JP6268171B2 - 生物分析を行うシステム及び器具 - Google Patents

Description

本発明は、生物分析を行うためのシステムに関する。典型的には、そのようなシステムは、生物サンプルを保持するよう設計されるカートリッジを含み、ＤＮＡ分析のような特別な所望の分析を行うために所望の成分を準備し且つ生物サンプルから隔離する流体回路を含む。これらのシステムは、分析手段を含む器具も含み、器具は、カートリッジが簡素化され且つ一度だけ使用されて使用後に捨てられるよう設計され得るよう、カートリッジに命令し且つカートリッジを制御するよう配置される。

例えば、文献ＷＯ２００９／１４９１１５Ａ１は、生物検定を行い且つ変形可能なチャンバを有するカートリッジを開示している。変形可能なチャンバ内で、分析されるべき物質を含有する液体に対して幾つかの化学的作業を行う。チャンバ内に幾らかの空気を注入して攪拌を行い、それにより、圧力を増大させる。液体の如何なる損失をも回避するために、変形可能なチャンバの弁は、上記圧力に耐えるように設計される。それは、そのような確実な弁を設計するコストの増大を招き、幾らかの液体が失われるならば、試験の信頼性の損失を招く。

文献ＷＯ２０１１／０４８５２１は、生物サンプルを含有する液体を保持する使い捨て可能なカートリッジを操作する器具を含む、ＤＮＡ分析を行うためのシステムを記載している。カートリッジは、器具によってカートリッジに対して適用される真空力によって、器具のインタフェイス板に対して維持される。インターフェイス板と接触するカートリッジの外面は、少なくとも部分的に弾性膜によって形成され、弾性膜は真空が適用される部分を有する。生物サンプルを分析するために、カートリッジ内に収容される液体を加熱するステップが必要とされ得る。チャンバの少なくとも壁が膜の一部によって形成され、ヒータがインターフェイス板内に配置されてチャンバの壁と接触し且つ液体を加熱するように、前記液体を収容するチャンバは、カートリッジ内に配置される。しかしながら、この解決策は気泡がチャンバ内の液体中に含まれるときに問題を引き起こす。正に、加熱中、気泡は膨張するので、圧力はチャンバ内で増大し、（生物サンプルの損失を招く）回路内の漏れ又は（分析の失敗を招く）器具板からのカートリッジの脱離を招く。

文献ＥＰ２１８２０４９Ａ１は、液体反応混合物用の容器、その容器を用いる反応促進装置、及びそのための方法を開示している。しかしながら、容器を締め付けるために装置は、下方部分と関節式の上方部分とを有するので、開示の容器及び装置の及び使用が複雑である。

文献ＵＳ２０１０／１０４４８５Ａ１は、可撓チャンバに関して２つの対向するヒータを含む、貫流熱循環装置を開示している。可撓チャンバは対向するヒータの間に挿入されるので、この装置の欠点は加熱装置に関連する複雑さである。

文献ＵＳ２００６／０８８９３１Ａ１は、可撓チャンバに関して２つの対向するヒータを含む、熱循環システム及びそのための容器を開示している。可撓チャンバは対向するヒータの間に挿入されるので、この装置の欠点は加熱装置に関連する複雑さである。

本発明はこれらの上述の欠点を解決することを目的とし、分析されるべき液体を収容するのに適したチャンバを有するカートリッジと、液体を加熱するよう配置されるヒータとを含み、チャンバ内に収容される液体の加熱が分析中に弁を通じる漏れを引き起こさないように配置される、生物分析のためのシステム、を提案することに先ず向けられている。

この目標を念頭に置いて、本発明の第１の特徴は、
− 分析されるべき液体を収容するのに適した変形可能なチャンバを有するカートリッジと、
− 変形可能なチャンバ内に収容される液体を加熱するよう配置される加熱面を有するヒータとを含み、
ヒータによる液体の加熱中の変形可能なチャンバ内の圧力の増大を補償するために変形可能なチャンバの体積の増大を可能にするよう、ヒータの加熱面が、第１の位置から第１の位置と異なる少なくとも第２の位置に移動可能である、
生物分析を行うためのシステムである。

液体を収容するチャンバ内の圧力はヒータの移動可能な加熱面の故に可能である体積の増大によって補償されるので、本発明は検定の信頼性を向上させる。加熱中に圧力の増大がないため、弁は圧力によって応力が加えられないので、如何なる漏れも回避される。

有利には、ヒータの加熱面は加熱中に変形可能なチャンバによって第１の位置から第２の位置に移動させられる。移動は変形可能なチャンバ自体によって強制されるので、システムは第１の位置から第２の位置への移動を達成するために加熱面の如何なる作動も必要としない。

有利には、加熱面は液体の加熱中に変形可能なチャンバと接触する。熱がチャンバ内に収容される液体に伝導によって移転されるこの実施態様を用いるならば、加熱は効率的である。

有利には、システムは、生物検定中にカートリッジを制御し且つカートリッジをインターフェイス板の上に維持するよう配置される、インターフェイス板を有する器具を含み、ヒータは器具インターフェイス板内に配置される。分析作業は器具からのカートリッジの如何なる解放によっても中断されない。何故ならば、インターフェイス板内の移動可能なヒータは、カートリッジから離れる方向に移動せず、インターフェイス板によってその動作を限定させる変形可能なチャンバの体積の増大によって創り出されるカートリッジに対する如何なる取外し作用力(dismantling effort)の創成をも回避するからである。

有利には、器具はヒータを変形可能なチャンバに対して押すよう配置される弾性素子を含む。この実施態様はヒータと変形可能なチャンバとの間の接触を向上させる。

有利には、器具は命令手段(command means)を含み、命令手段は、
− ヒータの加熱面が液体の加熱中に第１の位置から少なくとも第２の位置に移動するのを可能にし、且つ
− 液体を加熱する操作以外の操作が行われるときにヒータの加熱面を第１の位置に維持するように、配置される。加熱以外の操作中に加熱面を第１の位置にあるようにさせるよう構成される命令手段は、変形可能なチャンバの体積の如何なる偏り又は変動をも回避するのに役立つ。ヒータの加熱面は第１の位置にあるため、変形可能なチャンバの体積は膨張しないので、ポンピング操作は確実である。

有利には、命令手段は空圧シリンダである。この実施態様はシステムを製造するために費用効率的である。

有利には、カートリッジは、器具によってカートリッジに適用される真空力によって、インターフェイス板の上に維持される。カートリッジと器具との間の取付けを制御するために、クランプ又は把持工具のような機械的手段は不要である。

有利には、カートリッジはカートリッジの外面に配置される弾性膜を含み、弾性膜の一部は変形可能なチャンバの壁であり、変形可能なチャンバはフィルタを含み、ヒータの加熱面は、フィルタを湿らせる操作中に、壁を形成する弾性膜の部分をフィルタに対して押すよう配置される。フィルタと接触する変形可能な膜を用いたフィルタの湿潤操作中にその体積が最小に減少させられるので、この配置は変形可能なチャンバ内の気泡を有する危険性を最小限化する。換言すれば、変形可能なチャンバ内に収容される流体の移動又は変位を創成するための制御手段としてヒータを用い得る。

有利には、ヒータは変形可能である。この実施態様は移動可能なヒータを有することを回避し、それにより、インターフェイス板はより簡単である。何故ならば、加熱面は変形可能なチャンバの体積の増大によって変形させられ、ヒータ本体の如何なる移動も伴わないからである。

代替として、ヒータはカートリッジ内に配置される。この実施態様は器具の簡素化を可能にする。

本発明は、変形可能なチャンバ内に収容される液体を加熱するよう配置される加熱面を有するヒータを含む、本発明の第１の特徴に従ったシステムのための器具にも関し、ヒータによる液体の加熱中の変形可能なチャンバ内の圧力の増大を補償するために変形可能なチャンバの体積の増大を可能にするよう、ヒータの加熱面は、第１の位置から第１の位置と異なる少なくとも第２の位置に移動可能である。

本発明は、変形可能なチャンバ内に収容される液体を加熱するよう配置される加熱面を有するヒータを含む、本発明の第１の特徴に従ったシステムのためのカートリッジにも関し、ヒータによる液体の加熱中の変形可能なチャンバ内の圧力の増大を補償するために変形可能なチャンバの体積の増大を可能にするよう、ヒータの加熱面は、第１の位置から第１の位置と異なる少なくとも第２の位置に移動可能である。

本発明は、生物分析用のカートリッジの変形可能なチャンバ内に収容される液体を加熱するためのプロセスにも関し、プロセスは、
− ヒータの加熱力で液体を加熱するステップと、
− ヒータによる液体の加熱中の変形可能なチャンバ内の圧力の増大を補償するために変形可能なチャンバの体積の増大を可能にするよう、ヒータの加熱面を第１の位置から第１の位置と異なる第２の位置に移動させるステップとを含む。

本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面によって例示される、本発明の具体的な非限定的な実施例の以下の詳細な記載から、より明らかに見えてくるであろう。

カートリッジの変形可能なチャンバ内に収容される液体を加熱する前の、移動可能なヒータを有する器具に取り付けられるカートリッジを備える本発明に従ったシステムを示す断面図である。 液体の加熱中の図１のシステムを示す断面図である。 空圧命令下で移動可能なヒータを備える図１のシステムの代替を示す断面図である。

図１で表わされるシステムは、器具１０(instrument)と、生物分析を行うに先立ち器具１０に取り付けられる使い捨て可能なカートリッジ２０とを含む。カートリッジ２０は、少なくとも部分的にその下面を覆う弾性膜２３を含み、下面は、器具１０のインターフェイス板と接触する。カートリッジ２０は、その下面の一部（図示せず）に対する真空力の適用によって、インターフェイス板の上で所定の場所において維持される。カートリッジ２０は、液体を収容するように設計される変形可能なチャンバ２４を介して出口２２に接続される入口２１を含む。変形可能なチャンバ２４は、少なくとも、弾性膜２３の一部によって形成される壁を有する。変形可能なチャンバ２４はフィルタ２５を収容する。チャンバ２４は、器具１０の流路１６１６を通じる圧力Ｐ１の適用の下にある入口弁２６の故に並びに器具１０から適用される圧力の同じ原理の下で機能する出口弁（図示せず）の故に、閉塞可能である。

検定を行うために、変形可能なチャンバ２４は、先ず、ＤＮＡ分析のような分析を行う生物サンプルを含有する液体で少なくとも部分的に充填され、次に、入口弁及び出口弁の故に閉塞される。分析に依存して、分析前及び／又は分析中に前記液体を加熱することが必要とされることがある。この目的を達成するために、凹部１８の底とヒータ１５との間に配置されるバネのような弾性素子１１を用いて、移動可能なヒータ１５が器具１０の凹部１８又はボア内に提供される。ヒータ１５は、必要であれば案内手段を用いて、凹部１８内で垂直に移動し得る。ヒータ１５は、カートリッジ２０が分析の観点から器具１０に取り付けられるときに弾性膜２３と接触するように位置付けられ且つ設計される加熱面を有する。例えば、カートリッジが器具に取り付けられるや否やカートリッジ面がカートリッジと接触するよう、ヒータ１５の加熱面はカートリッジ２０と接触する器具１０の面と平行である。他の選択肢は、ヒータが器具の接触面より下に配置されて、加熱が必要なときだけカートリッジと接触するよう上向きに移動させられることである。ヒータ１５は変形可能なチャンバ２４内に収容される液体を加熱し得る。弾性素子１１はヒータ１５が変形可能なチャンバ２４と接触し続けるように設計される。変形可能なチャンバ２４を液体で充填するプロセス中、図示のように、幾らかの気泡２８が変形可能なチャンバ２４内に導入され得る。

図２は、変形可能なチャンバ２４内に収容される液体の加熱中の図１のシステムを表している。典型的な加熱は、１０分の間の室温（即ち、２３℃）から９５℃までの温度の上昇であり得る。これらの条件の下で、液体を備える変形可能なチャンバ２４内に収容される気泡２８は膨張し、変形可能なチャンバ２４の体積の増大を招く。変形可能なチャンバ２４の壁を形成する弾性膜２３の部分と接触するヒータ１５は、弾性膜２３によって凹部１８内で押し下げられ、変形可能なチャンバ２４の体積の増大を可能にする。弾性素子１１は、変形可能なチャンバ２４の変形によって引き起こされるヒータ１５の変位に抗する力を加える。これは、例えば弁２６を通じる液体の漏れを創り出し得る、変形可能なチャンバ２４の内側の圧力増大を回避する。弾性素子１１の剛性は、変形可能なチャンバ内の一定な圧力を維持しながら加熱を達成するために、ヒータ１５と弾性膜２３との間の接触を維持するよう構成される。

図３は、図１のシステムの代替を表している。ヒータ１５は弾性膜２３の作用の下で依然として垂直に移動し得るが、ヒータ１５は、上述の加熱以外の他の操作中に、ポート１７を通じる圧力Ｐ２の適用の下でも移動し得る。他の操作中に、例えばフィルタ２５を湿らせる或いは液体を変形可能なチャンバ２４から排出する操作中に、変形可能なチャンバ２４の体積を最小限化させるよう弾性膜２３の位置を制御することは興味深い。この目的を達成するために、ヒータ１５は器具１０のポート１７を通じて適用される圧力Ｐ２の下で上向きに移動させられるので、弾性膜２３はフィルタ２５に対して押される。この構成において、変形可能なチャンバ２４内に収容される液体は、出口２２で矢印によって示されるように放出される。

付属の請求項によって定められるような本発明の範囲の下にある当業者に明かな改良及び／又は変更を実施し得ることが理解されよう。具体的には、加熱は伝導による加熱であるが、対流又は放射による加熱のような他の既知の方法も用い得る。

Claims (10)

1. 生物分析を行うためのシステムであって、
   − 分析されるべき液体を収容するのに適した変形可能なチャンバを有するカートリッジと、
   − 前記変形可能なチャンバ内に収容される液体を加熱するために弾性力の下で前記カートリッジの下面と接触するよう配置される加熱面を有するヒータとを含み、
   該ヒータによる前記液体の加熱中の前記変形可能なチャンバ内の圧力の増大を補償するために前記変形可能なチャンバの体積の増大を可能にするよう、前記ヒータの前記加熱面は、前記弾性力に抗して第１の位置から該第１の位置と異なる少なくとも第２の位置に移動可能であり、
   当該システムは、
   インターフェイス板を有する器具を含み、該器具は、前記生物分析の間に前記カートリッジの下面と前記器具の前記インターフェイス板との間の接触を制御し且つ維持するように構成され、
   前記カートリッジは、前記器具によって前記カートリッジの上に適用される真空力によって前記インターフェイス板の上に維持されることを特徴とする、
   システム。
2. 前記ヒータの前記加熱面は、前記変形可能なチャンバによって前記第１の位置から前記第２の位置に移動させられる、請求項１に記載のシステム。
3. 前記加熱面は、前記液体の加熱中に前記変形可能なチャンバと接触する、請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記器具は、前記ヒータを前記変形可能なチャンバに対して押すよう配置される弾性素子を含む、請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載のシステム。
5. 前記器具は、ヒータ位置制御手段を含み、
   該ヒータ位置制御手段は、
   − 前記ヒータの前記加熱面が前記液体の加熱中に前記第１の位置から前記少なくとも第２の位置に移動するのを可能にし、且つ
   − 前記液体を加熱する以外の操作が行われるときに前記ヒータの前記加熱面を前記第１の位置に維持するよう、配置され、
   前記液体を加熱する以外の操作は、前記変形可能なチャンバから前記液体を排出する操作を含む、
   請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載のシステム。
6. 前記ヒータ位置制御手段は、空圧シリンダである、請求項５に記載のシステム。
7. 前記カートリッジは、前記カートリッジの外面に配置される弾性膜を含み、該弾性膜の一部が前記変形可能なチャンバの壁であり、前記変形可能なチャンバは、前記カートリッジが有する出口に流体連通する部分に設けられたフィルタを含み、前記ヒータの前記加熱面は、前記フィルタを湿らせる操作中に、前記壁を形成する前記弾性膜の前記一部を前記フィルタに対して押すよう配置される、請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記ヒータは、変形可能である、請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載のシステム。
9. 前記ヒータは、前記カートリッジの前記下面に面して前記器具に形成された凹部内に配置される、請求項１乃至８のうちのいずれか１項に記載のシステム。
10. 変形可能なチャンバ内に収容される液体を加熱するよう配置される加熱面を有するヒータを含む器具であって、
    当該器具は、生物分析を行うために、分析されるべき液体を収容するのに適した前記変形可能なチャンバを有するカートリッジと協働するように構成され、
    当該器具は、インターフェイス板を有し、当該器具は、前記生物分析の間に前記カートリッジの下面と前記器具の前記インターフェイス板との間の接触を制御し且つ維持するように構成され、
    当該器具は、当該器具が前記カートリッジの上に適用する真空力によって前記カートリッジを前記インターフェイス板の上に維持し、
    前記ヒータの前記加熱面は、前記変形可能なチャンバ内に収容される液体を加熱するために弾性力の下で前記カートリッジの下面と接触するよう配置され、
    前記ヒータによる前記液体の加熱中の前記変形可能なチャンバ内の圧力の増大を補償するために前記変形可能なチャンバの体積の増大を可能にするよう、前記弾性力に抗して前記ヒータの前記加熱面は、第１の位置から該第１の位置と異なる少なくとも第２の位置に移動可能である、
    器具。

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