JP5758877B2 - 生体分析試料室の保護 - Google Patents

Description

関連出願とのクロスリファレンス
本願は、２００９年４月１５日に出願された欧州特許出願第０９１５７９７２号明細書の優先権を主張し、その開示内容は引用により全体が本明細書に記載されたものとする。

発明の分野
本発明は、生体分析処理及び分析を行うための装置に関する。特に、本発明は、生体分析反応装置及び生体分析反応装置のカートリッジに関する。カートリッジは、生物学的試料を貯蔵するための少なくとも１つの試料室を有しており、生体分析反応装置が処理及び分析することができる。

発明の背景
生体分析反応の一つの例はＤＮＡポリメラーゼ連鎖反応である。ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）は、核酸塩基配列の増幅及び検出を可能にする技術である。この技術は、ほんの少し例を挙げれば、ＤＮＡ塩基配列分析、遺伝子突然変異の検出、ウイルス感染症の診断を含む様々な用途を有している。ＰＣＲにより、ＤＮＡの特定の対象塩基配列若しくは鎖を指数関数的に増幅させることができる。ポリメラーゼ連鎖反応は、試料を加熱することによる目標変成の反復したサイクル、低温におけるプライマーアニーリング、及び僅かにより高い温度におけるポリメラーゼ媒介拡張を含む。最後のステップにおいて、ＤＮＡポリメラーゼは、ＤＮＡテンプレート鎖に対して相補的な新たなＤＮＡ鎖を合成する。最適な条件下では、ＤＮＡ対象鎖の量は二倍になる。

ＰＣＲの他に、別の生体分析反応、例えば、リガーゼ連鎖反応が知られている。より一般的には、複数のインポート生体分析方法は、試料の温度を制御された形式で変化させることに依存する。従って、これらの方法の自動化が求められている。

複数の機械的な自動化された生体分析反応装置が当該技術分野において知られている。ある装置は、生物学的試料を貯蔵するためのカートリッジを使用し、これにより、１つのカートリッジにおける１つ又は２つ以上の生物学的試料を一時的に貯蔵することができる一方で、別のカートリッジにおける生物学的試料を生体分析反応装置において処理することができる。オペレータは、装置から一方のカートリッジを取り外し、別のカートリッジを装置に挿入するだけでよい。

このようなカートリッジは、様々なインターフェース、例えば、カートリッジ内の試料を加熱するための１つ又は２つ以上のインターフェース及び反応結果を光学的に読み取るための１つ又は２つ以上のインターフェースを有しており、反応結果は、例えば、試料のある色によって又はある照明物質によって示される。

より具体的には、処理される試料はカートリッジ内の１つ又は２つ以上の室に貯蔵される。概して、インターフェースは、室のうちの１つ室の壁部によって提供されており、このインターフェースを介して試料を加熱又は分析することができる。光学的な読取りを行わなければならない場合、室は、インターフェースとして透明な壁部を必要とする。

発明の概要
このようなインターフェースが損傷されたり、汚れたりする恐れがあることは問題である。特に、オペレータがこのようなカートリッジを取り扱う場合、オペレータがインターフェースの位置においてカートリッジに触れる可能性がある。薄い壁部の形態のインターフェースは、指によって加えられる力によって既に損傷される恐れがある。また、このようにして汗又は皮脂がインターフェースに堆積する恐れがある。損傷された又は汚れたインターフェースは、カートリッジからの漏れ又は光学的検出の誤りを生じる恐れがある。

本発明の目的は、安全かつ単純なカートリッジを提供することである。

発明の典型的な実施の形態によれば、生体分析反応装置のためのカートリッジが提供され、このカートリッジは、試料のための少なくとも１つの試料室を有しており、少なくとも１つの試料室は壁部を有しており、この壁部を通じて試料を生体分析反応装置によって処理又は分析することができ、カートリッジは、ハウジング及びプラットフォームを有しており、プラットフォームは少なくとも１つの試料室を有しており、プラットフォームはハウジングに可動に結合されており、プラットフォームは、壁部がハウジングによって保護される収容位置と、壁部がハウジングの外側に位置する延長位置との間を可動である。

このようなカートリッジは、カートリッジ及び生体分析反応装置の構造的設計を必要以上に複雑化することなく損傷又は汚染されることから保護されている。

「カートリッジ」は、生体分析反応装置と結合することができる全ての種類の装置に対して用いられる。例えば、カートリッジは、ホルダ、マガジン、カセット又はキャリヤであってよい。

少なくとも１つの試料室は、カートリッジから延長させることができるプラットフォーム（又はディスク又はキャリヤ）に配置されている。収容位置において、試料室はカートリッジのハウジング内に位置している。その結果、室は、損傷を受けたり、汚れたりすることから保護されている。使用のために、プラットフォームは、生体分析反応装置のヒータ及び光センサと対面することができるように、カートリッジから延長させられる。

少なくとも１つの試料室の壁部は、加熱インターフェースであることができるか、又は壁部が半透明（少なくともある波長に対して）であるならば、ヒータ又は光センサ等の生体分析反応装置の構成部材と対面するための光学的なインターフェースであることができる。

別の典型的な実施の形態によれば、少なくとも１つの試料室が、少なくとも１つの試料室を充填するためのチャネルに接続されており、このチャネルが作動手段の近傍において終わっているようなカートリッジが提供される。

近傍とは、以下の間隔、つまり０．１５ｍｍ、０．１０ｍｍ、０．５ｍｍのうちの１つの長さに関連すると理解されてよい。

少なくとも１つの試料室は、少なくとも１つの試料室に流体、例えば、試料が溶解された溶液を充填し、かつこの流体を少なくとも１つの試料室から排出するためのチャネルに接続されている。チャネルの代わりに、ライン、管又はホース等の、一箇所から別の箇所へ流体を案内するための全ての手段を使用することができる。チャネルの一方の端部は、生体分析反応装置のラインに接続することができ、生体分析反応装置は、流体をラインに沿って試料室へ圧送することができる。チャネルの端部は、カートリッジの流体インターフェースの一部である。

チャネルの端部を作動手段の近傍に配置することは、プラットフォームを移動させるための機械的な接続部と流体接続部とを、カートリッジの１つの構成部材に一体化することができるという利点を有する。

別の典型的な実施の形態によれば、チャネルの一部が作動手段内に配置されているようなカートリッジが提供される。チャネルは、プラットフォームを回転させるための軸又はプラットフォームを移動させるためのスピンドルに配置されていてよい。これは、カートリッジの機械的な接続部と流体接続部とを一体化する１つの可能性である。さらに、少なくとも１つの試料室はプラットフォームの位置とは無関係に充填されてよい。

別の典型的な実施の形態によれば、壁部がプラットフォームの第１の側に配置されており、プラットフォームが、第１の側と反対の第２の側を有しており、延長位置におけるプラットフォームが、第１の側及び第２の側から、試料を処理又は分析するための生体分析反応装置によってアクセス可能であるような、カートリッジが提供される。少なくとも１つの試料室内の試料は、プラットフォームの２つの側から同時に処理又は分析されてよい。

別の典型的な実施の形態によれば、プラットフォームが延長位置にあるカートリッジの少なくとも１つの寸法が、プラットフォームが収容位置にあるカートリッジのこの寸法よりも大きいカートリッジが提供される。従って、プラットフォームが収容位置にあるカートリッジを容易に貯蔵することができる。

別の典型的な実施の形態によれば、プラットフォームがハウジングに回転可能に結合されているようなカートリッジが提供される。好適には、作動手段は軸であり、プラットフォームは、回転軸線を中心にしてプラットフォームを回転させるために軸に結合されている。より好適には、軸はハウジングに設けられた開口まで延びている。このように、プラットフォームを回転させるためにカートリッジへの生体分析反応装置のアクチュエータの機械的な接続を、容易に確立することができる。さらに、ハウジングに設けられた開口は、軸のための、ひいてはプラットフォームのための案内を提供してよい。

択一的に、別の典型的な実施の形態によれば、プラットフォームがハウジングに摺動可能に結合されているようなカートリッジが提供される。作動手段は、プラットフォームを収容位置から延長位置へ並進移動させるためのスピンドルであってよい。

別の典型的な実施の形態によれば、プラットフォームが板の形態を有しており、この板は、収容位置において、ハウジングの第１の壁部と第２の壁部との間に配置されるようなカートリッジが提供される。板の形態のプラットフォーム、すなわち、それぞれ異なる方向の２つの他の寸法よりも著しく小さな１つの寸法を備える構成部材に、２つ以上の試料室を設けることができ、全ての試料室は生体分析反応装置によって容易にアクセス可能である。

別の典型的な実施の形態によれば、少なくとも１つの試料室の壁部が薄いカートリッジが提供される。断熱性を最小限にするために、壁部は薄くてよく、例えば、高い熱伝導率を有する箔であることができる。ここでは、薄い壁部とは、約２００μｍ未満の厚さを有する壁部を意味する。薄い壁部は、少なくとも１つの試料室の光学的インターフェースの透明度も最適化してよい。

別の典型的な実施の形態によれば、少なくとも１つの試料室が、薄い壁部を形成する箔又は薄い層によって被覆されている、プラットフォームに設けられた開口によって形成されているようなカートリッジが提供される。

発明の別の態様は、カートリッジのプラットフォームを延長及び収容するためのアクチュエータを有する、カートリッジを収容するためのスロット若しくはレセプタクル（収容部）を有する生体分析反応装置である。アクチュエータはステップモータであってよい。

別の典型的な実施の形態によれば、少なくとも１つの試料室を充填するための貯蔵部を有する生体分析反応装置が提供され、貯蔵部は、プラットフォームを移動させるための作動手段を備えたアクチュエータの機械的な接続部において終わったラインに沿って少なくとも１つの試料室と接続可能である。機械的な接続部内には、カートリッジへ生体分析反応装置の流体接続部が設けられていてもよい。生体分析反応装置の流体インターフェース若しくは流体接続部と、機械的な接続部とは、１つの構成部材において一体化されている。

別の典型的な実施の形態によれば、スロットにおけるカートリッジの存在、正確な挿入、又はそれら両方を検出するためのカートリッジ存在センサを有する生体分析反応装置が提供される。カートリッジがスロットに存在する時にだけ、生体分析反応装置は、試料室を充填するためのラインを操作すべきである。さもなければ、流体が、生体分析反応装置の内部を汚染する恐れがある。

別の典型的な実施の形態によれば、カートリッジ存在センサがスロットにおけるカートリッジの存在を検出した時にアクチュエータがプラットフォームを延長位置へ移動させるようになっている生体分析反応装置が提供される。

発明のこれらの態様及びその他の態様は、以下に説明される実施の形態から明らかになり、以下に説明される実施の形態に関連して説明される。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に関連してより詳細に説明される。

収容位置におけるプラットフォームを備えた生体分析反応装置のためのカートリッジを示す斜視図である。 延長位置におけるプラットフォームを備えた、図１のカートリッジを示す斜視図である。 図２のプラットフォームの一部を示す概略的な断面図である。 図２のプラットフォームを示す概略的な上面図である。 生体分析反応装置の機能的な構成部材の概略図である。

実施の形態の詳細な説明
図１は、生体分析反応装置のためのカートリッジ１０の斜視図である。カートリッジ１０は、上側カバー若しくは上側壁部１４と、下側カバー若しくは下側壁部１６とを具備するハウジング１２を有している。「上側」及び「下側」は、単純にするために使用されており、これに限定しようとするものではない。例えば、カートリッジ１０は、図示された向きではなく、直立した向きで生体分析反応装置に挿入されてもよい。

図１は、収容位置におけるプラットフォーム３０を示している。プラットフォーム３０は、作動手段としての軸３２を介してハウジング１２に回転可能に結合されている。軸３２は、上側カバー１４に設けられた開口３３によって案内されている。回転軸線Ａを中心にして軸３２を回転させることにより、プラットフォーム３０をカートリッジ１０のハウジング１２から延長させることができる。

図２は、延長位置におけるプラットフォーム３０を備えたカートリッジ１０の斜視図を示している。プラットフォーム３０は、上側カバー１４と下側カバー１６との間においてハウジング１２に設けられたスリット１８を通って、ハウジング１２から延出している。回転軸線Ａを中心とする反対方向での軸３２のさらなる回転により、プラットフォーム３０を再びハウジング１２に収容することができる。収容位置において、プラットフォーム３０は、損傷されたり、汚れたりすることから保護されている。延長位置において、プラットフォーム３０には、生体分析反応装置のヒータ又はセンサ等のアクチュエータがアクセスすることができる。

さらに、図２には、プラットフォーム３０が５つの試料室３４を有することが示されている。

図３は、プラットフォーム３０の部材の概略的な断面図を示している。特に、図面の左側は試料室３４の断面図を示しており、図面の右側は、回転軸線Ａの近傍の断面図を示している。

プラットフォーム３０は、プラスチックから形成された板３８を有している。各試料室３４のために、板３８には開口３６が設けられている。板３８の一方の第１の側には、第１の箔若しくは上側の箔４０が取り付けられている。例えば、上側の箔４０は板３８に接着されていてよい。図示された実施の形態において、上側の箔４０は約１００μｍの厚さを有している。開口３６の領域において、上側の箔４０は試料室の薄い壁部を形成しており、この薄い壁部は、試料室３４の加熱インターフェース４４である。加熱源又は冷却源が、加熱インターフェース４４の領域において試料室３４の外側に配置されている場合、熱は、試料室３４の内部に伝達されるか又は試料室３４の内部から出てくる。

第１の側と反対の、板３８の他方の第２の側には、半透明材料の第２の箔若しくは下側の箔４２が取り付けられている。下側の箔４２は、板３８に接着されているか又は別の形式で結合されていてよい。また、下側の箔４２は約１００μｍの厚さを有している。開口３６の領域において、下側の箔４２は、試料室３４の光学的なインターフェース４６を形成している。この領域において、光は半透明の下側の箔４２を透過することができる。試料室の内部からの光は、試料室３４の光学的インターフェース４６の近傍に配置された光センサによって検出することができる。

さらに、図３は、板３８の表面における溝又は切欠によって形成された、上側の箔４０によって被覆された第１のチャネル４８を示している。同様に、試料室３４を、軸３２内の第３のチャネル５２に接続する第２のチャネル５０が形成されている。

プラットフォーム３０に試料室３４及びチャネル４８，５０，５２を形成する他の可能性も存在する。例えば、プラットフォーム３０は、鏡面対称の、２つの部材が互いに結合された時に試料室とチャネルとを形成する開口及び溝を有する、２つの部材から製造されていてよい。さらに、板３８にピットを設けることも可能である。ピットを被覆する箔又は薄い層を備えて、試料室を板に形成することができる。この場合、このような試料室は１つのインターフェースだけを有している。

プラットフォーム３０の概略的な上面図である図４から、試料室３４が、チャネル４８，５０を介して、回転軸線Ａの近傍において軸３２に形成されたチャネル５２と流体流通可能に接続されていることが示されている。チャネル４８及び５０に沿って、各試料室３４に、溶液、例えば分析及び増幅されるＤＮＡ断片を含有する溶液を充填することができる。また、チャネル４８，５０を通じて、ガス、例えば空気、又は他の溶液又は水等の液体を試料室３４に導入することによって、試料室３４を空にすることができる。

チャネル５２を備えた軸３２は、プラットフォーム３０の流体インターフェース５４である。

流体インターフェース５４は回転軸線Ａの近傍にあるので、プラットフォーム３０を回転させるための生体分析反応装置の機械的な接続部を介してアクセスすることができる。従って、機械的な接続部と流体接続部とは組み合わされ、カートリッジ１０と生体分析反応装置との間の多数の接続部が減じられる。

図５は、生体分析反応装置６０の概略図を示している。生体分析反応装置６０は、カートリッジ１０を収容するためのスロット６２を有している。軸３２に回転可能に結合されたアクチュエータ６４、例えばステップモータにより、プラットフォーム３０をカートリッジ１０から延長位置へ延長させ、収容位置へ戻すことができる。図５は、延長位置におけるプラットフォーム３０を示している。流体ライン７０は、機械的な接続部６６と組み合わされた入口及び出口と接続されている。入口及び出口は、軸３２に形成された個々の対応部分に結合する。ポンプ及び貯蔵機構６８は、プラットフォーム３０における試料室３４を充填することができる。生体分析反応装置は、試料室３４内の試料をプラットフォーム３０の第１の側から加熱するための１つ又は２つ以上のヒータ７２と、試料室３４の内部から放出された光をプラットフォーム３０の第２の側から分析するための１つ又は２つ以上の光センサ７４とを有している。

制御ライン７８を介してアクチュエータ６４と、ポンプ及び貯蔵機構６８と、ヒータ７２及び光センサ７４とに接続された制御装置７６によって、生体分析反応装置６０は、試料室における試料の分析及び処理を、自動化された形式で制御することができる。例えば、生体分析反応装置６０は、上述のＰＣＲ法を行うことができる。

さらに、生体分析反応装置６０は、プラットフォーム３０の延長及び収容を、自動化された形式で制御することができる。オペレータがカートリッジ１０をスロット６２に挿入すると、機械的なセンサ８０はカートリッジ１０の存在を検出する。択一的に、検出を光センサによって行うことができる。この入力を利用して、制御装置７６は、プラットフォーム３０を延長位置へ回転させるようにアクチュエータ６４に命令する。その後、試料室に種々異なる溶液を充填したり、試料室３４を加熱したり、試料室３４からの光を分析したりといった複数の処理を制御装置７６によって行うことができる。処理及び分析が行われると、制御装置７６は、プラットフォーム３０を再び収容位置へ回転させるようにアクチュエータ６４に命令し、オペレータは生体分析反応装置６０からカートリッジ１０を取り出すことができる。

発明は、図面及び前記説明において詳細に例示及び説明されているが、このような図示及び説明は、例示的又は典型的であると考えるべきであり、制限的であると考えるべきではない。発明は、開示された実施の形態に限定されない。開示された実施の形態のその他の変更例は、図面、開示、及び添付の請求の範囲を見当することから、請求項に記載の発明を実用化する当業者によって理解及び実施することができる。請求項において、「含む」は、その他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞"ａ"又は"ａｎ"は複数を排除しない。一つのプロセッサ又は制御装置又はその他のユニットは、請求項に記載された複数のアイテムの機能を満たしてよい。ある手段が互いに異なる従属請求項に引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示していない。請求項１におけるあらゆる参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

Claims (9)

1. 生体分析反応装置（６０）のためのカートリッジ（１０）において、該カートリッジ（１０）が、試料のための少なくとも１つの試料室（３４）を有しており、該少なくとも１つの試料室（３４）が壁部を有しており、該壁部を通じて試料を生体分析反応装置（６０）によって処理又は分析することができ、
   前記カートリッジ（１０）が、ハウジング及びプラットフォーム（３０）を有しており、該プラットフォーム（３０）が少なくとも１つの試料室（３４）を有しており、
   前記プラットフォーム（３０）が、作動部材を介して前記ハウジングに可動に結合されており、作動部材を作動させることによって、前記プラットフォーム（３０）が、壁部がハウジングによって保護されている収容位置と、壁部がハウジングの外側に位置する延長位置との間を可動であり、
   前記少なくとも１つの試料室（３４）は、該少なくとも１つの試料室（３４）を充填するためのチャネルに接続されており、
   前記チャネルの一部は、前記作動部材内に配置されていることを特徴とする、生体分析反応装置（６０）のためのカートリッジ（１０）。
2. 前記壁部が、前記プラットフォーム（３０）の第１の側に配置されており、前記プラットフォーム（３０）が、第１の側と反対の第２の側を有しており、前記延長位置における前記プラットフォーム（３０）が、試料を分析するために生体分析反応装置（６０）によって、第１の側及び第２の側からアクセス可能である、請求項１記載のカートリッジ（１０）。
3. 前記プラットフォームが、ハウジングに回転可能に結合されている、請求項１記載のカートリッジ（１０）。
4. 前記作動部材は、軸であり、
   前記プラットフォームが、該プラットフォーム（３０）を回転軸線を中心にして回転させるために前記軸に結合されている、請求項３記載のカートリッジ（１０）。
5. 前記プラットフォーム（３０）が、ハウジングに摺動可能に結合されている、請求項１記載のカートリッジ（１０）。
6. 前記少なくとも１つの試料室（３４）が、壁部を形成する箔によって被覆された、前記プラットフォーム（３０）における開口によって形成されている、請求項１記載のカートリッジ（１０）。
7. 請求項１の前記カートリッジ（１０）を収容するためのスロットを有する生体分析反応装置（６０）において、前記カートリッジ（１０）の前記プラットフォーム（３０）を延長及び収容するためのアクチュエータを有することを特徴とする、生体分析反応装置（６０）。
8. 少なくとも１つの試料室（３４）を充填するための貯蔵部を有しており、該貯蔵部が、プラットフォーム（３０）を移動させるための作動部材を備えるアクチュエータの機械的な接続部において終わったラインを介して、少なくとも１つの試料室（３４）に接続されている、請求項７記載の生体分析反応装置（６０）。
9. スロットにおけるカートリッジ（１０）の存在を検出するためのカートリッジ存在センサを有する、請求項７記載の生体分析反応装置（６０）。

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