JP6700246B2 - 少量試料検知装置 - Google Patents
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Description
本願は、２０１４年７月９日出願のＵＳ仮出願６２／０２２，３７６の３５ＵＳＣ１１９（ｅ）に従う権利を主張する。この特許出願の全内容は、参照によりここに明確に援用される。
少量試料を使用して同時に複数の試験を行える検知装置に関し、ここに開示する。
一つの態様において、ここに開示する発明は、第１及び第２平面基板を含むセンサ組立体を対象にする。その第１平面基板は、基層と、該基層の第１平面状表面に形成された導電層と、該導電層の第１平面状表面又は前記基層の前記第１平面状表面の少なくともいずれかに形成された誘電層と、を有し、前記誘電層が、前記導電層の前記第１平面状表面から離れて位置する第１平面状表面を有する。前記導電層は、少なくとも第１電気接点と該第１電気接点から電気的に分離された第２電気接点とを、最低限備える。前記誘電層は、該誘電層を通る液体流路を画定し、この液体流路は、２つの側壁と、該２つの側壁の間に延伸する底面と、を有し、その２つの側壁が、前記基層の前記第１平面状表面と前記誘電層の前記第１平面状表面との間に延伸する。前記誘電層は、前記導電層の前記第１電気接点及び前記第２電気接点の上にそれぞれ、第１検知領域及び第２検知領域をさらに画定し、これら第１検知領域及び第２検知領域は、前記液体流路中の液体を前記第１電気接点及び前記第２電気接点にそれぞれ接触させる。前記第２平面基板は、前記第１平面基板に接合され、前記第１平面基板に接合された前記第２平面基板が、前記液体流路の上面を画定し、この液体流路の上面は、前記液体流路の前記底面から離れて位置し、前記２つの側壁の間に延伸する。
ここに開示する発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明が、以下に説明し又は図面に示す、具体的構成や、要素、過程、方法の仕様への適用に限定されないことは当然である。ここに開示する発明は、他の実施形態が可能であるし、種々のやり方で実践し又は実行することが可能である。また、ここに使用する表現や用語は説明を目的としているのであって、如何なる場合でも、ここに開示し請求する発明を限定すると見なされるべきではない、ということも当然である。
本発明の実施形態に関する以下の詳細な説明において、多くの具体例が、本発明のより詳細な理解を提供するべく説明される。しかしながら、当分野で通常の知識をもつ者にとっては、本発明が、本開示の範囲内において、具体例以外でも実施可能であることは明らかである。この他に、周知の特徴について、本開示を不必要に理解しにくくすることを避けるべく、詳しくは説明しない。
ここに使用する表現「備える」、「含む」、「有する」又はこれらの派生表現は、非排他的包含を意図する。例えば、羅列した要素を備える構成（組成）、過程、方法、物、又は装置は、それら要素のみに限定される必要はなく、明記していない他の要素あるいはそれに元来備わっている他の要素を含み得る。
ここに使用する表現「ほぼ」、「約」、「実質的」及びこれらの派生表現は、ある用語によって特定されるまさにその値だけを含むのではなくて、若干の偏差も含むことを意図する。例えば、測定誤差、製造公差、部品や構造の摩損、懸濁液や溶液からこぼれた細胞や粒子の沈積又は沈殿、経時的な溶液の化学的又は生物学的劣化、構造に働く応力、あるいはこれらの組み合わせ、によって生じる偏差である。
ここに使用する用語「試料」及びその派生語は、例えば、生物組織、生物流体、化学流体、化学物質、懸濁液、溶液、スラリー、混合物、凝塊、チンキ、スライド、粉末、又はその他の生物組織又は流体の調合剤、生物組織又は流体の合成類似体、細菌細胞（原核生物の又は真核生物の）、ウイルス、単細胞生物、溶解生物細胞、固定化生物細胞、固定化生物組織、細胞培養液、組織培養液、遺伝子組換え細胞及び組織、遺伝子組換え生物、これらの組み合わせ、を含むことを意図する。
逆の意味に言及しない限り、「又は」は、包含的論理和の意味であり、排他的論理和の意味ではない。例えば、条件Ａ又はＢは、次のいずれかにより満足される：Ａが真（存在）及びＢが偽（非存在）、Ａが偽（非存在）及びＢが真（存在）、ＡもＢも真（存在）。包含的論理和は、条件Ａ又はＢの少なくともいずれか、と同義と理解でき得る。
さらに、不定冠詞（英語の“ａ”“ａｎ”）の使用は、本欄の実施形態における要素及び部品を説明するために採用する。これは単に、便宜上と、本発明の一般的意味を与えるためのことである。この記述は、１つ又は少なくとも１つを含むと解釈されるべきであるし、単数形は、単数が意図されていることが明白でない限り、複数形も含む。
最後に、ここに使用する「１つの実施形態」や「一実施形態」などの言及は、実施形態と関連させて述べる特定の要素、特徴、構造、又は特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書中の随所にある「一実施形態において」は、必ずしもすべてが同一の実施形態に言及しているとは限らない。
ここに開示する発明は、概して、２つ以上の検体を同時に試験するために必要とされる試料の量を最小化する必要性に向けられている。新生児の患者の場合など、試料が限られているとき、あるいは、試料が高価であるときに、試料が少量であることが望まれる。検出する検体数に従って増量が必要とされる従来技術の構成とは対照的に、サンドイッチの構成で互いに向き合うようにセンサが組まれていると（対向センサアレイとも言う）、同一平面の構成の場合に比べて、必要な試料量は大幅に減らすことができる。例示する対向センサアレイについて、以下に図１Ａ〜図８Ｂを利用して説明する。
図１Ａ〜図１Ｃに、センサ組立体１００の実施形態を示す。図１Ｂ及び図１Ｃは、それぞれＡ−Ａ’線及びＢ−Ｂ’線に沿って見た図である。センサ組立体１００は、基層４と、基層４の第１平面状表面８に形成された導電層６と、を有する第１平面基板２を含む。基層４は、例えば、セラミック、ポリマー、箔、又は当分野で通常の知識をもつ者に知られたその他の種類の材料から作ることができる。導電層６は、少なくとも２つの電気的に分離された電気接点１６を最低限含み、当該電気接点１６は、例えば、厚膜方式（一例として、スクリーン印刷、輪転グラビア印刷、パッド印刷、ステンシル印刷の導電材料、すなわち炭素、銅、プラチナ、パラジウム、金、及びナノチューブの少なくともいずれかなど）又は薄膜方式（一例として、スパッタリング、溶射、及びコールドスプレーの少なくともいずれかの導電材料）を使用して形成する。図１に示す電気接点１６は矩形として表してあるが、これが単なる例示の構成にすぎないのは当然である。
図１Ａ〜図１Ｃの第１平面基板２は、導電層６の第１平面状表面１２又は基層４の第１平面状表面８のいずれか又は両方に形成された１つ以上の誘電層１０をさらに含む。誘電層１０は、導電層６の第１平面状表面１２から離れて位置する第１平面状表面１４を有する。誘電層１０は、各種の絶縁層又は不活性層である。例えば、一実施形態において、誘電層１０はＤＴＥ絶縁層（厚膜誘電又はポリマー／非導電膜など）。
誘電層１０は、該誘電層１０中に一体化された液体流路１８を画定する。液体流路１８は、２つの側壁２０と、該２つの側壁２０の間に延伸する底面２２と、を有する。２つの側壁２０は、基層４の第１平面状表面８と誘電層１０の第１平面状表面１４との間に延伸する。
誘電層１０は、液体流路１８中に位置した１つ以上の電気接点１６の上において液体流路１８内に位置した検知領域３４も含む。各検知領域３４は、液体流路１８中の液体を電気接点１６に接触させる。図１に示すように、検知領域３４は、液体流路１８の底面２２内の誘電層１０に形成された反応凹部３６を含む。これら反応凹部３６は試薬３８で部分的にあるいは全体的に満たすことができ、電気接点１６と協働してセンサを構成する。検知領域３４は、電気接点又は試薬３８に占められていない反応凹部内の領域に加えて、反応凹部３６の上方領域にも及ぶ。この領域において、電気接点１６は、例えば、液体流路１８の底面２２と実質的に面一となるか、又は、基層４の第１平面状表面から少し上に延伸しており、検知領域３４は、各電気接点１６の真上の領域に当たる。図１に示すように、誘電層１０内の液体流路１８は谷４０の形態とすることができ、これを通って液体試料が流体移動方向３２に流れる。反応凹部３６は、谷４０の底に位置し得る。
センサ組立体１００は、第１平面基板２と接合される第２平面基板２４をさらに含む。第２平面基板２４は、第２基層４０を含んでいる。第２平面基板２４は、第２基層４０の第１平面状表面４４に形成された第２導電層４２も含み得る。第２平面基板２４は、導電層４２の第１平面状表面４８又は第２基層４０の第１平面状表面４４の少なくともいずれかに形成された誘電層４６を１つ以上、さらに含み得る。第２基層４０、導電層４２、及び誘電層４６は、それぞれ、基層４、導電層６、及び誘電層１０と同様の方法で形成可能である。一例として図１に示す第２平面基板２４は、その上に配置された平面基層４０及び平面導電層４２のみを含む。
第１平面基板２に接合した図１に示す第２平面基板２４は、液体流路１８の上面２６を画定し、この液体流路１８の上面２６は、液体流路１８の底面２２から離れて位置し、２つの側壁２０の間に延伸する。液体流路１８は、導入口２８及び導出口３０も有する。液体試料は、流体移動方向（矢印３２）へ、導入口２８を通って流入し、導出口３０を通って流出する。当分野で通常の知識をもつ者であれば当然理解できることであるが、導入口２８及び導出口３０の少なくともいずれかは様々な方法で形成可能である。例えば、導入口２８及び導出口３０の少なくともいずれかは、（例えば図１Ａ〜図１Ｃに示すような）当該デバイスの側面における開口とすることができるし、あるいは、基板２，２４の１つ以上の層に形成したポート（例えば、孔）とすることができる。
他の実施形態において、第２平面基板２４は、１つ以上の誘電層４６も有し得る。すなわち、それぞれ図６Ａ〜図７Ｃと図８Ａ〜図８Ｃに示すセンサ組立体１００’，１００”の２つの実施形態に当てはまる。図８Ａ〜図８Ｃの場合、第２平面基板２４は基板２と同様の特徴を含む…側壁５２及び上面５４により画定される一体化流路５０など。当該構成の場合、両基板２，２４がそれぞれ一体化流路１８，５０を含む。基板２との接合によって第１平面基板２及び第２平面基板２４は、各々の液体流路１８，５０が少なくとも部分的に互いに整列してなる合体流路５６（流通チャンネルとも言う）を形成する。同じく、図６Ａ〜図７Ｃに示す実施形態においては、第２平面基板２４が基板２と類似した特徴を含む…反応凹部３６など、液体流路５０は違う）。第２平面基板２４が基板２と同様の方法で形成可能であるのは当然である。
平面基板２，２４は、種々の方法で互いに接合される。例えば次の方法が含まれる：接着剤、感圧接着剤、ＵＶ接着剤、熱接着剤、超音波溶接、又は相互誘電層熱接合。これに代えて、又はこれに加えて、基板２，２４を実接ぎ形式で互いに接合することも可能である。
図２Ａ〜図５Ｃは、センサ組立体１００の製造方法を例示する。図２Ａ〜図３Ｃは第１平面基板２の形成を示す。図４Ａ〜図４Ｃは第２平面基板２４の形成を示す。図５Ａ〜図５Ｃは第１平面基板２の上に位置決めした第２平面基板２４を示す。
図６Ａ〜図６Ｄは、センサ組立体１００’の製造方法を例示する。図６Ａ〜図６Ｂは第１平面基板２’の形成を示す。図６Ｃ〜図６Ｄは第２平面基板２４’の形成を示す。図７Ａ〜図７Ｃは第１平面基板２’の上に位置決めした第２平面基板２４’を示す。
図９Ａ及び図９Ｂには、センサ組立体１００，１００’，１００”を流体容器５８に組み込んだ実施形態を示す。容器５８は、成型プラスチック又はポリマー（あるいは成型プラスチック及びポリマー）から作ることができ、マイクロ流体又はマクロ流体（あるいはマイクロ流体及びマクロ流体）のチャンネル６０が組み込まれている（点線の矢印／ボックスで表す）。センサ組立体１００，１００’，１００”は、開口６２を利用して容器５８に組み込むことができ、その液体流路１８，５０（，５６）はマイクロ流体／マクロ流体チャンネル６０と流体導通可能に連通するよう配置され、液体がチャンネル６０からセンサ組立体１００，１００’，１００”へ流れ、液体流路１８に沿ってチャンネル６０へ戻る。
センサ組立体１００，１００’，１００”は、例えば接着剤、超音波溶接、熱封止、溶剤接着などを利用して容器５８に接合可能である。
以下は、上記説明に基づく例示実施形態の非限定リストである。
１． 第１平面基板と第２平面基板とを備えるセンサ組立体であって、前記第１平面基板は、基層と、該基層の第１平面状表面に形成された導電層と、該導電層の第１平面状表面又は前記基層の前記第１平面状表面の少なくともいずれかに形成された誘電層と、を有し、前記誘電層は、前記導電層の前記第１平面状表面から離れて位置した第１平面状表面を有し、前記導電層は、少なくとも第１電気接点と該第１電気接点から電気的に分離された第２電気接点とを、最低限備え、前記誘電層は、該誘電層を通る液体流路を画定し、該液体流路は、２つの側壁と、該２つの側壁の間に延伸する底面と、を有し、前記２つの側壁は、前記基層の前記第１平面状表面と前記誘電層の前記第１平面状表面との間に延伸し、前記誘電層は、前記導電層の前記第１電気接点及び前記第２電気接点の上にそれぞれ第１検知領域及び第２検知領域を画定し、これら第１検知領域及び第２検知領域は、前記液体流路中の液体を前記第１電気接点及び前記第２電気接点にそれぞれ接触させ、そして、前記第２平面基板は、前記第１平面基板と接合され、前記第１平面基板と接合された前記第２平面基板は、前記液体流路の上面を画定し、この液体流路の上面は、前記液体流路の底面から離れて位置し、前記２つの側壁の間に延伸する、センサ組立体。
２． 上記例示実施形態１のデバイスにおいて、前記誘電層が第１及び第２平面層を備え、当該第１誘電層は、前記導電層の前記第１平面状表面に形成されて前記第１及び第２センサ領域を画定し、当該第２誘電層は、前記第１誘電層上に形成されて前記液体流路を画定する。
３． 上記例示実施形態１又は２のデバイスにおいて、前記第１及び第２センサ領域が凹部を備え、少なくともその凹部の１つが、前記液体流路内の液体における物質の検出に働く物質を含有する。
４． 上記例示実施形態１，２又は３のいずれか１つのデバイスにおいて、前記第２平面基板が第１平面基板を備え、該第１平面基板は、基層と、該基層の第１平面状表面に形成された導電層と、該導電層の第１平面状表面に形成された誘電層と、を有し、前記誘電層は、前記導電層の前記第１平面状表面から離れて位置した第１平面状表面を有し、前記導電層は、少なくとも第１電気接点と該第１電気接点から電気的に分離された第２電気接点とを、最低限備え、これら第２平面基板の第１及び第２電気接点は、前記第１平面基板の前記第１及び第２電気接点にそれぞれ対応する。
５． 上記例示実施形態４のデバイスにおいて、前記誘電層が、該誘電層を通る液体流路を画定し、該液体流路は、２つの側壁と、該２つの側壁の間に延伸する底面と、を有し、前記２つの側壁は、前記基層の前記第１平面状表面と前記誘電層の前記第１平面状表面との間に延伸し、前記第１平面基板に接合された前記第２平面基板の該液体流路は、前記第１平面基板の前記底面と前記第２平面基板の前記底面とが対向してなる合体流路の上部を画定し、前記誘電層は、前記導電層の前記第１電気接点及び前記第２電気接点の上にそれぞれ第１検知領域及び第２検知領域を画定し、これら第１検知領域及び第２検知領域は、前記液体流路内の液体を前記第１電気接点及び前記第２電気接点にそれぞれ接触させる。
６． 上記例示実施形態１，２，３，４又は５のいずれか１つのデバイスにおいて、前記第１平面基板と前記第２平面基板とが、実接ぎ形式、接着剤、熱接合、又は超音波溶接の１つ以上を使用して互いに接合される。
７． 上記例示実施形態１，２，３，４，５又は６のいずれか１つのセンサ組立体を備えた流体容器。
２ 第１平面基板（第１基板）
４ 基層
６ 導電層
８ 第１平面状表面（基層の）
１０ 誘電層
１２ 第１平面状表面（導電層の）
１４ 第１平面状表面（誘電層の）
１６ 電気接点
１８ 液体流路（流路）
２０ 側壁
２２ 底面
２４ 第２平面基板（第２基板）
２６ 上面
２８ 導入口
３０ 導出口
３２ 流体移動方向
３４ 検知領域
３６ 反応凹部
３８ 試薬
４０ 谷
４２ 第２導電層
４４ 第１平面状表面
４６ 誘電層
４８ 第１平面状表面
５０ 一体化流路
５２ 側壁
５４ 上面
５６ 流路
５８ 流体容器
６０ マイクロ流体／マクロ流体チャンネル
６２ 開口
１００ センサ組立体
４ 基層
６ 導電層
８ 第１平面状表面（基層の）
１０ 誘電層
１２ 第１平面状表面（導電層の）
１４ 第１平面状表面（誘電層の）
１６ 電気接点
１８ 液体流路（流路）
２０ 側壁
２２ 底面
２４ 第２平面基板（第２基板）
２６ 上面
２８ 導入口
３０ 導出口
３２ 流体移動方向
３４ 検知領域
３６ 反応凹部
３８ 試薬
４０ 谷
４２ 第２導電層
４４ 第１平面状表面
４６ 誘電層
４８ 第１平面状表面
５０ 一体化流路
５２ 側壁
５４ 上面
５６ 流路
５８ 流体容器
６０ マイクロ流体／マクロ流体チャンネル
６２ 開口
１００ センサ組立体
Claims (6)
- 第１平面基板と第２平面基板とを備えたセンサ組立体であって、
前記第１平面基板は、基層と、該基層の第１平面状表面に形成された導電層と、該導電層の第１平面状表面又は前記基層の前記第１平面状表面の少なくともいずれかに形成された誘電層と、を有し、
前記誘電層は、前記導電層の前記第１平面状表面から離れて位置した第１平面状表面を有し、
前記導電層は、少なくとも第１電気接点と該第１電気接点から電気的に分離された第２電気接点とを、最低限備え、
前記誘電層は、該誘電層を通る液体流路を画定し、該液体流路は、２つの側壁と、該２つの側壁の間に延伸する底面と、を有し、前記２つの側壁は、前記基層の前記第１平面状表面と前記誘電層の前記第１平面状表面との間に延伸し、
前記誘電層は、前記導電層の前記第１電気接点及び前記第２電気接点の上にそれぞれ第１検知領域及び第２検知領域を画定し、これら第１検知領域及び第２検知領域は、前記液体流路中の液体を前記第１電気接点及び前記第２電気接点にそれぞれ接触させ、
前記第１及び第２検知領域が凹部を備え、少なくとも該凹部の１つが、試薬を含有する、
前記第２平面基板は、前記第１平面基板と接合され、
前記第１平面基板と接合された前記第２平面基板は、前記液体流路の上面を画定し、この液体流路の上面は、前記液体流路の底面から離れて位置し、前記２つの側壁の間に延伸する、センサ組立体。 - 前記誘電層が第１及び第２平面層からなり、当該第１平面層は、前記導電層の前記第１平面状表面に形成されて前記第１及び第２検知領域を画定し、当該第２平面層は、前記第１平面層上に形成されて前記液体流路を画定する、請求項１に記載のセンサ組立体。
- 前記基層が第１基層であり、前記導電層が第１導電層であり、前記誘電層が第１誘電層であり、
前記第２平面基板が第２基層と、該第２基層の第１平面状表面に形成された第２導電層と、該第２導電層の第１平面状表面に形成された第２誘電層と、を有し、
前記第２平面基板の前記第２誘電層は、前記第２導電層の前記第１平面状表面から離れて位置した第１平面状表面を有し、
前記第２平面基板の前記第２導電層は、少なくとも第１電気接点と該第１電気接点から電気的に分離された第２電気接点とを備える、
請求項１又は２に記載のセンサ組立体。 - 前記第２平面基板の前記第２誘電層が、該第２平面基板の該第２誘電層を通る液体流路を画定し、該液体流路は、２つの側壁と、該２つの側壁の間に延伸する底面と、を有し、前記２つの側壁は、前記第２基層の前記第１平面状表面と前記第２誘電層の前記第１平面状表面との間に延伸し、前記第１平面基板に接合された前記第２平面基板の該流路は、前記第１平面基板の前記底面と前記第２平面基板の前記底面とが対向してなる合体流路の上部を画定し、
前記第２平面基板の前記第２誘電層は、前記第１導電層の前記第１電気接点及び前記第２電気接点の上にそれぞれ第１検知領域及び第２検知領域をさらに画定し、これら第１検知領域及び第２検知領域は、前記合体流路内の液体を前記第１電気接点及び前記第２電気接点にそれぞれ接触させる、
請求項３に記載のセンサ組立体。 - 前記第１平面基板と前記第２平面基板とが、実接ぎ形式、接着剤、熱接合、又は超音波溶着の１つ以上を使用して互いに接合される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ組立体。
- 請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサ組立体を備えた流体容器であって、該流体容器の流体チャンネルが、前記センサ組立体の前記液体流路と流体連通する、流体容器。
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