JP5758876B2 - 集束音響エネルギーを用いたサンプルの処理方法 - Google Patents
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Description
本明細書において、以下の定義および略語が用いられる。
「乾式カップリング」という用語は、本明細書において、ソースからサンプルまで非液体物質のみを通じた、完全な音響エネルギーの伝播として用いられる。
「音響エネルギー」という用語は、本明細書において、音波エネルギー、音響波動、音響パルス、超音波エネルギー、超音波波動、超音波、衝撃波、サウンドエネルギー、サウンド波動、サウンドパルス、パルス、波動、或いはこれらの用語のすべての他の文法的な形態の用語を含むものとして用いられる。
「焦点域」および「焦点」は、本明細書において、音響エネルギーが、ターゲットまたはサンプルに打ち当たるか、またはそれに収束される領域を意味し、この場合、そのような領域が必ずしも1つの集束地点である必要はない。
本明細書において、「装置」という表現は、分子診断装置およびその他の装置を含む。装置の用途は、例えば、健康/生命科学、食品産業、獣医学的業務、および法医学的用途となり得る。
「サンプル」という用語は、本発明に係る装置で処理される分子分析用のサンプルを含むということに明確に注意しなければならない。例えば、血液、培養血液、尿、吸引物(aspirate)、水と類似した粘性のサンプル、不均一のサンプル、或いは、BAL、唾液、呼吸管吸引物、CSF、病原菌を含むブラシおよび/または綿棒などのようなキャリア上のサンプルがある。それ以外に、他の種類の物質、固体、液体、気体またはそれらの組み合わせもサンプルとなることができ、また、本発明によって集束音響エネルギーを照射することができる。
「NA」は、任意の核酸に対して用いられる。
本明細書において、「ソース」という用語は、トランスデューサという用語と同意として用いられる。さらに、本明細書中において規定されたように、音響エネルギーを放出することができる他のいずれの装置もこのようなソースに含まれる。
「伝播経路」という表現は、本明細書において、音響エネルギーが、ソースから、少なくともカプラおよびカートリッジの任意の組み合わせを介してサンプルにまで伝播される経路のことをいう。レンズのような他の要素、さらなるカプラが伝播経路内に位置することができる。それにより、伝播経路内において、このような数多くの要素の中間接触層を音響エネルギーが通過することとなる。さらにまた、音響窓またはインターフェース媒体のような他の層が含まれることもできる。
本明細書において、「減衰」という用語は、生成された音響エネルギーの強さの減少に関連する。これは、例えば、反射、吸収、回折、またはこれらの組み合わせによって発生し得るものである。
「処理」または「処理する」と言う用語は、本明細書において、集束音響エネルギーとサンプルとの相互作用を説明するために用いられる。多様な特定の方式で音響エネルギーをサンプルに集束することにより、音響化学的および/または音響物理的な反応がサンプル内で誘発され、混合、分散、撹拌、綿棒またはブラシからの溶離、液化、溶解、もしくは細胞分離のような機能を発生させる。したがって、このような「処理」の定義はまた、「前処理」と称されるプロセスの間の音響物理的および/または音響化学的な相互作用も含む。言い換えれば、「処理」は、他の機能性のうち、サンプルの「前処理」を含む。
「プロセスチャンバ」という表現は、類似の「チャンバ」および「カートリッジのチャンバ」という表現としても用いられる。
「超音波」および「超音波の」という用語は、周波数が20kHz乃至100kHzの周期的な音圧に対して用いられる。
「HiFu」という用語は、本明細書において、音響周波数が0.2MHz乃至10MHzであり、振幅が高圧衝撃波やキャビテーションを十分に生成することができるように選択された集束音響フィールドに対して用いられる。焦点域の寸法(長さおよび直径)は、ソース・トランスデューサ型(例えば、フラット状のソース・トランスデューサによる自然な合焦、または円錐状/球状のソース・トランスデューサによる強化された合焦)に依存する。上述した周波数の範囲に対する好ましい長さを表す単位は、(サブ)ミリメートルである。
システムは、(例えば、生物学的)サンプルを受け入れ、すべての種類のファクトの探知のためのすべての必要な準備段階を行い、探知を行って、さらにその探知結果を伝達する。例えば、血液またはその他の細胞のようなサンプルの分子分析のための装置を提供することができ、そのような装置は、生のサンプル、すなわち未処理のサンプルの、供給から分析結果までのすべての必要な分析段階を提供する。
本明細書において、「レンズ」という用語は、音響エネルギーを収束または発散することができる、構成要素またはシステムとして用いられる。生成された音響エネルギーの電波特性に影響を及ぼしうるすべての物質が、「レンズ」という用語に含まれる。
本明細書において、音響エネルギーの伝播経路は、ソース、フルソリッドカプラ(full solid coupler)およびカートリッジのような幾つかの要素で構成される。伝播経路の異なる要素が互いに物理的に接触する転移部または領域を説明するために、インターフェースおよびインターフェース媒体という用語が用いられる。例えば、カプラがカートリッジと物理的に接触すると、カプラのインターフェース媒体は、カプラのカートリッジと接触するよう領域で用いられた物質のことをいう。
カプラという用語は、本明細書において、音響エネルギーの伝播経路の一部であり、また他の要素と共にソースからカートリッジまで音響エネルギーを伝播する要素を称するために用いられる。
本明細書において、「ソリッドゲル」は、ゲル形成物質のみを含む。これは、完全にソリッドであり、また同時にゲルである。ソリッドゲルの範囲内において、液体物質は完全に排除される。それにより、ソリッドゲルを用いるとき、水またはヒドロゲルは排除される。したがって、「ゲル」という用語は、本明細書において、「ソリッドゲル」という用語と類似に用いられる。
第一に、80℃またはそれより高い温度の水が用いられると、噴出部が消える。第二に、20%のデューティーサイクルにおいて、0W乃至65Wのピーク電力(平均13Wの電力)の場合、クリッピング時間が120秒よりももっと多く移動する。90Wのピーク電力(平均16W電力)の場合、クリッピング時間は10秒に減少された。
101 サンプル
102 機器
103 カートリッジ
104 フルソリッドカプラ
105 ソース
106 伝播経路
107 音響窓
108 フレキシブルな材料
109 レンズ
110 チャンバ
111 探知ユニット
112 処理プロトコルを調整するためのプロセッサ
113 データプロセッサ
114 ディスプレイ
115 底部分
900 ヒットシンク
901 ハウジングリング
902 追加のリング
903 ホイルクランプ
1000 乾式カップリングに対する組み合わせ可能性の概観
1001 ソリッドカプラの構成
1002 金属レンズポリマーカプラの構成
1003 ポリマーカプラの構成
1004 圧電唯一構成(前記圧電は粗さ表面を改善するための薄いポリマー層を具備する)
1005 金属レンズ構成
1100 乾式カップリング生成のための組み合わせ可能性に対する具体的な概観
1101 フルソリッドカプラがカートリッジの一部ということを表す列
1102 フルソリッドカプラが機器の一部ということを表す列
1103 レンズおよびソース(曲線型ソース)の機能性を組み合わせる要素
1104 フルソリッドカプラが要素から物理的に分離されたことを表す列
1500 集束音響エネルギーを生成するために用いられる電子装置
1600 1つの単一ソースにより1つの単一チャンバ内において、前処理、インキュベーションおよび溶解を適用するための可能な処理プロトコル
1601 プロトコルの前処理部分
1602 プロトコルの溶解部分
1603 HiFu前処理
1604 混合
1605 インキュベーション
1606 HiFu溶解
1607 フィルタリング
1608 探知されるターゲット物質を含むサンプル
1609 第1の前処理試薬
1610 第2の前処理試薬
1611 第3の前処理試薬
1612 第1の溶解試薬
1613 抽出試薬
1700 多焦点性セットアップ
1701 サンプル上側の空気体積
1702 第1の焦点域
1703 第2の焦点域
1800 ハイブリッドレンズ
1801 ハイブリッドレンズの第1の放出区域
1802 ハイブリッドレンズの第2の放出区域
1803 ハイブリッドレンズの第3の放出区域
1900 第1の焦点域
1901 第2の焦点域
1902 第3の焦点域
1903 異なる粗さの区域を有するソース105の平面図
1904 ソースの第1の粗さ区域
1905 ソースの第2の粗さ区域
S1 機器提供ステップ
S2 カートリッジ提供ステップ
S3 フルソリッドカプラ提供ステップ
S4 音響エネルギーの生成のためのソース提供ステップ
S5 カートリッジを機器内に挿入するステップ
Claims (16)
- サンプルを処理するために集束音響エネルギーによりサンプル(101)を照射するための装置(100)において、
機器(102)と、カートリッジ(103)と、フルソリッドカプラ(104)と、音響エネルギーの生成のためのソース(105)とが設けられており、
前記カートリッジは、サンプル収納のためのチャンバ(110)を具備し、
前記フルソリッドカプラは、前記ソースと前記カートリッジとの間で音響エネルギーの伝播を生じさせ、
前記カートリッジが前記機器内に挿入可能となるよう、前記機器および前記カートリッジが構成されており、
前記カートリッジおよび前記機器は分離可能であり、
前記集束音響エネルギーは集束超音波(HiFu)であり、
前記カートリッジを前記機器内に挿入することにより、前記ソースから前記サンプルに音響エネルギーを伝達するための伝播経路(106)が形成されるよう、前記機器および前記カートリッジが組み合わせられて整列され、前記伝播経路は非流体物質のみから成り、
前記伝播経路は音響インピーダンスの勾配を有し、該勾配は、前記ソースから前記サンプルまでの方向に沿って単調に減少する、
ことを特徴とする装置。 - 前記フルソリッドカプラは、ソリッドゲル、ゴム、弾性ホイル、ポリマーベースの材料、熱可塑性ポリマー、金属、半導体、セラミックス、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、アルミニウム、および、これらの材料の積層体を含むグループより選択される材料を含む、請求項1記載の装置。
- 前記カートリッジは音響窓(107)を有しており、該音響窓は、フレキシブルな材料(108)で製造され、前記カートリッジを前記機器内に挿入することにより、前記フルソリッドカプラが前記音響窓と物理的に接触される、請求項1または2記載の装置。
- 前記フルソリッドカプラは、音響窓(107)と接触するための第1の接触表面を具備し、
前記カートリッジは、前記音響窓と接触するための第2の接触表面を具備し、
前記第1の接触表面、第2の接触表面および音響窓のうちのいずれか1つ以上が、2マイクロメートル未満の表面粗さ値を有する、
請求項3記載の装置。 - さらに、生成された音響エネルギーをサンプルにフォーカシングするためのレンズ(109)が設けられており、
前記レンズは、ソースとカートリッジとの間に位置した、物理的に分離された要素であるレンズ、ソースの一部であるレンズ、レンズであるフォーカシング形状を有するソース、集束音響エネルギーを提供するソースのアレイ、カートリッジの一部であるレンズ、およびこれらの組み合わせを含むグループより選択される、
請求項1乃至4のいずれか1項記載の装置。 - さらに、生成された音響エネルギーをサンプルにフォーカシングするためのレンズ(109)が設けられており、
前記レンズは、熱可塑性ポリマーで製造されたレンズ、金属レンズ、セラミックレンズ、ポリプロピレンレンズ、ポリメチルペンテンレンズ、アルミニウムレンズ、ハイブリッドレンズ、およびこれらの組み合わせを含むグループより選択される、
請求項1乃至4のいずれか1項記載の装置。 - 前記カートリッジの1つの単一チャンバ内で、集束音響エネルギーによりサンプルに前処理および溶解が適用され、
前記前処理は、試薬との混合、循環、綿棒からの細胞、病原菌およびマトリックスの放出、ブラシからの細胞、病原菌およびマトリックスの放出、液化、常温または高温で試薬を用いたサンプルのインキュベーション、振とう、混合;撹拌、抽出、NA抽出、フロー生成、サンプルのホモジナイゼーション、遠心分離、およびこれらの任意の組み合わせを含む群より選択された手順であって、
前記溶解は、試薬との混合、循環、微生物の溶解、常温または高温で試薬を用いたサンプルのインキュベーション、およびこれらの任意の組み合わせを含む群より選択される手順である、
請求項1乃至6のいずれか1項記載の装置。 - 前記装置は、2つ以上の互いに異なる焦点域をサンプルにおいて生成するように構成される、請求項1乃至7のいずれか1項記載の装置。
- 前記2つ以上の互いに異なる焦点域は、複数のソース、単一ソースとハイブリッドレンズ、互いに異なる粗さの区域を有する1つの単一ソース、およびソースの互いに異なる位置で、互いに別々で励起される1つの単一ソース、並びにこれらの任意の組み合わせを含む群より選択される要素によって生成される、請求項8記載の装置。
- 前記装置は、抽出ユニットと、核酸増幅ユニットと、試薬貯蔵ユニットと、探知ユニットと、サンプルに対する測定を適用するための探知ユニット(111)のうちのいずれか1つ以上をさらに含み、
前記探知ユニットは、光学的測定、磁気測定、熱的測定、電気的測定、化学的測定、音波測定、およびこれらの任意の組み合わせを含む群より選択された、サンプルに対する1つ以上の測定を適用するためのものであって、
前記集束音響エネルギーをサンプルに照射することが、サンプルの処理を誘導する、
請求項1乃至9のいずれか1項記載の装置。 - 前記フルソリッドカプラはポリマーベースの材料で製造され、該ポリマーベースの材料は、Tg≧−30℃のガラス転移温度Tgを有する、請求項1乃至10のいずれか1項記載の装置。
- サンプルを処理するために集束音響エネルギーでサンプル(101)を照射するための機器(102)において、
音響エネルギーの生成のためのソース(105)と、フルソリッドカプラ(104)とが設けられており、
該機器は、サンプルを含み、かつ該機器から分離可能なカートリッジ(103)を収納するように構成され、
前記カートリッジが該機器内に挿入された時、前記フルソリッドカプラは、前記ソースと前記カートリッジとの間で音響エネルギーの伝播を生じさせ、
前記カートリッジを前記機器内に挿入することにより、前記ソースから前記サンプルに音響エネルギーを伝達するための伝播経路(106)が形成されるよう、前記機器および前記カートリッジが組み合わせられて整列され、前記伝播経路は非流体物質のみから成り、
前記伝播経路は音響インピーダンスの勾配を有し、該勾配は、前記ソースから前記サンプルまでの方向に沿って単調に減少する、
ことを特徴とする機器。 - 前記機器は、サンプルを含み、かつ前記機器から分離可能なカートリッジ(103)を収納し、さらに前記機器および収納されたカートリッジが、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の装置(100)を成す、請求項12に記載の機器。
- サンプル(101)を処理するために、ソース(105)により生成された集束音響エネルギーをサンプルに照射するための機器(102)のためのカートリッジ(103)において、
サンプルを収納するためのチャンバ(110)と、フルソリッドカプラ(104)とが設けられており、
前記カートリッジは、機器内に挿入されるように、かつ前記機器から分離可能となるように構成され、
前記カートリッジが機器内に挿入された時、前記フルソリッドカプラは、前記ソースと前記カートリッジとの間で音響エネルギーの伝播を生じさせ、
前記カートリッジを前記機器内に挿入することにより、前記ソースから前記サンプルに音響エネルギーを伝達するための伝播経路(106)が形成されるよう、前記機器および前記カートリッジが組み合わせられて整列され、前記伝播経路は非流体物質のみから成り、
前記伝播経路は音響インピーダンスの勾配を有し、該勾配は、前記ソースから前記サンプルまでの方向に沿って単調に減少する、
ことを特徴とするカートリッジ。 - 前記カートリッジは、前記機器内に挿入することができ、前記機器および挿入されたカートリッジは、請求項1乃至11のいずれかに記載の装置(100)を成す、請求項14に記載の機器のためのカートリッジ。
- サンプルを処理するために、集束音響エネルギーをサンプルに照射する方法において、
機器を準備するステップ(S1)と、
カートリッジを準備するステップ(S2)と、
フルソリッドカプラを準備するステップ(S3)と、
音響エネルギーを生成するためにソースを準備するステップ(S4)と、
前記カートリッジを前記機器内に挿入するステップ(S5)とを含み、
前記カートリッジは、サンプルを収納するためのチャンバを具備し、
前記カートリッジを前記機器内に挿入することにより、前記ソースと前記カートリッジとの間に音響エネルギーの伝播が生じ、
前記カートリッジおよび前記機器は分離可能であり、
前記カートリッジを前記機器内に挿入することにより、前記ソースから前記サンプルに音響エネルギーを伝達するための伝播経路(106)が形成されるよう、前記機器および前記カートリッジが組み合わせられて整列され、前記伝播経路は非流体物質のみから成り、
前記伝播経路は音響インピーダンスの勾配を有し、該勾配は、前記ソースから前記サンプルまでの方向に沿って単調に減少する、
ことを特徴とするサンプルの照射方法。
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