JP5855640B2 - サンプルモーションを有する生体体液分析システム - Google Patents

Description

本願は、２０１０年３月３１日に出願された米国仮特許出願第６１／３１９，４２９号明細書、及び２０１０年１１月２９日に出願された米国仮特許出願第６１／４１７，７１６号明細書に開示された本質的な内容の利益を享受し、それを参照により援用する。

本発明は、一般に、生体体液分析のための装置に係り、特に、懸濁された構成成分を有する生体体液試料を処理するためのシステムに関する。

歴史的に、全血、尿、脳脊髄液、体腔液等の生体体液試料は、微粒子又は細胞内容物を有し、これらはスライド上に僅かな無希釈の生体体液を塗抹し、顕微鏡により塗抹標本を評価することによって評価される。適切な結果はそのような塗抹標本から得ることができるが、データの細胞統合性、正確性、及び信頼性は主として技術者の経験及び技術に左右される。

いくつかの事例では、生体体液試料中の構成成分は、インピーダンス又はオプティカルフローサイトメトリを用いて分析することができる。これらの技術は、インピーダンス測定装置又は光学的画像化装置に関連して配置される１つ以上のオリフィスを通じて希釈された流れを通過することによって、希釈された流体試料の流れを評価する。これらの技術の欠点は、それらが試料の正確な希釈及び流量操作装置を必要とするということである。

ある時間以上の間静止して保持された全血等の生体体液試料は「沈降」を始めることが知られており、その間に試料中の構成成分はそれらの正規分布から逸れる。試料が静止して十分に長く保持される場合、試料中の構成成分は完全に沈降して層をなすことができる（例えば、全血の試料では、静止した試料中に、白血球、赤血球、及び血小板の層が形成される）。その結果、試料中の成分分布が正規分布ではないので、試料の分析は否定的な影響を受ける。

Ｖａｃｕｔａｉｎｅｒ（登録商標）チューブ内の血液試料の「沈降」に関連した問題を克服するために、Ｖａｃｕｔａｉｎｅｒ（登録商標）チューブを繰り返し倒し、重力で試料を混合させることが知られている。この重力の技術は、実質的に満たされたＶａｃｕｔａｉｎｅｒ（登録商標）チューブで良く作用するが、毛細管力に支配を受ける道管中に存在する血液試料のとても僅かな量には有効ではない。試料に作用する毛細管力は重力より大きく、その結果として、所望の試料混合を阻害する。

必要なものは、試料中の構成成分及び試薬の一様分布を形成するために適切な試料混合を提供する装置及び方法である。

本発明の態様によれば、生体体液分析システムが提供される。システムは、分析チャンバ及び分析装置と流体連絡されて配置されることで使用可能な少なくとも１つの流路を有する試料カートリッジを含む。分析装置は、画像化ハードウェア、プログラマブルアナライザ、及びサンプルモーションシステムを含む。サンプルモーションシステムは、流路中の軸方向に試料のボーラスを選択的に移動させ、試料中の構成成分を少なくとも実質的に一様に分散する方式にて流路中でボーラスを端から端へ循環させるために適した双方向流体アクチュエータを含む。

本発明の別の態様によれば、生体体液試料を分析する方法が提供される。方法は、以下のステップを含む：ａ）流体試料通過のための少なくとも１つの流路を有する試料カートリッジを提供するステップ；ｂ）画像化ハードウェア、プログラマブルアナライザ、及びサンプルモーションシステムを有する分析装置を提供するステップであって、サンプルモーションシステムは、流路中の軸方向に試料のボーラスを選択的に移動させ、流路中のボーラスを端から端へ循環させるために使用可能な双方向流体アクチュエータを含むステップ；及びｃ）双方向流体アクチュエータを用いて、実質的に一様に分散される試料中の構成成分まで所定の周波数で流路中に配置された試料のボーラスを循環させるステップ。

本発明の特徴及び利点は、以下に提供される発明の明細書、及び添付された図面を考慮して明らかになるだろう。

生体体液分析装置を図示する。 外部ハウジングを含むカートリッジの概略平面図である。 外部ハウジングを除くカートリッジの実施の形態の概略断面図である。 測定アパチャを有する図３で示されたカートリッジの部分図である。 本発明に係るカートリッジインタフェース及びカートリッジの実施の形態の概略断面図である。 本発明に係る分析システムの概略図である。 本発明に係るサンプルモーションシステムの図である。 双方向流体アクチュエータの実施の形態の図である。 双方向流体アクチュエータの実施の形態の図である。 双方向流体アクチュエータドライバの概略図である。 双方向流体アクチュエータドライバの概略図である。 双方向流体アクチュエータドライバの概略図である。 ボーラスに作用する圧力により流路に配置された試料ボーラスの概略図である。 ボーラスに作用する圧力により流路に配置された試料ボーラスの概略図である。 双方向流体アクチュエータの実施の形態を図示する外部ハウジングを除くカートリッジの実施の形態の概略断面図である。

図１〜３を参照すると、本発明に係る分析システム２０は、生体体液試料カートリッジ２２、及び全血等の生体体液試料を分析するための自動分析装置２４を含む。自動分析装置２４は、画像化ハードウェア２６、サンプルモーションシステム２８、及び試料移動を制御し、画像化し、分析するためのプログラマブルアナライザ３０を含む。サンプルモーションシステム２８は、試料中の構成成分が試料の分析に先立って試料中に少なくとも実質的に一様に分散されることを保証すべく流体試料を操作するために使用可能である。用語「少なくとも実質的に一様に分散される」は、直後の分析のために好ましい正確性を提供するために適切な試料中の構成成分及び試薬の分散を説明するためにここに用いられる；例えば、分析のための試料から除去された小分け試料が試料中の構成成分の代表的な分散を含むように試料は多少混合され、その代表は直後の分析の正確性に否定的な影響を与えないように十分に正確である。試料分析カートリッジ２２は本発明の有用性を図示するために図解的に説明される。本発明に係るシステム２０は、如何なる特定のカートリッジ２２の実施の形態にも限定されない。好ましいカートリッジ２２の一例は、２００９年１２月１８日に出願された米国特許出願第６１／２８７，９５５号明細書中に説明され、それは参照によってその全体が援用される。しかしながら、本発明は、特にそのカートリッジ２２と共に用いることに限定されない。

典型的なカートリッジ２２は、流体試料回収ポート３２、バルブ３４、第１の流路３６、第２の流路３８、流体アクチュエータポート４０、及び分析チャンバ４２を含む。回収ポート３２は、面源（例えば、指の突き傷）又は試料容器（例えば、ニードル等によって配置された）から生体体液試料を受け取るように構成することができる。第１の流路３６は、回収ポート３２と流体連絡され、回収ポート３２中に配置された試料が毛細管力によって第１の流路３６に引き寄せられるような大きさにされる。いくつかの実施の形態では、カートリッジは、第１の流路に引き寄せられたものより多い試料を受け取り格納するように構成されたオーバフローを含む。バルブ３４は、回収ポート３２に隣接する第１の流路３６に配置（又は他の方法で連絡）される。第２の流路３８は、第１の流路３６と流体連絡され、第１の流路３６の下流にある。第１の流路３６内に存在する流体試料が第２の流路３８に毛細管力によって引き寄せられないように、第１の流路３６と第２の流路３８との間に共通部分が形成される。例えば、いくつかの実施の形態では、第２の流路３８は、毛細管力による試料の移動を許可しない長く均一な断面形状を有する（例えば、図３参照）。他の実施の形態では、第１の流路３６との共通部分である第２の流路３８の部分には試料の毛状の移動を防ぐ前述の断面形状を有する。第２の流路３８は、分析チャンバ４２と流体連絡される（又は配置されることができる）。分析チャンバ４２は、画像分析のためにそれらの間に流体試料を受け取るように構成された別々に配置されたパネルのペア（その少なくとも１つは透明である）を含む。第２の流路３８と分析チャンバ４２との間の共通部分は、流体試料が毛細管力によって第２の流路３８から連絡された分析チャンバ４２に「直接的」又は「間接的」に引き寄せられるか、或いはチャンバ４２に押し込まれる；例えば、外部圧力によって。第２の流路３８から外へ「直接的」に試料を引き寄せることができる構造の一例は、第２の流路３８と分析チャンバ４２との間に広がる測定流路であり、その測定流路は、毛細管現象（又は外部圧力を介して流体流動を許可すること）によって流体を引き寄せる大きさにされる。第２の流路３８から外へ「間接的」に試料を引き寄せることができる構造の一例は、第２の流路３８及び分析チャンバ４２の縁の両方を有する流体接点の間に配置された控えチャンバ４６である（例えば、図３参照）。第２の流路３８内の流体試料は、例えば、サンプルモーションシステム２８からの圧力を介して、又は重力等によって控えチャンバ４６に移動されることができる。いくつかの実施の形態では、第２の流路３８は、分析チャンバ４２で終端となる。サンプルモーションシステム２８からの推進力は、第２の流路３８から、及び分析チャンバ４２に試料を放出するために用いることができる。

図４を参照すると、流体アクチュエータポート４０は、サンプルモーションシステム２８と連携し、流体推進力（例えば、正の気圧及び／又は吸引力）がカートリッジ２２中の流体試料の移動を引き起こすためのカートリッジ２２にアクセスすることを可能にするように構成される。流体アクチュエータポート４０は、第１の流路３６と流体連絡される；例えば、バルブ３４の下流の位置５０の流路４１を介して。バルブ３４は、流体アクチュエータポート４０から回収ポート３２を密閉するために使用可能である。流体アクチュエータポート４０の一例は、破裂させることができる膜を含むキャップ５２によって覆われたカートリッジ２２中のキャビティである。破裂させることができる膜を有するキャップ５２の実施の形態では、よりいっそう詳しく以下で議論されるように、サンプルモーションシステム２８のプローブ５４は、膜を貫通し、その結果としてサンプルモーションシステム２８と第１及び第２の流路３６、３８との間の流体連絡を形成するように構成される。本発明は、特にこの流体アクチュエータポート４０の実施の形態に限定されない。

流路３６、３８及び分析チャンバを形成するカートリッジ材料は、好適には、本来は疎水性である。好ましい材料の一例は次のものを含む：ポリカーボネート（「ＰＣ」）、ポリテトラフルオロエチレン（「ＰＴＦＥ」）、シリコーン、Ｔｙｇｏｎ（登録商標）、ポリプロピレン、フッ素化エチレンプロピレン（「ＦＥＰ」）、パーフルオロアルコキシ共重合体（「ＰＦＡ」）、環状オレフィン共重合体（「ＣＯＣ」）、エチレンテトラフルオロエチレン（「ＥＴＦＥ」）、及びポリビニリデンフルオライド。いくつかの事例では、流体流路はそれらの疎水性を増加させるために覆われる。被覆剤として適用できる疎水性材料の一例は、ＦｌｕｏｒｏＰｅｌ（登録商標）であり、それはアメリカ合衆国のメリーランドのサイトロニックコーポレーション又はベルツビルによって販売されている。

本発明に係る分析装置２４は、画像化ハードウェア２６、装置５４を保持する及び操作するカートリッジ、試料対物レンズ５６、複数の試料照明器５８、及びイメージディセクタ６０を表現する図５に概略的に示される。対物レンズ５６及びカートリッジ保持装置５４の１つ又は両方は、関連するフォーカスポジションの変化のために互いから遠近に移動可能である。試料照明器５８は、所定の波長に沿った光を用いて試料を照らす。試料を通じて伝送されるか、又は試料から蛍光された光は、イメージディセクタ６０を用いてキャプチャされ、キャプチャされた光の信号の標本はプログラマブルアナライザ３０に送信され、それは画像に処理される。米国特許第６，８６６，８２３号、及び米国特許第６１／３７１，０２０号（その全体が参照により援用される）に記載された画像化ハードウェア２６は、本発明に係る分析装置２４のための画像化ハードウェア２６の好ましいタイプである。しかしながら、本発明は、前述の画像化ハードウェア２６と共に用いることに限定されない。

プログラマブルアナライザ３０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）を含み、装置５４を保持及び操作するカートリッジ、試料照明器５８、イメージディセクタ６０、及びサンプルモーションシステム２８と連絡される。ＣＰＵは、信号を受け取り、装置５４を保持及び操作するカートリッジ、試料照明器５８、イメージディセクタ６０及びサンプルモーションシステム２８を作動するために選択的に必要な機能を実行するように適応される（例えば、プログラムされる）。プログラマブルアナライザ３０の機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はその組み合わせを用いて実現されることに注目されるべきである。当業者は、過度の試験を伴わないでここに説明された機能を実行するようにユニットをプログラムすることができる。

図４〜６を参照すると、サンプルモーションシステム２８は、双方向流体アクチュエータ４８及びカートリッジインタフェース６２を含む。双方向流体アクチュエータ４８（図６参照）は、所定の流路中のいずれかの軸方向（即ち、端から端へ）にカートリッジ流路３６、３８中の流体試料を移動させることができる流体推進力を生成するように所定の速度で使用可能である。双方向アクチュエータ４８は、以下のいずれか１つを実行するように制御されることができる：ａ）試料ボーラスを流路中の所定の距離（例えば、ポイント、「Ａ」と「Ｂ」との間）だけ移動させる；ｂ）所定の振幅（例えば、変位ストローク）及び周波数（即ち、周期／秒）で特定の点についての試料ボーラスを循環させる；及びｃ）所定の期間の間に試料ボーラスを移動（例えば、循環）させる；又はその組み合わせ。用語「試料ボーラス」又は「スラグ」はカートリッジ内に配置された流体試料の一続きの集まりを言及するためにここに用いられる；例えば、断面が流路の軸方向長に垂直である流路の断面を満たす第１又は第２の流路の１つ内に配置された流体試料の一続きの集まり。試料のボーラス（例えば、第１の流路内に配置された流体試料の一続きの集まり）は、流路の特定の幾何学的特性に左右され、約０．５から１０．０のアスペクト比（即ち、流路の流体力学的径に対するボーラスの軸方向長の比）を有することができる。以上に特徴的に説明されたような分析カートリッジに受け入れられた全血流体試料は、約１０μＬから４０μＬの体積を有する。特定の分析チャンバ４２の分析されたサンプルボリュームは、試料ボーラスの典型的な大きさより実質的に小さい可能性が高い（約０．２×１．０μＬ）。

好ましい双方向流体アクチュエータ４８の一例は、流体アクチュエータ４８の制御のために流体アクチュエータドライバ６４と共に利用されるピエゾ屈曲ディスクタイプポンプである。ピエゾ屈曲ディスクタイプポンプは、比較的に高速応答時間、低ヒステリシス、低振動、高直線性、高解像度（例えば、ポンプは比較的に少容量の流体を正確に移動させるように制御することができる）、及び高信頼性等の特性を提供するので、好ましいタイプの双方向流体アクチュエータ４８である。図６に示される実施の形態では、双方向流体アクチュエータ４８のピエゾ屈曲ディスクタイプポンプの実施の形態は、２層ピエゾ屈曲ディスク６６、ハウジング６８、及びシールアレンジメント７０を含むことが示される。２層ピエゾ屈曲ディスク６６は、２つの対向方向（例えば、−ｙ、＋ｙ）で屈曲歪みを形成するように構成される。２層ピエゾ屈曲ディスク６６の一例は、アメリカ合衆国のマサチューセッツのケンブリッジにあるピエゾシステムズインコーポレイテッドによって提供されるＴ２１６−Ａ４ＮＯシリーズに見つけることができる。前述の２層ディスク６６は、ボンド層によって互いに分離され、屈曲動作のためのｘ軸のピエゾセラミック層のペアを含む。ポート７６は、ハウジング６８の部分のそれぞれを通じて伸び、ハウジング部分に関連したキャビティ７４に流体流路を提供する。組立形状では、２層ピエゾ屈曲ディスク６６は、他方と位置合わせされたキャビティ７４のそれぞれを有する２つのハウジング部分の間に配置される。シールアレンジメント７０は、２層ピエゾ屈曲ディスク６６とハウジングセクションとの間を密閉する；例えば、Ｏリング又はエラストマガスケット。締結物７８は、クランプフランジ７２を介して伸び、ポンプ要素を保持する。２層ピエゾ屈曲ディスク６６に接続された導線８０は、ディスク６６に電気的接続を提供する。図６に示される実施の形態では、ハウジング６８の部分は互いのミラー画像である。双方向流体アクチュエータ４８は、ピエゾ屈曲ディスクタイプポンプに限定されず、従って、以上に説明された２層ピエゾ屈曲ディスクポンプの実施の形態に限定されない。

例えば、図７に示されるような他の実施の形態では、双方向流体アクチュエータ４８は、ポンプ内の内部ポケット８２の部分をそれぞれ定義するピエゾ屈曲ディスク６６のペアを含むピエゾ屈曲ディスクタイプポンプである。ハウジング６８及び流体アクチュエータ４８のシーリング７０は、以上に説明されたそれに類似する。しかしながら、本実施の形態では、スペーサ８４はディスク６６の間に配置され、ポート７６はスペーサ８４を通じて伸び、ディスク６６の間に形成された内部ポケット８２との流体連絡を提供する。図７に示されるように、ピエゾ屈曲ディスク６６は、流体アクチュエータ４８内で互いに位置合わせされる。更に他の実施の形態では、ディスク６６は互いと位置合わせされず、及び／又は２つ以上のディスク６６を利用することができる。図８は、例えば、２つ以上のピエゾ屈曲ディスク６６を有するピエゾ屈曲ディスクタイプポンプを図解的に図示する；例えば、４つのディスク６６がハウジング６８内に配置される。この実施の形態において示されるディスク６６のそれぞれには他のディスク６６に関連する異なる特性（例えば、大きさ、共振周波数、歪み等）がある。複数のディスク６６の異なる特性は、異なる正負流体置換及び／又は異なる周波数を選択的に作り出すことを流体アクチュエータ４８に可能にする。ディスク６６のそれぞれは、単独で又は所望の流体アクチュエータ出力を生成するために他のディスク６６の１つ以上と組み合わせて動作される。

好ましい流体アクチュエータドライバ６４の一例は、ピエゾ２層屈曲ディスクタイプ流体アクチュエータ４８と連絡されて図９に概略的に示される。流体アクチュエータドライバ６４の機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はその組み合わせを用いて実現される。流体アクチュエータドライバ６４は、プログラマブルアナライザ３０に組み込まれるか、又はプログラマブルアナライザ３０と連絡された分離されたユニットである。ドライバ６４は、矩形波インバータ、パルス幅変調器、及び高圧チョッパ及びフィルタを含む。インバータは、封止トロイダル変圧器及びＦＥＴスイッチＱ１、Ｑ２を含み、約５００Ｈｚの周波数で動作する。変圧器は２次及び１次巻線を含む。２次巻線に印加される比較的に低い電圧は、１次巻線から高圧出力を生成する。パルス幅変調器は、精密鋸波発生器及び比較器を含み、これらは精密パルス幅変調器を形成するために共に動作する。プログラマブルアナライザ３０から直接的又は間接的に入力された励振はパルス幅変調器に入力される。信号は、信号を低圧入力からより高い電圧出力に変更するインバータを通じて続いて送信される。ＨＶチョッパ及びフィルタは、正確で反復可能な方式で双方向流体アクチュエータ４８内のピエゾ屈曲ディスク６６を駆動するために好ましい形式により高い電圧出力を条件付ける。以上に示されるように、図９に概略的に示されるドライバ６４は、ピエゾ屈曲ディスクタイプ流体アクチュエータ４８のための好ましいドライバの一例であり、本発明に係るシステム２０は、この特定の流体アクチュエータドライバコンフィグレーションと共に用いることに限定されない。１つ以上のピエゾ屈曲ディスク６６が用いられる実施の形態では、１つ以上の流体アクチュエータドライバ６４が利用される。

別の実施の形態では、双方向流体アクチュエータ４８は、以上に説明された電圧駆動アクチュエータとは対照的に電流駆動アクチュエータである。この実施の形態では、従来のオーディオスピーカ内で利用されたそれに類似する変位構造を駆動するために、制御された電流源は電磁式アクチュエータと連結させられる。コーン又は他のものの移動は、試料カートリッジインタフェース６２を介してカートリッジ流路３６、３８と流体連絡された定義された容量に関連する変位構造を形成し、多くの空気を置き換え、その後、多くの空気が試料ボーラスの位置を制御するために用いられることができる。

図１１を参照すると、更に他の実施の形態では、サンプルモーションシステム２８（図５参照）は、選択的に使用可能な熱源１００及び空気チャンバ１０２を含む双方向流体アクチュエータ４８を含む。図１１に示される実施の形態では、空気チャンバ１０２は、流体アクチュエータポート４０に代わってカートリッジ２２に組み込まれ、バルブ３４の下流の第１の流路に交わる流路を介して第１の流路３６と流体連絡される。他の実施の形態では、カートリッジ２２とは無関係に空気チャンバ１０２を取り付けることができる。空気チャンバ１０２は、Ｉ／Ｒ光源から熱エネルギを作り出すためにＩ／Ｒ吸収黒体（例えば、ブラックパネル、又は黒／浅黒い塗料で覆われたチャンバ内の表面）として構成されるか、又は含むように構成される。空気チャンバ１０２は、更に熱応答を向上させるために表面エリアを増加させる連続気泡フォーム又は他のフィラーを含む。熱源１００（例えば、ＬＥＤを介して赤外光）は、空気チャンバ１０２から離れて、しかしそれに向かって配置される。選択的に使用可能な熱源１００が起動されるとき、チャンバ１０２内の空気は温度において増加し、膨張し、チャンバ１０２内の圧力を増加させる。チャンバ１０２内の増加した気圧の結果として、空気は、空気チャンバ１０２から外へ、第１の流路３６に押し出され、次に第１の流路３６内の試料及び／又は第２の流路３８内の試料に作用する。第１の流路３６及び／又は第２の流路３８内の試料ボーラス９２（図１０Ａ及び１０Ｂ参照）は、空気チャンバ１０２内の圧力を変更するために熱源１００（例えば、ＬＥＤ）のオンとオフを繰り返すことによって前後に移動されることができる。

図３及び４を参照すると、試料カートリッジインタフェース６２は、双方向流体アクチュエータ４８と、カートリッジ２２の流体アクチュエータポート４０を塞ぐために使用可能なプローブ８６との間の流体流路を含む。インタフェース６２は、双方向流体アクチュエータ４８のポート要素７６（図６参照）とカートリッジ２２の流体アクチュエータポート４０との間の流体連絡を作り出す。流体アクチュエータポート４０が破裂させることができる膜を含むキャップ５２を有する場合、プローブ８６は、膜を破裂させ、その結果として双方向流体アクチュエータ４８とカートリッジ流体アクチュエータポート４０との間の流体連絡を提供するために使用可能である。流体経路の気密を生じさせるために、プローブ８６によって貫通される膜はプローブ８６の周囲を密閉する。図４は、このプローブ８６を有する実施の形態を模型で示して図解的に図示する。本発明は、図解目的に提供された膜／プローブ構成に限定されない。双方向流体アクチュエータ４８とカートリッジ２２との間の代替インタフェースが用いられても良い。

いくつかの実施の形態では、分析装置２４は、カートリッジ２２内の試料ボーラスの位置を検出するために使用可能なフィードバック制御８８を含む。フィードバック制御８８は、カートリッジ２２内の１つ以上の特定の位置で試料の存在を決定するために使用可能なセンサ（例えば、電気又は光センサ）を含む。フィードバック制御８８は、プログラマブルアナライザ３０に位置情報を提供し、次に双方向流体アクチュエータ４８及び／又は装置２４の他の態様を制御するためにそれを用いる。いくつかの実施の形態では、分析チャンバ４２の所定の容積が充填される場合、フィードバック制御は感覚に位置し動作することができる。例えば、赤外範囲（又は流体試料によって著しく吸収されない全ての波長）の光源（例えば、ＬＥＤ又はレーザ）は、分析チャンバ４２を照らすために用いることができる。試料への投射光は、試料の縁を形成する試料／空気界面に進み試料内で反射する。縁に影響を与える光は、縁に識別可能な特性（例えば、分析チャンバ４２内の試料体より明るく見える）を与え、その特性は光センサによって検出することができる。この方式で試料縁を検出するという以下の利点を含む：ａ）光送信器と検出器の両方は、試料の同一の側に配置されることができる；ｂ）光送信器と検出器を連結する必要がないか、又は他の方法では検出器が検出するとき光送信器をオンにすること以外にそれらの動作で調和される必要がない；及びｃ）光送信器は入射光をチャンバ内の試料の如何なる場所にも出力するために配置されることができ、縁を検知できる。

本発明に係るシステム２０の動作では、生体体液（例えば、全血）の試料はカートリッジ２２の回収ポート３２内に置かれ、その結果として、所定の期間（例えば、対象収集と試料分析との間の期間）の間に存在する毛細管現象、重力、又はその両方の何等かの組み合わせによってカートリッジ２２の第１の流路３６に引き寄せられる。試料の前縁が第２の流路３８の入口に到達するまで、試料は毛細管力によって第１の流路３６に引き寄せられ続ける。本発明に係るカートリッジ２２のある実施の形態では、１つ以上の試薬９０（例えば、ヘパリン、ＥＤＴＡ、アクリジンオレンジ等の染料）が、第１の流路３６内及び／又は回収ポート３２に配置される。それらの実施の形態において、試料がカートリッジ２２に置かれ、第１の流路３６内に移動するとき、試薬９０（例えば、抗凝血剤）は試料と混合される。試料の分析が試料収集の後に実行されない事例では、分析のために好ましい状態（例えば、凝固しない）に試料を維持するために、特異試薬（例えば、抗凝血薬）を試料と混合することができる。この開示の目的のために、用語「試薬」は、試料と相互に作用する物質を含み、試料に検知できる着色を加える染料として定義される。

試料に対して実行されている分析に先立って、カートリッジ２２は試料の分析のための分析装置２４に挿入され、試料カートリッジインタフェースプローブ８６はカートリッジ２２の流体アクチュエータポート４０と連携し、試料回集ポート３２と第１の流路３６との間の流体流動を防ぐためにカートリッジ２２内のバルブ３４を開位置から閉位置に動かす。これらのイベントの特定順位は直後の分析に適合させるために配列することができる。試料カートリッジインタフェースプローブ８６がカートリッジ２２の流体アクチュエータポート４０と連携する方式、及び開位置から閉位置にバルブ３４を動かす方式は、両方は直後の分析及び所望の自動化のレベルに適合させるために選択することができる。第２の流路３８を備えたバルブ３４とインタフェースとの間の第１の流路３６内に存在する流体試料は、試料のボーラス又は「試料ボーラス」として以下に指称される。

収集され非直接的に分析された全血試料の場合には、血液試料中の構成成分、ＲＢＣ、ＷＢＣ、血小板、及び血漿は、時間が経つにつれて第１の流路３６内に存在する試料ボーラス中で層化される（又は非一様に分散される）ことができる。そのような場合、構成成分が実質的に一様分布で再懸濁されるように、分析に先立って試料ボーラスを処理する際に重要な利点がある。更に、多くの応用例では、試薬を試料ボーラスと一様に混合する際に更に重要な利点がある。実質的に試料ボーラス中の構成成分及び／又は試薬の一様分布を作り出すために、第１の流路３６内に存在する試料ボーラスに作用するために適切な流体推進力を提供するために、分析装置２４は双方向流体アクチュエータ４８に信号を提供する；例えば、第１の流路３６内の前方、後方、又は循環して試料ボーラスを移動させるための信号。例えば、試料ボーラスが第１及び第２の流路との間の境界に隣接する第１の流路の部分を最初に占める場合、双方向流体アクチュエータ４８はボーラスを後方距離（即ち、境界から遠方）に引き寄せるために用いることができる。続いて、流体アクチュエータ４８は所定の軸流速度で流路３６内でボーラスを移動させるために用いることができ、所定の期間の間、所定の周波数で第１の流路（例えば、アパチャ４４等を測定する試薬位置）内の特定の軸位置についてのボーラスを更に循環させても良い。これらの流体試料モーションシナリオの全てにおいて、フィードバック制御８８は、試料ボーラスの位置を確認するために双方向流体アクチュエータ４８の動作と調和することができる。

双方向流体アクチュエータ４８の２層ピエゾ屈曲ディスクタイプの実施の形態では、分析装置２４は流体アクチュエータドライバ６４に信号を提供し、流体アクチュエータドライバ６４は次にピエゾ屈曲ディスクタイプ流体アクチュエータに高圧信号を送信する。ピエゾディスク６６に選択的に印加された高圧はディスク６６を屈曲させる。希望の動作によって、２層ディスク６６は、屈曲し、空気を積極的に置き換えて、その結果として試料ボーラスを前に（即ち、分析チャンバ４２の方向に）移動させ、又は消極的に空気を置き換えて（即ち、吸引力を作り出し）、その結果として試料ボーラスを後方に（即ち、分析チャンバ４２から遠ざかる方向に）引き寄せ、又は特定の位置に関連して試料ボーラスを端から端へ循環させるために作動される。試料ボーラスの循環周波数及び振幅は、２層ピエゾディスク６６及びピエゾドライバ６４の選択によって制御することができる。

２つ以上の異なるピエゾ屈曲ディスク６６を含む双方向流体アクチュエータ４８の実施の形態において、特定のピエゾ屈曲ディスク６６は特定の作業を単独で又は他のピエゾ屈曲ディスク６６と組み合わせて達成するために選択的に作動することができる。例えば、第１のディスク６６は、均一の再懸濁をもたらすために作用する周波数応答及び変位を提供する。第２のディスク６６は、均一の試薬混合をもたらすために作用する周波数応答及び変位を提供する。カートリッジ２２中の試料ボーラスの比較的に長い位置変位をもたらすために、ディスク６６は、更に協調して作動する。

試料中の（及びいくらかの応用試薬混合の）構成成分の少なくとも実質的に一様分布を作成するために、第１の流路３６内に存在する試料（既にある程度まで抗凝血薬と混じり合っている）が十分に混合されたならば、双方向流体アクチュエータ４８は第１の流路３６から第２の流路３８に試料ボーラスを移動させるために作動される。試料ボーラスが第２の流路３８内に位置したならば、更に試料を混合し、直後の分析のために試料を準備するために試料を動かすことができる。例えば、いくつかの分析は特定の順序で試料に１つ以上の試薬を加えることを必要とする。必要な混合を達成するために、試薬は第１の流路インタフェースから分析チャンバインタフェースへ連続するパターンで第２の流路内に置かれる。例えば、試料を試薬「Ｂ」と混合する前に試薬「Ａ」と混合することが必要又は好ましい分析では、適切な量の試薬「Ａ」（例えば、抗凝血薬−ＥＤＴＡ）は、適切な量の試薬「Ｂ」の上流の流路３８に位置することができる。試薬「Ａ」と試薬「Ｂ」との間の距離は、十分に試薬「Ｂ」の導入に先立って試料と混合するために試薬「Ａ」のために十分である。いずれかの位置で混合を容易にするために、試料ボーラスを試薬「Ａ」の位置で循環させ、続いて、試薬「Ｂ」が配置された位置で循環させることができる。以上に示されるように、フィードバック制御８８は、試料ボーラス位置決めを検出及び制御するために用いることができる。試料移動及び循環の特定アルゴリズムは、直後の分析に関連して（試薬を混合するため等）選択される。本発明は、如何なる特定の再懸濁／混合アルゴリズムにも限定されない。

試料が流路３６、３８内で軸方向に移動される速度は、流路壁に生じる吸着量に影響を与えることができる。１．０ｍｍから４．０ｍｍの範囲の流体力学的径を有する流体流路では、約２０．０ｍｍ／ｓを超えない流体試料速度は、流路壁の有限の試料吸着をもたらすので好ましいというのが我々の発見である。そのとき、約１０．０ｍｍ／ｓより大きくない流体試料速度は、それがより少ない吸着をもたらすので好適である。１．０ｍｍ／ｓから５．０ｍｍ／ｓの間の範囲中の流体試料速度は、典型的には取るに足らない吸着量をもたらすので最も好適である。

試料循環の周波数及び継続期間は、例えば、試料がそのような循環の結果として実質的に一様に混合されることを示す経験的なデータに基づいて選択することができる；例えば、構成成分は、試料ボーラス、及び／又は試料ボーラスと実質的に混じり合った試薬内で実質的に一様に懸濁される。全血試料においては、経験的なデータは、カートリッジ流路内で約５Ｈｚから８０Ｈｚの範囲の周波数で試料ボーラスを循環させることが好ましい混合をもたらすことを示す。試薬が試料と混合された事例では、試料ボーラスの全軸方向長が試薬沈着物を受け取るように、十分に大きな循環振幅を用いることは多くの場合において都合が良い。より高い循環周波数は、典型的には所望の混合を達成するためにより短い継続期間を循環させることを必要とする。

試料循環も流路からの試料の移動を容易にするために用いることができる。以下で議論されるように、いくつかのカートリッジの実施の形態は、第２の流路と分析チャンバ４２との間の流体流路を提供する測定アパチャ４４を利用する。測定アパチャ４４は、分析チャンバ４２内の検査のための試料ボーラスから分析試料部分を「測定」するような大きさ（例えば、約０．３ｍｍから０．９ｍｍの流体力学的径）にされる。これらの寸法では、液体流に対する抗力は流路の直径に反比例する。典型的な大きさにされた試料ボーラスは約２０μＬであり、典型的な分析試料は約０．２μＬから０．４μＬである。試料ボーラスの大きさが比較的に小さく、分析試料が実質的により小さいため、壁の吸着は、測定アパチャ４４を介して引き寄せられた分析試料の構成物質に著しく影響を与える場合がある。その問題を克服し、測定アパチャ４４への試料の移動を容易にするために、本発明は測定アパチャ４４に試料を押し出すために適切な流体圧力を作り出すべく循環する試料ボーラスを用いるために使用可能である。使用可能な圧力の量は、試料ボーラス及び測定アパチャ４４の相対位置の関数として変化する。

図１０Ａ及び１０Ｂを参照すると、試料ボーラス９２は、第２の流路３８内に配置されて図解的に示される。図１０Ａでは、ボーラス９２の下流の縁９４は圧力Ｐ_ambientであり、その上流の縁９６はＰ_ambientより大きいＰ_positiveである。この構成では、試料ボーラス９２は、Ｐ_positiveとＰ_ambientとの間の圧力の違いによって推進されて下流に移動する。圧力の違いは、試料ボーラス９２の下流及び上流の縁９４、９６との間に亘る勾配９８に沿って存在する。図１０Ａで理解することができるように、勾配９８は、ボーラス９２の上流の縁９６から下流の縁９４の方向への圧力低下の違いのようなものである。従って、ボーラス９２から測定アパチャ４４（図３Ａ参照）に試料を押し出すために使用可能な圧力は、ボーラス９２の上流の縁９６の近くで最大である。これらの特性を利用するように、双方向流体アクチュエータ４８は、測定アパチャ４４により試料ボーラス９２の上流の縁部領域を整列させ、測定アパチャ４４と位置合わせされた試料ボーラス９２の高圧領域を維持する方式で更に試料ボーラス９２を循環させるように制御することができる。反対に、図１０Ｂでは、ボーラス９２の下流の縁９４は圧力Ｐ_ambientであり、その上流の縁はＰ_ambientより小さいＰ_negativeである。この構成では、試料ボーラス９２は、Ｐ_ambientとＰ_negativeとの間の圧力の違いによって推進されて上流に移動する。ここで、再び、双方向流体アクチュエータ４８は所望されるような試料ボーラス９２の位置を操作するように制御することができる。

以上の段落は、測定アパチャ４４（図３Ａ）の位置に試料ボーラスを配置し循環させるという利点、特に試料ボーラスに亘って圧力勾配に関連して試料ボーラスを配置し循環させるという利点を開示する。他の実施の形態では、同一の利点は測定アパチャ４４の位置を正確に識別せずに提供することができる。この実施の形態では、双方向流体アクチュエータ４８は分析チャンバ４２の方向に試料ボーラスの軸方向移動をもたらすために作動され、試料ボーラスの循環運動をもたらすように同時に制御される；即ち、所定の周波数で振動するボーラスは、所定の特定軸流速度で第２の流路３８内に移動する。従って、測定アパチャ４４により試料ボーラスを整列させることは不要である。試料ボーラス移動の間の特定の点では、試料ボーラス（高圧領域を含む）は測定アパチャ４４と位置合わせされ、循環するボーラスの圧力勾配は測定アパチャ４４の充填を容易にする。試料ボーラスの循環は、ステップ関数で同様に作り出すことができる。ボーラス軸方向運動及びボーラス循環の説明された組み合わせも試薬混合を容易にするために用いることができる。両方の移動技術の利用によって、循環の都合の良い動作は、特定のボーラス位置の要求を伴わないで用いることができる。

再懸濁及び／又は試薬混合が完了したならば、双方向流体アクチュエータ４８は、分析チャンバ４２と流体連絡された第２の流路３８の部分に試料ボーラスを移動させるために作動される。その位置では、分析チャンバ４２にそれを引き寄せるか押し出すことができる場合、試料ボーラスの一定量は第２の流路３８から引き寄せられる。図３を参照すると、第２の流路３８と分析チャンバ４２との間で控えチャンバ４６が伸びるカートリッジ２２の以上のいくつかの実施の形態が示され、控えチャンバ４６は所定の量の試料ボーラスを受け取るような大きさにされる。控えチャンバ４６内の試料が分析チャンバ４２の外縁と接触するとすぐに、試料は毛細管現象によって分析チャンバ４２に引き寄せられる。分析チャンバ４２に引き寄せられる試料の量を制御するために、控えチャンバ４６は容量が限定され、双方向流体アクチュエータ４８は控えチャンバ４６が満たされるために十分に長い整列位置に試料ボーラスが存在することを許可するように制御され、それは試料が毛細管現象の下で引き寄せられる速さより非常に急速に起こる。控えチャンバ４６が満たされたならば、双方向流体アクチュエータ４８は控えチャンバ４６から試料ボーラスを移すために作動される。控えチャンバ４６がいつ十分に満たされるかの決定は様々な異なる方法で行うことができる；例えば、フィードバック制御８８からの入力を用い、控えチャンバ４６を検出し、又はタイミングデータ等。試料測定アパチャ４４（図３Ａ）を利用するカートリッジ２２の実施の形態のために、試料ボーラスは試料測定アパチャ４４と位置合わせされ、試料はサンプルモーションシステム２８を用いる際に押し出されるか、毛細管力によって引き寄せられる。測定アパチャ４４が満たされたならば、双方向流体アクチュエータ４８は、測定アパチャ４４を越えて残存する試料ボーラスを押し出すために作動される。ボーラスが試料測定アパチャ４４の下流にあるならば、双方向流体アクチュエータ４８は、測定アパチャから及び分析チャンバ４２との接点に試料を押し出すためにカートリッジ流路３６、３８内に十分な圧力をもたらすために用いることができる。また、測定アパチャ４４は、第２の流路３８の末端、及びサンプルモーションシステム２８を用いて、アパチャ４４から押し出された分析試料に位置することができる。

発明は典型的な実施の形態に関連して説明されているが、様々な変化がなし得られるかもしれないことは当業者によって理解され、等価物は発明の範囲から外れずに、その要素の代わりに用いられる。更に、多くの修正がその本質的な範囲から外れずに、発明の教示に特定の状況又は物質を適応させるために行われる。従って、本発明を実施するために考慮された最良の形態としてここに開示された特定の実施の形態に発明が限定されないことが意図される。

請求されるものは次の通りである：

Claims (19)

1. 少なくとも１つの流路を有する試料カートリッジであって、前記流路が分析チャンバと流体連絡された試料カートリッジと、
   画像化ハードウェア、プログラマブルアナライザ、及びサンプルモーションシステムを有する分析装置であって、前記サンプルモーションシステムが軸方向に前記流路内の流体試料のボーラスを移動させ、前記流体試料内の構成成分を少なくとも実質的に一様に分散する方式で前記流路内で前記ボーラスを端から端へ循環させるために使用可能な双方向流体アクチュエータを含む分析装置と、
   を備え、
   前記双方向流体アクチュエータは、少なくとも１つのピエゾ屈曲ディスクと、前記分析装置に配置されたプログラマブルアナライザと連絡されたピエゾディスクドライバと、を含み、
   前記ピエゾ屈曲ディスクは、２層ピエゾ屈曲ディスクであることを特徴とする生体体液試料分析システム。
2. 少なくとも１つの流路を有する試料カートリッジであって、前記流路が分析チャンバと流体連絡された試料カートリッジと、
   画像化ハードウェア、プログラマブルアナライザ、及びサンプルモーションシステムを有する分析装置であって、前記サンプルモーションシステムが軸方向に前記流路内の流体試料のボーラスを移動させ、前記流体試料内の構成成分を少なくとも実質的に一様に分散する方式で前記流路内で前記ボーラスを端から端へ循環させるために使用可能な双方向流体アクチュエータを含む分析装置と、
   を備え、
   前記双方向流体アクチュエータは、少なくとも１つのピエゾ屈曲ディスクと、前記分析装置に配置されたプログラマブルアナライザと連絡されたピエゾディスクドライバと、を含み、
   前記双方向流体アクチュエータは、第１のピエゾ屈曲ディスク及び第２のピエゾ屈曲ディスクを含み、そのピエゾ屈曲ディスクのそれぞれが共振周波数、サイズ、及び歪み型特性を有し、前記第１のピエゾ屈曲ディスクの共振周波数、サイズ、及び歪み型特性の少なくとも１つの値が前記第２のピエゾ屈曲ディスクの同一の特性の値とは異なることを特徴とする生体体液試料分析システム。
3. 前記サンプルモーションシステムは、所定の周波数で前記流路内の前記ボーラスを循環させるために適していることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体体液試料分析システム。
4. 前記サンプルモーションシステムは、所定の速度で前記ボーラスを軸方向に移動させるために更に適していることを特徴とする請求項３に記載の生体体液試料分析システム。
5. 前記サンプルモーションシステムは、電圧で駆動されるシステム又は電流で駆動されるシステムの１つであることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体体液試料分析システム。
6. 前記双方向流体アクチュエータは、前記流路内で前記ボーラスを軸方向に移動させ、同時に前記流路内で前記ボーラスを端から端へ循環させるために使用可能であり、前記移動が前記試料内の構成成分を少なくとも実質的に一様に分散することを特徴とする請求項１又は２に記載の生体体液試料分析システム。
7. 前記双方向流体アクチュエータは、熱エネルギの少なくとも１つの熱エネルギ源及び空気チャンバを含み、前記熱エネルギ源が、前記空気チャンバ内の流体圧力を増加又は減少させるために選択的に使用可能であり、前記プログラマブルアナライザと連絡されることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体体液試料分析システム。
8. 前記熱エネルギ源は光源であることを特徴とする請求項７に記載の生体体液試料分析システム。
9. 流体試料通過のための少なくとも１つの流路を有する試料カートリッジを提供するステップであって、前記通過が分析チャンバと流体連絡されるステップと、
   画像化ハードウェア、プログラマブルアナライザ、及びサンプルモーションシステムを有する分析装置を提供するステップであって、前記サンプルモーションシステムが、前記流路内で流体試料のボーラスを軸方向に選択的に移動させ、前記流路内で前記ボーラスを端から端へ循環させるために使用可能な双方向流体アクチュエータを含むステップと、
   前記双方向流体アクチュエータを用いて、前記ボーラス中の構成成分を少なくとも実質的に一様に分散するために十分な所定の期間の間、所定の周波数で前記流路内に配置された前記ボーラスを循環させるステップと、
   を備え、
   前記双方向流体アクチュエータは、少なくとも１つのピエゾ屈曲ディスクと、前記分析装置に配置されたプログラマブルアナライザと連絡されたピエゾディスクドライバと、を含み、
   前記ピエゾ屈曲ディスクは、２層ピエゾ屈曲ディスクであることを特徴とする生体体液試料を分析する方法。
10. 流体試料通過のための少なくとも１つの流路を有する試料カートリッジを提供するステップであって、前記通過が分析チャンバと流体連絡されるステップと、
    画像化ハードウェア、プログラマブルアナライザ、及びサンプルモーションシステムを有する分析装置を提供するステップであって、前記サンプルモーションシステムが、前記流路内で流体試料のボーラスを軸方向に選択的に移動させ、前記流路内で前記ボーラスを端から端へ循環させるために使用可能な双方向流体アクチュエータを含むステップと、
    前記双方向流体アクチュエータを用いて、前記ボーラス中の構成成分を少なくとも実質的に一様に分散するために十分な所定の期間の間、所定の周波数で前記流路内に配置された前記ボーラスを循環させるステップと、
    を備え、
    前記双方向流体アクチュエータは、少なくとも１つのピエゾ屈曲ディスクと、前記分析装置に配置されたプログラマブルアナライザと連絡されたピエゾディスクドライバと、を含み、
    前記双方向流体アクチュエータは、第１のピエゾ屈曲ディスク及び第２のピエゾ屈曲ディスクを含み、そのピエゾ屈曲ディスクのそれぞれが共振周波数、サイズ、及び歪み型特性を有し、前記第１のピエゾ屈曲ディスクの共振周波数、サイズ、及び歪み型特性の少なくとも１つの値が前記第２のピエゾ屈曲ディスクの同一の特性の値とは異なることを特徴とする生体体液試料を分析する方法。
11. 前記試料カートリッジは、前記流路内の位置に試薬の沈着物を含み、所定の周波数で及び前記試薬と前記ボーラスとが混合するまでの間、前記試薬が配置された前記流路内の前記位置で前記ボーラスを循環させるステップを更に備えることを特徴とする請求項９又は１０に記載の方法。
12. 前記双方向流体アクチュエータは、少なくとも１つのピエゾ屈曲ディスクを含むことを特徴とする請求項９又は１０に記載の方法。
13. 所定の周波数及び歪みの１つ又は両方で前記ピエゾ屈曲ディスクを選択的に駆動するために使用可能なピエゾディスクドライバにより前記少なくとも１つのピエゾ屈曲ディスクを制御するステップを更に備えることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記ボーラスは、所定の周波数で前記流路内で循環されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の方法。
15. 前記ボーラスは、前記流路内で所定の速度で軸方向に移動されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の方法。
16. 前記流路内で前記ボーラスを軸方向に移動させるステップであって、前記移動が前記ボーラスの循環として同時に生じるステップを更に備えることを特徴とする請求項９又は１０に記載の方法。
17. 前記試料カートリッジは、前記流路の第１の位置に第１の試薬の沈着物を、前記流路の第２の位置に第２の試薬の沈着物を含み、前記第２の位置が前記流路内の軸方向距離によって前記第１の位置から分離されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の方法。
18. 前記ボーラスは、前記ボーラスと前記第１の試薬とを混合するために十分な量が前記第１の位置で循環されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記ボーラスは、前記ボーラスと前記第２の試薬とを混合するために十分な量が前記第２の位置で循環されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。