JP2023537108A - 分析のためのシステム - Google Patents

Abstract

マイクロ流体デバイスであって、毛細管駆動液体試料処理のための使い捨てマイクロ流体検査カードを備え、使い捨てマイクロ流体検査カードは、マイクロ流体検査カードにおいて液体試料を受け入れるように配置された試料導入口と、検査試薬の保持をするように配置された少なくとも１つの検査試薬リザーバと、液体試料成分の分析のための分析ゾーンと、試料導入口及び少なくとも１つの検査試薬リザーバから液体試料及び検査試薬をそれぞれ受け入れるように試料導入口及び少なくとも１つの検査試薬リザーバと流体接続して配置されたマイクロ流体試料処理ゾーンとを備え、マイクロ流体試料処理ゾーンはさらに、所定の体積の液体試料を計量して提供することと、所定の体積の液体試料を検査試薬と混合又は接触させることと、検査試薬と混合又は接触された液体試料の処理を可能にすることと、処理された液体試料を分析ゾーンに提供するために分析ゾーンと流体接続することとを行うように配置され、分析ゾーンは、処理された液体試料をリーダに提示するように配置される、マイクロ流体デバイスが提供される。

Description

本発明は、マイクロ流体デバイスと、マイクロ流体デバイスを備えるシステムと、液体試料の処理及び分析を行うための方法とに関する。

正確で精密な診断検査は、効果的で効率的な医療システムに不可欠な部分である。正確さ及び精密さを達成するには、しばしば検査室規模の機器を必要とするため、今日の医療業務で使用される診断検査の大部分は、集中型の検査室環境で行われ、総費用、結果が出るまでの時間、及び診断検査のアクセス可能性に負の影響を与えている。ポイントオブケアで診断検査を可能にする概念が提案されているが、正確さ及び精密さを保証するワークフローにおいて臨床試料を操作する能力が低下するという代償を払っている。

したがって、低コストで使いやすくアクセスしやすい診断検査ソリューションが必要とされている。ＷＨＯの性感染症診断イニシアティブは、診断ソリューションが世界的ニーズに対処しているかどうかを評価するためのＡＳＳＵＲＥＤベンチマークを公表している。このベンチマークによれば、ソリューションは、入手可能、敏感、特異的、ユーザフレンドリ、ロバスト、設備フリー、及びエンドユーザに提供可能（Affordable, Sensitive, Specific, User-friendly, Robust, Equipment-free, and Deliverable to end-users）である必要がある。

複数のポイントオブケアソリューションが他のタイプの診断検査に対して提案されており、いくつかの技術が市販に成功しているが、これらは、１滴の血液中のグルコースモニタリングを可能にするグルコース検査の単純さ及び便利さからは依然として程遠い。迅速診断検査（ＲＤＴ）は、典型的には、試薬で特定の位置にコーティングされたニトロセルロース芯からなる、ポイントオブケア診断検査の最も単純な形態の１つである。流体駆動は、ニトロセルロースストリップにおける水性液体の毛細管ウィッキングによって行われ、診断の読み出しは、人間の眼、スマートフォンなどのユビキタスデバイス、又は専用リーダデバイスのいずれかによってカラーバンドの検出を介して行われる。ＲＤＴは、単純なため、手頃に入手可能であり、しばしば設備フリーであるが、ＡＳＳＵＲＥＤ基準の他の要件を満たさない場合が多い。それは、検査室環境と同じように広範な品質管理を行うことができないので、感度及び特異度は、しばしば最適に及ばない。

スペクトルのより複雑な末端では、より複雑なカートリッジ及び機器からなる分子検査のためのポイントオブケアソリューションが利用可能である。これらのシステムは、機器により様々な方法で作動される使い切りカートリッジにワークフローを小型化することによって、中央検査室ベースの対応するシステムよりもコンパクトな寸法を達成する。それらのシステムは、ユーザが試料を適用し、所望の検査カートリッジに関連付けられた適切なプログラムを実行するだけでよいように、試薬送達が使い捨てに組み込まれるので、使用がより容易である。機器とカートリッジとの間に機械的、熱的、及び光学的インターフェースを提供する必要性が、機器を小型化できる程度を制限し、多くのポイントオブケア設定でコストが非常に高いことを示唆している。コストは、機器に必要な初期投資、消耗品のコスト、メンテナンス、必要なインフラストラクチャ、オペレータ時間などによってもたらされる。

本発明の目的は、上記で特定された当技術分野における欠陥及び欠点のうちの１つ又は複数を単独又は任意の組み合わせで緩和、軽減、又は除去し、少なくとも１つの上記の問題を解決することである。本発明の別の目的は、たとえば、血液試料などの液体試料の分析のための、効率的又は改善されたマイクロ流体デバイスを提供することである。

本発明概念の第１の態様によれば、マイクロ流体デバイスであって、毛細管駆動液体試料処理のための使い捨てマイクロ流体検査カードを備え、使い捨てマイクロ流体検査カードは、マイクロ流体検査カードにおいて液体試料を受け入れるように配置された試料導入口と、検査試薬の保持をするように配置された少なくとも１つの検査試薬リザーバと、液体試料成分の分析のための分析ゾーンと、試料導入口及び少なくとも１つの検査試薬リザーバから液体試料及び検査試薬をそれぞれ受け入れるように試料導入口及び少なくとも１つの検査試薬リザーバと流体接続して配置されたマイクロ流体試料処理ゾーンとを備え、マイクロ流体試料処理ゾーンはさらに、所定の体積の液体試料を計量して提供することと、所定の体積の液体試料を検査試薬と混合又は接触させることと、検査試薬と混合又は接触された液体試料の処理を可能にすることと、処理された液体試料を分析ゾーンに提供するために分析ゾーンと流体接続することとを行うように配置され、分析ゾーンは、処理された液体試料をリーダに提示するように配置される、マイクロ流体デバイスが提供される。

本発明概念の第２の態様によれば、第１の態様によるマイクロ流体デバイスを備えるシステムが提供される。

本発明概念のさらなる態様によれば、マイクロ流体試料処理ゾーンを含む使い捨てマイクロ流体検査カードを備えるマイクロ流体システム上で液体試料処理及び分析を行うための方法が提供される。この方法は、マイクロ流体検査カードに液体試料を受け入れることと、毛細管作用によって、受け入れられた液体試料をマイクロ流体試料処理ゾーンに伝播させることと、マイクロ流体試料処理ゾーンにおいて、時限イベントとして、所定の体積の伝播された液体試料を計量すること、残りの伝播された液体試料から所定の体積の伝播された液体試料を分離し、それにより、所定の体積を有する分離された液体試料を提供すること、分離された液体試料を検査試薬と混合又は接触させること、検査試薬と混合又は接触された分離された液体試料を処理し、それにより、処理された液体試料を得ること、を行うことと、マイクロ流体検査カード上の処理された液体試料の分析を行うこととを備える。

本開示の適用可能性のさらなる範囲は、以下に与えられる詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、本発明概念の範囲内の様々な変更及び修正が、この詳細な説明から当業者に明らかになるため、詳細な説明及び具体例は、本発明概念の好ましい変形例を示しながら、単に例示として与えられると理解されるべきである。

したがって、本発明概念は、記載された方法の特定のステップ又は記載されたシステムの構成部分に限定されず、そのような方法及びシステムが変換し得ることを理解されたい。また、本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、限定することを意図しないことを理解されたい。明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、文脈で明確に別段の指示をしない限り、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ（前記）」、及び「ｓａｉｄ（前記）」は、要素の１つ又は複数が存在することを意味するように意図されていることに留意されるべきである。したがって、たとえば、「ユニット」又は「前記ユニット」への言及は、いくつかのデバイスなどを含み得る。さらに、「備える」、「含む」、「含有する」という語及び類似の表現は、他の要素又はステップを除外しない。

ここで、本発明の変形例を示す添付図面を参照して、本発明概念の上記及び他の態様がさらに詳細に説明される。図面は、本発明を特定の変形例に限定するとみなされるべきではなく、本発明概念を説明し理解するために使用される。

図面に示されるように、構成要素、層、又は距離のサイズは、例示の目的で誇張されることがあり、そのように、本発明概念の変形例の一般的な構造を説明するために提供される。同様の参照番号は、全体を通して同様の要素を示す。

本発明概念の態様を概略的に示す図。 実施形態によるマイクロ流体デバイスを示す図。 実施形態によるマイクロ流体デバイスを示す図。 実施形態によるマイクロ流体試料処理ゾーンを示す図。 実施形態によるマイクロ流体試料処理ゾーンを示す図。 実施形態による流体接続を概略的に示す図。 実施形態による試料計量及び／又はチャネルシステムを概略的に示す図。 第２の概念及び／又は実施形態によるシステムを示す図。 実験結果を示す図。

本発明概念により、完全な試料液分析ワークフローを小型化及び簡素化する技術が提供される。一連の操作は、熟練した専門家の必要なしに、また検査室機器を使用する使用なしに、コンパクトな使い捨てマイクロ流体検査カードにおいて自律的に実行され得る。これは、操作を行うためにさらなる人間の介入及び／又は追加の計装もしくは作動を必要とせずに一連のステップが実行されるように、流体マイクロチップ構造内の毛細管力を正確に設計することによって可能とされている。さらに、たとえば、レンズフリー計算顕微鏡及び／又はコンピュータビジョン技術と組み合わされた場合、これらの自律的に駆動されるマイクロ流体システムは、望ましいポイントオブケア診断を可能にするための検査カードソリューションであり得る。

流体操作は、液体を推進するため、ならびに、弁、計量、インキュベートなどの操作、及び条件操作の実行などを制御するために使用される毛細管力によって可能にされ制御され得る。

以下で、本発明概念の現在好ましい変形例が示される添付図面を参照して、本発明概念がここでより完全に説明される。しかしながら、本発明概念は、多くの異なる形態で実装されてよく、本明細書に記載された変形例に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの変形例は、完全性及び網羅性のために提供され、本発明概念の範囲を当業者に完全に伝えるものである。

デバイスの少なくともチャネルは毛細管チャネルであり得ることを理解されたい。毛細管チャネルは、液体の毛細管駆動流を提供することができるチャネルとみなされ得る。また、システムの他のチャネルは、本発明概念の具体的な実装に応じて、毛細管チャネル及び／又は他のタイプのチャネルであり得ることも理解されたい。

以下では、流体は、チャネルを通って流れ、マイクロ流体システム内の異なる時間において特定の位置に到達するように説明される。これらの流れの流量は、記載された時間にそれらの位置に流体が到達するために、異なる様式で制御されてよい。流体の毛細管駆動流は、流体で濡れ得る１つ又は複数の接触面を必要とする。たとえば、ガラス又はシリカを備える表面が、水性液体の毛細管駆動流のために使用されてよい。さらに、たとえば、ポリマーに固有の、又はたとえば化学的修飾もしくはコーティングを含む修飾により、親水性を有する適切なポリマーが、毛細管駆動流を促進又は増強し得る。

これらの流れは、たとえば、チャネルの長さを適合させることによって、及び／又はチャネルの流れ抵抗を適合させることによって制御され得る。チャネルの流れ抵抗は、チャネルの断面積及び／又はチャネルの長さを適合させることによって制御され得る。さらに、チャネルの流れ抵抗は、液体の特性、たとえば、その動的粘度に依存し得る。追加的又は代替的に、流量は、流れ抵抗器を使用することによって適合され得る。

所望の毛細管力を提供するために、流れチャネルの寸法は、たとえば、液体及び／もしくは材料の特性、ならびに／又はチャネルの壁の特性に応じて選択されてよい。

図１を参照して、本発明概念の第１の態様がここで論じられる。マイクロ流体デバイス１が図１に示されている。デバイスは、毛細管駆動液体試料処理のための使い捨てマイクロ流体検査カード２を備える。使い捨てマイクロ流体検査カード２は、マイクロ流体検査カード２において液体試料（図示せず）を受け入れるように配置された試料導入口６と、検査試薬の保持をするように配置された少なくとも１つの検査試薬リザーバ７と、液体試料成分の分析のための分析ゾーン２４と、試料導入口６及び少なくとも１つの検査試薬リザーバ７から液体試料及び検査試薬をそれぞれ受け入れるように試料導入口６及び少なくとも１つの検査試薬リザーバ７と流体接続して配置されたマイクロ流体試料処理ゾーン２８とを備え、マイクロ流体試料処理ゾーン２８はさらに、所定の体積の液体試料を計量して提供することと、所定の体積の液体試料を検査試薬と混合又は接触させることと、検査試薬と混合又は接触された液体試料の処理を可能にすることと、処理された液体試料を分析ゾーン２４に提供するために分析ゾーン２４と流体接続することとを行うように配置され、分析ゾーン２４は、処理された液体試料をリーダ（図示せず）に提示するように配置される。

マイクロ流体デバイスは、液体試料の分析のためのものであり得る。

使い捨てマイクロ流体検査カードは、マイクロ流体試料処理ゾーンを備えるマイクロ流体チップをさらに備えてよい。

それにより、チップ及びマイクロ流体試料処理ゾーンは、検査カードから分離して製造され得る。さらに、１つの検査カード又は１つのタイプの検査カードは、複数の異なる設計のチップ又はマイクロ流体試料処理ゾーンと共に使用され得る。

次に、図２を参照して、マイクロ流体デバイス１の例が説明され論じられる。使い捨てマイクロ流体検査カード２はさらに、少なくとも１つの検査試薬リザーバ７（図示された例では、２つの検査試薬リザーバ７、９がある）からマイクロ流体試料処理ゾーン２８への検査試薬の毛細管駆動をするように配置された少なくとも１つの前処理検査試薬チャネル８（図示された例では、２つの前処理検査試薬チャネル８、１０がある）と、試料導入口６と流体連通するように配置され、マイクロ流体試料処理ゾーン２８への液体試料の毛細管駆動をするように配置された少なくとも１つの前処理試料チャネル１６と、処理された液体試料をマイクロ流体試料処理ゾーン２８から受け入れるための、及び処理された液体試料の分析のための少なくとも１つの試料分析チャネル２０（図示された例では、２つの試料分析チャネル２０、２２がある）とを備える。マイクロ流体試料処理ゾーンは、処理チャネルシステム３２を備え、処理チャネルシステム３２は、少なくとも１つの前処理試料チャネル１６から液体試料を受け入れるように配置された少なくとも１つの液体試料入口３０と、少なくとも１つの前処理検査試薬チャネル８、１０から検査試薬を受け入れるように配置された少なくとも１つの検査試薬入口１３、１５と、所定の体積を有し、所定の体積の受け入れられた液体試料を少なくとも１つの処理チャネルに提供するように配置された少なくとも１つの試料計量毛細管チャネルと、少なくとも１つの処理チャネルにおいて検査試薬と所定の体積の液体試料とを接触させるように配置され、それにより、液体試料の処理を可能にし、さらに、分析のために少なくとも１つの試料分析チャネル２０、２２への処理された液体試料の毛細管駆動をするように配置される少なくとも１つの処理チャネルと、を備える。試料分析チャネル２０、２２は、図２に示されるように、処理された液体試料をリーダに提示するように配置された試料分析ゾーン２４及び試料分析ゾーン２６にそれぞれ関連付けられている。図示されるように、使い捨てマイクロ流体検査カード２は、任意選択で、マイクロ流体試料処理ゾーン２８を備えるマイクロ流体チップ４をさらに備えてよい。

さらに、少なくとも１つの前処理試料チャネル１６は、液体試料を試料処理ゾーン２８に提示するための試料液排出口１８を有し得る。

図３を参照すると、例及び実施形態による使い捨てマイクロ流体検査カード２が示されている。図示の実施形態では、使い捨てマイクロ流体検査カード２は、マイクロ流体試料処理ゾーン２８を備えるマイクロ流体チップをさらに備える。チップ及び試料処理ゾーン２８は、図３では、明確性を向上させるために、マイクロ流体検査カード２の表面の下の濃い灰色の領域として示されている。マイクロ流体検査カード２は、検査カードにおいて試料液を受け入れるように構成された試料導入口６（この例では、マイクロ流体検査カード２の縁部に配置されているが、別様に配置されてもよい）と、検査試薬の保持をするよう配置された少なくとも１つの検査試薬リザーバ７、９と、少なくとも１つの検査試薬リザーバ７、９からマイクロ流体試料処理ゾーン２８又はチップへの検査試薬の毛細管駆動をするように配置され、第１及び第２の検査試薬排出口１２、１４をそれぞれ有する、少なくとも１つの、たとえば、図示されるように第１及び第２の前処理検査試薬チャネル８、１０と、試料導入口６から液体試料を受け入れるために試料導入口６と流体連通するように配置され、マイクロ流体試料処理ゾーン２８への液体試料の毛細管駆動をするように配置された少なくとも１つの前処理試料チャネル１６と、少なくとも１つの前処理試料チャネル１６は、図示されるように、液体試料を試料処理ゾーン２８に提示するための試料液排出口１８を有し得る、処理された液体試料をマイクロ流体試料処理ゾーン２８から受け入れるための少なくとも１つの、たとえば、図示されるように第１及び第２の処理済み試料分析チャネル２０、２２とを備える。少なくとも１つの、たとえば、第１及び第２の処理済み試料分析チャネル２０、２２は、処理された液体試料を分析するための分析ゾーン２４、たとえば、図示される第１及び第２の分析ゾーン２４、２６をそれぞれ備える。

第１及び第２の検査試薬排出口１２、１４を有する第１及び第２の前処理検査試薬チャネル８、１０、ならびに第１及び第２の分析ゾーン２４、２６を備える第１及び第２の処理済み試料分析チャネル２０、２２が図示されているが、デバイス及びシステムは、たとえば、存在する各チャネルのうちの１つのみを有してもよく、マイクロ流体チップ及びリーダは、それに応じて適切に適合され得ることが理解されるべきである。

マイクロ流体検査カード２は、試薬及び試料の導入、毛細管芯及び撮像ゾーンなどの追加の構成要素の組み込みを可能にしてよく、手動操作のためのより便利なフォームファクタを提供することができる。マイクロ流体検査カード２は、たとえば、射出成形ベースプレートから開始して互いに積層されたいくつかのパターン化された層から構築されてよい。マイクロ流体チップをマイクロ流体検査カード２内／上に組み込むために、毛細管ウィッキング／力によって、流体が、マイクロ流体検査カード２からマイクロ流体チップ４内へ、及びその逆に移行する必要がある。これは、マイクロ流体チップ４の表面への迅速なウィッキングを確実にするウィッキング特性を特徴とするマイクロ流体チップ４排出口及び／又は導入口／入口の設計、ならびにホイルラミネートの特徴の設計によって達成され得る。マイクロ流体検査カード２における流体チャネルから廃棄リザーバとして作用する毛細管芯／チャネルへの流体の移行は、十分に低い故障率を保証するように設計され得る。

マイクロ流体試料処理ゾーン２８又はマイクロ流体チップは、精密に設計されたマイクロ流体チャネル幾何形状及び表面特性を有し得る。流体は、毛細管ウィッキングによって伝播し得るが、トリガ弁と呼ばれる幾何学的特徴によって停止され、また、再び弁を越えて続行するようにトリガされ得る。信頼できる動作を達成するために、マイクロ流体試料処理ゾーン２８又はマイクロ流体チップは、カバーウェハでエッチングされたチャネルを有するチップを含む第１のウェハをキャップすることによって閉じられたマイクロ流体チャネルを生成するプロセスを使用して、構築され得る。下部ウェハのためのプロセスは、２つのエッチング深さを実装することができるとともに、上部ウェハは、流体アクセスホールに加えて凹部を有することができ、結果として、必要な構成要素及びシステム性能を達成するために組み合わされ得る３レベルのマイクロ流体がもたらされる。マイクロ流体チャネルの幾何形状及び表面特性の制御は、シリコンチップ製造技術を活用することによって達成され得る。水平寸法と垂直寸法の両方に対する幾何学的制御は、深紫外リソグラフィ又はｉ線リソグラフィ、及びシリコンディープ反応性イオンエッチング技術それぞれなどリソグラフィに依拠することによって達成され得る。明確に定義された接触角は、気相からマイクロ流体試料処理ゾーン２８又はマイクロ流体チップ表面に共有結合する表面形成単分子層により埋め込みチャネルを含むシリコン表面をコーティングすることによって、達成され得る。マイクロ流体チップ製造手法は、マイクロ流体チップ４の製造が、選択された製造所で柔軟に行われ得るように、シリコンファウンドリプロセスに適合することができる。

トリガ弁の動作は、漏れなしに保持する能力に関して信頼できる動作を達成するために３つの流体レベルの利用可能性に依存することができ、確実にトリガされることが可能であり、システムの動作を妨げるおそれがある望ましくない泡を形成することなく動作することができる。流体操作の複雑なシーケンスをプログラムする能力は、自律的に動作するマイクロ流体試料処理ゾーン又はシリコンマイクロ流体チップ、たとえば、マイクロ流体試料処理ゾーン２８又はマイクロ流体チップにおける完全な試料ワークフローの統合を可能にすることができる。

トリガ弁を高抵抗流体チャネルと組み合わせることにより、プログラム可能又は予め決定可能な遅延機能をもたらすことができる。たとえば、チャネル流体抵抗を調整し、いくつかの競合するメニスカスの調整に依拠することによって、流体は、流体運動の反転を含む、毛細管駆動システムでは通常可能であると考えられないステップの複雑なシーケンスで駆動され得る。以下に説明されるように、チャネル寸法を調整することにより、特定の操作が条件付けられ得る。マイクロ流体試料処理ゾーン２８又はマイクロ流体チップ設計は、３つの流体、たとえば、血液試料、水性希釈検査試薬溶液、及び水性赤血球溶解検査試薬溶液を受容することができる。一例によるマイクロ流体試料処理ゾーン２８又はマイクロ流体チップは、試料に対して一連の操作を実行することができ、その一部は試薬によってゲート制御され得る。最初に、試料は、マイクロ流体試料処理ゾーン２８又はマイクロ流体チップ試料入口に到達して、３つの同時のストリームに分流され得る。ストリームのうちの２つは、試料の特定の体積、例として、１００～１０００ｎＬ、たとえば６００ｎＬ、及び５～５０ｎＬ、たとえば１０ｎＬをそれぞれ計量するように設計されてよく、第３のストリームは、過剰な与えられた試料を除去することができる。次のステップでは、図４及び図６に示されているタイプ又はその類似の設計を使用して検査試薬溶液で流体プラグの上流部分を置き換えることによって、計量された体積が後続の試料液プラグから分離され得る。続いて、たとえば１０ｎＬの計量された体積の試料は、希釈検査試薬によって、たとえば４００倍に希釈されてよく、たとえば６００ｎＬの計量された体積は、たとえば１：５の比で溶解検査試薬と混合されてよい。

マイクロ流体チップ及びマイクロ流体検査カード２は、異なる平面、たとえば、平行の平面に配向されたそれぞれのチャネルと共に配置されてよく、たとえば、マイクロ流体チップ及びマイクロ流体検査カード２は、上下に配置されてよい。それにより、たとえば、第１及び第２の前処理検査試薬チャネルとチップのチャネルとの間の液体連通が、たとえば、マイクロ流体チップ及びマイクロ流体検査カード２の平面に直交する方向又は流れ方向を有するチャネル又は開口を介して実現され得ることを理解されたい。

たとえば、図１、図２、及び図３を参照して説明される実施形態は、さらに図５を参照して説明され得る。図５は、毛細管流チャネルの間、たとえば、前処理試料チャネル１６、２０１４又は前処理試薬チャネル８、１０、２０１４と接続された／対応するマイクロ流体チャネル又はシステムとの間の毛細管駆動流体接続のためのマイクロ流体配置１を示す。マイクロ流体配置１は、第１のマイクロ流体システム、又は第１の表面を備えるマイクロ流体検査カード２、及び第１の毛細管流チャネル２０８を備え、第１の毛細管流チャネル２０８は、第１の平面内に延長を有し、第１の表面は、第１の平面とは異なる平面内に排出開口２０９、たとえば、試料／検査試薬排出口を備え、排出開口は、第１の表面内に排出口領域を画定し、第１の毛細管流チャネルと流体連通を可能にするように適合され、それにより、第１の毛細管流チャネルの流れ排出口を形成し、第２のマイクロ流体システムは、第２の表面及び第２の毛細管流チャネルを備え、第２の毛細管流チャネルは、第１の平面に平行な第２の平面内に延長を有し、第２の表面の一部分は、第２の表面とは異なる平面内に導入開口を備え、導入開口は、第２の表面内に導入口領域を画定し、第２の毛細管流チャネルと流体連通を可能にするように適合され、それにより、第２の毛細管流チャネルの流れ導入口を形成し、第１のマイクロ流体システム及び第２のマイクロ流体システムは、流れ排出口と流れ導入口がインターフェースされるように第１の表面及び第２の表面と接触して配置され、それにより、第１の毛細管流チャネルと第２の毛細管流チャネルとの間の毛細管駆動流体接続を可能にし、排出口領域は、導入口領域の少なくとも一部分と重複し、排出口領域と重複する導入口領域の上記少なくとも一部分は、排出口領域よりも小さい。同様に、マイクロ流体チップの出口と処理済み試料分析チャネルとの間の流体連通は、図５を参照して説明されるように流体接続されてよい。

使い捨てマイクロ流体検査カードは、使い捨てマイクロ流体検査カードのチャネルを通る液体の毛細管駆動流を提供するように配置され得る。

所定の体積の液体試料を検査試薬と混合又は接触させることと、検査試薬と混合又は接触された液体試料の処理を可能にすることとが、毛細管タイミング回路及び／又はトリガ弁の使用などによって、時間的に制御され得る。

使い捨てマイクロ流体検査カードは、使い捨てマイクロ流体検査カードの中又は外への毛細管駆動流を提供するための流体排出口、収集もしくは廃棄リザーバ、及び毛細管ポンプのうちの１つもしくは複数をさらに備え、又はそれらのうちの１つもしくは複数に接続されてよく、任意選択で、使い捨てマイクロ流体検査カードは、使い捨てマイクロ流体検査カードの１つもしくは複数のチャネルから気体媒体を排出するための通気口をさらに備え、又はそれに接続されてよい。

毛細管ポンプは、デバイスの一部であるとき、紙ポンプ又は細長チャネルタイプのポンプのうちの１つ又は複数から選択され得る。

分析ゾーンは、フローセルを備え得る。

使い捨てマイクロ流体検査カードが、マイクロ流体試料処理ゾーンを備えるマイクロ流体チップをさらに備える場合、使い捨てマイクロ流体検査カードは、ポリマー、シリカ、及びガラス、ならびにそれらの組み合わせからなる群から選択される材料から製造され、又はその群から選択される材料を備え得る。

液体試料は、血液、又は血液に由来する液体もしくは血液を備える液体であってよく、検査試薬は、マイクロ流体試料処理ゾーン内に存在する赤血球の溶解のための溶解試薬を備える溶解バッファ、又は所定の体積の液体試料を希釈するための希釈バッファであってよく、少なくとも１つの試料分析チャネルは、白血球の測定値を決定すること、及び／又は赤血球の測定値を決定することを備える分析のためのものであってよい。

本発明概念の第２の態様によれば、第１の態様によるマイクロ流体デバイスを備えるシステムが提供される。

システムは、処理のために信号を受信し、処理された信号をコンピュータに送信するように配置されたセンサユニットを備えるリーダと、好ましくは、センサユニットは、光学ユニット、ＣＭＯＳカメラ、及び比色検出ユニット（colorometry detection unit）から選択され得る、任意選択で、処理された信号からの情報を表示するように構成されたコンピュータ可読媒体と、記憶／通信手段とをさらに備え得る。そのようなシステムの例が図７に示されている。

センサユニットは、分析ゾーン内の処理された液体試料の存在を示す信号を検知し受信し得る。

本発明概念のさらなる態様によれば、マイクロ流体試料処理ゾーンを含む使い捨てマイクロ流体検査カードを備えるマイクロ流体システム上で液体試料処理及び分析を行うための方法が提供される。この方法は、マイクロ流体検査カードに液体試料を受け入れることと、毛細管作用によって、受け入れられた液体試料をマイクロ流体試料処理ゾーンに伝播させることと、マイクロ流体試料処理ゾーンにおいて、時限イベントとして、所定の体積の伝播された液体試料を計量すること、残りの伝播された液体試料から所定の体積の伝播された液体試料を分離し、それにより、所定の体積を有する分離された液体試料を提供すること、分離された液体試料を検査試薬と混合又は接触させること、検査試薬と混合又は接触された分離された液体試料を処理し、それにより、処理された液体試料を得ること、を行うことと、マイクロ流体検査カード上の処理された液体試料の分析を行うこととを備える。

そのような所定の試料体積は、図６を参照して示される配置によって提供され得る。図６の配置は、マイクロ流体試料処理ゾーン２８もしくは処理チャネルシステム３２であってよく、又はその一部であってよいが、１つの第１の処理チャネルシステム３２に対して説明における参照がなされる。図６は、所定の試料体積を有する試料液（図６に図示されない試料液）を提供するための第１の処理チャネルシステム３２を示す。第１の処理チャネルシステム３２は、試料液入口３０を介して試料液排出口１８と流体連通して配置され、したがって、試料液を受け入れるように配置されている。第１の処理チャネルシステム３２は、試料液入口３０に接続された第１の処理試料チャネル１２０をさらに備える。第１の処理試料チャネル１２０は、第１の弁１３０で終わる第２の処理試料チャネル１２２と、第３の処理試料チャネル１２４とに分岐する。第３の処理試料チャネル１２４は、第２の弁１３２で終わる第４の処理試料チャネル１２６と、第３の弁１３４で終わる第５の処理試料チャネル１２８とに分岐し、第５の処理試料チャネル１２８は所定の体積を有する。第１の弁１３０、第２の弁１３２、及び／又は第３の弁１３４はトリガ弁であり得る。トリガ弁は、その閉状態で、主液体流を停止させ、その開状態で、主液体流がトリガ弁を通過することを可能にする。トリガ弁は、二次流によって開けられる（すなわち、開状態に変更される）ことが可能であり、主流と二次流の組み合わされた流れが、トリガ弁の出力を通って流れることが可能にされ得る。そのようなトリガ弁は、当技術分野では毛細管トリガ弁として知られることがある。図示された第１のマイクロ流体チャネルシステム３２はさらに、第１の検査試薬を受け入れるように構成された検査試薬入口１３を介して第１の検査試薬排出口１２と流体連通して構成される。したがって、第１の検査試薬入口１３は、検査試薬を受け入れるように配置され得る。

第１の処理チャネルシステム３２は、第１の検査試薬入口１３を第２の弁１３２に接続するように配置された第１のトリガチャネル１５０をさらに備える。マイクロ流体チャネルシステム３２は、第２の弁１３２と第１の弁１３０とを接続する第２のトリガチャネル１５２をさらに備える。

第１の処理チャネルシステム３２は、第１の端部１５４２と第２の端部１５４４とを有する出口チャネル１５４をさらに備える。第１の端部１５４２は第１の弁１３０に接続される。第１の処理試料チャネル１２０は、毛細管作用により、第１、第２、第３、第４、及び第５の処理試料チャネル１２０、１２２、１２４、１２６、１２８を満たすために、試料入口３０から試料液を引き出すように配置される。試料液の流れは、第１の弁１３０、第２の弁１３２、及び第３の弁１３４によって、弁がそれらの閉状態にあるときに停止される。

第１のトリガチャネル１５０は、毛細管作用により、第１の検査試薬入口１３から第２のトリガチャネル１５２を備える液体経路を介して出口チャネル１５４に検査試薬を引き入れ、第２の弁１３２及び第１の弁１３０を開くように配置され、それにより、第４の処理試料チャネル１２６、第３の処理試料チャネル１２４、及び第２の処理試料チャネル１２２を備えるさらなる液体経路が開かれる。開かれたさらなる液体経路は、第４の処理試料チャネル１２６、第３の処理試料チャネル１２４、及び第２の処理試料チャネル１２２に存在する試料が、第１のトリガチャネル１５０からの検査試薬で置き換えられ、第２のトリガチャネル１５２からの検査試薬と共に出口チャネル１５４に流入することを可能にし、それにより、第５の処理試料チャネル１２８に存在する試料液を、隣接する試料液から分離する。第１の処理試料チャネル１２０及び／又は第５の処理試料チャネル１２８は、たとえば、第１の処理試料チャネル１２０及び／又は第５の処理試料チャネル１２８に存在する試料液が出口チャネル１５４に向かって流れることを毛細管力（又は毛細管圧）が防止するように、それぞれの幾何形状（たとえば、断面寸法及び／又は形状）を適合させることによって、適合され得る。第２の処理試料チャネル１２２、第３の処理試料チャネル１２４、第４の処理試料チャネル１２６、第１のトリガチャネル１５０、第２のトリガチャネル１５２、及び／又は出口チャネル１５４は、たとえば、第２の処理試料チャネル１２２、第３の処理試料チャネル１２４、及び第４の処理試料チャネル１２６に存在する試料液が、第１のトリガチャネル１５０からの検査試薬で置き換えられ、第２のトリガチャネル１５２からの検査試薬と共に出口チャネル１５４に流入することができるように、それぞれの幾何形状（たとえば、断面寸法及び／又は形状）を適合させることによって、適合され得る。

分離された試料液の体積は第５の処理試料チャネル１２８の体積に対応し、それにより、所定の試料体積を有する試料液を提供する。

したがって、この第１の処理チャネルシステム３２は、所定の体積を有する試料液の供給を可能にする。所定の試料体積を有する試料液は、マイクロ流体チャネルシステム３２内の流れを能動的に制御することなく、マイクロ流体チャネルシステム３２において隣接する試料液から分離される。

図６の例に示されるように、第１の処理チャネルシステム３２は、検査試薬入口１３と第３の弁１３４とを接続するタイミングチャネル１６０をさらに備えることができる。タイミングチャネル１６０は、毛細管作用により、第１の検査試薬入口から、したがって第１の前処理検査試薬チャネル８から、第３の弁１３４の第２の出口４０であり得る出力１３４２に検査試薬を引き出し、第３の弁１３４を開くように配置されてよく、それにより、第５のチャネルに存在する分離された試料液は、タイミングチャネル１６０からの検査試薬と共に第３の弁１３４の出力１３４２を通って流れることを可能にされ得る。第３の弁１３４の出力１３４２は、第１の処理済み試料チャネル２０と直接流体連通するように構成されたマイクロ流体チャネルシステム３２の出力であってよく、又は試料液処理チャネルの処理のためのチャネルを介してもよい。たとえば、検査試薬は、たとえば赤血球を溶解するための溶解検査試薬であってよく、又は試料液の希釈のための希釈検査試薬であってもよい。

第１の処理チャネルシステム３２は、弁１３８に接続されたチャネル１９０をさらに備えることができる。

したがって、分離された試料液は、マイクロ流体チャネルシステム３２から抽出され得る。それは、たとえば、分析及び／又はさらなる処置のために、マイクロ流体検査カードに提供され得る。分析のために、分析される試料液を正確に計量することが有利なことがあり、それは、このマイクロ流体チャネルシステム３２によって可能にされ得る。タイミングチャネル１６０は、第５の処理試料チャネル１２８内に存在する試料液が隣接する試料液から分離された後に、第３の弁１３４を開くように構成され得る。タイミングチャネル１６０は、試料液及び検査試薬が出口チャネル１５４の第２の端部１５４４に到達した後に、第３の弁１３４を開くようにさらに構成され得る。図６の例に示されるように、タイミングチャネル１６０は、第１の流量抵抗器１６２を備えることができる。第１の流量抵抗器１６２の流量抵抗は、第５の処理試料チャネル１２８内の試料液が隣接する試料液から分離された後に第３の弁１３４が開かれることが可能なように、検査試薬入口１３から第３の弁１３４への流量を制御するように選択されてよい。加えて、第１の流量抵抗器１６２の流量抵抗は、試料液及び検査試薬が出口チャネル１５４の第２の端部１５４４に到達した後に、第３の弁１３４が開かれることが可能なように、検査試薬入口１３から第３の弁１３４への流量を制御するように選択されてよい。

したがって、第５の処理試料チャネル１２８内の試料液が隣接する試料液から分離された後に、第３の弁１３４が開かれることを可能にしながらも、タイミングチャネル１６０の長さが短くされ得る。

図６の例に示されるように、第１の処理チャネルシステム３２は、試料液入口３０及び／又はそれに接続された試料リザーバを空にするように配置された毛細管ポンプ１７４をさらに備えることができる。毛細管ポンプ１７４は、第１、第２、第３、第４、及び第５の処理試料チャネル１２０、１２２、１２４、１２６、１２８が試料液で満たされた後に試料液入口３０を空にするように配置され得る。毛細管ポンプ１７４は、試料液入口３０から液体を引き出すように構成された紙ポンプ及び／又はマイクロ流体チャネル構造であってよい。毛細管ポンプ１７４によって試料液入口３０を空にする間に、第２の処理試料チャネル１２２、第４の処理試料チャネル１２６、及び第５の処理試料チャネル１２８における毛細管圧又は毛細管力は、試料液入口３０に向かう方向において、第１の処理試料チャネル１２０、第２の処理試料チャネル１２２、第３の処理試料チャネル１２４、第４の処理試料チャネル１２６、及び第５の処理試料チャネル１２８からの試料液の引き出しに抗することができる。第２の処理試料チャネル１２２、第４の処理試料チャネル１２６、及び第５の処理試料チャネル１２８における毛細管圧又は毛細管力は、毛細管ポンプ１７４により生成された毛細管圧又は毛細管力よりも高くでき、それにより、第２の処理試料チャネル１２２、第４の処理試料チャネル１２６、及び第５の処理試料チャネル１２８を空にするのを回避する。

それにより、試料液入口３０は、第１、第２、第３、第４、及び第５の処理試料チャネル１２０、１２２、１２４、１２６、１２８の組み合わされた体積よりも大きい体積を有する試料液を受け入れることができ、それにより、試料液入口３０によって受け入れられる試料液の体積を制限する必要性を低減する。第１、第２、第３、第４、及び第５の処理試料チャネル１２０、１２２、１２４、１２６、１２８を満たした後に、試料液が試料液入口３０に存在する場合、第１、第２、及び／又は第３の弁１３０、１３２、１３４を開いたときに、毛管作用によって試料液入口３０から追加の試料液が引き出されてもよい。第１、第２、第３、第４、及び第５の処理試料チャネル１２０、１２２、１２４、１２６、１２８を満たした後に、試料液入口３０を液体がないように空にすることにより、第１の処理試料チャネル１２０内の試料液と試料液入口３０との間の界面における毛細管圧又は毛細管力が、試料液入口３０からの方向の第１の処理試料チャネル１２０からの試料液の引き出しに抗することを可能にする。

毛細管ポンプ１７４は、第２の流量抵抗器１７２を介して試料液入口３０に接続され得る。第２の流量抵抗器１７２の流量抵抗は、第１の処理試料チャネル１２０、第２の処理試料チャネル１２２、第３の処理試料チャネル１２４、第４の処理試料チャネル１２６、及び第５の処理試料チャネル１２８が試料液で満たされた後に、試料液入口３０が空にされ得るように、試料液入口３０から毛細管ポンプ１７４への流量を制御するように選択され得る。毛細管ポンプ１７４はポンプ毛細管チャネル１７０を介して試料リザーバに接続されてよく、ポンプ毛細管チャネル１７０は第２の流量抵抗器１７２を備えてよい。

マイクロ流体チャネルシステム３２は、出口チャネル１５４の第２の端部１５４４に接続された停止弁１３６をさらに備えることができる。

マイクロ流体チャネルシステム３２は、停止弁１３６に接続された通気口１８０をさらに備えることができる。通気口１８０は、出口チャネル１５４内に存在する気体が逃げることが可能にされ得るように、停止弁１３６と第１の処理チャネルシステム３２の周囲との間の気体連通を可能にするように配置され得る。第１の処理試料チャネル１２０、第２の処理試料チャネル１２２、第３の処理試料チャネル１２４、第４の処理試料チャネル１２６、第１のトリガチャネル１５０、及び第２のトリガチャネル１５２のうちの１つ又は複数に存在する気体は、出口チャネル１５４を介して通気口１８０を通って逃げることが可能にされ得る。さらに、第１の処理試料チャネル１２０、第２の処理試料チャネル１２２、第３の処理試料チャネル１２４、第４の処理試料チャネル１２６、第５の処理試料チャネル１２８、第１のトリガチャネル１５０、及び第２のトリガチャネル１５２のうちの１つ又は複数に存在する気体は、第３の弁１３４の出力１３４２を通って逃げることが可能にされ得る。チャネル内に存在する気体は、チャネル内の気体圧力の増加をもたらし、これは、毛細管作用により、チャネル内の液体の流れに逆らって作用し得る。気体が逃げるのを可能にすることにより、そのような増加を回避することができ、それにより、試料液及び／又は検査試薬の流れを改善することができる。

図４（ａ）を参照して、ここで、一実施形態による試料液の分析のためのデバイス１のマイクロ流体チップが説明される。図示の実施形態は、図６を参照して説明及び例示されるように、処理チャネルシステム３２、３４を備える。この例によるデバイス１は、図４（ａ）に示されるように、２つの第１及び第２の処理チャネルシステム３２、３４を備えることができる。明確性を向上させるために、図４（ｂ）では、図４（ａ）を参照して説明されたものと同様のマイクロ流体チップ４を、明確性を向上させるために例示される単一の処理チャネルシステム３２を用いて概略的に示す。マイクロ流体チップ４は、検査カード（図示せず）の試料液排出口と流体連通して、そこから試料液を受け入れるように構成された液体試料入口３０と、試料液を処理するための第１の処理チャネルシステムと、第１の処理チャネルシステムは、第１の検査試薬排出口１２と流体連通するように構成され、それにより、第１の前処理検査試薬チャネルから第１の検査試薬を受け入れるように構成され、さらに、試料液入口３０と流体連通するように構成され、それにより、前処理試料液チャネルから試料液を受け入れ、第１の処理チャネルシステム内で試料液と第１の検査試薬との間の接触を可能にするように構成される、試料液を処理するための第２の処理チャネルシステム３４（図４（ｂ）に図示せず）と、第２の処理チャネルシステムは、第２の検査試薬排出口１４と流体連通するように構成され、それにより、第２の前処理検査試薬チャネルから第２の検査試薬を受け入れるように構成され、さらに、試料液入口３０と流体連通するように構成され、それにより、前処理試料液チャネルから試料液を受け入れ、第２のマイクロ流体チャネルシステム３４内で試料液と第２の検査試薬との間の接触を可能にするように構成される、を備え、第１及び第２の処理チャネルシステム３２、３４（第１のみが図４（ｂ）に示される）は、マイクロ流体検査カード２の第１及び第２の処理済み試料分析チャネル２０、２２とそれぞれ流体接続されて構成された第１及び第２の出口４０、４２（第１のみが図４（ｂ）に示される）をそれぞれ備える。

第１及び第２の処理チャネルシステム３２、３４は、共通して１つ又は複数のチャネル及び／又は構成要素を有し得るが、典型的には、各々が１つの個別のマイクロ流体チャネルを有することが理解されるべきである。

さらに図４（ａ、ｂ）に示されるように、その例示は、図６に関する説明からさらに理解され得るものであり、類似して又は同様に第２の処理チャネルシステムを参照し得るが、第１の処理チャネルシステムを参照すると、試料液入口３０に接続された第１の処理試料チャネル１２０である。第１の処理試料チャネル１２０は、第１の弁１３０で終わる第２の処理試料チャネル１２２と、第３の処理試料チャネル１２４とに分岐する。第３の処理試料チャネル１２４は、第２の弁１３２で終わる第４の処理試料チャネル１２６と、第３の弁１３４で終わる第５の処理試料チャネル１２８とに分岐し、第５の処理試料チャネル１２８は所定の体積を有する。第１の弁１３０、第２の弁１３２、及び／又は第３の弁１３４はトリガ弁であり得る。トリガ弁は、その閉状態で、主液体流を停止させ、その開状態で、主液体流がトリガ弁を通過することを可能にし得る。トリガ弁は、二次流によって開けられる（すなわち、その開状態に変更される）ことが可能であり、主流と二次流の組み合わされた流れが、トリガ弁の出力を通って流れることが可能にされ得る。そのようなトリガ弁は、当技術分野では毛細管トリガ弁として知られることがある。図示された第１の処理チャネルシステム３２はさらに、第１の検査試薬を受け入れるように構成された検査試薬入口１３を介して第１の検査試薬排出口１２と流体連通して構成される。したがって、第１の検査試薬入口１３は、検査試薬を受け入れるように配置され得る。

第１の処理チャネルシステム３２は、第１の検査試薬排出口１２を第２の弁１３２に接続するように配置された第１のトリガチャネル１５０をさらに備える。第１の処理チャネルシステム３２は、第２の弁１３２と第１の弁１３０とを接続する第２のトリガチャネル１５２をさらに備える。

第１の処理チャネルシステム３２は、第１の端部１５４２と第２の端部１５４４とを有する出口チャネル１５４をさらに備える。第１の端部１５４２は第１の弁１３０に接続され、第２の端部は、周囲の気体媒体、たとえば空気との気体連通を可能にするように構成された通気口１８０への気体接続を有する停止弁１３６に接続される。第１の処理試料チャネル１２０は、毛細管作用により、第１、第２、第３、第４、及び第５の処理試料チャネル１２０、１２２、１２４、１２６、１２８を満たすために、試料入口３０から試料液を引き出すように配置される。試料液の流れは、第１の弁１３０、第２の弁１３２、及び第３の弁１３４によって、弁がそれらの閉状態にあるときに停止される。弁の１つ、複数、又はすべてが毛細管トリガ弁であり得る。

第１のトリガチャネル１５０は、毛細管作用により、第１の検査試薬入口１３から第２のトリガチャネル１５２を備える液体経路を介して出口チャネル１５４に検査試薬を引き入れ、第２の弁１３２及び第１の弁１３０を開くように配置され、それにより、第４の処理試料チャネル１２６、第３の処理試料チャネル１２４、及び第２の処理試料チャネル１２２を備えるさらなる液体経路が開かれる。開かれたさらなる液体経路は、第４の処理試料チャネル１２６、第３の処理試料チャネル１２４、及び第２の処理試料チャネル１２２に存在する試料が、第１のトリガチャネル１５０からの検査試薬で置き換えられ、第２のトリガチャネル１５２からの検査試薬と共に出口チャネル１５４に流入することを可能にし、それにより、第５の処理試料チャネル１２８に存在する試料液を、隣接する試料液から分離する。第１の処理試料チャネル１２０及び／又は第５の処理試料チャネル１２８は、たとえば、第１の処理試料チャネル１２０及び／又は第５の処理試料チャネル１２８に存在する試料液が出口チャネル１５４に向かって流れることを毛細管力（又は毛細管圧）が防止するように、それぞれの幾何形状（たとえば、断面寸法及び／又は形状）を適合させることによって、適合され得る。第２の処理試料チャネル１２２、第３の処理試料チャネル１２４、第４の処理試料チャネル１２６、第１のトリガチャネル１５０、第２のトリガチャネル１５２、及び／又は出口チャネル１５４は、たとえば、第２の処理試料チャネル１２２、第３の処理試料チャネル１２４、及び第４の処理試料チャネル１２６に存在する試料液が、第１のトリガチャネル１５０からの検査試薬で置き換えられ、第２のトリガチャネル１５２からの検査試薬と共に出口チャネル１５４に流入することができるように、それぞれの幾何形状（たとえば、断面寸法及び／又は形状）を適合させることによって、適合され得る。

分離された試料液の体積は第５の処理試料チャネル１２８の体積に対応し、それにより、所定の試料体積、たとえば、いくつかの例を挙げると、６００ｎｌ又は１０ｎｌを有する試料液を提供する。

したがって、この第１の処理チャネルシステム３２は、所定の体積を有する試料液の供給を可能にする。所定の試料体積を有する試料液は、第１の処理チャネルシステム３２内の流れを能動的に制御することなく、第１の処理チャネルシステム３２における隣接する試料液から分離される。

図６の例に示されるように、第１の処理チャネルシステム３２は、検査試薬入口１３と第３の弁１３４とを接続するタイミングチャネル１６０をさらに備えることができる。タイミングチャネル１６０は、毛細管作用により、第１の検査試薬入口から、したがって第１の前処理検査試薬チャネル８から、第３の弁１３４の第２の出口４０に通じる出力１３４２に検査試薬を引き出し、第３の弁１３４を開くように配置されてよく、それにより、第５のチャネルに存在する分離された試料液は、タイミングチャネル１６０からの検査試薬と共に第３の弁１３４の出力１３４２を通って流れることを可能にされ得る。第３の弁１３４の出力１３４２は、第１の処理済み試料チャネル２０と直接流体連通するための出力であってよく、又は図示の例のように、試料液の処理、たとえば、溶解又は混合などのためのチャネル３５を介してもよい。たとえば、検査試薬は、たとえば赤血球を溶解するための溶解検査試薬であってよく、又は試料液の希釈のための希釈検査試薬であってもよい。システムは、試料が試料チャネル１２８から作動されるときに検査試薬による試料の適切な希釈をするように設計され得る。２つ以上の処理チャネルシステム３２、３４を有する実施形態では、マイクロ流体チャネルシステムは、上述の説明と同様に設計され機能することができ、あるいは、異なる計量試料体積や希釈処理時間などで設計されてもよい。

例示として、毛細管ポンプ１７４は、たとえば、第１、第２、第３、第４、及び第５の処理試料チャネル１２０、１２２、１２４、１２６、１２８が試料液で満たされた後に、試料導入口／リザーバ／入口３０を空にするように配置され得る。さらに、周囲の気体媒体、たとえば空気と気体の連通を可能にするように配置された通気口１８０が例示されている。

デバイスは、チャネルを通る液体の毛細管駆動流を提供するように構成され得る。たとえば、チャネルは毛細管寸法を有してよく、及び／又は流れは、毛細管ポンプ又は紙ポンプ、たとえば、毛細管効果又はウィッキング効果によって駆動される紙ポンプなどのポンプによって伝播され助勢されてよい。圧力で助勢される毛細管駆動流が実施形態で使用されてもよい。

デバイスは、デバイスの流れを操作又は制御するために、デバイスのチャネルと液体接続して適当な位置に毛細管弁、たとえば、毛細管トリガ弁を備えることができる。

少なくとも１つの前処理検査試薬チャネルは、少なくとも１つの検査試薬リザーバ、好ましくはブリスタ型のリザーバに流体接続された少なくとも１つの検査試薬入口をさらに有することができる。

検査カードは、液体試料及び／又は試料液の成分を検出及び分析するための分析器、検出器、又はリーダと接触するようにさらに構成され得る。

液体試料は、血液であってよく、又は血液に由来してよく、第１の検査試薬は、赤血球を溶解するための溶血検査試薬であってよく、第２の検査試薬は、血液試料を希釈するための希釈検査試薬であってよい。

試料液は、血液又は血液由来の液体であってよく、第１の検査試薬は、第１のマイクロ流体チャネルシステム内に存在する赤血球を溶解するための溶解バッファであってよく、第２の検査試薬は、第２のマイクロ流体チャネルシステム内に存在する血液試料を希釈するための希釈バッファであってよい。

デバイス、システム、方法、及びそれらの実施形態は、本明細書で説明されているように、血液分析のために使用され得るが、代わりに、他の分析又はラボオンチップアプリケーション、たとえばＰＣＴ反応のために使用されてもよいことは理解されよう。液体及び／又は試薬などが本デバイス及び／又はシステムによって可能とされるように操作される任意の適切な用途が考えられる。
デバイスの開発及び試験
使い捨てマイクロ流体検査カードが、マイクロ流体試料処理ゾーンを備えるマイクロ流体チップをさらに備える、デバイスの実施形態の開発及び試験について以下に説明される。デバイスはシステムの実施形態と共に適切に使用され得る。

たとえば試薬／検査試薬及び試料の導入、毛細管芯及び撮像ゾーンなどの追加の構成要素の組み込みを可能にし、手動操作のためのより便利なフォームファクタを提供するプラスチックマイクロ流体検査カードに、マイクロ流体チップが組み込まれた。マイクロ流体検査カードは、本明細書に説明されたように、射出成形ベースプレートから開始して互いに積層されたいくつかのパターン化された層から構築された。マイクロ流体チップのマイクロ流体検査カードへの組み込みの場合、毛細管ウィッキングによって、流体が、マイクロ流体検査カードからマイクロ流体チップへ、及びその逆に移行し得る。これは、マイクロ流体チップの表面への迅速なウィッキングを確実にするウィッキング特性を特徴とするマイクロ流体チップ排出口及び／又は導入口／入口の設計、ならびに箔積層体の特徴の設計によって達成された。同様に、マイクロ流体検査カードにおける流体チャネルから廃棄リザーバとして作用する毛細管芯への流体の移行は、十分に低い故障率を保証するように設計されている。
ホログラフィック顕微鏡の開発及び試験
第２の態様の実施形態によるシステムで上述されたデバイスは、レーザーダイオードと、１．１μｍの画素サイズを有し、アレイサイズを有し、追加の光学構成要素を有しない相補型金属酸化膜半導体イメージャとからなる、計算又はレンズレスホログラフィック顕微鏡に、試料を提供する。マイクロ流体検査カードが、センサ表面上にフローセルを有するイメージセンサのすぐ上に配置される一方、レーザーダイオードが、均一な照明を確実にするようにイメージセンサの上に配置された。レーザーダイオードは、マイクロ流体検査カード積層体の意図しない厚さ変動による望ましくない干渉縞を防止するのに十分な広いスペクトルを確実にするために、レーザー閾値未満の２μｓパルス（すなわち、自然放出モード）でストロボモードで動作された。イメージャは、レーザーダイオードにより放射された部分的にコヒーレントなビームと、レーザーパルスと同期された毎秒２１フレームのフレームレートでフローセルにおけるセル及び他の粒子によって散乱された光との間の干渉の結果であるホログラムを捕捉した。

続いて、ホログラムは顕微鏡画像に再構成された。
臨床試料を使用した評価
デバイス及びシステムの性能
第２の態様の実施形態に従って、上述されたデバイスと、そのようなデバイス及びリーダを備えるシステムとを使用して、実験が行われた。

本明細書に記載されているデバイス及びシステムの性能が、ルーヴェン大学病院（University Hospital of Leuven）から同日に得られ検査された余剰採血を使用して評価された。ＷＢＣ ＣＮＮを訓練するために、好中球、好酸球、単球、及びリンパ球の純粋な細胞分画が磁気ビーズベースの分離によって調製された。試料がアリコートされ、参照デバイスとしてＳｙｓｍｅｘ ＸＮ－３５０上で実行された。

達成されたＲＢＣ数及び総ＷＢＣ数は、一連の試料について、参照機器で達成された数の関数として、図８ａ及び図８ｂにそれぞれ示されている。

結果は、液体試料の自律処理とレンズレスインフロー顕微鏡システムとを使用するシステムが、フォームファクタ及び他では考えられないコストで、全血球数についてのポイントオブケア診断ソリューションを実現するために、どのように組み合わされることが可能であるかを実証した。マイクロ流体チップは、機器からの電気的、光学的、又は機械的入力なしに、試料及び液体試薬投入に対していくつかの操作を自律的に実行することを可能にする。計算的インフロー顕微鏡技術の使用により、光学系ならびにその関連するバルク、重量、複雑さ及びコストの必要性を回避する。
マイクロ流体検査カードの作製
マイクロ流体検査カードのチャネルは、４２μｍ厚の両面感圧接着剤（ＰＳＡ）によって構築されてよく、チャネルがそれから切断される。このＰＳＡは、厚さ１００μｍの２つの親水化された光学的に透明なＰＥＴ箔の間に挟まれる。箔は、＜２０°の脱イオン水との接触角を達成するＳｉＯ₂被覆を有する。この配置は、流体チャネルの上部及び下部がＰＥＴ箔であり、親水性表面がチャネルに露出され、側壁がＰＳＡから切り取られたエッジであるような配置である。チャネル幅の典型的な寸法は、５００μｍから１ｍｍである。箔の配置は、積層体箔のための構造支持体ならびにマイクロ流体チップ及びベースプレート内の凹部に存在する毛細管芯のためのハウジングとして作用するベースプレートによって支持される。毛細管芯は、Ａｈｌｓｔｒｏｍの吸取り紙である。毛細管マイクロ流体構造は、親水性生体適合性箔の積層体を使用して作製される。この箔のアセンブリは、ＭＩＣＲＯＦＬＵＩＤＩＣ ＣＨＩＰ－Ｃｅｌｌ及び流体ドレイン媒体も含んでいるバックボーン構成要素に取り付けられる。

構成要素のほとんどは現場で製造される。ＰＭＭＡベースプレートは、ラピッドプロトタイピングハウス（Ｐｒｏｔｏｍｏｕｌｄｓ）で成形される。専用レーザー加工ワークショップでの高精度レーザー切断によって、両面ＰＳＡからのチャネルの切欠きと他の層における流体アクセスホールとが製造された。マイクロ流体チップは上述のように製造される。

組立ては、流体流れ又はＬＦＩイメージングに潜在的に有害である粒子汚染を回避するために、フローフード下で行われた。

異なるコンポーネントが、組立治具によって互いの上に配置される。これらの組立治具は、アクリルプレートを約１０×１０ｃｍのプレートへ、また特定の位置に金属ピンを挿入するための孔をレーザー切断することによって作られる。これらの金属ピンは、異なる層上で一致する位置を有する。底部ＰＳＡ、底部親水性箔、中央ＰＳＡ（チャネルが切り抜かれている）、及び上部親水性箔が、これらの金属ピンによって互いの上に位置合わせされる。ＰＳＡ上の剥離ライナーが、追加の層を上に配置する前に除去される。この配置は、異なる層が互いに付着することを可能にするように軽く押し付けられる。すべての層がピンセットによってエッジのみにおいて処理される。これは、親水性層又はＬＦＩイメージングに有害であり得る過剰な接触を回避するためである。

マイクロ流体チップは、ピンセットによってベースプレート凹部に挿入される。マイクロ流体チップが正方形（ポカヨケ挿入ではない）であり、流体チャネルがマイクロ流体検査カード内の正しい流体経路に接続される必要があるので、オペレータは方向に注意を払う必要がある。

紙芯がレーザー切断によってサイズに合わせて切断される。ちょうどマイクロ流体チップのように、それらはピンセットによってベースプレートに挿入される。

次いで、ベースプレートが従来使用されているのと同じ治具に配置され、４つの層（ｃｆｒ ｉｎｆｒａ）が（下部ＰＳＡから最終ライナーを取り外されて）上部に配置される。ベースプレートは、箔と同じ位置合わせ位置を有する。アセンブリが互いに固着していることを確実にするために、アセンブリを再度軽く押し付けられる。

このアセンブリは、その後、ローララミネータに通される。ラミネータは、シリコーン被覆ローラによって一定のコンプライアンスを有する。マイクロ流体検査カードは、それに一回通される。積層は、（マイクロ流体チップ及び紙芯を用いて）層及びベースプレートを固定するためにある。この積層の後、検査カードは使用できる状態になる。
ホログラフィック顕微鏡計算アプローチ
臨床試料を使用する評価
対象のＣＢＣパラメータは、総白血球数（ＷＢＣ）、異なるＷＢＣ細胞集団数（すなわち、ＷＢＣ分化）、及び赤血球数（ＲＢＣ）であった。

広範囲のヘマトクリット（ＨＣＴ）含量をカバーする静脈全血試料に関して、臨床検査パラダイムにおける正確さがＷＢＣについて評価された。試料は匿名化され、ルーヴェン大学病院（ＵＺ Ｌｅｕｖｅｎ Ｇａｓｔｈｕｉｓｂｅｒｇ）から得られた同日の採血の必要に対する余剰分であった。健常者におけるＨＣＴの正常範囲は３５％から５０％であり、女性では３５％から４５％、男性では４０％～から５０％である。ＨＣＴ値は、５つの範囲、すなわち、１）ＨＣＴが３４％まで（低い）、２）ＨＣＴが３５％から３９％まで（女性では正常、男性では低い）、３）ＨＣＴが４０％から４４％まで（正常）、４）ＨＣＴが４５％から５０％まで（男性では正常、女性では高い）、５）ＨＣＴが５０％を超える（高い）に下位分類された。クラス当たり２人の異なるドナーからの試料が、５回反復して検査された（試料当たりＮ＝５、クラス当たりＮ＝１０、合計Ｎ＝５０）。

異なるドナーは、血液組成及び流体特性に幅広い差異を示すので、臨床検査における正確度及び精度についてのＨＣＴの効果を決定するために、ＨＣＴパラメータを他の血液特性から分離することも興味深かった。この目的のために、３つの非常に異なるＨＣＴ値を有する操作された血液試料が、同じドナーからの全血から、２つの血液アリコートを遠心分離し、一方の画分から他方の画分に血漿を移すことによって作られ、元の正常ＨＣＴ試料（３５％～４５％）から低いＨＣＴ（２０％と２４％の間）及び高いＨＣＴ（５０％と５４％の間）が作製された。これは２人の異なるドナーについて行われ、各試料は４回反復して検査された（試料当たりＮ＝４、クラス当たりＮ＝８、合計Ｎ＝２４）。３つの無作為全血試料の選択のために、不正確なメトリックの分散係数（ＣＶ％）によって、ＷＢＣ結果の再現性を評価するために、多数の反復検査が行われた。本発明者らは、その目的のために、血漿がＡｌｓｅｖｅｒの溶液で置換され、試料を冷蔵庫（２～８℃）に保管された場合、少なくとも３日間の全血安定性が達成できると結論した。この有効期間の延長は、精度を評価するために１試料あたり１０回以上の成功した検査を得ることを目的としているので、同じ試料の約２０から６０回の反復を得るのに複数日間にわたる反復検査を可能にするために必要である。全血の安定化は、検査性能（データは示していない）に悪影響がないことが示された。

結果に対する希釈比の影響を評価するために、２００倍から８００倍の希釈率でマイクロ流体チップにおいてリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）で希釈された全血試料についてＲＢＣ数の正確度及び精度が評価された。

各血液試料は、ＣＢＣ基準値を求め、試料完全性を確認するために、Ｓｙｓｍｅｘ ＸＮ３５０での検査の前後に測定された。延長された期間（すなわち、精度及び再現性検査のための期間）に検査された試料については、追加の中間のＳｙｓｍｅｘ測定が行われた。

シリコンマイクロ流体チップ上の導入口ポートへの最初の試料導入の後、マイクロ流体チップ性能を評価するために、検査の最初の観察が赤外（ＩＲ）顕微鏡下で行われた。全血（６μＬ）が、ピペットを用いてマイクロ流体検査カードの血液導入口に分配され、内部マイクロ流体チップ体積計量がＩＲイメージングにより可視化されるとともに、過剰な全血は、マイクロ流体検査カードに組み込まれた内蔵紙ポンプに直接接続されたマイクロ流体検査カード上に組み込まれた「廃棄」チャネルに過剰分を向けることによって、除去された。精密な細胞計量体積ステップに続いて、マイクロ流体チップに対応する導入口でマイクロ流体チップに３０μＬの溶解検査試薬が分配され、希釈、混合、及び溶解の後にＩＲイメージングも行われた。

試料がマイクロ流体チップの排出口で可視化されたとき、マイクロ流体検査カードがＩＲ顕微鏡から取り除かれ、ＬＦＩリーダ内にスロットされ、そこでホログラム／ＬＦＩ画像が生成され収集された。ＬＦＩデータが高フレームレート（２１フレーム／秒（ｆｐｓ））で収集された。

ホログラム／ＬＦＩ画像が、処理のためにクラウドベースの記憶ソリューションにアップロードされた。

Claims (14)

1. マイクロ流体デバイス（１）であって、
   毛細管駆動液体試料処理のための使い捨てマイクロ流体検査カード（２）を備え、前記使い捨てマイクロ流体検査カード（２）は、
   前記マイクロ流体検査カード（２）において液体試料を受け入れるように配置された試料導入口（６）と、
   検査試薬の保持をするように配置された少なくとも１つの検査試薬リザーバ（７）と、
   液体試料成分の分析のための分析ゾーン（２４）と、
   前記試料導入口（６）及び前記少なくとも１つの検査試薬リザーバ（７）から液体試料及び検査試薬をそれぞれ受け入れるように前記試料導入口（６）及び前記少なくとも１つの検査試薬リザーバ（７）と流体接続して配置されたマイクロ流体試料処理ゾーン（２８）と
   を備え、前記マイクロ流体試料処理ゾーン（２８）はさらに、
   所定の体積の液体試料を計量して提供することと、
   前記所定の体積の液体試料を検査試薬と混合又は接触させることと、
   検査試薬と混合又は接触された液体試料の処理を可能にすることと、
   処理された液体試料を前記分析ゾーンに提供するために、前記分析ゾーン（２４）と流体接続することと
   を行うように配置され、
   前記分析ゾーンは、処理された液体試料をリーダに提示するように配置される、マイクロ流体デバイス（１）。
2. 前記使い捨てマイクロ流体検査カードは、前記マイクロ流体試料処理ゾーンを備えるマイクロ流体チップ（４）をさらに備える、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
3. 前記使い捨てマイクロ流体検査カード（２）は、
   前記少なくとも１つの検査試薬リザーバ（７、９）から前記マイクロ流体試料処理ゾーン（２８）への検査試薬の毛細管駆動をするように配置された少なくとも１つの前処理検査試薬チャネル（８、１０）と、
   前記試料導入口（６）と流体連通するように配置され、前記マイクロ流体試料処理ゾーン（２８）への液体試料の毛細管駆動をするように配置された少なくとも１つの前処理試料チャネル（１６）と、
   処理された液体試料を前記マイクロ流体試料処理ゾーン（２８）から受け入れるための、及び前記処理された液体試料の分析のための少なくとも１つの試料分析チャネル（２０、２２）と
   をさらに備え、
   前記マイクロ流体試料処理ゾーン（２８）は、
   処理チャネルシステム（３２、３４）を備え、前記処理チャネルシステム（３２、３４）は、
   前記少なくとも１つの前処理試料チャネルから液体試料を受け入れるように配置された少なくとも１つの液体試料入口（３０）と、
   前記少なくとも１つの前処理検査試薬チャネル（８、１０）から検査試薬を受け入れるように配置された少なくとも１つの検査試薬入口（１３、１５）と、
   所定の体積を有し、前記所定の体積の受け入れられた液体試料を少なくとも１つの処理チャネルに提供するように配置された少なくとも１つの試料計量毛細管チャネルと、
   前記少なくとも１つの処理チャネルにおいて前記検査試薬と前記所定の体積の液体試料とを接触させるように配置され、それにより、液体試料の処理を可能にし、さらに、分析のために前記少なくとも１つの試料分析チャネル（２０、２２）への処理された液体試料の毛細管駆動をするように配置される前記少なくとも１つの処理チャネルと、
   を備える、請求項１又は２に記載のマイクロ流体デバイス。
4. 前記使い捨てマイクロ流体検査カードは、前記使い捨てマイクロ流体検査カードのチャネルを通る液体の毛細管駆動流を提供するように配置される、請求項１から３のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
5. 前記所定の体積の液体試料を検査試薬と前記混合又は接触させることと、検査試薬と混合又は接触された液体試料の処理を前記可能にすることとが、毛細管タイミング回路及び／又はトリガ弁の使用などによって、時間的に制御される、請求項１から４のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
6. 前記使い捨てマイクロ流体検査カードは、前記使い捨てマイクロ流体検査カードの中又は外への毛細管駆動流の駆動のための流体排出口、収集もしくは廃棄リザーバ、及び毛細管ポンプのうちの１つもしくは複数をさらに備え、又はそれらのうちの１つもしくは複数に接続され、
   任意選択で、前記使い捨てマイクロ流体検査カードは、前記使い捨てマイクロ流体検査カードの１つもしくは複数のチャネルから気体媒体を排出するための通気口をさらに備え、又はそれに接続されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
7. 前記毛細管ポンプは、紙ポンプ又は細長チャネルタイプのポンプのうちの１つ又は複数から選択される、請求項６に記載のマイクロ流体デバイス。
8. 前記分析ゾーンはフローセルを備える、請求項１から７のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
9. 前記使い捨てマイクロ流体検査カードは、ポリマー、シリカ、及びガラス、ならびにそれらの組み合わせからなる群から選択される材料から製造され、又は前記群から選択される材料を備える、請求項２から８のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
10. 前記液体試料は、血液、又は血液に由来する液体もしくは血液を備える液体であり、
    前記検査試薬は、
    前記マイクロ流体試料処理ゾーン内に存在する赤血球の溶解のための溶解試薬を備える溶解バッファ、又は
    前記所定の体積の液体試料を希釈するための希釈バッファ
    であり、
    前記少なくとも１つの試料分析チャネルは、
    白血球の測定値を決定すること、及び／又は
    赤血球の測定値を決定すること
    を備える分析のためのものである、請求項１から９のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の前記マイクロ流体デバイスを備えるシステム。
12. 処理のために信号を受信し、処理された信号をコンピュータに送信するように配置されたセンサユニットを備えるリーダと、好ましくは、前記センサユニットは、光学ユニット、ＣＭＯＳカメラ、及び比色検出ユニットから選択され、
    任意選択で、
    前記処理された信号からの情報を表示するように構成されたコンピュータ可読媒体と、
    記憶／通信手段と
    をさらに備える、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記センサユニットは、前記分析ゾーン内の処理された液体試料の存在を示す前記信号を検知し受信する、請求項１２に記載のシステム。
14. マイクロ流体試料処理ゾーンを含む使い捨てマイクロ流体検査カードを備えるマイクロ流体システム上で液体試料処理及び分析を行うための方法であって、
    前記マイクロ流体検査カードに液体試料を受け入れることと、
    毛細管作用によって、受け入れられた液体試料を前記マイクロ流体試料処理ゾーンに伝播させることと、
    前記マイクロ流体試料処理ゾーンにおいて、時限イベントとして、
    所定の体積の伝播された液体試料を計量すること、
    残りの伝播された液体試料から前記所定の体積の伝播された液体試料を分離し、それにより、所定の体積を有する分離された液体試料を提供すること、
    前記分離された液体試料を検査試薬と混合又は接触させること、
    前記検査試薬と混合又は接触された前記分離された液体試料を処理し、それにより、処理された液体試料を得ること
    を行うことと、
    前記マイクロ流体検査カード上の前記処理された液体試料の分析を行うことと
    を備える方法。

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