JP5203453B2

JP5203453B2 - 集積光学および流体制御要素を有する反応容器

Info

Publication number: JP5203453B2
Application number: JP2010507774A
Authority: JP
Inventors: フランシスクラカワー，レイモンド; ガンスケ，ロッキー; ブライアンリーダーマン，アダム
Original assignee: アクセラインク．
Priority date: 2007-05-18
Filing date: 2008-05-16
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2028-05-16
Also published as: WO2008141437A1; CN101688861B; CA2687848C; CA2687848A1; CN101688861A; US20080286858A1; US8003060B2; EP2160604A1; EP2160604A4; JP2010527443A

Description

本発明は、光学ベースのアッセイシステムと併用するための集積光学要素を有するディスポーザブルの、半再使用可能な、または使い捨て可能な反応容器に関する。

生物学的、生化学的および化学的アッセイを行う場面の多様で急速な出現とともに、最低限の訓練を受けた作業員を使い、厳しく制御されていない条件の下、高度に分散したセッティングでこれらのアッセイを行う能力がますます重要になってきている。きちんと訓練を受けた作業員はしばしば費用がかかりすぎるか、単に利用できないかのどちらかである。例えば、多くの専門医療クリニックは、現場で診断検査を提供し、より迅速な診断と治療を可能にする。今日の発展は、ウォークイン式のクリニックをサービスに追加する量販店を顧客に提供してきた。訓練された作業員を必要としない迅速な現場での検査手段は、これらの傾向を促進するであろう。米国食品医薬品局にＣＬＩＡ（化学発光免疫測定法）として分類された装置は、操作の簡易性のこのレベルの例である。防御または民生用途、水質監視などのため、遠隔地の潜在的なバイオエージェントを識別する必要性の増大は、同様の要件を有する。これらの用途のすべては、複雑なサンプル準備方法、高感度および高特異性要件、および有害であるかもしれないサンプル含有を伴う、濁ったあるいは本来不透明なサンプルを含む問題を示しているかもしれない。多くの場合、同時に複数の対象の混合物を検査することも望ましい。

上述の要件のいくつかに合致するアッセイフォーマットおよび装置は存在する。バイオアッセイ用の機械装置を用いたり、読み込んだりするのに、簡単なものとしてラテラルフロー装置が十分に確立されている。しかしながら、通常これらの装置は多くのアプリケーションに望ましい感度より低い感度である。とりわけ対象濃度が幅広く変化し、そのための基本的な分析方法が異なる複数の分析物を同時に検出することが問題とされている。様々なサンプルを扱える技術は存在するが、一般的には、最低限の訓練しか受けていない作業者や厳しい環境で用いられるには複雑すぎる。

これらの障害の多くを克服できる検出技術は、検出要素として結合分子で構成された回折パターンを利用する。この技術の今日の実施例は、ＤＩＳＰＯＳＡＢＬＥＲＥＡＣＴＩＯＮＶＥＳＳＥＬＷＩＴＨＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤＯＰＴＩＣＡＬＥＬＥＭＥＮＴＳの名称で、米国特許公報第２００５０１４８０６３号に記載されたもの、および２００６年５月９日にＡＵＴＯＭＡＴＥＤＡＮＡＬＹＺＥＲＵＳＩＮＧＬＩＧＨＴＤＩＦＦＲＡＣＴＩＯＮの名称で英語で出願された米国仮特許出願番号第６０／７９８，７１９号から優先権主張し、２００７年５月９日にＡＵＴＯＭＡＴＥＤＡＮＡＬＹＺＥＲＵＳＩＮＧＬＩＧＨＴＤＩＦＦＲＡＣＴＩＯＮの名称で出願された米国特許出願番号第１１／７９８，０３４号（米国特許公報第２００７０２６４７０７号）に記載されたもの（各々はそれら全体で参照によりここに組み込まれる）があるが、多くの利点を提供する一方、高分散化された検査のニーズに合うよう望まれる簡易性およびコンパクト性を有さない。

簡易なサンプル取得、使用の容易性、高いアッセイ感度およびサンプル収納性を提供するサンプルアッセイに、使用に経済的で簡単なアッセイチャンバを提供することは、利便性があり、それは容易に使い捨て可能であり、規格を適用しないＣＬＩＡの要件にともすれば合致しうる。

上述の問題に取り組むために、本発明はプリズム（または他の光学素子）といった光学素子を、反応チャンバ、サンプル取得手段、様々な所要の試薬用の任意の貯蔵器、廃棄物の収納、および単数または複数の分析物を検出する性能に組み込むものである。

本発明の一実施例において、使い捨て可能な反応容器が提供されており、容器は：
ａ）第１のハウジング部分と、当該第１のハウジング部分に嵌合する第２のハウジング部分と具え、前記第１および第２のハウジング部分が組み合わされてハウジングを形成する際、それらが密閉関係となるハウジングと；
ｂ）前記ハウジング内に配置される反応チャンバと；
ｃ）前記第２のハウジング部分の外側表面に一体的に形成され、前記ハウジングの内側の前記反応チャンバに隣接配置される光学素子であって、前記第２のハウジング部分が、少なくとも部分的に前記反応チャンバとの間で光を伝達する材料からなる光学素子と；
ｄ）前記ハウジングの内部に配置される廃棄物貯蔵器と、試薬およびサンプル入口を有し前記反応チャンバと前記廃棄物貯蔵器との間の第１の流路と、前記試薬およびサンプル入口と前記反応チャンバとの間の第２の流路と；
ｃ）前記反応チャンバの内側面に結合される分析物特定受容体のパターンであって、このパターン化領域が、流体を前記反応チャンバから前記第１の流路へと半径方向外側に導くよう構成される放射状に配置されたマイクロ流体チャネルのアレイによって実質的に囲まれているパターンとを具え、
ｅ）前記使い捨て可能な反応容器は分析機器と合体するよう構成され、分析物特定受容体のパターンを調べるために、前記光学素子は、光ビームを前記分析機器から前記反応チャンバへと導くよう形成され、前記光ビームは、分析物特定受容体とそれに結合される分析物の予め選択されたパターンと相互作用し、前記分析物特定受容体とそれに結合される分析物の予め選択されたパターンと相互作用する前記光ビームが、前記少なくとも一の光学素子によって前記内側面から前記分析機器に配置される検出器へと導かれる回折光ビームであることを特徴とする反応容器。

本発明の機能的で利便性のある態様のさらなる理解は、以下の詳細な説明および図面を参照することによって実現可能である。

以下は本発明に従って構成された集積光学素子を有する使い捨て可能な反応容器の例のみによる記載であり、参照は添付の図面によってなされる必要がある。
図１Ａは、反応容器の底部に一体的に形成されているプリズムを有する単一の反応チャンバにおける分析物特定パターンを有する集積光学素子を有する使い捨て可能な反応容器の斜視図である。図１Ｂは、図１Ａに示されている反応容器の反対面の斜視図である。図２は、図１Ａに示されている反応容器の要素の分解組立図であり、上部および下部ハウジング部分とキャップとが示されている。図３は、区分けされたキャップを有する下部ハウジング部分の平面図である。図４は、下部ハウジング部分の反応チャンバと、付随する流体チャネルの詳細図である。図５は、反応チャンバに隣接する下部ハウジング部分に含まれる集積光学素子の詳細図である。図６Ａは、全反射（ＴＩＲ）を用いて反応チャンバ内外への光路の実施例を例示する組み立てられた反応容器の一部分を示す光路の図である。図６Ｂは、透過表示を用いて反応チャンバ内外への光路の実施例を例示する組み立てられた反応容器の一部分を示す光路の図である。図６Ｃは、蛍光性を用いて反応チャンバ内外への光路の実施例を例示する組み立てられた反応容器の一部分を示す光路の図である。図６Ｄは、化学ルミネセンスを用いて反応チャンバ内外への光路の実施例を例示する組み立てられた反応容器の一部分を示す光路の図である。図７Ａは、アクチュエータ機構の近傍の下部ハウジング部分に設けられているキャップの概略図である。図７Ｂは、図７Ａに示されているアクチュエータ機構によって係合されたキャップの概略図である。図８は、図３に類似の下部ハウジングの平面図であるが、キャップはない。図９は、上部ハウジング部分の内部の斜視図である。図１０Ａは、下部ハウジング部分に設けられているキャップの詳細断面図である。図１０Ｂは、下部ハウジング部分に部分的に設けられているキャップの詳細断面図である。

概して、ここに記載されているシステムは、回折ベースのアッセイに用いられる集積光学および流体制御要素を有する反応容器を対象とする。求められる通り、本発明の実施例が本書に開示されている。しかしながら、開示された実施例は単なる例示にすぎず、発明は様々な代替形状で実施可能であると理解されたい。数字は必ずしも縮尺どおりではなく、いくつかの形態は特定の要素の詳細を示すのに実際よりも大きくてもよいし、最小限に抑えられてもよく、一方で、関連要素は新規な態様の妨げにならぬよう省くこともできる。したがって、本書に記載される特定の構造や機能の詳細は限定としてではなく、クレームの基礎および本発明を様々に用いる当業者に教示する代表的な原理として解釈されるものである。限定ではなく教示の目的として例示された実施例は、回折ベースのアッセイに用いられる集積光学および流体制御要素を有する反応容器へ導かれる。

本書に用いられるように、「約」という用語は、粒子の寸法範囲、あるいは他の物性または性質とともに用いられる場合、寸法の大抵の平均が満たされるが、統計学上寸法がこの範囲外に存在しうる実施例を排除せぬよう、寸法の上下限に存在しうる僅かな変化をカバーすることを意味する。本発明から、これらのような実施例を排除することを意味するわけではない。

本発明の実施例の多くは、異なる適用が可能である。以下の記載は、一実施例の例示であり限定を意味するものではない。図１Ａは、エンドキャップ１２と、透明窓１６を組み込んだ上部ハウジング部分１４とを含む反応容器１０の組立図を示す。エンドキャップ１２は、組立てられたハウジングの台に取り付け易いが、取り外しにくいようにデザインされており、任意で後述のようなアッセイを実施するための流体貯蔵器を提供してもよい。キャップ１２はスナップフィットして、一旦取り付けられると破壊せずには取り外せないようデザインされている。キャップ１２はまた、本質的に空気遮断シールを提供し、有害の可能性のある物質を反応容器から隔離する。上部ハウジングは面２６を有する。この面２６は、バーコードや電子タグ（ＲＦＩＤ）装置のような人間または機械が読み取り可能なラベルを貼付可能な実質的に平らな面である。エンドキャップ１２は、キャップ１２が正しい配置でしか設けられないよう、その配置が、臨床医にとって明白であるよう好適にデザインされている。エンドキャップ１２は、後述のハウジングの台と類似の人間および／または機械が読み取り可能なラベルを用いて、そこに密閉された液体試薬が何であるかを示すよう好適にラベルされている。

図１Ｂは、集積光学素子２０と、キーイング機構２２と、ガイドレール２４とを具える下部ハウジング１８を示す反応容器の反対側の図である。キーイング機構２２およびガイドレール２４は、メカニカルインターフェースおよび分析機器へのアライメントを提供する。

図２は、流体チャネル３０、３２、３４および３６と、廃棄物貯蔵器３８と、反応チャンバ４０とを含む反応容器１０の分解組立上面図を示している。また、図２に示されている構成要素３９は、下部ハウジング１８に組み込まれている。また、図２に示されているものは、上部ハウジング１４に組み込まれているような、図９に示されているアライメントペグ７６を受けるためのレシーバ４１である。

上部および下部ハウジング部分１４、１８は、好適には光透過性プラスチックを用いて製造されている。キャップ１２は、好適には不透明なプラスチックで製造されている。好適な材料は、ポリスチレン、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、環状オレフィンポリマ、および共重合体を含む。

図３は、試薬貯蔵器４４、４６、４８を示している設置されたキャップ１２の断面図を有する下部ハウジング１８の平面図を示しており、他方、図７Ａと７Ｂは、各々付随するピストン要素５０、５２、５４を示している。

図８は、流体貯蔵器貫通要素６２と、結合されたサンプル入口および流体貯蔵器貫通要素６４とを具える、平面図での下部ハウジング部分１８を示している。図８を参照すると、分析されるべきサンプルが、好適には毛管力を用いて、流体チャネル３２と流体接続しているサンプル入口要素６４を通って導入されている。流体チャネル３２は、下部ハウジング部分１８に配置されており、本実施例では、開チャネルセグメントであり、上部ハウジング部分１４と密閉関係にされた場合に、サンプルをサンプル入口要素６４を通して流体チャネル３２へと引き込み、そのサンプルを毛管力もまた生じさせる態様に構成される共通の流体チャネル３６へと運ぶ毛管スペースを作成するような断面および寸法の流路を形成する。共通のチャネル３６から、再び毛管力または任意で後述の活性流体輸送手段を用いて、流体がさらに反応チャンバ４０へと引き込まれてもよい。

図４を参照すると、反応チャンバ４０が、パターン化された領域７２に向かって導かれる（参照により全体として本書に組み込まれ、米国特許出願番号第１１／０２１５４５号に記載されているような）実質的に放射状のマイクロ流体チャネル７０の列を含み、いくつかの異なる流体制御特性を提供するよう構成されている。一実施例において、チャネル７０はフロー制御ゲート手段として提供され、これにより反応チャンバ４０の中およびそれを通る流体の移動速度は、所望の流体速度に制御されてもよい。代替的にチャネル７０は、マイクロ流体チャネル７０を通る流れを開始させるよう十分な追加圧力が加えられるまで、毛管力を止める手段を提供するよう配置されてもよい。放射状のマイクロ流体チャネル７０は、真っ直ぐである必要はなく湾曲していてもよく、問題は反応部位での残留時間が、マイクロ流体チャネル７０のパターンによって制御されることを理解されたい。

図５は、図４に示されているパターン素子７２の真下に配置される下部ハウジング部分１８に含まれる集積光学素子２０の詳細図である。光学素子２０は、下部ハウジング部分１８の一部として一体的に形成されるのが望ましい。光学素子２０のこの形状と幾何学的な構成は、それを伝達、反射、ＴＩＲ、蛍光などに用いるかは、光学的信号応答のモードによって選択される。好適な実施例において、光学素子２０の構成は、同時または単独で用いられる信号応答の複数のモードの使用を可能にする。ハウジング部分１８と一体化される光学素子２０は、集積光学器械のレンズを有するハウジングや、好適なプラスチックで成形されたハウジングと同じ材料から作られてもよいし、ハウジング部分１８と一体形成された異なる材料であってもよい。光学素子の形状は、光ビームが分析物特定受容体とそれに結合される分析物の予め選択されたパターンと相互作用し、分析物特定受容体とそれに結合される分析物の予め選択されたパターンと相互作用する光ビームが、光学素子によって内側面から、ハウジングが挿入される分析機器に配置される検出器へと導かれる回折光ビームである分析物特定受容体のパターンを含む反応容器の領域へと導くのに必要とされる様々な好適な形状であってもよい。

双方の配置を例示する実施例が後述される。マイクロ流体チャネル７０に存在する流体は、パターン化された領域７２から放射状に運ばれ、廃棄物導管７４に入り、それから廃棄物チャンバ３８へと運ばれてもよい。この実施例において、チャネル３０、３２、３４、３６、反応容器４０、廃棄物チャネル７４、および廃棄物チャンバ３８の構造は、チャネル構造と上部ハウジング部分１４との間の密閉関係の確立によって完成される。マイクロ流体チャネル７０は、下部ハウジング部分１８の一体型構造として製造されてもよいし、別個の挿入可能な構造（図示せず）として製造されてもよいし、あるいは上部ハウジング部分１４の一体型構造として製造されてもよい。

マイクロ流体チャネル７０によって外接された反応容器４０内は、ＭＥＴＨＯＤＡＮＤＡＰＰＡＲＡＴＵＳＦＯＲＭＩＣＲＯ−ＣＯＮＴＡＣＴＰＲＩＮＴＩＮＧの名称で、Ｃｒａｃａｕｅｒらに発行された同時継続中の米国特許番号第６，９８１，４４５号に記載されているマイクロスタンピング装置を用いて製造可能であるＭＥＴＨＯＤＡＮＤＡＰＰＡＲＡＴＵＳＦＯＲＡＳＳＡＹＦＯＲＭＵＬＴＩＰＬＥＡＮＡＬＹＴＥＳの名称で、Ｇｏｈらによって発行された米国特許番号第７，００８，７９４号、および米国特許番号第６，４３６，６５１号の光学回折バイオセンサ（これらのすべてが全体として参照によって本書に組み込まれてる）に記載されているような回折格子を構成する非ランダムなパターンで配置される分析物特定受容体からなるパターン化された領域７２であり、その内容は全体で本書に組込まれている。パターン化された領域７２を生じさせる代替的な手段を本発明から排除するものではない。このパターンは、規則的に等間隔離された平行ラインであってもよいし、それらは同時継続中の米国仮特許出願番号第０９／８１４，１６１号、第１０／２４２，７７８号、および第１１／１９６，４８３号、またはＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ−ＢａｓｅｄＤｉａｇｎｏｓｔｉｃＤｅｖｉｃｅｓの名称で、米国特許出願番号第７，２２３，５３４号に開示されているような、より複雑なパターンであってもよく、それらのすべてが全体として参照によって本書に組込まれている。このパターン素子の構成は、抗体、蛋白質、抗原、自然または合成起源のＤＮＡまたはＲＮＡ鎖；アビジン，ストレプトアビジン，ビオチン，生化修飾性質を有するよう調整された高分子材料、またはより複雑であってもよい。

信号劣化は明確に予測された操作のモードであって、既存の信号、回折、さもなければ基礎パターンによって生じたものは、対象の分析物の存在によって減少または劣化する。このような劣化は、競合する相互作用、見かけの屈折率での膨張または変化、あるいはサンプルの材料とパターン要素７２の構成物との化学相互作用から生じる一般的な形状の変化のようなパターン性質の物性変化によるパターン要素の置換から生じうる。

パターン要素７２の構成は、単一の分析物に特有の結合受容体に限定されない。複数の受容体が、対象の複数の分析物に反応して結合されてもよい。様々な分析物の存在は、検出可能な信号を生じさせる。この実施例は、物質を分類するためサンプルをスクリーンする必要がある場合、特別に使用されるものであり、一またはそれ以上の存在は、性質をさらに特定する後の分析の正当な理由となるであろう。

サンプルがパターン化された要素７２に呈されると、結合反応が生じるかもしれない。この反応は、パターン化された要素７２を形成する受容体は、回折製造配置に構成される際、ＭＥＴＨＯＤＡＮＤＡＰＰＡＲＡＴＵＳＦＯＲＡＳＳＡＹＦＯＲＭＵＬＴＩＰＬＥＡＮＡＬＹＴＥＳの名称で、Ｇｏｈらによって発行された米国特許出願番号第７，００８，７９４号に開示されているような干渉性の光のビームで検査することによって検出可能である。

図６Ａに略図で示されているように、集積光学素子２０の供給は、入射ビーム１００が反応チャンバ４０内で、全反射（ＴＩＲ）でパターン化された領域７２で衝突し、付随の機器に組み込まれ、実質的に定量化され、付随の機器（図示せず）によって任意で分析される適当な光検出器１０４のよって検出されうる少なくとも一の回折オーダービーム１０２を作り出すことができる。

図６Ａに示されている構成はまた、反応チャンバ４０内の溶液の屈折率の測定を可能にすることに留意されたい。異なる屈折率の流体は、一定指数の回折格子を併用して、格子および流体の指数間の相対的な相違による、より大きいまたはより小さい強度の異なるオーダーを生み出す。この違いは容易に定量化され、流体の屈折率を算出するのに用いることができる。

別の実施例では、図６Ｂに示されているような透過型回折プロセスが用いられてもよい。この実施例において、入射ビーム１１０は、パターン７２に衝突し、少なくとも一の回折オーダー１０６が生成されて、上部ハウジング部分１４に組み込まれた窓１６を通って伝送され、これにより付随の機器に組み込まれるフォトダイオードなどの適当な光検出器１０４による検出に利用でき、その後に定量化され、付随の機器（図示せず）によって任意で分析されてもよい。この実施例では窓１６は、原則的に、適当な波長において光学的に透明となる。代替的に、光学窓１６が半透明の構造であると、回折オーダー１０６の射出は、肉眼で見ることができる。パターン７２での回折要素が適切に選択されると、結合またはパターン破壊反応は、ＧＥＬＳＥＮＳＯＲＳＡＮＤＭＥＴＨＯＤＯＦＵＳＥＴＨＥＲＥＯＦの名称の米国特許出願番号第６，１８０，２８８号に記載されている回折オーダーの構造および／または向きで、視覚的に検出できる結果となりうる。窓１６は検出者が光の方向付けを容易にするレンズ、プリズムまたは他の光学素子を組み込んでもよい。

別の実施例では、図６Ｃに示されているように蛍光発光検出スキームが用いられてもよく、これによりパターン７２に結合される（後述される）第２の試薬は、蛍光化合物または付随の機器（図示せず）に組み込まれた光源１１２によって出射される（干渉性でも、非干渉性でもよい）光１０８の入射ビームによって感応されうる化合物を含んでもよく、特定の蛍光化合物に特有の波長を含み、おおよそ無指向性の形で変化した波長で光を再び発する。誘発された蛍光発光は、フィルタ処理された光検出器１１０によって監視されてもよく、それはフォトダイオードでもよく、付随の機器に組み込まれ、付随の機器（図示せず）によって実質的に定量化され、任意で分析されてもよい。この実施例は、フィルタ処理された光検出器１１０がハウジングの別の側に配置され、パターンを照らす光のビームと同じ側から照射された蛍光発光を検出するよう構成できることを高く評価されるであろう。

図６Ｄに示されている第４の実施例は、パターン化された要素７２に結合される適当な酵素と、概ね無指向性の光を生じさせるパターン化した要素７２に運ばれる適当な物質を用いる化学ルミネセンス反応を利用する。光は適当な検出器１２０によって監視されてもよく、それはＣＣＤまたはＰＭＴでもよく、付随の機器に組み込まれ、付随の機器（図示せず）によって実質的に定量化され、任意で分析されてもよい。図６Ｃの実施例に関して上述されるように、図６Ｄの実施例は、検出器１２０がハウジングの別の側に配置され、パターンを照らす光のビームと同じ側から照射された化学ルミネセンスを検出してもよい。

本発明の別の実施例は、図６Ｂに示されているものと基本的に類似の光学配置を用いて、反応チャンバ４０の流体の光学濃度および／または濁度の測定を可能にする。これらの測定は、光源からの回折オーダービームまたは主ビームのどちらかを用いて検出されてもよい。この実施例ではまた、流体中の粒子から生じる光散乱を計測するようにしてもよい。

上述のこれらの信号発生と検出の実施例が個別の構成として記載されているが、技術を信号検出と計量の複数同時モードのために組み合わせること、あるいは参照信号、制御などの手段として用いることに限定するものではない。さらに、光源および検出器が上述の説明例の代替として構成されてもよい。

目的のアッセイの実行中および実行後は、後述のいくつかの流体添加ステップが必要であり、様々な反応流体が反応チャンバ４０を通過する必要がある場合がある。使い捨て可能な反応容器１０は、液体が通過できるようにアッセイの実行中に利用されたすべての流体を含むのに十分な、図８に示されている廃棄物チャンバ３８を提供する。廃棄物チャンバ３８への流体の輸送は、マイクロ流体毛管チャネル（図示せず）、（後述の）アクティブポンプ手段、廃棄物チャンバ３８内のウィッキング要素（図示せず）、廃棄物チャンバ内の吸湿性ゲル、重力または外部から加えられた真空によって達成できる。このリストは典型的なもののみであり、他の手段は当業者には明白であろう。

後述の様々なアッセイタイプが、本書に開示されている実施例によってサポートされている。これらのアッセイのいくつかは、サンプルのみを用いて完結されてもよい。他のアッセイは、達成に複数の試薬および／または洗浄ステップを必要とする。一実施例は、エンドキャップ１２を組み込んでもよく、それは少なくとも一の液体試薬または緩衝液を含んでもよい。図１０Ｂはエンドキャップ１２の実施例の一般的な構成を示している。

使い捨て可能な反応容器のいくつかの実施例は、各液体貯蔵器に付随する流体排出手段を含み、そこに含まれる液体分を入口から反応チャンバ４０へと導く流路へと押し出すことができる。この流体排出手段は各々の流体貯蔵器を加圧し、そこに含まれる液体分を流路へと押し出す加圧手段を含んでもよいが、それに限定されない。この流体排出手段はまた、各液体貯蔵器に付随するピストンと、他のピストンから独立して各ピストンを動かす手段とを含むピストンアセンブリの使用を含んでもよい。実例として、キャップ１２内に３つの試薬貯蔵器４４、４６、４８が示されている。

貯蔵器は構造上、概ね円筒型であり、キャップ１２の表面構造と一体的に形成されており、各々が貯蔵器の内部と密閉関係であるピストン要素５０、５２、５４を設ける。円筒型のピストンが用いられる場合、円筒型の内部形状は貯蔵器の好適な実施例であるが、他の構造もまた可能である。ピストン５０、５２、５４は、球形のボールとして示されているが、他の構造もまた可能である。このピストンは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、合成ゴム、ポリ塩化ビニルおよび共重合体、またはそれらの混合物、フッ素重合体を含む様々なプラスチックからつくられてもよいし、適当な金属またはセラミック材をからつくられてもよい。この設けられたピストン５０、５２、５４を有する流体貯蔵器４４、４６、４８は、貫通可能なクロージャ１３２で密閉する前に、所望の緩衝液または試薬で満たされてもよい。このようなクロージャは、熱シールまたは接着手段によって保持されたフォイルやポリマフィルムを用いて実施されてもよい。

代替的に、簡易なプラグが用いられてもよく、それは貫通要素６２とサンプル入口６４とで置き換え可能である。流体貯蔵器と流路のバランスとの間の流体接続は、キャップ１２が、組み立てられた下部部分１８と上部部分１４上に完全に設置されることによって達成される。下部ハウジング部分１４は、貫通要素６２と貫通およびサンプル入口６４とともに設けられ、これらはクロージャ１３２を貫通し、流体貯蔵器と組み立てられた下部および上部の部分の流路との間の流体接続を達成するよう構成されている。貯蔵器内に含まれている流体の、組み立てられた部分の流路への移動は、ピストンを動かすことによって達成される。これらのピストン５０、５２、５４は、図７Ａ、７Ｂに略図で示されている簡易な外部作動機構１４０によって貯蔵器４４、４６、４８に対してわずかに動かされてもよい。

適当な機構は、ユーザによって手動で作動されるロッドやリンケージを含み、自動化または半自動化された直線運動装置はマイクロプロセッサおよびソフトウェア制御された直線ステッパモータを含むがこれらに限定されない。

代替的にピストンの置換は、ピストンと整列して配置されているピン１４２に対して反応容器１０を動かすことによって達成されうる。この相対的な動きは、装置を機器の適切に構成された容器内へ挿入するオペレータの行為、または自動化または半自動化された動作制御装置によって手動で達成されてもよい。ピストンと前述の作動手段との関係が、図７Ｂに概略で示されているように、ピンの長さが異なる形態で構成されている場合、ピストンの連続的な置換は、手動作動によっても容易に達成できる。この実施は、ピストン５０、５２、５４を係合すべく比較的長いまたは短いロッド１４２を組み込んでいる。本書に述べてきたように、ピン１４２は様々な手段により単独で作動させてもよい。

使い捨て可能な反応容器１０は、所望の試薬を直接入口６２、６４に運ぶ外部手段と併用されると、キャップ１２を含む試薬なしで用いられてもよい。この手段は手動または自動であってもよい。

本発明の実施例では、アッセイを完結するのに必要とされる試薬は、反応チャンバ４０へと導く流路のいずれかにおいて乾いた状態で投入されてもよい。試薬の投入は、乾燥工程へと続くインクジェット、マイクロカプセル化、直接的なピペット操作、ペーストの投入、および当業者に明白な他の手段を含むいくつかの手段によって達成されうる。アッセイ工程中、試薬を通過する流体は、試薬を水和したり、あるいは取り込んだりしたりして反応チャンバ４０へと運ぶ。このような試薬の好適な配置は、図３の配置１５０に示されている。

反応容器１０に用いられる分析可能なアッセイ形式は、固定捕捉分子へのシングルステージ直接結合、サンドイッチおよび半サンドイッチアッセイ、沈降反応、比色反応、蛍光反応、および化学ルミネセンス反応に代表されるような酵素増幅を含む様々なタイプの増幅アッセイを含む。増幅は酵素プロセスを用いることなく実施可能であることに留意されたい。例えば、蛍光化合物や蛍光粒子を用いた検出器試薬の直接的なラべリングが用いられてもよい。他のバリエーションは当業者には明白であろう。置換アッセイ形式、流体の屈折率の濁度、光学濃度の読み取りや決定は、これまでに記載されたような様々な実施例により可能となる。

対象分析物を定量化するため本発明を用いて実施されるアッセイの信号出力に適用されうる分析技術は、動態分析、信号の時間、評価項目、割当評価項目、および曲線適合を含む。

データの収集と分析は簡易な読取機器に最適であり、これは本発明により提供される流体輸送および光学的問い合わせの特性を用いて所定の一連の操作を本発明に実施するものである。所定の分析パラメータが信号出力に適用されると、単純な肯定／否定結果から正確な濃度分析に及ぶ問い合わせは、このような機器に保持される事前に設定された検定情報を用いることにより達成されうる。

本書で用いられているように、「具える」、「具えている」、「有する」および「有している」といった用語は、包括的および変更可能であり、限定的でないと解釈される。とりわけクレームを含む本明細書に用いられる場合、「具える」、「具えている」、「有する」および「有している」といった用語、およびそれらのバリエーションは特定の態様を意味し、ステップまたは要素が含まれている。これらの用語は、他の態様、ステップまたは要素の存在を排除するものではないと解釈される。

本発明の好適な実施例のこのような記載が、発明の原理を例示すべく示されてきたが、例示された特定の実施例に発明を限定するものではない。発明の範囲は、以下のクレームおよびそれらの均等物に包含されるすべての実施例によって定義されることを意図する。

Claims

使い捨て可能な反応容器であって：
ａ）第１のハウジング部分と、当該第１のハウジング部分に嵌合する第２のハウジング部分と具え、前記第１および第２のハウジング部分が組み合わされてハウジングを形成する際、それらが密閉関係となるハウジングと；
ｂ）前記ハウジング内に配置される反応チャンバと；
ｃ）前記第２のハウジング部分の外側表面に一体的に形成され、前記ハウジングの内側の前記反応チャンバに隣接配置される光学素子であって、前記第２のハウジング部分が、少なくとも部分的に前記反応チャンバとの間で光を伝達する材料からなる光学素子と；
ｄ）前記ハウジングの内部に配置される廃棄物貯蔵器と；
ｅ）前記反応チャンバと前記廃棄物貯蔵器との間の第１の流路と；
ｆ）前記ハウジングの第１の端部に配置される試薬およびサンプル入口と；
ｇ）前記試薬およびサンプル入口と前記反応チャンバとの間の第２の流路と；
ｈ）前記第１の端部上を摺動し前記ハウジング上に固定されるようその上にスナップ嵌合して漏れ止めシールを形成するような寸法および形状を有するエンドキャップであって、試薬および／または液体サンプルを保持する少なくとも一の流体貯蔵器を含み、前記少なくとも一の流体貯蔵器が、貫通可能なシール手段を含み、当該エンドキャップが前記ハウジングに取り付けられる際に、前記試薬およびサンプル入口が前記貫通可能なシール手段を貫通するエンドキャップと；
ｉ）前記反応チャンバの内側面に結合される分析物特定受容体のパターンであって、このパターン化領域が、流体を前記反応チャンバから前記第１の流路へと半径方向外側に導くよう構成される放射状に配置されたマイクロ流体チャネルのアレイによって実質的に囲まれているパターンとを具え、
ｊ）分析物特定受容体のパターンを調べるために、前記光学素子は、光ビームを前記反応チャンバへと導き、前記光ビームは、分析物特定受容体とそれに結合される分析物の予め選択されたパターンと相互作用し、前記分析物特定受容体とそれに結合される分析物の予め選択されたパターンと相互作用する前記光ビームが、前記光学素子によって前記内側面から離れる方向に向かう回折光ビームであることを特徴とする反応容器。
請求項１に記載の容器において、前記試薬およびサンプル入口は、スペースを空けて配置され、前記第２の流路は、各々サンプルまたは試薬入口に付随する分岐を含み、前記分岐は、前記反応チャンバで終端する共通の流路に収束することを特徴とする容器。
請求項１または２に記載の容器において、前記エンドキャップには、そこに密閉された前記試薬および液体サンプルが何であるかを示すラベルが貼付されていることを特徴とする容器。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の容器が、前記試薬およびサンプルを前記第２の流路へと移動させるための液体貯蔵器の各々に付随する流体排出手段を含むことを特徴とする容器。
請求項４に記載の容器において、前記流体排出手段は、前記液体貯蔵器の各々を加圧し、そこに含まれている液体分を前記第２の流路へと押し出す手段を含むことを特徴とする容器。
請求項４に記載の容器において、前記流体排出手段は、各液体貯蔵器に付随するピストンと、各ピストンを他のピストンから独立させて動かす手段とを有するピストンアセンブリを含むことを特徴とする容器。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の容器において、前記第２の流路は、そこに毛管流が生じるよう選択された寸法を有し、前記試薬およびサンプルをそれぞれの入口へ導入する際、毛管力がそれらを前記反応チャンバに向かって前記第２の流路へと引き込むことを特徴とする容器。
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の容器において、前記第１の流路は、そこに毛管流が生じるよう選択された寸法を有し、前記試薬およびサンプルは、指定の回折アッセイの後に、毛管力により前記反応チャンバ外へと引き出されて、前記廃棄物容器内に導かれることを特徴とする容器。
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の容器において、前記第１および第２のハウジング部分の少なくとも一方、または双方は、キーイング機構を含み、このキーイング機構は、前記容器とともに使用される分析機器に、機械的インターフェースおよびアライメントを提供することを特徴とする容器。
請求項９に記載の容器において、前記キーイング機構は、前記第１および第２のハウジング部分の少なくとも一方の外面に沿って延在する少なくとも一のガイドレールを含むことを特徴とする容器。
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の容器において、前記第１および第２のハウジング部分の一方、または双方は、そこに貼付されるラベルを含むことを特徴とする容器。
請求項１１に記載の容器において、前記ラベルは、人が読み取り可能なラベルおよび機械が読み取り可能なラベルの一方、または双方であることを特徴とする容器。
請求項１２に記載の容器において、前記機械が読み取り可能なラベルは、バーコードおよび無線周波（ＲＦ）識別子からなるグループから選択されることを特徴とする容器。
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の容器が、前記分析物特定受容体のパターンに結合、あるいは相互作用する蛍光化合物を含み、それらは干渉性または非干渉性の光の入射ビームによって誘発可能であり、おおよそ無指向性の態様で変化した波長で蛍光を発し、および光を再放射し、これが光検出器によって検出可能であることを特徴とする容器。
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の容器が、前記分析物特定受容体のパターンに結合、あるいは相互作用する化学発光化合物を含み、それらは干渉性または非干渉性の光の入射ビームによって誘発可能であり、おおよそ無指向性の態様で化学発光し、および光を放ち、これが光検出器によって検出可能であることを特徴とする容器。
使い捨て可能な反応容器であって：
ａ）第１のハウジング部分と、当該第１のハウジング部分に嵌合する第２のハウジング部分と具え、前記第１および第２のハウジング部分が組み合わされてハウジングを形成する際、それらが密閉関係となるハウジングと；
ｂ）前記ハウジング内に配置される反応チャンバと；
ｃ）前記第２のハウジング部分の外側表面に一体的に形成され、前記ハウジングの内側の前記反応チャンバに隣接配置される光学素子であって、前記第２のハウジング部分が、少なくとも部分的に前記反応チャンバとの間で光を伝達する材料からなる光学素子と；
ｄ）前記ハウジングの内部に配置される廃棄物貯蔵器と；
ｅ）前記反応チャンバと前記廃棄物貯蔵器との間の第１の流路と；
ｆ）前記ハウジングの第１の端部に配置される少なくとも一のサンプル入口および少なくとも一の試薬入口と；
ｇ）前記試薬およびサンプル入口と前記反応チャンバとの間の第２の流路と；
ｈ）前記第１の端部上を摺動し前記ハウジング上に固定されるようその上にスナップ嵌合して漏れ止めシールを形成するような寸法および形状を有するエンドキャップであって、各入口に付随する試薬または液体サンプルを保持する別個の流体貯蔵器と、各流体貯蔵器を密閉する貫通可能なシール手段とを含み、各入口が、前記貫通可能なシール手段を貫通するためそれに付随する貫通手段を含み、前記液体貯蔵器の少なくとも一つが、選択された試薬で予め満たされているエンドキャップと；
ｉ）前記反応チャンバの内側面に結合される分析物特定受容体のパターンであって、このパターン化領域が、流体を前記反応チャンバから前記第１の流路へと半径方向外側に導くよう構成される放射状に配置されたマイクロ流体チャネルのアレイによって実質的に囲まれているパターンとを具え、
ｊ）分析物特定受容体のパターンを調べるために、前記光学素子は、光ビームを前記反応チャンバへと導き、前記光ビームは、分析物特定受容体とそれに結合される分析物の予め選択されたパターンと相互作用し、前記分析物特定受容体とそれに結合される分析物の予め選択されたパターンと相互作用する前記光ビームが、前記光学素子によって前記内側面から離れる方向に向かう回折光ビームであることを特徴とする反応容器。
請求項１６のいずれか１項に記載の容器が、前記試薬およびサンプルを前記第２の流路へと移動させるための液体貯蔵器の各々に付随する流体排出手段を含むことを特徴とする容器。
請求項１７に記載の容器において、前記流体排出手段は、前記液体貯蔵器の各々を加圧し、そこに含まれている液体分を前記第２の流路へと押し出す手段を含むことを特徴とする容器。
請求項１７に記載の容器において、前記流体排出手段は、各液体貯蔵器に付随するピストンと、各ピストンを他のピストンから独立させて動かす手段とを有するピストンアセンブリを含むことを特徴とする容器。
請求項１６乃至１９のいずれか１項に記載の容器において、前記第２の流路は、そこに毛管流が生じるよう選択された寸法を有し、前記試薬およびサンプルをそれぞれの入口へ導入する際、毛管力がそれらを前記反応チャンバに向かって前記第２の流路へと引き込むことを特徴とする容器。
請求項１６乃至２０のいずれか１項に記載の容器において、前記第１の流路は、そこに毛管流が生じるよう選択された寸法を有し、前記試薬およびサンプルは、指定の回折アッセイの後に、毛管力により前記反応チャンバ外へと引き出されて、前記廃棄物容器内に導かれることを特徴とする容器。
請求項１６乃至２１のいずれか１項に記載の容器において、前記第１および第２のハウジング部分の少なくとも一方、または双方は、キーイング機構を含み、このキーイング機構は、前記容器とともに使用される分析機器に、機械的インターフェースおよびアライメントを提供することを特徴とする容器。
請求項２２に記載の容器において、前記キーイング機構は、前記第１および第２のハウジング部分の少なくとも一方の外面に沿って延在する少なくとも一のガイドレールを含むことを特徴とする容器。
請求項１６乃至２３のいずれか１項に記載の容器において、前記エンドキャップには、そこに密閉された前記試薬および液体サンプルが何であるかを示すラベルが貼付されていることを特徴とする容器。
請求項１６乃至２３のいずれか１項に記載の容器において、前記第１および第２のハウジング部分の一方、または双方は、そこに貼付されるラベルを含むことを特徴とする容器。
請求項２５に記載の容器において、前記ラベルは、人が読み取り可能なラベルおよび機械が読み取り可能なラベルの一方、または双方であることを特徴とする容器。
請求項２６に記載の容器において、前記機械が読み取り可能なラベルは、バーコードおよび無線周波（ＲＦ）識別子からなるグループから選択されることを特徴とする容器。
請求項１６乃至２７のいずれか１項に記載の容器が、前記分析物特定受容体のパターンに結合、あるいは相互作用する蛍光化合物を含み、それらは干渉性または非干渉性の光の入射ビームによって誘発可能であり、おおよそ無指向性の態様で変化した波長で蛍光を発し、および光を再放射し、これが光検出器によって検出可能であることを特徴とする容器。
請求項１６乃至２７のいずれか１項に記載の容器が、前記分析物特定受容体のパターンに結合、あるいは相互作用する化学発光化合物を含み、それらは干渉性または非干渉性の光の入射ビームによって誘発可能であり、おおよそ無指向性の態様で化学発光し、および光を放ち、これが光検出器によって検出可能であることを特徴とする容器。