JP2024052616A - ポータブル核酸検出装置に適した流体カセット - Google Patents
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Abstract
【課題】安定性が高く、シンプルで簡単な操作ができ、かつポータブル核酸検出装置に使用できる流体カセットを提供する。【解決手段】流体カセット2は、キャップ20、本体21、内管25及び検出ボックス24を備えている。本体は外管22とシールドカバー23とを有しており、外管はシールドカバーに接続される。内管は、本体の外管内に対応して配置される。検出ボックスは、シールドカバーの下に対応して配置され、注入室、複数の流路および複数の反応チャンバを有し、複数の反応チャンバは複数の流路を介して注入室に連通される。サンプルを内管に入れると、内管内の液体と混合して被検液が形成され、キャップを介して本体の外管に密閉され、内管を下方に押し下げて穿刺する。内管の構造が検出ボックスの封止膜27aを下方に突き破ることにより、被検液が注入室に流入し、複数の流路を通って複数の反応チャンバに流れ、多重核酸増幅が行われる。【選択図】図2B
Description
本発明は、流体カセットに関する。具体的には、迅速な多重核酸増幅および検出のためのポータブル核酸検出装置に適した流体カセットである。
さまざまなニーズに応じて特定のDNAフラグメントを大量に取得するため、科学者たちは目的を達成するための効率的な方法を見つけるために懸命に努力してきたが、ポリメラーゼ連鎖反応(Polymerase chain reaction,PCR)は、最も経済的で迅速な技術の1つであり、特定のDNAフラグメントのコピーを短時間で数十億個を得ることができる。PCR技術は、遺伝子同定のための選択的DNA分離、考古学における古代DNAの法医学的分析、遺伝子検査や組織型別の医療応用、病院や研究機関における感染症の迅速かつ正確な診断、食品安全のための環境危険性検査、犯罪捜査のための遺伝子フィンガープリンティング検出など、さまざまな分野で使用できる。PCR技術は、血液や組織から抽出した少量のDNAサンプルを使用し、核酸溶液に蛍光染料を添加するだけで、蛍光分子を介して増幅されたDNAフラグメントを検出できる。
感染症は、細菌、ウイルスおよび寄生虫を含む病原体によって引き起こされる。感染症の発生を効果的に予防するには、迅速かつ低コストで正確な現場診断が必要である。したがって、病院や研究所の外で感染性病原体の低コスト、迅速なポイントオブケアテスト(POCT)を実行できる技術の開発が急務となっている。
現在の最先端の迅速診断キットは、低コストの多重検査を提供しない。例えば、現在販売されるCue Health、Lucira、HealthPodはいずれも単一疾患診断であり、感度の異なる単一対象の検査のみを提供し、多重検査を提供することはできない。多重検査を提供する他の企業については、より高価な技術と複雑な流体制御システムを使用しているため、機械とテストのコストが高くなり、このような複雑な機械式バルブシステムの価格と需要により、一般の人々には手の届かないものになっている。例えば、一般の人々がマルチプレックスPCR検査を実施したい場合、サンプルを大規模な研究所に送り、複雑なメカニカルバルブシステムを介してマルチプレックスPCRを実施する必要があり、高価な検査機器や複雑な検査手順が必要となるだけでなく、多大な労力と時間のコストも要する。
さらに、従来のPCRマイクロ流体検出手順では、多くの課題が存在する。例えば、反応チャンバ内に気泡が存在すると、検出結果に影響を及ぼし、誤判定を招く可能性がある。そのため、気泡の抜けを促進するための別途の排気部品が必要となるが、気泡を除去するために排気部品を設けると、検出液が蒸発して検出精度に影響を与える可能性がある。さらに、検出プロセス中に、生体分子が反応チャンバから漏れたり、エアロゾルや水蒸気の蒸発によって周囲環境を汚染したりするリスクがあるかどうかも考慮する必要がある。あるいは、PCRマイクロ流体検出プログラムをポータブル装置に適用した場合、不安定な環境下での検出による振動や傾きの問題を克服し、正確な検出結果を得ることができるかどうか。
したがって、従来のPCRマイクロ流体検出手順の欠点を改善するために、安定性が高い、シンプルで簡単な操作ができ、かつポータブル核酸検出装置に使用できる流体カセットを開発して、ユーザーが最小限のトレーニングで使用できる、容易に理解できるようにする必要がある。そして、テスト結果をすぐに得ることができる。
本発明は、ポータブル核酸検出装置に適した流体カセットを提供することを目的の一つとしており、キャップを本体に密封して下方に押し付けることにより、本体に設けられた内管が下方向に対応するようになっている。末端の穿刺構造が封止膜を下方に突き刺すように、内管内のサンプルと外管内の緩衝液を検出ボックスの注入室に下方に放出し、複数の流路を通って複数の反応チャンバに流れ、一つの反応チャンバで多重核酸増幅と検出を迅速に行うことができ、持ち運びが簡単で、いつでもどこでも多重核酸増幅と検出を迅速かつ簡単に行うことができるため、検出時間や料金を節約できる。
本発明の目的の1つは、流体カセットの検出ボックス内の複数の流路とその中に収容された相変化材料の設計を介して、多重核酸増幅の際、加熱プロセス中に、固相変化材料から液相変化材料に変化し、その後体積が膨張し、一方向弁の密閉効果が得られるため、流路内の流体が流れなくなり、各流路および各反応チャンバ内の流体が相互に干渉しないため、複数のサンプルを同時に検出でき、検出精度が向上するポータブル核酸検出装置に適した流体カセットを提供することである。
本発明の思想によれば、本発明は、キャップ、本体、内管及び検出ボックスを備えたポータブル核酸検出装置に適した流体カセットを提供する。本体は外管とシールドカバーとを有しており、外管はシールドカバーに接続される。内管は、本体の外管内に対応して配置される。検出ボックスは、シールドカバーの下に対応して配置され、注入室、複数の流路および複数の反応チャンバを有し、複数の反応チャンバは複数の流路を介して注入室に連通される。サンプルを内管に入れると、内管内の液体と混合して被検液が形成され、キャップを介して本体の外管に密閉され、内管を下方に押し下げて、内管の穿刺構造が検出ボックスの封止膜を下方に突き破ることにより、被検液が注入室に流入し、複数の流路を通って多重核酸増幅用の複数の反応チャンバに流れる。
本発明の特徴および利点を具体化するいくつかの典型的な実施形態について、以下の説明で詳細に説明する。本発明は、本発明の範囲から逸脱することなく、異なる側面において様々な変更を加えることができ、説明および図示は、本発明を限定するものではなく、本質的に例示を目的とするものであることを理解されたい。
図1を参照ください。図1は、本発明の第1の好ましい実施形態における流体カセットの分解構造とそれを適用したポータブル核酸検出装置の模式図である。同図に示すように、本発明の流体カセット2は、ポータブル核酸検出装置1に好適に用いられ、持ち運びが容易で、いつでもどこでも複数の核酸の増幅及び検出を行うことができる検出装置をユーザーに提供することができる。実施形態において、流体カセット2は使い捨ての消耗品であり、ユーザーが1回の検査を完了した後、次の多重核酸検査のために流体カセット2を新しいものと交換することができる。つまり、ユーザーは、流体カセット2の組み立て工程を行う必要がなく、最小限の操作手順で流体カセット2を直接使用することができ、簡易かつ迅速な多重核酸増幅及び検出を実現することができる。引き続き図1を参照してください。流体カセット2に加えて、ポータブル核酸検出装置1は、ベース10、ハウジング11、回路基板12、加熱モジュール(図示せず)、および光学モジュール14も含む。本実施形態では、加熱モジュールおよび光学モジュール14は回路基板12上に集積されるが、これに限定されるものではない。流体カセット2は、回路基板12およびその加熱モジュール上に対応して配置される。ベース10は、回路基板12、その上の加熱モジュール14、光学モジュール14および流体カセット2を収容するための収容空間100を有する。ハウジング11は、これに対応してベース10上に覆われ、ベース10の収容空間100を密閉し、その内部に設けられた回路基板12、その上の加熱モジュール、光学モジュール14、流体カセット2などが外部環境は効果的に隔離され、それによって保護隔離の効果が達成される。さらに、本実施形態では、ポータブル核酸検出装置1は、ポジショニングシート19をさらに含み、前記ポジショニングシート19は、回路基板12と流体カセット2との間に対応して配置され、流体カセット2の検出ボックス本体21を回路基板12の加熱モジュールおよび光学モジュール14上に配置されることを補助する。このうち、サンプルは、流体カセット2に収容されると、加熱モジュールの発熱体(例えば、加熱チップ等、これに限定されない)を介して加熱され、設定温度で一定の温度に維持される。次に、光源が光学モジュール14の発光体141を通して放射されてサンプルを照明し、光センサ142が検出および比較のために照明後のスペクトルを受信する。さらに、複数の表示灯143が回路基板12上に配置され、検出結果を対応して表示する。
本実施形態では、ベース10の外面にボタン101と表示部102が設けられ、該ボタン101と表示部102はいずれも回路基板12に電気的に接続され、ボタン101と回路基板12上のスイッチ(またはボタン)(図示せず)は電気的に接続されており、ユーザーがベース10上のボタン101を押すと、回路基板12上のスイッチ(またはボタン)に電気的に接続することができ、そして、ポータブル核酸検出装置1はオンまたはオフにすることができる。表示部102は、回路基板12の表示灯143に電気的に接続されており、検出結果を表示する。本実施形態では、表示部102は、ユーザーが検出結果を迅速かつ容易に理解できるように、検出後の光信号を表示する複数の表示窓であってもよいが、これに限定されない。本実施形態を例にとると、回路基板12上の表示灯143の位置は、ベース10上の表示部102の表示窓に対応している。したがって、表示灯143が信号を受信して点灯すると、ユーザーは、ベース10上の表示部102の点灯表示窓を通じて検出結果を迅速に得ることができる。しかし、他の実施形態では、表示部102は、液晶ディスプレイであってもよいが、これに限定されない。詳細な検査結果を表示するために、前記表示部102は、主に検査結果を表示するために使用され、その種類および形状は実装の状況に応じて変更される可能性があり、本実施形態に限定されるものではない。
図2A~2Dを参照してください。図2Aは、図1に示す流体カセットおよびスワブの構造の概略図である。図2Bは、図2Aに示す流体カセットの分解構造を示す模式図である。図2Cは、図2Aに示す流体カセットの組立構造を示す図である。図2Dは、図2Cに示す流体カセットの断面構造の概略図である。上述したように、流体カセット2は、主にサンプル処理および多重核酸増幅および検出のためのポータブル核酸検出装置1での使用に適している。本実施形態では、PCR検出または等温PCR増幅および検出に適用することができ、複数のサンプルを同時に検出することができる。図2Aに示すように、いくつかの実施形態では、スワブ3は、流体カセット2の付属品として使用することができる。スワブ3は、流体カセット2に装着可能なものであればよく、一般に市販されるスワブ3であってもよい。あるいは、他の実施形態では、サンプルは、スワブ3を使用せずに流体カセット2に直接添加することもできる。流体カセット2は、図2Bに示すように、キャップ20、本体21、内管25、検出ボックス24等を備え、ここで、本体21は、外管22及びシールドカバー23を有し、かつ外管22はシールドカバー23に接続される。いくつかの実施形態では、キャップ20は、シールリング26を通じて外管22をシールするが、これに限定されない。内管25は、本体21の外管22内に対応して配置される。検出ボックス24は、シールドカバー23の下に対応して配置され、液体の蒸発を防ぐためにシールドカバー23によって覆われている。キャップ20が外管22を完全に密封し、これに対応してシールドカバー23が検出ボックス24を覆うとき、その外観は図2Aおよび図2Cに示すようになる。図2Bおよび2Dに示すように、検出ボックス24は、注入室243(図2Dに示す)、複数の流路244(図10Cに示す)、および複数の反応チャンバ245(図10Cに示す)を有し、複数の反応チャンバ245は、複数の流路244を介して注入室243と接続される。流体カセット2の内管25にサンプルを入れると、内管25内の液体と混合されて被検液となり、本体21の外管22に押し当てることにより封止され、キャップ20を下方に押し下げると、内管25も下方に押し下げられ、内管25の底部の穿刺構造25eが検出ボックス24の第1封止膜27aを下方に突き刺し、被検液が第1封止膜27aの下の注入室243に流入し、複数の流路244を通って対応する各反応チャンバ245に流れ、多重核酸増幅処理が行われる。
図2D、図3A、図3B、図3Cおよび図3Dを同時に参照してください。図3Aは、図2Bに示す流体カセットのキャップの構造の概略図である。図3Bは、図3Aに示すキャップの断面構造の概略図である。図3Cは、本発明の第2の好ましい実施形態のキャップの構造の概略図である。図3Dは、本発明の第3の好ましい実施形態のキャップの構造の概略図である。図3Aおよび図3Bに示すように、キャップ20は、流体カセット2の外管22を密封するために使用される。キャップ20は、キャップ本体20aと、カバーリング20bと、溝20cとを有する。カバーリング20bは、キャップ本体20aに接続されてキャップ本体20aから外側に突出しており、カバーリング20bの上にはシールリング26を収容するための溝20cが設けられている(図2Bに示す)。図2Dに示すように、キャップ20が外管22上に対応してシールされると、キャップ本体20aが外管22内に対応して配置され、かつキャップ20のキャップ本体20aの内部平面20dと内管25の上端面250は突き当てられているため、キャップ20が下方に押されると、同時に内管25も下方に押され、内管25の底部の穿刺構造25eが検出ボックス24の第1封止膜27aを突き破る(図2Bに示す)。他の実施形態では、図3Cおよび図3Dに示すように、キャップ200、201もキャップ本体200a、201aと溝200b、201bを有するが、これらの2つの実施形態では、キャップ本体200aおよび201aにはさらに排気構造が設けられ、ガスを逃がし、それによって流体カセット2内の圧力バランスを維持する。例えば、図3Cに示すように、キャップ200のキャップ本体200aには、排気構造として排気凹み200cが設けられており、本実施形態では、排気凹み200cは、表面から2つ下の排気凹み200cとすることができるが、これに限定されるものではない。他の実施形態では、3D図に示すように、キャップ201のキャップ本体201aには排気溝201cが設けられ、排気溝201cはキャップ本体201aを長手方向に貫通し、2つの垂直なL字型の角を有し、縦方向に貫通した排気溝201cにより、流体カセット2内のガスを上方に排気することができ、排気効果と圧力バランス維持効果を得ることができる。そして、キャップ200、201の排気構造の設計は上記2つの実施形態に限定されるものではなく、ガス透過性を高めることが主な目的であるため、実際の実施状況に応じて変更することができる。
図4A、図4Bおよび図4Cを参照してください。図4Aは、図2Aに示す流体カセットの内管の構造の概略図である。図4Bは、図4Aに示される内管の上面図である。図4Cは、図4Aに示す内管の断面構造の概略図である。図4Aに示すように、流体カセット2の内管25は、主として本体21の外管22内に配置され、先細りの中空管状構造であるが、これに限定されるものではない。本実施形態では、内管25は、内管25の上端に配置され、第1開口25aを有する第1管部25c、第2管部25d及び穿刺構造25eを含む。スワブ3は、対応して、第1開口部25aを通って内管25内に挿入される。いくつかの実施形態では、第1管部25cの直径は第2管部25dよりも大きく、第2管部25dの直径は穿刺構造25eよりも大きく、第2管部25dは第1管部25dの間に配置される。25cと穿刺構造25eとが空間を形成し、本実施形態の先細り中空管状構造が形成される。穿刺構造25eは、内管25の底部に設けられており、その先端は鋭利であるため、第1封止膜27aを穿刺することができる。本実施形態では、穿刺構造25eの端部には、内管25と外管22とを接続して内管25と外管22内の液体を効果的に混合するための第2開口25bがさらに設けられる。図4Bに示すように、第1開口部25aの直径は第2開口部25bの直径よりも大きいが、これに限定されるものではない。
図4Aおよび図4Bに示すように、第1管部25cの外面には複数の凸状構造25fが設けられており、これらの凸状構造25fは第1管部25cの外面から突出している。内管25は本体21の外管22内に対応して配置され、凸状構造25fは外管22の内面に当接し、それによって内管25の支持を補助する。本実施形態では、凸状構造25fは、下向きの圧力に適応できるようにさらに傾斜を有し、内管25を外管22の内面に沿って特定の位置まで下方にスライドさせ、その後、凸状構造を使用することができる。25fと外管22の内面との間の応力により、内管25の下方への滑りが防止される構造となっている。凸状構造25fの数及び種類は、実際の実装状況に応じて変更することができ、これに限定されるものではない。
本実施形態では、図4Bおよび図4Cに示すように、内管25の第2管部25dの内面に、さらに複数の第1リブ25hが設けられる。これらの第1リブ25hは、垂直方向に延びている。第2管部25dは、細長いリブ構造を有し、第2管部25dの内面から突出している。第2管部25dの内面に第1リブ25hを配置することにより、スワブ3を内管25内に挿入する際に、突出する第1リブ25hを利用してスワブ3の抜去を容易にすることができる。スワブ3と内管25の第1リブ25hとにより、スワブ3上のサンプルの溶出が大きくなり、サンプルの溶出効率が向上する。いくつかの実施形態では、図4Aおよび図4Cに示すように、内管25の第1管部25cは、第2管部25dに隣接する外面に複数の縦溝25gをさらに有し、これらの縦溝25gは、(図6Bに示すように)外管22の内面上の第2リブ22dと協働し、その結果、内管25は、対応する第2リブに沿って縦溝25gを通過することができ、下方にスライド変位する。
図5を参照してください。図5は、本発明の第4の好ましい実施形態に係る流体カセットの内管の構造の概略図である。本実施形態では、内管45の外観デザインが先の実施形態とは若干異なるが、先の実施形態のポータブル核酸検出装置1及びその流体カセット2にも同様に適用できる。先の実施形態と同様に、内管45も流体カセット2の外管22内に対応して配置され、先細の中空円錐構造であるが、これに限定されない。しかしながら、本実施形態では、内管45は、単一のテーパ管部45cのみを有し、管部45cの頂部に第1の開口45aを有し、管部45cの下端に接続された穿刺構造45dを有し、鋭利な端部は、第1封止膜27aを貫通する。本実施形態では、穿刺構造45dの端部には、内管45と外管22とを接続するための第2開口部45bがさらに設けられ、内管45と外管22内の液体が効果的に混合される。前述の実施形態と同様に、第1開口部45aの直径は第2開口部45bの直径よりも大きいが、これに限定されるものではない。本実施形態では、管部45cの上端の外面にも複数の凸状構造45eが設けられており、これらの凸状構造45eは管部45cの外面から突出している。図45に示す凸状構造45eが外管22上に対応して配置されると、凸状構造45eが外管22の内面に当接して内管45の支持を補助する。同様に、内管45にも複数の縦溝45fが形成されており、これらの縦溝45fは、穿刺構造45dに隣接する管部45cの外面に、外管45の内面と連通するように設けられ、これに伴い、上部の第2リブ22dも下方にスライドする。また、内管45の内面にも、サンプルの溶出効率を向上させるための複数の垂直な第1リブ45gが設けられているが、これに限定されるものではない。上述の2つの実施形態から、内管25、45、凸状構造25f、45e、縦溝25g、45f、第1リブ25h、45gの位置等の外観を決定できることが分かる。実際の実装状況に応じて変更することができ、これに限定されるものではない。第2リブ22dの構造設計により、スワブ3が第2リブ22dに擦れることができ、サンプル抽出効率が向上する。
図6A、図6Bおよび図6Cを参照してください。図6Aは、図2Bに示す流体カセットの外管の構造の概略図である。図6Bは、図6Aに示す外管の断面構造の概略図である。図6Cは、図6Aに示す外管を上から見た構造の概略図である。本実施形態では、緩衝液(例えば、溶解緩衝液)が、サンプルと混合するために流体カセット2の本体21内に予め貯蔵される。図に示すように、流体カセット2の本体21は、外管22とシールドカバー23とを有しており、外管22はシールドカバー23に接続される。本実施形態において、外管22は、管本体22aと、管本体22aに接続されるヘッド22eとを有し、ヘッド22eは管本体22aの上方に位置し、その上部には第3開口部22bが形成される。キャップ20がそれに対応してシールされるように、ヘッド22e、管本体22aの下部はシールドカバー23内に配置されており、その底部には第4開口22cが設けられる。本実施形態では、第3開口部22bの直径は、第4開口部22cの直径よりも大きい。そして、いくつかの実施形態では、シールドカバー23は、外管22の周囲に設けられた円形のカバー構造であり、対応して検出ボックス24を遮蔽して覆い、液体が蒸発すること、または液体/蒸気が検出ボックス24から漏れ出て環境に不必要な汚染を引き起こすことを防ぐ。検出ボックス24は、シールドカバー23で覆われることにより、反応過程において完全な密閉環境を形成し、外部環境の生物学的汚染の心配がなくなる。また、図6B及び図6Cに示すように、外管22の内面には複数の第2リブ22dが設けられ、各第2リブ22dの上端にバンプ22fが設けられることもできるが、これに限定されるものではない。図に示すように、第2リブ22dは、外管22の内面から突出しており、内管25の縦溝25gに対応している。したがって、内管25が外管22内に対応して配置されると、縦溝25g(図4Aに示す)を、対応する第2リブ22dに沿って下方にスライドさせ、縦溝25gの端部がバンプ22fに抵抗したときに、スライド変位を停止すると、内管25がセットされる。これにより、内管25が外管22から抜け出るのが防止される。
図7Aおよび図7Bを参照してください。図7Aは、本発明の第5の好ましい実施形態による流体カセットの構造の概略図である。図7Bは、本発明の第6の好ましい実施形態による流体カセットの構造の概略図である。同図に示すように、流体カセット5、6の外観デザインは先の実施形態とは若干異なっているが、先の実施形態のポータブル核酸検出装置1にも適用することができる。流体カセット5、6も、前述の実施形態と同様に、キャップ50、60、本体51、61、外管52、62、シールドカバー53、63、検出ボックス54、64等の構造を有している。シールドカバー53、63は、形状および高さが異なる。例えば、第5実施形態のシールドカバー53は、先の実施形態のシールドカバー23よりも高さが高く、背の高い円筒状のシールド構造であるのに対し、第6実施形態のシールドカバーは、テーパ状のシールド構造である。換言すれば、シールドカバー53、63は、任意の形状および高さであってよく、その設計の目的は、加熱反応中に検出ボックス54、64から蒸発した液体蒸気によって生成される圧力に適応するのに十分なスペースを遮蔽カバー53、63に確保でき、それによって発生した背圧が検出ボックス54、64内の液体に影響を与えることはない。いくつかの実施形態では、シールドカバー53、63は、硬質材料(例えば、金属、プラスチック、ガラスなど)、可撓性材料(例えば、ゴム、シリコーンなど)、または硬質材料と可撓性材料の混合物(例えば、ゴム/プラスチック、ゴム/金属、ゴム/ガラス、シリコーン/プラスチック、シリコーン/金属、シリコーン/ガラスなど)で作られてもよいが、これに限定されない。
図8A~8Cを参照してください。図8A~図8Cは、図2Aに示される流体カセットにスワブを挿入するプロセスの図である。同図に示すように、本実施形態では、流体カセット2のサンプル処理および多重核酸増幅・検出手順は、以下のステップを含む。まず、ユーザーは、スワブ3を用いて検査対象のサンプルを採取し、外管22の第3開口部22bに封止される封止膜(図示せず)を剥がす。次に、図8Aに示すように、スワブ3を内管25に挿入し、数回回転させてスワブ3を内管25の第1リブ25hに完全に接触させ、サンプルの溶出効率を高める。いくつかの実施形態では、ユーザーが他の種類のサンプル(例えば、血液、唾液)を使用する場合、ユーザーはスワブ3を使用せずにサンプルを内管25に直接追加することができる。図8Bに示すように、上記のステップが完了した後、ユーザーは、スワブ3を取り出すか、スワブ3を取り出さずに、外管22の第3開口部22bに対応するキャップ20に直接押し込み、キャップを密封し、キャップ20は、シールリング26を介して外管22のヘッド22eに密閉され、このとき、キャップ20の下向きの圧力に基づいて、内管25も下方にスライドし、図8Cに示すように、内管25の端部の穿刺構造25eは、対応する第1封止膜27aを下向きに穿刺し、内管21内のサンプルおよび外管22内の緩衝液がそれぞれ内管21内の端部の第2開口部25bと外管22の端部の第4開口部22cを通過して下方に開放され、下方の検出ボックス24内に進入する。
いくつかの実施形態では、等温増幅中に反応チャンバ245内の気泡によって反応溶液が酸性化されないことを保証するために、注入後に反応チャンバ245内に大量の気泡が残らないようにする必要がある。本実施形態では、シールリング26が取り付けられると、キャップ20の下向きの圧力は、ユーザーがキャップ20を押す速度とともに増加する。下向きの圧力が高すぎると、下方の検出ボックス24内の反応チャンバ245内に気泡が発生する。緩衝溶液がよりスムーズに、安定して、かつ迅速に反応チャンバ245に入ることができるようにするために、他の実施形態では、シールリング26および29が設置されなくてもよい。シールリング26および29が設けられていない場合でも、キャップ20により緩衝液に瞬間的な圧力が発生し、第1封止膜27a(例えばアルミニウム膜)下の空気が穿刺した瞬間に空気と混ざる可能性があり、そして、検出ボックス24の注入室243に押し込み、この空気の部分は、注入室243に接続された流路244を遮断し、1つ以上の反応チャンバ245が正常に注入できなくなる可能性がある。注入室から直接気泡を吹き出し、注入室243を反応チャンバ245まで押し込む。上述の問題を改善するために、解決策の1つは、図3Cまたは図3Dに示すように、キャップ200および201に排気構造を設けることである。前述したように、図3Cのキャップ200の排気構造は、表面の排気凹み200cであるのに対し、図3Dのキャップ201の排気構造は、その表面を縦方向に通る排気溝201cであり、かつ該排気溝201cは2つの垂直なL字型の角構造を有する。両者を比較すると、図3Dに示す排気構造(排気溝201c)の方が、図3Cに示す排気構造(排気凹み200c)よりも単位時間当たりの通気度が高い。その主な理由は、排気溝201cがキャップ201のキャップ本体201aを貫通する溝であるため、圧縮空気がキャップ本体201aを貫通する排気溝201cを通って上方に排出され、キャップに抵抗し、公差を超えると、キャップ201とシールドカバー23とのしめしろ量が大きくなり、キャッピング時に発生する圧力により輸液に影響を与えるという問題が生じる。また、キャップ201のしめしろ量が大きく、キャップ201を素早く押し下げると、反応チャンバ245の一部が液体に早く浸入しすぎて、反応チャンバ内に配置される凍結乾燥ビーズ245dが破損する可能性がある。ビーズ内の空気が溶解する前は、上部開口245aは液体によって塞がれており、反応チャンバ245内の元の空気および凍結乾燥ビーズ245dが溶解した後の空気を上部開口245aから排出することができない。これはまた、他の実施形態では、シールリング26および29が設けられていない場合でも、キャップ201とシールド23との間の締り嵌めには、気泡を低減するために追加の排気機構設計が依然として必要であることを意味し、注入室243を閉塞する危険性がある。上述したように、しめしろ量が大きい場合、図3Dに示す排気溝201cの設計により、気泡のない注入を首尾よく達成することができる。キャップ201とシールドカバー23とのしめしろ量が小さければ、キャップ201を押し下げたときに、比較的緩いキャップ201の周囲の空隙から空気がスムーズに排出され、気泡のない注入の目的を達成することができる。3D図に示される実施形態では、ユーザーがキャップ201を押し下げる異なる力と速度の2つの変数を考慮すると、完全に気泡のない注入の成功率はほぼ80%を超えることができる。この2つの異なる排気構造により、キャップ20とシールドカバー23とが干渉するため、流体カセット2が上下に揺れたり、逆さまになったりしても液体漏れが発生しない。また、非封止状態での加熱工程において、過大な圧力により加圧膜や第1封止膜27aが漏れ出すことや、圧力が解除できなくなることも回避できる。シールドカバー23と検出ボックス24の間、およびキャップ20の間では、加熱により膨張した空気を流体カセット2の外部に排出することができ、流体カセット2内の過大な不均衡な圧力が発生して液体が発生することを回避でき、1つまたは複数の反応チャンバ245から注入室243内に押し戻される。排気チャネルを備えたこの設計は、増幅された汚染物質がシールド23によって捕捉され、流体カセット2から機械や周囲環境を汚染しないことも検証によって証明される。
図9を参照してください。図9は、本発明の第7の好ましい実施形態に係る流体カセットの断面構造の概略図である。同図に示すように、本実施形態においては、流体カセット7は、キャップ70、本体71、外管72、シールドカバー73、検出ボックス74、内管75等の構成を備え、これらの構成の組立、配置方法は前述した実施形態と同じであるため、ここで再度説明しない。しかし、本実施形態では、キャップ70を外管72にシールする際に別途シールリングを設ける必要がなく、若干の空隙を残すことができる。したがって、複数の等温核酸増幅の加熱プロセス中に外管72内の空気が膨張した場合、空気はキャップ70と外管72の間の空隙を通って外側に逃げることができ、システムの内部安定性を維持することができる。また、本実施形態では、シールドカバー73が検出ボックス74を覆う場合、その接合部に隙間76が生じることもある。同様に、このわずかな隙間76により、シールドカバー73内の加熱により膨張した空気が外部に逃がされ、検出ボックス74の液圧に影響を与えることなくシールドカバー73内外の圧力安定性が保たれ、検出ボックス74の液圧を安定させることができ、安定した条件下での複数の等温核酸増幅および検出手順を行うことができる。
図10A、図10B、および図10Cも参照してください。図10Aは、図2Bに示す流体カセットの検出ボックスの構造の概略図である。図10Bは、図10Aに示す検出ボックスの分解構造の概略図である。図10Cは、図10Aに示される検出ボックスの底面図である。図10Aに示すように、本実施形態では、検出ボックス24は、円盤状のボックス構造であり、ボックス本体240と、3種類の封止膜27a、27b及び28とを有している。図10Bおよび図10Cに見られるように、カセット本体240は、注入室243、複数の流路244、および複数の反応チャンバ245を有し、本実施形態では、注入室243は、カセット本体240の中央に配置される。検出ボックス24は、上面241とそれに対応する下面242(図10Cに示すように)を貫通するチャンバであり、複数の流路244を介して複数の反応チャンバ245に接続される。本実施形態では、各流路244は同じ流れ抵抗を有するように設計されており、それによって注入室243からすべての反応チャンバ245への液体の均等かつ均一な分配が保証され、検出精度が達成される。また、本実施形態では、反応チャンバ245およびそれに接続される流路244の数は5つであるが、これに限定されるものではない。
図10Aおよび図10Bに示すように、第1封止膜27aは、検出ボックス24の上面241の中央に配置され、その位置は外管22を第4にするための注入室243に対応する。底部の開口部22cは検出ボックス24から隔離されており、使用前に外管22内の緩衝液が検出ボックス24内に侵入するのを防止し、未使用の状態で外管22内に緩衝液を継続的に保管することができる。第2封止膜27bも、検出ボックス24の上面241に配置されており、その位置は反応チャンバ245に対応しており、検出ボックス24における反応チャンバ245の上部開口245aを封止するために用いられる。本実施形態では、第2封止膜27bはより小さな円形の膜片であり、各円形の膜片は1つの反応チャンバ245を覆う。したがって、本実施形態では第2封止膜27bは5枚あり、これに対応して5つの反応チャンバ245を覆うことになる。そして、他の実施形態では、第2封止膜27bは、上面241およびすべての反応チャンバ245を覆う大きな膜であってもよい。その形状および数量は、実際の実装状況に応じて変更することができるが、これに限定されない。本実施形態において、第2封止膜27bは、1層または複数層の疎水性多孔質膜であってもよいが、これに限定されるものではない。さらに、第2封止膜27bは、反応チャンバ245の上部を封止するために他の防水(すなわち、疎水性)および通気性の材料を使用することもでき、液体の侵入を防ぎながら空気の通過を可能にする。これにより、第2封止膜27bは、流体負荷の圧力を解放するための核酸増幅工程に必要な加熱工程において、第2封止膜27bの入水圧力(WEP)により空気の出口として利用することができる。加圧流体の駆動圧力よりも高いため、流体を詰まらせる可能性がある。さらに、第2封止膜27bの表面の疎水性は、液体が膜上で凝縮するのを助け、それによって蒸発プロセスを遅くする。言い換えれば、第2封止膜27bが液体の蒸発を効果的に抑制できることも実験によって証明される。反応チャンバ245内の液体を蒸発させて、核酸の増幅および検出手順を円滑に進めることができるようにする。他の実施形態では、第3封止膜28は、検出ボックス24の下面242を覆うように検出ボックス24の底部に配置されるが、これに限定されない。
図10C、図10D、および図10Eも参照してください。図10Dは、図10Cに示される検出ボックスの別の角度からの底面図である。図10Eは、図10Aに示す検出ボックスの部分断面構造の概略図である。図に示すように、検出ボックス24の底面図から、検出ボックス24の中央に位置する注入室243、その周りに等間隔に配置された5つの反応チャンバ245、および対応する注入室243並びに反応チャンバ245の5つの流路244。図10Eに示すように、各反応チャンバ245は、チャンバ245bと、チャンバ245bの上方に接続されて配置された頂部構造245cとを含む。本実施形態では、頂部構造245cは、4つの斜面を有する屋根構造であるが、これに限定されず、頂部構造245cは、検出ボックス24の上面241に接続される円形の上部開口245aを有し、頂部構造245cは主に流体装填プロセス中に空気が屋根構造の上部開口245aを通って反応チャンバ245から完全に排出されるのを助けるために使用される。例えば、流体注入プロセス中に気泡(図示せず)が形成された場合、それらは流体圧力に応じて頂部構造245cの「屋根構造」の上部まで自動的に上昇し、上部開口245aを通って排出される。。いくつかの実施形態では、頂部構造245cは、加熱プロセス中に生成され、排出できない気泡(図示せず)を収容するという別の機能も有し、これは、排出できない気泡がある場合、それらが上昇することを意味する。このようにして、頂部構造245cの「屋根構造」では、その下方のチャンバ245bを気泡のない状態に維持することができ、気泡による干渉や光学的検出のエラーが回避される。本実施形態では、光検出路はチャンバ245bの中間の高さに位置し、チャンバ245b内で予期せぬ気泡が発生するのを防ぐために、光検出路と頂部構造245cとの間に一定の緩衝空間がある。反応チャンバ245の頂部構造245cの屋根構造は、流体中に気泡や空気が存在しないことを保証する保護機構として機能し、それによって一貫した正確な光学的検出を達成することができることが分かる。
引き続き図10Eを参照してください。いくつかの実施形態では、反応チャンバ245には、凍結乾燥試薬(例えば、酵素、緩衝液、染料など)で作られた凍結乾燥ビーズ245dが設けられる。本実施形態では、凍結乾燥ビーズ245eがチャンバ内245bに保管され、緩衝液から分離する。流体カセット2の内管21の端部の穿刺構造25eが第1封止膜27aを突き刺すと、内管21内のサンプルおよび外管22内の緩衝液が注入室243内に下方に放出される。そして流路244から対応する反応チャンバ245に流入する。同時に、加熱モジュール(図示せず)の加熱により、チャンバ245b内の凍結乾燥ビーズ245dも溶融してサンプルと混合される。多重核酸増幅プロセスを実行し、その後、光学モジュール14を介して各反応チャンバ245内の反応試薬に対して核酸検出を実行する。さらに、他の実施形態では、凍結乾燥ビーズ245dが反応チャンバ245内に配置され、圧力底部フィルムが密閉される前に、ワックスなどの相変化材料の小片が各反応チャンバ245内に配置されるが、これに限定されない。この相変化材料の体積は、上部開口245aを塞ぐ程度であればよく、多すぎると膨張や底面への気泡の付着により「屋根構造」下の光検出に影響を与える。追加の相変化材料を配置する設計目的は、主に、密度が液体の密度よりも低いため、加熱プロセス中に相変化材料が溶けることを可能にし、自然に上方に移動して上部開口245aを塞ぎ、それによって熱膨張を低減することである。反応チャンバ245内の液体と接触すると液体が酸性化し、より正確な検出が保証される。
図10Cおよび図10Dを参照してください。図に示すように、注入室243と反応チャンバ245に接続された流路244は、各流路244が注入室からの流体抵抗が同じであれば、様々な設計が可能であり、いかなる形状であってもよい。これにより、液体は同時にターゲット反応チャンバ245内に均一に分配される。いくつかの実施形態では、異なる反応チャンバ245に入る流体間の時間差は30秒未満となり、この時間差は主に、製造中に生成されるチャネル抵抗の小さな差に基づくが、反応チャンバ245が完全に満たされる場合、許容される時間差の範囲は1分以内である。他の実施形態では、流路244の幅および高さは0.01乃至20mmの範囲である。図10Cに示すように、本実施形態では、流路244は、パラフィンビーズやヒドロゲルなどの対応する相変化材料(Phase transition material,PTM)を収容するための2つの溝244aを有するが、これに限定されない。本実施形態を例に挙げると、各対応する溝244は、パラフィンビーズ246を収容するために使用される。核酸増幅の加熱プロセス中、パラフィンビーズ246は融解し、その体積は相変化中に15%膨張し、それによって充填され、流路244内の空間を密閉して流路244を密閉する。いくつかの実施形態では、パラフィンビーズ246の直径は2mm、厚さは0.7mmであり得るが、これに限定されず、シリコーン型を介して大量生産することができる。これらの相変化材料は液状であるため、反応チャンバ245内の液体が浸透しないため、反応チャンバ245をロックすることができ、反応チャンバ245内の流体が流路244に逆流したり漏洩したりすることを防ぐことができる。他の流路244および反応チャンバ245への流体の一方向の伝達が達成される。換言すれば、相変化材料を収容するための溝244aを備えた流路設計は、一方向弁として機能することができ、サンプルおよび緩衝液を核酸の増幅および検出のために反応チャンバ245へ一方向に輸送することができる。逆流は、他の反応チャンバ245における核酸の増幅および検出結果を妨げない。このように、検出ボックス24内の5つの反応チャンバ245は、相互に干渉したり、液の逆流により検出結果に影響を与えたりすることなく、独立して核酸の増幅及び検出を行うことができ、正確な多重核酸の増幅及び検出の有効性を実現することができる。さらに、本実施形態では、相変化材料の密封機構により、反応チャンバ245内の試薬が流路244および注入室243からのサンプルおよび緩衝液によって希釈されるのを防ぐこともできるので、反応チャンバ245内の試薬の濃度が低下することはない。サンプルを確実に確保でき、精度の高い正確な生産が可能になり、正確かつ高感度の結果が得られる。
そして、本実施形態では、図10Dに示すように、各反応チャンバ245の前面に接続されるマイクロ流路244bに拡張部がさらに設けられており、この拡張部が反応チャンバ245に面して拡張されるようになっている。材料がその中に収容され、それによって、溶融した相変化材料が反応チャンバ245内に浸透するのが低減される。相変化材料の溶融時間は、固体の相変化材料が液体状態に変化するのに必要な時間である。いくつかの実施形態では、相変化材料の融解温度を選択することによって、反応に適した特定の加熱プロセスを定式化することができ、例えば、適切な温度を選択することによって、固体相変化材料は1分以内に融解して前の相を完了することができる材質の密封機構は変化するが、これに限定されるものではない。この機構は、緩衝液の注入により生じる水圧差と、加熱中に流体カセット2の圧力が5つの反応チャンバ245に概ね向かう現象を利用して、溶融した相変化材料を溝244aから前方に押し出すものである。密封効果は、2つの溝244aの前端の拡張構造(図10Dに示されるマイクロチャネル244b)、またはシングル溝844aの狭窄構造(図11Aに示されるマイクロチャネル844b)のような異なる流路設計により、流体カセット2が加熱されて膨張すると相変化材料が自動的に溶融して膨張し、1マイクロリットル未満の相変化材料が自動的に密閉構造に移動して密閉効果を達成することができる。他の従来の遮断方法と比較して、これらの実施形態の絶縁遮断機構はコストが低く、電気制御および機械制御プログラムを必要としないため、コストを大幅に節約できる。さらに、相変化材料中のパラフィンは絶縁体であるため、遮断された反応チャンバ245を絶縁して非導通にすることができ、反応チャンバ245内で電気化学的検出を行うことができる。いくつかの実施形態では、相変化材料の密封機構が完了した検出ボックス24が注入試験に使用されるが、固体の相変化材料が液体の相変化材料に変化し、密封機構が完了した場合であっても、検出ボックス24は、60°の傾斜は、各反応チャンバ245に流体を装填するプロセスに影響を及ぼさない。検出ボックス24が90°に傾斜しても、恒温加熱プロセス中の流体の安定性は影響を受けない。さらに、相変化材料の密封機構は、一定温度加熱プロセス中またはその後の検出ボックス24の落下を防止する強固な保護も提供する。実験により、検出ボックス24を1.3メートルの高さから落としても、各反応チャンバ245内の液体は満杯のままであり、光学的検出を妨げるような気泡は発生せず、このマイクロ流体システムの性能の堅牢性が確認された。
図8Aを参照すると、図に示すように、シールドカバー23が検出ボックス24上に取り付けられている。したがって、蒸気や分子が検出ボックス24の反応チャンバ245の上部開口245aから流出すると、シールドカバー23の内部空間に収容されることになる。また、相変化材料による密封機構により、シールドカバー23、内管21、外管22間の圧力差の変化を回避し、流体の安定性を維持することができる。例えば、封止用の相変化材料が存在しない場合、流体カセットが等温核酸増幅の加熱プロセスを受ける際、シールドカバー23内の空気の加熱膨張により発生する圧力がシールドカバー23内の圧力よりも高くなる。反応チャンバ245内の液体は、流路244および注入室243に沿って内管21に押し戻される可能性があり、その結果、試薬の混合、検出の失敗、およびその他の結果が生じる可能性がある。したがって、相変化材料の密封機構は、反応チャンバ245とシールドカバー23との間の圧力差を効果的に遮断し、圧力差が流体の安定性に影響を与えるのを防ぐことができる。
図11Aおよび図11Bを参照されたい。図11Aは、本発明の第8の好ましい実施形態に係る流体カセットの検出ボックスの底面図である。図11Bは、本発明の第9の好ましい実施形態に係る流体カセットの検出ボックスの底面図である。図に示すように、これらの2つの実施形態では、検出ボックス84および94も流体カセット2での使用に適しており、前の実施形態と同様である。検出ボックス84および94は、それぞれ注入室843および843を有し、等間隔に配置された5つの反応チャンバ845、945と、注入室843、943および反応チャンバ845、945に対応して5つの流路844、944が接続される。しかしながら、これら2つの実施形態では、注入室843、943と反応チャンバ845、945に接続される流路844、944は溝844a、944aを1つしか有していないため、1つのパラフィンビーズ246しか収容できない。さらに、これらの2つの実施形態の違いは、注入室843および943に接続されたマイクロ流路844b、944bの幅および形状がわずかに異なることであり、図11Aに示される各マイクロ流路844bは、注入室843に向かって先細りの形状である。図11Bに示す各反応チャンバ945の前方に接続されるマイクロ流路944bは、反応チャンバ945に向かって先細になっているが、これに限定されない。このことから、流路844および944の長さ、幅、深さおよび他の寸法、ならびに相変化材料用の溝844aおよび944aを設ける必要があるかどうか、または溝844aの数が分かることができる。実装は実際の実装状況に応じて変更される可能性があり、これに限定されるものではない。本実施形態では、液体は、流路944から反応チャンバ945に流れ、反応チャンバ945内の凍結乾燥ビーズ245dを融解することができる。いくつかの実施形態では、パラフィンビーズ246と反応チャンバ245を接続する拡張された流路構造により、緩衝液がわずかに逆拡散することが可能になる。加熱中に拡散した緩衝液は反応チャンバ245内に押し戻されるが、反応効率に影響を与えることは避けられない。
本発明の実施形態を振り返ると、図10Dに示すように、本実施形態では、溝244aと反応チャンバ245との間に接続されたマイクロ流路244bの拡張構造は、より多くの溶融相変化材料を収容することができ、それによって溶融相の相変化を防止することができる。変化物質が反応チャンバ245に流入する。さらに、別の実施形態では、液体の逆拡散の問題が解決され、図11Aおよび図11Bに示すように、本実施形態は、図10Dに示されるマイクロ流路244bを拡張構造から接続溝944aの間のマイクロ流路944bに変更する。反応チャンバ945は狭窄した構造を有し、流路設計におけるこれらの変更は、反応チャンバ945と流路944との間の分子拡散速度を低下させ、それによって凍結乾燥ビーズ245dが反応チャンバ945内で溶融し、次いで流路944から希釈されるのを防ぐためのものである。さらに、図11Aおよび11Bに示される実施形態では、反応チャンバ945とマイクロ流路944bとの間の狭窄構造の断面積は、前の実施形態(すなわち、図10C、図10Dに示される実施形態)の反応チャンバ245とマイクロ流路244bとの間の拡張構造よりも小さい。反応チャンバ245とマイクロ流路244bとの間の拡張構造は大きく異なり、両者の差は約9倍である。そして、実験結果は、図11Aおよび図11Bのマイクロ流路944bの狭窄構造が、緩衝液の逆拡散を抑制する優れた能力を有することを示している。しかし、注入時間を短縮するために、マイクロ流路944bの液体入口が拡大され、その結果、注入が速くなり、注入の開始から加熱反応の終了までの拡散を抑制する能力がより良くなる。この最適化された設計により、反応チャンバ945内で最適かつ一貫した反応濃度を達成することができる。したがって、マイクロチャネル944bおよび反応チャンバ945は、それらの間の狭い構造の流路設計と組み合わされて、急速な注入および拡散抑制の効果を同時に達成する。他の実施形態では、反応チャンバ945が電気絶縁を必要としない場合、溝944aおよびマイクロ流路944bに相変化材料を配置する必要はなく、マイクロ流路944bの入口は、溝944aと同一平面になるように設計することができる。溝944aは平坦であり、流路幅は入口の400ミクロンから狭窄構造の200ミクロンまでゆっくりと狭くなる。
この合理化された設計により、注入がより速くなり、単純な流体パイプライン設計により、反応チャンバ945内の液体の逆拡散または相互汚染を抑制することができる。この簡略化された流体カセット2は、商品化に適しているだけでなく、製造コストや手間も簡略化でき、反応チャンバ945内での光信号検出にも対応できる。さらに、他の実施形態では、反応チャンバ945を電気的に絶縁する必要がある場合、相変化材料を配置するように溝944aを設計することができる。この場合、それがシングルワックス溝(例えば、図11Bに示される溝944a)であっても、2つのワックス溝(例えば、図10Dに示される溝244a)であっても、膨張した相変化材料を充填できる遮断構造が必要であり、充填された遮断構造は、溝244aと反応チャンバ245との間に設けられたマイクロチャネル244bの拡張構造、または溝944aと反応チャンバ945との間に設けられたマイクロチャネル944bの狭窄構造である。絶縁遮断には相変化材料を溶融する必要があり、溶融した相変化材料はマイクロ流体技術の差圧によって遮断構造内に押し込まれるので、反応チャンバ245および945に大量に入らない。このうち、図11Bに示すように、マイクロ流路944bの拡張された液体入口と反応チャンバ945の前面の狭窄構造は、電気絶縁のない相変化材料を配置することなく優れた拡散抑制を達成することができ、また、各反応チャンバ945間で互いに汚染も起こらない。このように、非電気化学的検出流体カセット2は、操作および使用においてより簡単かつより効果的であり、商品化にさらに寄与する。
以上をまとめると、本発明は、ポータブル核酸検出装置に適した流体カセットを提供するものであり、キャップを本体に密封して下方に押し付けることにより、本体に設けられた内管が下方向に対応するようになっている。末端の穿刺構造が封止膜を下方に突き刺すように変位し、内管内のサンプルと外管内の緩衝液を検出ボックスの注入室に下方に放出し、複数の流路を通って多流路に流す。一つの反応チャンバで多重核酸増幅と検出を迅速に行うことができ、持ち運びが簡単で、いつでもどこでも多重核酸増幅と検出を迅速かつ簡単に行うことができるため、検出時間や料金を節約できる。さらに、流体カセットの検出ボックス内における複数の流路とそれに収容される相変化材料の設計により、多重核酸増幅の加熱プロセス中に相変化材料が固体から液体に変化し、体積が大きく、相変化材料が膨張し、一方向弁の密閉効果が得られ、流路内の流体が注入室に逆流せず、各流路と各反応チャンバの流体が互いに干渉しないため、複数のサンプルを同時に検出し、検出精度を向上させる。また、本発明には、相変化材料の密封機構により検出ボックスの安定性が大幅に向上し、傾きや振動があっても検出ボックス内の液体に影響を与えることがなく、持ち運びの際に、デバイスが傾いたり、振動したり、落下したりしても、検出結果の精度は影響を受けないポータブル核酸検出装置となる。
1:ポータブル核酸検出装置
10:ベース
100:収容空間
101:ボタン
102:表示部
11:ハウジング
12:回路基板
14:光学モジュール
141:発光体
142:光センサ
143:表示灯
19:ポジショニングシート
2、5、6、7:流体カセット
20、50、60、70、200、201:キャップ
20a、200a、201a:キャップ本体
20b:カバーリング
20c、200b、201b:溝
20d:内部平面
200c:排気凹み
201c:排気溝
21、51、61、71:本体
22、52、62、72:外管
22a:管本体
22b:第3開口部
22c:第4開口部
22d:第2リブ
22e:ヘッド
22f:バンプ
23、53、63、73:シールドカバー
24、54、64、74、84、94:検出ボックス
240:ボックス本体
241:上面
242:下面
243、843、943:注入室
244、844、944:流路
244a、844a、944a:溝
244b、844b、944b:マイクロ流路
245、845、945:反応チャンバ
245a:上部開口
245c:頂部構造
245b:チャンバ
245d:凍結乾燥ビーズ
246:パラフィンビーズ
25、45、75:内管
250:上端面
25a、45a:第1開口部
25b、45b:第2開口部
25c:第1管部
25d:第2管部
25e、45d:穿刺構造
25f、45e:凸状構造
25g、45f:縦溝
25h、45g:第1リブ
26、29:シールリング
27a:第1封止膜
27b:第2封止膜
28:第3封止膜
3:スワブ
45c:管部
76:隙間
10:ベース
100:収容空間
101:ボタン
102:表示部
11:ハウジング
12:回路基板
14:光学モジュール
141:発光体
142:光センサ
143:表示灯
19:ポジショニングシート
2、5、6、7:流体カセット
20、50、60、70、200、201:キャップ
20a、200a、201a:キャップ本体
20b:カバーリング
20c、200b、201b:溝
20d:内部平面
200c:排気凹み
201c:排気溝
21、51、61、71:本体
22、52、62、72:外管
22a:管本体
22b:第3開口部
22c:第4開口部
22d:第2リブ
22e:ヘッド
22f:バンプ
23、53、63、73:シールドカバー
24、54、64、74、84、94:検出ボックス
240:ボックス本体
241:上面
242:下面
243、843、943:注入室
244、844、944:流路
244a、844a、944a:溝
244b、844b、944b:マイクロ流路
245、845、945:反応チャンバ
245a:上部開口
245c:頂部構造
245b:チャンバ
245d:凍結乾燥ビーズ
246:パラフィンビーズ
25、45、75:内管
250:上端面
25a、45a:第1開口部
25b、45b:第2開口部
25c:第1管部
25d:第2管部
25e、45d:穿刺構造
25f、45e:凸状構造
25g、45f:縦溝
25h、45g:第1リブ
26、29:シールリング
27a:第1封止膜
27b:第2封止膜
28:第3封止膜
3:スワブ
45c:管部
76:隙間
Claims (19)
- ポータブル核酸検出装置に適した流体カセットであって、前記流体カセットは、
キャップと、
外管及びシールドカバーを備え、前記外管はシールドカバーに接続される、本体と、
前記本体の前記外管内に対応して配置される、内管と、
シールドカバーの下に対応して配置され、かつ注入室、複数の流路、及び複数の反応チャンバを有し、前記複数の反応チャンバは前記複数の流路を介して前記注入室に連通される、検出ボックスと、を含み、
ここで、前記内管にサンプルを入れると前記内管内の液体と混合して被検液となり、キャップを通して本体の外管に密封され、前記内管を下方に向けて挿入することにより、前記内管の穿刺構造が検出ボックスの封止膜を下方に突き破るにより、被検液が前記注入室に注入され、複数の流路を通って複数の反応チャンバに流れて多重核酸増幅を行う。 - 前記キャップと前記本体の外管との間に対応して配置されたシールリングをさらに有する、請求項1に記載の流体カセット。
- 前記キャップは排気構造をさらに有する、請求項1に記載の流体カセット。
- 前記封止膜は、前記検出ボックスの上面を覆う第1封止膜であり、その位置が前記注入室に対応する、請求項1に記載の流体カセット。
- 前記検出ボックスは、その上面を覆う複数の第2封止膜をさらに有し、それらの位置は前記複数の反応チャンバに対応する、請求項1に記載の流体カセット。
- 前記第1封止膜及び/又は第2封止膜は、防水性と通気性のある材料からなる、請求項4又は請求項5に記載の流体カセット。
- 前記検出ボックスは、その下面を覆う複数の第3封止膜をさらに有する、請求項1に記載の流体カセット。
- 前記本体の外管には、前記キャップを封止するためのヘッドが設けられている、請求項1に記載の流体カセット。
- 前記内管が先細りの中空管状構造である、請求項1に記載の流体カセット。
- 前記内管は、第1管部と、第2管部と、穿刺構造とを有し、前記第2管部は、前記第1管部と前記穿刺構造との間に配置され、前記第1管部の直径は前記第2管部の直径より大きく、前記第2管部の直径は前記穿刺構造の直径より大きい、請求項1に記載の流体カセット。
- 前記内管の前記第1管部が複数の凸状構造を有する、請求項10に記載の流体カセット。
- 前記内管の第2管部の内面には、複数の第1リブが形成される、請求項10に記載の流体カセット。
- 前記内管の前記第1管部は、前記第2管部に隣接するその外面上に複数の縦溝を有する、請求項10に記載の流体カセット。
- 前記本体の外管の内面に複数の第2リブが設けられ、各第2リブの頂部にバンプを有する、請求項1記載の流体カセット。
- 各反応チャンバがチャンバと頂部構造とを含み、前記頂部構造がチャンバの上方に連通して配置され、前記頂部構造が屋根構造であり、チャンバ内には凍結乾燥試薬が入っている、請求項1に記載の流体カセット。
- 前記検出ボックスの各流路は、相変化材料を収容するための少なくとも1つの溝を有する、請求項1に記載の流体カセット。
- 前記検出ボックスの各流路は2つの溝を有し、各反応チャンバの前方に接続される流路にはさらに拡張部が設けられ、前記拡張部は前記反応チャンバに面している、請求項16に記載の流体カセット。
- 前記検出ボックスの各流路はシングル溝を有し、各反応チャンバの前方に接続される流路は反応チャンバに向かって先細りの形状を呈する、請求項16に記載の流体カセット。
- 前記検出ボックスの各流路はマイクロ流路を有し、各マイクロ流路は前記注入室に接続され、前記注入室に向かって先細りの形状を呈する、請求項18に記載の流体カセット。
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SG10202251234U | 2022-09-30 | ||
SG10202251234U | 2022-09-30 | ||
CN202311242887.0A CN117801935A (zh) | 2022-09-30 | 2023-09-22 | 适用于可携式核酸检测装置的流体卡匣 |
CN202311242887.0 | 2023-09-22 |
Publications (1)
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