JP2024510383A - Dnaまたはrna増幅装置とその手法 - Google Patents

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Abstract

少なくとも1つのチャネルやキャビティを含む少なくとも1つの連結要素によって反応区画に連結された採取区画を含む増幅装置であって、溶液と混合した試料のDNAまたはRNA配列を大量に複製するために、その一部が連結要素の外部作動によって採取区画から反応区画に移送される増幅装置。

Description

本発明は、サンプル中に存在する細菌、ウイルスまたはその他の遺伝的要素を検出するた
めに、DNA(デオキシリボ核酸)またはRNA(リボ核酸)配列を大量に複製するための反応
増幅装置に関するものである。この装置は、Covid-19スクリーニング検査で使用されるPC
R(ポリメラーゼ連鎖反応)、RT-PCR、qPCR、RT-qPCR、LAMP(ループ媒介等温増幅)また
はRT-ランプタイプのイン・ビトロ分析に容易に適合する。
より詳細に言えば、本発明の装置は使い捨てで、唾液サンプル、鼻腔、口腔スワブのサン
プルを処理するために使用される少なくとも1つのコンパートメントを含むものである。
この装置は、PCR、LAMP、RT-PCRRT-LAMP型の増幅を目的とした試薬を含む第2のコンパー
トメントを備え、可動式の開閉機構を有するチャネルを介して第1のコンパートメントの
内容物の全部または一部を受け取ることができるように設計されている。この装置は第1
の区画の温度を変更するための少なくとも1つの熱調節部材と、第2の区画の温度を変更す
るための少なくとも1つの第2の熱調節部材とを含む装置にかんするものである。
また、本発明は、増幅装置を実施するための方法、そしてその装置と共に動作することを
意図したルミネセンスまたは蛍光検出器にも関するものである
多くのPCRやLAMP法の増幅システムや方法は、増幅用の試薬を含むチューブに移す前に、
分析するサンプルをピペットやポンプでチューブに移し、さまざまな精製方法を使用して
液体を移す方法である。これは準備に手間がかかるため、処理速度が遅くなる。また最終
的には、ピペットやポンプで精製した試料を移し替えた反応管を加熱する必要がある。さ
らに反応中はチューブを閉鎖する必要がある。これは、作業員や環境を汚染する可能性の
ある内容物が空気中に拡散するのを防ぐためであるが、増幅のプロセスが危険、非効率、
汚染に曝される可能性がある。
また、これらの工程を行う機械は、飛散のリスクを低減するために、フィルターやUVライ
トを搭載するのが一般的である。
そのため、サンプルの取り扱いは、各試験に適用される手順を完全に把握し、実験室やオ
ペレーターの安全、結果の品質を保証する有資格者に限定されている。
PCR検査やLAMP検査を行うための機械は実用化されているが、導入が複雑で高価であり、
その使用のために特別な訓練を受けなければならないという欠点がある。
SARS-CoV-2(Covid-19)を簡略化して検査する手段もあり、たとえば特許US20160186240A
1に基づいて30分で結果を得ることができる使い捨てシステムである「Visby Medical COV
ID-19 Test」リーダーなどがある。このシステムは、サンプルをピペットでテストコンパ
ートメントに移す必要があるため、有資格者向けである。また、リサイクルが困難であり
、使い捨てではない部品も多いことから環境問題があり、いかなる場合でも大規模に使用
することはできない。
発明の内容
本発明の主な目的は、先行技術の欠点を克服し、一般の人々も使用できるようにするため
に、安全な方法で、外部の介入が不要で、増幅するための試薬に直接収集したサンプルを
自動的に送ることによって、低コストで増幅させることができるDNA / RNA増幅装置を提
案することにある。
第二に、PCRまたはLAMPの増幅を密閉された区画で行うことができ、汚染や健康上のリス
クを回避することである。
この目的のために、本発明は上記で説明したDNA/RNA増幅装置に関するものであり、移動
部材を使用することにより、収集され処理されたサンプルの一部を増幅試薬に向けて送る
ことを特徴とするものである。
また、本発明は携帯可能な装置に関するものであり、これはDNAまたはRNA増幅装置を受け
止めることができるものである。これは少なくとも1つの温度調節部材を含むことを特徴
とするものである。
これらの特徴により、本DNAまたはRNAの増幅装置は、外部の人間が介入することなく、ユ
ーザーが直接サンプルに存在するウイルスをリスクフリーで、かつ非常に低コストで検出
することができる。したがって、Covid-19のような大規模な感染症の発生時に、無症状者
と有症状者を検出しながら、非常に高い精度で大量の対象者を検査することが可能である
。この装置はシンプルな設計のため、適切な読み取り装置と組み合わせることで、大量に
生産することができる。 さらに、検査を並行して行うことができる実験室または移動式
検査装置に組み込むことにより、検査能力を高めることも可能である。このDNAまたはRNA
増幅装置の読み込み装置は、ネットワーク通信システムまたは無線通信システムを備え、
その間または電話、タブレット、PCなどのモバイルデバイスと、インターネットを介して
サーバーに動作パラメータの通信、コマンドの受信、データの転送ができるよう構成され
る。このように相互に接続された検査ネットワークを構築することにより、大規模なデー
タ処理、リアルタイムでの統計レポートの作成、「クラウド」型サービスによる詳細な分
析レポートの作成、感染症発生の検出の促進、治療または封じ込めのために従うべき指示
を患者に伝達することが可能になる。
このDNAまたはRNA増幅デバイスの利点の1つは、患者が自分自身で定期的に検査をするこ
とができる点にある。一般的には3日ごとである。これにより感染状況をはあくすること
ができ、不必要な隔離を避けることが可能になる。本発明の特定の利点は上記に示されて
いるが、ここで説明していないものもある。それはDNAまたはRNA増幅装置を用いて実施で
きる検査プロセスを単純化することから生じる他の利点についてである。
本発明は特に以下のステップを含むDNAまたはRNA増幅装置を実施するための方法に関する
ものである:
i.溶液が入ったデバイスを開ける
ii. 分析するサンプルを採取用のコンパートメントに追加する
iii.採取用のコンパートメントに成分を追加する
iv.採取用のコンパートメント内の混合物の温度を一定時間変更する
v. 移動部材を作動させることにより、試薬が充填された反応区画に混合物の一部を移送
する
vi.反応区画の温度を一定温度または可変的に変更することにより、増幅を活性化させる
vii. 増幅中に反応区画を照らし、発光または蛍光を測定する
viii. 増幅を停止する
ix. 増幅の結果及びDNA又はRNAの検査の結果を評価する。
本発明は以下の図と例示的な実施形態に関する説明を参照いただくことにより、よりよく
ご理解いただけるであろう。
図1は、開いた装置を吸引部材に接続した状態を示す断面透視図である。 図2aは、反応区画の透視図である。図2bは、図2aの断面図である。 図3Aは、区画間の連結部材を示す透視図である。図3bは、図3aの断面図である。 図4aは、本装置がキャップを装着した状態であり、ユーザーに届ける際に閉位置にある状態を示す透視図である。図4bは、開位置にある本装置の透視透明図である。図4cは、漏斗を備えた装置の透視図である。図4dは、分析すべき試料を導入した後に再度装置をしめた状態の透視透過図である。図4eは、キャップの初期位置での断面図である。図4fは、作動させた位置にあるキャップの断面図である。 図5は、閉じた状態の装置の区画を接続するための連結部材の透視透過図である。 図6aは、装置の断面図であり、区画を接続するための連結部材が閉じた位置にあり、2つの温度調節部材に配置されたものである。図6bは、装置の断面図であり、区画を接続するための連結部材が開いた位置にあり、2つの温度調節部材に配置されたものである。図6cは、装置の断面図であり、区画を接続するための連結部材が再度閉じた位置にあり、2つの温度調節部材に配置されたものである。 図7aは、本装置の第2の実施形態の透視図である。図7bは、第2の実施形態に分析対象のサンプルを導入したときの透視図である。 図8aは、第2no実施形態の透視断面図であり、吸引部材に接続された状態であり、連結部材が閉じた状態にあるものである。図8bは、第2の実施形態の透視断面図であり、吸引部材に接続された状態であり、連結部材が開いた状態にあるものである。図8cは、第2の実施形態の断面図であり、排気路、混合部材及び振動・撹拌部材を含む変形例である。図8dは、第2の実施形態の側面図であり、溶液、成分、一体型の漏斗を含む変形例である。図8eは、図8dの図であり、分析対象の試料の断面A-Aの図である。 図9aは、第2の実施形態の断面図であり、区画を接続するための連結部材が閉じた位置にあり、2つの温度調節部材に配置されたものである。図9bは、第2の実施形態の断面図であり、区画を接続するための連結部材が開いた位置にあり、2つの温度調節部材に配置されたものである。図9cは、第2の実施形態の断面図であり、区画を接続するための連結部材が再度閉じた位置にあり、2つの温度調節部材に配置されたものである。図9dは、第2の実施形態の透視断面図であり、区画を接続するための連結部材が再度閉じた位置にあり、2つの温度調節部材に配置されたものである。 図10は増幅の様子である。 図11は、第2の実施形態の変形例を示す側面図である。図11aは、図11を断面A-Aで示した図であり、連結部材は閉じた位置にある。図11bは、図11を断面A-Aで示した図であり、連結部材は開いた位置にある。図11cは、連結部材の変形例の透視図である。図11dは、図11cの上面図である。 図12は、第2の実施形態の変形例の側面図である。図12Aは、図12を断面A-Aで示した図であり、連結部材は閉じた位置にある。図12bは、図12を断面A-Aで示した図であり、連結部材は開いた位置にある。図12cは、連結部材の変形例の透視図である。図12dは、図12cの上面図である。
図1~図5に示されるように、第1の実施形態における増幅装置(1)は、プラスチック製の
チューブ(2)が好ましく、また反応区画(3)は円柱または管状であり、円筒形状の連結
部材(4)から構成されている。
チューブ(2)の断面は、採取区画(12)の形成に好ましい形態であり、容量は30ml以下
が好ましく、理想は1~5mlであり、エラストマー製の連結部材(4)を受け入れるように
構成されるものが好ましい。
増幅装置(1)は、連結部材(4)の保持部(22)を有し、その位置決めを確実にするよう
な態様で構成する。反応区画(3)の支持部(23)は、連結部材(4)にしっかりと保持で
きるように、連結部材(4)の空洞部(24)に収容されることが好ましい。
図4aでは、増幅装置(1)は、輸送中及び使用中に、閉鎖性や液密性を実現するための取
り外し可能なキャップ(20)を備えている。
図4b~図4dでは、採取区画(12)には、検査すべき試料を処理するためにの溶液(50)が
予め充填されていることが好ましい。溶液(50)は、組織、ウイルス、細胞、細菌の分子
構造を崩壊させることができるように、試料を直接溶解するために用いられる混合物で構
成される。サンプル(70)は、鼻腔または頬のスワブの形態、または他の性質(血液、尿
、組織など)および形態(唾液、粘液、痰など)が可能である。増幅装置(1)は、DNAま
たはRNAを含む任意のタイプに適合させることができる。
増幅装置(1)は取り外し可能な漏斗を受け取るように設計されており、ユーザーが唾液
を直接採取区画(12)に吐き出し、溶液(50)に接触させることができる。
図4d~図4fでは、サンプル(70)を採取区画(12)に入れた後、キャップ(20)を増幅装
置(1)に戻してそれを閉じる。このキャップ(20)は押しボタン(25)を備えており、
空間(キャビティ)(29)を形成するように構成される。これにより粉末やビーズ(訳者
注:仏語でsous forme lyophilisee en poudre ou bille)を格納する。この空間(空洞
)(29)の膜(28)を破るようにボタン(25)を押すことで、採取区画(12)内に放出する

成分(60)は、プロテイナーゼKのようなプロテイナーゼで構成されており、サンプルと
混合した溶液を安定化させ、輸送、保存、その後の処理を容易にすることが可能である。
またこの成分(60)は、実施される処理に応じて、別のものにすることも可能である。さら
に、生物学的、生化学的または化学的プロセスに関与するあらゆる種類の要素の液体また
は固体混合物に置き換えることもできる。
図2a~図3bでは、連結部材(4)は、チャネル(14)を有している。位置はキャビティ(24
)の上部が好ましく、同心の開口部(34)に隣接する連結部材(4)の中央が好ましい。
反応区画(3)は、支持体(23)と、空洞(13)とくぼみ(33)を有する。連結部材の空
洞(13)の反応区画(3)の縁(23)の上部が望ましい。
図5では、反応区画(3)の支持体(23)が連結部材(4)の空洞(24)内に配置される。
くぼみ(33)は、採取区画(12)と反応区画(3)との間を閉じるように、チャネル(14
)に対してオフセット方式(訳者注: offset manner)で配置される。この構成は、増幅
システム(1)の開始の形になる。
図1では、試薬(80)(粉末またはビーズとして凍結乾燥されたものが好ましい)が、空
洞(13)内に配置される。取り外し可能な空洞の部材(7)は、連結部材(4)を貫通し、
これにより空洞(13)内に空気を送り込むように構成される。これにより制御下にある凹
みを作る。空洞の部材(7)を取り外すと、エラストマー製の連結部材(4)が元の形になり空
洞(13)の低い気圧維持するできる。
図6a~図6cでは、増幅装置(1)は器具(ここでは示していない)の中に設置されている
。この器具は第1の熱調整部材(92)(環状形状が好ましい)と第2の熱調整部材(93)(
環状形状が好ましい)を有しており、前者は採取区画(12)の温度を調節し、後者は反応
区画(3)の空洞(13)の温度を調節するように配置される。
溶液(50)、サンプル(70)、成分(60)からなる混合物(71)は、プロテイナーゼKを
失活させるために、熱調節部材(92)によって5分間加熱され、好ましくは室温以上の温
度に、プロテイナーゼKの場合には95℃の温度にされるが、加熱または冷却条件は、従う
べきプロトコルおよび混合物(71)の組成に応じて変わる。
加熱された混合物(72)の一部は、冷却時間経過後に、反応区画(3)を、反応区画(3)
の軸受縁(43)と係合した外部機構(図示していない)によって回転させて、採取区画(
12)からキャビティ(13)に送られる。これによりチャネル(14)が凹部(33)と接触し
、空洞(13)の低い気圧にある加熱した混合物(72)を吸い込む効果が生まれる。キャビ
ティ(13)の容積は、好ましくは200ul以下であり、理想的には25~50ulの間である。
キャビティ(13)が充填されると、反応区画(3)が再び回転して、キャビティ(13)を
採取区画(12)から再び隔離するようにする。その後加熱された混合物(72)は、試薬(
80)と混合し、増幅のために、温度調節部材(93)を介して再び加熱される。等温増幅の
場合、温度は一定に保たれるが、PCRタイプの増幅の場合、熱変化サイクルは、熱調節部
材(93)と冷却ファン(94)とを組み合わせて、任意に、好ましくはペルチェモジュール
の形態の冷部材(99)と組み合わせて実施される。
増幅中、光源(96)は、ルミネセントレーザーダイオード(が好ましい)の形態で、温度
調節部材(93)に設けられた開口部(95)を通してビーム(97)でキャビティ(13)を照
らす。フォトダイオード(98)は、好ましくはビーム(97)に対して90°に配置されてお
り、これによりキャビティ(13)内の蛍光を測定することを可能にし、DNAまたはRNAを検
出する。このシステムは、使用する試薬(80)の種類によっては、発光反応も検出可能であ
る。
増幅中は、外部への汚染を避けるため、空洞(13)は閉じたままにすることが好ましい。
本発明の第2の実施形態
図7aおよび図7bに示すように、第2の実施形態の増幅装置(101)は、プラスチック製の管
(102)と、円筒または管状の反応区画(103)と、円筒形状の連結部材(104)とから構
成されることが好ましい。
チューブ(102)の断面は、採取区画(112)、反応区画(103)を形成するものが望まし
く、連結部材 (104) を受け入れるように設計されることが好ましく、エラストマー製の
流体を密閉する部材(115)を受け入れるように構成されることが好ましい。
増幅装置 (101) は、好ましくは、連結部材 (104) の保持部 (122) を、その位置決めを
確実にするような態様で構成する。連結部材(104)は 増幅装置 (101) にしっかりと保
持できるように、連結部材 (104) の空洞部 (106) に収容されるものが好ましい。
増幅装置(1)は、その輸送中及び使用中にその閉鎖性及び液密性を確保する取り外し可
能なキャップ(120)を備える。
採取区画(12)には、検査すべき試料を処理するためにの溶液(150)が予め充填されて
いることが好ましい。溶液(150)は、組織、ウイルス、細胞、細菌の分子構造を崩壊さ
せることができるように、試料を直接溶解するために用いられる混合物で構成される。サ
ンプル(170)は、鼻腔または頬のスワブの形態、または他の性質(血液、尿、組織など
)および形態(唾液、粘液、痰など)が可能である。増幅装置(101)は、DNAまたはRNA
を含む任意のタイプに適合させることができる。
増幅装置(101)は取り外し可能な漏斗(ここには示していない)を受け取るように設計
されており、サンプル(170)を形成するための唾液を使用者が直接採取区画(112)に吐き
出し、溶液(150)に接触させることができる。
サンプル(170)を採取区画(112)に入れた後、キャップ(120)を増幅装置(101)に戻
してそれを閉じる。このキャップ(120)は押しボタン(125)を備えており、空間(キャ
ビティ)(129)を形成するように構成される。これにより粉末やビーズ(訳者注:仏語
でsous forme lyophilisee en poudre ou bille)などの成分(160)を空間(空洞)(129
)に格納する。ボタン(125)を押すことで、採取区画(112)内に放出する。
成分(160)は、プロテイナーゼKのようなプロテイナーゼで構成されており、サンプルと
混合した溶液を安定化させ、輸送、保存、その後の処理を容易にすることが可能である。
またこの成分(160)は、実施される処理に応じて、別のものにすることも可能である。さ
らに、生物学的、生化学的または化学的プロセスに関与するあらゆる種類の要素の液体ま
たは固体混合物に置き換えることもできる。
図8Aおよび図8Bでは、連結部材(104)は、チャネル(114)を有し、任意で2つ目のチャネ
ル(114')も形成する。位置は開口部 (132)付近であり、採取区画 (112) の底部が好まし
い。また開口部 (134)近くの反応区画(103)の上部も望ましい。反応区画 (103) は空洞
を (113) 有し、試薬(180)が充填されている。この試薬は粉末またはビーズとして凍結
乾燥したものが好ましい。
図8bでは、取り外し可能な空洞の部材(107)は、採取区画(112)の底部に設置され、空
洞(113)内に空気を吸い込むことができるように構成される。これによりしたがって制
御された窪みを形成することができる。図8aのように連結部材(104)を回転させること
で空洞の部材(107)を取り外すことができる。これによりチャネル(114,114')が、採
取区画(112)と反応区画(103)と接続されなくなり、それによって、液密部材(115)
が空洞(113)内のくぼみを維持する。
図8cでは連結部材(104)は、チャネル(174)を備えており、これによりその連結部材(
104)の位置に応じて排気チャネル(184)を備え、採取区画(112)と繋がっている空洞
(113)と接続されるように構成される。この場合、チューブ(102)の壁に沿って配置す
るものが好ましい。 空洞(113)内に含まれる空気を、採取区画(112)に逃がすことが可
能になり、これにより接続チャネル(114)を介して採取区画(112)から送られる液体を
確実に反応区画(103)に充填することが可能になる。この排気は、流路(114)または(11
4’)の断面積が一般に15mm2未満である場合必要とされる。なぜなら液体の表面張力や粘
性が採取区画(112)に向かって廃棄されることで空洞(113)内に液体のためのスペース
を確保するはずの空気の循環を妨げるからである。チャネル(174、184)の断面積は、好
ましくは2mm2未満である。これはチャネル(174)と空洞(113)との間を閉じる連結部材
(104)を再配置する前に、液体が急速に浸入するのを防ぐためである。疎水性フィルタ
(194)は排気チャネル(184)の端部に配置するのが望ましい。これにより採取区画(11
2)に含まれる液体が排気チャネル(184)に浸入するのを防止できる。
電磁部材(195)は任意で増幅装置(1)付近に配置する。これにより採取区画(112)内
に配置した磁性部材(196)を動かすことができるようになる。電磁部材(195)を作動さ
せると、磁性部材(196)が作動して移動し、電磁部材(195)によって生じる磁場を変化
させ、採取区画(112)内で混合の動きが生じる。また、別の電磁部材(図示せず)を反
応区画(103)の付近に配置することも可能であり、別の磁性部材(図示せず)を空洞(1
13)内に配置して、先に述べたように空洞(113)内の流体を撹拌/混合するようにする
ことも可能である。
振動/撹拌部材(197)は、増幅装置(1)と直接又は間接的に接触するように設置して、
採取(112)及び反応(103)区画のいずれかに含まれる流体に振動/撹拌を発生させるこ
とが好ましい。この振動により流体の一部または全てを攪拌することができ、混合物を均
質化することが可能になる。つまり成分がより良く分散される。また、この振動/撹拌に
より、採取区画(112)から流体を送る間に、空洞(113)内に含まれる空気を放出するこ
とが可能になる。この攪拌/振動は、パルスや衝撃の形態で、短時間であってもよい。
図8dおよび図8eで示すように、増幅装置(201)は、折り畳み可能なキャップ(220)を有
しており、これにより増幅装置(201)の一部を形成するとともに、増幅装置(210)を開
閉できるようにする。キャップ(220)は空洞(227)を有し、押しボタン (225)(一部が
中空のものが望ましい)や溶液(250)を格納できるものがのぞましい。さらにキャップ(2
20)は別の空洞(267)を有し、粉末又はビーズとして凍結乾燥された成分(260)を格納
できるものが望ましい。
閉鎖部材(249)はキャップにヒートシールすることにより、増幅装置(201)を使用する
前に溶液(250)および成分(260)をキャップ内に保持できるようにすることが望ましい
。閉鎖部材(249)は、液密で、キャップから取り外すことができる、アルミニウムフィ
ルムのようなものが望ましい。キャップ(220)は、変形可能な部分(221)を備えており
、押しボタン(225)自体が閉鎖部材(249)と接触している状態になっている。キャップ
(220)が増幅装置(201)の閉位置にあり、変形可能な部分(221)が押されると、押し
ボタンは閉鎖部材(249)に対して移動するように固定され、キャップ(225)から部分的
に離脱する。これにより溶液(250)および成分(260)がチューブ(202)で形成された
採取区画(212)内に放出される。
サンプル(270)は、溶液(250)や成分(260)を採取区画(212)に放出する前又は後に
、増幅装置(201)に投入できる。
増幅装置(201)は採取区画(212)上に広がったゾーン(242)を含み、これによりサン
プル(270)を容易に投入するための漏斗を形成する。また、十分な体積を有する空洞(2
27、267)を形成するためにキャップ(220)のサイズを適合させることが可能である。
増幅装置(201)は、前述の通り、連結部材(214)を含んでおり、チャネル(214)が採
取区画(212)と反応区画(203)を結ぶように構成される。
図9A~図9Dが示す通り、増幅装置(101)は温度を調節する装置(図示していない)に設
置されることが望ましい。この装置は環状の形状が望ましく、採取区画(112)の温度を調
節するように構成される。また第2の熱調整部材(193)は第1の熱調整部材(192)と、反
応区画(103)のキャビティ(113)の温度を調節するように構成される。
溶液(150)、試料(170)成分(160)からなる混合物(171)は、プロテイナーゼKを失
活させるために、室温以上の温度に加熱される。プロテイナーゼKの場合には95℃の温度
で5分間、熱調節部材(192)で加熱することが望ましい。これにより、プロテイナーゼK
を失活させる。加熱または冷却条件は、従うべきプロトコルおよび混合物(171)の組成
に応じて変わる。
加熱した混合物(172)の一部は、連結部材(104)を回転させることにより、連結部材(10
4)の軸受縁(143)に系合した外部機構(図示せず)を介して、採取区画 (112)からキャ
ビティに送られる。これにより、チャネル(114)や任意のチャネル(114’)が、採取(
112)と反応(103)区画に接触して、キャビティ(113)内の窪みを通じて、加熱した混
合物(172)を吸い込む効果を発生させる。キャビティ(113)の体積は、好ましくは200u
l未満である
キャビティ(113)に窪みを作らないことも可能であり、チャネル(114,114’)が採取
区画(112)および反応区画(103)と連通しているときは、平重力で採取区画(112)か
ら反応区画(103)に加熱した混合物(172)を送る。キャビティ(113)内に存在する空
気は、チャネル(114,114’)の少なくとも1つを通って逃げることができる。これによ
り加熱した混合物(172)がキャビティ(113)を満たすことができるようになる。チャネ
ル(114,114’)の断面積は互いに異なるものが望ましい。これにより空気および液体の
差流を生じさせ、キャビティ(113)の充填を容易にする。
キャビティ(113)が充填されると、連結部材(104)が再度回転して、キャビティ(113
)を採取区画(112)から隔離する。加熱した混合物(172)は、次に試薬(180)と組み
合わされ、温度調節部材(193)を介して再び加熱され、増幅を実施する。等温増幅の場
合、温度は一定に保たれるが、PCR型増幅の場合、熱調節部材(193)と冷却ファン(194
)の組み合わせで温度を変化させる。
増幅中、熱調節部材(193)に設けられた開口部(195)を介してビーム(197)でキャビ
ティ(113)を照らす。ルミネセントレーザーダイオードの形態の光源(196)が理想であ
る。ビーム(197)に対して90°(が望ましい)に設置されたフォトダイオード(198)に
より、キャビティ(113)内の蛍光を測定することが可能になり、DNAやRNAを検出できる
。このシステムは、使用する試薬(180)の種類によっては、発光反応も検出できる。
増幅中は、外部への汚染を避けるために、空洞(113)は閉じたままであることが望まし
い。
増幅が完了すると、ソフトウェア関連の制御電子機器が、分析レポートの生成や診断に必
要なすべてのパラメータを記録する。収集されたデータは保存され、補助的な手段で他の
データ処理・保存システムに送信される。この制御電子機器は、システムの適切な動作を
保証し、警告を管理し、有線接続(USB、イーサネットなど)や無線(Bluetooth、RFID、
WiFiなど)による外部機器との通信を確立し、コマンドを受信または発行し、データを送
信または受信し、ソフトウェア要素を更新し、音を出し、表示灯を起動し、またはシステ
ムおよびそのネットワーク相互接続を実施するために必要なその他の動作を行うように、
先に述べたすべての要素を制御するものである
このシステムにはバーコードまたはRFIDチップリーダーを備えて、使用する各増幅装置(
1、101)に固有の増幅プロトコルを自動的に適応できるようにすることが好ましい。バー
コードまたはRFIDチップリーダーは、患者またはその起源に関連するサンプルの識別番号
を読み取り、識別キーによる処理および増幅結果データの転送を確実にするために使用す
ることも可能である。
図10では、本発明による装置を実施するための以下のステップを示している。
ステップ100:溶液が入ったデバイスを開封する
ステップ110:分析する試料を採取区画に入れる
ステップ120:採取区画に成分を加える
ステップ130:採取区画内の混合物の温度を一定の時間で変更する
ステップ140:移動部材を作動させ、試薬で予め満たされた反応区画に混合物の一部を移

ステップ150: 反応区画の温度を一定温度または可変的に変更することにより増幅を活性
化する
ステップ160: 反応区画に照明をあてて、増幅中に発光または蛍光を測定する
ステップ170: 増幅を停止する
ステップ180:増幅の結果およびDNAまたはRNA検査の結果を評価する
ステップ130~180、は、増幅装置を設置した装置によって実行する。
図10の破線で囲んだ任意または中間のステップにより、増幅プロセスを改善、簡略化、最
適化し、特に装置をより速く、より使いやすくすることが可能である。
ステップ105 :増幅装置に漏斗を取り付ける
ステップ115: 増幅装置上に成分を含むキャップを装着する
ステップ125: 採取コンパートメント内の混合物を冷却する
ステップ132:ステップ130の後に別の成分を添加する
ステップ135:混合部材や振動部材、攪拌部材、叩打部材を作動させる
ステップ145:移動部材を再び作動させて反応区画を閉じる
このようにLAMP法、PCR法、RT-LAMP法、RT-PCT法の増幅を行うことで、有資格者が介在す
ることなく、患者が直接診断検査を迅速に行うことができる。さらにバッテリー駆動が可
能なポータブルデバイスのため、どこにいても診断検査が可能である。
図11から図11dでしめすように、増幅装置(301)に設置した連結部材(304)は、連結部
材(304)の外側に位置するチャネル(314)、凹部またはくぼみの形態(が好ましい)で
構成されている。連結部材(304)は、チャネル(314)と同様の凹部またはくぼみの形態
である。第2のチャネル(314’)の場合もある。図11Aで示す通り、連結部材(304)が閉
位置にあるとき、採取区画(312)に含まれる流体は、チャネル(314)と接触するが、チ
ャネル(314’)は、キャビティ(306)内で連結部材(304)を閉めることにより、液密
性をたもち、閉状態を維持する。
図11bでは、連結部材が開位置に回ると(好ましくは90°)、チャネル(314)に含まれる
流体は、外部部材(図示せず)により、反応区画(303)に向かい、その中に充填され、
増幅する混合物を試薬(380)に移す。流路(314)の長さは、採取区画(312)と反応区
画(303)が直接接続できる長さに設定される。反応区画(303)に含まれる空気は、採取
区画(312)と反応区画(303)とに連結されているチャネル(314’)(断面積ができる
だけ小さいもの)を介して、採取区画(312)に向かって排出される。 これにより流路(
314')を介して空気が排出される際に混合物の蒸発を回避しながら、簡単かつ効果的な方
法で反応区画(303)から空気をパージすることが可能である。このことは、装置が先に
述べたような振動や攪拌によって制約を受ける場合に、特に重要であることが分かる。
図11dでは、チャネル(314)は非対称の形状を有し、反応区画(303)に流入する流体の
体積を最大化するとともに、採取区画(312)と連動してチャネル(314)の上部に窪みが
生じるようにする。このようにして流路の断面を所望の流量および時間帯に応じて適合さ
せることができる。
増幅は、連結部材(304)を閉位置に再位置決めした後に行われる。
図12から図12dで示すように、増幅装置(301)に配置された連結部材(404)は、連結部
材(404)の外側に位置する空洞(414)、好ましくは凹部、くぼみまたは非貫通孔の形態
を有している。図12Aに示すように、連結部材(404)が閉位置にあるとき、採取区画(31
2)に含まれる流体は空洞(414)に接触し、残りの流体は、空洞(306)内の連結部材(4
04)を締め付けて液密になるおかげで反応区画(303)に到達しない。
図12bで示すように、外部部材(図示せず)によって、連結部材が開放位置に回されると
(好ましくは180°)、キャビティ(414)に含まれる流体は、次に、反応区画(303)に
向かって移動して充填し、増幅する混合物を試薬(380)に移すように作動する。空洞(4
14)の容積は、反応区画(303)の空洞(313)の容積と変えることができ、これにより採
取区画(312)から反応区画(303)に送る混合物の容積を調整できるようになる。空洞(
414)と空洞(313)によって形成される反応室の容積は、採取区画(312)からの流体移
送の前に反応区画(303)内に存在する空気を含むであろう。空気をパージすることなく
、空気が存在する状態でDNA/RNA増幅を実施することは十分に可能である。
図12dで示すように、キャビティ(414)の断面(415)は、断面(415’、415'')のよう
に非円形が好ましい。これによりキャビティ(414)内の流体の非均質な付着を生じさせ
ることによって採取区画(312)から反応区画(303)への混合物の移動を容易にする。
さらに、この非円形断面(415’、415'')によって、空洞(414)を満たすことが容易に
なる。表面張力のために流体がより付着しにくいため、角などのいくつかの場所で空気を
逃がすことができるからである。
混合物がキャビティ(414)を適切に満たすために、連結部材(404)が閉位置にあるとき
に、直接または間接的に、増幅装置(301)を振動、攪拌、タップ(軽く叩く)すること
が好ましい。また、連結部材(404)が開位置にあるときに、増幅装置(301)に直接また
は間接的に振動、攪拌またはタップして、移送される混合物が空洞(414)から空洞(313
)および試薬(380)へと適切に降下するようにすることが好ましい。
この構成は、混合物を送った後は、連結部材(304)を閉位置に再位置決めすることなく
増幅を行うことができ、試薬(380)の一部が採取区画(312)に上昇する危険がない、と
いう利点がある。
本発明のバリエーション
本発明のいくつかの実施変形例から、先に説明した様々な実施形態に対して、以下のよう
な変更や追加が可能である。
試料(70,170,270)を投入後に、溶液(50,150,250)を採取区画(12,112,212,312)内に
加えることができる。
成分の追加(60,160,260)は、試料を投入(70,170,270)する前に行うことができる。
反応区画(3,103,203,303)は、透明または半透明の材料であることが望ましい。
増幅装置(1,101,201,301)の部品は、PP、PE、PET、PETC、ABS、PC、HPDE、コポリスタ
ー、NBR、EPDM、VMQ、LSRなどのプラスチックで、射出により製造することが望ましい。
採取区画(12,112,212,312)及び反応区画(3,103,203,303)の壁の厚さは、好ましくは2
mm未満が望ましい。
増幅装置(1,101,201,301)は、1回使用の使い捨てのものがのぞましい。
温度調節部材(92,93,192,193)は、装置(1,101,201,301)を設置する器具内で同軸に配
置される。
さらに別の区画を作り、その区画の間に他の連結部材を追加することも可能である。
連結部材(4,104,204,304)は、他の実行形態、例えば、採取区画(12,112,212)と反応
区画(3,103,203)を連結するようにスライド式に移動可能であったり、あるいは圧力で
移動可能にするような方法で構成することもできる。
連結部材(4,104,204,304,404)は、手動、電気、機械的に操作可能なフラップ弁、膜、
逆止弁、その他の技術により設計できる。
連結部材(4,104,204,304,404)の液密性は、シールなしでも部品の簡単な嵌合により達
成可能である。
採取区画(12,112,212,312)は、チューブ以外でも構成が可能である。特に球状のカバー
や、試料(70,170,270)の全部または一部、または溶液(50,150,250)の全部または一部
を受け入れることを意図した容積を形成できる形状で構わない。
取り外し可能な部材(図示せず)を排気路(184)付近に配置することができる。ピスト
ンの形態が望ましい。外部から作動させることができるようにして排気路(184)内の圧
力を変えることにより、流体の全部または一部を反応区画(3,103,203,303)に送り、
また排出する。
また異なる発光周波数を持つ他の光源やフォトダイオードを追加することが可能である。
これにより特定のDNAやRNAの存在に関するコントロールなど、反応区画(3,103,203)内
のいくつかの要素を検出することができ、装置や試験の適切な動作を保証できる。
反応区画(3,103,203,303)の照明周波数を正確に選べるように、光源(複数可)と反応
区画(3,103,203,303)の間に光学フィルターを使用することが望ましい。
反応区画(3,103,203,303)から発せられる放射線の周波数を正確に選択できるように、
フォトダイオード(複数可)と反応区画(3,103,203,303)の間に光学フィルターを使用
することが望ましい。
光学フィルターは、300~800nmの周波数を50nm以下の帯域幅でフィルタリングするように
設計されることが望ましい。
本装置を増幅、分析技術などに適するように構成することも可能である。例えば、これに
限るわけではないが、特に、 Nucleic Acid Sequence Based Amplification法(NASBA 法
)、ローリングサイクル増幅法(RCA法)、ヘリカーゼ依存性増幅法(HDA法)、またはCl
ustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats(CRISPR)と組み合わせた
増幅、診断および分析技術など(これらに限らない)に装置を適合することも可能である

増幅装置(1,101,201,301)の使用位置を検出するために、増幅装置を受ける装置に加速
度計を組み込むことが可能であり、装置の使用中の振動/攪拌を測定することも可能であ
る。
チャネル(14、114、214、314)の断面積は、2~20mm2が望ましい。
連結部材(1、104、204、304、404)の断面積は、10~50mm2が望ましい。
チューブ(2,102,202,302)は、例えば楕円形、正方形、長方形などの非円筒形の断面で
よい。
溶液(50,150,250)の容量は、3ml以下が好ましく、0.5から1.5mlが理想である。
採取区画(112,212,312)と反応区画(103,203,303)を複数にして、同じ増幅装置(101,
201,301)で別々の増幅を行うことができるようにすることが可能である。連結部材(104
,204,304,404)は、混合物を採取区画(112,212,312)から反応区画(103,203,30
3)へ、別々または同時に送れるように、複数設置などの変更が可能である。これは、発
光信号を読むためのチャンネルの数を増やすことが望ましい場合に特に有用である。なぜ
なら、、試薬(180,280,380)の処方従って1つまたは複数の試料を処理することが可能で
あり、例えば、インフルエンザ、エボラ、Covid-19を同時に検査することが可能になる。
ここまで本発明の実施形態を紹介しつつ説明したが、提示されていない他の変形例も存在
する。したがって、本発明の範囲は、上述した実施形態に限定されるものではないことを
ご理解いただきたい。

Claims (26)

  1. DNAまたはRNA増幅装置(1,101,201,301)であって、チャネル(14,114,214,34)又は
    キャビティ(414)を含む、少なくとも1つの連結部材(4,104,204,304)により、少なく
    とも一つの反応区画(3,103,203,303)と接続した少なくとも一つの採取区画(12,112,21
    2,312)を有しているもので、少なくとも1つの溶液(50,150,250)を用いて採取区画(12
    ,112,212,312)に投入した試料(70,170,270)のDNA又はRNA配列を大量に複製することを
    目的とするもの。この時連結部材(4,104,204,304,404)が閉位置から開位置に外的に作
    動したときに、混合物の一部が採取区画(12,112,212,312)から反応区画(3,103,203,30
    3)へ移されるという特徴を持つ。

  2. 請求項1の増幅装置で、射出成形されたプラスチックで作られていることを特徴とするも
    の。
  3. 請求項1の増幅装置で、使い捨てであるもの。
  4. 請求項1の増幅装置で、前記連結部材(4,104,204,304)は可動であることを特徴とす
    るもの。
  5. 請求項1の増幅装置で、反応区画(3,103,203,303)が透明または半透明の材料で作ら
    れていることを特徴とするもの。
  6. 請求項1の増幅装置で、連結部材(104)が、反応区画(3、103)に通じるチャネル(174
    )と、採取区画(112)とつながる排気チャネル(184)とからなること(が望ましい)を
    特徴とするもの
  7. 請求項1の増幅装置で、反応区画(3)が採取区画(12)と相対的に動くことを特徴とする
    もの。
  8. 請求項1の増幅装置で、連結部材(4,104,204,304)がエラストマー製であるか、エラ
    ストマー製の液密部材(115)と接触していることを特徴とするもの。
  9. 請求項1の増幅装置で、反応区画(3,103,203,303)が、キャビティ(13,113,213,3
    13)を形成することを特徴とし、その内圧を変えることができるもの。
  10. 請求項1の増幅装置で、採取区画(12,112,212,312)の容積が30ml未満であるもの。
  11. 請求項1の増幅装置で、反応区画(3,103,203,303)の容積が200ul未満であるもの。
  12. 請求項1の増幅装置で、反応区画(3,103,203,303)に試薬(80,180,280,380)を収容する
    もの。
  13. 請求項1の増幅装置で、採取区画(12,112,212)の温度を、それを取り囲む熱調節部材
    (92,192)によって変更することができるもの。
  14. 請求項1の増幅装置で、反応区画(3,103,203)の温度を、それを取り囲む熱調節部材(
    93,193)によって変更することができるもの。
  15. 請求項1の増幅装置で、前記熱規制部材(92、93、192、193)は、互いに同軸上にあるこ
    とを特徴とするもの。
  16. 請求項1の増幅装置で、反応区画(3,103,203,303)の壁の厚さが2mm以下であることを特
    徴とするもの。
  17. 請求項1の増幅装置で、採取区画(12,112,212,312)に含まれる磁性部材(196)によ
    り、収容した流体を混合することができるもの。
  18. 請求項1の増幅装置で、中に入れた液体を、直接または間接的な接触によって、振動/撹
    拌部材(197)により振動/撹拌できるもの。
  19. 請求項1の増幅装置で、反応区画(3,103,203,303)が、好ましくは粉末またはビーズ
    として凍結乾燥された試薬(80,180,280,380)を含むもの。
  20. 請求項1の増幅装置で、溶液(50、150、250)を含んだキャップ(20、120、220)を備え
    るもの。
  21. 請求項1の増幅装置で、成分(60、160、260)を含んだキャップ(20、120、220)を備え
    るもの。
  22. 請求項1の増幅装置で、キャップ(20、120、220)に接触するプッシュボタン(25、125、
    225)を備えることを特徴とするもの。
  23. 請求項1の増幅装置で、キャップ(20、120、220)と接触する閉鎖部材(249)を備えるも
    の。
  24. 請求項1の増幅装置で、変形可能な部分(221)を有するキャップ(20、120、220)を備え
    るもの。
  25. 請求項1の増幅装置で、PCR、qPCR、RT-PCR、RT-qPCR、LAMP、RT-LAMP、NASBA、RCAまたは
    HDAタイプの検査を意図するもの。
  26. 請求項1~25のいずれか1項に記載の増幅装置を実施するための手法であって、以下のステ
    ップを含むもの。
    i. 溶液が入ったデバイスを開封する
    ii. 分析する試料を採取区画に入れる
    iii. 採取区画に成分を加える
    iv. 採取区画内の混合物の温度を一定の時間で変更する
    v. 移動部材を作動させ、試薬で予め満たされた反応区画に混合物の一部を移す
    vi. 反応区画の温度を一定温度または可変的に変更することにより増幅を活性化する
    vii. 反応区画に照明をあてて、増幅中に発光または蛍光を測定する
    viii. 増幅を停止する

    ix. 増幅の結果およびDNAまたはRNA検査の結果を評価する
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