JP6104793B2 - マイクロ流体システム内でのフィードバック制御 - Google Patents

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Description

概して、マイクロ流体システム内で流体を制御するためのシステムおよび方法を説明する。いくつかの実施形態では、流体の制御は、マイクロ流体システム内で起こる１つまたは複数のプロセスまたは事象からのフィードバックの使用を伴う。
流体の操作は、化学、微生物学および生化学などの分野で重要な役割を果たす。これらの流体は、液体または気体を含み得、試薬、溶媒、反応剤またはすすぎ液を化学的または生物学的プロセスに提供し得る。マイクロ流体アッセイなどのさまざまなマイクロ流体方法およびデバイスが安価で高感度の正確な分析プラットホームを提供できる一方で、複数の流体の混合、試料の導入、試薬の導入、試薬の格納、流体の分離、廃棄物の収集、オフチップ分析のための流体の抽出およびあるチップから次のチップへの流体の移動などの流体操作は、コストレベルおよび洗練度を向上させることができる。それに応じて、コストの削減、使用の簡素化、実行されている分析の品質管理の提供および／またはマイクロ流体システム内での流体操作の改善が可能なこの分野での進展は有益であろう。
概して、マイクロ流体システム内で流体を制御するためのシステムおよび方法を説明する。いくつかの実施形態では、流体の制御は、マイクロ流体システム内で起こる１つまたは複数のプロセスまたは事象からのフィードバックの使用を伴う。本発明の対象物は、いくつかの事例では、相互に関連する製品、特定の問題に対する代替の解決案、ならびに／または、１つもしくは複数のシステムおよび／もしくは物品の複数の異なる使用を伴う。
ある一連の実施形態では、一連の方法を提供する。一実施形態では、方法は、マイクロ流体システムの第１の測定ゾーンで流体の検出を開始する工程を含む。本方法は、第１の測定ゾーンで第１の流体および第２の流体を検出し、第１の流体に対応する第１の信号および第２の流体に対応する第２の信号を形成する工程を伴う。信号の第１のパターンは制御システムに伝送され、信号の第１のパターンは、ａ）第１の信号の強度、ｂ）第１の信号の継続時間、ｃ）第２の時間的位置に対する第１の信号の時間的位置、および、ｄ）第１の信号と第２の信号の平均時間帯の少なくとも２つを含む。また、本方法は、信号の第１のパターンに少なくとも部分的に基づいて、マイクロ流体システム内で流体の流れを調節するかどうか判断する工程も伴う。
別の実施形態では、方法は、マイクロ流体システムの第１の測定ゾーンで第１の流体および第２の流体を検出する工程を含み、検出する工程は、ａ）第１の流体の不透明度、ｂ）第１の流体の容積、ｃ）第１の流体の流速、ｄ）第２の時間的位置に対する第１の流体の検出の時間的位置、および、ｅ）第１の流体の検出と第２の流体の検出の平均時間帯の少なくとも２つを検出する工程を含む。本方法は、検出する工程に少なくとも部分的に基づいて、マイクロ流体システム内で流体の流れを調節するかどうか判断する工程を伴う。
別の実施形態では、品質管理を実施し、マイクロ流体システムの動作における異常を判断する方法は、マイクロ流体システムの第１の測定ゾーンで第１の流体を検出し、第１の流体に対応する第１の信号を形成する工程を含む。また、本方法は、第１の信号を制御システムに伝送する工程と、第１の信号を基準信号と比較し、それにより、マイクロ流体システムの動作における異常の存在を判断する工程と、比較する工程の結果に少なくとも部分的に基づいて、マイクロ流体システム内で実施されている分析を停止するかどうか判断する工程とを伴う。
本発明の他の利点および新規の特徴は、添付の図面と併せて考慮すると、本発明のさまざまな非限定的な実施形態の以下の詳細な説明より明らかになるであろう。
本発明の非限定的な実施形態を例示として添付の図面を参照して説明する。図面は、概略図であり、原寸に比例して描かれることは意図しない。図面では、示されるそれぞれの同一のまたはほぼ同一のコンポーネントは、通常、単一の数字によって表される。明確にするため、すべての図面においてすべてのコンポーネントがラベル付けされるとは限らず、当業者が本発明を理解できるようにするために図示が必要ではない場合は、本発明のそれぞれの実施形態のすべてのコンポーネントが示されるとも限らない。
一実施形態によるマイクロ流体システムおよび試料分析器の一部であり得るさまざまなコンポーネントを示すブロック図である。 一実施形態による時間の関数としての光学密度の測定を示すグラフである。 一実施形態によるカセットおよび流体コネクタの斜視図である。 一実施形態によるカセットの分解組立図である。 一実施形態によるカセットの概略図である。 一実施形態によるカセットおよび流体コネクタのマイクロ流体システムを示す図である。 一実施形態による試料分析器の一部の概略図である。 一実施形態によるさまざまな異なるコンポーネントに連結する試料分析器の制御システムを示すブロック図である。 一実施形態によるカセットのマイクロ流体システムを示す概略図である。 一実施形態による時間の関数としての光学密度の測定を示すグラフである。
概して、マイクロ流体システム内で流体を制御するためのシステムおよび方法を説明する。いくつかの実施形態では、流体の制御は、マイクロ流体システム内で起こる１つまたは複数のプロセスまたは事象からのフィードバックの使用を伴う。例えば、検出器は、マイクロ流体システムの測定ゾーンの端から端まで通過する１つまたは複数の流体を検出することができ、１つまたは複数の信号または信号のパターンが流体に対応して生成され得る。いくつかの事例では、信号または信号のパターンは、強度（例えば、検出器の端から端まで通過する流体のタイプの指標）、継続時間（例えば、流体の容積および／もしくは流速の指標）、別の時間的位置に対するもしくはマイクロ流体システム内で生じた別のプロセスに対する時間的位置（例えば、バルブを作動してから、ある特定の流体が検出器の端から端まで通過する時間）、ならびに／または、事象間（２つの連続信号間）の平均時間帯に対応するものであり得る。このデータを使用して、制御システムは、マイクロ流体システム内の後続の流体の流れを調節するかどうか判断することができる。いくつかの実施形態では、これらのおよび他の方法を使用して、品質管理を実施し、マイクロ流体システムの動作における異常を判断することができる。
以下でさらに詳細に説明されるように、いくつかの実施形態では、デバイスで実行された分析を記録し、分析の「特徴（ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ）」を本質的に生成することができ、特徴のすべてまたは一部を使用して、マイクロ流体システムにフィードバックを提供することができる。例えば、分析の特徴は、１つまたは複数の検出器側の（例えば、端から端まで通過する、中を通過する、上を通過する、下を通過するなど）各流体からの信号を含み得、それは、デバイスの１つまたは複数の測定ゾーンに静的に位置し得る。信号は、例えば、流体中を通過する光の透過率の尺度であり得る。分析に使用される流体が異なれば、容積、流速、組成は異なり、他の特性を有し得るため、流体は、異なる強度および継続時間を有する信号を生成し得、これらの信号は、特徴に反映される。このように、特徴を使用して、例えば、分析に使用された流体、流体のタイミング（例えば、特定の流体がデバイスのある特定の領域に導入された時間）および流体間での相互作用（例えば、混合）を特定することができる。このデータを使用して、フィードバックを提供し、マイクロ流体システム内の後続の流体の流れを調節することができ、いくつかの事例では、品質管理を実施し、分析のすべてまたは一部が適正に行われたかどうか判断することができる。
本明細書に記載されるシステムおよび方法は、さまざまな分野での適用を見出すことができる。いくつかの事例では、システムおよび方法を使用して、品質管理を実施し、例えば、マイクロ流体システム内で起こる事象の適正なシーケンスを決定することができる。不適正な事象のシーケンスが決定されれば、フィードバック制御は、例えば、マイクロ流体システム内で実行されているテストを中止する、および／または、ユーザに異常を警告することができる。それに加えておよび／またはその代替として、本明細書に記載されるシステムおよび方法を使用して、混合、マイクロ流体システム内のある特定のチャネルまたは貯蔵部への流体の導入または除去、バルブ、ポンプ、真空器または加熱器などの１つまたは複数のコンポーネントの作動および他のプロセスなど、流体の流れを調節することができる。これらのおよび他のプロセスは、例えば、特に、マイクロ流体ポイントオブケア診断プラットホーム、マイクロ流体実験室化学分析システム、高処理量検出システム、細胞培養における流体制御システムまたはバイオリアクタなど、さまざまなマイクロ流体システムに適用することができる。本明細書に記載される物品、システムおよび方法は、安価でロバストな使い捨てのマイクロ流体デバイスが望まれるいくつかの事例では、特に有用であり得る。
その上、本明細書に記載されるフィードバック制御を使用して、化学および／または生物学反応などのマイクロ流体システム内のいかなる適切なプロセスも実行することができる。具体的な一例として、フィードバック制御を使用して、実施例のセクションで説明される銀溶液アッセイなど、不安定な反応前駆体を使用する抗体アッセイにおける試薬搬送を制御することができる。他の利点については、以下でさらに詳細に説明する。
一連の例示的なシステムおよび方法について、ここで説明する。
図１は、ある一連の実施形態によるフィードバック制御を提供し得るマイクロ流体システムおよびさまざまなコンポーネントを示すブロック図１０を示す。マイクロ流体システムは、例えば、ポンプなどの流体流源４０などの１つまたは複数のコンポーネントと作動的に連結されるデバイスまたはカセット２０（例えば、１つもしくは複数の流体をデバイスに導入するためおよび／または流体の流速を制御するため）、場合により正圧を印加するかまたは真空にするかの両方のいずれかを行うよう構成され得るポンプまたは真空器などの流体流源４０（例えば、カセット内の／カセットから１つもしくは複数の流体を移動／除去するためおよび／または流体の流速を制御するため）、バルブシステム２８（例えば、１つまたは複数のバルブを作動させるため）、検出システム３４（例えば、１つまたは複数の流体および／またはプロセスを検出するため）、ならびに／あるいは、温度調整システム４１（例えば、デバイスの１つまたは複数の領域を加熱および／または冷却するため）を含み得る。コンポーネントは、マイクロ流体デバイスの外部にあっても内部にあってもよく、場合により、コンポーネントまたはコンポーネントのシステムを制御するための１つまたは複数のプロセッサを含んでもよい。ある特定の実施形態では、１つまたは複数のそのようなコンポーネントおよび／またはプロセッサは、マイクロ流体システムに含まれた試料を処理および／または分析するよう構成された試料分析器４７に連結する。
一般に、本明細書で使用される場合、１つまたは複数の他のコンポーネント「と作動的に連結される」コンポーネントは、そのようなコンポーネントが互いに直接接続されるか、互いに接続されることも取り付けられることもなく互いに物理的に直接接触するか、または、互いに直接接続されることも互いに接触することもないが、機械的、電気的（空間を通じて伝送される電磁信号を介してを含む）もしくは流体的に相互接続され（例えば、チュービングなどチャネルを介して）、そのように連結するコンポーネントにそれらの意図する機能性を実行させるかもしくはそのように連結するコンポーネントがそれらの意図する機能性を実行できるようにすることを示す。
図１に例示的に示されるコンポーネントおよび他の任意選択のコンポーネントは、制御システム５０と作動的に連結することができる。いくつかの実施形態では、制御システムを使用して、マイクロ流体システム内で起こる１つまたは複数の事象からのフィードバックを使用することによって、流体を制御するおよび／または品質管理を実施することができる。例えば、制御システムは、１つもしくは複数のコンポーネントから入力信号を受信するよう、さまざまなパラメータを計算および／もしくは制御するよう、１つもしくは複数の信号もしくは信号のパターンを、制御システムに事前にプログラムされた信号もしくは値と比較するよう、ならびに／または、１つもしくは複数のコンポーネントに信号を送信し、流体の流れを調節するおよび／もしくはマイクロ流体システムの動作を制御するよう構成することができる。フィードバック制御の具体的な例を以下に提供する。
また、制御システムは、以下でさらに詳細に説明されるように、ユーザインターフェース５４、識別システム５６、外部の通信ユニット５８（例えば、ＵＳＢ）および／または他のコンポーネントなどの他のコンポーネントと場合により連結させることもできる。
マイクロ流体デバイス（例えば、カセット）２０は、所望の分析を実行するためのチャネルおよび／またはコンポーネントの任意の適切な構成を有し得る。ある一連の実施形態では、マイクロ流体デバイス２０は、化学および／または生物学反応（例えば、免疫アッセイ）を実行するために使用できる格納された試薬を含む。マイクロ流体デバイスは、例えば、任意選択の試薬格納エリア６４と流体連結された任意選択の試薬注入口６２を含み得る。格納エリアは、例えば、いくつかの実施形態では部分的にまたは完全に流体（例えば、以下でさらに詳細に説明されるように、場合により非混和性の流体によって分離される試薬溶液および洗浄溶液などの非混和性の試薬を含む液体および気体）が充填され得る１つまたは複数のチャネルおよび／または貯蔵部を含み得る。また、デバイスは、試薬格納エリア６４と任意選択の測定ゾーン６８（例えば、反応エリア）との接続に使用できる流体コネクタなどの任意選択の試料または試薬投入エリア６６も含み得る。試料中の成分を検出するための１つまたは複数のゾーン（例えば、検出領域）を含み得る測定ゾーンは、任意選択の廃棄物エリア７０と流体連結することができ、排出口７２と結合することができる。ある一連の実施形態では、流体を、図面に示される矢印の方向に流すことができる。そのようなおよび他のコンポーネントのさらなる説明および例については、以下でさらに詳細に提供する。
いくつかの実施形態では、デバイスのセクション７１および７７は、デバイスへ試料を導入する前は互いに流体連結されない。いくつかの事例では、セクション７１および７７は、デバイスを最初に使用する前は互いに流体連結されず、最初の使用時に、これらのセクションは、互いに流体連結される。しかし、他の実施形態では、セクション７１および７７は、最初に使用する前および／またはデバイスへ試料を導入する前に互いに流体連結される。また、デバイスの他の構成も可能である。
図１に示される例示的な実施形態で示されるように、ポンプおよび／もしくは真空器または他の圧力制御システムなどの１つまたは複数の流体流源４０、バルブシステム２８、検出システム３４、温度調整システム４１ならびに／または他のコンポーネントは、試薬注入口６２、試薬格納エリア６４、試料もしくは試薬投入エリア６６、測定ゾーン６８、廃棄物エリア７０、排出口７２および／またはマイクロ流体デバイス２０の他の領域の１つまたは複数と作動的に連結することができる。マイクロ流体デバイスの１つまたは複数の領域におけるプロセスまたは事象の検出により、制御システム５０に伝送することができる信号または信号のパターンを生成することができる。制御システムによって受信された信号に（少なくとも部分的に）基づいて、このフィードバックを使用して、ポンプ、真空器、バルブシステム、検出システム、温度調整システムおよび／または他のコンポーネントの１つまたは複数を制御することによってなど、マイクロ流体デバイスのこれらのそれぞれの領域内および／または同領域間で流体を操作することができる。いくつかの事例では、フィードバックは、マイクロ流体システム内で生じた異常を判断することができ、制御システムは、１つまたは複数のコンポーネントへ信号を送信し、システムのすべてまたは一部をシャットダウンさせることができる。結果的に、マイクロ流体システム内で実行されているプロセスの品質は、本明細書に記載されるシステムおよび方法を使用して管理することができる。
いくつかの実施形態では、フィードバック制御は、マイクロ流体システム内で生じる１つまたは複数の事象またはプロセスの検出を伴う。以下でさらに詳細に説明されるように、さまざまな検出方法を使用することができる。検出は、例えば、流体の少なくとも１つの特性、流体内の成分、マイクロ流体デバイスの領域内での成分間の相互作用またはマイクロ流体デバイスの領域内での条件（例えば、温度、圧力、湿度）の決定を伴う場合がある。例えば、検出は、１つまたは複数の流体の不透明度、流体内の１つまたは複数の成分の濃度、１つまたは複数の流体の容積、１つまたは複数の流体の流速、第２の時間的位置に対する第１の流体の検出の時間的位置、および、第１の流体の検出と第２の流体の検出の平均時間帯の検出を伴う場合がある。もう１つの特性、条件または事象の検出は、いくつかの実施形態では、１つまたは複数の信号の生成をもたらすことができ、信号は、場合によりさらに処理し、制御システムに伝送することができる。本明細書でさらに詳細に説明されるように、１つまたは複数の信号を、制御システムに事前にプログラムされた１つまたは複数の信号、値または閾値と比較することができ、１つまたは複数の信号を使用して、マイクロ流体システムにフィードバックを提供することができる。
さまざまな信号または信号のパターンは、本明細書に記載されるシステムおよび方法を使用して生成および／または決定（例えば、測定）することができる。ある一連の実施形態では、信号は強度成分を含む。強度は、例えば、流体内の成分の濃度、検出されている流体のタイプ（例えば、血液と尿などの試料タイプもしくは液体と気体などの流体の物理的特性）の指標、流体内の成分の量および流体の容積の１つまたは複数を示すことができるかまたは示すために使用することができる。いくつかの事例では、強度は、流体または成分の不透明度で決定される。他の実施形態では、強度は、蛍光マーカーまたは標識などのマーカーまたは標識を使用することによって決定される。
いくつかの実施形態では、信号の周波数を生成および／または決定することができる。例えば、それぞれが強度（例えば、閾値強度を上回るまたは下回る）を有する一連の信号は、検出器によって測定することができる。この数値は、制御システムまたは他のユニットに事前にプログラムされる信号または値（閾値強度を上回るまたは下回る強度を有する）の数値と比較することができる。この比較に少なくとも部分的に基づいて、制御システムは、マイクロ流体システム内の流体の流れの調節など条件を開始、停止または変更することができる。
いくつかの実施形態では、信号の継続時間を生成および／または決定する。信号の継続時間は、例えば、流体の容積、流体の流速、流体内の成分の特性（成分が化学発光、蛍光発光および同様のものなどのある特定の活性を有する時間の長さ）、ならびに、特定の流体がマイクロ流体デバイスの特定の領域に位置していた時間の長さの１つまたは複数を示すことができるかまたは示すために使用することができる。
いくつかの実施形態では、第２の時間的位置に対するまたは別のプロセスもしくは事象（例えば、マイクロ流体システム内で生じたもの）に対する信号の時間的位置を生成および／または決定する。例えば、検出器は、ある特定の流体が検出器の端から端まで通過する時間（例えば、第１の時間的位置）およびこの信号が第２の時間的位置に関連し得るタイミング（例えば、検出が開始された時間、プロセスが生じてからある程度の時間が経過した頃など）を検出することができる。別の例では、検出器は、マイクロ流体システムのコンポーネント（例えば、バルブ）を作動してから（または、作動させる前）、ある特定の流体が検出器の端から端まで通過する時間を検出することができる。一実施形態では、バルブの開栓は、試薬の混合が起こりつつあることを示し得、したがって、信号の時間的位置は、試薬を混合してから（または、混合する前）、ある特定の流体が検出器の端から端まで通過する時間の何らかの指標となり得る。流体の信号の位置が例えば試薬を混合してから（または、混合する前）ある一定の時間の範囲内で生じれば、これは、分析が適正に行われていることを示し得る。別の例では、検出器は、第１の流体が検出器の端から端まで通過してから、第２の流体が検出器の端から端まで通過する時間を検出することができる。他の実施形態では、信号の時間的位置は、マイクロ流体システム内で起こっているまたは起こったある特定の事象またはプロセス（例えば、分析の開始、流体の流れの開始、マイクロ流体システム内での検出の開始、ユーザがマイクロ流体デバイスを分析器に挿入する際など）に対して決定される。
別の一連の実施形態では、信号または事象間の平均時間を生成および／または決定する。例えば、２つの信号間の平均時間帯を測定することができ、信号のそれぞれは独立して、本明細書に記載される１つまたは複数の特性または条件に対応し得る。他の実施形態では、最初から最後までの一連の同様の信号の平均時間を決定する（例えば、検出器の端から端まで通過する一連の洗浄流体間の平均時間）。
ある特定の実施形態では、信号のパターンを生成および／または決定する。信号のパターンは、例えば、信号の強度、信号の周波数、信号の継続時間、第２の時間的位置に対するまたはマイクロ流体システム内で生じている（もしくは、生じた）別のプロセスもしくは事象に対する信号の時間的位置、および、２つ以上の信号もしくは事象間の平均時間帯の少なくとも２つ（または、他の実施形態では、少なくとも３つもしくは少なくとも４つ）を含み得る。他の実施形態では、信号のパターンは、第１の信号の強度、第１の信号の継続時間、第２の時間的位置に対する第１の信号の時間的位置、第２の信号の強度、第２の信号の継続時間、第２の時間的位置に対する第２の信号の時間的位置、および、第１の信号と第２の信号の平均時間帯の少なくとも２つ（または、他の実施形態では、少なくとも３つもしくは少なくとも４つ）を含む。信号のパターンは、いくつかの実施形態では、特定の事象またはプロセスがマイクロ流体システム内で適正に起こっているかどうかを示し得る。他の実施形態では、信号のパターンは、特定のプロセスまたは事象がマイクロ流体システム内で生じたかどうかを示す。さらなる他の実施形態では、信号のパターンは、事象の特定のシーケンスを示すことができる。
上記または本明細書に記載されるものなどのさまざまな信号または信号のパターンを生成および／または決定することができ、単独でまたは組み合わせて使用して、マイクロ流体システム内の流体の流れの調節など、もう１つまたは複数のプロセスを制御するためのフィードバックを提供することができる。すなわち、制御システムまたは他の任意の適切なユニットは、いくつかの実施形態では、信号のパターンに少なくとも部分的に基づいて、マイクロ流体システム内で流体の流れを調節するかどうか判断することができる。例えば、第１の信号の強度および第２の時間的位置に対する第１の信号の時間的位置を含む信号のパターンに少なくとも部分的に基づいて流体の流れを調節するかどうかを判断する工程は、これらの情報を両方とも使用して、流体の流れを調節するかどうかについて決定を下す工程を伴う場合がある。例えば、これらの信号を、制御システムに事前にプログラムしても、事前に設定してもよい１つまたは複数の基準信号（例えば、閾値強度または強度範囲、および、第２の時間的位置に対する閾値時間的位置または時間的位置範囲）と比較することができる。各測定信号がそれぞれの閾値または閾値範囲内に収まれば、流体の流れを調節するかどうかについて決定を下すことができる。閾値または閾値範囲を満たす考慮すべきパラメータ１つのみ（例えば、第１の信号の強度のみまたは第１の信号の時間的位置のみ）では、流体の流れを調節するかどうかについて決定を下すには十分な情報とは言えない場合があるが、その理由は、本明細書に記載の目的で信号を発生させる流体または成分について十分な情報が得られない恐れがあるためである。例えば、いくつかの事例では、検出された流体または成分は、信号のパターンが考慮されない限り、本明細書に記載の目的で十分に特定できない恐れがある。
ある特定の実施形態では、１つまたは複数の測定信号を処理または操作する（例えば、伝送前もしくは伝送後および／または基準信号もしくは値と比較する前）。したがって、信号が伝送される（例えば、制御システムに）際、比較される（例えば、基準信号もしくは値と）際または別の方法でフィードバックプロセスにおいて使用される際、生の信号を使用しても、生の信号に（少なくとも部分的に）基づいて処理／操作された信号を使用してもよいことを理解されたい。例えば、いくつかの事例では、測定信号の１つまたは複数の微分信号を計算することができ（例えば、微分器または他の任意の適切な方法を使用して）、それを使用してフィードバックを提供することができる。他の事例では、信号を正規化する（例えば、背景信号から測定信号を減ずる）。ある一連の実施形態では、信号は、例えば、時間の関数としての強度の平均勾配などの勾配または平均勾配を含む。
いくつかの事例では、測定信号は、アナログデジタル変換器を使用してデジタル信号に変換することができ、その結果、すべてのさらなる信号処理は、デジタルコンピュータまたはデジタル信号プロセッサによって実行することができる。一実施形態では、すべての信号処理はデジタル方式で実行されるが、本発明はそれに限定されず、その代替としてアナログ処理技法を使用することができる。例えば、デジタルアナログ変換器を使用して出力信号を生成することができる。信号は、時間領域（一次元信号）でも、空間領域（多次元信号）でも、周波数領域でも、自己相関領域でも、他の任意の適切な領域でも処理することができる。いくつかの事例では、信号は、例えば、線形フィルタ（測定信号の線形変換）、非線形フィルタ、因果性フィルタ、非因果性フィルタ、時不変フィルタ、時変フィルタまたは他の適切なフィルタを使用してフィルタ処理される。信号、パターンおよび本明細書に記載されるフィードバックにおけるそれらの使用は例示的なものであり、本発明はこの点において限定されないことを理解されたい。
一旦信号または信号のパターンが決定されれば、信号を場合により制御システムに伝送することができる。いくつかの事例では、制御システムは、信号または信号のパターンを第２の一連の信号と比較する。第２の信号または信号のパターンは、例えば、マイクロ流体システム内で事前に決定された信号であっても、マイクロ流体システムの制御システムまたは他のユニットに事前にプログラムされ得た基準信号または値であってもよい。いくつかの事例では、基準信号または信号のパターンは、１つまたは複数の閾値または閾値範囲を含む。制御システムは、第１の信号または信号のパターンを第２の信号または信号のパターン（例えば、基準信号）と比較し、マイクロ流体システム内の１つまたは複数の事象または一連の事象を開始するか、停止するか、調節するかを判断することができる。すなわち、制御システムは、測定信号または信号のパターンを使用して、駆動信号を生成し、マイクロ流体システムにフィードバック制御を提供することができる。例えば、制御システムは、マイクロ流体システムの１つまたは複数の領域内で流体の流れを調節する（例えば、流速、混合、１つまたは複数の流体の流れの停止）かどうか判断することができる。また、他の条件、そのような温度、圧力、湿度の調節または他の条件も制御することができる。ある特定の実施形態では、この調節は、制御システムが１つまたは複数の駆動信号をマイクロ流体システムの適切なコンポーネント（例えば、バルブ、ポンプ、真空器、加熱器または他のコンポーネント）へ送信して、そのコンポーネントまたは別のコンポーネントを作動させることによって実行することができる。任意の適切なバルブ駆動電子回路を使用して、駆動信号を受信し、駆動信号を電圧、電流またはコンポーネントを作動できる他の信号へ変換することができる。ある特定の実施形態では、制御システムは、マイクロ流体システムの１つまたは複数のコンポーネントの動作を停止するかどうか判断することができる。いくつかの事例では、制御システムは、マイクロ流体システム内で実施されている分析または分析の一部を停止するかどうか判断することができる。
いくつかの実施形態では、フィードバック制御を実施する方法は、マイクロ流体システムの第１の測定ゾーンで流体の検出を開始する工程を伴う場合がある。第１の流体および第２の流体は、第１の測定ゾーンで検出することができ、第１の流体に対応する第１の信号および第２の流体に対応する第２の信号を形成することができる。信号の第１のパターンは制御システムに伝送され得、信号の第１のパターンは、第１の信号の強度、第１の信号の継続時間、第２の時間的位置に対する第１の信号の時間的位置、および、第１の信号と第２の信号の平均時間帯の少なくとも２つを含む。マイクロ流体システム内で流体の流れを調節するかどうかについての判断は、信号の第１のパターンに少なくとも部分的に基づいて決定することができる。
本明細書に記載されるものの多くが信号または信号のパターンの使用について説明しているが、本発明はそれに限定されず、いくつかの実施形態では、流体または成分に関与する特性、条件または事象の決定を伴うフィードバック制御または他のプロセスの態様は、信号または信号のパターンの生成、決定（例えば、測定）または分析を必要としない場合があることを理解されたい。
いくつかの実施形態では、フィードバックを実施する方法は、マイクロ流体システムの第１の測定ゾーンで第１の流体および第２の流体を検出する工程を伴い、検出する工程は、第１の流体の不透明度、第１の流体の容積、第１の流体の流速、第２の時間的位置に対する第１の流体の検出の時間的位置、および、第１の流体の検出と第２の流体の検出の平均時間帯の少なくとも２つ（または、少なくとも３つ）を検出する工程を含む。マイクロ流体システム内で流体の流れを調節するかどうかについての判断は、検出する工程に少なくとも部分的に基づいて決定することができる。
いくつかの実施形態では、フィードバック制御を使用して、最初に検出された同じ条件、事象または条件もしくは事象のタイプを調節することができる。例えば、流体内の成分の濃度を決定することができ、信号を生成して制御システムに伝送することができ、制御システムは、同じ成分の濃度をマイクロ流体デバイスの領域内で増加すべきか減少すべきか判断する。別の例では、チャネル内の流体の流速を測定し、測定から生成された信号に少なくとも部分的に基づいて、流体流源（例えば、真空器もしくはポンプ）またはバルブを使用して、その同じチャネル内の流速を調節する。そのようなおよび他の実施形態では、生成された信号を、所望の値または条件の範囲（例えば、濃度、流速）を示す事前に決定された信号または値と比較することができる。いくつかの事例では、フィードバック制御は、フィードバックループ（例えば、正または負のフィードバックループ）を含み得る。他の事例では、フィードバック制御は、フィードバックループを含まない。
しかし、他の実施形態では、（本明細書に記載される例の多くを含めて）フィードバック制御は、マイクロ流体システム内で起こる１つまたは複数の第１の条件または事象の決定に少なくとも部分的に基づき、１つまたは複数の条件または事象からの信号を使用して、マイクロ流体システム内で起こる第２の異なる一連の条件または事象（または、起こるであろう事象）を制御する。ある特定の実施形態では、第２の異なる一連の条件または事象は、第１の一連の条件または事象には実質的に影響を及ぼさない（例えば、成分の濃度またはチャネル内の流速を調節する工程を伴う上記の例とは対照的に）。いくつかの事例では、検出は測定ゾーンで行われ、測定ゾーンからのフィードバックを使用して、マイクロ流体システムの異なる領域での流体の流れを調節する。例えば、検出システムの端から端まで通過するある特定の流体の検出は、マイクロ流体システムの異なる領域内での１つまたは複数の異なる流体の流れを可能にするため、特定のバルブを作動させるかどうかの制御を引き起こし得る。特定の一実施形態では、反応エリアでの（例えば、端から端まで通過する）第１の流体の検出は、マイクロ流体システムの混合領域での第２および第３の流体の混合を引き起こし得る。第２および第３の流体は、最初は、フィードバックの提供に使用される信号の検出および生成が行われる場所とは異なるマイクロ流体システムの領域（例えば、格納領域）に位置し得る。別の例では、測定ゾーンの端から端まで流れる試料の光学密度の測定（例えば、第１の条件）は、試料が適切な時点で導入されたかどうかおよび／または適正なタイプもしくは容積の試料の存在の指標となる。この測定からの１つまたは複数の信号は、１つまたは複数の事前に設定された値と比較することができ、このフィードバックおよび比較に（少なくとも部分的に）基づいて、事前に設定された値の範囲内に測定信号が収まらなければ、制御システムは、マイクロ流体システム内の流体の流れを停止することができる（例えば、第２の異なる条件）。いくつかのそのようなおよび他の実施形態では、第１の条件または事象は、検出する工程の後には既に経過しており、その結果、フィードバック制御は、フィードバックに使用される信号を生成したその同じ条件、事象または条件もしくは事象のタイプを実質的に調節しない。
いくつかの実施形態では、制御システムは、比例制御、積分制御、比例積分制御、微分制御、比例微分制御、積分微分制御および比例積分微分制御などの１つまたは複数のフィードバック制御方法を使用して、流体の流れを調節することができる。フィードバック制御は、いくつかの実施形態では、フィードバックループを含み得る。前述のフィードバック制御方法の１つまたは複数を伴ういくつかの事例では、駆動信号（例えば、マイクロ流体システムのコンポーネントを作動させることによって流体の流れを調節するのに使用され得る）は、事前にプログラムされた閾値信号または値（実行すべき今後の動作の指標となり得る）と検出器によって測定されるフィードバック信号との間の差異である信号に少なくとも部分的に基づいて生成することができる。
マイクロ流体システム内で起こる条件または事象の検出は、さまざまな形態を有し得る。いくつかの事例では、検出は絶え間なく起こる。他の実施形態では、検出は定期的に起こる。さらなる他の実施形態では、検出は散発的に起こる。いくつかの事例では、検出は、特定の事象または条件が起こると同時に起こる。
本明細書に記載されるように、検出は、マイクロ流体デバイスに対して任意の適切な位置で行うことができる。いくつかの事例では、１つまたは複数の検出器は、使用中および／または検出中はマイクロ流体デバイスに対して文房具（ｓｔａｔｉｏｎｅｒｙ）である。例えば、文房具（ｓｔａｔｉｏｎｅｒｙ）検出器は、１つまたは複数の事象（例えば、化学または生物学反応）が起こる検出領域または測定ゾーンなどのマイクロ流体デバイスのある特定の領域に隣接して配置することができる。検出器は、例えば、流体が測定ゾーンの端から端まで通過する工程を検出することができる。それに加えてまたはその代替として、検出器は、その領域での他の成分の結合または連結（例えば、測定ゾーンの表面への成分の結合）を検出することができる。いくつかの実施形態では、文房具（ｓｔａｔｉｏｎｅｒｙ）検出器は、複数の測定ゾーンを同時にモニタすることができる。例えば、カメラなどの検出器を使用して、マイクロ流体デバイス全体またはデバイスの大部分および精査されたデバイスのある特定のエリアのみをイメージ化することができる。光ファイバなどのコンポーネントを使用して、複数の測定ゾーンから単一の検出器まで光を通過させることができる。
他の実施形態では、検出器は、使用中および／または検出中はマイクロ流体デバイスに対して着脱可能に配置される。例えば、検出器は、マイクロ流体デバイスの異なる領域を物理的に横断し、デバイス全体にわたる流体の動きを検出することができる。例えば、検出器は、マイクロ流体デバイスのチャネル内のある特定の流体および／または成分の動きを追跡することができる。あるいは、マイクロ流体デバイスは、固定された検出器に連動することができる。また、他の検出器の構成および使用も可能である。
フィードバック制御に使用できる信号または信号のパターンを、図２に示される例示的な実施形態に示す。図２は、さまざまな流体がデバイスの領域内（例えば、チャネル）を流れて検出器の端から端まで通過する際のさまざまな流体の検出を示すグラフである。グラフ１００は、時間（ｘ軸）の関数としての任意単位での光学密度（ｙ軸）の測定を示す。ある特定の実施形態では、流体の伝送および／または吸収は、例えば、マイクロ流体システムの領域の端から端まで通過する際に検出することができる。ゼロの光学密度は最大光透過率（例えば、低吸光度）を示し得、より高い光学密度は低透過率（例えば、より高い吸光度）を示し得る。検出器の端から端まで流れる流体が異なれば、光の透過率または吸光度に対する感受性が異なり得るため、流体の容積、流速および流体のタイプを含む特定の流体の検出を判断することができる。
例えば、図２に例示的に示されるように、信号１１０を生成する第１の流体は、時間＝約０．１秒からおよそ７００秒までに検出器の端から端まで通過し得る。（時間＝０秒は、例えば、検出の開始を示し得る。）第１の流体１１０は、特定の強度１１２（例えば、約０．２３の光学密度）を有する。特定の強度または強度の範囲を有する特定のタイプの流体が特定の時点で（例えば、検出の開始からおよそ４００秒後の時点）またはある特定の時間帯の間（０〜８００秒のある時点）に検出器の端から端まで流れることが予測される場合は、このプロセスが生じたという確認を検出することができる。生成する第１の流体１１０は、いくつかの実施形態では、特定の分析を実行するためにマイクロ流体デバイスに導入される特定のタイプの試料であり得る。試料タイプが特定の強度に関連する場合（例えば、全血はおよそ０．２３の光学密度を与える）、その試料が許容範囲内に強度を有するかどうか判断することによって試料のタイプを実証することができる。
その上、適正な時間（例えば、分析の開始時）にデバイスへ試料を適正に導入したかについては、時間の関数として（ｘ軸に沿って）試料信号が発生した場所を判断することによって実証することができる。例えば、試料が測定ゾーンに到達する時間（ある特定の範囲または強度を有するＯＤで観察）をモニタすることができる。試料が測定ゾーンへ入るのに時間がかかり過ぎる場合は、これは、例えば、システム内の漏洩または閉塞を示し得る。試料が第１の測定ゾーンに到達するのに時間がかかり過ぎる場合、または、試料もしくは試料の一部が複数の測定ゾーン（並列または直列に配置され得る）に到達する間の時間が長過ぎる場合は、テストが中止される場合がある。
それに加えて、信号１１０を生成する第１の流体の容積は、信号の時間帯１１４を測定することによって判断および実証することができる。マイクロ流体デバイスで実行されるべき特定のプロセスが特定の容積を有する試料を必要とする場合は、これを実証することができる。例えば、特定の容積（例えば、１０μＬ）を有する試料は、ある特定の強度（例えば、試料のＯＤ）でフロー時間の予測範囲（例えば、ある特定の継続時間を有する信号）に対応して予測することができる。このテストにより、ユーザが流体コネクタまたは他の適切な試料導入デバイスへ試料を適正に投入したことを確認することができる。試料信号の継続時間が短過ぎる場合（試料が十分に導入されたかったことを示し得る）または長過ぎる場合（過度の試料が導入されたことを示し得る）は、テストが中止されるおよび／または結果が無視される場合がある。
例えば、第１の流体から生じる信号１１０の強度、時間帯または位置が不適正なものであれば、制御システムは、例えば、マイクロ流体システム内の流体の流れを調節することができる二次プロセスを引き起こすことができる。例えば、ある一連の実施形態では、制御システムは、不適正な試料タイプもしくは容積がデバイスに導入されたためまたは不適正な時間にデバイスに導入されたため、マイクロ流体デバイスによって実行される分析を中止すべきことを決定することができる。他の実施形態では、デバイスに関する問題（例えば、特定の流速で流体を流すことができないチャネルの閉塞）またはデバイスの分析に使用される分析器に関する問題（例えば、バルブ、ポンプまたは真空器などの１つまたは複数のコンポーネントの機能障害）が原因で中止される場合がある。
例えば、マイクロ流体システム内の流体の流れを調節することによって（例えば、流体の流れを停止するよう、ポンプもしくは真空器へ信号を送信する）、システムのある特定のコンポーネントへの給電を停止することによって、分析システムからマイクロ流体デバイス／カセットを取り出すことによって（例えば、自動的にもしくはそうするようユーザに通知する）または他のプロセスによって、分析を中止することができる。
他の実施形態では、システム内で生じる異常は、二次事象を引き起こすが、分析を中止させることはない。いくつかの事例では、ユーザは、システム内で異常が生じたことを警告される場合がある。ユーザは、テストの結果を信頼すべきではないこと、分析を再度実行する必要があること、分析に時間を要する恐れがあること、または、ユーザが何らかの措置を講じるべきであることを通知される場合がある。いくつかの事例では、ユーザは、通知を受けて、マイクロ流体システムの１つもしくは複数のプロセスまたは実行されている分析を継続すべきかどうかを実証するよう依頼され得る。また、品質管理の他の方法も可能である。
ある一連の実施形態では、品質管理を実施し、マイクロ流体システムの動作における異常を判断する方法は、マイクロ流体システムの第１の測定ゾーンで（例えば、端から端まで通過する）第１の流体を検出し、第１の流体に対応する第１の信号を形成する工程と、第１の信号を制御システムに伝送する工程とを含む。第１の信号を基準信号と比較し、それにより、マイクロ流体システムの動作における異常の存在を判断することができる。本方法は、比較する工程の結果に少なくとも部分的に基づいて、マイクロ流体システムの動作を停止するかどうか判断する工程を含み得る。いくつかの事例では、制御システムは、マイクロ流体システム内で実施されている分析または分析の一部を停止するかどうか判断することができる。
図２に例示的に示されるように、検出器の端から端まで通過する流体のタイプは、流体によって生成される信号の強度によって少なくとも部分的に決定することができる。例えば、第１の流体からの信号１１０は高強度（例えば、低光透過率）を有するが、信号１２０、１２２および１２４を生成する第２の一連の流体は比較的低い強度（例えば、高光透過率）を有する。また、グラフは、信号１１０を生成する第１の流体と信号１２０、１２２および１２４を生成する第２の流体との間の相対分離間隔も示す。例えば、時間帯１２５と時間帯１１４との差異は、第１の流体が検出器の端から端まで通過し終えてからどれほど素早く第２の一連の流体が検出器の端から端まで流れるかの指標となり得る。いくつかの実施形態では、この時間差異を１つまたは複数の基準信号または値（例えば、第１の流体と第２の流体との間で生じることが予期される分離時間または時間範囲の規定量）と比較することができる。基準信号もしくは値と一致しないか、または、許容範囲内に収まらない時間差異は、マイクロ流体システム内で異常が生じたことを示し得る。例えば、時間帯１２５と時間帯１１４との間の時間差異が長過ぎる場合、これは、マイクロ流体デバイス内で流体の流れが妨害された（例えば、気泡によるまたは他の手段によるチャネルの閉塞が原因で）が、後に妨害が解除されたことを示し得る。いくつかの実施形態では、これは、実行されているテストに影響を及ぼす恐れがあり、そのため、制御システムは、マイクロ流体システム内の１つまたは複数のプロセスを停止または変更すべきかどうか判断することができる。
図２に例示的に示されるように、信号１２０、１２２および１２４を生成する第２の流体は、ピーク１２６、１２８および１３０によって分離される。これらのピークは、第２の流体間を流れる流体を表す。本明細書でさらに詳細に説明されるように、いくつかの事例では、これらの分離流体は、それらが分離している流体に対して非混和性の流体であり得る。例えば、ある一連の実施形態では、信号１２０、１２２および１２４を生成する第２の流体は、測定ゾーンの端から端まで通過する洗浄溶液である。これらの洗浄流体は、信号１２６、１２８および１３０を生成する非混和性の（分離）流体（例えば、空気栓）によって分離され得る。洗浄溶液は、比較的高い透過率ひいては比較的低い光学密度を有し得るが、空気栓は、これらの流体が検出器の端から端まで通過する際の光散乱が原因で、比較的低い光透過率（例えば、比較的高い光学密度）を有し得る。これらの流体の光の透過率に対する感受性が異なるため、異なる流体（流体タイプ、相、容積、流速を含む）を区別することができる。さらに、検出器の端から端まで通過する第２の流体のシーケンスは時間帯１３４を有し得、場合により時間帯１３４を最適な時間帯または時間帯の範囲と比較することができ、場合によりフィードバック制御に使用することができる。
ある特定の実施形態では、洗浄体（ピークとトラフ）の数を計数し、予測数が観察されなければ、制御システムは分析を中止する。より少ない洗浄体は、デバイスの格納中に試薬が蒸発した（漏洩を示す）か、または、流体コネクタの接続における問題を意味する恐れがある。洗浄体が少な過ぎるということは、デバイスの製造中に適正な数がデバイスに投入されなかったことも示し得る。洗浄体が多すぎると、格納中に洗浄栓が破壊されたことを意味することになる。
また、図２は、第２の流体が流れてから測定ゾーンの端から端まで通過する信号１３５を生成する第３の流体も示す。第３の流体は、第２の一連の流体のものと同様の光学密度を有するため、第３の流体は、その時間帯１３６によって少なくとも部分的に他の流体と識別または区別することができ、流体の容積の指標となり得る。また、時間軸に沿った（または、存在する１つもしくは複数の他の信号に対する）時間帯１３６の位置は、流体が測定ゾーンの端から端まで流れていることの指標ともなり得る。例えば、ある特定の光学密度（例えば、約０．０１）および継続時間（例えば、使用されるべき特定の流速または印加すべき圧力で約２００秒間）を与える流体が分析の開始から９００秒〜１２００秒後に発生するように分析を設計することができる。これらのパラメータは、制御システムに事前にプログラムし、検出器によって測定された信号１３５と比較することができる。
信号１３５を生成する第３の流体は、任意の適切な流体であり得、いくつかの事例では、マイクロ流体デバイス内で実行される化学および／または生物学反応で使用される試薬である。例えば、以下でさらに詳細に説明されるように、第３の流体は、試料の１つまたは複数の成分と結合できる検出抗体であり得る。しかし、他の実施形態では、検出抗体は、試料が検出器の端から端まで流れる前に試料の成分と結合される。また、検出抗体の結合の他の構成も可能であり、いくつかの実施形態では、検出抗体は全く使用されない。
第３の流体が測定ゾーンの端から端まで流れてから、信号１４０、１４２、１４４、１４６、１４８および１５０を生成する一連の第４の流体を測定ゾーンの端から端まで流すことができる。第４の流体のそれぞれは、信号１５４を生成する非混和性の流体（例えば、空気栓）によって分離され得る。ある特定の実施形態では、ある特定の閾値を有する信号の周波数（例えば、０．０５の光学密度を上回る閾値を有する信号１５４を生成する空気栓および／または０．０１を下回る光学密度を有する一連の第４の流体）を使用して、マイクロ流体システム内で１つまたは複数の事象を引き起こすことができる。
いくつかの事例では、一連の流体の強度および周波数は、そのような流体の最初から最後までの時間帯の合計（例えば、一連の第４の流体を包含する時間帯１５８）と組み合わせることができる。例えば、事象のフィードバックまたは引き起こしは、隣接する信号間の１つまたは複数の時間帯と組み合わせて、および／または、信号の強度と組み合わせて、および／または、そのタイプもしくは強度の最初から最後までの信号の時間帯と組み合わせて、観察された信号の周波数（例えば、ピーク）に少なくとも部分的に基づく場合がある。場合により、信号の１つまたは複数を、時間軸に沿った事象の時間スケールに対する信号の平均位置（例えば、１つまたは複数の他の信号または基準点（例えば、時間＝ゼロ）に対する信号１４０から信号１５０までの平均時間１５８）と組み合わせて使用することができる。
いくつかの実施形態では、信号のパターンによって引き起こされる事象は、マイクロ流体システム内の流体の流れの調節である。例えば、ポンプ、真空器、バルブシステムまたは他のコンポーネントの１つまたは複数は、信号の特定のパターンの欠如の存在に少なくとも部分的に基づいて作動することができる。一例としては、信号のパターンは、１つまたは複数の流体をマイクロ流体デバイスの特定のチャネルに流し込むことができるようにするバルブの作動を引き起こし得る。例えば、バルブの作動により、デバイス内で流体を格納する間は別々に保持された２つの流体を共通のチャネル内で混合することが可能となり得る。特定の一実施形態では、混合された流体は、デバイスの測定ゾーンでの信号の増幅を可能にする増幅試薬を含む。具体的な例を以下でさらに詳細に提供する。
本明細書に記載されるように、検出器は、流体がマイクロ流体デバイスの領域の端から端まで通過する工程を検出するだけではなく、マイクロ流体デバイスの領域内で生じる事象または条件の有無を検出することもできる。例えば、いくつかの事例では、結合事象が検出される。他の実施形態では、マイクロ流体デバイスの特定の領域での成分の蓄積および／または堆積が検出される。さらなる他の実施形態では、信号の増幅が検出される。そのようなプロセスは、デバイスの領域内の任意の適切な位置で生じ得る。例えば、事象または条件は、デバイスの領域内に位置する流体内、デバイスのチャネルまたはチャンバの表面上、デバイスの領域内に位置するコンポーネント上または同コンポーネント内（例えば、ビーズの表面上、ゲル内、膜上）で生じ得る。
いくつかの事例では、事象または条件の進行を判断することができ、場合により、１つまたは複数の基準信号または値（制御システムに事前にプログラムされ得る）と比較することができる。例えば、図２に例示的に示されるように、ピーク１６０は、測定ゾーン内での信号の増大（例えば、不透明層）が原因で形成され得る。このピークの勾配を測定し、１つまたは複数の制御値と比較し、測定ゾーン内で適正なプロセスが生じているかまたは生じたかどうか判断することができる。例えば、ピーク１６０の勾配が許容値の特定の範囲内にあれば、これは、信号の生成に部分的に使用された試薬の格納において異常がなかったことを示し得る。
ある一連の実施形態では、ピーク１６０は、測定ゾーンに入る増幅試薬を示す。分析は、ある特定の事象が起こってから（例えば、バルブの作動と同時に）ある特定の時間帯内で増幅試薬が測定ゾーンに入るよう設計および構成することができる。いくつかの事例では、増幅試薬は、それに関連するある特定の光学密度（例えば、試薬が透明な液体の場合は低光学密度）を有するべきである。試薬の測定ゾーンへの到達が遅い場合および／または初期の光学密度が高過ぎる場合は、テストを中止することができる。試薬が高光学密度を有する（例えば、暗色または不透明である）場合は、これは、試薬が劣化したこと（例えば、デバイス内で試薬を格納する間に）を示し得る。
いくつかの実施形態では、デバイスは、複数の測定ゾーン（例えば、並列または直列）を含み得る。１つの測定ゾーンを負の制御として使用することができる。例えば、いくつかの実施形態では、物質の最小限の結合または堆積（例えば、不透明層）ひいては低光学密度は、負の制御の測定ゾーンで予測される場合がある。検出器が負の制御の測定ゾーン内での光学密度の上昇を測定する場合、これは、例えば、非特異的結合を示し得る。いくつかの事例では、この測定ゾーンからの信号は、「背景信号」と見なすことができ、他の測定ゾーン内の信号から減じて、システム全体を通して起こり得る非特異的結合を説明することができる。背景信号が高過ぎる場合は、テストが中止される場合がある。これは、例えば、分析に使用される増幅試薬または他の試薬に関する問題を示し得る。
いくつかの実施形態では、デバイスは、正の制御として使用される測定ゾーンを含み得る。いくつかの実施形態では、正の制御は、測定ゾーンと（例えば、チャネル壁と）結合された既知量の分析物を含み、ある特定の時点の光学密度信号のレベル、これらの信号の勾配またはゾーン内のこれらの信号の勾配の変化は、予測された範囲内に収まり得る。これらの範囲は、デバイスの指定されたロットを較正する間に決定することができる。いくつかの事例では、本明細書にさらに詳細に説明されるように、この情報は、バーコード、メモリスティックまたは無線自動識別（ＲＦＩＤ）タグなどのロット特有のタグを使用して分析器に移動されたロット特有の情報に含まれ得る。これらの測定ゾーンに対する基準レベルが範囲内に収まらない場合は、テストが中止される場合がある。背景信号と同様に、これらの信号を使用して、テスト信号を調整することもできる（例えば、これらの信号が上昇すればテスト信号をわずかに増加させ、これらの信号が低ければテスト信号を減少させる）。
１つもしくは複数の事象（例えば、増幅、混合）の間および／または１つもしくは複数の不測の時間的位置における気泡または他の成分などの妨害の存在は、バルブの漏洩などの分析における問題を示し得る。これらの気泡または他の成分は、光学密度パターンにおいてある特定の強度を有するピーク（洗浄中に使用される空気栓ピークと同様であり得る）として検出することができる。これらのピークが不測の場所で観察される場合は、テストを中止することができる。
図２では光学密度（例えば、透過率または吸光度）が決定されたが、他の実施形態では、適切な検出器を使用して他のタイプの信号を測定できることを理解されたい。信号は、標識なしで生成しても（光学密度測定の際など）、標識を使用して生成してもよい。蛍光マーカー、染料、量子ドット、磁性粒子および当技術分野で公知の他の標識などのさまざまな異なる標識を使用することができる。
図２に例示的に示されるように、いくつかの実施形態では、デバイスで実行された分析を記録し、分析の「特徴」を本質的に生成することができる。特徴のすべてまたは一部を使用して、マイクロ流体システムにフィードバックを提供することができる。いくつかの事例では、特徴は、分析に使用される実質的にすべての流体がデバイスの領域の端から端まで通過する工程からの信号を含む。分析に使用される流体が異なれば、容積、流速、組成は異なり、他の特性を有し得るため、これらの特性は、特徴に反映され得る。このように、特徴を使用して、例えば、分析に使用された流体、流体のタイミング（例えば、特定の流体がデバイスのある特定の領域に導入された時間）および流体の相互作用（例えば、混合）を特定することができる。いくつかの実施形態では、特徴を使用して、デバイスで実行された分析のタイプおよび／または分析のテスト形式（例えば、サンドイッチアッセイと競合アッセイ）を特定することができる。
ある一連の実施形態では、全体的な特徴（例えば、すべての信号の一般的な形状、継続時間およびタイミング）を使用して、分析の終了時に品質管理を実施する。例えば、特徴を制御特徴と比較して、すべての流体が流れた後に分析が適正に行われたかどうか判断することができる。いくつかの事例では、制御システムは、分析が適正に行われたかどうかに関してユーザに通知する場合がある（例えば、ユーザインターフェースを介して）。
他の実施形態では、検出器は、マイクロ流体システムのある特定の領域内に配置することができ、すべての流体ではなくある特定の流体の存在または検出器の端から端までの通過のみを判断することができる。例えば、検出器を混合領域に配置して、流体の混合が適正かを判断することができる。流体が適正に混合されている場合（例えば、ある特定の濃度もしくは容積などのある特定の特性を有する混合流体が生成される）、または、分析で生じる１つもしくは複数の他の事象に対して適正な時点で混合された場合は、フィードバック制御は、混合流体をデバイスの別の領域に流し込むことができる。混合流体が１つまたは複数の所望のまたは既定の特性を有さない場合は、フィードバック制御は、混合流体がその領域に流れ込むのを防ぐことができ、いくつかの実施形態では、第２の一連の流体の混合を開始してその領域に搬送することができる。
ある特定の実施形態では、フィードバック制御は、２つ以上の検出器の使用を含む。第１の検出器は第１の一連の信号を決定し得、第２の検出器は第２の一連の信号を決定し得る。第１および第２の一連の信号は、互いに比較することができる、ならびに／または、それぞれは、制御システムに事前にプログラムされ得る一連の基準信号もしくは値と比較することができる。例えば、デバイスは、複数の測定ゾーンを含み得、それぞれの測定ゾーンは、その領域で信号を測定する検出器と連結される。いくつかの事例では、システムは、第１の検出器が第２の検出器の分析の特徴と実質的に一致する分析の特徴を決定するよう設計および構成される。しかし、特徴が一致しない場合、これは、システム内で異常が生じたことを示し得る。いくつかの事例では、第１および／または第２の検出器は、上記で説明されるように、分析に使用されるすべての流体がデバイスの領域の端から端まで通過する工程、または、デバイスの領域の端から端まで通過するある特定の流体のみ（しかし、すべてではない）を検出することができる。他の実施形態では、フィードバック制御または一般に値の決定は、複数の測定ゾーンから検出された信号の使用を伴う場合がある。例えば、流速は、気泡または流体の最先端が２つの測定ゾーン間を移動するのに要する時間の長さを測定することによって決定することができる。
フィードバック制御ならびに本明細書に記載される他のプロセスおよび方法は、以下でさらに詳細に説明されるものなどの任意の適切なマイクロ流体システムを使用して実施することができる。いくつかの事例では、マイクロ流体システムは、マイクロ流体試料分析器に挿入するよう構成され得るデバイスまたはカセットを含む。図３〜６は、分析器とともに使用するためのカセット２０のさまざまな例示的な実施形態を示す。これらの図に例示的に示されるように、カセット２０は、実質的に剛体の板状の構造を有する実質的にカード形状のもの（すなわち、カードキーと同様）であり得る。
カセット２０は、流体コネクタ２２０を含むよう構成することができ、図３に示される例示的な実施形態に示されるように、流体コネクタ２２０は、カセット２０の一方の端に嵌め込むことができる。ある特定の実施形態では、流体コネクタを使用して、１つまたは複数の流体（例えば、試料もしくは試薬）をカセットに導入することができる。
ある一連の実施形態では、流体コネクタを使用して、最初の使用時にカセットの２つ（またはそれ以上）のチャネルを流体接続する。最初に使用する前は、チャネルは接続されていない。例えば、カセットは、カセットを最初に使用する前は流体連結されていない２つのチャネルを含み得る。チャネルのそれぞれに異なる試薬を格納する場合などのある特定の事例では、非接続チャネルは有利であり得る。例えば、第１のチャネルを使用して乾燥試薬を格納し、第２のチャネルを使用して湿潤試薬を格納することができる。互いに物理的に分離されたチャネルを有することで、例えば、湿潤形態で格納された試薬によって発生し得る湿気から保護された乾燥形態で試薬を格納した状態を保つことによって、チャネルのそれぞれに格納された試薬の長期の安定性を高めることができる。最初の使用時は、流体コネクタを介してチャネルを接続し、カセットのチャネル間の流体連結を可能にすることができる。例えば、流体接続により、カセットの注入口および／または排出口を密封するシールに穴を開け、カセットへの流体コネクタの挿入を可能にすることができる。
本明細書で使用される場合、「カセットを最初に使用する前」は、市販購入後に対象ユーザがカセットを最初に使用する前の１つまたは複数の時期を意味する。最初の使用は、ユーザによるデバイスの操作を必要とする任意の工程を含み得る。例えば、最初の使用は、密封された注入口に穴を開けてカセットに試薬を導入する工程、２つ以上のチャネルを接続して、チャネル間で流体連結させ、試料の分析前のデバイスの準備（例えば、デバイスへの試薬の投入）を行う工程、デバイスに試料を投入して、デバイスの領域内で試料の準備を行う工程、試料との反応を実行し、試料を検出する工程などの１つまたは複数の工程を伴う場合がある。最初の使用は、この文脈内では、カセットの製造業者によって行われる製造もしくは他の予備の工程または品質管理工程を含まない。この文脈内での最初の使用の意味は当業者には周知であり、本発明のカセットが最初の使用を経たかまたは経ていないか容易に判断できよう。ある一連の実施形態では、本発明のカセットは最初の使用後（例えば、アッセイ完了後）は使い捨てが可能であり、そのようなデバイスの最初の使用時は特に明白であるが、その理由は、最初の使用後のそのデバイスの使用（例えば、第２のアッセイを実行するため）がとにかく一般的に非実用的であるためである。
カセットは、さまざまなメカニズムを使用して流体コネクタと結合することができる。例えば、流体コネクタは、カセットの特徴に相補的な少なくとも１つの非流体の特徴を含み、取り付け時に流体コネクタとカセットとの間に非流体接続を形成することができる。非流体の相補的な特徴は、例えば、流体コネクタの突出特徴およびそれに対応するカセットの相補的な空洞であり得、それは、ユーザが流体コネクタをカセットと整合する際に役立てることができる。いくつかの事例では、特徴は、整合要素が流体コンポーネントを受入する際（例えば、流体コンポーネントを整合要素に挿入する際）および／またはデバイスの意図する使用の間、カセットおよび／または整合要素に対する流体コネクタの動きに対してかなりの抵抗を生み出す。流体コネクタおよび／またはカセットは、場合により、嵌め込み機能（例えば、凹部）、溝、クリップを挿入するための開口部、ジップタイメカニズム、圧力継手、摩擦継手、ねじ継手などのねじ込みコネクタ、嵌め込み継手、接着継手、磁気コネクタまたは他の適切な結合メカニズムなどの１つまたは複数の特徴を含み得る。カセットへの流体コネクタの接続は、コンポーネント間に液密および／または気密シールを形成する工程を伴う場合がある。カセットへの流体コネクタの取り付けは、可逆性であっても不可逆性であってもよい。
示されるように、カセット２０は、流体コネクタ２２０を含むよう構成することができる。特に、カセット２０は、コネクタ２２０を受入して嵌合するよう構成される流体コネクタ整合要素２０２を含み得る。整合要素は、流体コネクタと係合するよう構築および構成し、それにより、カセットに対して既定の設定された構成でコネクタを配置することができる。図３の例示的な実施形態に示されるように、カセットは、カセットに対してほぼ垂直に延在する整合要素を含み得る。他の実施形態では、整合要素は、カセットに対してほぼ平行に延在し得る。
いくつかの実施形態では、整合要素および流体コネクタの構成は、滑り運動によって流体コネクタを整合要素に挿入できるよう適合させることができる。例えば、流体コネクタを整合要素に挿入する際、流体コネクタは、整合要素の１つまたは複数の表面に対して摺動することができる。
流体コネクタは、カセットに接続する前に、流体および／または試薬（例えば、流体試料）を保持し得る実質的にＵ形状のチャネルを含み得る。チャネルは、コネクタを形成する２つのシェルコンポーネント間に収容することができる。いくつかの実施形態では、流体コネクタを使用して、流体コネクタをカセットに接続する前に患者から試料を採取することができる。例えば、血液試料の場合、流体コネクタは、患者の指を穿刺してチャネルに試料を採取するよう構成することができる。他の実施形態では、流体コネクタは、カセットへの接続前には試料（または、試薬）を含まないが、接続と同時に単にカセットの２つ以上のチャネル間の流体連結を可能にする。一実施形態では、Ｕ形状のチャネルは、毛細管を用いて形成される。また、流体コネクタは、他のチャネル構成も含むことができ、いくつかの実施形態では、互いに流体接続されても流体接続されなくともよい２つ以上のチャネルを含み得る。
図４の分解組立図に例示的に示されるように、カセット２０は、カセット本体２０４を含み得、カセット本体２０４は、試料または試薬を受入するよう構成された少なくとも１つのチャネル２０６を含む。また、カセット本体２０４は、嵌め込み装着式で流体コネクタ整合要素２０２と連結する、一方の端に配置されたラッチ２０８も含み得る。
また、カセット２０は、上部および下部カバー２１０および２１２も含み得、上部および下部カバーは、例えば、透明な物質からなり得る。いくつかの実施形態では、カバーは、生体適合性の接着剤の形態であり得、例えば、ポリマー（例えば、ＰＥ、ＣＯＣ、ＰＶＣ）または無機物質からなり得る。いくつかの事例では、１つまたは複数のカバーは、粘着性の膜（例えば、テープ）の形態である。いくつかの適用例において、カバーの材料および寸法は、カバーが水蒸気に対して実質的に不浸透性であるように選択される。他の実施形態では、カバーは、非接着剤であり得るが、熱、レーザエネルギーまたは超音波エネルギーを直接加えることによってマイクロ流体基板に熱的に結合することができる。カセットのチャネルのいかなる注入口および／または排出口も、１つまたは複数のカバーを使用して密封することができる（例えば、注入口および／または排出口上に接着剤を置くことによって）。いくつかの事例では、カバーは、カセット内の１つまたは複数の格納された試薬を実質的に密封する。
示されるように、カセット本体２０４は、カセット本体２０４内のチャネル２０６と結合された１つまたは複数のポート２１４を含み得る。これらのポート２１４は、流体コネクタ２２０をカセット２０と結合して、カセット本体２０４内のチャネル２０６を流体コネクタ２２０内のチャネル２２２と流体接続する際、流体コネクタ２２０内の実質的にＵ形状のチャネル２２２と整合するよう構成することができる。示されるように、カバー２１６をポート２１４上に設けることができ、カバー２１６は、継ぎ合わせるかまたは別の方法で開放して（例えば、コネクタ２２０によってまたは他の手段で）、２つのチャネル２０６および２２２を流体接続するよう構成することができる。それに加えて、カバー２１８を設けて、カセット本体２０４内のポート２１９（例えば、真空ポート）を覆うことができる。以下でさらに詳細に記載されるように、ポート２１９は、流体流源４０をチャネル２０６と流体接続させ、カセット全体を通じて試料を移動させるよう構成することができる。ポート２１９上のカバー２１８は、貫通させるかまたは別の方法で開放してチャネル２０６を流体流源４０と流体接続するよう構成することができる。
カセット本体２０４は、場合により、吸収材料２１７（例えば、廃棄物パッド）を含む廃棄物エリアなどの液体閉じ込め領域を含み得る。いくつかの実施形態では、液体閉じ込め領域は、カセット内を流れる１つまたは複数の液体を捕捉する領域を含む一方で、カセット内の気体または他の流体がその領域中を通過できるようにする。いくつかの実施形態では、これは、液体を吸収するために液体閉じ込め領域内に１つまたは複数の吸収材料を配置することによって達成することができる。この構成は、流体流からの気泡の除去および／または親水性液体から疎水性液体の分離に有用であり得る。ある特定の実施形態では、液体閉じ込め領域は、液体がその領域中を通過するのを防ぐ。いくつかのそのような事例では、液体閉じ込め領域は、カセット内の実質的にすべての液体を捕捉することによって廃棄物エリアとして機能することができ、それにより、液体がカセットから抜け出るのを防ぐことができる（例えば、カセットの排出口から気体を排出できるようにする一方で）。例えば、廃棄物エリアを使用して、試料の分析中に試料および／または試薬がチャネル２０６中を通過した後で、カセット内に試料および／または試薬を格納することができる。これらのおよび他の構成は、カセットを診断ツールとして使用する際は有用であり得るが、その理由は、液体閉じ込め領域は、ユーザがカセット内の潜在的に有害な流体に曝露されるのを防ぐことができるためである。
図５は、特定の構成のチャネルを有し、流体を操作するためのマイクロ流体システムのさまざまなコンポーネントを含むカセットを示す。図６は、カセットの一部であり得るチャネルの構成の別の例を示す。図５および図６に例示的に示されるように、いくつかの実施形態では、カセットは、第１のチャネル２０６と、第１のチャネルから離間された第２のチャネル２０７とを含み得る。一実施形態では、チャネル２０６、２０７の最大横断面寸法は、およそ５０マイクロメートルからおよそ５００マイクロメートルまで及ぶが、以下でさらに詳細に説明されるように、他のチャネルサイズおよび構成も使用することができる。
第１のチャネル２０６は、試料の分析に使用される１つまたは複数の測定ゾーンを含み得る。例えば、例示的な一実施形態では、チャネル２０６は、試料分析中に利用される４つの測定ゾーン２０９を含む（図６を参照）。
ある特定の実施形態では、１つまたは複数の測定ゾーンは、蛇行した領域（例えば、蛇行したチャネルを含む領域）の形態である。蛇行した領域は、例えば、少なくとも０．２５ｍｍ２、少なくとも０．５ｍｍ２、少なくとも０．７５ｍｍ２または少なくとも１．０ｍｍ２の面積によって画定され得、蛇行した領域の面積の少なくとも２５％、５０％または７５％は、光検出経路を含む。蛇行した領域の２つ以上の隣接部分を通じた単一の信号の測定を可能にする検出器は、蛇行した領域に隣接して配置することができる。
本明細書に記載されるように、第１のチャネル２０６および／または第２のチャネル２０７を使用して、カセットを最初に使用する前に試料の処理および分析に使用される１つまたは複数の試薬を格納することができる。いくつかの実施形態では、乾燥試薬がカセットの１つのチャネルまたはセクションに格納され、湿潤試薬がカセットの第２のチャネルまたはセクションに格納される。あるいは、カセットの２つの別々のセクションまたはチャネルは両方とも、乾燥試薬および／または湿潤試薬を含むことができる。試薬は、例えば、液体、気体、ゲル、複数の粒子または膜として格納および／または処置することができる。試薬は、これらに限定されないが、チャネル内、貯蔵部、表面上および膜中または膜上を含むカセットの任意の適切な部分に配置することができ、これは、場合により、試薬格納エリアの一部であり得る。試薬は、任意の適切な様式でカセット（または、カセットのコンポーネント）に含まれ得る。例えば、試薬は、架橋（例えば、共有結合的もしくはイオンで）されても、吸収されても、カセット内の表面上に吸着（物理吸着）されてもよい。特定の一実施形態では、チャネルのすべてまたは一部（流体コネクタの流体経路またはカセットのチャネルなど）は、抗凝固剤（例えば、へパリン）でコーティングされる。いくつかの事例では、液体は、最初に使用する前および／またはカセットへ試料を導入する前に、カセットのチャネルまたは貯蔵部内に含まれる。
いくつかの実施形態では、格納された試薬は、使用中、流体が反応部位に流れる際に既定のシーケンスで送達されるように、線形順序に配置された流体栓を含み得る。アッセイを実行するよう設計されたカセットは、例えば、すすぎ流体、標識抗体流体、すすぎ流体および増幅流体を順番に含み得、すべてがその中に格納される。流体を格納する間、実質的に非混和性の分離流体（例えば、空気などの気体）によって流体を別々に格納することができ、その結果、接触すると通常互いに反応し合うであろう流体試薬を共通のチャネル内で格納することができる。
試薬は、さまざまな時間量の間、カセットに格納することができる。例えば、試薬は、１時間より長く、６時間より長く、１２時間より長く、１日より長く、１週間より長く、１カ月より長く、３カ月より長く、６カ月より長く、１年より長くまたは２年より長く格納することができる。場合により、カセットは、格納を引き延ばすため、適切な様式で取り扱うことができる。例えば、格納された試薬をその中に含むカセットは、真空包装して、暗い環境で格納するおよび／または低温（例えば、０℃未満）で格納することができる。格納期間は、使用される特定の試薬、格納された試薬の形態（例えば、湿潤または乾燥）、基板およびカバー層の形成に使用されるものの寸法および材料、基板およびカバー層を接着する方法、ならびに、全体的にカセットを取り扱うまたは格納する方法などの１つまたは複数の要因に依存する。
図５および６に示される例示的な実施形態で示されるように、チャネル２０６および２０７は、流体コネクタ２２０をカセット２０と結合するまでは、互いに流体連結されなくともよい。言い換えれば、２つのチャネルは、いくつかの実施形態では、最初に使用する前および／またはカセットへ試料を導入する前は、互いに流体連結されない。特に、示されるように、コネクタ２２０の実質的にＵ形状のチャネル２２２は、第２のチャネル２０７内の試薬がＵ形状のチャネル２２中を通過して選択的に第１のチャネル２０６内の測定ゾーン２０９に移動することができるように、第１および第２のチャネル２０６、２０７を流体接続することができる。他の実施形態では、２つのチャネル２０６および２０７は、最初に使用する前および／またはカセットへ試料を導入する前は、互いに流体連結されるが、最初の使用時に流体コネクタは２つのチャネルをさらに接続する（例えば、閉ループシステムを形成するため）。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるカセットは、もう１つのマイクロ流体チャネルを含み得るが、そのようなカセットは、マイクロ流体システムに限定されず、他のタイプの流体システムに関連する場合がある。本明細書で使用される場合、「マイクロ流体」は、最大横断面寸法が１ｍｍ未満で、長さと最大横断面寸法との比率が少なくとも３：１の、少なくとも１つの流体チャネルを含むカセット、デバイス、装置またはシステムを示す。本明細書で使用される場合、「マイクロ流体チャネル」は、これらの基準を満たすチャネルである。
チャネルの「横断面寸法」（例えば、直径）は、流体の流れの方向に対して垂直に測定される。本明細書に記載されるカセットのコンポーネント内の流体チャネルの大部分は、２ｍｍ未満の最大横断面寸法を有し、いくつかの事例では、１ｍｍ未満の最大横断面寸法を有する。ある一連の実施形態では、カセットのすべての流体チャネルは、マイクロ流体であるか、または、２ｍｍ以下もしくは１ｍｍ以下の最大横断面寸法を有する。別の一連の実施形態では、チャネルの最大横断面寸法は、５００ミクロン未満、２００ミクロン未満、１００ミクロン未満、５０ミクロン未満または２５ミクロン未満である。いくつかの事例では、チャネルの寸法は、流体を物品または基板中を自由に流すことができるように選択することができる。また、チャネルの寸法は、例えば、チャネル内での流体のある特定の容積流速または線形流速が可能となるように選択することもできる。当然ながら、チャネルの数およびチャネルの形状は、当業者に公知の任意の適切な方法ごとに異なり得る。いくつかの事例では、２つ以上のチャネルまたは毛細管を使用することができる。
チャネルは、少なくとも部分的に流体の流れを方向付ける物品（例えば、カセット）上または物品内に特徴を含み得る。チャネルは、任意の適切な横断面形状（円形、楕円形、三角形、不規則な、正方形もしくは長方形または同様のもの）を有することができ、覆われていても覆われていなくともよい。チャネルが完全に覆われた実施形態では、チャネルの少なくとも１つの部分は、完全に密閉された横断面を有することができるか、または、その注入口と排出口を除いて、チャネル全体をその全長に沿って完全に密閉することができる。また、チャネルは、少なくとも２：１、より典型的には、少なくとも３：１、５：１もしくは１０：１またはそれ以上のアスペクト比（長さ対平均横断面寸法）を有することもできる。
本明細書に記載されるカセットは、カセットの片面または両面上に配置されたチャネルまたはチャネル部分を含み得る。いくつかの事例では、チャネルは、カセットの表面内に形成される。チャネル部分は、カセット中を通過する介在チャネルによって接続することができる。いくつかの実施形態では、チャネル部分を使用して、エンドユーザが最初に使用する前に、デバイス内に試薬を格納する。チャネル部分の特定の形状およびカセット内でのチャネル部分の位置により、カセットの出荷中などのカセットの通常の取り扱い中やカセットが物理的衝撃または振動を受ける時であっても、混合なしでの流体試薬の長時間格納を可能にすることができる。
ある特定の実施形態では、カセットは、一連の流体チャネルの反対側のカセットの片面上に製作される光学素子を含む。「光学素子」を使用して、素子を欠く場合の物品またはカセットへの入射光線に対する入射電磁放射の方向（例えば、屈折または反射を通じた）、焦点、偏光および／または他の特性の変更を実現させるおよび変更に使用される物品もしくはカセット上または物品もしくはカセット内に形成または配置される特徴を示す。例えば、光学素子は、カセット内またはカセット上に形成または配置されるレンズ（例えば、凹または凸）、鏡、回折格子、溝または他の特徴を含み得る。しかし、ユニークな特徴のないカセット自体は、カセットとの相互作用で入射光線の１つまたは複数の特性を変更することはあっても、光学素子を構成することはない。光学素子は、光の大部分が、流体チャネル間の介在部分などのカセットの特定のエリアから離れて分散するように、カセット中を通過する入射光線を誘導することができる。これらの介在部分への入射光線の量を減少することによって、ある特定の光検出システムを使用する際に、検出信号における雑音の量を減少することができる。いくつかの実施形態では、光学素子は、カセットの表面上または表面内に形成された三角溝を備える。三角溝の勾配角は、カセットの表面に垂直な入射光線が外部媒体（例えば、空気）およびカセットの材料の屈折率に応じた角度で再度方向付けされるように選択することができる。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の光学素子は、測定ゾーンの蛇行した領域の隣接部分間に配置される。
カセットは、チャネルの形成に適切な任意の材料から製作することができる。材料の非限定的な例は、ポリマー（例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリ（ジメチルシロキサン）、ＰＴＦＥ、ＰＥＴおよびシクロオレフィン共重合体）、ガラス、クォーツおよびシリコンを含む。カセットおよび任意の付随するコンポーネント（例えば、カバー）を形成する材料は、硬性であっても可撓性であってもよい。当業者であれば、例えば、その剛性、その中を通過する流体に対するその不活性（例えば、その中を通過する流体による劣化が存在しない）、特定のデバイスが使用されるべき温度でのそのロバスト性、光に対するその透明度／不透明度（例えば、紫外線および可視領域における）および／または材料内での特徴の製作に使用される方法に基づいて、適切な材料を容易に選択することができる。例えば、射出成形または他の押出物品の場合、使用される材料は、熱可塑性物質（例えば、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ナイロン６）、エラストマー（例えば、ポリイソプレン、イソブテン−イソプレン、ニトリル、ネオプレン、エチレン−プロピレン、ハイパロン、シリコーン）、熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ、不飽和ポリエステル、フェノール類）またはそれらの組合せを含み得る。
いくつかの実施形態では、カセットおよび／またはカバーの材料および寸法（例えば、厚さ）は、水蒸気に対して実質的に不浸透性であるように選択される。例えば、最初に使用する前にその中に１つまたは複数の流体を格納するよう設計されたカセットは、金属箔、ある特定のポリマー、ある特定のセラミックおよびそれらの組合せなどの高い蒸気バリア性を提供することが知られている材料を含むカバーを含み得る。他の事例では、材料は、カセットの形状および／または構成に少なくとも部分的に基づいて選択される。例えば、ある特定の材料を使用して平面デバイスを形成することができるが、他の材料は、湾曲するまたは不規則に成形されるデバイスの形成により適している。
いくつかの例では、カセットは、上記のものなどの２つ以上の材料の組合せからなる。例えば、カセットのチャネルは、ポリスチレンまたは他のポリマー（例えば、射出成形によって）内に形成することができ、生体適合性のテープを使用してチャネルを密封することができる。生体適合性のテープまたは可撓性材料は、蒸気バリア特性を改善することが知られている材料（例えば、高い蒸気バリア性を有することが知られている金属箔、ポリマーまたは他の材料）を含み得、場合により、テープに穴を開けるかまたははぎ取ることによって注入口および排出口へのアクセスを可能にすることができる。さまざまな方法を使用して、マイクロ流体チャネルもしくはチャネルの一部を密封することも、これらに限定されないが、接着剤の使用、粘着テープの使用、糊付け、粘結、材料の積層または機械的方法（例えば、締め付け、嵌め込みメカニズムなど）によるものを含めてデバイスの複数の層を接合することもできる。
いくつかの例では、カセットは、互いに装着された２つ以上の別々の層（または、カセット）の組合せを含む。場合により最初に使用する前にその中に格納された試薬を含み得る独立したチャネルネットワーク（図１Ａのセクション７１および７７などの）は、別々の層（または、カセット）上に含めることができる。本明細書に記載される方法によってなど、任意の適切な手段で別々の層を互いに装着し、単一のカセットを形成することができる。いくつかの実施形態では、２つ以上のチャネルネットワークは、例えば、流体コネクタの使用によって、最初の使用時に流体接続される。他の実施形態では、２つ以上のチャネルネットワークは、最初に使用する前に流体接続される。
本明細書に記載されるカセットは、化学および／もしくは生物学反応または他のプロセスなどの分析を行うための任意の適切な容積を有し得る。カセットの容積全体は、例えば、任意の試薬格納エリア、測定ゾーン、液体閉じ込め領域、廃棄物エリア、ならびに、任意の流体コネクタおよびそれに付随する流体チャネルを含む。いくつかの実施形態では、少量の試薬および試料が使用され、流体デバイスの容積全体は、例えば、１０ｍＬ、５ｍＬ、１ｍＬ、５００μＬ、２５０μＬ、１００μＬ、５０μＬ、２５μＬ、１０μＬ、５μＬまたは１μＬ未満である。
本明細書に記載されるカセットは、携帯用であり得、いくつかの実施形態では、ハンドヘルド用であり得る。カセットの長さおよび／または幅は、例えば、２０ｃｍ、１５ｃｍ、１０ｃｍ、８ｃｍ、６ｃｍまたは５ｃｍ以下であり得る。カセットの厚さは、例えば、５ｃｍ、３ｃｍ、２ｃｍ、１ｃｍ、８ｍｍ、５ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍまたは１ｍｍ以下であり得る。有利には、携帯用デバイスは、ポイントオブケア設定での使用に適切なものであり得る。
本明細書に記載されるカセットおよびそれらのそれぞれのコンポーネントは例示的なものであり、本明細書に記載されるシステムおよび方法を用いてカセットおよびコンポーネントの他の構成および／またはタイプを使用できることを理解されたい。
本明細書に記載される方法およびシステムは、さまざまな異なるタイプの分析を伴う場合があり、さまざまな異なる試料の判断に使用することができる。いくつかの事例では、分析は、化学および／または生物学反応を伴う。いくつかの実施形態では、化学および／または生物学反応は、結合を伴う。異なるタイプの結合は、本明細書に記載されるカセット内で起こり得る。結合は、相互親和性または結合能力を示す分子の対応対間の相互作用を伴う場合があり、通常、生化学的、生理学的および／または薬学的相互作用を含む特異的または非特異的結合または相互作用である。生物学的結合は、タンパク質、核酸、糖タンパク質、炭水化物、ホルモンおよび同様のものを含む分子の対間で起こる相互作用のタイプを定義する。具体的な例は、抗体／抗原、抗体／ハプテン、酵素／基質、酵素／阻害剤、酵素／補助因子、結合タンパク質／基質、キャリアタンパク質／基質、レクチン／炭水化物、受容体／ホルモン、受容体／エフェクタ、核酸の相補鎖、タンパク質／核酸リプレッサ／誘導剤、リガンド／細胞表面受容体、ウイルス／リガンドなどを含む。また、結合は、タンパク質または他の成分と細胞との間でも起こり得る。それに加えて、本明細書に記載されるデバイスは、成分、濃度などの検出などの他の流体分析（結合および／または反応を伴っても伴わなくともよい）に使用することができる。
いくつかの事例では、不均一反応（またはアッセイ）はカセット内で起こり得る。例えば、結合パートナーはチャネルの表面に結合し得、相補的な結合パートナーは流体相に存在し得る。また、タンパク質間もしくは他の生体分子間（例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、炭水化物）または非天然に存在する分子間の親和性反応を伴う他の固相アッセイも実行することができる。カセット内で実行できる典型的な反応の非限定的な例は、化学反応、酵素反応、免疫ベースの反応（例えば、抗原−抗体）および細胞ベースの反応を含む。
本明細書に記載されるカセットを使用して判断できる（例えば、検出できる）分析物の非限定的な例は、特異タンパク質、ウイルス、ホルモン、薬物、核酸および多糖類を含み、具体的には、例えば、ＨＴＬＶ−Ｉ、ＨＩＶ、Ａ型、Ｂ型および非Ａ型／非Ｂ型肝炎、風疹、麻疹、ヒトパルボウイルスＢ１９、ムンプス、マラリア、水疱瘡または白血病に対するＩｇＤ、ＩｇＧ、ＩｇＭまたはＩｇＡ免疫グロブリンなどの抗体と、例えば、甲状腺刺激ホルモン（ＴＳＨ）、チロキシン（Ｔ４）、黄体形成ホルモン（ＬＨ）、卵胞刺激ホルモン（ＦＳＨ）、テストステロン、プロゲステロン、ヒト絨毛性ゴナドトロピン、エストラジオールなどのヒトおよび動物ホルモンと、例えば、トロポニンＩ、Ｃ反応性タンパク質、ミオグロビン、脳内ナトリウム利尿タンパク質、前立腺特異抗原（ＰＳＡ）、遊離型ＰＳＡ、結合型ＰＳＡ、プロＰＳＡ、ＥＰＣＡ−２、ＰＣＡＤＭ−１、ＡＢＣＡ５、ｈＫ２、β−ＭＳＰ（ＰＳＰ９４）、ＡＺＧＰ１、Ａｎｎｅｘｉｎ Ａ３、ＰＳＣＡ、ＰＳＭＡ、ＪＭ２７、ＰＡＰなどの他のタンパク質またはペプチドと、例えば、パラセタモールまたはテオフィリンなどの薬物と、例えば、ＰＣＡ３、ＴＭＰＲＳ−ＥＲＧなどのマーカー核酸と、ＨＬＡ組織型の細胞表面抗原および細菌細胞壁物質などの多糖類とを含む。検出できる化学物質は、ＴＮＴなどの爆薬と、神経ガスと、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）、ダイオキシン、炭化水素およびＭＴＢＥなどの環境的に危険な化合物とを含む。典型的な試料流体は、ヒトまたは動物の全血、血清、血漿、精液、涙液、尿、汗、唾液、脳脊髄液、膣分泌物などの生理液と、研究に使用されるインビトロ流体または分析物によって汚染されている疑いがある水性液体などの環境流体とを含む。
いくつかの実施形態では、試料の分析物の判断に使用できる１つまたは複数の試薬（例えば、判断すべき分析物の結合パートナー）は、特定のテストまたはアッセイを実行するため、最初に使用する前にカセットのチャネルまたはチャンバに格納される。抗原が分析されている事例では、対応する抗体またはアプタマーは、マイクロ流体チャネルの表面に結合する結合パートナーであり得る。抗体が分析物である場合は、適切な抗原またはアプタマーは、表面に結合する結合パートナーであり得る。病状を判断している場合は、抗原を表面上に置き、対象内で生成された抗体についてテストすることが好ましい場合がある。そのような抗体は、例えば、ＨＩＶに対する抗体を含み得る。
いくつかの実施形態では、カセットは、マイクロ流体チャネルの領域上に不透明な物質を蓄積する工程と、その領域を光に曝露する工程と、不透明な物質を通過する光の透過率を決定する工程とを伴う分析を実行するよう適合および構成される。不透明な物質は、１つまたは複数の波長における光の透過率に干渉する物質を含み得る。不透明な物質は、単に光を屈折させるだけではなく、例えば、光を吸収または反射することによって、物質を通過する光の透過量も減少させる。異なる不透明な物質または異なる量の不透明な物質により、例えば、不透明な物質に照射する光の９０、８０、７０、６０、５０、４０、３０、２０、１０または１パーセント未満の透過率を可能にすることができる。不透明な物質の例は、金属（例えば、元素金属）の分子層、セラミック層、高分子層および不透明な物質（例えば、染料）の層を含む。いくつかの事例では、不透明な物質は、無電解堆積させることができる金属であり得る。これらの金属は、例えば、銀、銅、ニッケル、コバルト、パラジウムおよび白金を含み得る。
チャネル内に形成する不透明な物質は、一緒になって不透明層を形成する一連の不連続な独立した粒子を含み得るが、一実施形態では、概して平面形状を呈する連続物質である。不透明な物質は、例えば、１ミクロン以上、５ミクロン以上、１０ミクロン超、２５ミクロン以上または５０ミクロン以上の寸法（例えば、長さの幅）を有し得る。いくつかの事例では、不透明な物質は、不透明な物質を含むチャネル（例えば、測定ゾーン）の幅方向に延在する。不透明層は、例えば、１０ミクロン以下、５ミクロン以下、１ミクロン以下、１００ナノメートル以下または１０ナノメートル以下の厚さを有し得る。これらのわずかな厚さでさえ、透過率における検出可能な変化を得ることができる。不透明層を形成しない技法と比較すると、不透明層は、アッセイ感度を増加することができる。
ある一連の実施形態では、本明細書に記載されるカセットは、免疫アッセイ（例えば、ヒトＩｇＧまたはＰＳＡに対する）を実行するために使用され、場合により、信号増幅のための銀強化を使用する。そのような免疫アッセイでは、ヒトＩｇＧを含む試料を反応部位または分析領域に送達した後、ヒトＩｇＧと抗ヒトＩｇＧとの間の結合が起こり得る。次いで、場合により使用前にデバイスのチャネル内に格納することができる１つまたは複数の試薬を、この結合対複合体上で流すことができる。格納された試薬の１つは、検出される抗原（例えば、ヒトＩｇＧ）に特異的に結合する金属コロイドの溶液（例えば、金共役抗体）を含み得る。この金属コロイドは、分析領域の表面上に、金属（例えば、銀）の層などの不透明な物質の堆積のための触媒表面を提供することができる。金属の層は、場合により使用前に異なるチャネル内に格納することができる、金属前駆体（例えば、銀塩の溶液）と還元剤（例えば、ヒドロキノン、クロロヒドロキノン、ピロガロール、メトール、４−アミノフェノールおよびフェニドン）の２つの成分系を使用して形成することができる。
正圧または負圧差をシステムに適用すると、銀塩および還元溶液はチャネル交差部でマージすることができ、それらはチャネル内で混合され（例えば、拡散のため）、次いで、分析領域上を流れる。したがって、分析領域内で抗体抗原結合が起これば、その領域中の金属前駆体溶液の流れは、抗体抗原複合体と結合する触媒金属コロイドの存在のため、銀層などの不透明層の形成をもたらし得る。不透明層は、１つまたは複数の波長における光の透過率に干渉する物質を含み得る。チャネル内に形成された不透明層は、光学的に、例えば、抗体も抗原も含まないエリアの一部と比較して、分析領域（例えば、蛇行チャネル領域）の一部を通過する光の透過率の低減を測定することによって検出することができる。あるいは、分析領域内で膜が形成される際に、時間の関数として光透過率の変化を測定することによって信号を入手することができる。不透明層を形成しない技法と比較すると、不透明層は、アッセイ感度を増加することができる。それに加えて、光学信号（例えば、吸光度、蛍光性、グローまたはフラッシュ（ｇｌｏｗ ｏｒ ｆｌａｓｈ）化学発光性、電気化学発光性）、電気信号（例えば、無電解プロセスによって作成された金属構造の抵抗もしくは導電性）または磁気信号（例えば、電磁ビーズ）を生成するさまざまな増幅化学を使用して、検出器による信号の検出を可能にする。
本明細書に記載されるカセットとともにさまざまなタイプの流体を使用することができる。本明細書に記載されるように、流体は、最初の使用時にカセットに導入するおよび／または最初に使用する前にカセット内に格納することができる。流体は、溶媒、溶液および懸濁液などの液体を含む。また、流体は、気体または気体の混合物も含む。複数の流体をカセット内に含める場合、流体は、好ましくは最初の２つの流体のそれぞれに実質的に非混和性の別の流体によって分離することができる。例えば、チャネルが２つの異なる水溶液を含む場合、第３の流体の分離栓は、水溶液の両方に実質的に非混和性であり得る。水溶液を別々に格納する場合は、分離体として使用できる実質的に非混和性の流体は、空気もしくは窒素などの気体、または、水性流体と実質的に非混和性の疎水性流体を含み得る。また、流体は、隣接流体とのその流体の反応性に少なくとも部分的に基づいて選択することができる。例えば、窒素などの不活性ガスは、いくつかの実施形態で使用することができ、いかなる隣接流体の保存および／または安定化にも役立てることができる。水溶液を分離するための実質的に非混和性の液体の例としては、ペルフルオロデカリンが挙げられる。分離体流体の選択は、分離体流体が隣接する流体栓の表面張力に対して有し得るあらゆる影響を含む他の要因に基づいても行うことができる。任意の流体栓内の表面張力を最大限にして、振動、衝撃および温度変動などの異なる環境条件の下で単一の連続したユニットとして流体栓の保持を促進することが好ましい場合がある。また、分離体流体は、流体が供給される反応部位（例えば、測定ゾーン）に対して不活性でもあり得る。例えば、反応部位が生物学的結合パートナーを含む場合、空気または窒素などの分離体流体は、結合パートナーにほとんどまたは全く影響を与えないこともある。また、分離体流体としての気体（例えば、空気）の使用により、温度（凍結を含む）または圧力変動などの変化に起因してデバイス内に含まれる液体が膨張または収縮すれば、流体デバイスのチャネル内での拡大の余地を与えることもできる。
本明細書に記載されるように、カセットは、いくつかの実施形態では分析器とともに動作するよう構成することができる。例えば、図５に例示的に示されるカセットは、カセットの側面部分に沿ってカムを備えた表面を有し得る。この特定の実施形態では、カムを備えた表面は、カセットの一方の端に形成されるノッチ２３０を含む。カセットの他方の端は曲面２３２を含む。カセットのこのカムを備えた表面は、分析器が分析器の筺体内でカセットの存在を検出するおよび／または分析器内でカセットを位置付けることができるように、試料分析器と相互作用するよう構成することができる。
図７は、カセットを受入するよう構成することができる分析器３０１の例を示す。分析器は、流体流源４０（例えば、圧力制御システム）を含み得、流体流源４０は、チャネル２０６、２０７、２２２（例えば、図６の）と流体接続し、チャネルを加圧して、試料および／または他の試薬をチャネル中で移動させることができる。特に、流体流源４０は、初めに、試料および／または試薬を実質的にＵ形状のチャネル２２２から第１のチャネル２０６まで移動させるよう構成することができる。また、流体流源４０を使用して、第２のチャネル２０７内の試薬を、実質的にＵ形状のチャネル２２２を通じて第１のチャネル２０６に移動させることもできる。試料および試薬が測定ゾーン２０９中を通過して分析された後、流体流源４０は、カセット２００の吸収材料２１７へ流体を移動させるよう構成することができる。一実施形態では、流体流源は真空システムである。しかし、バルブ、ポンプおよび／または他のコンポーネントなどの他の流体流源を使用できることを理解されたい。
さまざまな方法で分析器３０１を使用して、分析器内に配置される試料を処理および分析することができる。特定の一実施形態では、一旦、カセットとインターフェースをとるよう構成された機械コンポーネントが、カセット２０が分析器３０１に適正に投入されていることを示せば、識別読取器は、カセット２０に関連する情報を読み取り、識別する。分析器３０１は、情報を、制御システムに格納されたデータと比較し、この特定の試料に対する較正情報（アッセイ中に行われた任意の測定に対する較正曲線または予測値など）を確実に有するよう構成することができる。分析器が適正な較正情報を含まない場合は、分析器は、必要とされる特定の情報をアップロードするようにユーザに要求を出力することができる。この情報は、例えば、カセット情報を読み取るものと同じ識別読取器を使用して、アップロードすることができる。また、この情報は、別の識別読取器を使用してまたはいくつかの他の方法によって、アップロードすることも可能である。また、分析器は、カセットに関連する有効期限の情報を検討し、有効期限が過ぎていれば分析を中止するよう構成することもできる。
一実施形態では、一旦、分析器が、カセットが分析された可能性があると判断すれば、真空マニホールドなどの流体流源は、カセットに接触して、カセットの真空ポートおよび通気ポートの周りに流体密封を確保するよう構成することができる。一実施形態では、光学システムは、初期測定を行い、基準読取値を入手することができる。そのような基準読取値は、光源（例えば、図７の８２、８６）を起動した状態と解除した状態の両方で読み取ることができる。
試料の移動を開始するため、流体流源４０（例えば、真空システム）を起動することができ、これにより、チャネル２０６、２０７内の圧力が急速に変化され得る（例えば、およそ−３０ｋＰａまで減少）。チャネル内のこの圧力低減により、試料をチャネル２０６に駆動し、それぞれの測定ゾーン２０９Ａ〜２０９Ｄ（図６を参照）を通過させることができる。試料が最終の測定ゾーン２０９Ｄに到達すると、試料は引き続き液体閉じ込め領域２１７に流れ込むことができる。
特定の一実施形態では、マイクロ流体試料分析器３０１を使用して、血液試料中の前立腺特異抗原（ＰＳＡ）のレベルを測定する。この実施形態では、４つの測定ゾーン２０９Ａ〜２０９Ｄを利用して、試料を分析する。例えば、第１の測定ゾーンでは、血液試料中のタンパク質が測定ゾーン２０９の壁にほとんどまたは全く付着しないように（恐らくは洗い落とすことができる何らかの非特異的結合以外）、遮断タンパク質（ウシ血清アルブミンなど）でチャネルの壁を遮断することができる。この第１の測定ゾーンは、負の制御として機能し得る。
第２の測定ゾーン２０９では、チャネル２０６の壁は、既定の大量の前立腺特異抗原（ＰＳＡ）でコーティングして、高または正の制御として機能し得る。血液試料が第２の測定ゾーン２０９中を通過する際、血液中のＰＳＡタンパク質は、チャネルの壁とほとんどまたは全く結合しなくともよい。試料中の金共役シグナル抗体は、流体コネクタ管２２２の内側から溶解しても、他の任意の適切な位置から流れ出てもよい。これらの抗体は、依然として試料中のＰＳＡと結合されていない場合があり、したがって、それらは、チャネルの壁上のＰＳＡと結合して、高または正の制御として機能し得る。
第３の測定ゾーン２０９では、チャネル２０６の壁は、既定の少量のＰＳＡでコーティングして、低制御として機能し得る。血液試料がこの測定ゾーン２０９中を流れる際、試料中のＰＳＡタンパク質は、チャネルの壁とは結合しない。試料中の金共役シグナル抗体は、流体コネクタ管２２２（依然として試料中のＰＳＡと結合されていない）の内側から溶解しても、他の任意の適切な位置から流れ出てもよく、チャネルの壁上のＰＳＡと結合して、低制御として機能し得る。
第４の測定ゾーン２０９では、チャネル２０６の壁は、抗ＰＳＡ抗体である捕獲抗体でコーティングすることができ、この抗体は、金共役シグナル抗体よりもＰＳＡタンパク質上の異なるエピトープと結合する。血液試料が第４の測定ゾーン中を流れる際、血液試料中のＰＳＡタンパク質は、血液中のこれらのタンパク質の濃度に比例する方法で抗ＰＳＡ抗体と結合し得る。したがって、一実施形態では、最初の３つの測定ゾーン２０９は制御として機能し、第４の測定ゾーン２０９が実際に試料のテストを行うことができる。
いくつかの例では、試料を分析する領域（例えば、上記で説明される第４の測定ゾーン）からの測定は、試料中の分析物の濃度の決定ばかりでなく、制御としても使用することができる。例えば、増幅の早期段階で閾値測定値を確定することができる。この値を上回る（または、この値を下回る）測定値は、分析物の濃度がアッセイの所望の範囲外であることを示し得る。この技法を使用して、例えば、分析中に高用量フック効果が起こっているかどうか（すなわち、分析物の高濃度により人工的に低読取値が得られる場合）を特定することができる。
他の実施形態では、異なる数の測定ゾーンを設けることができ、分析は、場合により、実際に試料のテストを行う２つ以上の測定ゾーンを含むことができる。追加の測定ゾーンを使用して追加の分析物を測定することができ、その結果、システムは、単一の試料を用いて同時に多重アッセイを実行することができる。
特定の一実施形態では、１０マイクロリットルの血液試料が４つの測定ゾーン２０９中を流れるのにおよそ８分かかる。この分析の開始は、チャネル２０６内の圧力がおよそ−３０ｋＰａの際に計算することができる。この間、光学システム８０は、それぞれの測定ゾーンの光透過率を測定し、一実施形態では、およそ０．１秒ごとにこのデータを制御システムに伝送することができる。基準値を使用することによって、これらの測定値は、以下の方程式を使用して変換することができる。
透過率＝（ｌ−ｌｄ）／（ｌｒ−ｌｄ） （１）
式中、
ｌ＝所定の時点において測定ゾーンを通過する透過光の強度
ｌｄ＝光源がオフ状態で測定ゾーンを通過する透過光の強度
ｌｒ＝基準強度（すなわち、光源が起動した状態でまたは空気のみがチャネル内に存在する場合の分析開始前に測定ゾーンを通過する透過光の強度
および
光学密度＝−ｌｏｇ（透過率） （２）
したがって、これらの方程式を使用して、測定ゾーン２０９の光学密度を計算することができる。
本明細書に記載されるように、さまざまな方法を使用して、カセット内の流体の流れを制御することができ、これらの方法は、分析器に付随するポンプ、真空器、バルブおよび他のコンポーネントの使用を含む。また、いくつかの事例では、流体制御は、カセット内に配置されたバルブを使用することによってまたは特定の流体およびカセットのチャネル構成を使用してなど、少なくとも部分的にカセット内の１つまたは複数のコンポーネントによって実行することもできる。ある一連の実施形態では、流体の流れの制御は、チャネル形状およびカセット内部（格納され得る）の１つまたは複数の流体の粘度の影響に少なくとも部分的に基づいて達成することができる。
一方法は、流れ絞り領域および非絞り領域を含むチャネル内に低粘度の流体栓および高粘度の流体栓を流す工程を含む。一実施形態では、低粘度の流体は、チャネル内を第１の流速で流れ、流速は、流れ絞り領域内を流れる流体による影響を実質的に受けない。高粘度の流体が非絞り領域から流れ絞り領域まで流れると、流体の流速はかなり減少するが、その理由は、一部のシステムにおいて流速は、システムの最小横断面積（例えば、流れ絞り領域）を流れる最高粘度の流体の影響を受けるためである。この結果、低粘度の流体は、その元の流速よりも遅い第２の流速で（例えば、高粘度の流体が流れ絞り領域内を流れるのと同じ流速で）流れる。
例えば、流体の流れを制御する一方法は、マイクロ流体システム内で第１のチャネル部分から第２のチャネル部分まで第１の流体を流す工程であって、第１のチャネル部分によって画定される流体経路は、第２のチャネル部分によって画定される流体経路の横断面積より大きい横断面積を有する、工程と、マイクロ流体システム内で第１および第２のチャネル部分と流体連結された第３のチャネル部分内で第２の流体を流す工程であって、第１の流体の粘度は第２の流体の粘度と異なり、第１および第２の流体は実質的に圧縮不可能である、工程とを伴う場合がある。第１の流体が第１のチャネル部分から第２のチャネル部分まで流れない場合と比較して、第１の流体が第１のチャネル部分から第２のチャネル部分まで流れる結果、第１または第２の流体を停止させることなく、マイクロ流体システム内で少なくとも３、少なくとも１０、少なくとも２０、少なくとも３０、少なくとも４０または少なくとも５０倍で第１および第２の流体の容積流速を減少させることができる。第１または第２の流体の成分に伴う化学的および／または生物学的な相互作用は、第１および第２の流体が減速されて流れる間、チャネル部分と流体連結された第１の測定ゾーンで起こり得る。
それに応じて、流れ絞り領域が特定の位置に配置された状態でマイクロ流体システムを設計することによって、および、流体の適切な粘度を選択することによって、バルブの使用なしでおよび／または外部の制御なしで、システム内の異なる位置において流体を加速させることも減速させることもできる。それに加えて、チャネル部分の長さを選択して、ある特定の期間の間、流体がシステムの特定のエリアにとどまることを可能にすることができる。そのようなシステムは、特に、化学的および／または生物学的アッセイを実行する際ならびに試薬のタイミングが重要な他の適用において役立つ。
任意の適切な流体流源を使用して、本明細書に記載されるマイクロ流体システムまたはカセット内の流体の流れを促進または維持することができる。いくつかの事例では、流体流源は、マイクロ流体試料分析器の一部である。流体流源は、カセット内のチャネルを加圧して、試料をチャネル中で移動させるよう構成することができる。例示的な一実施形態では、流体流源は、真空システムであり、真空源またはポンプと、真空調整器によって分離できる２つの真空貯蔵部と、真空貯蔵部とカセットとの間で流体接続を提供するためのマニホールドとを含む。マニホールドもまた、カセット上の１つまたは複数のポートに対する１つまたは複数の流体接続部を含み得る。例えば、マニホールドは、ポートとバルブ（ソレノイドバルブなど）との間で流体接続を提供することができる。このバルブの開閉により、空気がカセットに入ることができる場所を制御することができ、したがって、ある特定の実施形態では、通気バルブとして機能する。
上述の通り、一実施形態では、真空源は、ソレノイド駆動式ダイアフラムポンプなどのポンプである。他の実施形態では、流体の流れは、他のタイプのポンプまたは流体流源の使用を介して駆動／制御することができる。例えば、一実施形態では、シリンジポンプを使用して、シリンジプランジャを外方方向へ向けて引っ張ることによって真空を生み出すことができる。他の実施形態では、カセットの１つまたは複数の注入口に正圧を印加して流体流源を提供することができる。
いくつかの実施形態では、カセットの注入口と排出口との間で、実質的に一定のゼロ以外の圧力降下（すなわち、ΔＰ）を適用する間、流体の流れが起こる。ある一連の実施形態では、カセットの注入口と排出口との間で、実質的に一定のゼロ以外の圧力降下（すなわち、ΔＰ）を適用する間、分析全体が実行される。実質的に一定のゼロ以外の圧力降下は、例えば、注入口で正圧をまたは排出口で減圧（例えば、真空）を印加することによって達成することができる。いくつかの事例では、実質的に一定のゼロ以外の圧力降下は、毛細管力によっておよび／または作動バルブの使用なしでは（例えば、カセットの流体経路のチャネルの横断面積の変更なしでは）流体の流れが優勢的に起こらない間に達成される。いくつかの実施形態では、実質的に分析全体がカセット内で実施される間は、例えば、注入口から測定ゾーン（流体コネクタに接続され得る）までおよび測定ゾーン下流から排出口（例えば、液体閉じ込め領域下流から排出口）までのそれぞれで、実質的に一定のゼロ以外の圧力降下が存在し得る。
一実施形態では、真空源は、およそ−６０ｋＰａ（大気圧のおよそ２／３）までチャネルを加圧するよう構成される。別の実施形態では、真空源は、およそ−３０ｋＰａまでチャネルを加圧するよう構成される。ある特定の実施形態では、真空源は、例えば、−１００ｋＰａ〜−７０ｋＰａ、−７０ｋＰａ〜−５０ｋＰａ、−５０ｋＰａ〜−２０ｋＰａまたは−２０ｋＰａ〜−１ｋＰａまでチャネルを加圧するよう構成される。
上述の通り、一実施形態では、２つの真空貯蔵部を設けることができる。ポンプをオンにして、第１の貯蔵部をおよそ−６０ｋＰａまで加圧することができる。貯蔵部間に配置された調整器は、第２の貯蔵部が異なる圧力のみに、例えば、およそ−３０ｋＰａまで加圧されることを保証することができる。他の貯蔵部がある特定の圧力範囲、例えば、−６０ｋＰａ〜−３０ｋＰａで維持される限り、この調整器は、貯蔵部の圧力を−３０ｋＰａで（または、別の適切な圧力で）維持することができる。圧力センサは、各貯蔵部内の圧力をモニタすることができる。第１の貯蔵部内の圧力がセットポイント（例えば、およそ−４０ｋＰａ）に到達すれば、ポンプを作動して、第１の貯蔵部内の圧力を減少することができる。第２の貯蔵部は、全体的な真空システムにおけるいかなる漏洩も検出するよう構成することができる。場合により、真空システムは貯蔵部と結合されたフィルタを含み得る。ソレノイドバルブは、マニホールドを通じてポートに接続される通気バルブとして機能し得る。
ある特定の実施形態では、一旦カセットが分析器内に配置されれば、分析器の一部である流体流源をカセットと結合して、流体密の接続を確保することができる。例えば、カセットは、カセットのチャネルを流体源と結合し、場合によりカセットの別のチャネルと結合するよう構成されたポートを含み得る。一実施形態では、シールまたはｏ−リングをポートの周りに配置し、線形ソレノイドをｏ−リング上に配置して、ｏ−リングをカセット本体に圧接および密接することができる。マニホールドアダプタは、線形ソレノイドとマニホールドとの間に配置することができ、パッシブな伸縮バネをマニホールドの周りに設けて、ソレノイドが帯電していない場合にマニホールドをカセット本体から離れるように促すことができる。一実施形態では、カセット上の複数のポートは、マニホールドとインターフェースをとることができる。例えば、試薬を挿入および／または除去するためのポートに加えて、カセットは、１つまたは複数の通気ポートおよび／または混合ポートも含み得る。各ポートとマニホールドとの間のインターフェースは独立したものであり得る（例えば、マニホールドの内部には流体接続が存在しない場合がある）。
一実施形態では、流体流源を作動すると、カセット内の１つまたは複数のチャネルを加圧する（例えば、およそ−３０ｋＰａまで）ことができ、それにより、チャネル内の流体（例えば、流体試料と試薬の両方）を排出口へ向けて駆動することができる。通気ポートおよび混合ポートを含む実施形態では、マニホールドを通じて通気ポートに接続された通気バルブは、初めは開栓されており、混合ポートの下流の試薬のすべてを排出口へ向けて移動させることを可能にできるが、混合ポートの上流の試薬を移動させることはない。一旦通気バルブが閉栓すれば、混合ポートの上流の試薬を混合ポートへ向けて移動させ、次いで排出口へ向けて移動させることができる。例えば、流体を混合ポートの上流のチャネルに順次格納することができ、チャネルに沿って配置された通気バルブを閉栓した後は、流体をチャネル排出口へ向けて連続的に流すことができる。いくつかの事例では、流体を別々の交差チャネルに格納することができ、通気バルブを閉栓した後は、流体は、交差地点へ向けて一緒になって流れる。この一連の実施形態を使用して、例えば、一緒になって流れる際に流体を制御可能に混合することができる。送達のタイミングおよび送達される流体の容積は、例えば、通気バルブ作動のタイミングによって制御することができる。
有利には、先行技術におけるある特定のバルブで起こり得るように、通気バルブがその上で動作するマイクロ流体チャネルの横断面を絞ることなく、通気バルブを動作することができる。そのような動作モードは、バルブでの漏洩を防ぐ際に効果的であり得る。その上、通気バルブを使用できるため、本明細書に記載される一部のシステムおよび方法は、例えば、それらの高い費用、製作上の複雑さ、壊れやすさ、混合された気体および液体のシステムとの限られた互換性、ならびに／または、マイクロ流体システムの信頼性の欠如が原因で問題となり得る、ある特定の内部のバルブの使用を必要としない。
通気バルブについて説明されているが、他のタイプのバルブメカニズムを本明細書に記載されるシステムおよび方法とともに使用できることを理解されたい。バルブと作動的に連結することができるバルブメカニズムの非限定的な例は、ダイヤフラムバルブ、ボールバルブ、ゲートバルブ、バタフライバルブ、グローブバルブ、ニードルバルブ、ピンチバルブ、ポペットバルブまたはピンチバルブを含む。バルブメカニズムは、ソレノイド、モータ、手動、電子作動または水圧／空気圧を含む任意の適切な手段によって作動することができる。
先述の通り、カセット内の液体（例えば、試料および試薬）のすべてを、吸収材料を含み得る液体閉じ込めエリアに移動させることができる。一実施形態では、吸収材料は液体のみを吸収し、その結果、排出口を通じて気体をカセットから流し出すことができる。
さまざまな判断技法（例えば、測定、定量化、検出および適格化）を使用して、例えば、本明細書に記載されるマイクロ流体システムまたはカセットに関連する試料成分または他の成分または条件を分析することができる。判断技法は、光透過、光吸収、光散乱、光反射および視覚的技法などの光学ベースの技法を含み得る。また、判断技法は、フォトルミネセンス（例えば、蛍光発光）、化学発光、生物発光および／または電気化学発光などの発光技法も含み得る。他の実施形態では、判断技法は、導電性または抵抗を測定することができる。このように、分析器は、そのようなおよび他の適切な検出システムを含むよう構成することができる。
異なる光検出技法は、反応（例えば、アッセイ）結果を決定するための多くのオプションを提供する。いくつかの実施形態では、透過率または吸光度の測定は、光源から放射されるものと同じ波長で光を検出できることを意味する。光源は、単一の波長で放射する狭帯域源であり得るが、多くの不透明な物質は効果的に広範囲の波長を遮断できるため、波長範囲全域にわたって放射する広域スペクトル源でもあり得る。いくつかの実施形態では、システムは、最低限の光学素子（例えば、簡素化された光検出器）を用いて動作することができる。例えば、判断デバイスは、光電子増培管がなくとも、回折格子、プリズムまたはフィルタなどの波長選択器がなくとも、光を方向付けるかまたはコラムネータなどのコラム化するデバイスがなくとも、拡大光学機器（例えば、レンズ）がなくともよい。これらの特徴の除去または減少により、より低価で、よりロバストなデバイスをもたらすことができる。
ある一連の実施形態では、光学システムは分析器の筺体内に配置される。図７に例示的に示されるように、光学システム８０は、少なくとも第１の光源８２と、第１の光源から離間された検出器８４とを含む。第１の光源８２は、カセットを分析器３０１に挿入すると、カセット２０の第１の測定ゾーン中を光が通過するよう構成することができる。第１の検出器８４は、第１の光源８２の反対側に配置し、カセットの第１の測定ゾーン中を通過する光の量を検出することができる。特定の一実施形態では、光学システムは、１０個の光源および１０個の検出器を含む。他の実施形態では、本発明はそのように限定されないため、光源および検出器の数が異なってもよいことを理解されたい。本明細書に記載されるように、カセットは複数の測定ゾーンを含むことができ、それぞれの測定ゾーンが光源および対応する検出器と整合するようにカセットを分析器内に配置することができる。いくつかの実施形態では、光源は、光源からの光をカセットの測定ゾーン内の特定の領域に方向付ける際に役立てることができる光学的開口部を含む。
一実施形態では、光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオードである。例えば、６５４ｎｍで放射されるＩｎＧａＡｌＰの赤色半導体レーザダイオードを使用することができる。また、他の光源も使用することができる。光源は、ネストまたは筺体内に配置することができる。ネストまたは筺体は、光をコリメートする際に役立てることができる狭い開口部または細長い管を含み得る。光源は、カセットを分析器に挿入する位置の上方に配置することができ、その結果、光源は、下方のカセットの上部表面を照らすことができる。また、カセットに対する光源の他の適切な構成も可能である。
本発明はそのように限定されないため、光源の波長が異なってもよいことを理解されたい。例えば、一実施形態では、光源の波長はおよそ６７０ｎｍであり、別の実施形態では、光源の波長はおよそ６５０ｎｍである。一実施形態では、それぞれの光源の波長は、カセットのそれぞれの測定ゾーンが異なる光の波長を受信できるように異なってもよいことを理解されたい。ヘモクリットまたはヘモグロビンを測定する際の特定の一実施形態では、およそ５９０ｎｍからおよそ８０５ｎｍまでの等吸収の波長範囲を少なくとも１つの測定ゾーンで使用することができる。
上記の通り、検出器８４は、光源から離間して光源の下方に配置し、カセット中を通過する光の量を検出することができる。一実施形態では、１つまたは複数の検出器は光検出器（例えば、光ダイオード）である。ある特定の実施形態では、光検出器は、光源によって放射される光の透過率を検出することが可能な任意の適切なデバイスであり得る。光検出器の１つのタイプは、７００ｎｍでのピーク感度を有する光ダイオード、増幅器および電圧調整器を含む光集積回路（ＩＣ）である。検出器は、ネストまたは筺体内に配置することができ、ネストまたは筺体は、狭い開口部または細長い管を含み得、それにより、測定ゾーンの中心からの光のみを検出器で測定することを保証する。以下でさらに詳細に説明されるように、光源がパルスにより変調される場合は、光検出器はフィルタを含み、選択された周波数でのものではない光の影響を除去することができる。複数の隣接する信号が同時に検出されると、それぞれの測定ゾーン（例えば、検出領域）で使用される光源は、その隣接する光源のものとは実質的に異なる周波数で変調することができる。この構成では、それぞれの検出器は、その属する光源を選択し、それにより、隣接する光学対の光形成の干渉を回避するよう構成することができる（例えば、ソフトウェアを使用して）。
本明細書に記載されるように、カセットは、検出器と整合するよう構成および配置された蛇行したチャネルを含む測定ゾーンを含み得、その結果、整合の際、検出器は、蛇行したチャネルの２つ以上の隣接部分を通じて単一の信号を測定することができる。いくつかの実施形態では、検出器は、蛇行したチャネルのエリアの少なくとも一部内で、蛇行したチャネルの２つ以上の部分を通じて、信号を検出することができ、その結果、蛇行したチャネルの第１の部分から測定された信号の第１の部分は、蛇行したチャネルの第２の部分から測定された信号の第２の部分と同様である。そのような実施形態では、信号は蛇行したチャネルの２つ以上の部分の一部として存在しているため、検出器と測定ゾーンとの間での正確な整合は不要である。
精度の不要な測定ゾーン（例えば、蛇行した領域）上への検出器の配置は、顕微鏡、レンズおよび整合台などの外部（おそらく高価である）機器が不要なため（ある特定の実施形態では使用される場合があるが）有利である。代わりに、整合は、ユーザによるアクティブなまたは別々の整合工程が必ずしも必要であるというわけではない低コストの方法で実行することができる。例えば、一実施形態では、蛇行した領域を含むカセットは、本明細書に記載される分析器のスロット内（例えば、カセットと同じまたは同様の形状を有する空洞内）に配置することができ、測定ゾーンは、検出器の光線内に自動的に位置することができる。例えば、カセット間の違い、スロット内のカセットの正確な位置およびカセットの通常の使用法によって生じる不整合の考えられる原因は、測定ゾーンの広さと比較すると無視できるほどであり得る。その結果、蛇行した領域は光線内にとどまることができ、これらの違いのために検出が中断されることはない。
検出器は、測定ゾーン（例えば、蛇行した領域を含む）のすべてまたは一部内の信号を検出することができる。言い換えれば、異なる量の蛇行した領域は、光検出経路として使用することができる。例えば、検出器は、測定ゾーンの少なくとも１５％内、測定ゾーンの少なくとも２０％、測定ゾーンの少なくとも２５％、測定ゾーンの少なくとも５０％内、または、測定ゾーンの少なくとも７５％内（しかし、測定ゾーンの１００％未満）の信号を検出することができる。測定ゾーンが光検出経路として使用されるエリアは、例えば、チャネルが製作される材料の不透明度（例えば、チャネルのすべてもしくは一部が透明かどうか）、チャネルの一部を覆う場合がある不透明な材料の量（例えば、保護カバーの使用を通じて）、ならびに／または、検出器および測定ゾーンのサイズにも依存し得る。
一実施形態では、カセット内で行われた反応によって生成された信号は、測定ゾーン全体にわたって（例えば、蛇行したチャネル領域全体にわたって）均一である。すなわち、測定ゾーン（例えば、蛇行したチャネル領域）は、化学および／または生物学反応を行う際に（および、例えば、検出器によって検出する際に）、前記領域での単一の均一の信号の生成および／または検出を可能にすることができる。蛇行したチャネル領域での反応を行う前、蛇行したチャネルは、例えば、検出／特定される単一の種（および種の集団）を含み得る。種は、蛇行したチャネルの表面に吸着され得る。別の実施形態では、信号は、蛇行した領域の一部上でのみ均一であり得、１つまたは複数の検出器は、それぞれの部分内で異なる信号を検出することができる。ある特定の例では、２つ以上の測定ゾーンを直列に接続することができ、それぞれの測定ゾーンを使用して異なる種を検出／特定することができる。蛇行した領域について説明しているが、蛇行した領域を含まない測定ゾーンも使用できることを理解されたい。
出願人は、カセットの測定ゾーンを通過する透過光の量を使用して、試料についての情報を判断するばかりでなく、カセットの流体システム内で生じる特定のプロセスについての情報（例えば、試薬の混合、流速など）も判断することができることを理解した。いくつかの事例では、領域を通過する光の測定をフィードバックとして使用して、本明細書に記載されるように、システム内の流体の流れを制御することができる。
いくつかの事例では、流体の光学密度を決定する。透明な液体（水など）は、多量の透過光が光源から測定ゾーンを通じて検出器まで通過することを可能にできることを理解されたい。測定ゾーン内の空気は、透明な液体が存在する場合と比較して、より多くの光がチャネル内で散乱し得るため、より少ない透過光が測定ゾーンを通過するという結果をもたらし得る。血液試料が測定ゾーン内に存在すると、血球からの光散乱のため、また、吸光度のため、かなり少ない量の光が検出器まで通過し得る。一実施形態では、銀は、測定ゾーン内の表面に結合された試料成分と結合し、銀が測定ゾーン内に蓄積するにつれて、測定ゾーンを通過する透過光は次第に少なくなる。
各検出器側で検出される光の量を測定することにより、ユーザは、特定の時点において特定の測定ゾーン内にどの試薬が存在するか判断できることが理解される。また、各検出器を用いて検出される光の量を測定することにより、それぞれの測定ゾーンに堆積する銀の量を測定できることも理解される。この量は、反応中に捕捉された分析物の量に相当し得、したがって、試料中の分析物の濃度を測定することができる。
本明細書に記載されるように、出願人は、光学システムをさまざまな品質管理理由のために使用できることを理解した。まず、光学システムが測定ゾーン中を通過する光を検出する測定ゾーンに試料が到達するのに要する時間を使用して、システム内に漏洩または閉塞が存在するかどうかを判断することができる。また、試料がある特定の容積、例えば、およそ１０マイクロリットルであると予測される場合、チャネルおよび測定ゾーン中の試料の通過と関連するであろう予測されるフロー時間が存在する。試料がその予測されたフロー時間外であれば、分析を実施するための試料が足りないこと、および／または、間違ったタイプの試料が分析器に投入されたことを示し得る。それに加えて、結果の予測範囲は、試料のタイプ（例えば、血清、血液、尿など）に基づいて決定することができ、試料が予測範囲外であれば、それは、エラーを示し得る。
一実施形態では、光学システムは、複数の光源および複数の対応する検出器を含む。一実施形態では、第１の光源は第２の光源に隣接し、第１の光源は、カセットの第１の測定ゾーン中を光が通過するよう構成され、第２の光源は、カセットの第２の測定ゾーン中を光が通過するよう構成される。一実施形態では、光源は、第１の光源が解除されない限り、第２の光源が起動されないように構成される。出願人は、１つの光源からの一部の光が隣接する検出器上で拡散し、隣接する検出器側で検出される光の量に影響を及ぼし得ることを理解した。ある一連の実施形態では、隣接する光源が第１の光源と同時に起動されれば、検出器は両方ともカセットの第１および第２の測定ゾーンを通過する光の量を同時に測定し、これは、不正確な測定を招く恐れがある。
したがって、ある一連の実施形態では、複数の光源は、一度に光源を１つずつのみ起動させた状態で順番に起動するよう構成される。したがって、起動された光源に対応する検出器は、対応する測定ゾーンを通過する光の量のみを検出する。特定の一実施形態では、光源は、短期間の間（例えば、少なくともおよそ５００、２５０、１００もしくは５０マイクロ秒、または、いくつかの実施形態では、およそ５００、２５０、１００もしくは５０マイクロ秒以下）、それぞれが起動するよう構成され、隣接する光源は、同様の時間枠で起動するよう構成される。１００マイクロ秒間の起動は、１０ｋＨｚのレートに相当する。一実施形態では、多重アナログデジタル変換器を使用して、光をパルス化し、５００、２５０、１００または５０マイクロ秒ごとにそれぞれの対応する検出器側で検出される光の量を測定する。この様式での光のパルス化は、１つの測定ゾーン中を通過する迷光を防ぎ、隣接する測定ゾーン中を通過する検出される光の量を変更する際に役立てることができる。
上記で説明される様式での光源のパルス化に関連する何らかの利益が存在し得るが、本発明はそのように限定されず、複数の光源を同時に起動できる場合などの他の構成が可能であり得ることを理解されたい。例えば、一実施形態では、互いに直接隣接していない光源は、実質的に同時に起動させることができる。
一実施形態では、分析器は、筺体内に配置された温度調整システムを含み、温度調整システムは、分析器内の温度を調整するよう構成することができる。ある特定の試料分析の場合、試料は、ある特定の温度範囲内で保管する必要がある場合がある。例えば、一実施形態では、分析器内の温度をおよそ３７℃で維持することが望ましい。それに応じて、一実施形態では、温度調整システムは、カセットを加熱するよう構成された加熱器を含む。一実施形態では、加熱器は、分析器内でカセットを配置する位置の下側に配置することができる抵抗加熱器である。また、一実施形態では、温度調整システムは、カセットの温度を測定するためのサーミスタも含み、コントローラ回路を設けて温度を制御することができる。
一実施形態では、分析器内の空気の受動的フローは、必要ならば、分析器内の空気を冷却するよう機能することができる。場合により、分析器内にファン（図示せず）を設けて、分析器内の温度を低下させることができる。いくつかの実施形態では、温度調整システムは、分析器内にペルチェ熱電加熱器および／または冷却器を含み得る。
ある特定の実施形態では、１つまたは複数の識別子を含む識別システムは、カセットおよび／または分析器に付随する１つまたは複数のコンポーネントまたは材料とともに使用され、同コンポーネントまたは材料に連結される。「識別子」は、以下でさらに詳細に説明されるように、それら自体に、識別子を含むコンポーネントについての情報が「符号化」されていてもよく（すなわち、無線自動識別（ＲＦＩＤ）タグまたはバーコードなどの情報を持つ、格納する、生成するまたは伝えるデバイスを使用することによって、情報を持つまたは含む）、それら自体に、コンポーネントについての情報は符号化されてはいないが、むしろ例えば、コンピュータ上またはコンピュータ可読媒体上のデータベースに含まれ得る情報（例えば、ユーザおよび／または分析されるべき試料に関する情報）に関連するだけであってもよい。後者の例では、そのような識別子の検出により、データベースからの関連情報の検索および使用を引き起こし得る。
コンポーネントについての情報が「符号化」されている識別子は、必ずしもコンポーネントについての完全な一連の情報が符号化されている必要があるわけではない。例えば、ある特定の実施形態では、識別子は、ただカセットのユニークな識別を可能にするためだけに十分な情報（例えば、シリアル番号、部品番号などに関連する）が符号化されている一方で、カセットに関連する追加情報（例えば、タイプ、使用（例えば、アッセイのタイプ）、所有者、場所、位置、接続性、コンテンツなど）は、遠隔地に格納してもよく、識別子に付随するだけであってもよい。
カセット、材料またはコンポーネントなど「についての情報」または「に関連する情報」は、カセット、材料もしくはコンポーネントのアイデンティティ、配置もしくは場所、または、カセット、材料もしくはコンポーネントのコンテンツのアイデンティティ、配置もしくは場所に関する情報であり、それに加えて、カセット、材料、コンポーネントまたはコンテンツの性質、状態または構成に関する情報を含み得る。カセット、材料もしくはコンポーネントまたはそのコンテンツ「についての情報」または「に関連する情報」は、カセット、材料もしくはコンポーネントまたはそのコンテンツを識別し、他のものとカセット、材料もしくはコンポーネントまたはそのコンテンツを区別する情報を含み得る。例えば、カセット、材料もしくはコンポーネントまたはそのコンテンツ「についての情報」または「に関連する情報」は、タイプを示す情報、または、カセット、材料もしくはコンポーネントまたはそのコンテンツは何か、それがどこに位置するかもしくは位置すべきか、それをどのように配置するかもしくは配置すべきか、カセット、材料もしくはコンポーネントまたはそのコンテンツの機能もしくは目的、カセット、材料もしくはコンポーネントまたはそのコンテンツをシステムの他のコンポーネントとどのように接続するか、カセット、材料もしくはコンポーネントまたはそのコンテンツのロット番号、出所、較正情報、有効期限、目的地、製造業者もしくは所有者、カセットで実行すべき分析／アッセイのタイプ、カセットが使用／分析されているかどうかについての情報を示し得る。
ある一連の実施形態では、識別子は、本明細書に記載されるカセットおよび／または分析器に関連する。一般に、本明細書で使用される場合、「識別子」という用語は、識別子が関連するもしくはインストールされる、カセットおよび／もしくは分析器についての情報を提供することができるアイテム（例えば、カセットおよび／もしくは分析器またはそのコンポーネントのアイデンティティ、場所または位置／配置の１つまたは複数を含む情報）、または、識別もしくは検出することができるアイテムを示し、識別または検出事象は、識別子が関連するカセットおよび／または分析器についての情報に関連する。本発明の文脈で使用できる識別子の非限定的な例は、とりわけ、無線自動識別（ＲＦＩＤ）タグ、バーコード、シリアル番号、着色タグ、蛍光または光学タグ（例えば、量子ドットを使用する）、化合物、無線タグ、磁気タグを含む。
一実施形態では、分析器は、カセットについての情報を読み取るよう構成された筺体内に配置された識別読取器を含み得る。識別子から情報を読み取るために使用することができる任意の適切な識別読取器。識別読取器の非限定的な例は、とりわけ、ＲＦＩＤ読取器、バーコードスキャナ、化学検出器、カメラ、放射線検出器、磁場または電場検出器を含む。検出／読み取り方法および適切なタイプの識別検出器は、利用される特定の識別子に依存し、例えば、光学画像、蛍光励起および検出、質量分析、核磁気共鳴、シークエンシング、ハイブリダイゼーション、電気泳動、分光、顕微鏡などを含み得る。いくつかの実施形態では、識別読取器は、特定の位置（例えば、カセットおよび／もしくは分析器上、または、カセットおよび／もしくは分析器内）に装着または事前埋め込みすることができる。
一実施形態では、識別読取器は、カセットに付随するＲＦＩＤ識別子を読み取るよう構成されたＲＦＩＤ読取器である。例えば、一実施形態では、分析器は、分析器内に挿入されたカセットから情報を読み取るよう構成されたＲＦＩＤモジュールおよびアンテナを含む。別の実施形態では、識別読取器は、カセットに付随するバーコードを読み取るよう構成されたバーコード読取器である。一旦、カセットが分析器内に挿入されれば、識別読取器は、カセットから情報を読み取ることができる。カセット上の識別子は、カセットタイプ、実行される分析／アッセイのタイプ、ロット番号、カセットが使用／分析されているかどうかについての情報、および、本明細書に記載される他の情報などの１つまたは複数のタイプの情報を含み得る。また、読取器は、これらに限定されないが、較正情報、有効期限およびそのロットに特有の任意の追加情報など、カセットの箱内などのカセット群に提供される情報を読み取るよう構成することができる。識別された情報は、場合により、ユーザに表示して、例えば、適正なカセットおよび／またはアッセイタイプが実行されていることを確認することができる。
いくつかの事例では、識別読取器は、通信経路を介して制御システムと統合することができる。識別読取器と制御システムとの間の通信は、有線ネットワークに沿って起こっても、無線で伝送されてもよい。一実施形態では、制御システムは、カセットが特定のタイプの分析器内に適切に接続または挿入されていることを示すため、特定の識別子（例えば、カセットタイプ、製造業者、実行されるアッセイなどに関連する情報に関連するカセットの）を認識するようにプログラムすることができる。
一実施形態では、カセットの識別子には、特定の目的、ユーザもしくは製品に対する、または、特定の反応条件、試料タイプ、試薬、ユーザおよび同様のものでの、システムまたはカセットの使用に関するデータベース内に含まれる既定のまたはプログラムされた情報が付随し得る。不適正な適合が検出される場合または識別子が無効化された場合は、ユーザが通知を受けるまでまたはユーザによる受信確認まで、プロセスを停止しても、システムを動作不能の状態にしてもよい。
識別子からの情報または識別子に付随する情報は、いくつかの実施形態では、今後の参照としておよび記録保存の目的で、例えば、コンピュータメモリ内またはコンピュータ可読媒体上に格納することができる。例えば、ある特定の制御システムは、識別子からの情報または識別子に付随する情報を使用して、どのコンポーネント（例えば、カセット）またはカセットのタイプが、特定の分析、日付、時間および使用時間、使用条件などで使用されたか特定することができる。そのような情報を使用して、例えば、分析器の１つまたは複数のコンポーネントを洗浄すべきかまたは交換すべきかを判断することができる。場合により、制御システムまたは他の任意の適切なシステムは、識別子によって符号化された情報または識別子に付随する情報を含む、収集した情報からレポートを作成し得、規制基準との準拠性の証拠または品質管理の検証を提供する際に使用することができる。
また、識別子上で符号化された情報または識別子に付随する情報を使用して、例えば、識別子に関連するコンポーネント（例えば、カセット）が本物か偽物かを判断することもできる。いくつかの実施形態では、偽物のコンポーネントの存在を判断することにより、システムをロックアウトする。一例では、識別子は、ユニークなアイデンティティコードを含み得る。この例では、異質なまたは不適合のアイデンティティコード（または、アイデンティティコードがないこと）が検出されれば、プロセス制御ソフトウェアまたは分析器は、システムの始動を許可することはない（例えば、システムは使用不可能であり得る）。
ある特定の実施形態では、識別子から入手された情報または識別子に付随する情報を使用して、カセットおよび／もしくは分析器が販売された顧客、または、生物学的、化学的もしくは薬学的プロセスが実行される顧客のアイデンティティを検証することができる。いくつかの事例では、識別子から入手された情報または識別子に付随する情報は、システムのトラブルシューティングのためにデータを収集するプロセスの一部として使用される。また、識別子は、とりわけ、バッチ履歴、組立プロセスおよび計装図（ＰとＩＤ）、トラブルシューティング履歴などの情報を含み得るまたは同情報に関連し得る。システムのトラブルシューティングは、いくつかの事例では、遠隔アクセスを介して達成することができ、これには、診断ソフトウェアの使用が含まれる。
一実施形態では、分析器は、ユーザインターフェースを含み、ユーザインターフェースは、筺体内に配置し、ユーザが試料分析器に情報を入力するよう構成することができる。一実施形態では、ユーザインターフェースはタッチスクリーンを含む。タッチスクリーンは、分析器の動作を通じてユーザを誘導することができ、分析器を使用するためのテキストのおよび／またはグラフィカルな取扱説明書を提供する。ユーザインターフェースは、ユーザが分析器に患者の名前または他の患者の識別源／番号を入力するように誘導することができる。名前、生年月日および／または患者ＩＤ番号などの任意の適切な患者情報をタッチスクリーンユーザインターフェースに入力して、患者を識別することができる。ユーザインターフェースは、試料の分析の完了までに残された時間の量を示し得る。
別の実施形態では、ユーザインターフェースは、ＬＣＤディスプレイおよびメニューの単一ボタンスクロールを用いてなどの異なる方法で構成することができる。別の実施形態では、ユーザインターフェースは、単に分析器を起動するためのスタートボタンを含み得る。他の実施形態では、別々の独立したデバイス（スマートフォンまたはモバイルコンピュータなど）からのユーザインターフェースを使用して、分析器とインターフェースをとることができる。
図８は、一実施形態による、制御システム３０５（図７を参照）をどのようにさまざまな異なるコンポーネントに作動的に連結することができるか示すブロック図３００である。本明細書に記載される制御システムは、専用ハードウェアもしくはファームウェアを用いて、マイクロコードもしくはソフトウェアを使用してプログラムされたプロセッサを使用して上記の機能を実行する、または、前述の任意の適切な組合せを用いるなど、多くの方法で実装することができる。制御システムは、単一の分析（例えば、生物学、生化学もしくは化学反応のための）または複数の（別々のもしくは相互接続された）分析の１つまたは複数の動作を制御することができる。図７に例示的に示されるように、制御システム３０５は、分析器の筺体１０１内に配置することができ、識別読取器６０、ユーザインターフェース２００、流体流源４０、光学システム８０および／または温度調整システムと通信し、カセット内の試料を分析するよう構成することができる。
一実施形態では、制御システムは少なくとも２つのプロセッサを含み、それには、カセットと直接インターフェースをとるサブシステムのすべてを制御およびモニタするリアルタイムのプロセッサが含まれる。一実施形態では、特定の時間間隔（例えば、０．１秒ごと）において、このプロセッサは、第２のより高いレベルのプロセッサと通信し、第２のプロセッサは、ユーザインターフェースおよび／または通信サブシステム（以下で論じる）を介してユーザと通信し、分析器の動作を指示する（例えば、いつ試料の分析を開始するかを判断し、結果を解釈する）。一実施形態では、これらの２つのプロセッサ間の通信は、シリアル通信バスを介して起こる。別の実施形態では、本発明はそのように限定されないため、分析器は、プロセッサを１つのみ含んでも、３つ以上のプロセッサを含んでもよいことを理解されたい。
一実施形態では、分析器は、外部のデバイスとインターフェースをとることが可能であり、例えば、１つまたは複数の外部通信ユニットとの接続のためのポートを含み得る。外部通信は、例えば、ＵＳＢ通信を介して達成することができる。例えば、図８に例示的に示されるように、分析器は、試料分析の結果をＵＳＢプリンタ４００またはコンピュータ４０２に出力することができる。それに加えて、リアルタイムのプロセッサによって生成されたデータストリームは、コンピュータまたはＵＳＢメモリスティック４０４に出力することができる。いくつかの実施形態では、コンピュータは、ＵＳＢ通信を介して分析器を直接制御できる場合もある。さらに、この点で本発明は限定されないため、他のタイプの通信オプションが利用可能である。例えば、分析器とのイーサネット（登録商標）、ブルートゥースおよび／またはＷＩ−ＦＩ通信４０６は、プロセッサを通じて確立することができる。
本明細書に記載される計算方法、工程、シミュレーション、アルゴリズム、システムおよびシステム要素は、以下で説明されるコンピュータ実装システムのさまざまな実施形態などのコンピュータ実装制御システムを使用して実装することができる。本明細書に記載される方法、工程、システムおよびシステム要素は、それらの実装が、本明細書に記載される任意の特定のコンピュータシステムに限定されず、多くの他の異なるマシンを使用することができる。
コンピュータ実装制御システムは、試料分析器の一部であることも、試料分析器と作動的に連結することもでき、いくつかの実施形態では、上記で説明されるように、試料分析器の動作パラメータを制御および調整するようにも、値を分析および計算するようにも構成および／またはプログラムすることができる。いくつかの実施形態では、コンピュータ実装制御システムは、基準信号を送信および受信して、試料分析器および場合により他のシステム装置の動作パラメータを設定および／または制御することができる。他の実施形態では、コンピュータ実装システムは、試料分析器から分離され得、および／または、試料分析器に対して遠隔地に位置し得、磁気ディスクなどの携帯電子データ記憶装置を介してなどの間接的および／もしくは携帯手段を介して、または、インターネットもしくはローカルのイントラネットなどのコンピュータネットワーク上の通信を介して、１つまたは複数のリモート試料分析器装置からデータを受信するよう構成することができる。
コンピュータ実装制御システムは、数種の公知のコンポーネントおよび回路を含み得、それには、以下でさらに詳細に説明されるように、処理装置（すなわち、プロセッサ）、メモリシステム、入出力デバイスおよびインターフェース（例えば、相互接続メカニズム）、ならびに、搬送回路（例えば、１つまたは複数のバス）、音声および映像データ入出力（Ｉ／Ｏ）サブシステム、専用ハードウェアなどの他のコンポーネント、ならびに、他のコンポーネントおよび回路が含まれる。さらに、コンピュータシステムは、マルチプロセッサのコンピュータシステムであっても、コンピュータネットワーク上で接続される複数のコンピュータを含んでいてもよい。
コンピュータ実装制御システムは、プロセッサ、例えば、Ｉｎｔｅｌから入手可能なシリーズｘ８６、ＣｅｌｅｒｏｎおよびＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）プロセッサ、ＡＭＤおよびＣｙｒｉｘからの同様のデバイス、Ｍｏｔｏｒｏｌａから入手可能な６８０Ｘ０シリーズマイクロプロセッサ、ならびに、ＩＢＭからのＰｏｗｅｒＰＣマイクロプロセッサのいずれか１つなどの市販のプロセッサを含み得る。他の多くのプロセッサも利用可能であり、コンピュータシステムは特定のプロセッサに限定されない。
プロセッサは、通常、オペレーティングシステムと呼ばれるプログラムを実行し、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ＮＴ、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）９５または９８、ＵＮＩＸ（登録商標）、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）、ＤＯＳ、ＶＭＳ、ＭａｃＯＳおよびＯＳ８がその例であり、オペレーティングシステムは、他のコンピュータプログラムの実行を制御し、スケジューリング、デバッギング、入出力制御、アカウンティング、コンパイル、ストレージ割当て、データ管理およびメモリ管理、通信制御ならびに関連するサービスを提供する。プロセッサとシステムはともに、高水準プログラミング言語のアプリケーションプログラムが書き込まれるコンピュータプラットホームを定義する。コンピュータ実装制御システムは、特定のコンピュータプラットホームに限定されない。
コンピュータ実装制御システムは、メモリシステムを含み得、それには、通常、コンピュータ読み書き可能な不揮発性記録媒体が含まれ、磁気ディスク、光ディスク、フラッシュメモリおよびテープがその例である。そのような記録媒体は、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、読み取り／書き込みＣＤもしくはメモリスティックのように取り外し可能であっても、例えば、ハードドライブのように固定式であってもよい。
そのような記録媒体は、通常、２進形式（すなわち、１と０のシーケンスとして解釈される形式）で信号を格納する。ディスク（例えば、磁気または光）は多くのトラックを有し、その上には、通常、２進形式、すなわち、１と０のシーケンスとして解釈される形式でそのような信号を格納することができる。そのような信号は、ソフトウェアプログラム、例えば、マイクロプロセッサによって実行されるアプリケーションプログラム、または、アプリケーションプログラムによって処理される情報を定義することができる。
また、コンピュータ実装制御システムのメモリシステムは、集積回路メモリ素子も含み得、集積回路メモリ素子は、通常、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）またはスタティックメモリ（ＳＲＡＭ）などの揮発性のランダムアクセスメモリである。通常、動作時、プロセッサは、不揮発性記録媒体から集積回路メモリ素子にプログラムとデータを読み取らせ、それにより、通常、不揮発性記録媒体よりも速い、プロセッサによるプログラム命令およびデータへのアクセスが可能になる。
プロセッサは、一般に、プログラム命令に従って集積回路メモリ素子内のデータを操作し、次いで、処理が完了した後で、操作したデータを不揮発性記録媒体にコピーする。不揮発性記録媒体と集積回路メモリ素子との間のデータの移動を管理するためのさまざまなメカニズムが知られており、図８と関連して上記で説明される方法、工程、システムおよびシステム要素を実装するコンピュータ実装制御システムは、それらに限定されない。コンピュータ実装制御システムは、特定のメモリシステムに限定されない。
上記で説明されるそのようなメモリシステムの少なくとも一部を使用して、上記で説明される１つまたは複数のデータ構造（例えば、ルックアップテーブル）または方程式を格納することができる。例えば、不揮発性記録媒体の少なくとも一部は、１つまたは複数のそのようなデータ構造を含むデータベースの少なくとも一部を格納することができる。そのようなデータベースは、例えば、デリミタによって分離されるデータ単位にデータが組織化される１つまたは複数のフラットファイルデータ構造を含むファイルシステム、テーブルに格納されるデータ単位にデータが組織化される関係データベース、オブジェクトとして格納されるデータ単位にデータが組織化されるオブジェクト指向データベース、別のタイプのデータベースまたはそれらの任意の組合せなど、さまざまなタイプのデータベースのいずれかであり得る。
コンピュータ実装制御システムは、映像および音声データＩ／Ｏサブシステムを含み得る。サブシステムの音声部分は、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器を含み得、Ａ／Ｄ変換器は、アナログの音声情報を受信して、それをデジタル情報に変換する。デジタル情報は、ハードディスク上に格納して別の時に使用するための公知の圧縮システムを使用して圧縮することができる。Ｉ／Ｏサブシステムの典型的な映像部分は、その多くが当技術分野で公知のビデオ画像圧縮器／伸張器を含み得る。そのような圧縮器／伸張器は、アナログ映像情報を圧縮されたデジタル情報に変換し、その逆も可能である。圧縮されたデジタル情報は、ハードディスク上に格納して後に使用することができる。
コンピュータ実装制御システムは、１つまたは複数の出力デバイスを含み得る。例示的な出力デバイスは、ブラウン管（ＣＲＴ）ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）および他の映像出力デバイスと、プリンタと、モデムまたはネットワークインターフェースなどの通信デバイスと、ディスクまたはテープなどの記憶装置と、スピーカなどの音声出力デバイスとを含む。
また、コンピュータ実装制御システムは、１つまたは複数の入力デバイスも含み得る。例示的な入力デバイスは、キーボード、キーパッド、トラックボール、マウス、ペンおよびタブレットと、上記で説明されるものなどの通信デバイスと、音声および映像捕捉デバイスおよびセンサなどのデータ入力デバイスとを含む。コンピュータ実装制御システムは、本明細書に記載される特定の入力または出力デバイスに限定されない。
コンピュータ実装制御システムのいずれかのタイプの１つまたは複数を使用して、本明細書に記載されるさまざまな実施形態を実装することができることを理解されたい。本発明の態様は、ソフトウェア、ハードウェアもしくはファームウェアまたはそれらの任意の組合せに実装することができる。コンピュータ実装制御システムは、特別にプログラムされた専用のハードウェア、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含み得る。そのような専用ハードウェアは、上記で説明されるコンピュータ実装制御システムの一部としてまたは独立したコンポーネントとして、上記で説明される方法、工程、シミュレーション、アルゴリズム、システムおよびシステム要素の１つまたは複数を実装するよう構成することができる。
コンピュータ実装制御システムおよびそのコンポーネントは、さまざまな１つまたは複数の適切なコンピュータプログラミング言語のいずれかを使用することでプログラム可能であり得る。そのような言語は、例えば、Ｃ、Ｐａｓｃａｌ、ＦｏｒｔｒａｎおよびＢＡＳＩＣなどの手続き型プログラミング言語と、例えば、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ（登録商標）およびＥｉｆｆｅｌなどのオブジェクト指向言語と、スクリプト言語、さらにはアセンブリ言語などの他の言語とを含み得る。
方法、工程、シミュレーション、アルゴリズム、システムおよびシステム要素は、手続き型プログラミング言語、オブジェクト指向言語、他の言語およびそれらの組合せを含むさまざまな適切なプログラミング言語のいずれかを使用して実装することができ、これらの言語は、そのようなコンピュータシステムによって実行することができる。そのような方法、工程、シミュレーション、アルゴリズム、システムおよびシステム要素は、コンピュータプログラムの別々のモジュールとして実装することも、別々のコンピュータプログラムとして個別に実装することもできる。そのようなモジュールおよびプログラムは、別々のコンピュータ上で実行することができる。
そのような方法、工程、シミュレーション、アルゴリズム、システムおよびシステム要素は、個別にまたは組み合わせて、例えば、不揮発性記録媒体、集積回路メモリ素子またはそれらの組合せなどのコンピュータ可読媒体上のコンピュータ可読信号として明白に具体化されるコンピュータプログラム製品として実装することができる。それぞれのそのような方法、工程、シミュレーション、アルゴリズム、システムおよびシステム要素に対して、そのようなコンピュータプログラム製品は、例えば、コンピュータによって実行される結果として、方法、工程、シミュレーション、アルゴリズム、システムおよびシステム要素を実行するようコンピュータに命令する、１つまたは複数のプログラムの一部として命令を定義する、コンピュータ可読媒体上に明白に具体化されるコンピュータ可読信号を含み得る。
１つまたは複数の上記で説明される特徴を用いてさまざまな実施形態を形成することができることを理解されたい。上記の態様および特徴は、本発明はこの点において限定されないため、任意の適切な組合せで使用してもよい。また、図面はさまざまなコンポーネントおよび特徴を示し、同コンポーネントおよび特徴はさまざまな実施形態に組み込むことができることも理解されたい。簡素化のため、一部の図面は、２つ以上の任意選択の特徴またはコンポーネントを示すことができる。しかし、本発明は、図面で開示される特定の実施形態に限定されない。本発明は、いずれか１つの図面に示されるコンポーネントの一部のみを含み得る実施形態を包含し、および／または、複数の異なる図面に示されるコンポーネントを組み合わせた実施形態も包含し得ることを理解されたい。
以下の例は、本発明のある特定の実施形態を示すことを意図するが、本発明の全範囲を例示するものではない。
実施例１
この例は、アッセイを実行して、試料と結合する金の粒子上に銀を無電解堆積することによって試料中のＰＳＡを検出するためのカセットおよび分析器の使用について説明する。図９は、この例で使用されたカセットのマイクロ流体システム５００の概略図を含む。カセットは、図３に示されるカセット２０と同様の形状を有していた。この例で使用されたマイクロ流体システムは、一般に、２００４年１２月２０日に出願され、「Ａｓｓａｙ Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」と称する国際公開第２００５／０６６６１３号パンフレット（ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０４３５８５号明細書）に記載され、あらゆる目的でその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
マイクロ流体システムは、測定ゾーン５１０Ａ〜５１０Ｄと、廃棄物閉じ込め領域５１２と、排出口５１４とを含んでいた。測定ゾーンは、全長が１７５ｍｍで、深さが５０ミクロンで幅が１２０ミクロンのマイクロ流体チャネルを含んでいた。また、マイクロ流体システムは、マイクロ流体チャネル５１６と、チャネル分岐部５１８および５２０（それぞれの注入口５１９および５２１を備える）とを含んでいた。チャネル分岐部５１８および５２０は、深さが３５０ミクロンで幅が５００ミクロンであった。チャネル５１６は、サブチャネル５１５から形成され、サブチャネル５１５は、深さが３５０ミクロンで幅が５００ミクロンであり、カセットの交代側に位置し、およそ５００ミクロンの直径を有する穴５１７を通して接続された。図９は、試薬がカセットの片側に格納されたことを示すが、他の実施形態では、試薬はカセットの両側に格納された。チャネル５１６は全長が３９０ｍｍであり、分岐部５１８および５２０は長さがそれぞれ３６０ｍｍであった。チャネルを密封する前に、抗ＰＳＡ抗体は、測定ゾーン５１０の一部分においてマイクロ流体システムの表面に付着された。
最初に使用する前、マイクロ流体システムにはカセットに格納された液体試薬が投入された。一連の７つの洗浄栓５２３〜５２９（いずれも緩衝水、それぞれおよそ２マイクロリットル）は、スルーホールを使用してチャネル５１６のサブチャネル５１５にピペットを使用して投入された。それぞれの洗浄栓は、空気栓によって分離された。銀塩の溶液を含む流体５２８は、ピペットを使用してポート５１９を通じて分岐チャネルに投入された。還元溶液を含む流体５３０は、ポート５２１を通じて分岐チャネル５２０に投入された。図９に示されるそれぞれの液体は、空気栓によって他の液体から分離された。ポート５１４、５１９、５２１、５３６、５３９および５４０は、容易に取り外すかまたは貫通させることができる粘着テープで密封された。このように、液体は、最初に使用する前にマイクロ流体システムに格納された。
最初の使用時、ポート５１４、５１９、５２１、５３６、５３９および５４０は、ユーザがポートの開口部を覆うテープをはぎ取ることによって開封された。コロイド金で標識された凍結乾燥された抗ＰＳＡ抗体を含み、１０マイクロリットルの試料血液（５２２）が追加された管５４４は、ポート５３９および５４０に接続された。管は、図３に示される形状および構成を有する流体コネクタの一部であった。これにより、測定ゾーン５１０とチャネル５１６との間の流体接続が生み出され、この流体接続は、最初の使用時以外は接続されておらず、最初に使用する前は互いに流体連結していない。
マイクロ流体システム５００を含むカセットは、分析器の開口部に挿入された（例えば、図７に示されるように）。分析器の筺体は、カセット上のカムを備えた表面と係合するよう構成された、筺体内に配置されるアームを含んでいた。アームは、筺体内の開口部内まで少なくとも部分的に延在しており、その結果、カセットを開口部に挿入すると、アームは開口部から第２の位置に押しやられて、カセットを開口部に入れることができた。一旦アームがカセットのカムを備えた表面と内部で係合すれば、カセットは位置付けされ、分析器の筺体内に保持され、バネのバイアスにより、カセットが分析器から滑り出るのを防いだ。分析器は、位置センサによってカセットの挿入を検知する。
分析器の筺体内に配置された識別読取器（ＲＦＩＤ読取器）を使用して、ロット識別情報を含むカセット上のＲＦＩＤタグを読み取った。分析器は、この識別子を使用して、分析器内に格納されたロット情報（例えば、較正情報、カセットの有効期限、カセットが新品であることの実証、および、カセットで実行される分析／アッセイのタイプ）を適合させた。タッチスクリーンを使用して患者（試料が採取された）についての情報を分析器に入力するようユーザに促した。ユーザによってカセットについての情報が検証されると、制御システムは分析を開始した。
制御システムは、分析を実行するためにプログラムされた命令を含んでいた。分析を開始するため、信号は、真空システムを制御する電子機器に送信され、電子機器は、分析器の一部であり、流体の流れの供給に使用された。ｏ−リングを備えたマニホールドは、ソレノイドによってカセットの表面に圧接された。マニホールド上の１つのポートは、カセットのマイクロ流体システムのポート５３６を密封した（ｏ−リングで）。マニホールド上のこのポートは、管によって、大気にさらされている簡素なソレノイドバルブ（ＳＭＣ Ｖ１２４Ａ−６Ｇ−Ｍ５、図示せず）に接続された。マニホールド上の別の真空ポートは、カセットのマイクロ流体システムのポート５１４を密封した（ｏ−リングで）。ポート５１４には、およそ−３０ｋＰａの真空を印加した。分析の間中、測定ゾーン５１０を含むチャネルは、およそ−３０ｋＰａの実質的に一定のゼロ以外の圧力降下を有するポート５４０と５１４の間に配置された。試料５２２は、矢印の方向５３８に、測定ゾーン５１０Ａ〜５１０Ｄのそれぞれに流れ込んだ。流体が測定ゾーン中を通過すると、試料５２２中のＰＳＡタンパク質は、以下でさらに詳細に説明されるように、測定ゾーン壁上で固定化された抗ＰＳＡ抗体によって捕捉された。試料が測定ゾーン中を通過するのに約７〜８分要し、その後、試料は廃棄物閉じ込め領域５１２で捕捉された。
また、分析の開始は、制御システムが光検出器に信号を送信する工程も伴い、光検出器は、検出を開始するため、それぞれの測定ゾーン５１０に隣接して配置された。測定ゾーンに連結されたそれぞれの検出器は、図１０に示されるグラフ６００に示されるように、測定ゾーンのチャネルを通過する光の透過率を記録した。試料がそれぞれの測定ゾーンを通り過ぎると、ピーク６１０Ａ〜６１０Ｄが生成された。検出器によって測定されたピーク（およびトラフ）は、制御システムに送信された信号であり（または、信号に変換され）、制御システムは、測定信号を制御システムに事前にプログラムされた基準信号または値と比較した。制御システムは、信号／値の比較に少なくとも部分的に基づいて、マイクロ流体システムにフィードバックを提供するための、事前にプログラムされた一連の命令を含んでいた。
図９のデバイス５００の第１の測定ゾーン５１０−Ａでは、この測定ゾーンのチャネルの壁は、最初に使用する前に（例えば、デバイスを密封する前に）、遮断タンパク質（ウシ血清アルブミン）で遮断された。血液試料中のタンパク質は、測定ゾーン５１０−Ａの壁にほとんどまたは全く付着しなかった（恐らくは洗い落とすことができる何らかの非特異的結合以外）。この第１の測定ゾーンは、負の制御として機能した。
第２の測定ゾーン５１０−Ｂでは、この測定ゾーンのチャネルの壁は、最初に使用する前に（例えば、デバイスを密封する前に）、既定の大量の前立腺特異抗原（ＰＳＡ）でコーティングして、高または正の制御として機能した。血液試料が第２の測定ゾーン５１０−Ｂ中を通過すると、血液中のＰＳＡタンパク質は、チャネルの壁とほとんどまたは全く結合しなかった。試料中の金共役シグナル抗体は、依然として試料中のＰＳＡと結合されていない場合があり、したがって、それらは、チャネルの壁上のＰＳＡと結合して、高または正の制御として機能し得る。
第３の測定ゾーン５１０−Ｃでは、この測定ゾーンのチャネルの壁は、最初に使用する前に（例えば、デバイスを密封する前に）、既定の少量のＰＳＡでコーティングして、低制御として機能した。血液試料がこの測定ゾーン中を流れると、試料中のＰＳＡタンパク質は、チャネルの壁とほとんどまたは全く結合しなかった。試料中の金共役シグナル抗体は、チャネルの壁上のＰＳＡと結合して、低制御として機能し得る。
第４の測定ゾーン５１０−Ｄでは、この測定ゾーンのチャネルの壁は、抗ＰＳＡ抗体である捕獲抗体でコーティングされ、この抗体は、金共役シグナル抗体よりもＰＳＡタンパク質上の異なるエピトープと結合する。壁は、最初に使用する前に（例えば、デバイスを密封する前に）コーティングされた。使用中に血液試料が第４の測定ゾーン中を流れると、血液試料中のＰＳＡタンパク質は、血液中のこれらのタンパク質の濃度に比例する方法で抗ＰＳＡ抗体と結合した。ＰＳＡを含む試料はＰＳＡと結合する金で標識された抗ＰＳＡ抗体も含むため、測定ゾーンの壁上に捕捉されたＰＳＡは、サンドイッチ免疫複合体を形成した。
洗浄流体５２３〜５２９は、試料を追って、矢印の方向５３８に、測定ゾーン５１０を通過して廃棄物閉じ込め領域５１２に向かった。洗浄流体が測定ゾーン中を通過すると、洗浄流体は、残りの非結合の試料成分を洗い流した。各洗浄栓が測定ゾーンのチャネルを洗浄し、徐々により完全な洗浄を進めた。最後の洗浄流体５２９（水）は、銀塩と反応し得た塩（例えば、塩化物、リン酸塩、アジド）を洗い流した。
図１０で示されるグラフで示されるように、洗浄流体が測定ゾーン中を流れる間、測定ゾーンに連結されたそれぞれの検出器は、ピークとトラフのパターン６２０を測定する。トラフは、洗浄栓（透明な液体であり、したがって、最大光透過率を提供する）に相当した。各栓間のピークは、透明な液体の各栓間の空気を表す。アッセイには７つの洗浄栓が含まれため、グラフ６００には７つのトラフと７つのピークが存在する。最初のトラフ６２２は一般に他のトラフ６２４ほど深くはないが、その理由は、最初の洗浄栓はチャネル内に残された血球を捕捉する場合が多く、したがって、完全に透明ではないためである。
空気の最終のピーク６２８は、前のピークよりはるかに長時間にわたるが、その理由は、追いかけるべき洗浄栓がなかったためである。検出器がこの空気ピークの長さを検出すると、１つまたは複数の信号が制御システムに送信され、制御システムは、このピークの時間の長さを、事前に設定された基準信号または特定の長さを有する入力値と比較する。基準信号と比較して測定ピークの時間の長さが十分長い場合、制御システムは、通気バルブ５３６を制御する電子機器に信号を送信して、バルブを作動させ、流体５２８および５３０の混合を開始する。（空気のピーク６２８の信号は、１）ピークの強度、２）時間の関数としてこのピークが位置する場所、および／または、３）特定の強度の一連のピーク６２０が既に通過したことを示す１つまたは複数の信号のいずれかを示す信号と組み合わせることができることに留意されたい。このように、制御システムは、例えば、信号のパターンを使用して、空気のピーク６２８と、試料からのピーク６１０などの長い継続時間を有する他のピークと区別する。）
混合を開始するため、マニホールドによって通気ポート５３６に接続されたソレノイドを閉栓する。真空状態を維持し、通気バルブ５３６を通じて空気を入れることができないため、空気は、ポート５１９および５２１（閉栓）を通じてデバイスに入る。これにより、通気バルブ５３６の上流の２つの格納チャネル内の２つの流体５２８および５３０を、実質的に同時に排出口５１４に向けて強制的に移動させる。これらの試薬はチャネル交差部で混合し、約１×１０−３Ｐａ・ｓの粘度を有する増幅試薬（反応性銀溶液）を形成する。流体５２８と５３０の容積の割合は約１：１であった。増幅試薬は、引き続き、格納チャネルの下流を通過し、管５４４を通過し、測定ゾーン５１０を通過し、廃棄物閉じ込め領域５１２に到達した。一定時間（１２秒）後、分析器は、空気が通気バルブ５３６（通気ポートの代わりに）中を流れるように通気バルブ５３６を再度開栓した。これにより、ある程度の試薬がデバイス上の上流の格納チャネル５１８および５２０に残された。また、これにより、混合された増幅試薬の単一の栓も生じる。１２秒間の通気バルブの閉栓により、およそ５０μＬの増幅栓が生じる。（単一のタイミングの代わりに、通気バルブの再度開栓を引き起こす別の方法は、増幅試薬が測定ゾーンに最初に入る際に増幅試薬を検出することであろう。）
混合された増幅試薬は、ほんの数分間（通常１０分未満）しか安定しないため、測定ゾーン５１０での使用まで１分を切った時点で混合が行われた。増幅試薬は透明な液体のため、増幅試薬が測定ゾーンに入ると、光学密度はその最小値を示す。増幅試薬が測定ゾーンの端から端まで通過すると、捕捉された金粒子上に銀が堆積し、コロイドのサイズを増加させ、信号を増幅した。（上記の通り、金粒子は、低および高の正の制御の測定ゾーン内に存在し、ＰＳＡが試料中に存在する範囲でテスト測定ゾーン内に存在した。）次いで、既に堆積した銀の上部に銀を堆積することができ、測定ゾーン内で銀がますます堆積する。最終的に、堆積した銀は、測定ゾーンを通過する光の透過率を低減する。光透過率の低減は、堆積した銀の量に比例し、チャネル壁上で捕捉された金コロイドの量に関連し得る。銀が堆積していない測定ゾーン（例えば、負の制御、または、試料がＰＳＡなどの対象タンパク質のいずれも含まない場合のテストエリア）では、光学密度の増加はない（または最小限である）。かなりの銀が堆積した測定ゾーンでは、増加する光学密度のパターンの勾配および究極のレベルは高くなる。分析器は、テストエリアにおける増幅の間、この光学密度のパターンをモニタし、試料中の分析物の濃度を決定する。テストの１つのバージョンでは、パターンは、増幅後３分以内にモニタする。時間の関数としての測定ゾーンのそれぞれの光学密度が記録され、図１０で曲線６４０、６４４、６４２および６４６として示される。これらの曲線は、測定ゾーン５１０−Ａ、５１０−Ｂ、５１０−Ｃおよび５１０−Ｄのそれぞれで生成された信号に相当した。
増幅後３分が経過すると、分析器はテストを停止する。それ以上の光学測定値は記録されず、マニホールドはデバイスから係脱される。テスト結果は、分析器のスクリーン上に表示され、プリンタ、コンピュータまたはユーザが選択したあらゆる出力に通信される。ユーザは、分析器からデバイスを取り外し、それを廃棄してもよい。アッセイに使用された試料およびすべての試薬は、デバイス内に保存する。分析器は、いつでも別のテストを行える状態にある。
チャネル５１６および測定ゾーン５１０内の流体の流速の制御は、システム内に流体を流す際に重要であったことに留意されたい。測定ゾーンの比較的小さな横断面積のため、測定ゾーンはボトルネックとして機能し、システム内の全体的な流速を制御した。測定ゾーンが液体を含む場合は、チャネル５１６内の流体の線形流速は、約０．５ｍｍｓ−１であった。分岐チャネル５１８および５２０から主要なチャネル５１６に流れ込む流体は、この速度では再生可能に混合されなかった可能性があるが、その理由は、ある流体は他の流体よりも速く流れた可能性があり、流体５２８および５３０の不均等部分が混合されたためである。他方では、測定ゾーンが空気を含む場合は、チャネル５１６ならびに分岐チャネル５１８および５２０内の流体の線形流速は、約１５ｍｍｓ−１であった。この高速流速では、分岐チャネル５１８および５２０内の流速は、等しく、再生可能であり（通気バルブ５３６が閉栓している場合）、再生可能な混合を生成した。この理由のため、ポート５３６に接続されたバルブは、流体５４２が測定ゾーン中を通過して廃棄物閉じ込め領域に到達するまで閉栓されなかった。上記の通り、流体５４２がいつ測定ゾーン５１０を出たかについての判断は、光検出器を使用して、フィードバックシステムと組み合わせて測定ゾーン５１０の一部を通過する光の透過率を測定することによって行われた。
図９に示されるマイクロ流体システムは、通気バルブ５３６と測定ゾーン５１０との間のチャネルの容積が、混合され活性された銀溶液の予測容積より大きくなるように設計された（すなわち、通気バルブ５３６を閉栓している間にチャネル５１６に移動した流体５２８および５３０の組み合わされた部分）。これにより、実質的にすべての混合が、比較的高い線形流速で（この時点では測定ゾーン５１０内には液体は存在せず、空気のみが存在したため）、活性された溶液が測定ゾーンに到達する前に行われることを保証した。この構成は、再生可能で均等な混合を促進し易くした。この例で説明されたアッセイの場合、数分間（例えば、２〜１０分間）測定ゾーン内で活性された銀の混合物の流れを維持することが重要であった。
この例は、カセットのマイクロ流体システム内での試料の分析が、カセット内の流体の流れを制御する分析器を使用することによって、および、１つまたは複数の測定信号からのフィードバックを使用して流体の流れを調節することによって実行できることを示す。
本発明の数種の実施形態が本明細書で説明されて示されてきたが、当業者であれば、本明細書に記載される機能を実行するため、ならびに／あるいは、結果および／または１つもしくは複数の利点を得るためのさまざまな他の手段および／または構造が容易に想定され、そのような変形形態および／または変更形態のそれぞれは、本発明の範囲内にあると見なされる。

Claims (19)

  1. マイクロ流体システムの動作における異常を判断する方法であって、
    第１の流体と、第２の流体と、前記第２の流体を分離する、空気栓である非混和性の流体とを含む、流体を検出器の端から端まで通過させる工程と、
    前記検出器で、前記第１の流体、第２の流体、及び非混和性の流体を検出する工程と、
    前記検出する工程に基づいて、複数の流体信号を形成する工程と、
    複数の流体信号を形成する前記工程で形成された前記複数の流体信号の内、前記第１の流体及び非混和性の流体の信号よりも低い強度の前記第２の流体の信号の数、又は、前記第２の流体の信号より高い強度を示す非混和性の流体の数を計数する工程と、
    前記計数された信号の数と予測数とを比較し、予測数よりも少ない又は多いときに、マイクロ流体システムの動作に異常が存在すると判断する工程と
    を備えた、方法。
  2. 前記第１の流体の信号と前記第２の流体の信号は信号の第１のパターンを形成し、前記信号の第１のパターンは、
    ａ）前記第１の流体の信号の強度、
    ｂ）前記第１の流体の信号の継続時間、
    ｃ）前記第２の流体の信号の時間的位置に対する前記第１の流体の信号の時間的位置、および、
    ｄ）前記第１の流体の信号と前記第２の流体の信号の平均期間
    のうちの少なくとも２つを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記検出する工程は、
    ａ）前記第１の流体の不透明度、
    ｂ）前記第１の流体の容積、
    ｃ）前記第１の流体の流速、
    ｄ）前記第２の流体の検出の時間的位置に対する前記第１の流体の前記検出の時間的位置、および、
    ｅ）前記第１の流体の前記検出と前記第２の流体の前記検出の平均期間
    の少なくとも２つを検出する工程を含む、工程を含む、
    請求項１に記載の方法。
  4. 任意の流体が前記検出器の端から端まで通過する工程を絶え間なくまたは定期的に検出する工程を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記第２の流体は、前記マイクロ流体システムで分析されるべき流体ではない、
    請求項１に記載の方法。
  6. 前記第１の流体は、前記マイクロ流体システムで分析されるべき流体ではない、
    請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記検出する工程は、前記第１の流体および第２の流体を介する光透過または光吸収を測定することにより実行される、請求項２〜６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記第１の流体の信号の継続時間は、前記第１の流体の容積および／または流速を示す、請求項２、４〜７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 電気信号を制御システムから前記マイクロ流体システムのコンポーネントに伝送する工程であって、前記マイクロ流体システムのコンポーネントは、前記伝送する工程の結果、流体の流れを調節することができる、工程をさらに含む、請求項１、４〜８のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記マイクロ流体システムの前記コンポーネントは、ポンプまたは真空器である、請求項９に記載の方法。
  11. 前記マイクロ流体システムの前記コンポーネントは、バルブである、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記信号の第１のパターンを、制御システムに事前にプログラムされた信号または値の制御パターンと比較する工程をさらに含む、請求項２、４〜１１のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記第１の流体の信号の強度は、平均または最大強度を含む、請求項２、４〜１２のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記信号の第１のパターンは、前記第１の流体の信号の強度および前記第１の流体の信号の継続時間を含む、請求項２、４〜１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記信号の第１のパターンは、前記第１の流体の信号の強度および前記開始する工程の時間に対する前記第１の流体の信号の時間的位置を含む、請求項２、４〜１４のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記信号の第１のパターンは、前記第１の流体の信号の強度および前記第１の流体の信号と前記第２の流体の信号の平均期間を含む、請求項２、４〜１５のいずれか一項に記載の方法。
  17. 前記第１の流体は全血を含む、請求項１に記載の方法。
  18. 時間の関数として光透過若しくは光吸収を測定する工程を、更に含む、請求項１〜１７のうちのいずれか一項に記載の方法。
  19. 前記検出器の端から端まで通過する工程に対応して信号を形成する工程を含み、
    個々の信号の強度は、前記検出器の端から端まで流体が通過することを示し、個々の信号の継続時間は、前記検出器の端から端まで通過する流体の容積および／または流速を示す、請求項４に記載の方法。
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