JP4837725B2 - サンプル液の検査装置及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、特にELISA(エライザ)法によってサンプル液を検査する装置及び方法に関する。
本発明は、寸法が約1μm〜1000μmの構造体、及び(又は)、各々の容積が約1〜1000μlのキャビティを備えたマイクロフルイディックシステム、又は、装置に関する。以下の説明は、特に、毛管力、圧力、及び(又は)、遠心力が作用し、特に動作に関して決定的に重要である装置及び方法に当てはまる。
「ELISA」という用語は、英語表現に基づいており、これは、「酵素標識免疫吸着測定法」(enzyme-linked immunosorbent assay)を意味している。本発明では、この用語は、酵素が被分析物質、特に、被分析物質と抗体の錯体に結合されるプロセスの意味に理解されるべきである。検出反応における酵素によって、基質が、検出基質、特に蛍光基質等に改質され又は変換される。サンプル液中の被分析物質の定量は、検出基質を記録することにより可能である。高い精度の実現及びこれに対応した測定範囲の拡大を可能にするため、従来、サンプル液の希釈系列が、このようにして研究されていた。
今日まで、ELISA法は、通常、例えばピペット操作ロボットによって、例えば、96個の開放受入れチャンバを備えた開放ピペット板上で手作業で又は自動的に行われている。検査されるべきサンプル液を受入れチャンバ内で連続して繰り返し希釈する。その目的は、種々の希釈条件を達成することにある。次に、サンプル液を種々の希釈比でピペット操作により準備済みの受入れチャンバ内に移し、この中で、サンプル液中の被分析物質を不動化状態の抗体に結合させることができる。比較的長い反応時間後、洗浄液による洗浄が、繰り返し行われる。次に、検出抗体に結合された酵素を添加する。検出抗体は、被分析物質と不動化抗体とから成る錯体に結合する。次に、再び種々の洗浄ステップが必要である。次に、基質を添加し、この基質を酵素により検出基質に改質し又は変換する。検出反応は、時間制約性が非常に高い。例えば、酸を添加することにより検出反応を停止させる。問題は、これが検出反応の進んでいる全ての受入れチャンバで同時には起こることができないということ及び容積が大きい場合、種々の遅延が拡散及び(又は)混合プロセスに起因して生じる場合があるということである。最後に、検出基質は、例えば光学的に、特に、蛍光測定法等によって判定される。サンプル液中の被分析物質の濃度は、求めた値から決定できる。上述の方法は、非常に複雑であり且つ故障の影響を受けやすい。特に、不正確さが、多くの個々のステップに起因して増大する。さらに、抗体の不動化のための受入れチャンバの準備は、それに応じて複雑であり、同様に、多量の液体の使用と関連している。さらに、反応は、液体が多量であり、したがって、拡散経路が多いので、非常にゆっくりと進む場合があり、その結果、今日まで旧式であった形態のELISA法は、非常に時間がかかる。
シイ・ライ等(Siyi Lai et al.)著,「デザイン・オブ・ア・コンパクト・ディスクライク・マイクロフルイディック・プラットホーム・フォー・エンザイム・リンクド・イミュノソーベント・アッセイ(Design of a Compact Disk-like Microfluidic Platform
for Enzyme-Linked Immunosorbent Assay)」,第76巻第7号,アナリティカル・ケミストリー(Analytical Chemistry)(2004年4月1日発行)という文献は、そのp.1832−1837に、個々のELISA法ステップのためのいわゆるコンパクトディスク(CD)の形態をしたマイクロフルイディックシステムを記載している。サンプル液、洗浄液、検出抗体入りの液体及び基質液体を対応の受入れチャンバに追加し、これら受入れチャンバは、CDの対応した回転の変化により次々に単一の割り当てられた反応チャンバ内に送り込まれ、対応の反応が生じる。かくして、個々のステップをマイクロフルイディックシステム内で実施することができる。しかしながら、ピペット操作という労力は、それほど減少しない。というのは、従来型ELISA法と比較して、洗浄ステップの繰り返しが回避されるに過ぎないからである。
一般に、液体の流れがCDの回転、したがって遠心力によって制御されるCDの形態をした多くのマイクロフルイディックシステムが知られている。
国際公開第03/018198号パンフレット、国際公開第03/072257号パンフレット及び国際公開第2004/061414号パンフレットは、液体、特にサンプル液を受入れチャンバから連結状態のチャンバ内に送り込むことができ、そして規定された個々の量に分割することができると共に(或いは)別な液体と混合し、好ましくはこれと反応させることができるマイクロフルイディック装置を開示している。同様なマイクロフルイディックシステムが、米国特許第6,705,519号明細書、米国特許第6,719,682号明細書、米国特許出願公開第2004/0203136号明細書、国際公開第00/78455号パンフレット及び国際公開第01/87485号パンフレットからも知られている。
米国特許出願公開第2004/0203136号明細書は、サンプル及び反応液を検査したり希釈する方法及び装置を開示している。幾つかの計量チャンバが、共通チャネルを介してサンプルのための受入れチャンバに連結され、これら計量チャンバをサンプルで満たすことができる。さらに、希釈液用の第2の受入れチャンバが、共通チャネルに連結され、かくして、計量チャンバに連結されている。対応の強力の回転により、希釈液を共通チャネル経由で計量チャンバ内に送り込み、計量された量のサンプルが次の混合チャンバ内に移送され、かかる混合チャンバは、最終的には、後方に流れる希釈液によって完全に満たされる。これにより、最適な又は融通のきく希釈が可能ではなくなる。
本発明の目的は、サンプル液を研究する装置及び方法を案出することにあり、特にELISA法による経済的で高速であり且つ(或いは)高精度の定量的検査の実施を可能にする。
国際公開第03/018198号パンフレット 国際公開第03/072257号パンフレット 国際公開第2004/061414号パンフレット 米国特許第6,705,519号明細書 米国特許第6,719,682号明細書 米国特許出願公開第2004/0203136号明細書 国際公開第00/78455号パンフレット 国際公開第01/87485号パンフレット シイ・ライ等(Siyi Lai et al.)著,「デザイン・オブ・ア・コンパクト・ディスクライク・マイクロフルイディック・プラットホーム・フォー・エンザイム・リンクド・イミュノソーベント・アッセイ(Design of a Compact Disk-like Microfluidic Platform for Enzyme-Linked Immunosorbent Assay)」,第76巻第7号,アナリティカル・ケミストリー(Analytical Chemistry),2004年4月1日,p.1832−1837
この目的は、請求項1に記載の装置、若しくは、請求項12に記載の装置、又は、請求項18に記載の方法、若しくは、請求項25に記載の方法により達成される。有利な実施形態は、引用形式の請求項の記載内容である。
本発明の一特徴は、第1の共通受入れチャンバからサンプル液を好ましくは排他的に受け入れる幾つかの第1の計量チャンバ及び第2の共通受入れチャンバから希釈液を好ましくは排他的に受け入れる幾つかの第2の計量チャンバを提供することにある。第1の計量チャンバ、及び(又は)、第2の計量チャンバは、容積が様々であり、第1の計量チャンバ、及び(又は)、第2の計量チャンバは、一対ずつ互いに割り当てられ、各対は、割り当てられた反応チャンバに連結され、第1の計量チャンバ及び第2の計量チャンバにそれぞれ入れられている量のサンプル液及び希釈液が一対ずつ割り当てられた反応チャンバ内に移送されて混合され、それによりサンプル液を種々の希釈比で希釈できるようになっている。特許請求の範囲に記載されたこの希釈を以下、略して「並行希釈」とも称する。かくして、ピペット操作に要する費用が最小限に抑えられ、即ち、第1及び第2の共通受入れチャンバだけを外部から液体で満たし、非常に高い精度のサンプル液の希釈系列を具体化できる。
特に、特許請求の範囲に記載された希釈では、先行技術、例えば、米国特許出願公開第2004/0203136号明細書において共通チャンバ等を用いることにより生じる不正確さ又は誤差が回避される。第1の液体の計量、及び、第2の液体の計量は、特に互いに別個独立に行われ、もしそのように構成していない場合に計量の際に生じる次の誤差が回避されるようになる。さらに、第1の計量チャンバ、及び、第2の計量チャンバは、好ましくは、別々のチャネルを介して第1及び第2の受入れチャンバに連結され、したがって、規定されていない予備混合物、不純物又は混合誤差が生じないようになる。
先行技術、例えば米国特許出願公開第2004/0203136号明細書と比較した場合のもう1つの利点は、2種類の液体が、それぞれの反応チャンバ内で、したがって、迅速且つ明確に、且つ(或いは)、規定された条件下でまず最初に混合され、その結果、例えば高速反応が規定された仕方で進むことができるようになる。具体的に説明すると、第1の計量チャンバ、及び、第2の計量チャンバからの液体を同時に、又は、連続して反応チャンバ内に移して混合させることができる。
特に好ましくは、第1の計量チャンバの容積と第2の計量チャンバの容積は、互いに逆の状態で様々であって良い。計量チャンバを例えば次々に延びる又は並列に延びる2つの列をなして配置した場合、第1の計量チャンバの容積は、一方向に(特に、充填方向に、又は、これとは逆の方向に交互に)増大し、これに対し、第2の計量チャンバの容積は、この方向に減少する。かくして、スペース上の制約が少なく且つ液体の容積が少ない場合、希釈系列を広い希釈領域にわたり具体化することができる。
好ましくは、適切な対をなす第1の計量チャンバと第2の計量チャンバの個々の合計は、互いに同一である。これは、特にCD上におけるスペースの最適利用にとって有利である。さらに、種々の希釈比の希釈サンプル液の容積は、互いに同一であり、したがって、それに応じて、他の次のキャビティ、特に、反応チャンバ等全て同一容積が得られるよう一様に設計することができ、それにより設計が単純化されると共に一様に行われる。
好ましい一実施形態によれば、単一の並行希釈は、比較的広い希釈領域に及ぶのに十分である。しかしながら、必要ならば、第1の並行希釈を少なくとももう一度行った後でも、好ましくは、同様な並行希釈が生じ得る。この希釈不足状態は、例えば、最も大きな希釈比で希釈されるサンプル液の量についてのみ起こることができる。しかしながら、必要ならば、第1の並行希釈により生じる種々の希釈状態のサンプル液の幾つかの液体容量、又は、全ての液体容量が、別個の、更に特に同様な並行希釈を受けることができる。
好ましくは、第1の希釈のために供給され又は用いられる希釈液は、次の希釈のために用いられる。この場合、希釈液をもう1度供給することは必要ではなく、それにより、取り扱いが単純化され、特に液体の所要のピペット操作が最小限に抑えられる。
これ又別個独立に具体化できる本発明の別の特徴によれば、幾つかの反応チャンバについて共通の(第3の共通の)受入れチャンバが設けられる。具体的に説明すると、例えば、ピペット操作により、又は、他の或る仕方で、特に、外から、又は、外部から数種類の液体を受けるチャンバ内に連続して、したがって、次々に供給することができる。かくして、特に種々の液体のための共通の充填開口部が、形成され、これを使用するのが良い。受入れチャンバ内での種々の液体の望ましくない混合、及び、その後における、好ましくは、並列に連結された反応チャンバ内への移送は、かくして、受入れチャンバが新たな液体を受け入れる前に、その度毎に空にされることにより、特に、毛管力、及び(又は)、遠心力により自動的に実施可能になる。
かくして、具体的に説明すると、最小限の労力で、特に、数回のピペット操作で幾つかの反応チャンバ、又は、全ての反応チャンバを適切に準備すること、したがって、例えば、反応チャンバ内における反応、例えば、抗体等を不動化することが可能になる。代替的に、又は、追加的に、反応チャンバに割り当てられた共通受入れチャンバは、例えば、対応の液体に酵素、基質等を最小限のピペット操作費用で供給することにより、検出反応の実施を可能にする。
本発明のもう1つの特徴は、検出又は検査チャンバが、反応チャンバに割り当てられ、好ましくは不動化状態の酵素により酵素の作用で反応チャンバ内において進行する検出反応を停止させることができ、反応チャンバ内に入れられている液体が好ましくは圧力、毛管力、及び(又は)、遠心力により割り当てられた検査チャンバ内に移送されるということにある。これは、幾つかの反応チャンバについて、又は、全ての反応チャンバについて、特に同時に行われ、したがって、検出反応も又、これら反応チャンバ内で同時に停止させることができるようになっている。検査、特に、それぞれの液体等中に生じた検出基質の検出は、必要ならば、検査チャンバ内で連続して実施できる。かくして、特に酵素の作用で進行し、したがって、時間制約性のある検出反応を停止させると、非常に高い精度の実現が可能になる。
本発明の他の利点、特徴、性質及び観点は、図面を用いた好ましい実施形態についての以下の説明及び特許請求の範囲の記載から明らかになろう。
図中、同一の参照符号は、同一の部品、又は、類似の部品について用いられており、対応の又は同等な性質及び利点は、たとえ説明の繰り返しが省かれていたとしても達成される。
図1は、第1の実施形態に従って特許請求の範囲に記載された装置1の一部分の非常に概略的な図であり、これは縮尺通りには記載されていない。特許請求の範囲に記載された装置1は、特に、マイクロフルイディックシステムであり、マイクロフルイディックシステムは、好ましくは、丸形ディスク、好ましくは、コンパクトディスク(CD)等の形状を有し、したがって、遠心力を生じさせるために図1に示す回転軸線2回りに回転可能である。しかしながら、他の形態及び実施形態も可能である。
特許請求の範囲に記載された装置1は、特にELISA法によってサンプル液3を検査するために用いられる。したがって、以下の説明は、本質的に、ELISA法の使用又は実施に向けられており、必要ならば、補足的な手段、又は、別の手段、又は、プロセスステップを実施することができる。しかしながら、特許請求の範囲に記載された装置、又は、特許請求の範囲に記載された方法は、基本的に他の検査又はプロセスにも使用できる。
図1は、第1の共通受入れチャンバ4への追加の直後に起きるサンプル液3を示している。幾つかの第1の計量チャンバ5、図示の実施形態では、4つの第1の計量チャンバ5a〜5dが、対応のチャネル等、図示の実施形態ではチャネル18によって第1の受入れチャンバ4に連結されており、好ましくは、周辺方向に連続して配置されている。
サンプル液3は、第1の受入れチャンバ4から、これに連結されている第1の計量チャンバ5内に流れ、空気、及び(又は)、過剰のサンプル液3は、引き続きオプションとしての第1の収集チャンバ6内に流れ込むことができる。したがって、チャネル18は、第1の受入れチャンバ4を第1の収集チャンバ6に連結している。図1は、サンプル液3を第1の受入れチャンバ4に追加した直後の状態で、したがって、サンプル液3が第1の計量チャンバ5内に流入する前の状態で装置1を示している。
この装置は、希釈液8を収容する第2の共通受入れチャンバ7を有している。幾つかの第2の計量チャンバ9、図示の実施形態では、4つの第2の計量チャンバ9a〜9dが、第2の受入れチャンバ7に連結され、これら第2の受入れチャンバは、図示の例では、同様に、列をなして、且つ、第1の計量チャンバ5に少なくとも本質的に平行に配置されている。希釈液8は、チャネル19を介して第2の計量チャンバ9内に流入する。過剰の希釈液8は、必要ならばオプションとしての第2の収集チャンバ10内に流入することができる。チャネル19は、好ましくは、第2の受入れチャンバ7を第2の収集チャンバ10に連結している。図1は、希釈液8を第2の受入れチャンバ7に追加した直後の状態で、したがって、希釈液8が第2の計量チャンバ9及び関連のチャネル、又は、チャネル19、及び、オプションとしての収集チャンバ10を満たす前の状態で装置1を示している。
計量チャンバ5,9は、好ましくは、例えば、液体3,8については図示されていない案内要素によって構成され、したがって、計量チャンバ5,9、及び、オプションとしてのチャネルは、ガス又は空気が入り込むことなく完全に満たされるようになる。押し退けられた空気は、好ましくは開放状態に作られている収集チャンバ6,10を介し、且つ(或いは)、通気開口部を介して逃げることができ、これら通気開口部は、図示されておらず、特にチャネル18,19及び(又は)計量チャンバ5,9に割り当てられている。
反応チャンバ11、図示の例では第1の計量チャンバ5a〜5d及び第2の計量チャンバ9a〜9dの個数、したがって4つの反応チャンバ11a,11dに従って、第1の計量チャンバ5及び第2の計量チャンバ9に割り当てられ、図示の実施形態では、好ましくは、第1の計量チャンバ5及び第2の計量チャンバ9に平行な列をなし、且つ(或いは)、第1の計量チャンバ5、及び、第2の計量チャンバ9の半径方向外部に位置する回転軸線2に対して配置されている。
第1の計量チャンバ5、及び、第2の計量チャンバ9は、好ましくは、一対ずつ互いに且つ各々反応チャンバ11に割り当てられており、各対は、対応の特に半径方向に延びる好ましくはチャネル状連結部12によって、割り当てられた反応チャンバ11に流体結合され、したがって、例えば、第1の計量チャンバ5b及び第2の計量チャンバ9bは、割り当てられている反応チャンバ11bに流体結合されている。したがって、この例におけるアルファベット文字a〜dは、個々のチャンバ5,9,11,16の割り当て関係を示している。したがって、特に希釈、混合、及び(又は)、反応のための液体の移動は、それに応じて起こる。
図示の例では、第1の計量チャンバ5,9は、圧力、及び、毛管力に基づいて、特に、液体3,8が、図示されていないピペット等によって、且つ、液体3,8に加わる圧力の結果として、割り当てられている受入れチャンバ4,7に追加されているとき、サンプル液3及び希釈液8で好ましくは自動的に満たされる。しかしながら、これら力に対し代替的に又は追加的に、構成及び実施に応じて、他の力、オプションとして実際には遠心力も又使用できる。
次に、第1の計量チャンバ5内に存在する量のサンプル液3、及び、第2の計量チャンバ9内に存在する量の希釈液8を対応の遠心力(回転軸線2回りの装置1の対応の回転によって生じる)により、それぞれ割り当てられている反応チャンバ11内に、したがって図示の例では半径方向に移送するのが良く、サンプル液3と希釈液8が、混合される。しかしながら、指定した量を反応チャンバ11内に移送するため、追加的に、又は、代替的に、他の力、例えば、圧縮力、毛管力等も又働く。
第1の計量チャンバ5、及び(又は)、第2の計量チャンバ9は、容積が様々である。これら容積は、サンプル液3の種々の希釈比を反応チャンバ11内で達成するように選択されている。
特に、第1の計量チャンバ5の容積と第2の計量チャンバ9の容積の両方は、様々である。例えば、容積の小さな第1の計量チャンバ5dには容積の大きな第2の計量チャンバ9dが割り当てられ、この逆の関係が成り立つ。図示の例では、これは、第1の計量チャンバ5の容積が周辺方向に増大し又は減少し、これに対し、第2の計量チャンバ9の容積が、この周辺方向に減少し又は増大するので達成される。これにより、広い希釈範囲の、したがって、特に、低い希釈比から大きな希釈比、例えば、1:1から1:1000までの希釈系列及び(又は)計量チャンバ5,9の非常に省スペースでコンパクトな構成が、これに応じてスペース又は領域に関する要件が少ない状態で達成できる。
特に好ましくは、一対ずつ互いに割り当てられた第1の計量チャンバ5a、第2の計量チャンバ9a,第1の計量チャンバ5b、第2の計量チャンバ9b,第1の計量チャンバ5c、第2の計量チャンバ9c,第1の計量チャンバ5d、第2の計量チャンバ9dの容積の合計は、少なくとも本質的に同一である。このように、特にコンパクトの構造に加えて、その結果、種々に希釈されたサンプル液3の個々の容積が同一であり、反応チャンバ11、及び、場合によっては、他の下流側のチャンバ等を一様に同一サイズに作ることができる。
上述の説明及び以下の説明において、第1の計量チャンバ5、第2の計量チャンバ9のそれぞれの容積に焦点が当てられている。規定された希釈比を得るため、正確に規定された量が必要である。第1の計量チャンバ5、第2の計量チャンバ9から割り当てられた反応チャンバ11内へのサンプル液3及び希釈液8の移送において、サンプル液3、希釈液8の規定された量だけが存在し、移送されて混合されるので、図示されていない弁手段、バリヤ又は液体停止部、例えば、通気開口部、及び(又は)、連結部12、チャネル18,19に割り当てられた開口部が設けられる。
図示の実施形態では、液体3のための第1の分離箇所T1a〜T1eが、特に、第1の受入れチャンバ4と第1の計量チャンバ5aとの間、個々の計量チャンバ5相互間、及び最後の計量チャンバ5dと第1の収集チャンバ6との間で第1のチャネル18に形成されている。したがって、液体8のための第2の分離箇所T2a〜T2eが、特に、第2の受入れチャンバ7とその次の第2の計量チャンバ9aとの間、第2の計量チャンバ9相互間、及び、最後の計量チャンバ9dと第2の受入れチャンバ10との間で第2のチャネル19に形成されている。しかしながら、第1の分離箇所及び第2の分離箇所Tを代替的に、又は追加的に、個々のチャンバへの移行部のところ、及び(又は)、他の適当な箇所に形成しても良い。
さらに、図示の実施形態では、好ましくは、チャネル18,19中のチャネル停止部KS1,KS2が、最後の分離箇所T1e,T2eとそれぞれの収集チャンバ6,10との間又はそれぞれの収集チャンバ6,10への移行部のところに形成されている。その目的は、それぞれの液体3,8のためのかかる1つの流れ抵抗を形成し、したがって、充填時には、まず最初に第1の計量チャンバ5,第2の計量チャンバ9がそれぞれの液体3,液体8で完全に満たされ、その後に、かかる液体が割り当てられている収集チャンバ6,10内に続けて流れることができるようにすることにある。
図示の実施形態では、好ましくは、半径方向に延びる連結部12内の第1の液体停止部S1a〜S1d及び第2の液体停止部S2a〜S2dが、それぞれの第1の計量チャンバ5と第2の計量チャンバ9との間、及び、第2の計量チャンバ9と反応チャンバ11との間に配置されている。しかしながら、これら液体停止部Sを、代替的に、又は、追加的に、それぞれのチャンバへの移行部のところに形成しても良い。
第1の液体停止部S1は、サンプル液3が第1の計量チャンバ5を満たしているときに、望ましくない仕方で第2の計量チャンバ9を満たすのを阻止する。これとは逆に、第1の液体停止部S1は、第2の計量チャンバ9の充填時に、望ましくない仕方で第1の計量チャンバ5を満たすことができるのを阻止すると共にサンプル液3を第1の計量チャンバ5から押し出すことができるのを阻止する。しかしながら、これを行うため、例えばそれぞれの第2の計量チャンバ9内の連結部12の移行部のところに図示していない追加の液体停止部が更に設けられる。
第2の液体停止部S2は、希釈液8が望ましくない仕方で反応チャンバ11内に流入するのを阻止し、それにより、第2の計量チャンバ9が充填されているとき、規定された計量は、もはや可能ではない。
チャネル停止部KS及び液体停止部Sは、液体3,8及び特に図示していないピペット等による充填中に生じる圧力に合わせて構成され又は適合し、したがって、第1の計量チャンバ5,第2の計量チャンバ9の充填中、第1の液体停止部S1,第2の液体停止部S2を液体3,8が通ることはできないが、後で、特に装置1の対応に回転によってのみ又は対応の遠心力によってのみ、第1の計量チャンバ5,第2の計量チャンバ9から反応チャンバ11内への個々の量の液体3,8の所望の移送が起こるようになっている。この場合、液体停止部Sは、第1の液体停止部S1の前に位置する第2の液体停止部S2が開き、これに打ち勝つことができるように構成されている。これは又、第1の液体停止部S1と比較して外部に向かって半径方向に遠くに位置する第2の液体停止部S2に関し、第1の液体停止部S1の場合よりも大きな遠心力が生じ又は作用するので、第1の液体停止部、第2の液体停止部Sの同一又は類似の形態及び性質で達成できる。
分離箇所T及び液体停止部Sにより、規定された量の液体3,8が互いに混ぜ合わされる。かかる量の液体が第1の計量チャンバ5,第2の計量チャンバ9から反応チャンバ11内に移送されると、液体3,8は、分離箇所Tのところで離れてそれぞれの特に半径方向の連結部12を介して、割り当てられている反応チャンバ11内に流れる。したがって、例えば、第2の計量チャンバ9bに割り当てられる液体の量は、2つの第2の分離箇所T2b,T2c及び2つの液体停止部S1b,S2bによって決められ又は固定される。計量済みであって移送されるべきサンプル液3の量は、例えば、2つの分離箇所T1b,T1c及び液体停止部S1bにより第1の計量チャンバ5bに制限される。したがって、これは、他の計量チャンバ5,計量チャンバ9の他の液体容積に当てはまる。
好ましくは、分離箇所Tは、図示していない対応のベントによって形成される。液体停止部S及び(又は)チャネル停止部KSは、好ましくは、対応の絞り、断面の突然の広がり及び(又は)湿潤挙動の改変によって形成され、したがって、それぞれの液体3,8,14は、それぞれの停止部S,KSに打ち勝つことができず又は容易にはこれに打ち勝つことができない。これとは異なり、それぞれの停止部S,KSに打ち勝つことができるようにするためには、個々の停止部S,KSについて必要ならば互いに異なる特に所定の大きさの遠心力、圧縮力等が必要である。
所要の設計に関し、且つ(或いは)、可能な設計に関し、規定された量を確保するため及び液体の量を分割すると共に、(或いは)、混合するための適当な構造及び構成を利用できるようにするため、この点に関し開示内容として、追加的に、又は、代替的に本明細書に記載した先行技術を参照されたい。
上述した「並行希釈」は、単一のステップで希釈系列の生成を可能にし、したがって、あらゆる場合において、生じる希釈誤差はほんの僅かに過ぎない。特に、従来行われていた順次希釈で生じる個々の誤差が追加されるという問題は、回避できる。
次に、各反応チャンバ11内において、所望の反応及び特に数回の所望の反応が進行でき又は実施でき、これについては後で詳細に説明する。ELISA法を実施するため、反応チャンバ11は、好ましくは、希釈サンプル液3を供給する前に、まず最初に、準備される。この準備は、特にサンプル液3を第1の受入れチャンバ4に追加し、希釈液8を第2の受入れチャンバ7に追加する前に行われ、これについて以下に詳細に説明する。
装置1は、好ましくは、液体14を受け入れる、特に種々の液体14、例えば反応液、洗浄液、遮断及び固定液、基質液等を順次受け入れる1つの、特にたった1つの共通受入れチャンバ13を有する。反応チャンバ11は、第3の受入れチャンバ13に連結され、特に圧力、毛管力、及び(又は)、遠心力により、受入れチャンバ13に追加された液体14が、対応のチャネル等により、図示の例では、好ましくは周辺方向に、且つ(或いは)、チャネル18,19に平行に延びるチャンバ20を介して反応チャンバ11内に流れることができるようになっている。オーバーフローすると共に(或いは)押し退けられた液体14は、好ましくは、オプションとして設けられた第3の収集チャンバ15内に捕捉され、最適なチャネル停止部KS3は、液体14が第3の収集チャンバ15内に流れる前に、まず最初に、反応チャンバ11を完全に満たすことができるようにする。
特に、装置1は、第3の受入れチャンバ13を、まず最初に、空にし、又は、例えば、ピペット操作により、別の液体14を第3の受入れチャンバ13に供給する前に、再び完全に空にすることができるように構成されている。第3の受入れチャンバ13を空にすることは、例えば、液体14による第3の受入れチャンバ13の充填後、この液体が、毛管力により反応チャンバ11内に自動的に流れ、任意的に第3の収集チャンバ15内に流れ、ついには、第3の受入れチャンバ13が完全に空になるので達成できる。追加的に、又は代替的に、これは、特に第3の収集チャンバ15までのチャネル20の半径方向勾配(ピボット2までの半径方向距離の増大)に関する遠心力、対応の装置1の回転、及び(又は)、他の力によって達成できる。
加うるに、反応チャンバ11を必要ならば、まず最初に再び空にしても良く、その後に、新たな液体15を第3の受入れチャンバ13に追加しても良く、この新たな液体14は、反応チャンバ11内に流れる。この場合、反応チャンバ11を先に空にすることは、反応チャンバ11を制御された状態で空にすることができるようにするため、好ましくは遠心力又は図示していない弁手段等によって行われる。
ELISA法に合わせて反応チャンバ11を準備するため、特に最初に試薬、好ましくは抗体入りの液体14をまず最初に第3の受入れチャンバ13に追加し、そして反応チャンバ11内に送る。その目的は、反応チャンバ11内の試薬を不動化することにあり、特に、対応の準備された反応チャンバ11内の抗体を結合し又は反応チャンバ11を抗体で被覆することにある。
或る特定の培養時間又は反応時間後、反応チャンバ11を洗浄液で洗浄し、この洗浄液は、未結合の試薬を除去するため、次の液体14として第3の受入れチャンバ13内に追加される。
必要ならば別の液体14により、抗体によって占められていない依然として自由な、したがって、特に結合性の高い部位の遮断が、他の試薬の後の不確定の結合又は反応チャンバ11内における不動化状態の試薬又は不動化状態の抗体の固定を阻止するために続く。
オプションとしての洗浄液による洗浄の繰り返し及びオプションとして空にした後、反応チャンバ11は、割り当てられた第1の計量チャンバ5,第2の計量チャンバ9からの希釈状態のサンプル液3、従ってサンプル液3、及び、希釈液8を保持するために準備される。
サンプル液3を希釈液8と一緒に反応チャンバ11内に移送した後、サンプル液3を検査するための実際の検出反応、又は、最初の反応が起こり得る。図示の実施形態におけるサンプル液3に含まれている被分析物質は、不動化試薬、特に不動化抗体に特に結合することができる。好ましくは、1つの決定された反応時間後、又は、規定された反応時間後、未結合状態の被分析物質は、既存の液体3,8を反応チャンバ11から押し退けて出すために、洗浄液14を第3の受入れチャンバ13に一回追加することにより、且つ(或いは)、遠心力又は他の力によって、反応チャンバ11から洗い出され、又は、排出される。
特に検出抗体に結合された酵素を含む別の液体14を反応チャンバ11に供給し、次に、この液体14を第3の受入れチャンバ13に供給する。検出抗体は、これが酵素と一緒になって反応チャンバ11内の不動化抗体及び被分析物質から形成されている錯体に結合するよう構成されている。
次に、未結合の抗体及び酵素を、好ましくは、別の洗浄液14を一回供給することにより、洗浄ステップにおいて、反応チャンバ11から排出する。
最後に、別の液体14としての基質溶液を、好ましくは、第3の受入れチャンバ13を介して反応チャンバ11に供給する。酵素的検出反応において反応チャンバ11内で基質を酵素によって変換し、又は、改質し、その後に検出可能な検出基質、特に、蛍光染料、又は、他の染料等が形成されるようにする。反応チャンバ11内における検出反応の停止及びその後の検査につき、以下に詳細に説明する。
好ましくは液体14を順次供給することにより、共通の第3の受入れチャンバ13を介して排他的に起こる、互いに異なる液体14の供給は、反応チャンバ11の非常に迅速且つ簡単な準備、及び(又は)、反応チャンバ11内における反応の誘導を可能にし、ピペット操作に要する費用、必要な洗浄ステップ、及び(又は)、所要の液体の量は、先行技術、特に、開放ピペット操作板での従来のELISA法と比較して、大幅に減らされる。
従来、反応チャンバ11内で進行している上述した特に酵素的又は触媒的検出反応は、酸、塩基又は他の停止溶液等を追加することにより、例えば、酵素及び触媒反応の失活により停止させられていた。これは、基本的に、特許請求の範囲に記載された装置1でも可能である。
しかしながら、特に好ましくは、検出反応の停止は、酵素(不動化酵素)、反応触媒又は他の反応の相手による液体と基質及び検出基質の分離、及び(又は)、追加的に設けられた検査チャンバ16によって行われ、反応チャンバ11内に入っている液体は、基質及び検出基質と共に移送されて、割り当てられている検査チャンバ16内に入れられる度毎に検出反応を停止させる。この移送は、好ましくは、幾つかの又は全ての反応チャンバ11について同時に行われ、したがって、検出反応は、同時に停止するようになっている。特に、指定された移送、又は、停止は、装置1を、それにおいて回転させることにより遠心力によって生じる。しかしながら、移送は、追加的に、又は、代替的に、他の力、例えば圧力、又は、毛管力、対応の弁等によっても可能である。
検出反応に必要な酵素、及び(又は)、他の試薬を不動化する反応チャンバ11から検査チャンバ16内への液体の指定された移送により、検出反応の非常に簡単且つ高品質の同時停止が可能になり、したがって、先行技術と比較して、非常に規定されたプロセスシーケンス及びかくして非常に正確な被分析物質の判定が可能である。
液体を検出基質と共に検査チャンバ16内に移送した後、検査チャンバ16内の検出基質の順次検査又は検出が、特にオプションとして、例えば、測定蛍光により、実施可能である。集めた値から、且つ、種々の分析比を考慮して、サンプル液3中の被分析物質の極めて正確な、特に定量が、実施可能である。
追加的に又は代替的に、反応チャンバ11には、オプションとしての収集チャネル17も割り当て可能であり、この収集チャネルは、図1に破線で示されており、これは、例えば、検査チャンバ16、及び、対応の、好ましくは半径方向連結部12を介して反応チャンバ11に連結されている。その目的は、特に、反応チャンバ11が装置1の対応の回転により遠心力によって空にされているとき、反応チャンバ11からの液体を受け入れて反応チャンバ11を空にすることにある。次に、これら液体を検査チャンバ16又は図示していない方向づけ連結部等から収集チャネル17内に排出することができる。反応チャンバ11をこのように空にすることは、例えば、新たな液体14を反応チャンバ11に供給する前に、液体3,液体8、及び(又は)、液体14の除去のために行われるのが良い。
図示の実施形態では、好ましくは、3つの液体停止部S3a〜S3dが反応チャンバ11と検査チャンバ16との間で連結部(半径方向連結部)12に形成されている。第3の液体停止部S3は、特に、第2の液体停止部S2と一緒になって、他の領域内への液体14の望ましくない逃げ込みを阻止することができ、したがって、液体14を所望の仕方で例えば第3の収集チャンバ15内に、又は、必要ならば、第3の液体停止部S3に打ち勝った際に、検査チャンバ16を介して、及び、オプションとしての第4の液体停止部S4を介して、収集チャネル17内に逸らし、又は、移すことができるようになっている。
第3の液体停止部S3は、特に、計量され、又は、反応チャンバ11内に移送された量の液体3,8を規定された状態で保持でき、したがって、反応チャンバ11からの非制御状態の且つ望ましくない流れを阻止する。
加うるに、必要ならば、チャネル20内、又は、反応チャンバ11相互間、及び(又は)、第3の受入れチャンバ13、又は、第3の収集チャンバ15への他の連結部内において、例えば、加速及び減速による混合のための図示されていない分離箇所、又は、液体停止部を設けるのが良い。その目的は、反応チャンバ11から隣接の反応チャンバ11内への希釈サンプル液3の望ましくない移送を阻止することができるようにすることにある。
追加的に又は代替的に、チャネル20及び特に個々の反応チャンバ11相互間に延び、又、少なくとも本質的に一定の距離又は半径を有する道筋からピボット2に外れるその部分は、個々の反応チャンバ11相互間における希釈サンプル液3の望ましくない移送を阻止するために、半径方向に逸れる別の道筋を有するのが良い。同じことは、他のチャネル18,19及び計量チャンバ5,9相互間のそれぞれのチャネル部分についても当てはまる。
好ましくは、第4の液体停止部S4a〜S4dが、検査チャンバ16からの液体の不確定の流出又は逸れを阻止するために、検査チャンバ16とオプションとしての収集チャネル17との間で半径方向連結部12内に設けられている。
第3及び第4の液体停止部S3,S4は、必要に応じて、反応チャンバ11,16から、それぞれの連結部12までの移行部のところに更に形成しても良い。
並行希釈に関し、注目されるべきこととして、好ましくは、単一の希釈ステップで、したがって、並行希釈3〜20で、特に、大まかには10回の希釈又は種々の希釈比が得られる。当然のことながら、装置1では幾つかの並行希釈が更に生じ得る。したがって、装置1は、必要ならば、図1に示すような構成を幾つか更に有することができる。
特許請求の範囲に記載された装置1及び特許請求の範囲に記載された方法の第2の実施形態につき、図2を用いて以下に詳細に説明するが、以下の説明は、第1の実施形態に対して重要な相違点のみに限定されている。したがって、他の利点、特徴及び性質は、第1の実施形態の場合と同様な仕方で明らかになろう。
図2に示すような記載内容では、一層分かりやすくすることができるようにするために、丸形ディスク、例えば、CD等上に配置できるよう、好ましくは、提供されたリング構造体の曲率、好ましくは、提供された曲率は、省かれている。さらに、図2に示されている記載内容は、図1と同様に、縮尺通りではない。具体的に言えば、図示の長さ、幅、寸法比等は、絶対に必要な比には対応しておらず、又は、好ましい比には対応していない。これは、図1に示す場合と同様である。
さらに、図2では、単純化の理由で液体3,8,14は示されていない。しかしながら、第1の実施形態においてこの点に関する記載、及び、他のプロセスシーケンスは、図2に示されている第2の実施形態に同様に当てはまる。さらに、単純化の理由で、図2では、オプションとしての収集チャネル17が省かれている。
単純化の理由で、図2は、分離点T、液体停止部S及びチャネル停止部KSも示していない。しかしながら、第1の実施形態に関するこの点の説明及び構成は、第2の実施形態に同様に又は追加的に当てはまる。
第2の実施形態では、第1の実施形態とは対照的に、並行希釈後、再度の希釈、したがって補助希釈が行われる。この再度希釈は、図2に示す例に関しては並行希釈として行われる。図示の例では、たった1つの反応チャンバ11から既に一度希釈されたたった1種類のサンプル液について一回だけの再度希釈が行われる。しかしながら、必要ならば、幾つかの又は全ての反応チャンバ11について補助希釈又は再度希釈を行っても良い。
再度並行希釈は、第1の計量チャンバ5,第2の計量チャンバ9、及び、下流側反応チャンバ11により上述した並行希釈と本質的に同様に行われる。したがって、再度、並行希釈に関し、追加の第1の計量チャンバ5′、追加の第2の計量チャンバ9′及び、追加の反応チャンバ11′が設けられる。追加の計量チャンバ5′,9′は、好ましくは、特に対応して減少した絶対容積に関し、第1の計量チャンバ5,第2の計量チャンバ9と同一のほぼ同一の容積比を有する。
サンプル液を既に一度希釈して追加の第1の計量チャンバ5′に供給することは、上流側反応チャンバ11から行われ、これら反応チャンバは、再度希釈の場合、実際にはたった1つの混合チャンバを構成する。この場合、希釈液8、特に第1の希釈のための過剰希釈液8を、特に、第1の希釈のための過剰希釈液8を例えば収集チャンバ10を介して追加の第2の計量チャンバ9′に供給する。
個々の量の液体を割り当てられた追加の反応チャンバ11′内に移送することは、好ましくは遠心力によって行われる。しかしながら、代替的に、又は、追加的に、他の力、特に圧力、及び(又は)、遠心力が作用しても良く、或いは、弁等が用いられる。
しかしながら、再度希釈の場合、別の又は追加の希釈液を、この場合も又別々に、図示していない追加の受入れチャンバを介して追加の第2の計量チャンバ9′に更に供給するのが良い。
再度希釈が図2で示すように部分的にしか行われないのが好ましいが、必ずしもそうではない場合、再度希釈が行われていない内容物を含む反応チャンバ11は各々、特に追加の反応チャンバ11′として同一の周囲上に配置されている、割り当てられた追加の反応チャンバ11であり、かかる追加の反応チャンバ11′は、全ての希釈段階に関し、同時検査、特に不動化状態の試薬への被分析物質の結合を保証し又は容易にするために再度希釈のために用いられる。
オプションとして、1つの追加の第1の収集チャンバ6′を設けるのが良く、この第1の収集チャンバ6′は、過剰サンプル液3を収容するよう追加の第1の計量チャンバ5′に連結されている。オプションとして、追加の第2の収集チャンバ10′も又、上流側に連結するのが良く、この第2の収集チャンバ10′は、過剰希釈液8を収容するよう追加の第2の計量チャンバ9′上に配置される。
特許請求の範囲に記載された装置1、及び、特許請求の範囲に記載された方法の第3の実施形態につき、図3を用いて以下に詳細に説明するが、以下の説明は、第1の実施形態及び第2の実施形態と比較した場合の重要な相違点にのみ限定されている。したがって、これまでの説明は、追加的に又は同様に当てはまる。
第3の実施形態では、第1の計量チャンバ5は、第1の、特に共通チャネル18に並列に連結されており、この共通チャネルは、第1の受入れチャンバ4から第1の収集チャンバ6まで延びている。これは、第1の計量チャンバ5をサンプル液3でより迅速に充填できるという利点を有している。その理由は、第1の計量チャンバ5を並行して、したがって同時に充填できるからである。圧力、例えば、図示していないピペット等を第1の開放受入れチャンバ4に取り付けることによる充填が生じ、この関係で起こる第1の収集チャンバ6の充填(部分充填)は、寸法設定が同じであれば重要ではない。
第1のチャネル18は、特に毛管力、及び(又は)、遠心力による第1の計量チャンバ5の充填後であって、サンプル液3を第1の計量チャンバ5から割り当てられている反応チャンバ11内に移送する前において、第1の収集チャンバ6の中へ内容物があけられて空にされる。これにより、特に正確な計量が行われる。その理由は、チャネル18から個々の第1の計量チャンバ5又は対応の連結部への移行部(分離箇所T1)のところにおけるサンプル液3のこの規定された「離脱」が達成されるからである。これにより、特に正確な計量が可能になり、それにより、これに対応して正確な希釈系列が実現され、その後、特にELISA法において希釈液8の混合が行われ、非常に正確な定量結果が得られる。
第2の計量チャンバ9は、好ましくは、同様な仕方で第2の特に共通のチャネル19に並列に連結され、かかる共通チャネルは、第2の受入れチャンバ7を第2の収集チャンバ10に連結している。したがって、第2の計量チャンバ9は、希釈液8で、より迅速に充填できる。好ましくは、希釈液8による充填は、同様に、圧力により又は特に図示していないピペット等の取り付けにより続いて起こる。
さらに、第2の計量チャンバ9の充填後における第2のチャネル19も又、好ましくは、特に、毛管力により、及び(又は)、遠心力により、希釈液8を第2の計量チャンバ9から割り当てられている反応チャンバ11内に移送する前に、第2の収集チャンバ10内に完全に内容物があけられて空にされる。これにより、非常に正確な計量が行われる。というのは、チャネル19から計量チャンバ9又は対応の連結部への移行部(分離箇所T2)のところの希釈液8が、サンプル液3、及び、第1の計量チャンバ5について既に述べたように規定された仕方で離脱するからである。したがって、これにより、特に正確な計量系列の実現が可能になると共にELISA法による又は他の或る方法による特に非常に正確な定量検査が可能になる。第1のチャネル18、及び、第2のチャネル19は、好ましくは同様に空にされる。
分離箇所Tは、とりわけ、液体の所望の規定された離脱を保証するために対応の絞り部、及び(又は)、キンクにより形成される。
第1の計量チャンバ5と第1のチャネル18、及び(又は)、第2の計量チャンバ9と第2のチャネル19の並列連結部(この並列連結部は、第3の実施形態において設けられる)は、上述したように、第1の計量チャンバ5,第2の計量チャンバ9の特に迅速且つ同時充填を可能にし、かかる並列連結は、必要ならば、これら実施形態の他の観点及び特徴とは独立して達成できる。
チャネル18,19は、好ましくは、まず最初に、それぞれの第1の計量チャンバ5,第2の計量チャンバ9を完全に充填し、その後に対応の液体3,8が引き続き適当な収集チャンバ6,10内に流れ続けることができるようにするために、それぞれの収集チャンバ6,10のためのチャネル停止部KS1,KS2を有している。具体的に言えば、チャネル停止部KSは、供給のための圧力により、例えば、図示していないピペットによりそれぞれの液体3,8がかかるチャネル停止部に打ち勝つことができるように設計されており、かかるピペットにより、それぞれの液体が、割り当てられた第1の計量チャンバ5,9の完全充填後にのみ、割り当てられている受入れチャンバ4,7に送られる。かくして、計量チャンバ5,9をそれぞれの液体3,8で完全に充填することが、保証できる。
完全に空にするのを可能にし又は支援するため、チャネル18,19は、好ましくは大部分が直線状に、又は、ほんの僅かなオフセット、又は、キンクのある状態で、且つ(或いは)、好ましくは、V字形又はU字形弧が無い状態で延びる。完全に空にするのを可能にし、又は、支援するため、チャネル18,19は、代替的に又は追加的に、好ましくは、特に、それぞれの開始部と終了部との間、又は、それぞれの受入れチャンバ4,7と収集チャンバ6,10との間で半径方向勾配を有し、したがって、半径の増大につれて大きくなる遠心力により、装置1がそれに応じて回転しているときに、チャネル18,19が所望通り空になるようになる。
第3の実施形態では、互いに割り当てられている第1の計量チャンバ5と第2の計量チャンバ9は、第1の実施形態、又は、第2の実施形態の場合のように連続しては連結されておらず(シーケンスを自由に選択できる)、又は、割り当てられている反応チャンバ11に連続的に連結されているが、好ましくは、割り当てられている反応チャンバ11に平行に又は準平行に連結される。図3を用いて以下に説明する「準並列」連結が、特に好ましい。
第2の計量チャンバ9は、連結部12を介して割り当てられている反応チャンバ11に連結され、これら連結部は、好ましくは、少なくとも本質的に半径方向に延びている。第2の液体停止部S2は、希釈液8が第2の計量チャンバ9から連結部12を介して反応チャンバ11内に非制御状態で流出するのを阻止する。
第1の計量チャンバ5は、これらの一部が、今や、特に第2の液体停止部S2の後で、好ましくは、第1の液体停止部S1を介して割り当てられている連結部12に連結されている。第1の液体停止部S1は、例えば、対応の絞り又は突然の断面の広がりによって形成され、好ましくは、角速度又は遠心力に達し、それにより、希釈液8が第2の軽量チャンバ9から割り当てられている反応チャンバ11内に移送される場合でも、第1の計量チャンバ5からのサンプル液3は、連結部12を介して割り当てられている反応チャンバ11内には移送されず又は容易には移送されないようになる。正確に言えば、好ましくは、希釈液8による特に液体停止部S1の流出側湿潤が必要である。この場合、サンプル液3は、液体停止部S1又は連結部12寄りの他の連結部に打ち勝つことができるに過ぎず、希釈液8と一緒になって、割り当てられている反応チャンバ11内に流入する。サンプル液を希釈液の流れの中に側方から又は並行して送り込むことにより、最初の混合又は良好な混合が得られ、この場合、反応チャンバ11内で非常に良好な混合を達成することができるようになる。
液体停止部Sの好ましい特定の形成(テーパ)は、必要ならば、省いても良い。変形例として、これに代えて、図示していない弁手段を使用しても良い。
さらに、一方において第2の計量チャンバ9からの希釈液8の移送、及び、他方において、第1の計量チャンバ5からのサンプル液3の移送は、特に、或る特定の角速度、又は、遠心力に達し、又は、これを超えたときに、多かれ少なかれ同時に起こることも可能である。この場合、同様に、液体3,液体8の混合(最初の混合)が、連結部12内でサンプル液3を希釈液の流れに追加することにより達成される。
必要ならば、供給は又、逆に起こっても良く、したがって、連結部12内で希釈液8をサンプル液流れ中に送り込んでも良い。この場合、上述の説明が同様に当てはまる。
第3の実施形態では、第1の液体停止部S1又は第2の液体停止部S2が、最初に、それぞれの液体3,8により克服されるかどうかは、決め手とはならない。その理由は、両方の場合において、少なくとも反応チャンバ11内においては2種類の液体3,8の良好な混合を達成できるからである。
第3の実施形態のもう1つの特徴は、例えば、チャネル18,19、しかしながら、更に他のキャビティ、連結部12等が、特にチャンバ4〜7,9〜11,13,15,16が設けられている平らな側ではなく、キャビティ、チャネル等が形成されているキャリヤの一方の平らな側部上に常に形成されることが必要であるというわけではない。正確に言えば、図3では、破線により指示されている区分は、好ましくは、底部に形成され、実線のキャビティ、チャネル等は、好ましくは、頂部上に、又は、頂部上から形成される。この場合、頂部及び底部のキャビティ、チャネル等は、対応の開口部、穴等により互いに連結される。これにより、特にチャンバの構成、形態及び連結方式に関し装置1の設計上の設計度を非常に大きく取ることができる。この場合、好ましくは平らな側部(頂側部及び底側部)から形成されるキャビティ、チャネル等は、各平らな側部が、好ましくは、図示していない覆い、例えばフィルム又はディスクにより覆われ、したがって、少なくとも幾分閉鎖されたシステムが形成されるようになる。この場合、例えばチャンバ4,7,13を充填したり、通気等のための所要の開口部は、付近に対する密封可能な開口部を形成するに過ぎないが、このようにするかどうかは任意である。
第3の実施形態では、反応チャンバ11は、縮尺通りには示されていない。さらに、注目されるべきこととして、個々のチャンバの容積も又、チャンバの深さに応じて大幅なばらつきがあって良い。さらに、必要ならば、当然のことながら、検査チャンバ16を第1及び第2の実施形態に従って反応チャンバ11に連結しても良い。
特に好ましくは、この実施形態とは独立して実施できる本発明の一特徴による装置1は、幾つかの、好ましくは、セグメント状のモジュールMで構成され、これらモジュールは、例えば図示していないアダプタ、又は、ホルダによりディスク形の形態に配列されるのが良い。このモジュール構造により、必要に応じて種々の検査の組み合わせが可能になる。図3は、単一のモジュールMだけを概略的に示している。
第1の実施形態の個々の特徴及び観点、第2の実施形態の個々の特徴及び観点、及び、第3の実施形態の個々の特徴及び観点も又、所望に応じて互いに組み合わせることができる。さらに、個々の特徴をこれら実施形態とは独立に、他の実施形態又は用途において使用することもできる。
特に反応チャンバ11内でのサンプル液3と希釈液8の混合は、装置1の回転を減速させたり加速することにより促進可能又は達成可能である。
装置1又はCDの直径は、好ましくは、約50〜250mmであり、特に好ましくは、約125mmである。この厚さは、好ましくは、1〜6mmであり、特に好ましくは、約3mmである。装置1は、好ましくは、適当なプラスチックから作られる。
したがって、特に、図示の実施形態の上述したチャンバ、チャネル、連結部等の微細構造体の深さ又は幅は、好ましくは、20〜1000μmであり、特に好ましくは、約200μmである。
全ての微細構造は、好ましくは、図示しておらず、透明な適当なカバーにより覆われる。受入れチャンバ4,5,13、オプションとしての収集チャンバ6,10,15又は収集チャンバ17、及び(又は)、図示していない他の通気開口部等だけが、外部に対して開口状態で作られている。かくして、蒸発損を最小限に抑えることができ、したがって、高い精度で少量の液体を使用することができる。
用いられる液体の量は、液体1種類につき約10〜2000μl(マイクロリットル)であり、好ましくは、約50〜200μl(マイクロリットル)であるに過ぎない。
対をなして割り当てられる第1の計量チャンバ5及び第2の計量チャンバ9の容積の和は、好ましくは、1〜100μl(マイクロリットル)であり、特に約10μl(マイクロリットル)である。同様なことが、反応チャンバ11及び検査チャンバ16の容積に当てはまる。具体的に説明すると、反応チャンバ11及び検査チャンバの上述の合計、及び、それぞれの容積は、同一である。
希釈液8によるサンプル液3の希釈に加えて、又は、これに代えて、任意の液体3,8、したがって、例えば、互いに反応する2種類の液体3,8の混合も又、行われるのが良い。具体的に説明すると、これは、希釈液8に代えて反応液8等であって良い。したがって、「サンプル液」及び「希釈液」という用語は、互いに異なる液体として、好ましくは、極めて一般的な意味に理解されるのが良い。
特許請求の範囲に記載された装置1及び特許請求の範囲に記載された方法では、ELISA法、又は、他の或る方法、若しくは、他の或る検査は、全ての商用分野において非常に容易に、且つ、非常に迅速に、しかも、特に非常に僅かな液体の量を用い、かくして、経済的に実施できる。さらに、液体を供給するための所要のピペット操作ステップ、又は、他のプロセスを最小限にすることが可能である。具体的に言うと、サンプル液中の被分析物質の正確な定量の形態の非常に正確な検査の実施が可能である。
縮尺通りではない第1の実施形態による特許請求の範囲に記載された装置の一部の略図である。 第2の実施形態に従って特許請求の範囲に記載された装置の一部の略図である。 縮尺通りではない第3の実施形態に従って特許請求の範囲に記載された装置の一部の略図である。

Claims (36)

  1. 特にELISA法によってサンプル液(3)を検査する装置(1)であって、
    前記サンプル液(3)を受け入れる第1の共通受入れチャンバ(4)と、
    前記第1の受入れチャンバに連結されていて、特に、圧力、及び、毛管力の少なくともいずれか1つによって前記サンプル液(3)を収容する幾つかの第1の計量チャンバ(5)と、
    希釈液(8)を収容する第2の共通受入れチャンバ(7)と、
    前記第2の受入れチャンバ(7)に連結されていて、特に圧力、毛管力、及び、遠心力の少なくともいずれか1つによって前記希釈液(8)を排他的に受け入れる幾つかの第2の計量チャンバ(9)と、
    幾つかの反応チャンバ(11)とを有し、
    前記第1の計量チャンバ(5)、及び、前記第2の計量チャンバ(9)は、容積が様々であり、前記第1の計量チャンバ(5)、及び、前記第2の計量チャンバ(9)の少なくともいずれか1つは、一対ずつ互いに割り当てられ、各対は、割り当てられた反応チャンバ(11)に連結され、前記第1の計量チャンバ(5)及び前記第2の計量チャンバ(9)にそれぞれ入れられている量の前記サンプル液(3)及び前記希釈液(8)が一対ずつ前記割り当てられた反応チャンバ(11)内に移送されて混合され、それにより、前記サンプル液(3)を種々の希釈比で希釈できるようになっている、
    ことを特徴とする装置。
  2. 前記第1の計量チャンバ(5)の容積は、特に前記第1の受入れチャンバ(4)から始まって増大し又は減少し、前記第2の計量チャンバ(9)の容積は、前記割り当てられた第1の計量チャンバ(5)の容積とは逆に、減少し又は増大するようになっていることを特徴とする、請求項1記載の装置。
  3. 一対ずつ互いに割り当てられた前記第1の計量チャンバ(5)及び前記第2の計量チャンバ(9)の容積の合計は、同一であることを特徴とする、請求項1又は2記載の装置。
  4. 前記反応チャンバ(11)のうちの少なくとも1つからの希釈状態の前記サンプル液(3)を更に希釈することができる、請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の装置。
  5. 前記第1の計量チャンバ(5)は、特に第1のチャネル(18)を介して、前記サンプル液(3)を受け入れる前記第1の共通受入れチャンバ(4)に並列に連結され、特に、前記サンプル液(3)を前記第1の計量チャンバ(5)から前記割り当てられた反応チャンバ(11)内に移す前に、前記第1のチャネル(18)を空にすることができることを特徴とする、請求項1〜4のうちいずれか一項に記載の装置。
  6. 前記第2の計量チャンバ(9)は、特に第2のチャネル(19)を介して、前記希釈液(8)を受け入れる前記第2の共通受入れチャンバ(7)に並列に連結され、特に、前記希釈液(8)を前記第2の計量チャンバ(9)から前記割り当てられた反応チャンバ(11)内に移す前に、前記第2のチャネル(19)を空にすることができることを特徴とする、請求項1〜5のうちいずれか一項に記載の装置。
  7. 第2の計量チャンバ(9)は、各々、連結部(12)を介して、割り当てられた反応チャンバ(11)に連結され、前記割り当てられた第1の計量チャンバ(5)は各々、前記割り当てられた反応チャンバ(11)に並列に連結され又は特に液体停止部(S1)を介して前記連結部(12)に並列に連結され、好ましくは、前記希釈液(8)は、前記第2の計量チャンバ(9)から前記反応チャンバ(11)内への移送の際に、前記第1の計量チャンバ(3)から前記反応チャンバ(11)内への前記サンプル液(3)の移送を支援して、特に前記液体停止部(S1)に打ち勝つために、且つ(或いは)、特に前記反応チャンバ(11)への前記第1の計量チャンバ(5)の前記連結部(12)の区分において前記サンプル液(3)と前記希釈液(8)の混合を生じさせるために、流出側における前記割り当てられた第1の計量チャンバ(5)の前記連結部又は前記液体停止部(S1)を濡らすようになっていることを特徴とする、請求項1〜6のうちいずれか一項に記載の装置。
  8. 特に圧力、遠心力及び(又は)毛管力により希釈状態のサンプル液(3)を受け入れる追加の第1の計量チャンバ(5′)が、前記反応チャンバ(11)のうちの少なくとも1つに、又は、幾つかの反応チャンバ(11)に並列に連結され、特に圧力、遠心力、及び、毛管力のうちの少なくとも1つにより、前記希釈液(8)を受け入れる追加の第2の計量チャンバ(9′)が、前記第2の受入れチャンバ(7)に連結され、収集チャンバ(10)が、希釈液(8)又は追加分の希釈液(8)のために前記第2の計量チャンバ(9)に割り当てられ、前記追加の第1の計量チャンバ(5′)、及び、前記追加の第2の計量チャンバ(9′)のうちの少なくとも1つは、容積が様々であり、前記追加の第1の計量チャンバ(5′)、及び、前記追加の第2の計量チャンバ(9′)は、一対ずつ互いに割り当てられ、各対は、割り当てられた追加の反応チャンバ(11′)に連結され、前記追加の第1の計量チャンバ(5′)、及び、前記追加の第2の計量チャンバ(9′)にそれぞれ入れられている量の前記サンプル液(3)、及び、前記希釈液(8)が一対ずつ前記割り当てられた追加の反応チャンバ(11′)内に移送されて混合され、それにより、前記サンプル液(3)を種々の希釈比で希釈できるようになっていることを特徴とする、請求項1〜7のうちいずれか一項に記載の装置。
  9. 前記追加の第1の計量チャンバ(5′)の容積は、増大し又は減少し、前記追加の第2の計量チャンバ(9′)の容積は、前記割り当てられた追加の第1の計量チャンバ(5′)の容積とは逆に、減少し又は増大するようになっていることを特徴とする、請求項8に記載の装置。
  10. 一対ずつそれぞれ割り当てられた前記追加の第1の計量チャンバ(5′)、及び、前記追加の第2の計量チャンバ(9′)の容積の合計は、同一であることを特徴とする、請求項9記載の装置。
  11. 前記装置(1)は、1種類又は2種類以上の液体(14)、例えば、試薬、特に抗体入りの液体、洗浄液、例えば、特に前記反応チャンバ(11,11′)内における自由結合部位の遮断のための遮断液、例えば、特に検出抗体に結合される酵素入りの液体、及び、例えば、基質入りの液体のうちの少なくとも1つを、特に次々に受け入れる第3の受入れチャンバ(13)を有することを特徴とする、請求項1〜10のうちいずれか一項に記載の装置。
  12. 特に前記ELISA法によってサンプル液(3)を検査する装置(1)であって、特に請求項1〜11のうちいずれか一に記載の装置(1)において、
    前記サンプル液(3)を受け入れる第1の受入れチャンバ(4)と、
    種々の液体(14)を次々に受け入れる第3の受入れチャンバ(13)と、
    前記サンプル液(3)、及び、前記種々の液体(14)を次々に供給できる幾つかの反応チャンバ(11,11′)とを有し、
    前記装置(1)は、前記液体(14)を再び受け入れる前に、その度毎に前記第3の受入れチャンバ(13)が空になるように構成されている、
    ことを特徴とする装置。
  13. 前記装置(1)は、試薬、特に抗体入りの液体、洗浄液、例えば、特に前記反応チャンバ(11,11′)内における自由結合部位の遮断のための遮断液、例え、特に検出抗体に結合される酵素入りの液体、及び、例えば、基質入りの液体のうちの少なくとも1つを、前記第3の受入れチャンバ(13)によって受け入れることができるように構成されていることを特徴とする、請求項12記載の装置。
  14. 前記反応チャンバ(11)のうちの幾つか又は全ては、圧力、毛管力、及び、遠心力のうちの少なくとも1つによって、液体(14)を次々に受け入れる前記第3の受入れチャンバ(13)に連結されていることを特徴とする、請求項11〜13のうちいずれか一項に記載の装置。
  15. 前記装置(1)は、液体(3,8,14)を受け入れるために、前記反応チャンバ(11,11′)、及び、下流側の検査チャンバ(16)、及び、収集チャネル(17)のうちの少なくとも1つに割り当てられた、少なくとも1つの収集チャンバ(15)を有することを特徴とする、請求項1〜14のうちいずれか一項に記載の装置。
  16. 前記装置は、検査チャンバ(16)を有し、前記検査チャンバは、前記反応チャンバ(11,11′)内で進行する検出反応を特に同時に停止できるように、前記反応チャンバ(11)、及び、追加の反応チャンバ(11′)のうちの少なくとも1つに割り当てられ、前記反応チャンバ(11,11′)内に入っている液体(14)は、特に、圧力、毛管力、及び、遠心力のうちの少なくとも1つによって、特に同時に前記割り当てられた検査チャンバ(16)内に移送可能であり、特に、前記反応チャンバ(11,11′)内には不動化された試薬、例えば、酵素が存在することを特徴とする、請求項1〜15のうちいずれか一項に記載の装置。
  17. 前記装置(1)は、好ましくは、丸形ディスク、例えば、CDの形態でマイクロフルイディックシステムとして設計されると共に、(或いは)、セグメント状モジュールで構成されていることを特徴とする、請求項1〜16のうちいずれか一項に記載の装置。
  18. 特にELISA法によってサンプル液(3)を検査する方法であって、
    前記サンプル液(3)を第1の共通受入れチャンバ(4)に供給し、前記受入れチャンバ(4)から幾つかの第1の計量チャンバ(5)内に中継し、
    希釈液(8)を第2の共通受入れチャンバ(7)に供給し、該受入れチャンバ(7)から幾つかの第2の計量チャンバ(9)内に中継し、
    前記第1の計量チャンバ(5)、及び、前記第2の計量チャンバ(9)のうちの少なくとも1つは、容積が様々であり、前記第1の計量チャンバ(5)、及び、前記第2の計量チャンバ(9)のうちの少なくとも1つは、一対ずつ互いに割り当てられ、前記第1の計量チャンバ(5)、及び、前記第2の計量チャンバ(9)にそれぞれ入れられている量の前記サンプル液(3)、及び、前記希釈液(8)を一対ずつ前記割り当てられた反応チャンバ(11)内に移送して混合し、それにより、前記サンプル液(3)を種々の希釈比で希釈し、次に検査する、
    ことを特徴とする方法。
  19. 前記第1の受入れチャンバ(4)から前記割り当てられた反応チャンバ(11)内への前記サンプル液(3)の供給のために、前記第1の計量チャンバ(5)が連結されている第1のチャネル(18)を、まず最初に空にし、
    その後、前記サンプル液(3)を前記第1の計量チャンバ(5)から前記割り当てられた反応チャンバ(11)内に移送し、且つ、前記第2の受入れチャンバ(4)からの前記サンプル液(3)の供給のために前記第2の計量チャンバ(9)が連結されている第2のチャネル(19)をまず最初に空にし、或いは、前記サンプル液(3)を前記第1の計量チャンバ(5)から前記割り当てられた反応チャンバ(11)内に移送し、或いは、前記第2の受入れチャンバ(4)からの前記サンプル液(3)の供給のために前記第2の計量チャンバ(9)が連結されている第2のチャネル(19)をまず最初に空にし、
    その後、前記サンプル液(3)を前記第2の計量チャンバ(9)から前記割り当てられた反応チャンバ(11)内に移送する、
    ことを特徴とする請求項18記載の方法。
  20. 連結部(12)を介する前記第1の計量チャンバ(5)から前記割り当てられた反応チャンバ(11)内への前記サンプル液(3)の移送の間、又は、移送中、前記希釈液(8)は、前記割り当てられた第2の計量チャンバ(9)から前記反応チャンバ(11)内への移送の際に前記連結部(12)を通って流れ、好ましくは、前記希釈液(8)は、前記第2の計量チャンバ(9)から前記反応チャンバ(11)内への移送の際に、前記第2の計量チャンバ(9)から前記割り当てられた反応チャンバ(11)内への前記サンプル液(3)の移送を支援して、特に前記液体停止部(S1)に打ち勝つために流出側における前記割り当てられた第1の計量チャンバ(5)の前記連結部を濡らすことを特徴とする、請求項18又は19記載の方法。
  21. 前記計量チャンバ(5,9)から前記割り当てられた反応チャンバ(11)内へのそれぞれの前記連結部(12)を介する前記サンプル液(3)、及び、前記希釈液(8)の移送中、特に前記連結部(12)内に既に存在する前記液体(3,8)を混合するために、前記サンプル液(3)を、前記連結部(12)を通って流れている前記希釈液(8)中に側方に送り込み、或いは、前記希釈液(8)を、前記連結部(12)を通って流れている前記サンプル液(3)中に側方に送り込むことを特徴とする、請求項18〜20のうちいずれか一項に記載の方法。
  22. 前記サンプル液(3)と前記希釈液(8)を、特に良好な混合のためにそれぞれの前記反応チャンバ(11)内に並行して、又は、同時に移送することを特徴とする、請求項18〜21のうちいずれか一項に記載の方法。
  23. 前記反応チャンバ(11)のうちの少なくとも1つからの前記希釈されたサンプル液(3)を更に希釈することを特徴とする、請求項18〜22のうちいずれか一項に記載の方法。
  24. 再度希釈のために、既に一度希釈された前記サンプル液(3)を反応チャンバ(11)から追加の第1の計量チャンバ(5′)に送り、前記希釈液(8)を追加の第2の計量チャンバ(9′)に送り、前記追加の第1の計量チャンバ(5′)、及び、前記追加の第2の計量チャンバ(9′)のうちの少なくとも1つは、容積が様々であり、前記追加の第1の計量チャンバ(5′)、及び、前記追加の第2の計量チャンバ(9′)のうちの少なくとも1つは、一対ずつ互いに割り当てられ、前記追加の第1の計量チャンバ(5′)、及び、前記追加の第2の計量チャンバ(9′)にそれぞれ入れられている量の前記既に一度希釈されたサンプル液(3)、及び、前記希釈液(8)を一対ずつ前記割り当てられた追加の反応チャンバ(11′)内に移送して混合し、それにより、前記既に一度希釈されたサンプル液(3)を種々の希釈比で更に希釈し、次に検査するようになっていることを特徴とする、請求項23記載の方法。
  25. 特にELISA法によってサンプル液(3)を検査する方法であって、特に請求項18〜24のうちいずれか一項に記載の方法において、
    検出反応は、前記サンプル液(3)中の被分析物質の検出のために前記反応チャンバ(11,11′)内で進行し、
    種々の液体(14)を圧力、遠心力、及び、毛管力のうちの少なくとも1つによって、共通の第3の受入れチャンバ(13)を介して、次々に前記反応チャンバ(11,11′)に送り、
    前記第3の受入れチャンバ(13)を、毛管力、及び、遠心力のうちの少なくとも1つによって、新たな液体(14)を受け入れる前に自動的に空にする、
    ことを特徴とする方法。
  26. 前記反応チャンバ(11,11′)に種々の液体(14)、例えば、試薬、特に抗体入りの液体、洗浄液、例えば、特に前記反応チャンバ(11,11′)内における自由結合部位の遮断のための遮断液、例えば、特に検出抗体に結合される酵素入りの液体、及び、例えば、基質入りの液体のうちの少なくとも1つを、好ましくは、共通の第3の受入れチャンバ(13)を介して特に圧力、毛管力、及び、遠心力のうちの少なくとも1つによって次々に供給することを特徴とする、請求項18〜25のうちいずれか一に記載の方法。
  27. 前記第3の受入れチャンバ(13)を、新たな液体(14)を受け入れる前に、その度毎に、特に、毛管力、及び、遠心力のうちの少なくとも1つによって自動的に空にすることを特徴とする、請求項26記載の方法。
  28. 前記サンプル液(3)を送る前に前記反応チャンバ(11,11′)に、好ましくは、不動化された試薬、特に、抗体を施し、特に、前記反応チャンバ(11,11′)を、好ましくは、不動化された試薬、特に抗体で被覆することを特徴とする、請求項18〜27のうちいずれか一項に記載の方法。
  29. 前記試薬の不動化後、前記反応チャンバ(11,11′)内の依然として自由な結合部位を遮断液で遮断することを特徴とする、請求項28記載の方法。
  30. 被覆及び(又は)遮断のそれぞれの後、特に一度に一回だけ、洗浄のための洗浄液を前記反応チャンバ(11,11′)中に送ることを特徴とする、請求項28又は29記載の方法。
  31. それぞれの希釈比の前記サンプル液(3)を特に圧力、毛管力、及び、遠心力のうちの少なくとも1つによって、それぞれの前記反応チャンバ(11,11′)内に送り込むことを特徴とする、請求項28〜30のうちいずれか一項に記載の方法。
  32. 或る反応時間後で、且つ、前記試薬への前記サンプル液(3)中の前記被分析物質の結合後、或いは、或る反応時間後、或いは前記試薬への前記サンプル液(3)中の前記被分析物質の結合後、前記反応チャンバ(11,11′)を洗浄し、次に、前記試薬及び前記被分析物質から成る化合物に結合する検出試薬、特に酵素入りの検出抗体を前記反応チャンバ(11,11′)内に送り込み、最終的に非結合状態の検出試薬、又は、非結合状態の酵素を再び洗い落とすことを特徴とする、請求項31記載の方法。
  33. 非結合状態の検出試薬又は非結合状態の酵素の洗い落とし後、基質を前記反応チャンバ(11,11′)内に送り込み、検出反応において前記検出試薬又は酵素により、特に酵素の作用で検出基質に改質し又は変換することを特徴とする、請求項32記載の方法。
  34. 前記反応チャンバ(11,11′)内において、前記サンプル液(3)中の被分析物質の検出のための、特に酵素的、又は、他の触媒的検出反応が進行し、そうする際、検出基質が作られることを特徴とする、請求項18〜33のうちいずれか一項に記載の方法。
  35. 前記検出反応を、それぞれの前記反応チャンバ(11,11′)内に入っている液体を好ましくは、圧力、毛管力、及び、遠心力のうちの少なくとも1つによって、前記基質及び前記検出基質と共に前記反応チャンバ(11,11′)から割り当てられた検査チャンバ(16)内に移送し、このようにして、検出反応に必要な反応の相手を分離することにより、幾つかの反応チャンバ(11,11′)内において、又は、全ての反応チャンバ(11,11′)内において、同時に停止させることを特徴とする、請求項32〜34のうちいずれか一項に記載の方法。
  36. 前記方法を特に丸形ディスク、例えば、CDの形態のマイクロフルイディックシステム、及び、好ましくは、セグメント状モジュール(M)のうちの少なくとも1つから成る構造体中で実施し、特に、プロセスシーケンスを制御する遠心力を生じさせるために、前記マイクロフルイディックシステムを、或る特定の時点で、或る特定の時間間隔で、且つ或る特定の回転速度で回転させ、或いは、或る特定の時間間隔で回転させ、或いは、或る特定の回転速度で回転させることを特徴とする、請求項18〜35のうちいずれか一項に記載の方法。
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