JP6776260B2 - 流体ブリッジデバイス及びサンプル処理法 - Google Patents
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Description
本出願は、その全内容が参照により本明細書に援用される2015年4月2日に出願された米国仮特許出願第62/142,063号の優先権の利益を主張するものである。
1つの態様では、本発明は、第一及び第二の流体サンプリングデバイスの各々と流体結合可能であり、前記第一及び第二のデバイス間の1以上の流体コンジットを通しての流体サンプルの輸送を促進する1以上の流体コンジットを有する流体ブリッジに関する。ある実施形態では、前記第一のサンプリングデバイスは、流体サンプルの調製及び/又は分析のためのサンプル処理カートリッジを含み、前記流体ブリッジは、前記調製流体サンプルの、生物学的サンプルの分析又はそのさらなる処理に所望される様々なデバイスのいずれであってもよい前記第二の処理デバイスへの輸送を促進するように、前記サンプル処理カートリッジと流体結合している。ある実施形態では、前記1以上のコンジットは、サンプル調製領域を含まない。ある実施形態では、前記流体ブリッジは、1以上の特定領域などの様々な特徴を含んでよく、ここで、各領域は、サンプル処理手順又はサンプル分析手順のために適合されている。限定されない例示的なサンプル処理手順としては、ろ過、濃縮、インキュベーション、化学的処理、及び増幅が挙げられ得る。本発明での使用に適するさらなるサンプル処理手順は、当業者に公知である。限定されない例示的なサンプル分析手順としては、ハイブリダイゼーション、光学的識別、等電点電気泳動、抗体結合及び検出(例:ELISA)、配列決定、クロマトグラフィ、及び側方流動クロマトグラフィが挙げられ得る。本発明での使用に適するさらなるサンプル分析手順は、当業者に公知である。前記流体ブリッジは、前記流体サンプルの前記第二のサンプル処理デバイスへの輸送の過程で、さらなる処理工程を可能とするために、フィルター、トラップ、メンブレン、ポート、及びウィンドウを含む1以上の特徴をさらに含んでよい。
前記第一のサンプル処理デバイスは、本明細書で述べる方法のいずれかに従う流体サンプルの調製及び/又は分析に関する処理工程を実施するように構成されたいかなるデバイスであってもよい。ある実施形態では、前記第一のサンプル処理デバイスは、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)アッセイを例とする核酸増幅試験(NAAT)における核酸標的の検出などの分析のためにサンプルを調製するように構成されたサンプル調製デバイスである。流体サンプルの調製は、一般的に、一連の処理工程が含まれ、それらとしては、特定のプロトコルに従う化学的、電気的、機械的、熱的、光学的、又は音響的処理工程が挙げられ得る。そのような工程は、細胞捕捉、細胞溶解、分析物の結合、及び不要物質の結合などの様々なサンプル調製機能を行うために用いられてよい。そのようなサンプル調製デバイスは、前記サンプル調製工程を行うのに適する1以上のチャンバーを含むサンプル処理カートリッジを用いてよく、そのようなカートリッジは、「Fluid Control and Processing System」と題する2000年8月25日出願の米国特許第6,374,684号及び「Fluid Processing and Control」と題する2002年2月25日出願の米国特許第8,048,386号に示され、記載されている。
ある実施形態では、本発明は、第一のサンプル処理デバイスに付随するサンプル処理カートリッジ筐体の1以上の移送ポートに流体結合され得る、調製流体サンプルを前記第一のデバイスの外部にある第二のサンプル処理デバイスへ輸送するのに用いるための流体ブリッジを含む。このことにより、単一のデバイスに付随する機能に前記サンプルの処理及び分析が制限される場合と比較して、前記サンプルの分析の汎用性を向上することができる。例えば、ユーザーは、前記第一のサンプル処理デバイスとは異なるデバイスを用いて分析又はさらなる処理を行いたいと考えるかもしれない。しかし、前記サンプルの調製は、手作業で行うには時間と労力が掛かるプロセスである場合があり、したがって、自動プロセスに従って前記サンプル調製工程を行うことができる前記第一のサンプル調製デバイス内でサンプル調製が行われれば、有利である。このことにより、前記サンプル調製プロセスが迅速化され、大量のサンプルの調製が可能となる。図3A〜3Bに示されるように、前記反応容器の代わりに流体ブリッジデバイスを用いることにより、前記ユーザーは、前記第一のサンプル処理デバイスを用いて、サンプル処理カートリッジ110中で前記サンプルを調製することができ、その後、続いて、前記調製サンプルを、前記取り付けられた流体ブリッジ10を通して、図3Bに示されるように、いくつかの処理デバイス200、200’、200’’のいずれであってもよい選択された第二のデバイスへ輸送することができる。そのようなデバイスは、前記流体ブリッジ10の遠心側の端部に直接結合されるように構成されていてよく、又は前記アッセイ若しくは処理デバイスと前記流体ブリッジ10との液密継手を促進する1以上のアダプターが用いられてもよい。
前記第二のサンプル処理デバイスは、本明細書で述べる方法のいずれかに従う、又は当業者に公知の流体サンプルの調製及び/又は分析に関する処理工程を行うように構成されたいかなるデバイスであってもよい。ある実施形態では、前記第二のサンプル処理デバイスは、前記第一のサンプル処理デバイスと共通の筐体に内蔵されているか、又は中に配置されていてよい。例えば、前記第一及び第二のサンプル処理デバイスは、より大きい筐体にいずれも含有されている別々の独立したモジュールであってよい。ある実施形態では、前記第二のサンプル処理デバイスは、前記調製サンプルに対してサンプル分析を行うように構成された第二のサンプル処理カートリッジであってよい。そのような実施形態では、前記サンプル処理カートリッジは、前記調製サンプルに対して分析を行うための前記反応容器を含有する。上記のように、このシステム構成を用いることで、サンプルの前記処理を迅速化することができ、そこから、別々のアリコートを、異なる目的の分析物の存在又は非存在について前記サンプルを識別するための別々のカートリッジに送達することができる。ある実施形態では、前記調製サンプルは、第二のサンプル調製デバイスと、第三、第四、第五のサンプル調製デバイスなどとの間で分割されてよい。上記のように、前記続いてのデバイスの各々は、前記第一のデバイスの外部にあってよく、又はそれらは、前記第一のデバイスと共通の筐体に内蔵されているか、若しくは中に配置されていてもよい。ある実施形態では、前記第二のデバイスは、前記第一のデバイス内で処理されることになる分析カートリッジである。ある場合では、前記調製サンプルは、核酸、さらにはタンパク質について識別されてよい。そのような分析では、サンプルカートリッジであってよい少なくとも2つの連続するデバイスに対して、前記サンプルを分割することが必要となる。ある実施形態では、タンパク質の存在、及び前記タンパク質のグリコシル化度を特定することが所望され得る。ある実施形態では、核酸(メチル化状態を含む)、タンパク質、炭水化物、及び 若しくは脂質の検出又は分析のためのアッセイを構成することが所望され得る。
図4A〜4Dは、本発明の態様及び実施形態の例示的な流体ブリッジデバイスを示す。図4Aから分かるように、前記流体ブリッジ部材10は、互いに間隔が空けられ、両端部間に前記ブリッジ部材の長さにわたって延びる2つの流体チャネル又はコンジット1を含む。前記チャネルは、支持ウェブ構造体4によって分離され、支持されている。前記流体ブリッジは、流体サンプルの輸送に適して、前記サンプルの処理又は分析に干渉することのないいかなる材料から製造されてもよく、典型的には、不活性プラスチック又はポリマー系材料が用いられ得る。ある実施形態では、前記流体ブリッジの製造に用いられる材料は、前記材料を通してサンプル輸送の目視観察、及び/又は前記流体チャネルの光学的検出/モニタリングができるように、透明又は部分的に半透明の材料である。
図2A〜2D及び3A〜3Cに示される前記サンプル処理カートリッジ110の様々な態様は、サンプル処理カートリッジの特定の態様についてより詳細に述べた米国特許第6,374,684号を参照することによってさらに理解することができる。そのようなカートリッジデバイスは、前記カートリッジの前記チャンバーに接続された回転式流体制御バルブなどの流体制御デバイスを含む。前記回転式流体制御バルブの回転により、チャンバーと前記バルブとの流体連結が可能となり、それによって、分析用に前記サンプルを調製するために必要に応じて特定のプロトコルに従って様々な化合物を提供することができる異なるチャンバーへの、前記カートリッジに投入されたサンプルのフローが制御される。前記回転式バルブを作動させるために、典型的には、ステッピングモーターなどのモーターが、前記バルブの特徴と係合して所望されるサンプル調製プロトコルに従って前記バルブの動き及びその結果としての前記流体サンプルの移動を制御するドライブトレインと結合される。特定のサンプル調製プロトコルに従う前記回転式バルブの流体測定及び分配機能は、あらゆる点で本明細書に援用される米国特許第6,374,684号に示されている。
1つの態様では、流体ブリッジを用いることによって第一のサンプル処理デバイスと第二のサンプル処理デバイスとの間で流体サンプルを輸送する方法が本明細書で提供される。そのような流体ブリッジは、本明細書で述べる前記サンプル処理カートリッジなどの第一のサンプル処理デバイスから、様々な異なる種類の処理及び/又は分析デバイスが挙げられ得る選択された第二のサンプル処理デバイスへの流体サンプルの輸送を促進するように、様々な寸法及び長さに従って構成されていてよい。前記第一のサンプル処理デバイスによって提供される以上にはサンプル処理が必要とされない特定のアッセイでは、アッセイ分析デバイスは、前記第一のサンプル処理デバイスに取り付けられている端部とは反対側の前記ブリッジの端部に結合(直接又は間接的に)されてよい。例えば、反応容器、マイクロアレイデバイス、又はバイオセンサーデバイスが、前記ブリッジの前記第二の端部に取り付けられ得る。特定の他のアッセイでは、さらなる処理工程(例:増幅、ろ過など)を行うことが、又は典型的な反応容器によって提供されるよりも大規模又は複雑である第二のサンプル処理デバイスによって提供される分析を行うことが所望され得る。
Claims (36)
- 2つの別個のサンプル処理デバイス間で処理流体サンプルを輸送するための流体ブリッジであって、前記流体ブリッジは:
サンプル調製チャンバーを含まない1以上の流体チャネルを有する伸長した流体ブリッジであって、前記1以上のチャネルは、前記伸長した流体ブリッジの第一の端部と前記第一の端部とは反対側の第二の端部との間に長手方向に伸びる、流体ブリッジ;
前記1以上の流体チャネルが液密接合部で第一のサンプル処理デバイスと流体結合するように適合された、前記第一の端部上の1以上の液密継手、及び
前記1以上のチャネルが第二のサンプル処理デバイスと流体結合するように適合され、それによって、前記流体ブリッジが前記第一及び第二のサンプル処理デバイスの各々と結合された場合に、前記第一及び第二のサンプル処理デバイスが、前記1以上のチャネルを通して流体連結される、前記伸長した流体ブリッジの前記第二の端部上の1以上の液密継手
を含み、前記流体ブリッジは、前記第一のサンプル処理デバイスの外部に、そして前記第一のサンプル処理デバイスの外部にある前記第二のサンプル処理デバイスへと伸びるように充分な長さである、流体ブリッジ。 - 前記流体チャネルの少なくとも1つと流体連結されている少なくとも1つのチャンバーをさらに含み、前記チャンバーはサンプル調製チャンバーではない、請求項1に記載の流体ブリッジ。
- 互いの間に前記1以上の流体チャネルがある前記液密継手が前記第一又は第二のサンプル処理デバイスに取り付けられていない場合、前記1以上の流体チャネルが外部環境に開放されている、請求項1に記載の流体ブリッジ。
- 前記第一のサンプル処理デバイスが、サンプル調製デバイスである、請求項1に記載の流体ブリッジ。
- 前記流体ブリッジが、前記1以上の流体チャネルを通して輸送される流体の光学的検出が可能となるように、少なくとも部分的に半透明又は透明である材料を含む、請求項1に記載の流体ブリッジ。
- 前記流体チャネルの少なくとも1つが、気体透過ベント及び気泡トラップの一方又は両方を含む、請求項1に記載の流体ブリッジ。
- 前記1以上の流体チャネルの少なくとも1つが、各液密継手間の前記流体チャネルの長さ全体にわたって実質的に変動しない内腔断面積を有する、請求項1に記載の流体ブリッジ。
- 前記1以上の流体チャネルの各々の前記断面積が、各液密継手間で実質的に一定のサイズ及び形状に維持されている、請求項7に記載の流体ブリッジ。
- 前記1以上のチャネルが、少なくとも2つのチャネルを含み、前記少なくとも2つのチャネルの各々は、前記第一及び第二の端部の液密継手間に伸びている、請求項1に記載の流体ブリッジ。
- 前記1以上のチャネルが、前記第一及び第二のサンプル処理デバイスと結合された場合、前記第一及び第二の端部の前記液密継手によって流体封止されており、前記第一又は第二のサンプル処理デバイスに取り付けられていない場合、前記液密継手を通して外部環境に開放されている、請求項1に記載の流体ブリッジ。
- 前記第一及び第二の端部間の前記少なくとも2つのチャネルの各々の容積が、実質的に異なっていない、請求項9に記載の流体ブリッジ。
- 前記少なくとも2つのチャネルの各々の容積が、実質的に異なっている、請求項9に記載の流体ブリッジ。
- 前記ブリッジが、前記少なくとも2つのチャネルを分離する支持ウェブ構造体をさらに含む、請求項9に記載の流体ブリッジ。
- 前記1以上のチャネルを前記第一のサンプル処理デバイスと流体結合するように、前記第一の端部の前記1以上の液密継手の各々が、前記第一のサンプル処理デバイス中の1以上の対応するポート内に丁度受けられるように寸法が合わせられたスタブを含む、請求項1に記載の流体ブリッジ。
- 前記スタブの各々が、前記第一のサンプル処理デバイスの前記1以上の対応するポート内に丁度受けられる場合、摩擦フィッティングによって前記第一のサンプル処理デバイスと流体結合されるように寸法が合わせられている、請求項14に記載の流体ブリッジ。
- 前記第一の端部に、又は前記第一の端部の近傍に、前記第一の端部の周囲に少なくとも部分的に伸びるフランジをさらに含み、前記フランジは、前記第一のサンプル処理デバイスの保持コンポーネントとのインターフェイス接続によって前記第一のサンプル処理デバイスと流体結合された場合に前記ブリッジを固定するように適合されている、請求項14に記載の流体ブリッジ。
- 前記第二の端部の前記1以上の液密継手が、前記1以上のチャネルを前記第二のサンプル処理デバイスと流体結合するように、前記第二のサンプル処理デバイス中の1以上の対応するポート内に丁度受けられるように寸法が合わせられたスタブを含む、請求項14に記載の流体ブリッジ。
- 前記流体ブリッジが、前記第二の端部に、又は前記第二の端部の近傍に、前記第二の端部の周囲に少なくとも部分的に伸びるフランジをさらに含み、前記フランジは、前記第二のサンプル処理デバイスの保持コンポーネントとのインターフェイス接続によって前記第二のサンプル処理デバイスと流体結合された場合に前記ブリッジを固定するように適合されている、請求項17に記載の流体ブリッジ。
- サンプルを処理するための使い捨てカートリッジであって、前記カートリッジは:
筐体内に含有され、可動式バルブ体によって流体相互連絡され、1以上の流体処理領域を含む複数のチャンバー;及び
前記カートリッジの前記筐体から伸び、前記カートリッジと別のデバイスとの液密接合部を形成するための液密継手を両端部に有し、前記カートリッジへ又は前記カートリッジから流体を輸送するように適合され、長手方向に伸びる1以上の流体チャネルを有する伸長した流体ブリッジ
を含み、前記伸長した流体ブリッジは、処理サンプルを独立した別のデバイスへ輸送することを可能とするために、サンプルを処理するための前記使い捨てカートリッジを受けるように構成されたカートリッジレシーバーの外部に伸びるのに充分な長さであり、
前記流体処理領域の少なくとも1つは、サンプル調製を行うように構成されている、使い捨てカートリッジ。 - 前記流体ブリッジが、前記カートリッジと結合された場合、前記カートリッジがサンプル調製の過程でカートリッジレシーバー内に配置された場合に、調製サンプルの前記カートリッジからアッセイ処理デバイス又は付随するコンポーネントへの輸送を促進するために前記流体ブリッジが前記カートリッジレシーバーの通路を通って伸びるように充分な長さ及び寸法である、請求項19に記載のカートリッジ。
- 前記流体ブリッジが、支持ウェブ構造体又はリブによって分離された少なくとも2つの流体チャネルを含む、請求項19に記載のカートリッジ。
- 前記流体ブリッジが、増幅チャンバーを含む少なくとも1つのサンプル処理チャンバーをさらに含む、請求項19に記載のカートリッジ。
- サンプル調製を行うためのモジュールであって、前記モジュールは:
可動式バルブ体によって流体相互連絡された複数の処理チャンバーを含み、未調製サンプルを保持するように構成されたサンプル処理カートリッジ;
前記サンプル処理カートリッジを受け、前記サンプル処理カートリッジと取り外し可能に結合し、別個のアッセイ処理デバイスとインターフェイス接続するように構成されたカートリッジレシーバーであって、
前記可動式バルブ体を動かして前記複数のサンプル処理チャンバー間の流体相互連絡を変更するように構成されたカートリッジインターフェイスユニット、
前記可動式バルブ体の位置に応じて前記複数の処理チャンバー間で流体を移動させるための圧力を適用するための圧力インターフェイスユニット、及び
前記アッセイ処理デバイスと電子的に通信するように構成され、前記カートリッジインターフェイスユニット及び圧力インターフェイスユニットを制御して、前記サンプル処理カートリッジ内で前記未調製サンプルを調製サンプルに処理するように構成されたサンプル調製コントローラー
を含むカートリッジレシーバー;並びに
伸長しており、前記サンプル処理カートリッジと結合可能であり、前記カートリッジレシーバーの外部に伸びるのに充分な長さである流体ブリッジであって、前記調製サンプルの前記アッセイ処理デバイスへの輸送を促進するために前記サンプル処理カートリッジ及びアッセイ処理デバイスが流体結合される、長手方向に伸びた1以上の流体チャネルを有する流体ブリッジ
を含むモジュール。 - 前記カートリッジレシーバーが、前記サンプル処理カートリッジと結合された場合に、前記調製サンプルの前記カートリッジレシーバーから前記アッセイ処理デバイスへの輸送を促進する、前記流体ブリッジが通って伸びる通路を含む、請求項23に記載のモジュール。
- 前記流体ブリッジが、支持ウェブ構造体又はリブによって分離された少なくとも2つの流体チャネルを含む、請求項23に記載のモジュール。
- 前記流体ブリッジが、前記カートリッジレシーバーからある距離まで伸びるように、2インチよりも大きい長さである、請求項23に記載のモジュール。
- 処理流体サンプルを輸送するための方法であって、前記方法は:
両端部の液密継手間に長手方向に伸びる1以上の流体チャネルを含み、第一のサンプル処理デバイスの外部に伸びるのに充分な長さである伸長した流体ブリッジの第一の端部を、前記第一のサンプル処理デバイスと結合させること;
前記流体ブリッジの反対側の端部を前記第一のサンプル処理デバイスとは別個の第二のサンプル処理デバイスと結合させて、前記第一のサンプル処理デバイスと前記第二のサンプル処理デバイスとの間で液密継手を作り出すこと;
前記流体サンプルを、前記第一のサンプル処理デバイスで処理すること;及び
前記第一のサンプル処理デバイスと前記第二のサンプル処理デバイスとの間に伸びる前記流体ブリッジを通して前記処理サンプルを流体移動させること
を含む方法。 - 前記流体ブリッジを通して前記処理サンプルを流体移動させることが、前記第一のサンプル処理デバイスから前記第二のサンプル処理デバイスへ処理サンプルを移動させるための電子的命令を前記第一及び/又は第二のサンプル処理デバイスにより受けることを含む、請求項27に記載の方法。
- 前記流体ブリッジを通して前記処理サンプルを流体移動させることが、前記電子的命令に応答して、前記第一のサンプル処理デバイス及び/又は前記第二のサンプル処理デバイスによる前記1以上の流体チャネルの少なくとも1つの加圧及び/又は減圧を含む、請求項28に記載の方法。
- 前記第一のサンプル処理デバイスがサンプル調製デバイスを含む、請求項27に記載の方法。
- 前記第二のサンプル処理デバイスがアッセイ処理デバイスを含む、請求項27に記載の方法。
- 未調製サンプルを処理するための方法であって、前記方法は:
可動式バルブ体によって流体相互連絡された複数の処理チャンバーを含むサンプル処理カートリッジをカートリッジレシーバーで受けること;
前記未調製サンプルを調製サンプルに処理するための電子的命令を、前記カートリッジレシーバーに通信可能に結合された前記カートリッジレシーバーとは別個のアッセイ処理デバイスから受けること;
前記未調製サンプルを前記調製サンプルに処理するために、
カートリッジインターフェイスユニットを動かして前記可動式バルブ体を動かし、前記複数のサンプル処理チャンバー間の流体相互連絡を変更することと、
圧力インターフェイスユニットに圧力を適用して、前記可動式バルブ体の位置に応じて、前記複数の処理チャンバー間で流体を移動させることと、
を含むサンプル調製方法を行うこと;及び
前記サンプル処理カートリッジから前記カートリッジレシーバーの外部に伸びるのに充分な長さ伸び、前記アッセイ処理デバイスと流体インターフェイス接続している伸長した流体ブリッジ中へ前記調製サンプルを流体移動させて、前記調製サンプルを前記アッセイ処理デバイスに提供すること
を含む方法。 - 第一のサンプル処理デバイス;
前記第一のサンプル処理デバイスとは別個の第二のサンプル処理デバイス;及び
前記第一のサンプル処理デバイスと前記第二のサンプル処理デバイスとの間に結合された場合に前記第一及び第二のサンプル処理デバイス間での流体サンプルの輸送を促進するように、前記第一及び第二のサンプル処理デバイスの各々と結合可能である流体ブリッジ、
前記流体ブリッジは伸長しており、前記第一のサンプル処理デバイスの外部に、そして前記第二のサンプル処理デバイスへと伸びるように充分な長さである流体ブリッジ、
を含むシステム。 - 前記第二のサンプル処理デバイスを含む複数のサンプル処理デバイスをさらに含み、前記第二のサンプル処理デバイスが前記複数のサンプル処理デバイスから選択可能であるように、前記流体ブリッジが前記サンプル処理デバイスのいずれとも流体結合するように構成されている、請求項33に記載のシステム。
- 前記複数のサンプル処理デバイスが、異なる種類のサンプル処理デバイスを含む、請求項34に記載のシステム。
- 前記流体ブリッジが:
サンプル調製チャンバーを含まない1以上の流体チャネルであって、前記1以上のチャネルは、前記流体ブリッジの第一の端部と前記第一の端部の反対側の第二の端部との間に伸びている、1以上の流体チャネル;
前記1以上の流体チャネルを、液密接合部で第一のサンプル処理デバイスと流体結合するように適合された前記第一の端部の1以上の液密継手、及び
前記流体ブリッジが前記第一及び第二のサンプル処理デバイスの各々と結合された場合に、前記第一及び第二のサンプル処理デバイスが前記1以上のチャネルを通して流体連結されるように、前記1以上のチャネルを第二のサンプル処理デバイスと流体結合するように適合された、前記流体ブリッジの前記第二の端部の1以上の液密継手
を含む請求項33に記載のシステム。
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