JP6767507B2 - 側方流動アッセイ装置のための空気毛管通気孔 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許法１１９条及び米国特許法１２０条の該当箇所に基づいて２０１７年１月２７日出願の米国特許出願第１５／４１７，８３３号及び２０１６年１月２９日出願の米国特許出願第６２／２８９，１４０号に対する優先権を主張するものである。各文献の内容全体が参照により組み込まれる。

（技術分野）
本出願は、概して、側方流動診断アッセイ装置に関し、より具体的には、アッセイ感度を高める目的で毛管通気孔を含む側方流動診断アッセイ装置に関する。

側方流動診断アッセイ装置は、患者の検体又は試料中の少なくとも１つの特定の分析物の存在又は不在を検出するために使用される。いくつかの場合において、装置は、特定の分析物の量の定量的な測定値を生成するように構成される。例えば、参照として、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第８，７５３，５８５号明細書が挙げられる。

側方流動アッセイ装置は、典型的には、その上に形成された少なくとも３つの主要な区画、すなわち（１）試料添加区画、（２）輸送及び検出区画、並びに（３）吸い上げ区画、を有する平面の上方面又は上面を有する非多孔性基材によって画定される。試料添加区画は、典型的には、アッセイ装置の１つの端部に配置され、試料又は検体を受容するように構成される。アッセイに必要な反応が生じる輸送及び反応区画は、典型的には、アッセイ装置上の中間位置に配置される。最後に、受容された試料の毛管流を注入する培養地の大部分を提供する吸い上げ区画は、典型的には、試料添加区画とは反対のアッセイ装置の端部に位置する。上記の区画はそれぞれ互いに流体的に結合され、少なくとも１つの流体流路を画定する。

典型的な側方流動アッセイ装置では、吸い上げ区画によって画定される容積によって、アッセイ装置の能力が正確に決定される。試料が過剰に添加されると、アッセイ装置の十分に画定されて再現性のある非多孔質構造により、アッセイに供される容積は、常に同一となる。試料流量は、次いで、実質的に毛管媒体の寸法及び媒体の物理的特性の適切な選択によって、並びに媒体の化学的、生物学的又は物理的特性の調整によって、例えば、媒体の好適な化合物によるコーティングによって影響され、かつ制御され得る。いくつかの構成では、流量はまた、装置の吸い上げ区画を覆い、その特性を調整するための親水性テープを選択することによって調整することができる。

既存の側方流動アッセイ装置によって提示される１つの問題は、上述の装置の物理的構造が設定されると、試料又は検体の、粘度又は密度のような物理的特性が、試料又は検体の流量の決定に大きく影響することである。この影響は、種々のタイプの試料又は検体、例えば尿とは対照的な血液について、適切な感度をもたらす試料又は検体の流量を生成するために、個々の側方流動装置の完全に異なる物理的レイアウトを設計しなければならないことを意味する。試料又は検体の流量は、反応時間の長さを決定し、一般に、反応時間が長いほど、アッセイの感度が高くなる。

したがって、上記の影響は、反応時間の変化のために、アッセイ結果の不正確さをより大きくする可能性がある。結果として、標準化をより可能にする改善された側方流動アッセイ装置を提供することが、本分野において一般的に必要とされている。

本出願は、装置の物理的レイアウトを効果的に標準化することができ、したがって、装置を通る試料又は検体の流量を調節し、それによってアッセイの感度を増加させるために、他の手段を使用することができるように、既存の側方流動アッセイ装置に対する修正を提供する。１つのバージョンによれば、流入する試料又は検体に対して背圧を生成し、それによって側方流動アッセイ装置内から空気が逃げることを制限し、続いて試料又は検体の流量を制御する、構成可能な蛇行するか又は曲がりくねる毛管通気孔が提供される。

毛管通気孔を提供することにより、試料又は検体の粘度又は密度の変動（又は試料若しくは検体の他の物理的特性）が、側方流動アッセイ装置における試料又は検体の流量に最小限の影響しか与えないことが可能になる。すなわち、蛇行毛管通気孔の実装は、アッセイ装置の臨界流領域における粘度又は流量の影響を無効にし、それにより試料又は検体の流量の変動が著しく小さくなり、アッセイ感度が改善される。

一態様によれば、上面を有する非多孔性基材と、液体試料を受容するための試料添加区画と、輸送及び反応区画と、吸い上げ区画と、を含む側方流動診断アッセイ装置が記載される。試料添加区画、輸送及び反応区画、並びに吸い上げ区画の各々は、基材の上面に配置され、試料添加区画から吸い上げ区画まで少なくとも１つの流体流路に沿って、液体試料の側方毛管流動を可能にする手段によって、互いに流体的に相互接続される。本明細書に記載のアッセイ装置は、吸い上げ区画に関して配置された毛管通気孔を更に含み、毛管通気孔は、アッセイ装置に適用される試料の流量を制御するように、背圧を生成する全長及び断面を有する。

１つのバージョンでは、毛管通気孔は、吸い上げ区画及び毛管通気孔を覆う親水性層によって部分的に記載される管状断面によって画定され得、後者は、大気への空気の放出を可能にするために、アッセイ装置の端部まで延在する。

少なくとも１つのバージョンでは、アッセイ装置の流体流路の吸い上げ区画を含む少なくとも一部は、基材の上面内に形成された複数の突出部を含むことができる。突出部は、適用された液体試料の吸い上げ区画への自然発生的な毛管流を誘発するように、それらの高さ及び断面並びにそれらの中心間の間隔に関して寸法決定することができる。

別の態様によれば、側方流動診断アッセイ装置の流量を制御するための方法が記載され、方法は、基材を提供するステップと、１つの端部に隣接する吸い上げ区画及び吸い上げ区画の端部から延在する毛管通気孔を含む基材の上面に流体流路を提供するステップと、を含み、通気孔は、アッセイ装置内の試料の流動を制御するために、背圧が生じることを可能にする断面及び長さによって画定される。

毛管通気孔は、アッセイ装置を標準化するように構成することができる。

更に、アッセイ装置は、毛管通気孔の長さを変化させるために、親水性カバーの長さ及び配置を可能にする少なくとも１つの機構を更に含むことができる。この少なくとも１つの機構は、開発者らが、異なる流体タイプについて適切な毛管通気孔を選択すること、又はアッセイ装置の減衰特徴を具体的に「微調整」することを可能にする。１つのバージョンでは、少なくとも１つの機構は、装置上に配置された整列マーカーである。

他の特徴及び利点は、添付の図面と併せて読むべきである以下の詳細な説明から容易に明らかになるであろう。

既知の側方流動診断アッセイ装置の斜視平面図である。 別の既知の側方流動診断アッセイ装置の平面図である。 図２の側方流動診断アッセイ装置の端部の拡大平面図である。 １つのバージョンに従って作製された毛管通気孔を含む、本発明の一実施形態に従って作製された側方流動診断アッセイ装置の一部の平面図である。 側方流動アッセイ装置の吸い上げ区画における試料のメニスカスの概略図である。 装置の設計に依存する、図４に図示するような空気毛管通気孔に提供することができる様々な断面の構成を示す。 毛管通気孔の長さを調整し、アッセイ装置の減衰特徴を調整するための少なくとも１つの機構を有する側方流動アッセイ装置の端部部分の平面図である。

以下では、少なくとも１つの記載された実施形態による毛管通気孔で構成された側方流動診断アッセイ装置の実施形態を説明する。当業者には、この設計に対する他の変形及び修正が当業者に考慮され得ることは容易に明らかであろう。

この考察の目的のために、「試料」又は「検体」という用語は、分析物の存在若しくは不在、分析物の濃度等の、特性のいずれかの定性的又は定量的決定、あるいは他の決定に供されることが意図される、ある容積の液体、溶液、又は懸濁液を指す。試料若しくは検体は、哺乳動物、好ましくはヒトのような生体、水試料のような生物圏、若しくは流出物から、あるいは、例えば、薬剤、食品、餌の生産、又は飲料水の精製若しくは排水の処理等の、生産プロセスのような、技術的、化学的、又は生物学的プロセスから採取された試料又は検体であってもよい。試料又は検体は、均一化、超音波処理、濾過、沈殿、遠心分離、加熱処理等の、好適な前処理の後に、定性的又は定量的決定に供されてもよい。

「分析物」という用語は、定量的又は定性的に測定することができる任意の物質を指す。例えば、分析物の存在を光学的に決定することができる。

この考察の目的のための「側方流動装置」、「側方流動アッセイ装置」、及び「側方流動診断アッセイ装置」という用語は、同義語として使用されることが意図されており、反応すると共に、検出され得る対象となる分析物を有する試料の、画定される流体流路に沿った横方向における、毛管流のような流体流を使用する装置を指す。

「アッセイ」という用語は、測定される分析物の定性的又は定量的報告結果を指す。

「水力半径」という用語は、水力半径が、導管又は通気孔の断面積を断面積の外周で割ったものとして定義される、円形又は非円形（管状）断面の導管又は通気孔の特徴付けを指す。本明細書に具体的に記載された実施形態では、導管の断面は円形であるが、以下のこの定義及び説明において、断面は範囲が限定される必要はない。

「領域」及び「区画」という用語は、本明細書では同義語として使用され、記載されるように、特定の機能を意図した側方流動アッセイ装置の一部を指す。例えば、側方流動アッセイ装置は、とりわけ、試料添加領域又は区画、反応若しくは輸送領域又は区画、及び吸い上げ領域又は区画を含んでもよい。

この考察の目的のための「遠位」及び「近位」という用語は、側方流動アッセイ装置の対向するそれぞれの端部を指し、更に、側方流動アッセイ装置の様々な構成要素を説明する目的で添付図に関して参照されるフレームを画定するために使用される。

第１に、かつ背景の目的のために、流体試料を少なくとも１つの試薬と反応させ、次いで対象となる分析物又はマーカーを決定することによって、全血のような体液流体試料の特定の分析物を決定するために使用される医療診断分野において現在見出されるいくつかの形態のアッセイ装置がある。例えば、図１を参照すると、実質的に扁平であり、上方面又は上面７によって更に画定され、支持体を形成する基材６によって画定される既知の側方流動アッセイ装置１が示されている。複数の突出部１２は、上面７から上方に延在している。これらの突出部１２は、アッセイ装置１に導入される液体試料に側方毛管力を誘発するように、互いに所定の離間関係において配置され、寸法設定される。アッセイ装置１は、少なくとも１つの流体流路に沿って直線状に配置された複数の領域又は区画によって更に画定される。より具体的には、アッセイ装置１は、少なくとも１つの試薬区画３に隣接する試料添加区画２を含み、試薬区画３は、突出部１２の上にコーティングされ、含浸され、又は別様に適用若しくは堆積された検出コンジュゲートのような検出材料（図示せず）を有する。流動チャネル４は、試薬区画３から試料添加区画２に対して流体流路の対向する端部に配置された吸収又は吸い上げ区画５まで延在する。この設計による上記の区画の各々は、アッセイ装置１を通る側方毛管流を、より具体的には画定される流体流路に沿って誘発するために、複数の突出部１２を含む。この側方流動アッセイ装置に関する更なる詳細は、全てそれらの全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第８，０２５，８５４号明細書、国際公開第２００３／１０３８３５号、同第２００５／０８９０８２号、同第２００５／１１８１３９号、及び同第２００６／１３７７８５号に見出すことができる。

全体的な動作に関して、全血のような流体試料は、最初はカバー（図示せず）を介して、又はピペット（図示せず）若しくは他の分配手段を使用して直接適用することによって試料添加区画２に適用され、試料は、複数の突出部１２によって及ぼされる毛管圧力に基づいて、試薬区画３を通る画定される流体流路に沿って移動させられる。試薬区画３内の検出物質に遭遇した試料は、接触すると、視覚的に知覚可能な色変化のような、検出可能なシグナルを生成する。試料は、徐々に溶解した検出材料と共に、アッセイ装置１を通って画定される流体流路に沿って流動チャネル４を通って移動し続け、後者は、スキャン蛍光光度計のような器具による検出のために構成された少なくとも１つの所定の領域又は区画を有し、試料は、流体流路に沿って吸収区画５に移動し続ける。吸収区画５を充填するのに十分な時間が経過した後、アッセイは完了したと考えられ、検出器具を使用して所定の検出領域で検出可能な結果を得ることができる。

側方流動アッセイ装置２０の別の例又はバージョンが、図２及び図３に示され、アッセイ装置２０は、成形可能なプラスチック又は他の好適な非多孔質材料から作製され得る扁平基材４０を含む。基材４０は、試料受容区画４８、試薬区画５２、及び吸収又は吸い上げ区画６０を含む複数の個別の区画又は領域によって更に画定される上面又は上方面４４によって画定される。この既知の装置設計によれば、上述の区画の各々は、少なくとも１つの検出区画（図示せず）を含むことができ、図１のアッセイ装置１に提供されたものと同様の複数の突出部（図示せず）が区画及び／又は流動チャネル６４のうちの少なくとも１つの内部に配置されている、流動チャネル６４を更に含む、画定される流体流路に沿って直線状に互いに流体的に接続され、突出部が基材４０の上方面４４から上方に延在し、突出部がアッセイ装置２０の配置された区画の少なくとも１つ又は全てに提供されて、試料流動を促進してもよい。

突出部は、追加の構造（すなわち、側壁、カバー、若しくは蓋）、又は任意の外部から適用された力の適用を必要とせずに、毛管流を自然発生的に誘発するように十分に寸法設定することができる。この設計によれば、画定される流体流路が、吸い上げ区画６０まで延在し、流体流路が少なくとも部分的に開放している試料受容区画４８から形成される。別の実施形態では、アッセイ装置２０は、完全に開放していることができる。「開放」とは、毛管流に寄与する距離に維持されるカバー又は蓋がないことを意味する。したがって、蓋は、流路及び装置２０の物理的保護として存在する場合、流体流路に沿って生成される毛管流に寄与しない。この既知のアッセイ装置２０において、親水性層７０は、アッセイ装置２０内の流体流動を増加させるために吸い上げ区画６０内の突出部の上部に接着又は別様に適用され、複数の通気孔７２が親水性箔層７０に更に画定される。親水性層７０は、親水性接着剤を有する箔又はテープを含むことができ、かつ／又は親水性材料から作製することができる。流動チャネル６４を介して親水性層７０の外縁を横切る流動を更に可能にするために、一連の平行な毛管チャネルから作製された流動架橋構造５７が任意選択的に提供されてもよい。先述のように、この装置設計は、更に説明される開放側方流路を使用し、以下の公開された出願、すなわち国際公開第２００３／１０３８３５号、同第２００５／０８９０８２号、同第２００５／１１８１３９号、同第２００６／１３７７８５号、及び同第２００７／１４９０４２号、並びに米国特許出願第２０１４／０１４１５２７号明細書における画定された突出部を含み、これらは各々本明細書において参照によりその全体が組み込まれる。より具体的には、延在する突出部は、各々、血漿、好ましくはヒトの血漿のような適用される流体の側方毛管流を達成することができるように、突出部（ｔ１、ｔ２）間に高さ（Ｈ）、直径（Ｄ）、及び距離を有する。これらの後者の関係は、米国特許出願公開第２００６／０２８５９９６号明細書で更に考察されており、その全体が参照により本明細書に更に組み込まれる。

使用時には、アッセイ装置２０は、図１のアッセイ装置１と同様に動作し、試料受容区画４８に試料を適用し、これにより試料を毛管力の下で、堆積した検出物質を含む試薬区画５２に移動させる。試料によって湿らされると、検出材料は、アッセイのタイプ（例えば競合、サンドイッチ等）に応じて試料と反応して溶解し、それにより視覚的に知覚可能な（有色の）シグナルを生成する。試料及び溶解した検出材料は、画定される流体流路に沿って流動チャネル６４に沿って突出部を介して、毛管力の下で吸い上げ区画６０内に前進する。吸い上げ区画６０に流体が充填されると、アッセイが完了したと仮定され、アッセイ結果は、流動チャネル６４及び少なくとも１つの検出区画５６に対して検出器具（例えば、蛍光光度計）によって取り込まれ得る。本明細書に記載の装置の流路は、本質的に直線状であるが、米国特許出願公開第２０１６／００４１１６３号明細書に例として記載されているように、湾曲又は他の好適な形状の構成によって更に画定することができ、これらの内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

少なくとも１つのバージョンによれば、吸い上げ区画６０は、より大きな毛管力を提供するために装置２０の他の領域に提供された他の突出部と比較して、幅及び相対間隔に関してより小さい突出部を含むことができる。突出部の形成及び設計、並びに本明細書に記載の側方流動アッセイ装置２０に関する更なる詳細は、米国特許第８，７５３，５８５号明細書、同第８，０２５，８５４号明細書、同第８，７５９，１１５号明細書、米国特許出願公開第２００６／０２８５９９６号明細書及び同第２０１４／０１３４６５３号明細書に記載され、各々が参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。

上記のように、親水性層７０の親水性は、吸い上げ区画６０への毛管流を改善すると共に、そのためのカバーを提供する。試料又は検体の流れが空気の背圧によって妨げられないように、吸い上げ区画６０の末端に隣接して、少なくとも１つの通気孔７２が配置又は位置決めされる。３つの通気孔７２が図１及び図２に示されているが、通気孔の数は好適に変更することができる。更に、アッセイ装置２０の上面４０は、親水性層７０の縁部の位置決めを支援するために、図２の少なくとも１つの機構７８を含むことができる。

より具体的には、この図示された例によれば、大気への通気孔７２は吸い上げ区画６０の末端を越えており、試料又は検体（図示せず）を添加した後に、流動が試料添加区画４８から吸い上げ区画６０へと画定される流体流路又はチャネル６４に沿って進むときに空気を逃がすことができる。通気孔７２は、この図示されたバージョンに従って、空気が装置２０自体から逃げることを可能にするように設計されており、ここで、アッセイ装置２０は、他の主要要因の中でもとりわけ、装置の物理的特性と試料又は検体の物理的特性との両方に依存する流量に依存する。

上述のアッセイ装置の設計を使用すると、特定の欠点が生じる。第１に、アッセイ装置４０は、例えば、血液、尿、又は他の体液流体の１つの試料又は検体タイプに対してのみ使用することができる。第２に、試料又は検体の流量は、試料又は検体の物理的特性（すなわち、粘度、密度）によって変化し、これは試料又は検体の流量にかなりの変動を引き起こす可能性がある。試料又は検体の流量の変動は、この変動がアッセイ分析結果に影響を与え得る可変（非一定）の反応時間をもたらすという点で望ましくない。

図４を参照すると、本発明の実施形態に従って作製された側方流動診断アッセイ装置１００は、図２及び図３による装置設計の変形として設計され、より具体的には、図３に示すアッセイ装置の端部セクションを改変する。したがって、装置１００は、試料添加区画、反応又は輸送区画、及び吸い上げ区画１３０が個々に形成された実質的に平坦な上面１１８を有する基材１１４によって同様に画定される。しかしながら、本明細書に記載のアッセイ装置１００は、１つの特定の例であることは容易に明らかであろう。すなわち、本発明は、少なくとも１つの分析物の存在又は濃度を決定する目的で、個別の区画間の画定される流路を横切る側方流体流に依存する任意のアッセイ装置に利用することができる。この考察の目的のために、試料添加区画及び反応又は輸送区画はこの図には示されていないが、前述したものと同一でない場合も同様であることを意図しており、上記の区画は、流体流路を画定するように流体的に接続され、吸い上げ区画１３０への試料の流動を支援するための架橋構造１２９を更に含むことができる。

前述のように、またこの特定の構造の目的のために、アッセイ装置１００の基材１１４は、プラスチックのような非多孔質材料で作製され、試料添加区画がアッセイ装置１００の１つの端部（例えば、近位端）において形成される。反応又は輸送区画は、本明細書に記載のアッセイ装置１００の中間部分に提供され、吸い上げ区画１３０は、試料添加区画とは反対の装置の端部（例えば、遠位端）に対して配置される。更に、親水性層１３８は、吸い上げ区画１３０の全体を覆うように、又は吸い上げ区画１３０の外周周辺部分を覆うように、接着によって又は別様に取り付けられる。一例によれば、図１に示すような複数の突出部又はマイクロポストを基材１１４の上面１１８に、より具体的には流体流路を画定する区画の各々に提供することができる。突出部は、外力又はカバー若しくは蓋を必要とせずに側方の毛管流を自然発生的に誘発するように、中心間の間隔と共に、寸法（高さ及び幅）で画定することができる。更に、突出部の寸法は、アッセイ装置１００内の毛管流の程度を変化させるように変化させることができる。突出部に関するより具体的な詳細は、米国特許第８，７５３，５８５号明細書、同第８，０２５，８５４号明細書、同第８，７５９，１１５号明細書、米国特許出願公開第２００６／０２８５９９６号明細書及び同第２０１４／０１３４６５３号明細書にそれぞれ提供され、各々参照によりそれらの全体が以前に組み込まれている。

更に、図４を参照すると、この実施形態によれば、吸い上げ区画１３０の末端において複数の通気孔１４０が離間して配置され、通気孔１４０の各々は、吸い上げ区画１３０の遠位端と、通気チャネル１４４が合流する毛管通気孔１５０の入口ポート１４８との間に延在する一連の通気チャネル１４４を介して互いに相互接続される。本明細書で考察されるように、一連の通気チャネル１４４は、背圧を生成しないように十分に大きな断面で画定されているが、捕捉され、次いで毛管空気通気孔１５０に搬送される空気の除去を支援する、任意選択のマニホールドを生成するのに十分に寸法決定される。この構成では通気チャネル１４４が相互接続されているように図示されているが、通気孔１４０は、毛管空気通気孔１５０への接続のために個別にかつ独立して配置することができる。

アッセイ装置１００の遠位端と吸い上げ区画１３０の遠位端との間に位置するのは、毛管空気通気孔１５０であり、これは、管状又は他の好適な断面と、アッセイ装置１００に添加される試料の流動に対して背圧を生成する入口ポート１４８と出口ポート１５８との間に延在する全長と、によって画定される。

毛管空気通気孔１５０は、毛管通気孔１５０の入口ポート１５２及び出口ポート１５８の間に延在しながら、流体流路１２７を実質的に横切る方向に前後に延在する一連の曲がりくねった曲がり部又は屈曲部１５６を有する本実施形態による曲がりくねった構成によって画定される。出口ポート１５８は、アッセイ装置１００の遠位端から、周辺層１３８によって覆われている吸い上げ区画１３０の周辺部分を越えて大気まで延在する。この記載されたバージョンによれば、通気孔１５０は、合計８つの屈曲部１５６によって画定されるが、通気孔の適切な全長が形成される場合、このパラメータは変更することができることは容易に明らかであろう。

更に、図４を参照すると、前述したように、既存の通気孔１４０の各々は、流体が吸い上げ区画１３０に入るときに大きな背圧を生じさせないように、十分な断面積を有する通気チャネル１４４によって互いに結合されている。より大きい断面の通気チャネル１４４は、毛管空気通気孔１５０を形成するかなりの長さを有するはるかに小さい断面積のチャネルに接続する。本発明による毛管空気通気孔１５０の長い全長及び小さい断面積は、試料流体が吸い上げ区画１３０に流入して流動を駆動する毛管圧力に対抗するときに、著しく大きな圧力を生成し、これにより流動を遅くすることを意図している。親水性層１３８は、毛管通気孔１５０と任意選択のマニホールドの接続通気チャネル１４４との両方の「蓋」又は第４の壁を提供する。画定される毛管空気通気孔１５０の出口ポート１５８は、親水性層１３８の下から出て、通気孔１５０に大気への出口点を提供する。

本明細書に記載の毛管通気孔の寸法決定のために、図５に示すシステムのモデルを作成することができ、装置によって、より具体的には吸い上げ区画１３０に輸送される試料流体のメニスカス１３９が図示される。第１に、試料流体が通常通気チューブに充填されるのに必要な時間は、以下のように表すことができる。

式中、ｔは時間であり、秒で表され、ｖ_ｗｚは吸い上げ区画の容積であり、Ｑは本明細書に記載のアッセイ装置１００の吸い上げ区画に流入する流体の平均容積流量である。吸い上げ区画１３０への平均容積流量は、以下のように表され得る。

式中、ｐ_ｃａｐは、吸い上げ区画に流体を引き込む毛管圧であり、ｐ_ｂａｃｋは、毛管チューブを通って流れる吸い上げ区画の空気によって生成される背圧であり、μは試料流体粘度である。ｃ_１は定数である。

一定の断面を有する幅広で、薄く、長い矩形のチューブ又はチャネルを通る層流の場合、容積流量は、以下によって概算することができる。

式中、ｗはチャネルの幅であり、ｈは高さ（薄い寸法）であり、ｌはチューブの長さであり、μは流体粘度（空気）であり、Δｐはチューブを通る圧力降下である。（３）を並べ替えることにより、以下を得る。

式（４）を式（２）に代入して単純化すると、以下を得る。

ｐ_ｃａｐは、吸い上げ区画１３０内の図４の親水性層１３８と吸い上げ区画の床１１８との間の試料流体メニスカス形状１３９を調べることによって推定することができる。図５は、特定のアッセイ装置の吸い上げ区画１３０内の試料（血清）のメニスカス１３９を図示する。幾何学的形状を分析することにより、血清試料のメニスカスの曲率半径は、５４．９μｍと計算することができる。Ｐｈｙｓｉｏｌ，Ｒｅｓ．５６（Ｓｕｐｐｌ．１）；Ｓ９３〜Ｓ９８，２００７，Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ Ｂｌｏｏｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｎｓｉｏｎ，Ｊ．Ｒｏｓｉｎａ，ｅｔ ａｌから既知であるように、温度の関数としての血清の表面張力を計算する方程式は、以下のように提供され得る。
σ_ｔ＝（−０．３６８ｔ＋６６．０７２）×１０^−３Ｎ／ｍ （６）

ｔ＝２５℃の場合、σ_{ｓｅｒｕｍ}＝０．０５６９Ｎ／ｍである。ヤングラプラス方程式を用いて、毛管圧を計算することができる。

経験的に、得られた毛管圧４．１７水柱インチは、吸い上げ区画がチップを垂直に向けて容易に充填できることを実証した経験的結果（２水柱インチ未満の圧力）とよく一致することが示され得る。

方程式２の定数Ｃ_１の値は、いくつかの初期仮定を用いて計算することができる。この例では、７μｌ（７×ｌ０^−９ｍ^３）の吸い上げ区画容積を有する装置基材は、１．６ｃＰ（０．００１６Ｎｓ／ｍ^２）の流体粘度を有する血清で２４０秒（４分）で充填される。この特定の装置は、大きな吸い上げ区画通気孔を有し、そのため、ｐ_ｂａｃｋ＝０である。

説明目的の一例によれば、吸い上げ区画の充填時間を４分（すなわち前述の２４０秒）から１０分（すなわち６００秒）にする毛管通気孔を設計する必要がある。この目的は、アッセイ感度及びアッセイ装置に洗浄流体を添加することができる洗浄操作の効率を改善するために望ましい。毛管通気孔が装置の吸い上げ区画に形成された突出部（７４μｍ＝ｗ）と同じ深さの深さで形成（エッチング）されると仮定し、毛管通気孔が１０μｍの高さ（ｈ）であると仮定すると、式（１）と（５）とを組み合わせると、以下が得られ得る。

したがって、１７．９ｍｍの長さ、１０μｍの高さ、及び７４μｍの幅を有する矩形毛管通気孔は、画定される吸い上げ区画の充填時間を約４分から約１０分に変化させる。

１．６ｃｐ（平均）ではなく２ｃｐの血清粘度を有する試料に遭遇した場合、標準の通気孔設計は、吸い上げ区画の充填時間が以下のようになる。
ｔ＝４分^＊（２／ｌ．６）＝５分 （１２）

これは、平均試料に対して充填時間が２５％増加する。

方程式９を使用し、粘度（２ｃｐ）を新しい値に置き換えてｔ（時間）を求めることによって、毛管通気設計における対応する変化を計算することができる。この置換により、吸い上げ区画の充填時間は、６６０秒と計算される。したがって、この変化は、平均試料の充填時間よりも１０％の充填時間の増加をもたらす。その結果、試料粘度に対する流動時間感度が改善される。実際、吸い上げ区画を充填するために、湿潤（毛管通気孔により形成される）が合計時間を短縮すればするほど、流体粘度が流動に及ぼす影響は小さくなる。更に、試料粘度制御レジームと通気孔毛管制御レジームとの両方の流量曲線の傾きは、代替制御メカニズムよりも低く、粘度効果による試料又は検体流量の変動が最小限に抑えられる。

前述の毛管通気孔の断面は、管状（円形）である。しかしながら、三角形、四辺形、及び図６に従って図示された様々な図示されたバージョンにおいて例として示されているような他の規則的及び不規則な多角形のものを含むが、これらに限定されない、通気孔の有用な断面に他の多角形形状を利用することができることが指摘されるべきである。射出成形によって製造された装置の場合、多くの提供される断面が他のものよりも好ましい。後者の場合では、図示された幾何学的形状（すなわち、断面３０３、３０４、３０５、３０６、及び３１０）のいくつかは、成形された装置が、製造された部品にアンダーカットを生じさせる原因となり、部品が金型に固着する問題を生じる。

有利には、毛管チューブ（導管又は通気孔）のパラメータを操作することにより、側方流動アッセイ装置の試料添加区画、輸送及び反応区画、並びに吸い上げ区画の物理的構成を、異なる分析試験のために、及び複数の異なる試料又は検体流体のために、固定したままにすることができる。例えば、図７を参照すると、親水性層１３８の位置は、基材の上面に提供された整列機構１６４を使用して変更することができる。本明細書に示すように、親水性カバー１３８の縁部を内側に配置すると、出口ポート１５８を入口ポート１４８に近い大気に移すことによって、毛管通気孔１５０の有効長さが減少する。任意選択的に、アッセイ装置は、側方流動アッセイ装置１００のための新しい基材を再設計するのではなく、毛管通気孔１５０の長さを変化させるために、これらの整列又は位置決め機構１６４のいくつかのセットを用いて構成することができる。図示されているように、毛管通気孔１５０と整列機構１６４との間に延在する追加の通気孔接合部１６８を提供することができる。

当業者であれば、本明細書に記載のアッセイ装置に対して、かつ以下の特許請求の範囲によって網羅されるように、様々な修正及び変形が可能であることは容易に明らかであろう。

（付記）
（付記１）
側方流動アッセイ装置であって、
上面を有する基材と、
試料を受容するための液体試料添加区画と、
輸送及び反応区画と、
吸い上げ区画であって、前記液体試料添加区画、前記輸送及び反応区画、並びに当該吸い上げ区画の各々が、前記基材の前記上面に形成され、前記液体試料添加区画から前記吸い上げ区画に延在する少なくとも１つの流体流路を画定するように流体的に相互接続されている、吸い上げ区画と、
前記吸い上げ区画に関して配置された毛管通気孔であって、前記アッセイ装置に適用される試料の流量を制御するように、背圧を生成する全長及び断面積を有する、毛管通気孔と、
を備える、側方流動アッセイ装置。

（付記２）
前記毛管通気孔の断面が、円形である、付記１に記載のアッセイ装置。

（付記３）
前記毛管通気孔の断面が、円形又は多角形のうちの１つである、付記１に記載のアッセイ装置。

（付記４）
前記毛管通気孔の断面が、規則的又は不規則な多角形のうちの１つである、付記３に記載のアッセイ装置。

（付記５）
前記吸い上げ区画及び前記毛管通気孔を覆う親水性層を含む、付記１に記載のアッセイ装置。

（付記６）
前記毛管通気孔が、前記吸い上げ区画に入る前記流体流路を実質的に横切る一連の屈曲部によって画定される、付記１に記載のアッセイ装置。

（付記７）
前記吸い上げ区画が、前記毛管通気孔と前記吸い上げ区画との間に配置され、それらを流体的に接続する、複数の通気チャネルを含み、前記複数の通気チャネルが、背圧を生成しないように十分に大きな断面を有し、マニホールドを形成する、付記５に記載のアッセイ装置。

（付記８）
前記親水性層の縁部を整列させるための少なくとも１つの機構を更に含む、付記５に記載のアッセイ装置。

（付記９）
前記毛管通気孔の長さを調節することができるように離間された整列機構を含む、付記８に記載のアッセイ装置。

（付記１０）
側方流動診断アッセイ装置の流量を制御するための方法であって、
基材を提供するステップと、
前記基材の上面に流体流路を提供するステップであって、前記流体流路が、前記流体流路の反対の端部において試料添加区画及び吸い上げ区画を含む、ステップと、
前記吸い上げ区画の前記端部において毛管通気孔を提供するステップであって、前記毛管通気孔が、適用される試料の流量を制御するように、前記適用される試料に背圧を生成する長さ及び断面積を有する、ステップと、
を含む、方法。

（付記１１）
前記吸い上げ区画及び前記毛管通気孔の上に親水性カバーを配置することを含む、付記１０に記載の方法。

（付記１２）
前記吸い上げ区画が、毛管流を誘発するように離間され、かつ寸法決定された複数の突出部を含む、付記１０に記載の方法。

（付記１３）
前記通気孔が、前記吸い上げ区画に入る前記流体流路に対して横方向に延在する複数の屈曲部を含む、付記１０に記載の方法。

（付記１４）
前記毛管通気孔の長さが、前記アッセイ装置の前記流体流路に沿って流量を変化させるように構成可能である、付記１０に記載の方法。

（付記１５）
前記吸い上げ区画の遠位端に画定される複数の通気孔を更に備え、前記複数の通気孔が、相互接続され、かつ前記毛管通気孔の入口ポートに流体的に接続される、付記１１に記載の方法。

（付記１６）
前記複数の通気孔が、一連の通気チャネルによって互いに接続され、前記通気チャネルが、前記毛管通気孔、前記通気孔、及びマニホールドを生成する通気チャネルの断面よりも著しく大きい断面によって画定される、付記１５に記載の方法。

（付記１７）
前記親水性カバーの縁部を、前記装置に提供された整列機構と整列させることを更に含む、付記１１に記載の方法。

（付記１８）
異なる寸法の親水性カバーを前記装置上に配置することを可能にして、前記毛管通気孔の長さを制御するために、複数の前記整列機構を提供することを更に含む、付記１７に記載の方法。

Claims (17)

1. 側方流動アッセイ装置であって、
   上面を有する基材と、
   試料を受容するための液体試料添加区画と、
   輸送及び反応区画と、
   吸い上げ区画であって、前記液体試料添加区画、前記輸送及び反応区画、並びに当該吸い上げ区画の各々が、前記基材の前記上面に形成され、前記液体試料添加区画から前記吸い上げ区画に延在する少なくとも１つの流体流路を画定するように流体的に相互接続されている、吸い上げ区画と、
   前記吸い上げ区画の末端に形成された複数の通気孔と、
   所定の全長と断面積を備えることにより背圧を画定し、前記アッセイ装置に適用される試料の流量を制御する毛管通気孔と、
   前記複数の通気孔と前記毛管通気孔とを流体的に接続する通気チャネルと、
   を備える、側方流動アッセイ装置。
2. 前記毛管通気孔の断面が、円形である、請求項１に記載のアッセイ装置。
3. 前記毛管通気孔の断面が、円形又は多角形のうちの１つである、請求項１に記載のアッセイ装置。
4. 前記毛管通気孔の断面が、規則的又は不規則な多角形のうちの１つである、請求項３に記載のアッセイ装置。
5. 前記吸い上げ区画及び前記毛管通気孔を覆う親水性層を含む、請求項１に記載のアッセイ装置。
6. 前記毛管通気孔は、屈曲部を有する通路により形成され、前記通路の一部は、前記吸い上げ区画に入る前記流体流路の方向を横切る方向に配置された、請求項１に記載のアッセイ装置。
7. 複数の前記通気チャネルは、背圧を生成しない断面を有し、前記吸い上げ区画と前記毛管通気孔との間でマニホールドを形成する、請求項１に記載のアッセイ装置。
8. 前記親水性層の縁部を整列させるための少なくとも１つの機構を更に含む、請求項５に記載のアッセイ装置。
9. 前記毛管通気孔の長さを調節することができるように離間された整列機構を含む、請求項８に記載のアッセイ装置。
10. 側方流動診断アッセイ装置の流量を制御するための方法であって、
    基材を提供するステップと、
    前記基材の上面に流体流路を提供するステップであって、前記流体流路の一方の端部に試料添加区画が配置され、他方の端部に吸い上げ区画が配置されることを含む、ステップと、
    毛管通気孔を提供するステップであって、前記毛管通気孔が、所定の全長と断面積を備えることにより背圧を画定し、前記アッセイ装置に適用される試料の流量を制御する、ステップと、
    前記吸い上げ区画の末端に形成された複数の通気孔と前記毛管通気孔を流体的に接続する通気チャネルを提供するステップと、
    を含む、方法。
11. 前記吸い上げ区画及び前記毛管通気孔の上に親水性カバーを配置することを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記吸い上げ区画が、所定の離間関係をもって配置され、かつ寸法決定された複数の突出部を含み、当該複数の突出部は、所定の離間関係をもって配置されることで、毛管流を誘発する、請求項１０に記載の方法。
13. 前記毛管通気孔が、複数の屈曲部を含み、当該複数の屈曲部は、前記吸い上げ区画に入る前記流体流路を当該毛管通気孔まで延長した仮想線を挟んで配置された、請求項１０に記載の方法。
14. 前記毛管通気孔の長さを画定することにより、前記アッセイ装置の前記流体流路の流量を画定する、請求項１０に記載の方法。
15. 前記複数の通気孔が、相互接続され、かつ前記毛管通気孔の入口ポートに流体的に接続される、請求項１１に記載の方法。
16. 前記複数の通気孔が、一連の前記通気チャネルによって互いに接続され、前記通気チャネルが、前記毛管通気孔、前記通気孔、及びマニホールドを生成する通気チャネルの断面よりも大きい断面によって画定される、請求項１５に記載の方法。
17. 異なる寸法の親水性カバーを前記アッセイ装置上に配置することを可能にして、前記毛管通気孔の長さを制御するために、複数の前記整列機構を含む、請求項９に記載のアッセイ装置。
    
    

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