JP6639424B2 - 試料内の標的成分を検出するバイオセンサ - Google Patents

Description

本発明は、生物学的試料内の標的成分を検出する方法及びバイオセンサシステムに関する。

マグネトキャピラリーバルブ（ｍａｇｎｅｔｏ−ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｖａｌｖｅ）を含むマイクロ流体デバイスが文献において記載されてきた（非特許文献１）。上記のデバイスにおいて、核酸及びタンパク質等の標的成分は磁気ビーズに結合され、次に、マグネトキャピラリーバルブを通して隣接するチャンバ内に移される。

ＷＯ２００９０８３８６２ ＷＯ２０１００４１１７４ ＷＯ２０１００７０４６１ ＷＯ２０１０１４０１２８ ＷＯ２０１１００７３１０ ＷＯ２０１１０４２８２８ ＷＯ２００８／１１５７２３ Ａ１ ＷＯ２００９／１２５３３９ Ａ２ ＷＯ２０１１／０３６６３４ Ａ１

Ｒｅｍｃｏ Ｃ．ｄｅｎ Ｄｕｌｋ，Ｋｒｉｓｔｉａｎｅ Ａ．Ｓｃｈｍｉｄｔ，Ｇｗｅｎｏｌａ Ｓａｂａｔｔｅ，Ｓｕｓａｎａ Ｌｉｅｂａｎａ，Ｍｅｎｎｏ Ｗ．Ｊ．Ｐｒｉｎｓ："Ｍａｇｎｅｔｏ−ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｖａｌｖｅ ｆｏｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ ｏｆ ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄｓ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｉｎｓ"，Ｌａｂ Ｃｈｉｐ，２０１３，１３，１０６ ＰｈＤ．Ｔｈｅｓｉｓ"Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｖａｌｖｅ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｓａｍｐｌｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ"（Ｒ．Ｃ．ｄｅｎ Ｄｕｌｋ，ＩＳＢＮ：９７８−９０−２８６−２４８７−７，２０１１）

この背景に基づき、代わりとなり且つ好ましくはより頑強な、試料内の標的成分の検出を可能にする手段を提供することが本発明の目的であった。

この目的は、請求項１に記載のバイオセンサシステム及び請求項２に記載の方法によって取り組まれる。好ましい実施形態が、従属請求項において開示されている。

第１の態様によると、本発明の一実施形態は、試料内の標的成分を検出するバイオセンサシステムに関し、上記の試料は、標的成分の検出に干渉し得る干渉成分をおそらく含み得る。試料は、典型的には、例えば血液、唾液又は尿の液滴等、生体起源の流体である。「標的成分」は、典型的には、核酸又はタンパク質等、関心のある生物学的分子である。同様に、「干渉成分」は、典型的には、それぞれの試料内に時折又は常に存在する分子であり、（例えば生体物質等）天然起源又は（例えば汚染物質等）人工起源のものであり得る。当該バイオセンサシステムは、以下の構成要素、すなわち：
− 以下において「精製チャンバ」と呼ばれ、且つ、試料の導入のための入口を含む第１のチャンバと、
− 以下において「廃棄物チャンバ」と呼ばれ、且つ、（第１の）マグネトキャピラリーバルブによって上述の精製チャンバに接続される第２のチャンバと、
− 以下において「精製粒子」と呼ばれることになり、且つ、精製チャンバ内の試料の干渉成分（存在する場合）に結合することができる第１の粒子と、
− 以下において「検出粒子」と呼ばれることになり、且つ、試料の標的成分（存在する場合）に結合することができる第２の磁気粒子と、
を含む。

当該バイオセンサシステムは、典型的には、少量の流体（試料及び試薬）の収容及び処理のためのマイクロ流体デバイスとして設計され、該デバイスは、典型的には、上記の構成要素に加えて、さらなるチャンバ、チャネル、入口、出口、バルブ及び／又はポンピング要素等を含む。当該バイオセンサシステムは、特に、生物学的試料内の標的成分の単一の検出が対象とされる使い捨てのカートリッジとして設計されてもよい。

「精製粒子」及び「検出粒子」は、例えば超常磁性のビーズ等、永久に磁性の粒子及び／又は磁化可能な粒子を含んでもよい。これらの磁気粒子のサイズは、典型的には、３ｎｍから５０μｍに及ぶ。

精製粒子と干渉成分との結合、及び／又は、検出粒子と標的成分との結合は、（例えば接着による）物理的結合、又は、好ましくは（例えばハイブリダイゼーション若しくは特異的な共有結合による）化学的結合であってもよい。

概して、（第１の）「バルブ」は、２つのチャンバ又はコンパートメント間の接続であり、この接続を通して、物質、及び、特に精製粒子を（干渉成分が結合していようがいまいが）、制御可能に動かすことができ、それは、「マグネトキャピラリーバルブ」、すなわち、２つのチャンバ間に配置される要素又は構成要素であり、そこを通して、磁力によって磁気粒子を動かすことができる。このマグネトキャピラリーバルブの中心領域は、典型的には、（例えば、水性液が処理される場合に疎水性である等）処理される流体をはじく。隣接するチャンバの流体は、従って、バルブを渡って混ざることはないが、例えば磁気ビーズ等の磁気的に敏感な物質を、磁力の印加によってバルブを通して能動的に移すことができる。「マグネトキャピラリーバルブ」に関するさらなる詳細は、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６において、（上記の）非特許文献１において、及び、非特許文献２において見つけることができる。

第２の態様によると、本発明の一実施形態は、標的成分の検出に干渉し得る干渉成分をおそらく含む試料内の標的成分を検出する方法に関し、当該方法は、以下のステップ、すなわち：
− 試料に、干渉成分に結合することができる「精製粒子」を添加するステップと、
− 精製粒子を（干渉成分が結合していようがいまいが）、手元の試料と共に収容された精製チャンバから、（第１の）マグネトキャピラリーバルブを通して廃棄物チャンバ内に移すステップと、
− 試料に、標的成分に結合することができる磁気「検出粒子」を添加するステップと、
− 標的成分に結合した検出粒子を検出するステップと、
を含む。

当該バイオセンサシステム及び方法は、同じ概念、すなわち、バルブを通して精製粒子の助けを借りて干渉成分を移すことによる試料からの干渉成分の除去に基づいている。従って、バイオセンサシステムに対して記載される説明及び実施形態は、当該方法に対して類似して有効であり、逆もまた同様である。

当該バイオセンサシステム及び方法は、高い精度、信頼性及びロバスト性の生物学的試料内の標的成分の検出を可能にするという利点を有する。これは、試料内におそらく存在し得る干渉成分が、精製粒子に結合した後で、バルブを通して確実に除去されるためである。

以下において、種々の好ましい実施形態が記載されることになり、該実施形態は、（バイオセンサシステム及び方法のうち１つに対してのみ詳細に説明されるとしても）バイオセンサシステムでも方法でも実現することができる。

試料内の生じ得る及び／又は適切であり得る干渉成分のタイプは、上記の試料の起源、前処理のステップ、及び、標的成分の検出が対象とされるアッセイ次第である。好ましい実施形態において、精製粒子は、以下の干渉成分（並びに／又はその一部及び／若しくは凝集体）のうち少なくとも１つに結合するように適応し、上記の干渉成分は：（例えば糖タンパク質、アルブミン、ＩｇＧ、ＩｇＭ、Ｃ１Ｑ、フィブリン、ペプチド等の）タンパク質並びに／又はその一部及び／若しくは凝集体、特に、（例えばＨＡＭＡ等の）ヒト抗種抗体等の抗体；（例えばトリグリセリド等の）脂質；（例えばＤＮＡ、ＲＮＡ、アプタマー等の）核酸並びに／又はその一部及び／若しくは凝集体；（例えば血液細胞等の）細胞及び／又は（例えばヘモグロビン等の）その一部；細菌；（例えばプロテアーゼ等の）酵素；交差反応し得る標的分析物に対する特定の類似点を有する分子；薬物；並びに、イムノアッセイに干渉し得る他の成分；のうち少なくとも１つを含む。

シンプルなケースにおいて、精製粒子は、干渉成分の特異的結合に対する特定の表面コーティング等のないビーズであってもよい。実験は、そのような非特異的な精製粒子でさえも、一部の干渉成分の非特異的な結合のため、検出結果をすでに改善することができるということを示している。しかし、最も好ましくは、精製粒子は、以下の表面分子或いは原子（並びに／又はその一部及び／若しくは凝集体）のうちの少なくとも１つを含んでもよく、以下の表面分子或いは原子に干渉成分が結合することができるか、又は、以下の表面分子或いは原子と、干渉成分は別の方法で反応することができ、表面分子或いは原子は：タンパク質並びに／又はその一部及び／若しくは凝集体、特に、ストレプトアビジン及び／又は干渉成分に特異的に結合する抗体；（例えばＤＮＡ、ＲＮＡ、アプタマー等の）核酸並びに／又はその一部及び／若しくは凝集体；（例えばプロテアーゼ等の）酵素；正反対に電荷を有した干渉成分に非特異的に結合する電荷を有した分子又は原子；シリカ分子；金原子等の金属原子；干渉の程度が減らされるように干渉因子と反応してその特性を変更し得る分子；標的分析物に対する特定の類似点を有する分子；イムノアッセイに干渉し得る成分に対して親和性を有する捕獲分子；のうち少なくとも１つを含む。

精製粒子は、精製チャンバ内への試料の導入に先立ち、試料にすでに添加され、試料と混ぜ合わされてもよい。

加えて又は或いは、精製粒子の少なくとも一部（好ましくはその全て）が、精製チャンバ内への試料の導入に先立ち上記のチャンバに提供されてもよく、又は、精製チャンバ内への試料の導入に先立ち「精製粒子貯蔵チャンバ」と呼ばれるさらなるチャンバに提供されてもよい。精製粒子は、例えば、使用されるまで乾燥した形でそこに貯蔵されてもよい。

上述の精製粒子貯蔵チャンバは、好ましくは、（第２の）バルブ、特に（第２の）マグネトキャピラリーバルブを介して精製チャンバに結合されてもよい。これは、（典型的には試料の導入後の）精製チャンバ内への精製粒子の、そこで必要とされた場合の制御された移動を可能にする。マグネトキャピラリーバルブ及び磁気精製粒子の場合、（例えば可動の永久磁石等の）同じ磁場発生装置を、任意選択で、その貯蔵チャンバから精製チャンバ内に精製粒子を動かし、その後、精製チャンバから廃棄物チャンバ内に（干渉成分が結合した）精製粒子を動かすために使用することができる。

本発明の別の実施形態において、磁気検出粒子は、精製チャンバ内へのその導入に先立ち、試料に添加され、試料と混ぜ合わされる。

加えて又は或いは、磁気検出粒子の少なくとも一部（好ましくはその全て）が、精製チャンバ内への試料の導入に先立ち精製チャンバに提供されてもよく、又は、精製チャンバ内への試料の導入に先立ち「検出粒子貯蔵チャンバ」と呼ばれる別のチャンバに提供されてもよい。検出粒子は、例えば、精製又は貯蔵チャンバに乾燥した形で貯蔵されてもよい。

上述の検出粒子貯蔵チャンバは、好ましくは、（第３の）マグネトキャピラリーバルブを介して精製チャンバに結合される。ここでも、１つの同じ磁気装置が、任意選択で、磁気精製粒子及び磁気検出粒子を、それぞれのマグネトキャピラリーバルブを通して動かすために使用されてもよい。

精製粒子は、特に、ユーザ又は器具の制御下で能動的に動かすことができる粒子であってもよい。精製粒子は、例えば、磁気的、電気的、音響的、熱的及び／又は光学的な作用若しくは手段によって動かすことができる粒子であってもよく、そのような手段は、好ましくは、当該バイオセンサシステムによって含まれる。

上述の「音響的な手段」は、特に、例えば超音波トランスデューサ等の音源を含んでもよく、それを用いて、精製粒子を含む媒体において定常波を生成することができる。

上記の「熱的な手段」は、特に、加熱器及び／又は冷却器を含んでもよく、それを用いて、精製粒子を含む媒体において局所的な温度差を生成することができる。

上記の「光学的な手段」は、特に、レーザ又はＬＥＤ等の光源を含んでもよく、それを用いて、精製粒子を含む媒体内のスポットを照射することができる。

精製粒子は、特に、磁化可能なビーズ等の磁気粒子を含んでもよい。磁気精製粒子は、例えば永久磁石等の磁場発生装置によって等、磁気的な手段によって制御可能に動かすことができる。

加えて又は或いは、精製粒子は、例えば電気分極（例えば双極子）を有したイオン及び／又は粒子等、電気的に相互作用している粒子を含んでもよい。そのような電気的に相互作用している精製粒子は、例えば電荷を有した電極等の電場発生装置等、電気的な力又は手段によって、及び／又は、誘電泳動の原理に従って制御可能に動かすことができる。

本発明のさらなる実施形態において、少なくとも１つの「結合スポット」が、精製チャンバの内表面及び／又は別の「検出チャンバ」の内表面にて提供され、標的成分が結合した磁気検出粒子は、上記の結合スポットにて（典型的には、スポットを占める結合部位又は分子に）結合することができる。次に、表面特異的検出手順を、上記の結合した検出粒子の検出のために適用することができ（従って、取り付けられた標的成分の暗黙の検出を可能にす）る。そのような手順の例は、（例えば、参照により本願に援用される特許文献７において開示された）内部全反射、又は、例えば、結合スポットにてくさび様の光学的構造を用いた「複屈折検出」（例えば、参照により本願に援用される特許文献８を参照）である。他の例は、単一のビーズの光学的検出を含む（例えば、参照により本願に援用される特許文献９を参照）。

別の実施形態によると、当該バイオセンサシステムは、（第４の）マグネトキャピラリーバルブを介して精製チャンバに結合される「検出チャンバ」を含み、（第４の）マグネトキャピラリーバルブは、精製チャンバから上記の検出チャンバまでの磁気検出粒子の移動を可能にする。従って、さらなる精製ステップ、すなわち、検出チャンバ内への検出粒子に結合した標的成分の移動を実行することができ、検出チャンバでは、きれいなマトリックス流体を、検出粒子の取り込みのために提供することができる。

本発明の上記及び他の態様が、以下に記載の実施形態から明らかになり、以下に記載の実施形態を参考にして説明される。

精製及び検出手順に先立つ、精製チャンバ、廃棄物チャンバ及び検出粒子貯蔵チャンバを有するバイオセンサシステムの一実施形態の概略図である。 図１のシステムの精製チャンバ内への試料の導入を例示した図である。 図１のシステムにおける廃棄物チャンバ内への干渉成分が結合した精製粒子の移動を例示した図である。 図１のシステムにおける精製チャンバ内への検出粒子の移動を例示した図である。 検出チャンバをさらに含むバイオセンサシステムの別の実施形態の概略図である。 図５のシステムにおける検出チャンバ内への標的成分が結合した検出粒子の移動を例示した図である。 検出チャンバ及び精製粒子貯蔵チャンバをさらに含むバイオセンサシステムの別の実施形態の概略図である。 マグネトキャピラリーバルブを渡る磁気粒子の移動の概略図である。

類似の参照番号、又は、１００の整数倍だけ異なる番号は、図において、同じ又は類似の構成要素を意味する。

本発明のアプローチは、例えば、磁場によって操作することができる磁気粒子を用いた一般的なバイオセンサアッセイにおいて適用することができる。以下において、本発明の特定の実施形態が、本出願人によって開発されたＭａｇｎｏｔｅｃｈ（登録商標）バイオセンサ技術等の例証的なバイオセンサ技術に関して例示されることになる。この技術の１つの適用において、測定が全血において行われる。この血液にはフィルターがかけられ、毛細管作用によって使い捨てのカートリッジを満たす血漿が得られる。磁気ナノ粒子が、カートリッジに乾燥した形で統合される。試料流体が反応チャンバに入るとき、乾燥したビーズは流体において再び溶解し始める。

多数の患者の血液試料を測定する場合、そのほとんどが、独立した基準系とよく相関する。しかし、一部の試料は、逸脱した反応を示し得る。結果は、参照結果に基づき予想するよりも有意に高いか又は低い。それらの調査に基づき本発明者等は、以下のように、いくつかの機構がこれらの予想外の結果に対する根本的原因であり得るということを想定している。
− 血液試料内の干渉成分による磁気ナノ粒子のクラスター形成。典型的には、これは、はるかに低い信号をもたらす。
− 血液試料内の一部の成分が、インキュベーション反応に干渉し得る。
− 血液試料内の一部の成分が、結合反応に干渉し得る（例えば、ヒト抗マウス抗体（ＨＡＭＡ）は、標的分子が存在しない場合でさえも、磁気粒子上のその抗体及びセンサ表面を共に結合させる）。

いずれの場合も、解決策は、種々のアッセイのステップにおける干渉成分の排除であろう。これは、マウス−ＩｇＧ等のスカベンジャーを添加することによって行われてもよい。しかし、これらは、（例えば、ｐｏｌｙＭＡＫ及びリウマチ因子が、偽陽性をもたらす干渉を示す等）アッセイにおいて他の効果をここでも有し得る。従って、以下の２つの方向を含む別の解決策がここで提案される。
Ａ．磁気分離を使用することによる干渉成分由来の試料の減少。このアプローチにおいて、第１のステップで、第１のタイプの磁気ナノ粒子（「精製粒子」）が試料流体に添加される。これらの精製粒子は、試料からいかなる干渉成分も捕獲するために、官能化された層で被覆することができる。第２のステップで、これらの精製粒子は除去され、さらに、実際の標的アッセイに必要とされる第２のタイプの磁気ナノ粒子（「検出粒子」）と交換されるべきである。
Ｂ．きれいな（緩衝）流体との試料の取替え。このアプローチにおいて、第１のステップで、実際の標的アッセイに必要とされる第２のタイプの磁気ナノ粒子（「検出粒子」）が試料に添加される。次に、いくらかの時間がインキュベーションのために与えられ、それによって、標的解析物が、磁気ナノ粒子（例えばＡｂコートされた検出粒子）によって捕獲される。次に、検出粒子は第２のアッセイチャンバ（「検出チャンバ」）において存在するきれいなアッセイの流体に移され、そこで結合ステップは完了する。この場合、結合ステップの間の起こり得る干渉が解決される（例えば、ヒト抗マウス（ＨＡＭＡ）相互作用の排除、それによって、ビーズは、マウスベースの標的抗体を介してセンサ表面に特異的に結合される）。

アプローチＡ）による実験は、確かに、カートリッジに試料を添加することに先立ち（被覆のない）磁気ビーズを試料に添加することによって、クラスター形成及び相関が改善されるということを示している。明らかに、すでに被覆のないビーズは、干渉成分を捕獲し、さもなければ、干渉成分は、クラスター形成又はアッセイの干渉を誘発するであろう。

図１は、バイオセンサシステム１００又は上記の一般概念の第１の実施形態によるカートリッジの上面図を概略的に示している。バイオセンサシステム１００は、基板（典型的には、ガラス又はプラスチック等の透明な材料）を含み、その基板において、以下のマイクロ流体要素が形成される：
− 「精製チャンバ」１１０であって、その中で、分析されることになる試料を処理することができる。示されている図において、例えば、精製チャンバ１１０は、その内部表面のうちの１つに１つ又は複数の結合スポットＢＳを含む。結合スポットＢＳは結合部位を含み、そこに、標的成分が結合した磁気検出粒子は結合することができる。さらに、精製チャンバ１１０は、チャネル及び外口を含む入口１１３に接続され、入口１１３を介して、試料を導入することができる。同様に、精製チャンバ１１０は、外口を有するチャネルを含む出口１１４に接続され、流体止め１１５が、関連するチャネルに提供されて、不必要な試料の流出を防ぐ。さらに、磁気精製粒子ＰＰは、精製チャンバ１１０において、好ましくは乾燥した形で貯蔵される。
− 精製チャンバ１１０に隣接して置かれる「廃棄物チャンバ」１２０。廃棄物チャンバ１２０は、精製チャンバ１１０の鏡面対称の隆起部１１２に向いた隆起部１２１を含み、上記の隆起部は、疎水性のチャネル部分を介して接続される。従って、（第１の）マグネトキャピラリーバルブＭＣＶ１が、精製チャンバ１１０と廃棄物チャンバ１２０との間に構築される。
− 検出粒子貯蔵チャンバ１３０であって、その中に、磁気検出粒子ＤＰを提供することができる。このチャンバは、入口１３３、及び、流体止め１３５を有した出口１３４に接続される。このチャンバは、バイオセンサシステムを製造している間に、及び／又は、アッセイの初めにて、入口１３３を介して磁気検出粒子ＤＰで満たすことができる。さらに、この貯蔵チャンバ１３０は、精製チャンバ１１０の鏡面対称の隆起部１１１に向かう隆起部１３１を含む。上記のように、別のマグネトキャピラリーバルブＭＣＶ３が、従って、検出粒子貯蔵チャンバ１３０と精製チャンバ１１０との間に形成される。図は、検出アッセイの第１の段階を例示しており、その段階で、磁気精製粒子ＰＰは、精製チャンバ１１０において乾燥した形で貯蔵されており、さらに、検出粒子貯蔵チャンバ１３０は、磁気検出粒子ＤＰで満たされている。

図２は、アッセイの次のステップを例示しており、このステップでは、（例えば核酸等の）標的成分ＴＣ及び（おそらく）干渉成分ＩＣを含む生物学的試料が、入口１１３を介して精製チャンバ１１０内に導入されている。インキュベーション時間の間に、干渉成分ＩＣは、ここで、磁気精製粒子ＰＰに結合する。

図３は、アッセイの後のステップを例示しており、このステップで、磁気精製粒子ＰＰが（干渉成分ＩＣが結合していようがいまいが）、廃棄物チャンバ１２０内に第１のマグネトキャピラリーバルブＭＣＶ１を通して能動的に移されている。従って、残りの試料は、干渉成分ＩＣが実質的に取り除かれている。

図４は、アッセイの最終のステップを例示しており、このステップで、磁気検出粒子ＤＰが、精製チャンバ１１０内に他のマグネトキャピラリーバルブＭＣＶ３を通して移されており、精製チャンバ１１０にて、磁気検出粒子ＤＰは標的成分ＴＣに結合してもよい。次に、標的成分が結合した磁気検出粒子は、精製チャンバ１１０内の結合スポットＢＳにてさらに結合される。この結合は、次に、内部全反射等の適切な表面特異的検出手順（図示せず）を用いて検出することができる。

図５は、検出アッセイの第１のステージにおけるバイオセンサシステム２００の第２の実施形態の上面図を示している。第１の実施形態のように、バイオセンサシステム２００は、精製チャンバ２１０であって、その中に磁気精製粒子ＰＰが提供され、マグネトキャピラリーバルブＭＣＶ１を介して廃棄物チャンバ２２０に接続される精製チャンバ２１０と、別のマグネトキャピラリーバルブＭＣＶ３を介して精製チャンバ２１０に接続される検出粒子貯蔵チャンバ２３０とを含む。チャンバの入口及び出口は、単純化の目的で詳細には示されていない。

第１の実施形態とは対照的に、さらなるマグネトキャピラリーバルブＭＣＶ４を介して精製チャンバ２１０に結合されたさらなる検出チャンバ２４０が提供されている。ここで、検出チャンバ２４０は、結合スポットＢＳを含む。

アッセイの次のステップは、図２〜４において例示されたもの、すなわち：精製チャンバ２１０内への試料の導入、廃棄物チャンバ２２０内への干渉成分ＩＣが結合した精製粒子ＰＰの移動、精製チャンバ内へのそれぞれの貯蔵チャンバ２３０からの検出粒子ＤＰの添加と類似している。

しかし、図６において例示されているアッセイの最終のステップは、磁気検出粒子ＤＰが、標的成分ＴＣが結合していようがいまいが、検出チャンバ２４０内へさらなるマグネトキャピラリーバルブＭＣＶ４を介して磁気的に移されているという点で異なっている。そこには、（例えば統合された袋をパンチすることによって）緩衝液等のきれいなマトリックスを提供することができ、さらに、標的成分ＴＣが結合した検出粒子ＤＰは結合スポットに結合することができる。

図７は、バイオセンサシステム３００の第３の実施形態を概略的に例示している。第２のバイオセンサ２００として、この第３のシステムは、精製チャンバ３１０、第１のマグネトキャピラリーバルブＭＣＶ１を介して精製チャンバに接続された廃棄物チャンバ３２０、別のマグネトキャピラリーバルブＭＣＶ３を介して精製チャンバに接続された検出粒子貯蔵チャンバ３３０、及び、さらなるマグネトキャピラリーバルブＭＣＶ４を介して精製チャンバに接続された検出チャンバ３４０を含む。

加えて、「精製粒子貯蔵チャンバ」３５０が提供され、さらに、さらなるマグネトキャピラリーバルブＭＣＶ２を介して精製チャンバ３１０に結合されている。このバイオセンサシステムにおける典型的なアッセイの間、以下のステップが実行される：
１．精製チャンバ３１０内への、分析されることになる試料の導入。
２．関連するマグネトキャピラリーバルブＭＣＶ２を介した、精製粒子ＰＰの、その貯蔵チャンバ３５０から精製チャンバ３１０内への移動。
３．精製粒子ＰＰの（緩衝成分ＩＣが結合していようがいまいが）、廃棄物チャンバ３２０内への関連するマグネトキャピラリーバルブＭＣＶ１を介した精製チャンバ３１０からの移動。
４．関連するマグネトキャピラリーバルブＭＣＶ３を介した、検出粒子ＤＰの、その貯蔵チャンバ３３０から精製チャンバ３１０内への移動。
５．検出粒子ＤＰの（標的成分ＴＣが結合していようがいまいが）、検出チャンバ３４０内への関連するマグネトキャピラリーバルブＭＣＶ４を介した精製チャンバ３１０からの移動。
６．検出チャンバ３４０内の結合スポットＢＳに対する、標的成分ＴＣが結合した磁気検出粒子ＤＰの結合、及び、これらの結合した粒子／成分の検出。

バイオセンサシステムの記載される実施形態は、ミクロキャピラリーバルブ（ＭＣＶ）を使用することによって実行されてきた。ＭＣＶ技術の概略図が、図８において示されている。ここで、例えば磁気精製粒子ＰＰ等の磁気ビーズを、１つの流体チャンバ（例えば精製チャンバ１１０等）から次の流体チャンバ（例えば廃棄物チャンバ１２０等）まで、能動的に動かされる磁石Ｍの助けを借りて疎水性バリアＸを越えて動かすことができる。一般に、ＭＣＶは、疎水性のバルブを通って１つのチャンバから別のチャンバまで磁気ビーズに結合した磁気的に移動している成分の周囲にある。この技術についてのさらなる詳細は、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５又は特許文献６において開示されている。

要約すれば、以下のステップのうち少なくとも一部を実行する標的分子を検出するバイオセンサシステムの実施形態が記載されてきた：
（１）第１のＭＣＶによって互いに離された、干渉成分を有する試料を有した第１のチャンバ及び第２のチャンバを提供するステップ。
（２）第１のチャンバにおいて、試料内の干渉成分を捕獲するように構成された磁気ビーズ／粒子を提供するステップ。
（３）第１のチャンバから第２のチャンバまで、第１の磁気粒子を（干渉成分に結合していようがいまいが）磁気的に移すステップ。
（４）第１のチャンバ内の標的成分を捕獲するように官能化された第２の磁気粒子を提供するステップ。

任意選択で、以下の特徴のうち１つ又は複数の特徴が、さらに実現されてもよい：
− 第２の磁気ビーズが、第３のチャンバにおいて貯蔵され、さらに、第１及び第３のチャンバを分離する第２のＭＣＶを介して提供されてもよい。
− バイオセンサは、標的成分又は第２の磁気ビーズを捕獲するように官能化され、さらに、第１のチャンバの表面上、又は、さらなるＭＣＶによって第１のチャンバから分離されたさらなるチャンバの表面上に提供された結合スポットをさらに含む。

記載される実施形態は、種々の方法で変更する及び拡張させることができる。例えば、磁気精製粒子ＰＰの代わりに、例えば電気的、音響的、熱的及び／又は光学的な力若しくは手段によって制御可能に操作する／動かすことができる他の粒子も精製粒子として使用することができる。

加えて又は或いは、異なるコンパートメントを接続するバルブは、特に非磁気的精製粒子がこれらのバルブを通して動かされるべきである場合に、マグネトキャピラリーバルブである必要はない。

本発明は、図面及び上記の説明において詳細に例示及び記述されてきたけれども、そのような例示及び記述は、例示的又は例証的であり、拘束性はないと考慮されることになる。本発明は、開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態に対する他の変化は、請求された発明を実行する際に、図面、明細書、及び付随の特許請求の範囲の調査から当業者により理解する及びもたらすことができる。特許請求の範囲において、「含む」という用語は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞はその複数形を除外しない。１つのプロセッサ又は他のユニットは、特許請求の範囲において列挙されたいくつかの項目の機能を満たすことができる。特定の手段が互いに異なる従属項において記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを役立つよう使用することができないと示しているわけではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に若しくはその一部として供給される、光記憶媒体又は固体記憶媒体等、適したメディア上に記憶／分散させてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線の通信システムを介して等、他の形状で分散させてもよい。特許請求の範囲におけるいかなる参照番号も、その範囲を限定するとして解釈されるべきではない。

Claims (22)

1. 試料内の標的成分を検出するバイオセンサシステムであって、前記試料は、前記標的成分の検出に干渉し得る干渉成分を含み、当該バイオセンサシステムは、
   − 前記試料の導入のための入口、及び、隆起部を有する精製チャンバと、
   − 前記精製チャンバ内の前記試料の干渉成分に結合することができる精製粒子と、
   − マグネトキャピラリーバルブを介して前記精製チャンバに接続された廃棄物チャンバであり、前記マグネトキャピラリーバルブを通して前記精製粒子を制御可能に動かすことができ、前記精製チャンバの隆起部と鏡面対称の隆起部を含む廃棄物チャンバと、
   − 前記試料の標的成分に結合することができる磁気検出粒子と、
   を含む、バイオセンサシステム。
2. 試料内の標的成分を検出する方法であって、前記試料は、前記標的成分の検出に干渉し得る干渉成分を含み、当該方法は、
   − 前記試料の干渉成分に結合することができる精製粒子を前記試料に添加するステップと、
   − 隆起部を含む精製チャンバからマグネトキャピラリーバルブを通して、前記精製チャンバの隆起部と鏡面対称の隆起部を含む廃棄物チャンバ内に前記精製粒子を移すステップと、
   − 前記試料に、標的成分に結合することができる磁気検出粒子を添加するステップと、
   − 標的成分が結合した前記磁気検出粒子を検出するステップと、
   を含む、方法。
3. 前記精製粒子は、以下の干渉成分であるタンパク質、抗体、脂質、核酸、細胞、細菌、酵素、交差反応し得る標的分析物に対する特定の類似点を有する分子、薬物、及び／又は、その一部及び／又は凝集体のうち少なくとも１つに結合するように適応する、請求項２に記載の方法。
4. 前記精製粒子は、以下の表面分子又は原子であるタンパク質、ストレプトアビジン、抗体、核酸、酵素、電荷を有した分子又は原子、シリカ分子、金属原子、干渉の程度が減らされるように干渉成分と反応し得る分子、標的分析物に対する類似点を有する分子、干渉成分に対して親和性を有する捕獲分子、及び／又は、その一部及び／又は凝集体のうち少なくとも１つを含む、請求項２に記載の方法。
5. 前記精製粒子は、前記精製チャンバ内へのその導入に先立ち前記試料に添加される、請求項２に記載の方法。
6. 前記精製粒子は、前記精製チャンバ内への前記試料の導入に先立ち、前記精製チャンバ内及び／又は精製粒子貯蔵チャンバ内に提供される、請求項２に記載の方法。
7. 前記精製粒子貯蔵チャンバは、バルブを介して前記精製チャンバに結合される、請求項６に記載の方法。
8. 前記磁気検出粒子は、前記精製チャンバ内へのその導入に先立ち前記試料に添加される、請求項２に記載の方法。
9. 前記磁気検出粒子は、前記精製チャンバ内への前記試料の導入に先立ち、前記精製チャンバ内及び／又は検出粒子貯蔵チャンバ内に提供される、請求項２に記載の方法。
10. 前記検出粒子貯蔵チャンバは、マグネトキャピラリーバルブを介して前記精製チャンバに結合される、請求項９に記載の方法。
11. 少なくとも１つの結合スポットが、前記精製チャンバ、及び／又は、標的成分が結合した磁気検出粒子の検出のための別の検出チャンバの表面上に提供される、請求項２に記載の方法。
12. マグネトキャピラリーバルブによって前記精製チャンバに結合された検出チャンバを含み、前記精製チャンバから前記検出チャンバまでの検出粒子の移動を可能にする、請求項２に記載の方法。
13. 前記バルブは、マグネトキャピラリーバルブである、請求項７に記載の方法。
14. 前記精製粒子は、以下の干渉成分であるタンパク質、抗体、脂質、核酸、細胞、細菌、酵素、交差反応し得る標的分析物に対する特定の類似点を有する分子、薬物、及び／又は、その一部及び／又は凝集体のうち少なくとも１つに結合するように適応する、請求項１に記載のバイオセンサシステム。
15. 前記精製粒子は、以下の表面分子又は原子であるタンパク質、ストレプトアビジン、抗体、核酸、酵素、電荷を有した分子又は原子、シリカ分子、金属原子、干渉の程度が減らされるように干渉成分と反応し得る分子、標的分析物に対する類似点を有する分子、干渉成分に対して親和性を有する捕獲分子、及び／又は、その一部及び／又は凝集体のうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載のバイオセンサシステム。
16. 前記精製粒子は、前記精製チャンバ内への前記試料の導入に先立ち、前記精製チャンバ内及び／又は精製粒子貯蔵チャンバ内に提供されている、請求項１に記載のバイオセンサシステム。
17. 前記精製粒子貯蔵チャンバは、バルブを介して前記精製チャンバに結合されている、請求項１６に記載のバイオセンサシステム。
18. 前記磁気検出粒子は、前記精製チャンバ内への前記試料の導入に先立ち、前記精製チャンバ内及び／又は検出粒子貯蔵チャンバ内に提供されている、請求項１に記載のバイオセンサシステム。
19. 前記検出粒子貯蔵チャンバは、マグネトキャピラリーバルブを介して前記精製チャンバに結合されている、請求項１８に記載のバイオセンサシステム。
20. 少なくとも１つの結合スポットが、前記精製チャンバ、及び／又は、標的成分が結合した磁気検出粒子の検出のための別の検出チャンバの表面上に提供されている、請求項１に記載のバイオセンサシステム。
21. マグネトキャピラリーバルブによって前記精製チャンバに結合された検出チャンバを含み、前記精製チャンバから前記検出チャンバまでの検出粒子の移動を可能にしている、請求項１に記載のバイオセンサシステム。
22. 前記バルブは、マグネトキャピラリーバルブである、請求項１７に記載のバイオセンサシステム。

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