。さらに、いくつかの実施形態では、共通筐体は、３０インチ×３０インチ×３０インチの立方体内に嵌合する。

いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、ユーザから制御情報を受信するため、かつ分析データをユーザに出力するためのネットワークインターフェース１４３を含む。例えば、いくつかの実施形態では、分析器は、スマートフォン、テーブル、ノートブック，コンピュータ、またはデスクトップコンピュータ等の外部デバイス上のソフトウェアを介して、ユーザと通信する。分析器は、ネットワークインターフェースを介して外部デバイスと通信することによって、外部デバイスのユーザから情報を受信し、ユーザに情報を出力する。そのような通信は、ＵＳＢまたは他のバス等の無線もしくは有線接続を通してもよい。いくつかの実施形態では、分析器１００は、入力を受信するためのキーボード等のユーザと直接通信するための入力および／または出力デバイスと、情報を出力するためのディスプレイとを含んでもよい。さらに、いくつかの実施形態では、ディスプレイは、情報の出力およびユーザからの情報の受信の両方のためのタッチスクリーンを含んでもよい。いくつかの実施形態では、分析器は、ネットワークインターフェースと、入力と、ディスプレイとを含む。

いくつかの実施形態では、本開示の方法は、任意の弁を含むカートリッジ１５０を伴わずに、カートリッジ１５０のチャンバを通してサンプルの一部を指向するステップを含む。さらに、いくつかの実施形態では、カートリッジ１５０は、いずれの弁も含まない。

いくつかの実施形態では、カートリッジ１５０内の液体は、下記により詳細に説明されるように、カートリッジの供給および引込ポートに結合されるポンプ１１６－１１８ならびに弁を使用して、カートリッジを通して少なくとも部分的に移動される。分析器１００の流体移送構成要素の概略図が、図８に示される。カートリッジ１５０内のサンプルの一部の操作もまた、磁石等の外部原動力を使用して、またはカートリッジ１５０の移動によって、かつカートリッジの周囲にサンプルの一部を移動させるために慣性および流体動力学を利用して、促進されてもよい。

図８に示されるように、いくつかの実施形態では、カートリッジ１５０は、カートリッジ１５０から流体を導入および抽出するための複数のポート１５４－１５７を含む。例えば、いくつかの実施形態では、カートリッジ１５０は、入口ポート１５４、１５５と、出口ポート１５６、１５７とを含む。入口ポート１５４、１５５は、マニホールド１０８の供給ポート１１１、１１２と整合するように構成されてもよい。同様に、カートリッジ１５０の出口ポート１５６、１５７は、マニホールド１０８の引込ポート１１３、１１４と整合するように構成されてもよい。カートリッジ１５０の入口および出口ポートの使用が、下記にさらに詳細に説明される。

別の側面では、本開示は、サンプルの標的被分析物を単離し、サンプル内の標的被分析物の数量に比例する第１の標識の数量を収集するための複数のチャンバを提供する。

いくつかの実施形態では、カートリッジ１５０は、平面的であり、カートリッジのチャンバは、単一の平面内に位置する。例えば、いくつかの実施形態では、カートリッジ１５０は、平坦なカートリッジであり、カートリッジのチャンバは、カートリッジの周囲に円周方向に位置付けられる。本明細書で使用されるような用語「円周方向に」は、半径方向または軸方向と対照的に、角度または円周方向を指す。別様に記述されない限り、用語「円周方向に」は、カートリッジの円周全体を中心として延在することを意味せず、むしろ、回転面内の円周方向を表すことを意図する。いくつかの実施形態では、少なくともチャンバの群が、カートリッジの一部の周囲に円周方向に連続的に接続されてもよい。

いくつかの実施形態では、カートリッジは、基部と、基部にわたって配置される本体と、本体にわたって配置されるカバーとを含んでもよく、本体は、カートリッジ１５０の複数のチャンバを画定する、それを通して延在する開放経路を含む。いくつかの実施形態では、本体は、単一の一体部品であってもよい。したがって、例えば、いくつかの実施形態では、カートリッジのチャンバおよび相互接続チャネルの全ての側壁は、本体を形成する単一の一体部品によって形成されてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、本体および基部はともに、単一の一体部品を形成し、カバーは、それに取り付けられる。同様に、他の実施形態では、本体およびカバーは、単一の一体部品を形成し、基部は、それに取り付けられる。例えば、本実施形態では、本体および基部は、厚さ５ｍｍである環状オレフィンポリマーの単一の成型部品であってもよく、カバーは、厚さ１８８ミクロンである環状オレフィンポリマーの積層であってもよい。積層は、ともに接合されている材料と同程度に頑丈である接合を提供するように、レーザ溶接または超音波溶接を使用して本体に接合されてもよい。いくつかの実施形態では、基部、本体、およびカバーは、積層構造の層であってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、基部およびカバーは両方とも、本体の対向側にわたって積層される。いくつかの実施形態では、カートリッジ１５０のカバーおよび基部は、カートリッジのチャンバおよびマイクロ流体チャネルにわたって延在し、それを閉鎖するが、それらは、カートリッジから流体を供給または抽出するための上記に説明されるようなポートを含んでもよい。

いくつかの実施形態では、カートリッジは、５０マイクロリットル～１ミリリットルの範囲内のサンプルを受容するように構成される。例えば、いくつかの実施形態では、カートリッジは、１００～３００マイクロリットルの範囲内のサンプルを受容するように構成される。特に、カートリッジは、サンプルを受容するための計測チャンバを含んでもよい。

いくつかの実施形態では、カートリッジは、複数のチャンバのうちの少なくとも１つ内に貯蔵される試薬を含む。例えば、いくつかの実施形態では、カートリッジは、安定しており、カートリッジが分析器の中に挿入される前に乾燥される、試薬を含む。例えば、試薬は、カートリッジの１つまたはそれを上回るチャンバの表面上に凍結乾燥または乾燥されてもよい。またはそれらは、チャンバまたはカートリッジのうちの１つまたはそれを上回るものの中に設置される、凍結乾燥ペレットの形態であってもよい。

カートリッジが、分析器内で回転する円盤の形態で本明細書に示され、説明されるが、他の実施形態では、カートリッジは、円盤ではない。さらに、本開示のいくつかの側面が、カートリッジを全く使用することなく実行される。例えば、いくつかの実施形態では、本開示の側面は、異なるチャンバを形成する離散的な別個の要素内で実行される。
処理品質制御カメラ

いくつかの実施形態では、分析器１００は、カートリッジ１５０を通した物質の移動を監視するための処理品質制御カメラを含む。例えば、処理品質制御カメラは、カートリッジ１５０の内側の物質を視認するように、カートリッジ１５０にわたって搭載されてもよい。いくつかの実施形態では、処理品質制御カメラは、可視波長スペクトル内で検出される光のみの表現を出力するように構成される、すなわち、カメラは、赤外線または紫外線光を検出することを可能にされない。いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、サンプル処理が期待通りに生じることを確認するように、または任意の予期しない状況を検出するように、処理品質制御カメラからの画像を分析するように構成される。例えば、コントローラ１４０は、カートリッジ内の望ましくない気泡の存在を検出するように構成されてもよい。処理品質制御カメラを使用することの他の例示的実施形態が、下記に説明される。

いくつかの実施形態では、分析器は、処理品質制御カメラの視野を照明するように位置付けられる、ストロボを含む。例えば、ストロボは、回転されるにつれてカートリッジ１５０の具体的領域を監視するために、カートリッジ１５０の回転速度に対応する周波数においてアクティブ化するように構成されてもよい。特に、いくつかの実施形態では、ストロボは、遠心分離機１０１がカートリッジ１５０を回転させているときに使用されてもよい。
光学品質制御カメラ

いくつかの実施形態では、分析器１００は、光学システム１２０の性能を監視するための光学品質制御カメラを含む。例えば、光学品質制御カメラは、電磁放射線が適切な強度を有する、正しい場所で集束される、および／または正しい強度プロファイルを有することを可視化するために、スライド上のミラーを使用して、共焦点停止が共焦点停止においてレーザを結像する前および後に光学経路を妨害してもよい。共焦点停止においてレーザを結像するために、対物レンズは、電磁放射線源がカートリッジ１５０上の窓の表面上に結像されるように、位置付けられてもよい。これが行われるとき、放射線の一部は、窓および窓の反対側の媒体の屈折率の差異に起因して、対物レンズに向かって戻るように窓から反射するであろう。本放射線は、光学システムによって共焦点停止上に結像されるであろう。カートリッジ上の窓は、検出チャンバの窓の厚さおよび窓と電磁放射線の集束スポットとの間の流体層の高さをシミュレートするように、正しい厚さで定寸されてもよい。共焦点停止における電磁放射線の画像は、コントローラ１４０によって分析されることができる。コントローラ１４０は、光学品質制御カメラからの画像を分析し、電磁スポットが、共焦点停止に対して正しいサイズ、形状、強度、および位置であることを検証し、光学システムに異常がないことを確実にするために使用されてもよい。測定されたサイズ、形状、強度、および位置は、これらのパラメータに関する既知の許容値と比較されることができる。測定値が、許容値外である、または許容値の限界に接近している場合、コントローラは、分析器のユーザに通知する、または分析器の使用を防止することができる。
例示的方法

図１０－１８は、サンプルが血液である、本開示の種々の実施形態を利用する例示的カートリッジおよび方法を図示する。他の実施形態では、使用されるカートリッジおよび方法のチャンバは、他のサンプルタイプにも適し得る。例えば、本開示の分析器、方法、およびカートリッジは、尿、希釈便、または口腔液等の他の生物学的流体と併用するために適し得る。他のタイプのサンプルもまた、可能性として考えられる。さらに、サンプルは、純正である、または希釈されてもよい。
装填およびサンプル分離

図１０に示されるように、カートリッジ１５０は、最初に、入口チャンバ１５８内のサンプル１５２を装填される。入口チャンバ１５８は、分析に先立ってサンプル１５２を受容する、入力ポート１５１を含む。いくつかの実施形態では、サンプル１５２は、例えば、シリンジを使用する医療専門家またはロボットによって、分析器１００内の挿入に先立って、カートリッジ１５０内に受容される。他の実施形態では、入口チャンバ１５８は、カートリッジ１５０が分析器１００内に受容された後に、サンプル１５２を装填される。上記に述べられるように、いくつかの実施形態では、入力ポート１５１は、サンプル１５２の挿入に先立って、シールされることができ、シールは、サンプル１５２の挿入を可能にするように、穿刺されるか、または除去されるかのいずれかであり得る。他の実施形態では、入力ポート１５１は、「開放される」ことなく、サンプル１５２を受容するために利用可能である、単純な開口部であり得る。いくつかの実施形態では、入力ポート１５１は、サンプルが入力された後にシールされることができる。他の実施形態では、マニホールド１０８は、マニホールドがカートリッジと接触しているときにポートを被覆するためのシールを含有する。いくつかの実施形態では、入口チャンバ１５８が、具体的な量のサンプルを受容するように構成される計測チャンバである一方、他の実施形態では、入口チャンバ１５８は、大きく定寸され、分析で使用されるよりも多くのサンプルを収容することができる。図９－１８の図示される実施例における入口チャンバ１５８は、約２００μｌの液体を受容するように構成される。

いったんサンプル１５２が図１０に示されるように入口チャンバ１５８の中に装填され、カートリッジ１５０が分析器１００の中に挿入されると、カートリッジ１５０は、遠心分離機１０１がカートリッジ１５０内で回転し得るように、遠心分離機１０１に結合される。下記により詳細に解説されるように、カートリッジ１５０内のチャンバおよびチャネルの幾何学形状は、カートリッジ１５０を通した流体の移送に影響を及ぼすように設計される。これらの幾何学形状の理解を促進するために、以下の説明は、円筒／極性方向を参照する。特に、用語「内側」、「内向き」、「外側」、「外向き」、および類似記述子の使用は、典型的には、カートリッジの幾何学中心の近傍に位置する、カートリッジの回転の中心に対して半径方向内側および半径方向外側方向を指す。説明はまた、カートリッジが第１の円周方向に回転されるように構成される、カートリッジが遠心分離機によって回転されるように構成される方向に関連する、第１の円周方向および第２の円周方向も参照する。例えば、チャンバの第１の円周端における面積が、同一のチャンバの第２の円周端における面積の前に定常参照位置を通過するであろう。図９－１８に示される実施形態では、第１の円周方向方向は、時計回りであるが、しかしながら、カートリッジの他の実施形態は、これらの実施形態では、第１の円周方向が反時計回りであるように、反対方向に回転するように構成されてもよい。

カートリッジ１５０が分析器１００内に装填されると、遠心分離機１０１は、図１１に示されるように、入口チャンバ１５８から入口チャネル１５９を通して分離面積１６０の中にサンプル１５２を移動させるために、カートリッジ１５０を回転させるようにアクティブ化される。カートリッジ１５０の回転は、「遠心力」、すなわち、回転されたときに物体を外向きに移動させる慣性現象の結果として、サンプル１５２を半径方向外向きに移動させる。サンプル体積が、分析のために必要とされる量を上回る場合、任意の過剰分が、溢流チャネル１６５を通して分離面積１６０から流出してもよい。いくつかの実施形態では、入口チャンバ１５８は、分離面積１６０へのサンプルの移送を促進するように、カートリッジ１５０の中心からオフセットされてもよい。他の実施形態では、入口チャンバ１５８は、いったんサンプルを装填されると、円盤形カートリッジ１５０の回転が、カートリッジ１５０内に受容されるサンプルおよび任意の他の液体を入力ポート１５１から離して保つであろうように、カートリッジ１５０の中心に位置する。さらに、いくつかの実施形態では、入力ポート１５１は、カートリッジ１５０上に心合されてもよい。いくつかの実施形態では、入口チャンバ１５８から分離面積１６０までサンプルを移動させるために、カートリッジは、例えば、２，０００ｒｐｍ／秒の率において０ｒｐｍ～１，０００ｒｐｍ回転され、数秒、例えば、２～１０秒にわたってその速度において保持されてもよい。したがって、サンプル移送は、非常に迅速に生じ得る。提供される回転率および加速度は、例示的であり、選定される実際の率は、処理されているサンプルに依存し、１００ｒｐｍ／秒～８，０００ｒｐｍ／秒の間で変動する加速度を伴って回転が１００～１０，０００ｒｐｍに変動し得る。

いくつかの実施形態では、分離面積は、分離された後にサンプルの異なる構成成分を保持するように構成される、内側分離チャンバ１６１と、外側分離チャンバ１６２とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、内側分離チャンバの中心は、回転の中心から１９ｍｍに位置してもよく、外側分離チャンバの中心は、回転の中心から２８ｍｍに位置してもよい。遠心分離機がカートリッジ１５０を回転させるにつれて、サンプルのより濃厚な構成成分が、外側分離チャンバ１６２の中に半径方向外向きに押動される一方、あまり濃厚ではない構成成分は、内側分離チャンバ１６１の中に半径方向内向きに移動する。いくつかの実施形態では、分離面積１６０の内側および外側分離チャンバ１６１、１６２は、例えば、回転の中心から２２ｍｍに位置する縮径部１６３によって分離される。縮径部１６３は、チャンバのいずれかよりも小さい断面積を有する。例えば、いくつかの実施形態では、縮径部１６３が、３ｍｍ^２の断面積を有してもよい一方、内側分離面積１６２は、１２ｍｍ^２の平均断面積を有し、外側分離面積１６２は、３０ｍｍ^２の平均断面積を有する。本例示的実施形態では、径部１６３が、より濃厚な構成成分が下向きに移動することを容易に可能にするように定寸される一方、あまり濃厚ではない構成成分は、径部１６３を通して迅速に上向きに移動する。しかしながら、下記に議論されるように、縮径部１６３は、カートリッジが急速に減速されるときに、内側分離面積１６１の中へのより濃厚な構成成分の移動を限定する。

さらなる処理のために、サンプルの正確な濃度値を発生させるために、サンプルの精密な体積が、把握されるべきである。サンプルが、分離面積１６０を充填することができず、非意図的に無駄にされる場合、または分離面積が、サンプル体積を上回るものを受け入れるように定寸される場合、正確な濃度値は、取得することが困難であり得る。したがって、いくつかの実施形態では、カートリッジ１５０は、分離面積１６０の中への流体の精密な量を計測するための種々の特徴を含んでもよい。

例えば、カートリッジ１５０のいくつかの実施形態は、特に、入口チャンバ１５８から後続のチャンバまでのサンプルの移送の間に、カートリッジ内の空気の閉じ込めを回避するための１つまたはそれを上回る特徴を含んでもよい。サンプルがその中に装填されるにつれて、空気が分離面積１６０内に閉じ込められる場合、サンプルの一部が、溢流チャネル１６５を通して時期尚早に流動し得、分離面積１６０の中へのサンプルの精密な計測が、失敗し得る。故に、装填の間にカートリッジ内の閉じ込められた空気の形成を回避することが、有益である。

いくつかの実施形態では、入口チャネル１５９は、内側分離チャンバ１６１の第１の円周端に結合される。サンプルが入口チャンバ１５８から外向きに、入口チャネル１５９を通して分離面積１６０の中に移動するにつれて、遠心分離機１０１による第１の円周方向へのカートリッジ１５０の回転および／または加速は、サンプルを第２の円周方向に流動させることができる。故に、入口チャネル１５９が、内側分離チャンバ１６１の中央に結合される場合、付加的予防措置が、内側分離チャンバ１６１の内側に向かった第１の円周端における角の中の閉じ込められた空気の形成を回避するために必要であり得る。しかしながら、入口チャネル１５９が、図９－１８のカートリッジ１５０に示されるように、内側分離チャンバ１６１の第１の円周端に結合される場合、第１の円周方向に入口チャネル１５９開口部よりも遠くにある内側角の包含が、回避される。同様に、そのような角に閉じ込められ得る空気もまた、回避される。

さらに、いくつかの実施形態では、入口チャネル１５９は、分離面積１６０と比較して、サイズおよび深度が縮小されてもよい。そのような縮小は、分離面積１６０の中へのサンプルの流動を減速し、空気が、充填している間に分離面積１６０からパージされることを可能にすることができる。さらに、縮小されたサイズおよび深度はまた、同様に閉じ込められた空気を形成し得る、分離面積１６０の断面を横断した液体のシートの形成を回避することにも役立ち得る。例えば、一実施形態では、入口チャネル１５９の深度が、０．５ｍｍであってもよい一方、内側分離チャンバ１６１の深度は、２ｍｍである。故に、入口チャネル１５９から内側分離チャンバ１６１の中に流入するサンプルの流れは、内側分離チャンバ１６１の深度全体に跨架せず、空気が、流れの周囲に流動し、分離面積１６０から流出することを可能にするであろう。

さらに、いくつかの実施形態では、入口チャネル１５９の断面積は、内側分離チャンバ１６１と外側分離チャンバ１６２との間の縮径部１６３の断面積よりも狭くあり得る。例えば、入口チャネル１５９が、０．５ｍｍ^２の断面積を有してもよい一方、縮径部１６３は、３ｍｍ^２の断面積を有する。故に、分離面積１６０の中へのサンプルの体積流率は、縮径部１６３を圧倒し、外側分離チャンバ内に空気を閉じ込める可能性が低い。

外側分離チャンバ１６２内の空気の閉じ込めを防止するために、いくつかの実施形態では、外側分離チャンバ１６２の内縁１６４は、内縁１６４が外側分離チャンバ１６２から内側分離チャンバ１６１を分離する縮径部１６３に接近するにつれて、内向きに突出する角度において延在する。故に、外側分離チャンバ１６２がカートリッジの回転に起因してサンプルで充填されるにつれて、外側分離チャンバ１６２内の空気は、内縁１６４まで内向きに「浮動」し、次いで、縮径部１６３まで内縁１６４を辿るであろう。空気は、次いで、縮径部１６３を通して、内側分離チャンバ１６１を通して、分離面積１６０から外に通過するであろう。

いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、分離面積１６０が充填された後に、処理品質制御カメラを使用して、分離面積１６０またはその一部の画像を捕捉するように構成される。コントローラはさらに、画像を分析し、分離面積１６０内の任意の気泡の体積にいずれの気泡もないこと、または分離面積内の空気の体積が事前決定された閾値を下回ることを確認するように構成されてもよい。例えば、コントローラは、分離面積１６０内の任意の気泡の形状を計算し、分離面積１６０内の空気の全体的体積を計算するように構成されてもよい。空気の計算された体積が、事前決定された閾値を上回る場合、コントローラは、分析を中断するように構成されてもよい。同様に、コントローラは、空気の計算された体積が事前決定された閾値を下回る、またはゼロである場合、分析を継続するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、分離面積１６０および周辺チャネルは、サンプルの精密な計測およびサンプルの成分の制御された分離のための１つまたはそれを上回る特徴を含んでもよい。例えば、いくつかの実施形態では、溢流チャネル１６５は、分離面積１６０の中へのサンプル１５２の量の精密な計測を可能にするように位置付けられてもよい。カートリッジ１５０内に受容されるサンプル１５２の量が、分析のために必要とされるものを上回る場合、過剰分が、溢流チャネル１６５を通して排出するであろう。いくつかの実施形態では、溢流チャネル１６５は、過剰な液体が貯蔵され得る、廃棄物チャンバ１６６に至る。

カートリッジ１５０の回転およびサンプル上の遠心力に起因して、分離面積１６０は、内側端に向かって外側端から充填される。故に、溢流チャネル１６５の開口部を内側分離チャンバ１６１内の特定の半径方向位置に位置付けることは、分離面積１６０の中に装填され得るサンプルの数量を決定付ける。例えば、遠心分離機１０１がカートリッジ１５０を回転させるにつれて、サンプルは、外側分離チャンバ１６２の外側端に向かって移動し、分離面積１６０が充填されるにつれて内向きに移動する充填線を生成するであろう。いったん充填線が、例えば、１７ｍｍの半径方向距離において、溢流チャネル１６５の半径方向位置に到達すると、分離面積１６０に進入するサンプルの任意の付加的体積が、溢流チャネル１６５を通して分離面積１６０から退出するであろう。したがって、分析されるであろうサンプルの数量は、溢流チャネル１６５の半径方向位置に基づいて、精密に計測されることができる。
サンプル構成成分の分離

図１２に示されるように、サンプルが分離面積１６０の中に装填された後、遠心分離機１０１は、サンプル１５２を異なる構成成分に分離するために、カートリッジ１５０を回転させ続けてもよい。例えば、遠心分離機１０１は、サンプルのより濃厚な構成成分を外向きに送り、あまり濃厚ではない構成成分を半径方向内向きに残すように、カートリッジ１５０を回転させてもよい。いくつかの実施形態では、遠心分離機１０１の速度は、サンプル１５２の構成成分を分離するように増加されてもよい。例えば、一実施形態では、サンプルを装填した後、遠心分離機１０１は、カートリッジ１５０を２，０００ｒｐｍ／秒の加速度において１，０００ｒｐｍの速度まで加速してもよい。１，０００ｒｐｍに到達することに応じて、遠心分離機１０１はさらに、５，０００ｒｐｍ／秒においてカートリッジ１５０を７，０００ｒｐｍの率まで加速し、９０秒にわたってその率を保持し、構成成分を分離してもよい。別の実施形態では、遠心分離機１０１は、初期移送回転速度を省き、２，０００ｒｐｍ／秒の加速度において０ｒｐｍから１０，０００ｒｐｍの分離速度に直接進んでもよい。分離ステップは、分析されているサンプル、回転の中心からの分離チャンバの半径、および破砕に抵抗するためのカートリッジ１５０の強度に応じて、１，０００ｒｐｍ～２０，０００ｒｐｍの回転速度において生じてもよい。分離の持続時間は、１０秒～５分の範囲内で実行されてもよい。

いくつかの実施形態では、サンプル１５２は、全血であってもよく、カートリッジ１５０の継続的回転が、図１２に描写されるように、血漿から赤血球を分離してもよい。例えば、図示される実施形態の分離面積１６０では、内側分離チャンバ１６１は、血漿コンパートメントとして作用してもよく、外側分離チャンバ１６２は、赤血球トラップとして作用してもよい。カートリッジ１５０の高速回転に応答して、より濃厚な赤血球が、半径方向外向きに押動される一方、あまり濃厚ではない血漿は、血漿コンパートメント１６１の中に半径方向内向きに移動する。

外側分離チャンバ１６２の角度付き内縁１６４は、上記に説明されるように、外側分離チャンバ１６２からの空気の除去を助長したことと類似する様式で、サンプルの構成成分を分離することを支援し得る。遠心分離機１０１がカートリッジ１５０を回転させるにつれて、より濃厚な構成成分は、外向きに移動し、あまり濃厚ではない構成成分は、内向きに移動するであろう。故に、充填プロセスの間の外側分離チャンバ１６２内の空気の流路と同様に、サンプルの軽い構成成分は、内向きに移動し、次いで、縮径部１６３に到達し、内側分離チャンバ１６１に通過するまで、外側分離チャンバ１６２の角度付き内縁１６４を辿るであろう。

いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、分離プロセス後に、処理品質制御カメラを使用して、分離面積またはその一部の画像を捕捉するように構成されてもよい。コントローラ１４０はさらに、画像を分析し、分離面積１６０内のサンプルのより濃厚な構成成分の充填レベルを決定するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、サンプルのあるより濃厚な構成成分が事前決定された充填レベルから外向きに移動したことを確認するように構成される。コントローラは、同様に、そのような確認に応答して、分析を継続するように構成されてもよい。

例えば、サンプルが全血である場合、コントローラ１４０は、画像を分析し、分離面積内の赤血球の充填レベルを決定するように構成されてもよい。赤血球の充填レベルが、事前決定された半径の外側にある場合、コントローラ１４０は、分析を継続するように構成されてもよい。他方では、赤血球の充填レベルが、事前決定された半径の内側にある場合、コントローラ１４０は、血液サンプルの構成成分をさらに分離するために、制御信号を遠心分離機１０１に送信し、カートリッジを回転させ続けるように構成されてもよい。例えば、画像が、分離時間の９０秒において捕捉および分析されてもよい。赤血球のレベルが、例えば、回転の中心から２２ｍｍの閾値距離の内向きにある場合、コントローラ１４０は、付加的画像を捕捉し、赤血球のレベルを再評価する前に、制御信号を送信し、さらに３０秒にわたって回転するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、本付加的制御信号の持続時間または速度は、赤血球の識別された充填レベルに基づいてもよい。代替として、コントローラ１４０は、分析を中断するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、本方法は、赤血球を除外するサンプルの一部を移送するように構成される。赤血球の包含は、分析に影響を及ぼし得る、ヘモグロビンを血漿に添加し得る。故に、赤血球の充填レベルを識別することは、さらなる分析のために移送される血漿の品質が決定されることを可能にする。

同様に、いくつかの実施形態では、分離プロセス後の分離面積１６０の画像は、内側分離チャンバ内の血漿の透明度を決定するように、コントローラによって分析されてもよい。さらに、コントローラ１４０は、血漿が閾値透明度を満たすことを確認することに応答して、分析を進めるように構成されてもよい。

さらに依然として、いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、分離された血液サンプルの画像を分析し、赤血球線の半径方向距離および回転の時間に基づいて、血液のヘマトクリットレベルを決定するように構成されてもよい。当業者は、所与のチャンバ幾何学形状、回転率、および回転時間に関して、より低いヘマトクリットレベルの血液が、より高いヘマトクリットレベルを伴う血液よりも大きい半径において分離線を呈するであろうことを容易に理解するであろう。所与のカートリッジ幾何学形状および回転パラメータに関して、異なるヘマトクリットレベルが、コントローラ１４０内に記憶される較正テーブルを決定するように起動および評価されることができる。未知のヘマトクリットのサンプルが起動されるとき、分離線が、所定の回転時間後に、起動されているサンプルのヘマトクリットレベルを決定するように、コントローラ内に記憶された値と比較されることができる。さらに、コントローラ１４０は、ヘマトクリットレベルが事前決定された閾値を下回ることを確認することに応答して、分析を進めるように構成されてもよい。
上清の移送

図１３に示されるように、サンプル１５２の一部が、分離面積１６０から延在するサイフォン１６７を通して、分離面積１６０から除去されてもよい。サイフォン１６７は、混合チャンバ１７５等の第２のチャンバに至る、１ｍｍ^２の断面積を伴うマイクロ流体チャネルの形態であってもよい。サイフォン１６７は、分離面積１６０から延在する第１の区分１６８と、頂点１６９と、頂点１６９から混合チャンバ１７５まで延在する第２の区分１７０とを含んでもよい。サイフォン１６７の第１の区分１６８は、半径方向内向きの構成要素を有する方向に、頂点１６９に向かって内側分離チャンバ１６１から離れるように、サイフォン入口１７１から延在する。さらに、第２の区分１７０は、頂点１６９から、サイフォンのサイフォン入口１７１よりもさらに半径方向外向きにあるサイフォン出口１７２まで延在する。例えば、サイフォン入口１７１が、回転の中心から２１ｍｍの半径方向位置にあってもよい一方、サイフォン頂点は、回転の中心から１６ｍｍにあってもよく、サイフォン出口１７２は、回転の中心から３０ｍｍの半径方向距離にあってもよい。他の半径方向距離も、サイフォン出口１７２がサイフォン入口１７１よりも大きい半径方向距離にあり、頂点１６９がサイフォン入口１７１およびサイフォン出口１７１の両方未満の半径方向距離にある限り、用途の必要性に合うように選定されてもよい。したがって、頂点１６９は、サイフォン１６７の半径方向最内点であり、サイフォン出口１７２は、サイフォン入口１７１と比較して半径方向外向きである。故に、遠心分離機の回転が、概して、サンプルを半径方向外向きに駆動するため、いったんサンプルの一部が頂点１６９にわたって通過すると、サイフォン１６７は、内側分離チャンバ１６１から混合チャンバ１７５までサンプルの一部を駆動するであろう。

いくつかの実施形態では、サイフォンは、プライミングされてもよい、すなわち、サンプルの一部が、毛管作用を通して吸い上げ作用を開始するように、頂点を越えて強く動かされてもよい。換言すると、吸い上げ作用が内側分離チャンバ１６１からさらなる流体を引き込むまで、毛管力が、サイフォン１６７の第１の区分１６８の中に、かつ頂点１６９を越えてサンプルを引き込んでもよい。サイフォン１６７の断面積は、毛管作用を促進するように、より小さい、例えば、約０．１ｍｍ^２～約０．３ｍｍ^２、または約０．２ｍｍ^２であってもよい。他の実施形態では、サイフォン１６７は、サンプルが頂点を通過するまでサイフォン１６７の中にサンプルを引き込む、ポンプの使用を通して、プライミングされてもよい。

さらに、いくつかの実施形態では、サイフォンは、加速によってプライミングされてもよい。例えば、一実施形態では、カートリッジ１５０が７，０００ｒｐｍにおいて分離ステップを完了した後、これは、サイフォンステップを準備するように、遠心分離機１０１によって２，０００ｒｐｍ／秒において３，０００ｒｐｍまで減速される。カートリッジ１５０が、第１の円周方向に回転している間に、慣性が、サンプルを推進させ、その方向に移動し続けさせるであろう。故に、カートリッジ１５０が、例えば、８，０００ｒｐｍ／秒において３，０００ｒｐｍから０ｒｐｍまで迅速に減速される場合、慣性が、サンプル１５２を第１の円周方向に移動し続けさせ、サンプルは、第１の円周方向に沿ったその延在に起因して、サイフォン１６７の第１の区分１６８を通して、かつ分離面積１６０の充填レベルの半径方向外向きにある頂点１６９を通して流動するであろう。本時点で、遠心分離機１０１は、回転方向を２，０００ｒｐｍ／秒の加速度において－１，０００ｒｐｍに逆転させ、その速度を保持してもよい。遠心力が、チャネル１７０内の流体を、サイフォン入口１７１の半径方向に外向きにあるサイフォン出口１７２に向かって半径方向外向きに移動させるであろう。分離面積１６０は、充填レベルが、サイフォン１６７の第１の区分１６８が内側分離チャンバ１６１の中に開放する接続の半径方向外向きになる（または「それを下回って下降する」）まで、排出し続けるであろう。プライミングおよびサイフォンの本方法は、プロセス全体が数秒で生じ得るため、毛管作用および／またはポンプベースのプライミングならびにサイフォンよりも有意に高速である。いくつかの実施形態では、頂点１６９は、溢流チャネル１６５の半径方向内向きにあり、これは、分離面積１６０が充填されている間に、サンプルがサイフォン１６７を通して流動しないように防止する。他の回転速度および加速度も、加速度がサイフォン頂点１６８にわたって流体を押進させるために十分であり、カートリッジ１５０が回転し続け、分離面積１６０から流体を引き出す限り、使用されることができる。

上記に記述されるように、サイフォン１６７の第１の区分１６８は、第１の円周方向に、かつ半径方向内向きに延在する。さらに、いくつかの実施形態では、サイフォン１６７の第１の区分１６８の形状は、特に、サイフォン１６７のプライミングを助長するように成形される。例えば、いくつかの実施形態では、内側分離チャンバ１６１に接続される端部における第１の区分１６８の一部は、第１の円周方向と略平行、例えば、平行の１０度以内である。第１の区分１６８は、頂点１６９に向かって延在するにつれて、徐々に内向きに湾曲する。上記に記述されるように、カートリッジ１５０の減速に応じて、サンプルは、第１の円周方向に押勢される。故に、第１の区分１６８の第１の部分が第１の円周方向と実質的に整合されると、サンプルは、さらなる運動量を伴ってサイフォン１６７の中に流入する。本運動量の結果として、サンプルは、頂点１６９に到達し、それを越えて流動し、それによって、サイフォン１６７をプライミングすることができる。

いくつかの実施形態では、サイフォン１６７の第１の区分１６８と内側分離チャンバ１６１との間の接続の位置は、サイフォン１６７を通して計測された量のサンプルを移送するように選択される。例えば、図１３の描写される実施形態では、サイフォン１６７は、半径方向への溢流チャネル１６５の開口部とサイフォン１６７の第１の区分１６８の開口部との間の距離に基づいて、精密な量のサンプル、例えば、５０マイクロリットルを移送するであろう。サンプルがサイフォン１６７を通して移送されるにつれて、内側分離チャンバ１６１内の充填レベルは、降下し（すなわち、半径方向外向きに移動し）、入口チャネル１５９または溢流チャネル１６５からの空気によって置換されるであろう。いったんサンプルと空気との間の界面がサイフォン１６７の第１の区分１６８に到達すると、いずれの付加的な量のサンプルも、内側分離チャンバ１６１から引動されないであろう。故に、第１の区分１６８が内側分離チャンバ１６１の中に開放する位置が、下流チャンバに移送される、計測された量のサンプルを定義するために使用されてもよい。

内側分離チャンバ１６１の中へのサイフォン１６７の第１の区分１６８の開口部の位置はまた、サンプルのある構成成分のみのサイフォン１６７を通した移送を限定するように選択されてもよい。例えば、サンプルが、全血であり、分離チャンバ１６２、１６１が、血漿から赤血球を分離するために使用される、実施形態では、第１の区分１６８の開口部は、分離された赤血球から半径方向内向きに位置付けられてもよい。混合チャンバに移送されるサンプル内の赤血球の意図的ではない包含が、混合プロセスの間にヘモグロビン汚染をもたらし得る。故に、サイフォン１６７を通して移送されるサンプル内の赤血球の包含を回避するように、第１の区分１６８の開口部を設置することが有利である。したがって、外側分離チャンバ１６２が、分離プロセス後に赤血球を受容するように構成される赤血球トラップである場合、第１の区分１６８の開口部は、赤血球トラップから半径方向内向きに、かつ血漿コンテナ内に位置付けられてもよい。同様に、外側分離チャンバ１６２の容積は、赤血球トラップの容積が殆どの全血サンプルに存在する赤血球の体積に適応し得ることを確実にするように、典型的赤血球体積、例えば、５２％のヘマトクリットレベルに基づいて、選択されてもよい。

いくつかの実施形態では、外側分離チャンバ１６２は、第１の円周方向に縮径部１６３から離れるように延在する。故に、カートリッジ１５０が減速され、サンプルのあまり濃厚ではない構成成分がサイフォン１６７を通して押勢されるにつれて、より濃厚な構成成分は、同様に、外側分離チャンバ１６２の閉鎖端に向かって、縮径部１６３およびサイフォン入口１７１から離れるように押勢される。例えば、全血を使用する実施形態では、縮径部１６３の上方にある血漿が、サイフォン１６７を通して移送され、赤血球が、外側分離チャンバ１６２によって形成される赤血球の閉鎖端に向かって押勢される。

議論されるように、大きな減速が、サイフォンをプライミングするために使用されてもよい。カートリッジが減速していると、外側分離チャンバ内の濃厚成分は、閉鎖端に向かって、縮径部１６３から離れるように移動する。しかしながら、流体密度が、外側分離チャンバ１６２のより半径方向外向きの部分に向かってより高い、密度勾配が外側分離チャンバ内に存在し得る。この場合、チャンバの上部における分離された成分が縮径部１６３に向かって移動する、ある程度の逆流が、外側分離チャンバの上部に存在し得る。それらの成分が、径部１６３に向かって十分遠く移動する場合、それらは、上側分離チャンバ１６１の中に上方に搬送され、混合チャンバ１７６の中に上側分離チャンバ１６２から吸い出されてもよい。これは、より長く回転し、濃厚成分をさらに充塞することによって、またはより低い率において減速することによって、制御されることができるが、図１４に示されるように、下側分離チャンバ内にバッフル１９１を追加することが有利であり得る。バッフル１９１は、実質的に外側分離チャンバ１６２の深度を通して延在し、外側分離チャンバ内の濃厚構成成分の運動を妨げるように位置付けられてもよい。下側分離チャンバの初期充填の間に空気の除去を促進するため、かつ下側分離チャンバ内の分離を促進するために、バッフル１９１は、外側分離チャンバ１６２の外壁から離間されてもよい。バッフルは、円形、卵形、正方形、または長方形であり得る。さらに、グリッドを形成するように異なる半径方向距離に複数列のバッフルが存在し得る。さらに、列は、円周方向にオフセットされ得る。

図１９は、屈曲１６９の頂点に通気チャネル１７４を含む、サイフォン１６７の代替実施形態を示す。通気チャネル１７４は、屈曲１６９の頂点からカートリッジの中心に向かって内向きに延在し、分離面積１６０から混合チャンバ１７５までのサンプルのポンプベースの移送を促進するために使用される。マニホールド１０８が、係合されないとき、通気チャネル１７４は、大気に開放している。マニホールド１０８が、カートリッジ１５０上で位置合わせするとき、通気口は、シールによって被覆され、閉鎖されてもよい。通気チャネル１７４を含む、サイフォン１６７を動作させる例示的方法では、血漿の分離後、マニホールド１０８は、カートリッジ１５０と位置合わせおよび接触させられる。引込ポンプ１１８は、出口ポート１５６を通してカートリッジ１５０からガスを引き込み、分離面積１６０からサイフォンライン１６７を通して混合チャンバ１７５の中にサンプルを引動する。精密な所定の引込体積後、マニホールド１０８は、上昇され、カートリッジ１５０から接続解除され、通気チャネル１７４は、大気に開放される。遠心分離機１０１は、次いで、サイフォンライン１６７内に残留するサンプルが、遠心力に起因してサイフォンラインの両側を辿って、かつ通気チャネル１７４から離れるように移動するように、カートリッジ１５０を回転させる。通気チャネル１７４は、サンプルが回転の中心から離れるように混合チャンバ１７５に向かって、かつ分離面積１６０に向かって移動するにつれて、通気チャネルを通して引動される空気がサイフォンライン１６７内のサンプルを変位させることを可能にすることによって、サンプルの移動を可能にする。カートリッジの回転に応じて、通気チャネル１７４がない場合、サイフォン作用が、空気が前述で議論されたようにサイフォンラインへの入口に到達する点まで、分離面積１６０を排出するであろう。サイフォンライン１６７の通気式実施形態では、混合チャンバに移送されるサンプルの量は、分離面積およびサイフォンラインの幾何学形状ではなく、ポンプ引込体積によって決定されることができる。したがって、移送されるサンプルの体積は、固定されるのではなく、選択可能である。
サンプル混合

分離面積１６０から、血漿は、その中に試薬を有し得る、混合チャンバ１７５まで移動する。例えば、混合チャンバ１７５は、凍結乾燥常磁性捕捉ビーズ１７７、検出標識、対照被分析物、および対照標識を含んでもよい。いったん混合チャンバ１７５に入ると、血漿は、全て図１４に示されるように第１の円周方向に回転し続けながら、カートリッジ１５０の急速な加速および減速によって試薬と混合される。

いくつかの実施形態では、試薬との血漿の混合は、混合チャンバ１７５内に配置される混合ボール１７６によって促進される。カートリッジ１５０の加速および減速は、第１の円周方向に回転するにつれて、混合ボール１７６を、混合チャンバ１７５を通して前後に移動させ、その壁から跳ね返らせる。例えば、一実施形態では、遠心分離機１０１は、１，５００ｒｐｍ／秒において加速および減速する、２００ｒｐｍ～５００ｒｐｍの回転速度においてカートリッジ１５０を移動させてもよい。これは、５Ｈｚの混合周波数に対応する。混合ボール１７６の乱流移動は、最初に、常磁性捕捉ビーズ、検出標識、対照被分析物、および対照標識を再水和し、血漿の中に放出する。混合ボール１７６は、さらに、常磁性捕捉ビーズ１７７および検出標識への標的被分析物の結合反応速度を促進することに役立つ。混合ステップ後に、標的被分析物および検出標識は、ともに、および血漿の全体を通して分散される常磁性捕捉ビーズに付着されてもよい。いくつかの実施形態では、試薬の再水和および標的被分析物のインキュベーションは、２０分未満、例えば、１０分未満または５分未満で生じる。

いくつかの実施形態では、混合チャンバ１７５は、混合ボール１７６の方向を変動させることによって混合ボール１７６の混合能力を向上させる、幾何学的特徴を有する。例えば、いくつかの実施形態では、混合チャンバ１７５の外側表面は、前後に転がるにつれて混合ボールの跳ね返りを助長するための粗面またはテクスチャ加工表面を含む。同様に、いくつかの実施形態では、混合チャンバ１７５の外側表面は、突起にわたって通過するにつれて混合ボールを「ジャンプ」させるように、半径方向内向きの突起を含んでもよい。さらに、いくつかの他の実施形態では、混合チャンバ１７５の端部は、半径方向内向きの方向に傾斜し、混合チャンバの端部において混合ボールを内向きに押動し、混合ボールに方向を逆転させ、混合チャンバの半径方向内側の近傍で混合チャンバを通して戻るように通過させる。例えば、両端が、そのような傾斜を有し、カートリッジが前後に回転して移動されるにつれて、混合ボールの８の字パターンを可能にすることができる。

用語「混合ボール」は、いずれの特定の形状にも関するのではなく、本特徴の移動を参照して本明細書で使用される。したがって、混合ボール１７６は、いくつかの実施形態では、球形であり得るが、他の実施形態では、別の形状を有してもよい。実施例として、混合ボール１７６は、卵形、立方体、または星形であり得る。いくつかの実施形態では、混合ボールの表面は、磁性である。本明細書で使用されるような用語「非磁性」は、磁性でも常磁性でもない、それらの材料を含む。さらに、いくつかの実施形態では、混合ボールの表面は、低い反応性を有する物質を含む。例えば、いくつかの実施形態では、混合ボール１７６は、真鍮、ガラス、またはテフロン（登録商標）を含んでもよい。プラスチック、セラミック、サンプルよりも高い密度を伴う他の硬質材料もまた、混合ボールのために使用されてもよい。他の実施形態、特に、常磁性捕捉ビーズが使用されないものでは、混合ボール１７６は、鋼鉄等の強磁性材料を含んでもよい。同様に、いくつかの実施形態では、混合ボールは、低い反応性を有する物質でコーティングされる。

いくつかの実施形態では、混合チャンバおよび周辺チャネルは、混合プロセスの間に混合チャンバ内にサンプルを留めるための１つまたはそれを上回る特徴を含む。例えば、図９－１９に示されるカートリッジ１５０では、サイフォン１６７によって形成される事前混合チャンバチャネルおよび事後混合チャンバチャネル１７３は両方とも、混合チャンバ１７５から半径方向内向きに延在する。故に、遠心力は、カートリッジ１５０が遠心分離機１０１によって回転されるにつれて、サンプルを外向きに混合チャンバ１７５の中に押勢する。

同様に、毛管作用による混合チャンバから外へのサンプルの移動を防止するために、混合チャンバ１７５に直接接続されるチャネル１６７、１７３のうちの少なくとも１つは、毛細管中断１７８、１７９を含んでもよい。例えば、図１４に示されるようなカートリッジ１５０では、事前混合チャンバチャネル１６７および事後混合チャンバチャネル１７３は両方とも、個別の毛細管中断１７８、１７９を含む。毛細管中断１７８、１７９はそれぞれ、混合チャンバ１７５から離れるように導く方向に拡張する、個別のチャネル１６７、１７３の一区分によって形成される。毛細管中断１７８、１７９の拡張する断面積は、サンプルが混合チャンバ１７５から離れるように移動するにつれて、低減した毛管力をもたらす。毛細管中断１７８、１７９の使用は、毛管作用の効果を低減させ、常磁性捕捉ビーズ、検出標識、対照被分析物、および対照標識の混合ならびにインキュベーション後に、チャンバ内に培養流体を保つ。これは、下記により詳細に議論されるように、培養流体がチャンバ１７５から出て行くことなく、磁石１３０が懸濁液から常磁性ビーズを引き出すための時間を可能にする。図９－１９に示される実施形態では、毛細管中断は、菱形の形態である。他の実施形態では、混合チャンバ１７５から離れるように突出するにつれて拡張する他の形状も、可能性として考えられる。

さらに、２つの毛細管中断の使用が、サンプル上の力の平衡を保ち、混合チャンバ１７５内にサンプルを留めることに役立ち得る。例えば、混合チャンバ１７５は、充填ラインが毛細管中断１７８、１７９内の混合チャンバ１７５の両側に位置するような程度まで、充填されてもよい。故に、チャネルのうちの１つの中の充填ラインが、個別の毛細管中断（例えば、１７８）の広がった区分に向かって半径方向内向きに移動するように、サンプルが、混合チャンバの片側に向かって移動する場合、そのチャネル内の毛管力は、低減されるであろう。同時に、混合チャンバ１７５の対向側のチャネル内の充填ラインは、半径方向外向きに、かつ毛管力がより強いであろう、対向毛細管中断（例えば、１７９）のより小さい断面積の中に移動するべきである。したがって、両方の毛細管中断からのサンプル上の毛管力は、混合チャンバ内に残留するようにサンプルを押勢するであろう。本平衡効果を促進することに役立つために、いくつかの実施形態では、２つの毛細管中断１７８、１７９は、同一の半径方向位置にある。

毛細管中断１７８、１７９はまた、リザーバとしての役割を果たし、混合プロセスの初期段階の間にサンプルの一部を保持してもよい。いくつかの実施形態では、試薬は、カートリッジ１５０内に安定した乾燥形態で貯蔵されてもよい。例えば、試薬は、本開示の分析方法に先立って、凍結乾燥されてもよい。そのような場合において、混合チャンバ１７５内で生じる、血漿および凍結乾燥試薬の混合は、凍結乾燥プロセスの間に捕捉された空気の放出をもたらし得る。再度、カートリッジの回転によって引き起こされる遠心力に起因して、本空気は、混合プロセスが起こるにつれて、半径方向内向きに、かつサンプルから外に移動するであろう。したがって、最初に混合チャンバに到達するときにサンプルによって占有される全体的容積は、空気が放出されたときの混合プロセスの後期よりも大きい。毛細管中断１７８、１７９は、空気が放出され、サンプルから逃散されることを可能にされるまで、リザーバとしての役割を果たし、サンプルの一部を保持することができる。

いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、分離面積１６０からの移送後に、処理品質制御カメラを使用して、混合チャンバ１７５またはその一部の画像を捕捉するように構成されてもよい。コントローラ１４０はさらに、画像を分析し、混合チャンバ１７５の充填レベルを決定するように構成されてもよい。分析されるサンプルの精密な体積の知識は、標的被分析物の正確な濃度を決定することに有用であり得る。故に、コントローラ１４０は、混合チャンバ１７５内の体積が閾値を超えることを決定することに応答して、分析を進めるように構成されてもよい。さらに、コントローラ１４０は、分析に起因するデータを正規化するために分析される、サンプルの体積を使用するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、混合チャンバ１７５に移送されるサンプルの一部の体積は、サンプルの一部が、事前混合チャンバチャネル１６７および事後混合チャンバチャネル１７３内に残留するように、混合チャンバの容積よりも大きい。したがって、コントローラ１４０は、処理品質制御カメラによって捕捉される画像から両方のチャネル内のサンプルのメニスカス線を識別し、これらのメニスカス線の位置に基づいて、体積を計算するように構成されてもよい。
サンプルの磁気移動

いくつかの実施形態では、分析器１００は、下記により詳細に説明されるように、常磁性捕捉ビーズを移動させるように構成される、１つまたはそれを上回る磁石１３０（１０６）を含んでもよい。図２０に示される分析器１００の断面部分に図示されるように、それぞれは、可動ステージ１３２、１３３に結合されてもよい。磁石１３０、１３１は、カートリッジ１５０の外側からの常磁性捕捉ビーズ１７７の移動を可能にするために、カートリッジの上方または下方に位置付けられてもよい。半径方向および軸方向への磁石１３０の直線移動は、マニホールドの位置付けモータ１１０によるカートリッジ１５０の回転と組み合わせて、円周方向に磁石１３０を移動させる必要なく、磁石１３０が、カートリッジ１５０の任意の部分にわたって位置付けられることを可能にする。したがって、いくつかの実施形態では、ステージ１３３は、半径方向磁石ステージ１３３を使用して、カートリッジ１５０の半径方向に沿って前方および後方に、ならびに軸方向にカートリッジ１５０に向かって、かつそこから離れるように、磁石１３０、１３１を移動させ、軸方向磁石ステージ１３２を使用して、常磁性捕捉ビーズ１７７の磁気引力を導入または除去することを可能にされ得る。他の実施形態では、可動ステージは、カートリッジ１５０が回転される必要なく、カートリッジ１５０の任意の部分にわたって移動するように、３次元で移動するように動作可能であり得る。いくつかの実施形態では、磁石が、電磁石であってもよい一方、他の実施形態では、磁石は、恒久磁石であってもよい。さらに、いくつかの実施形態では、電磁石は、常磁性ビーズの操作をさらに促進するように、ＡＣまたは１２６電流を使用してアクティブ化されることができる。

いったん混合チャンバ１７５の内容物が徹底的に混合され、標的被分析物が（図１４に示されるように）分散された常磁性捕捉ビーズ１７７に付着されると、磁石１３０、１３１は、カートリッジ１５０を通して常磁性捕捉ビーズ１７７を移動させるように導入されてもよい。磁石１３０が混合チャンバ１７５に隣接して設置されると、カートリッジ１５０は、図１６に示されるように、ボーラスの中に常磁性捕捉ビーズ１７７を収集するために、磁石１３０にわたって前後に回転されてもよい。いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、常磁性捕捉ビーズが磁石１３０を使用して収集された後のビーズボーラスの画像を捕捉するように構成される。さらに、いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、常磁性ビーズボーラスのサイズを測定し、ビーズボーラスのサイズが事前決定された範囲内である場合、分析を進めるように構成される。そうでなければ、コントローラ１４０は、エラーを識別し、分析を中断してもよい。

いくつかの実施形態では、常磁性捕捉ビーズ１７７が磁石１３０によって固着された後、洗浄緩衝剤１８２が、図１６に示されるように、そこから血漿を除去するように、混合チャンバ１７５を通して圧送されてもよい。いくつかの実施形態では、混合チャンバ１７５からの血漿のパージの間に、常磁性捕捉ビーズ１７７のボーラスは、ボーラスの分散を回避するように、混合チャンバ１７５上の特定の場所で保持されてもよい。例えば、ボーラスは、血漿のパージの間に、混合チャンバ１７５の角の中に位置付けられてもよい。

いくつかの実施形態では、洗浄緩衝剤１８２は、洗浄チャンバ１８１を介して、混合チャンバ１７５に送達される。混合チャンバ１７５および洗浄チャンバ１８１は、相互から半径方向にオフセットされてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、混合チャンバ１７５と洗浄チャンバ１８１との間のマイクロ流体チャネルは、半径方向線に沿って延在し、１ｍｍ^２の断面積を有してもよい。換言すると、混合チャンバ１７５と洗浄チャンバ１８１との間のマイクロ流体チャネルは、円周方向に沿って延在しない。故に、混合チャンバ内の流体は、混合ステップの間のカートリッジ１５０の加速または減速のいずれかの間に、混合チャンバ１７５から洗浄チャンバ１８１までのチャネルを通して流動するように強制されない。さらに、上記に解説されるように、事後混合チャンバチャネル１７１５０６は、混合チャンバ１７５内にサンプルを留めることに役立つ、毛細管中断１７８を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、洗浄緩衝剤１８２は、洗浄ポンプ１１６を使用して、マニホールド１０８を介してカートリッジ１５０の中に導入され、溶出緩衝剤１８５は、図８に示されるように、溶出ポンプ１１７を使用して、マニホールド１０８を介してカートリッジ１５０の中に圧送されてもよい。一実施形態では、１５０マイクロリットルの洗浄緩衝剤１８２が、洗浄チャンバを充填するように、洗浄ポンプ１１６によって、マニホールド１０８の洗浄供給ポート１１１を通して、かつ洗浄入口ポート１５４を通してカートリッジ１５０の中に圧送されてもよい。同様に、別の実施形態では、例えば、２５マイクロリットルの溶出緩衝剤１８５が、溶出チャンバを充填するように、溶出ポンプ１１７によって、マニホールド１０８の溶出供給ポート１１２を通して、かつ溶出入口ポート１５５を通してカートリッジ１５０の中に圧送されてもよい。上記に解説されるように、供給ポート１１１、１１２はそれぞれ、シールされた接続を形成するように、個別の入口ポート１５４、１５５と係合するように慎重に位置付けられることができる。

いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、洗浄緩衝剤１８２で充填された後の洗浄チャンバ１８１の少なくとも一部の画像を捕捉するように構成されてもよい。さらに、コントローラ１４０は、洗浄チャンバ１８１の画像を分析し、洗浄チャンバ１８１内の空気の非存在を確認するように、または洗浄チャンバ１８１内の任意の気泡の体積が事前決定された閾値を下回ることを確認するように構成されてもよい。例えば、コントローラ１４０は、洗浄チャンバ１８１内の任意の気泡の形状を計算し、洗浄チャンバ１８１内の空気の全体的体積を計算するように構成されてもよい。空気の計算された体積が、事前決定された閾値を上回る場合、コントローラは、さらなる流体を中に圧送する、または分析を中断するように構成されてもよい。同様に、コントローラは、空気の計算された体積が事前決定された閾値を下回る、またはゼロである場合、分析を継続するように構成されてもよい。類似プロセスが、溶出チャンバ１８４内の空気に対して使用されることができる。具体的には、コントローラ１４０は、溶出チャンバ１８４の画像を分析し、溶出チャンバ１８４内の空気の非存在を確認するように、または溶出チャンバ１８４内の任意の気泡の体積が事前決定された閾値を下回ることを確認するように構成されてもよい。例えば、コントローラ１４０は、溶出チャンバ１８４内の任意の気泡の形状を計算し、溶出チャンバ１８４内の空気の全体的体積を計算するように構成されてもよい。空気の計算された体積が、事前決定された閾値を上回る場合、コントローラは、分析を中断するように構成されてもよい。同様に、コントローラは、溶出チャンバ１８４内の空気の計算された体積が事前決定された閾値を下回る、またはゼロである場合、分析を継続するように構成されてもよい。

分析器１００はまた、マニホールド１０８を介してカートリッジ１５０に結合される、引込ポンプ１１８を含んでもよい。特に、カートリッジ１５０は、マニホールド１０８を介して引込ポンプ１１８に接続される、洗浄出口ポート１５６および溶出出口ポート１５７を含んでもよい。特に、洗浄出口ポート１５６は、マニホールド１０８の洗浄引込ポート１１３に結合されてもよく、溶出出口ポート１５７は、マニホールド１０８の溶出引込ポート１１４に結合されてもよい。入口および出口ポートは、カートリッジ１５０を通して２つの個別の流体ラインを形成してもよい。特に、洗浄入口ポート１５４および洗浄出口ポート１５６は、洗浄ライン１８３を形成してもよい。同様に、溶出入口ポート１５５および溶出出口ポート１５７は、カートリッジ１５０を通して溶出ライン１８６を形成してもよい。洗浄ポンプ１１６および引込ポンプ１１８の動作が、洗浄ライン１８３を通して洗浄緩衝剤１８２の流動を制御してもよい一方、溶出ポンプ１１７および引込ポンプ１１８の動作は、溶出ライン１８６を通して溶出緩衝剤１８５の流動を制御してもよい。着目すべきこととして、いくつかの実施形態では、いずれの洗浄緩衝剤１８２または溶出緩衝剤１８５も、個別の洗浄出口ポート１５６および溶出出口ポート１５７を通して実際には引き込まれないが、代わりに、ガスのみが、洗浄ライン１８３および溶出ライン１８６を通して個別の流体の移動を制御する方法として、これらの出口ポートを通して除去される。例えば、カートリッジ内の廃棄物チャンバは、十分に大きくあり得るため、カートリッジから流体を除去するために必要ではない。さらに、いくつかの実施形態では、洗浄ライン１８３および溶出ライン１８６はそれぞれ、両方が単一の引込ポンプに結合されるのではなく、個別の引込ポンプに結合されてもよい。さらに、単一の引込ポンプが、ある時点で洗浄ライン１８３に接続され、代替として、異なる時点で溶出ライン１８６のみに接続されてもよい。

いくつかの実施形態では、洗浄ポンプ１１６および引込ポンプ１１８は、洗浄緩衝剤１８２が検出チャンバ１８４に進入しないように回避するために、慎重に制御される。さらに、いくつかの実施形態では、分析器は、洗浄ポンプ１１６および引込ポンプ１１８を動作させ、図１６に示されるように、洗浄流体が洗浄チャンバの中に引き込まれるにつれて、接続通路１８７内で空気の塊を維持する。例えば、いくつかの実施形態では、コントローラは、類似流率において洗浄ポンプ１１６および引込ポンプ１１８を動作させ、洗浄ラインに沿って洗浄緩衝剤を移送し、洗浄流体が洗浄ラインの外側に漂遊しないように回避する。同様に、いくつかの実施形態では、溶出ポンプ１１７および引込ポンプ１１８は、溶出緩衝剤１８５が洗浄チャンバ１８１に進入しないように回避するために制御される。

さらに、いくつかの実施形態では、溶出緩衝剤および洗浄緩衝剤は、同時にカートリッジに導入され、二次汚染を回避するように制御される。例えば、いくつかの実施形態では、洗浄緩衝剤１８２および溶出緩衝剤１８５が、個別の洗浄ライン１８３および溶出ライン１８６の中に導入されるにつれて、洗浄ポンプ１１６、溶出ポンプ１１７、および引込ポンプ１１８は、洗浄ライン１８３および溶出ライン１８６を接続する接続通路１８７内に気泡を形成するように制御される。特に、いくつかの実施形態では、本接続通路１８７は、洗浄チャンバ１８１と検出チャンバ１８４との間に延在する。気泡は、洗浄緩衝剤１８２および溶出緩衝剤１８５の混合を防止し、「空気ばね」の役割を果たす、ダムを形成する。さらに、気泡は、下記により詳細に解説されるように、流体が混合していないことを検証するように、可視的に監視されることができる。いくつかの実施形態では、本気泡は、標的被分析物が検出チャンバ１８４の中に移動されるまで維持される。

接続通路内の空気の塊または気泡の使用は、洗浄チャンバと溶出チャンバとの間の流動を制御する弁の必要性を回避する。いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、その中の空気の塊の存在を確認するために、洗浄チャンバ１８１と溶出チャンバ１８４との間の接続通路１８７の画像を捕捉するように構成されてもよい。接続通路１８７の画像を分析した後、コントローラが、接続通路１８７内の空気の塊の存在を識別する場合、コントローラ１４０は、分析を進めるように構成されてもよい。他方では、コントローラ１４０が、接続通路１８７内の空気の塊を識別しない場合、コントローラは、本開示の分析を中断するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、洗浄ラインまたは溶出ラインのうちの少なくとも１つは、空気トラップを含む。例えば、いくつかの実施形態では、洗浄ライン１８３の深度は、洗浄入口ポート１５４と洗浄チャンバとの間の面積内で増加される。洗浄ライン１８３の深度の本増加は、洗浄ラインの中に圧送される任意の空気が捕らえられるための空間を提供する。例えば、いくつかの実施形態では、分析器は、深度方向が重力と平行であるように、カートリッジを水平に保持する。故に、洗浄ライン１８３内の任意の空気は、上方に、かつ洗浄ラインの本区分の増加した深度によって引き起こされる空気トラップの中に浮動するであろう。溶出ライン１８６は、溶出入口ポート１５５の近傍に類似空気トラップを有してもよい。

常磁性捕捉ビーズ１７７が、図１５に示されるように、混合チャンバ１７５内のボーラスの中に収集されると、磁石１３０は、洗浄チャンバ１８１の中に常磁性捕捉ビーズ１７７のボーラスを搬送するように、カートリッジ１５０の回転と併せて可動ステージ１３３によって移動されてもよい。いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、常磁性捕捉ビーズ１７１のビーズボーラスが洗浄チャンバ１８１に移送された後に、洗浄チャンバ１８１の少なくとも一部の画像を捕捉するように構成されてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、洗浄チャンバ１８１内の常磁性ビーズボーラスのサイズを測定し、洗浄チャンバ１８１内のビーズボーラスのサイズが事前決定された範囲内である場合、分析を進めるように構成される。そうでなければ、コントローラ１４０は、エラーを識別し、分析を中断してもよい。

いったん常磁性捕捉ビーズ１７７が洗浄チャンバ１８１内に配置されると、カートリッジ１５０は、図１７に図式的に示されるように、常磁性捕捉ビーズ１７７を効果的に洗浄し、本システムで使用される標的被分析物、検出標識、および任意の対照を除いて、サンプルから全ての汚染物質を除去するように、前後に回転されてもよい。いくつかの実施形態では、使用済み洗浄緩衝剤が、洗浄チャンバ１８１から外に掃引されてもよく、洗浄緩衝剤１８２の新しい体積が、洗浄ステップを繰り返す前に洗浄チャンバ１８１に添加されてもよい。洗浄ステップは、数回、例えば、３回またはそれを上回って実施されてもよい。

いくつかの実施形態では、第２の磁石１３１が、洗浄動作の一連のステップの間に常磁性捕捉ビーズ１７７を分散および再凝結させるように、洗浄ステップの間に導入されてもよい。特に、磁石１３０および第２の磁石１３１は、洗浄チャンバ１８１を横断して移動するにつれて、常磁性捕捉ビーズ１７７を分散および再凝結させるために、洗浄チャンバ１８１の反対側に配置されてもよい。常磁性捕捉ビーズ１７７を拡散することは、ビーズがボーラス内でともに保持された場合、それらが洗浄緩衝剤によってより効率的に洗浄されることを可能にする。故に、洗浄ステップのために必要とされる時間およびサイクルの数は、従来の洗浄方法と比較して、削減され得る。

図２１および２２は、本発明による、洗浄動作の２つの例示的実施形態を図示する。図２１は、２つの磁石１３０、１３１が鋸歯パターンで洗浄チャンバ１８１に対して移動される、洗浄動作を図示する。特に、図２１は、第１の磁石１３０および第２の磁石１３１が鋸歯洗浄動作の間に占有する、５つの離散場所Ｐ１－Ｐ５を図示する。位置Ｐ１では、第２の磁石１３１が、洗浄チャンバ１８１から遠隔にある一方、第１の磁石１３０は、洗浄チャンバ１８１に隣接し、これは、常磁性捕捉ビーズに、第１の磁石１３０に隣接してボーラスを形成させる。磁石１３０、１３１は、次いで、第２の磁石１３１が、洗浄チャンバ１８１に近づく一方、第１の磁石１３０が、洗浄チャンバ１８１から離れるように移動するように、軸方向に移動される。本移動と協調して、カートリッジ１５０はまた、磁石１３０、１３１がまた、洗浄チャンバ１８１に対して側方に再配置されるように、回転されてもよい。第１の磁石１３０が常磁性捕捉ビーズ１７７から離れるように移動するにつれて、ボーラスは、血漿の不必要な構成成分が常磁性捕捉ビーズ１７７から分離および洗浄され得るように、洗浄溶液の中に分散される。常磁性捕捉ビーズ１７７の分散は、位置Ｐ１とＰ２との間で図２１に図示される。第２の磁石１３１が洗浄チャンバ１８１に接近するにつれて、常磁性捕捉ビーズ１７７は、懸濁液から引き出され、再び厳密なボーラスの中に引き込まれる。分散および再凝結ステップは、次いで、磁石１３０、１３１が位置Ｐ２から位置Ｐ３まで移動するにつれて、反対方向に繰り返されることができる。同様に、本プロセスは、いくつかの付加的ステップに関して鋸歯パターンで継続されることができる。

図２２は、２つの磁石１３０、１３１が方形波パターンで洗浄チャンバ１８１に対して移動される、洗浄動作の別の実施形態を図示する。特に、図２２は、第１の磁石１３０および第２の磁石１３１が鋸歯洗浄動作の間に占有する、９つの離散場所Ｐ１－Ｐ９を図示する。再度、位置Ｐ１では、第２の磁石１３１が、洗浄チャンバ１８１から遠隔にある一方、第１の磁石１３０は、洗浄チャンバ１８１に隣接し、これは、常磁性捕捉ビーズに、第２の磁石１３１に隣接してボーラスを形成させる。カートリッジ１５０は、次いで、磁石１３０、１３１が洗浄チャンバ１８１に対して移動するように、回転される。有利なこととして、カートリッジ１５０は、洗浄チャンバ１８１の表面に沿って常磁性捕捉ビーズ１７７を拡散し、それによって、洗浄溶液内でチャンバ１８１の表面に沿って常磁性捕捉ビーズを分散させるために十分な速度において回転されてもよい。磁石１３０、１３１は、次いで、第２の磁石１３１が、洗浄チャンバ１８１に近づく一方、第１の磁石１３０が、洗浄チャンバ１８１から離れるように移動するように、位置Ｐ３まで移動される。再度、第１の磁石１３０が常磁性捕捉ビーズ１７７から離れるように移動するにつれて、ボーラスは、血漿の不必要な構成成分が常磁性捕捉ビーズ１７７から分離および洗浄され得るように、洗浄溶液の中に分散される。同様に、第２の磁石１３１が、位置Ｐ３に示されるように、洗浄チャンバ１８１に接近するにつれて、常磁性捕捉ビーズ１７７は、洗浄チャンバ壁に対して懸濁液から引き出される。

図２１および２２に示される洗浄動作の実施形態は、常磁性捕捉ビーズを厳密なボーラスに再凝結させることを含むが、他の実施形態では、常磁性捕捉ビーズは、動作の間にボーラスに厳密に合体されることなく、洗浄チャンバを通して指向されてもよい。例えば、動作のステップの間に、ビーズは、洗浄流体内に比較的に分散されたが、磁石によって洗浄チャンバの長さに沿って前後に移動されたままであってもよい。

上記に記述されるように、いくつかの実施形態では、磁石１３０および第２の磁石１３１は、カートリッジ１５０の反対側に、例えば、カートリッジ１５０の上方および下方に位置付けられる。他の実施形態では、磁石１３０、１３１は、カートリッジ１５０の同一側であるが、半径方向に対して洗浄チャンバ１８１の反対側に配置される。さらに、いくつかの実施形態では、磁石１３０、１３１は、洗浄チャンバ１８１の長さに沿って常磁性捕捉ビーズ１７７を拡散する。さらに、いくつかの実施形態では、第１の磁石１３０と第２の磁石１３１との間の距離は、洗浄ステップの間に可動ステージ１３２を使用して変動される。磁石１３０、１３１の本相対移動は、常磁性捕捉ビーズ１７７のボーラスの撹乱を助長し、洗浄動作を向上させ得る。

洗浄動作後、常磁性捕捉ビーズ１７７は、図１９に示されるように、第１の磁石１３０を用いて再び収集され、接続通路１８７を通して、溶出緩衝剤１８５で充填される検出チャンバ１８４の中に移動されてもよい。１つまたはそれを上回る磁石１３０、１３１を使用して、常磁性捕捉ビーズ１７７を保持しながら、カートリッジ１５０は、検出チャンバ１８４および溶出緩衝剤１８５を通して常磁性捕捉ビーズ１７７を通過させるように、前後に回転されてもよく、これは、常磁性捕捉ビーズ１７７と標的被分析物との間および標識と標的被分析物との間の結合を除去する。これは、検出チャンバ１８４内の溶出緩衝剤１８５の中に純蛍光色素共役懸濁液を残す。

標的被分析物および標識の溶出を向上させるために、上記に解説される洗浄動作に類似する磁気溶出動作が、使用されてもよい。例えば、磁石１３０、１３１は、図２１および２２に示されるもの等の特定のパターンで検出チャンバ１８４に対して移動してもよい。洗浄動作のものに類似する制御された様式で常磁性ビーズを制御することは、磁気溶出動作を向上させる。

溶出プロセスが実行された後、常磁性捕捉ビーズ１７７は、光学システム１２０に干渉することを回避するように、検出チャンバ１８４の外側に、または検出チャンバ１８４の一方の端部まで移動されてもよい。分析器１００の光学システム１２０は、次いで、上記に解説されるように、検出チャンバ１８４内の流体の体積内の標的被分析物の存在または濃度を決定するように、検出チャンバ１８４内の溶液を分析するようにアクティブ化されてもよい。

本開示の別の側面では、分析器１００の光学システム１２０は、多重化動作のために、第２の電磁放射線源１２８と、第２の検出器１２９とを含む。いくつかの実施形態では、分析器の第２の電磁放射線源１２８および第２の検出器１２９は、サンプル内の第２の標的被分析物の存在を決定するために使用されてもよい。他の実施形態では、第２の電磁放射線源１２８および第２の検出器１２９は、カートリッジ１５０内の対照被分析物の濃度を測定するために使用されてもよい。例えば、カートリッジ１５０は、精密な既知の数量の対照被分析物を含んでもよい。故に、対照被分析物の測定された濃度は、標的被分析物のための比較基準として使用されてもよい。本測定された濃度は、次いで、標的被分析物の検出された濃度を適合させるために使用されることができる。

例えば、対照被分析物の測定された濃度が、対照被分析物の実際の既知の濃度の９５％のみである場合、コントローラ１４０は、本割合差を使用し、標的被分析物の検出された濃度を適合させることができる。例えば、コントローラ１４０は、分析器１００がサンプル内の標的被分析物の９５％のみを検出していることを決定し、それに応じて、計算された濃度を調節してもよい。

いくつかの実施形態では、第１の電磁放射線源１２１および第２の電磁放射線源１２８からの電磁放射線は、同一の対物レンズを使用して、カートリッジに指向される。実際に、いくつかの実施形態では、２つの源からの電磁放射線は、同一の照会空間に指向される。いくつかの実施形態では、第１の電磁放射線源１２１および第２の電磁放射線源１２８は、異なる波長、例えば、異なる色の電磁放射線を放出する。

本開示は、生物学的状態に関するマーカ等の１つまたはそれを上回る標的被分析物の極めて敏感な検出および定量のためのシステムならびに方法を提供する。
シングルプレックスおよびマルチプレックス検定

一側面では、本開示は、サンプルの「シングルプレックス」検定を実施し、サンプル内の単一のタイプの標的被分析物を検出および分析し得る、システムならびに方法を提供する。他の側面では、本開示は、サンプルの「マルチプレックス」検定を実施し、サンプル内の複数の（例えば、２つ、３つ、またはそれを上回る）異なるタイプの標的被分析物を検出および分析し得る、システムならびに方法を提供する。本明細書に説明される多重化システムおよび方法を使用することは、シングルプレックス検定を介したそれらの標的被分析物の類似分析を実施するために要求され得るよりも低減したサンプル体積および低減した試薬体積を使用して、複数の標的被分析物のより急速な検出および分析を提供し得る。さらに、本明細書に説明される多重化システムおよび方法は、標的被分析物を含むサンプルの分析が、既知の濃度の対照検定と比較されることを可能にすることができる。

サンプル内の複数の異なるタイプの標的被分析物を検出および分析するために、多重化分析器システムは、１つのタイプの標的被分析物を他のものと区別することができる。これは、部分的に、相互と異なる励起波長帯域および／または発光波長帯域を有する、異なる標識を用いて異なる標的被分析物を標識することによって、達成されることができる。いくつかの実装では、異なる標識は、比較的にわずかな重複を伴う、もしくは重複を伴わない、励起波長帯域および／または発光波長帯域を有する。他の実装では、標識の励起波長帯域および／または発光波長帯域の間にある程度の重複が存在し得る。多重化はまた、各流体回路が空間的に明確に異なる、１つを上回る流体回路を同一のカートリッジ上に実装し、異なる標的被分析物のための試薬を搬送することによって、達成されることもできる。異なる流体回路を用いると、異なる標的標識が異なる励起および発光波長を有することは必要ではない。付加的回路が、同一のサンプルチャンバから、または異なるサンプルチャンバからサンプルを収集してもよい。
電磁放射電力およびビンサイズ

光学システムでは、電磁放射線源１２１は、電磁放射線の波長が標的被分析物に付着された蛍光標識を励起させるために十分であるように、設定されてもよい。いくつかの実施形態では、電磁放射線源１２１は、可視スペクトル内で発光するレーザである。いくつかの実施形態では、レーザは、６３９ｎｍ、５３２ｎｍ、４８８ｎｍ、４２２ｎｍ、または４０５ｎｍの波長を伴う連続波レーザである。本開示の方法および組成物で使用されるような蛍光性部分を励起させるために好適な波長を伴う任意の連続波レーザが、本開示の範囲から逸脱することなく使用されることができる。レーザのための電力設定は、概して、１ｍＷ～１００ｍＷである。しかしながら、当業者は、レーザ電力が測定の最適な信号対雑音比を達成するための任意の設定であり得ることを理解するであろう。そうするために、レーザ電力は、照会空間内の標識の滞留時間の間に、可能な限り多くの励起発光サイクルを達成するように設定されるべきである。検出器ビン時間もまた、それに応じて設定されるべきである。標識を光退色させるために要する時間よりも長い、および／または照会空間内の標識の滞留時間よりも長いビン時間は、単に、過剰な雑音の収集を可能にするであろう。低すぎる、または高すぎるレーザ電力設定、もしくは長すぎるビン時間設定は、可能な限り最高の信号対雑音比をもたらさないであろう。

分析器１００内の照会空間が標識標的被分析物にわたって通過するにつれて、蛍光粒子によって放出される光子が、照会空間が標識粒子にわたって通過するための時間を示す時間遅延を伴って、検出器１２２によって登録される。光子強度が、検出器１２２によって記録され、サンプリング時間が、ビンに分割され、ビンは、自由に選択可能な時間チャネル幅を伴う一様な恣意的時間区画である。各ビンに含有される信号の数が、評価される。いくつかの統計分析方法のうちの１つまたはそれを上回るものが、標識もしくは粒子が存在するとき、またはビンの一区分がアーチファクトを含有するときを決定するために、使用される。アーチファクトを含有するビンの区分が、破棄される一方、標識を含有する単一ビンまたはビンの区分が、計数される。計数される標識の数は、サンプルに存在する標的被分析物の数を示す。
照会体積

照会体積は、存在するときに着目標的被分析物が検出され得る、サンプルの有効体積と考えられることができる。サンプルの照会体積を計算する種々の方法が存在するため、照会体積の有効体積（Ｖ）を決定するための最も単純な方法は、検出体積の有効断面を計算することである。検出体積が、典型的には、定常サンプルを通して検出体積を平行移動させることによって、サンプルを通して掃引されるため、体積は、典型的には、測定時間の間にある距離を通して掃引されている検出体積の断面積の結果である。前述で議論されたように、（サンプルに対するレーザの運動方向と垂直およびレーザ光の伝搬方向と垂直な）照会体積の断面積の側方範囲は、レーザ源がサンプル空間内で結像される開口数によって限定される。（レーザの伝搬方向に沿った）照会体積の縦方向サイズは、選定される共焦点停止のサイズによって決定される。サンプル濃度（Ｃ）が把握され、ある時間周期の間に検出される分子の数（Ｎ）が把握される場合、サンプル体積は、サンプルの濃度で除算された、検出される分子の数、すなわち、Ｖ＝Ｎ／Ｃ（サンプル濃度は、単位体積あたりの分子の単位を有する）から成る。

例えば、本明細書に説明されるシステムのいくつかの実施形態では、検出される全ての光子が、計数され、１００マイクロ秒区画（光子計数ビン）で加算される。着目分子が、１００マイクロ秒区画に存在する場合、検出される光子の計数は、典型的には、背景よりも有意に高い。したがって、検出体積がサンプルに対して移動した距離は、単一の区画内でサンプリングされる体積、すなわち、照会体積を計算するために使用するべき適切な距離である。本実施例では、サンプルが、６０秒にわたって分析される場合、効果的に６００，０００個の区画が、走査される。有効体積が、区画の数によって除算される場合、結果として生じる体積は、本質的に、単一の区画の体積、すなわち、照会体積である。数学的に、単一の区画の体積、すなわち、照会体積（Ｖｓ）は、区画ビンの数によって乗算された、サンプルの濃度によって除算された検出される分子の数（Ｎ）に等しい（ｎは、分子の数Ｎが計数された時間の間の区画ビンの数を表す、Ｃ・ｎ）。例示的目的のためのみに、１フェムトモル濃度の既知の標準が、６００，０００個の区画を通して起動され、標準の２０個の分子が、検出されることを考慮されたい。故に、照会体積Ｖｓは、Ｎ／（Ｃ・ｎ）、または２０／（６０２．２１４・６Ｅ５）、もしくは５５．３５１μｍ^３に等しい。したがって、本実施例では、１つの光子計数ビンに対応する、１つのサンプルの有効体積である照会空間体積は、５５．３５１μｍ^３である。
検出器

いくつかの実施形態では、電磁放射線への暴露後に蛍光標識によって放出される光が、検出される。放出された光は、例えば、紫外線、可視、または赤外線であり得る。例えば、第１の検出器１２２は、蛍光性部分からの光子バーストの振幅および持続時間を捕捉し、光子バーストの振幅および持続時間を電気信号に変換してもよい。ＣＣＤカメラ、ビデオ入力モジュールカメラ、およびストリークカメラ等の検出デバイスが、連続信号を伴う画像を生成するために使用されることができる。他の実施形態は、順次信号を生成する、ボロメータ、フォトダイオード、フォトダイオードアレイ、アバランシェフォトダイオード、および光電子増倍管等のデバイスを使用する。前述の検出器の任意の組み合わせが、使用されることができる。
濃度分析のための分子

本開示の器具、キット、および方法は、生物学的状態のマーカ等のいくつかの異なるタイプの標的被分析物の濃度の敏感な検出および決定のために使用されることができる。

本開示の分析器および関連方法を使用して検出され得る、分子または「被分析物」の実施例は、タンパク質、核酸、炭水化物、および有機ならびに無機の両方の小分子等のバイオポリマーを含む。特に、本明細書に説明される器具、キット、および方法は、生物学的サンプル内のタンパク質および小分子の標的被分析物の検出、ならびにサンプル内のそのような分子の濃度の決定において有用である。

本システムおよび方法によって検出される分子は、複合体、例えば、抗体・抗原複合体、またはより一般的には、タンパク質・タンパク質複合体、例えば、トロポニンの複合体もしくは前立腺具体的抗原（ＰＳＡ）の複合体がない状態であり得る、またはその一部であり得る。

いくつかの実施形態では、本開示は、生物学的マーカの敏感な検出のため、かつ診断、予後、および／または治療の方法の決定におけるそのようなマーカの使用のための組成物ならびに方法を提供する。

マーカは、例えば、生物の生物学的状態（例えば、疾患または非疾患状態等の症状）と関連付けられる、任意の組成物および／または分子、もしくは組成物ならびに／もしくは分子の複合体であり得る。マーカは、例えば、小分子、ポリペプチド、ＤＮＡおよびＲＮＡ等の核酸、リン脂質またはミセル等の脂質、ミトコンドリアまたは葉緑体等の細胞成分等であり得る。本開示によって検討されるマーカは、以前から既知または未知であり得る。例えば、いくつかの実施形態では、本明細書の方法は、着目生物学的状態または着目症状に関するマーカとして使用され得る、新規のポリペプチドを識別することができる一方、他の実施形態では、既知のポリペプチドは、着目生物学的状態または症状に関するマーカとして識別される。本開示のシステムを使用して、生物の生物学的状態を決定する際に高い潜在的使用を伴うが、罹患組織から「浸出」されるもの等の低濃度のみにおいて存在する、それらのマーカ、例えば、ポリペプチドを観察し得ることが、可能性として考えられる。他の高い潜在的に有用なマーカまたはポリペプチドは、疾患に関連するもの、例えば、腫瘍宿主環境で発生されるものであり得る。生物学的状態に関する情報を提供する、任意の好適なマーカが、本開示の方法および組成物で使用されることができる。「マーカ」は、その用語が本明細書で使用されると、生物からのサンプル内で検出され得、その検出または定量が、生物の生物学的状態についての情報を提供する、任意の分子を包含する。

生物学的状態は、限定ではないが、表現型状態、生物に影響を及ぼす症状、発達の状態、年齢、健康、病理、疾患検出、プロセス、もしくは病期分類、感染症、毒性、または化学、環境、もしくは薬物因子への応答（薬物応答表現型検査、薬物毒性表現型検査、または薬物有効性表現型検査等）を含む。

本明細書で使用されるような用語「生物」は、少なくとも１つの細胞から成る、任意の生き物を指す。生物は、単細胞生物と同程度に単純または哺乳類と同程度に複雑であり得る。本開示の生物は、好ましくは、哺乳類である。そのような哺乳類は、例えば、ヒト、または霊長類（例えば、サル、チンパンジー等）、飼い慣らされた動物（例えば、イヌ、ネコ、ウマ等）、家畜（例えば、ヤギ、ヒツジ、ブタ、ウシ等）、もしくは実験動物（例えば、マウス、ラット等）等の動物であり得る。好ましくは、生物は、ヒトである。
標識

いくつかの実施形態では、本開示は、分子、例えば、マーカの極めて敏感な検出および定量のための標識を含む、方法および組成物を提供する。

多くの方略が、標的被分析物を標識し、粒子の混合物におけるそれらの検出または判別を可能にするために使用されることができる。標識は、標識および標的被分析物の非特異的または特異的相互作用を利用する方法を含む、任意の公知の手段によって付着されることができる。標識は、検出可能な信号を提供する、または電場内の粒子の移動度に影響を及ぼし得る。標識することは、直接、または結合パートナを通して遂行されることができる。

いくつかの実施形態では、標識は、着目分子への結合パートナから成り、結合パートナは、蛍光性部分に付着される。本開示の組成物および方法は、極めて蛍光性の部分を使用することができる。本開示の組成物および方法のために好適な部分が、下記により詳細に説明される。蛍光性分子が、直接共役等の任意の公知の手段によって、または間接的に（例えば、ビオチン／ストレプトアビジン）、結合パートナに付着されてもよい。

蛍光性部分は、蛍光染料分子であり得る。蛍光性分子の実施例は、限定ではないが、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ（登録商標） ４８８、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ（登録商標） ５３２、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ（登録商標） ６４７、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ（登録商標） ６８０、またはＢｒｉｌｌｉａｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ４２１^ＴＭ、 Ｂｒｉｌｌｉａｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ５１０^ＴＭ、Ｂｒｉｌｌｉａｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ５７０^ＴＭ、Ｂｒｉｌｌｉａｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ６０５等のＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ（登録商標） ７００ Ｂｒｉｌｌｉａｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ^ＴＭ分子（ＢＤ Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ）、およびＡＴＴＯ^ＴＭ５３２等のＡＴＴＯ^ＴＭ染料（ＡＴＴＯ ＴＥＣＨ ＧｍｂＨ）を含む。いくつかの実施形態では、染料分子は、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ（登録商標） ６４７染料分子である。
結合パートナ

いくつかの実施形態では、結合パートナは、抗体から成る。いくつかの実施形態では、抗体は、モノクローナル抗体である。他の実施形態では、抗体は、ポリクローナル抗体である。

抗体は、任意の好適なマーカに特異的であり得る。いくつかの実施形態では、抗体は、サイトカイン、成長因子、腫瘍マーカ、炎症のマーカ、内分泌マーカ、自己免疫マーカ、甲状腺マーカ、心臓血管マーカ、糖尿病のマーカ、感染症のマーカ、神経学的マーカ、呼吸マーカ、胃腸マーカ、筋骨格マーカ、皮膚疾患、および代謝マーカから成る群から選択される、マーカに特異的である。

検出されるべき分子、例えば、マーカの形態に関して必要特異性を伴う任意の好適な結合パートナが、使用されることができる。分子、例えば、マーカが、いくつかの異なる形態を有する場合、結合パートナの種々の特異性が、可能性として考えられる。好適な結合パートナが、当技術分野で公知であり、抗体、アプタマ、レクチン、および受容体を含む。有用かつ万能なタイプの結合パートナは、抗体である。

捕捉結合パートナおよび検出結合パートナペア、例えば、捕捉および検出抗体ペアが、本開示の実施形態で使用されることができる。したがって、いくつかの実施形態では、典型的には、２つの結合パートナ、例えば、２つの抗体が使用される、異種検定プロトコルが、使用される。一方の結合パートナは、通常、固体支持体上で不動化される捕捉パートナであり、他方の結合パートナは、典型的には、検出可能な標識が付着された検出結合パートナである。抗体ペアは、当技術分野で周知の方法によって設計および調製されることができる。本開示の組成物は、抗体ペアの一方の要素が本明細書に説明されるような標識であり、他方の要素が捕捉抗体である、抗体ペアを含む。

いくつかの実施形態では、捕捉抗体、検出抗体、または両方のいずれかとして、種々の種と交差反応する抗体を使用することが有用である。そのような実施形態は、例えば、心臓障害のマーカとして、血液の中への心臓トロポニンの放出を決定することによる、薬物毒性の測定を含む。交差反応抗体は、毒性の研究が、１つの種、例えば、非ヒト種において行われることを可能にし、検定の試薬内の同一の抗体または抗体ペアを使用して、別の種、例えば、ヒトの研究または臨床観察への結果の直接移送を可能にし、したがって、検定の間の変動性を減少させる。したがって、いくつかの実施形態では、着目分子のマーカ、例えば、心臓トロポニンＩ等の心臓トロポニンへの結合パートナとして使用するための抗体のうちの１つまたはそれを上回るものは、交差反応抗体であり得る。いくつかの実施形態では、抗体は、ヒト、サル、イヌ、およびマウスから成る群から選択される、少なくとも２つの種からのマーカ、例えば、心臓トロポニンと交差反応する。いくつかの実施形態では、抗体は、ヒト、サル、イヌ、およびマウスから成る群全体からのマーカ、例えば、心臓トロポニンと交差反応する。

上記の発明を実施するための形態は、付随する図を参照して、開示されるステム、デバイス、および方法の種々の特徴ならびに機能を説明する。図では、類似記号は、典型的には、文脈が別様に決定付けない限り、類似構成要素を識別する。発明を実施するための形態、図、および請求項に説明される例証的実施形態は、限定的であるように意図されていない。本明細書に提示される主題の範囲から逸脱することなく、他の実施形態も、利用されることができ、他の変更も、行われることができる。概して、本明細書に説明され、図に図示されるような、本開示の側面は、その全てが本明細書で明示的に検討される、多種多様な異なる構成で、配列され、代用され、組み合わせられ、分離され、設計され得ることを容易に理解されたい。

種々の側面および実施形態が、本明細書に開示されているが、他の側面および実施形態も、当業者に明白であろう。本明細書に開示される種々の側面および実施形態は、例証の目的のためであり、限定的であることを意図しておらず、真の範囲がは、以下の請求項によって示される。
（実施形態）
（実施形態１）
サンプル内の標的被分析物の濃度を測定するための分析器システムであって、
モータと、
モータの作動によって回転されるようにモータに結合される、ドックと、
ドック内に保持され、サンプルを受容し、サンプルの標的被分析物を単離し、サンプル内の標的被分析物の数量に比例する第１の標識の数量を収集するように構成される、流体システムを含む、カートリッジであって、流体システムは、
入口チャンバと、
入口チャンバの下流にあり、標的被分析物を第１の標識と結合するように、サンプルの少なくとも一部を混合するように構成される、混合チャンバと、
混合チャンバの下流にあり、チャネルによって混合チャンバに接続される、洗浄チャンバであって、洗浄チャンバは、混合チャンバ内で実行される混合プロセスの間に洗浄チャンバの中へのサンプルの流動を妨げるように、混合チャンバから半径方向にオフセットされる、洗浄チャンバと、
を含む、カートリッジと、
電磁放射線を提供し、カートリッジの検出チャンバ内に照会空間を形成するように構成される、第１の電磁放射線源と、
第１の標識が照会空間内に存在する場合、第１の標識によって照会空間内で放出される電磁放射線を検出するように構成される、第１の検出器と、
第１の検出器によって検出される電磁放射線に基づいて、サンプル内の標的被分析物の存在を識別するように構成される、コントローラと、
を備える、分析器システム。
（実施形態２）
混合チャンバから洗浄チャンバまで延在するチャネルは、毛細管中断を含み、毛細管中断は、混合チャンバから離れるように導く方向に拡張する断面積を有する、実施形態１に記載の分析器システム。
（実施形態３）
カートリッジの流体システムはさらに、入口チャンバと混合チャンバとの間に配置される分離面積を含み、分離面積は、縮径部によって接続される、半径方向内側分離チャンバと、半径方向外側分離チャンバとを含む、実施形態１に記載の分析器システム。
（実施形態４）
サイフォンが、半径方向内側分離チャンバから混合チャンバまで延在する、実施形態３に記載の分析器システム。
（実施形態５）
サイフォン通気口が、サイフォンの頂点の近傍でサイフォンから延在する、実施形態４に記載の分析器システム。
（実施形態６）
サンプル内の標的被分析物の濃度を測定するための分析器システムであって、
モータと、
モータの作動によって回転されるようにモータに結合される、ドックと、
ドック内に保持され、サンプルを受容し、サンプルの標的被分析物を単離し、サンプル内の標的被分析物の数量に比例する第１の標識の数量を収集するように構成される、流体システムを含む、カートリッジであって、流体システムは、
入口チャンバと、
入口チャンバの下流にあり、標的被分析物を第１の標識と結合するように、サンプルの少なくとも一部を混合するように構成される、混合チャンバと、
を含む、カートリッジと、
プロセッサと、プロセッサによる実行に応じて、
カートリッジを回転させるように、モータを回転させるステップと、
混合チャンバを通して、再帰的に混合チャンバ内の混合ボールを前後に移動させるように、遠心分離機の回転を断続的に加速および減速するステップと、
を含む、動作のセットの実施を引き起こす、プログラム命令をその上に記憶している、非一過性のコンピュータ可読媒体とを含む、コントローラと、
を備える、分析器システム。
（実施形態７）
混合チャンバ内に配置される、凍結乾燥試薬をさらに備える、実施形態６に記載の分析器。
（実施形態８）
混合ボールは、非磁性である、実施形態６に記載の分析器。
（実施形態９）
サンプル内の標的被分析物の濃度を測定するための分析器システムであって、
モータと、
モータの作動によって回転されるようにモータに結合される、ドックと、
ドック内に保持され、サンプルを受容し、サンプルの標的被分析物を単離し、サンプル内の標的被分析物の数量に比例する第１の標識の数量を収集するように構成される、流体システムを含む、カートリッジであって、流体システムは、
流体を受容するように構成される流体入口ポートと、第１のチャンバと、流体出口ポートとを含む、流体ラインと、
検出チャンバと、
第１のチャンバと検出チャンバとの間の接続通路と、
を含む、カートリッジと、
プロセッサと、プロセッサによる実行に応じて、
接続通路内で空気の塊を維持しながら、流体ラインに沿って第１のチャンバの中に流体を圧送するステップを含む、
動作のセットの実施を引き起こす、プログラム命令をその上に記憶している、非一過性のコンピュータ可読媒体とを含む、コントローラと、
を備える、分析器システム。
（実施形態１０）
流体ラインは、洗浄ラインである、実施形態９に記載の分析器システム。
（実施形態１１）
接続通路は、第１のチャンバから直接延在する、実施形態９に記載の分析器システム。
（実施形態１２）
接続通路は、検出チャンバまで直接延在する、実施形態９に記載の分析器システム。
（実施形態１３）
サンプル内の標的被分析物の濃度を測定するための分析器システムであって、
モータと、
モータの作動によって回転されるようにモータに結合される、ドックと、
ドック内に保持され、サンプルを受容し、サンプルの標的被分析物を単離し、サンプル内の標的被分析物の数量に比例する第１の標識の数量を収集するように構成される、流体システムを含む、カートリッジであって、
流体を受容するように構成される流体入口ポートと、第１のチャンバと、流体出口ポートとを含む、流体ラインと、
検出チャンバと、
第１のチャンバと検出チャンバとの間の接続通路と、
を含む、カートリッジと、
第１のチャンバを用いて標的被分析物のための基質を提供するように構成される、複数の常磁性ビーズと、
可動ステージ上に配置される、第１の磁石と、
プロセッサと、プロセッサによる実行に応じて、
常磁性ビーズを懸濁液から外に、かつボーラスの中に引動するように、第１の磁石およびカートリッジの相対移動を促進するステップであって、相対移動は、第１の表面を横断して第１の磁石を移動させること、またはカートリッジを回転させることのうちの少なくとも１つによって促進される、ステップを含む、
動作のセットの実施を引き起こす、プログラム命令をその上に記憶している、非一過性のコンピュータ可読媒体とを含む、コントローラと、
を備える、分析器システム。
（実施形態１４）
コントローラはさらに、第１のチャンバから第２のチャンバに常磁性ビーズおよび標的被分析物を移送するように、第１の磁石およびカートリッジの相対移動を促進するように構成される、実施形態１３に記載の分析器システム。
（実施形態１５）
第２の磁石をさらに備える、実施形態１４に記載の分析器システム。
（実施形態１６）
コントローラはさらに、洗浄動作を行うように構成され、洗浄動作は、
常磁性ビーズが第２のチャンバ内で分散するように、カートリッジの第１の表面から離れるように第１の磁石を移動させるステップと、
常磁性ビーズが第２の磁石の近傍に集合するように、カートリッジの第２の表面に向かって第２の磁石を移動させるステップと、
常磁性ビーズが第２のチャンバ内で分散するように、カートリッジの第２の表面から離れるように第２の磁石を移動させるステップと、
常磁性ビーズが第１の磁石の近傍に集合するように、カートリッジの第１の表面に向かって第１の磁石を移動させるステップと、
を含む、実施形態１５に記載の分析器システム。
（実施形態１７）
サンプル内の標的被分析物の濃度を測定するための分析器システムであって、
モータと、
モータの作動によって回転されるように、モータに結合されるドックと、
ドック内に保持され、サンプルを受容し、サンプルの標的被分析物を単離し、サンプル内の標的被分析物の数量に比例する第１の標識の数量を収集するように構成される、流体システムを含む、カートリッジと、
分析動作の間にカートリッジの画像を捕捉するように構成される、品質制御カメラと、
電磁放射線を提供し、カートリッジの検出チャンバ内に照会空間を形成するように構成される、第１の電磁放射線源と、
第１の標識が照会空間内に存在する場合、第１の標識によって照会空間内で放出される電磁放射線を検出するように構成される、第１の検出器と、
品質制御カメラによって捕捉される画像を分析し、画像の分析に応答して、分析動作を継続し、
第１の検出器によって検出される電磁放射線に基づいて、サンプル内の標的被分析物の存在を識別する、
ように構成される、コントローラと、
を備える、分析器システム。
（実施形態１８）
コントローラは、画像の分析に応答して、カートリッジをさらに回転させるように構成される、実施形態１７に記載の分析器システム。
（実施形態１９）
モータは、カートリッジに結合され、サンプルの成分を分離するように、少なくとも１００ｒｐｍの速度においてカートリッジを回転させるように構成される、遠心分離機を含む、実施形態１－１８のいずれかに記載の分析器システム。
（実施形態２０）
複数のポートを含み、複数のポートのそれぞれをカートリッジの個別の対応するポートに結合するように構成される、マニホールドをさらに備える、施形態１－１９のいずれかに記載の分析器システム。
（実施形態２１）
モータは、カートリッジに結合され、カートリッジの検出ゾーンを第１の電磁放射線源からの電磁放射線と整合させるように、カートリッジを枢動させるように構成される、位置付けモータを含む、実施形態１－１８のいずれかに記載の分析器システム。
（実施形態２２）
第１の電磁放射線源からの電磁放射線をカートリッジの検出チャンバに指向するように、かつ標識によって放出される電磁放射線を検出器に指向するように構成される、光学システムをさらに備える、実施形態１－２１のいずれかに記載の分析器システム。
（実施形態２３）
光学システムは、共焦点システムである、実施形態２２に記載の分析器システム。
（実施形態２４）
分析器システムの構成要素の全ては、共通筐体内に配置され、共通筐体の寸法は、任意の方向に任意の方向に１メートルと同程度である、実施形態１－２３のいずれかに記載の分析器システム。
（実施形態２５）
コントローラは、ユーザから制御情報を受信するため、かつ分析データをユーザに出力するためのネットワークインターフェースを含む、実施形態１－２４のいずれかに記載の分析器システム。
（実施形態２６）
カートリッジは、平面的であり、カートリッジ内のチャンバは、単一の平面内に位置する、実施形態１－２５のいずれかに記載の分析器システム。
（実施形態２７）
カートリッジは、円盤であり、カートリッジのチャンバは、円盤の周囲に円周方向に位置付けられる、実施形態１－２６のいずれかに記載の分析器システム。
（実施形態２８）
カートリッジは、弁がない、実施形態１－２７のいずれかに記載の分析器システム。
（実施形態２９）
カートリッジは、５０マイクロリットル～１ミリリットルの範囲内のサンプルを受容するように構成される、実施形態１－２８のいずれかに記載の分析器システム。
（実施形態３０）
カートリッジは、その中に貯蔵された試薬を含む、実施形態１－２９のいずれかに記載の分析器システム。
（実施形態３１）
標的被分析物の濃度を測定するためのサンプルを調製および含有するためのカートリッジであって、
サンプルを受容し、サンプルの標的被分析物を単離し、サンプル内の標的被分析物の数量に比例する第１の標識の数量を収集するように構成される、流体システムであって、
混合チャンバと、
混合チャンバと連通する第１のチャネルと、
混合チャンバと連通する第２のチャネルと、
を含む、流体システムと、
混合チャンバ内に配置される、混合ボールであって、混合ボールは、第１のチャネルおよび第２のチャネルよりも大きい、混合ボールと、
を備える、カートリッジ。
（実施形態３０）
カートリッジは、
基部と、
基部にわたって配置される、本体と、
本体にわたって配置される、カバーと、
を備え、本体は、カートリッジの複数のチャンバを画定する、それを通して延在する開放経路を含む、
実施形態２５に記載のカートリッジ。
（実施形態３１）
カートリッジは、平面的であり、カートリッジ内のチャンバは、単一の平面内に位置する、実施形態３０に記載のカートリッジ。
（実施形態３２）
カートリッジは、円盤であり、カートリッジのチャンバは、円盤の周囲に円周方向に位置付けられる、実施形態３０または３１のいずれかに記載の分析器システム。
（実施形態３３）
カートリッジは、弁がない、実施形態３０－３２のいずれかに記載の分析器システム。
（実施形態３４）
カートリッジは、５０マイクロリットル～１ミリリットルの範囲内のサンプルを受容するように構成される、実施形態３０－３３のいずれかに記載の分析器システム。
（実施形態３５）
カートリッジは、その中に貯蔵された試薬を含む、実施形態３０－３４のいずれかに記載の分析器システム。
（実施形態３６）
サンプル内の標的被分析物の存在を検出する方法であって、
サンプルをカートリッジの中に導入するステップであって、カートリッジは、サンプルの標的被分析物を単離し、サンプル内の標的被分析物の数量に比例する第１の標識の数量を収集するための流体システムを含み、流体システムは、
第１のチャンバと、
第２のチャンバと、
第１のチャンバから第２のチャンバまで延在するチャネルと、
を備える、ステップと、
標的被分析物を常磁性ビーズから成る基質に結合するステップと、
カートリッジの第１の表面の近傍に、かつ第１のチャンバに隣接して第１の磁石を位置付けるステップと、
常磁性ビーズを懸濁液から外に、かつボーラスの中に引動するように、第１の磁石およびカートリッジの相対移動を促進するステップであって、相対移動は、第１の表面を横断して第１の磁石を移動させること、またはカートリッジを回転させることのうちの少なくとも１つによって促進される、ステップと、
第１の電磁放射線源から電磁放射線を指向し、カートリッジ内に照会空間を形成するステップと、
第１の標識が照会空間内に存在する場合、第１の標識によって照会空間内で放出される電磁放射線を第１の検出器内で受容するステップと、
コントローラを使用して、第１の検出器によって検出される電磁放射線に基づいて、サンプル内の標的被分析物の存在を識別するステップと、
を含む、方法。
（実施形態３７）
平坦な円盤の形態のカートリッジ内で液体を混合する方法であって、
混合チャンバから半径方向内向きに延在するチャネルを通して、液体をカートリッジの混合チャンバに導入するステップであって、混合チャンバは、その中に混合ボールを含む、ステップと、
半径方向外向きに液体を押勢し、混合チャンバ内に液体を留めるように、第１の円周方向にカートリッジを回転させるステップと、
混合チャンバを通して再帰的に混合ボールを前後に移動させるように、カートリッジの回転を断続的に加速および減速するステップと、
を含む、方法。
（実施形態３８）
混合チャンバは、液体の導入に先立って、凍結乾燥試薬を提供され、
混合チャンバを通した混合ボールの移動に起因する混合は、凍結乾燥試薬から液体の中にガスを放出する、
実施形態３７に記載の方法。
（実施形態３９）
放出されたガスは、半径方向内向きに混合チャンバから外に移動する、実施形態３８に記載の方法。
（実施形態４０）
混合ボールは、非磁性である、実施形態３７－３９のいずれかに記載の方法。
（実施形態４１）
サンプル内の標的被分析物の存在を検出する方法であって、
サンプルをカートリッジの中に導入するステップであって、カートリッジは、サンプルの標的被分析物を単離し、サンプル内の標的被分析物の数量に比例する第１の標識の数量を収集するための流体システムを含み、流体システムは、
流体を受容するように構成される流体入口ポートと、第１のチャンバと、流体出口ポートとを含む、流体ラインと、
検出チャンバと、
第１のチャンバと検出チャンバとの間の接続通路と、
を備える、ステップと、
標的被分析物を第１のチャンバに移送するステップと、
接続通路内で空気の塊を維持しながら、流体ラインに沿って第１のチャンバの中に流体を圧送するステップと、
標的被分析物を検出チャンバに移送するステップと、
第１の電磁放射線源から電磁放射線を指向し、カートリッジの検出チャンバ内に照会空間を形成するステップと、
第１の標識が照会空間内に存在する場合、第１の標識によって照会空間内で放出される電磁放射線を第１の検出器内で受容するステップと、
コントローラを使用して、第１の検出器によって検出される電磁放射線に基づいて、サンプル内の標的被分析物の存在を識別するステップと、
を含む、方法。
（実施形態４２）
接続通路は、第１のチャンバから直接延在する、実施形態４１に記載の方法。
（実施形態４３）
接続通路は、検出チャンバまで直接延在する、実施形態４１または４２に記載の方法。
（実施形態４４）
標的被分析物を検出チャンバに移送するステップをさらに含み、標的被分析物は、磁石を使用して運搬される常磁性ビーズによって検出チャンバの中に搬送される、実施形態４１－４３のいずれかに記載の方法。
（実施形態４５）
検出チャンバは、溶出入口ポートと、溶出出口ポートとを含む、溶出ライン内に配置され、
本方法はさらに、常磁性ビーズから標的被分析物を結合解除するように、溶出流体を溶出ラインの中に圧送するステップを含む、
実施形態４４に記載の方法。
（実施形態４６）
流体は、流体入口ポートにおいて流体を流体ラインの中に送給し、流体出口ポートにおいて流体ラインから流体を引き出すことによって、流体ラインに沿って圧送される、実施形態４１－４５のいずれかに記載の方法。
（実施形態４７）
サンプル内の標的被分析物の存在を検出する方法であって、
サンプルをカートリッジの中に導入するステップであって、カートリッジは、サンプルの標的被分析物を単離し、サンプル内の標的被分析物の数量に比例する第１の標識の数量を収集するための流体システムを含み、流体システムは、
第１のチャンバと、
第２のチャンバと、
第１のチャンバから第２のチャンバまで延在するチャネルと、
を備える、ステップと、
標的被分析物を常磁性ビーズから成る基質に結合するステップと、
カートリッジの第１の表面の近傍に、かつ第１のチャンバに隣接して第１の磁石を位置付けるステップと、
常磁性ビーズを懸濁液から外に、かつボーラスの中に引動するように、第１の磁石およびカートリッジの相対移動を促進するステップであって、相対移動は、第１の表面を横断して第１の磁石を移動させること、またはカートリッジを回転させることのうちの少なくとも１つによって促進される、ステップと、
第１の電磁放射線源から電磁放射線を指向し、カートリッジ内に照会空間を形成するステップと、
第１の標識が照会空間内に存在する場合、第１の標識によって照会空間内で放出される電磁放射線を第１の検出器内で受容するステップと、
コントローラを使用して、第１の検出器によって検出される電磁放射線に基づいて、サンプル内の標的被分析物の存在を識別するステップと、
を含む、方法。
（実施形態４８）
第１のチャンバから第２のチャンバに常磁性ビーズおよび標的被分析物を移送するように、第１の磁石およびカートリッジの相対移動を促進するステップをさらに含む、実施形態４７に記載の方法。
（実施形態４９）
サンプルの他の構成成分から標的被分析物を単離するように、第２のチャンバ内で洗浄動作を実施するステップをさらに含む、実施形態４７または４８に記載の方法。
（実施形態５０）
洗浄動作は、
常磁性ビーズが第２のチャンバ内で分散するように、カートリッジの第１の表面から離れるように第１の磁石を移動させるステップと、
常磁性ビーズが第２の磁石の近傍に集合するように、カートリッジの第２の表面に向かって第２の磁石を移動させるステップと、
常磁性ビーズが第２のチャンバ内で分散するように、カートリッジの第２の表面から離れるように第２の磁石を移動させるステップと、
常磁性ビーズが第１の磁石の近傍に集合するように、カートリッジの第１の表面に向かって第１の磁石を移動させるステップと、
を含む、実施形態４９に記載の方法。
（実施形態５１）
サンプル内の標的被分析物の存在を検出する方法であって、
サンプルをカートリッジの中に導入するステップであって、カートリッジは、サンプルの標的被分析物を単離し、サンプル内の標的被分析物の数量に比例する第１の標識の数量を収集するための流体システムを含み、流体システムは、
入口チャンバと、
入口チャンバに接続される、分離面積であって、内側分離チャンバと、外側分離チャンバとを含む、分離面積と、
分離面積の下流の検出チャンバと、
を備える、ステップと、
入口チャンバから分離面積に血液サンプルを移送するステップと、
外側分離チャンバに向かって血液サンプルの赤血球を移動させ、内側分離チャンバに向かって血漿を移動させるように、遠心分離機を使用して、カートリッジを回転させるステップと、
カメラを使用して、分離面積内の血液サンプルの画像を捕捉するステップと、
コントローラを使用して、分離面積内の血液サンプルの画像を分析し、分離面積内の赤血球の位置を決定するステップと、
内側分離チャンバから混合チャンバに血漿を移送するステップと、
血漿から標的被分析物を単離するステップと、
標的被分析物を検出チャンバに移送するステップと、
第１の電磁放射線源から電磁放射線を指向し、カートリッジの検出チャンバ内に照会空間を形成するステップと、
第１の標識が照会空間内に存在する場合、第１の標識によって照会空間内で放出される電磁放射線を第１の検出器内で受容するステップと、
コントローラを使用して、第１の検出器によって検出される電磁放射線に基づいて、サンプル内の標的被分析物の存在を識別するステップと、
を含む、方法。
（実施形態５２）
赤血球の決定された位置に応答して、外側分離チャンバに向かって赤血球をさらに移動させるように、遠心分離機を使用して、カートリッジをさらに回転させるステップをさらに含む、実施形態５１に記載の方法。
（実施形態５３）
遠心分離機を使用して、カートリッジを回転させた後に、コントローラを使用して、血液サンプルの画像を分析し、内側分離チャンバ内の血漿の透明度を決定するステップをさらに含み、分離面積から混合チャンバにサンプルの一部を移送するステップは、事前決定された値を上回る血漿の透明度に応答して実行される、実施形態５１または５２に記載の方法。
（実施形態５４）
混合チャンバ内の血漿の画像を捕捉するステップと、
コントローラを使用して、混合チャンバ内の血漿の画像を分析し、混合チャンバ内の血漿の体積を計算するステップと、
をさらに含む、実施形態５３に記載の方法。

Claims (20)

1. サンプル内の標的被分析物の濃度を測定するための分析器システムであって、前記分析器システムは、
   モータと、
   前記モータの作動によって回転されるように前記モータに結合されるドックと、
   カートリッジであって、前記カートリッジは、前記ドック内に保持され、流体システムを含み、前記流体システムは、サンプルを受容し、前記サンプルの標的被分析物を単離し、前記サンプル内の前記標的被分析物の数量に比例する第１の標識の数量を収集するように構成され、前記流体システムは、
   入口チャンバと、
   混合チャンバであって、前記混合チャンバは、前記入口チャンバの下流にあり、前記標的被分析物を前記第１の標識と結合するように、前記サンプルの少なくとも一部を混合するように構成される、混合チャンバと、
   洗浄チャンバであって、前記洗浄チャンバは、前記混合チャンバの下流にあり、チャネルによって前記混合チャンバに接続され、前記洗浄チャンバは、前記混合チャンバ内で実行される混合プロセスの間に前記洗浄チャンバの中への前記サンプルの流動を妨げるように、前記混合チャンバから半径方向にオフセットされる、洗浄チャンバと
   を含む、カートリッジと、
   第１の電磁放射線源であって、前記第１の電磁放射線源は、電磁放射線を提供し、前記カートリッジの検出チャンバ内に照会空間を形成するように構成される、第１の電磁放射線源と、
   第１の検出器であって、前記第１の検出器は、前記第１の標識が前記照会空間内に存在する場合、前記第１の標識によって前記照会空間内で放出される電磁放射線を検出するように構成される、第１の検出器と、
   コントローラであって、前記コントローラは、前記第１の検出器によって検出される電磁放射線に基づいて、前記サンプル内の前記標的被分析物の存在を識別するように構成される、コントローラと
   を備える、分析器システム。
2. 前記混合チャンバから前記洗浄チャンバまで延在するチャネルは、毛細管中断を含み、前記毛細管中断は、前記混合チャンバから離れるように導く方向に拡張する断面積を有する、請求項１に記載の分析器システム。
3. 前記カートリッジの流体システムはさらに、前記入口チャンバと前記混合チャンバとの間に配置される分離面積を含み、前記分離面積は、縮径部によって接続される半径方向内側分離チャンバと、半径方向外側分離チャンバとを含む、請求項１に記載の分析器システム。
4. サイフォンが、前記半径方向内側分離チャンバから前記混合チャンバまで延在する、請求項３に記載の分析器システム。
5. 平坦な円盤の形態のカートリッジ内で液体を混合する方法であって、前記方法は、
   前記混合チャンバから半径方向内向きに延在するチャネルを通して、液体を前記カートリッジの混合チャンバに導入することであって、前記混合チャンバは、その中に混合ボールを含む、ことと、
   半径方向外向きに前記液体を押勢し、前記混合チャンバ内に前記液体を留めるように、第１の円周方向に前記カートリッジを回転させることと、
   前記混合チャンバを通して再帰的に前記混合ボールを前後に移動させるように、前記カートリッジの回転を断続的に加速および減速することと
   を含む、方法。
6. 前記混合チャンバは、前記液体の導入に先立って、凍結乾燥試薬を提供され、
   前記混合チャンバを通した前記混合ボールの移動に起因する混合は、前記凍結乾燥試薬から前記液体の中にガスを放出する、
   請求項５に記載の方法。
7. 前記放出されたガスは、半径方向内向きに前記混合チャンバから外に移動する、請求項６に記載の方法。
8. 前記混合ボールは、非磁性である、請求項５に記載の方法。
9. サンプル内の標的被分析物の存在を検出する方法であって、前記方法は、
   前記サンプルをカートリッジの中に導入することであって、前記カートリッジは、前記サンプルの標的被分析物を単離し、前記サンプル内の前記標的被分析物の数量に比例する第１の標識の数量を収集するための流体システムを含み、前記流体システムは、
   流体ラインであって、前記流体ラインは、流体を受容するように構成される流体入口ポートと、第１のチャンバと、流体出口ポートとを含む、流体ラインと、
   検出チャンバと、
   前記第１のチャンバと前記検出チャンバとの間の接続通路と
   を備える、ことと、
   前記標的被分析物を前記第１のチャンバに移送することと、
   前記接続通路内で空気の塊を維持しながら、前記流体ラインに沿って前記第１のチャンバの中に流体を圧送することと、
   前記標的被分析物を前記検出チャンバに移送することと、
   第１の電磁放射線源から電磁放射線を指向し、前記カートリッジの検出チャンバ内に照会空間を形成することと、
   前記第１の標識が前記照会空間内に存在する場合、前記第１の標識によって前記照会空間内で放出される電磁放射線を第１の検出器内で受容することと、
   コントローラを使用して、前記第１の検出器によって検出される電磁放射線に基づいて、前記サンプル内の前記標的被分析物の存在を識別することと
   を含む、方法。
10. 前記標的被分析物を前記検出チャンバに移送することをさらに含み、前記標的被分析物は、磁石を使用して運搬される常磁性ビーズによって前記検出チャンバの中に搬送される、請求項９に記載の方法。
11. 前記検出チャンバは、溶出入口ポートと、溶出出口ポートとを含む溶出ライン内に配置され、
    前記方法はさらに、前記常磁性ビーズから前記標的被分析物を結合解除するように、溶出流体を前記溶出ラインの中に圧送することを含む、
    請求項１０に記載の方法。
12. 前記流体は、前記流体入口ポートにおいて流体を前記流体ラインの中に送給し、前記流体出口ポートにおいて前記流体ラインから流体を引き出すことによって、前記流体ラインに沿って圧送される、請求項９に記載の方法。
13. サンプル内の標的被分析物の存在を検出する方法であって、前記方法は、
    前記サンプルをカートリッジの中に導入することであって、前記カートリッジは、前記サンプルの標的被分析物を単離し、前記サンプル内の前記標的被分析物の数量に比例する第１の標識の数量を収集するための流体システムを含み、前記流体システムは、
    第１のチャンバと、
    第２のチャンバと、
    前記第１のチャンバから前記第２のチャンバまで延在するチャネルと
    を備える、ことと、
    前記標的被分析物を常磁性ビーズから成る基質に結合することと、
    前記カートリッジの第１の表面の近傍に、かつ前記第１のチャンバに隣接して第１の磁石を位置付けることと、
    前記常磁性ビーズを懸濁液から外に、かつボーラスの中に引動するように、前記第１の磁石および前記カートリッジの相対移動を促進することであって、前記相対移動は、前記第１の表面を横断して前記第１の磁石を移動させること、または前記カートリッジを回転させることのうちの少なくとも１つによって促進される、ことと、
    第１の電磁放射線源から電磁放射線を指向し、前記カートリッジ内に照会空間を形成することと、
    前記第１の標識が前記照会空間内に存在する場合、前記第１の標識によって前記照会空間内で放出される電磁放射線を第１の検出器内で受容することと、
    コントローラを使用して、前記第１の検出器によって検出される電磁放射線に基づいて、前記サンプル内の前記標的被分析物の存在を識別することと
    を含む、方法。
14. 前記第１のチャンバから第２のチャンバに前記常磁性ビーズおよび前記標的被分析物を移送するように、前記第１の磁石および前記カートリッジの相対移動を促進することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記サンプルの他の構成成分から前記標的被分析物を単離するように、前記第２のチャンバ内で洗浄動作を実施することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記洗浄動作は、
    前記常磁性ビーズが前記第２のチャンバ内で分散するように、前記カートリッジの第１の表面から離れるように前記第１の磁石を移動させることと、
    前記常磁性ビーズが前記第２の磁石の近傍に集合するように、前記カートリッジの第２の表面に向かって第２の磁石を移動させることと、
    前記常磁性ビーズが前記第２のチャンバ内で分散するように、前記カートリッジの第２の表面から離れるように前記第２の磁石を移動させることと、
    前記常磁性ビーズが前記第１の磁石の近傍に集合するように、前記カートリッジの第１の表面に向かって前記第１の磁石を移動させることと
    を含む、請求項１５に記載の方法。
17. サンプル内の標的被分析物の存在を検出する方法であって、前記方法は、
    サンプルをカートリッジの中に導入することであって、前記カートリッジは、前記サンプルの標的被分析物を単離し、前記サンプル内の前記標的被分析物の数量に比例する第１の標識の数量を収集するための流体システムを含み、前記流体システムは、
    入口チャンバと、
    前記入口チャンバに接続される分離面積であって、前記分離面積は、内側分離チャンバと、外側分離チャンバとを含む、分離面積と
    前記分離面積の下流の検出チャンバと
    を備える、ことと、
    前記入口チャンバから前記分離面積に前記血液サンプルを移送することと、
    前記外側分離チャンバに向かって前記血液サンプルの赤血球を移動させ、前記内側分離チャンバに向かって血漿を移動させるように、遠心分離機を使用して、前記カートリッジを回転させることと、
    カメラを使用して、前記分離面積内の前記血液サンプルの画像を捕捉することと、
    コントローラを使用して、前記分離面積内の前記血液サンプルの画像を分析し、前記分離面積内の前記赤血球の位置を決定することと、
    前記内側分離チャンバから混合チャンバに血漿を移送することと、
    前記血漿から前記標的被分析物を単離することと、
    前記標的被分析物を前記検出チャンバに移送することと、
    第１の電磁放射線源から電磁放射線を指向し、前記カートリッジの検出チャンバ内に照会空間を形成することと、
    前記第１の標識が前記照会空間内に存在する場合、前記第１の標識によって前記照会空間内で放出される電磁放射線を第１の検出器内で受容することと、
    コントローラを使用して、前記第１の検出器によって検出される電磁放射線に基づいて、前記サンプル内の前記標的被分析物の存在を識別することと
    を含む、方法。
18. 前記赤血球の決定された位置に応答して、前記外側分離チャンバに向かって前記赤血球をさらに移動させるように、前記遠心分離機を使用して、前記カートリッジをさらに回転させることをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記遠心分離機を使用して、前記カートリッジを回転させた後に、前記コントローラを使用して、前記血液サンプルの画像を分析し、前記内側分離チャンバ内の血漿の透明度を決定することをさらに含み、前記分離面積から前記混合チャンバに前記サンプルの一部を移送することは、事前決定された値を上回る前記血漿の透明度に応答して実行される、請求項１７に記載の方法。
20. 前記混合チャンバ内の前記血漿の画像を捕捉することと、
    前記コントローラを使用して、前記混合チャンバ内の前記血漿の画像を分析し、前記混合チャンバ内の前記血漿の体積を計算することと
    をさらに含む、請求項１７に記載の方法。

Images