JP6907183B2 - サンプル分離および収集のための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、臨床診断ツールの分野に関する。

全血は、インビトロ診断研究において広く使用されている。血液試験は、臨床診断および薬物開発のための貴重な情報を提供することができる。しかしながら、大部分の血液は、赤血球およびその成分物質（血液細胞含有成分）が測定に干渉し得るため、血液血漿または血清を使用して分析される。したがって、全血からの血清または血漿の分離は、血液分析のための典型的調製ステップである。

従来、血清または血漿分離は、市販のベンチトップデバイスを使用して、遠心分離によって行われる。本プロセスは、労力を要し、かつ時間がかかり、小型診療現場デバイス内への遠心分離システムの統合は、困難かつサイズが限定される。故に、診療現場デバイスの中への統合を可能にする、他の分離技法が、開発中である。そのような技法は、電気浸透流、流体力学分離、音響力、誘電泳動、および粒子保持の原理に基づく。後者の分離原理は、通常、非対称膜に依拠し、赤血球がそのようなフィルタを通過しないように遮断する。血漿濾過は、有望な血漿分離方法であるが、克服すべき多くの短所または課題を有する。短所は、フィルタ／膜統合、目詰まり、膜からの血漿再収集、および生体分子の望ましくない濾過に関連する。さらに、濾過は、時間がかかり、高ヘマトクリット値を伴う血液は、希釈される必要がある。

電気浸透流および流体力学分離原理は、マイクロリットル範囲内の検体体積を伴うマイクロ流体デバイスのために使用される。しかしながら、そのような技法は、遠心分離ベースの技法より低い血漿分離効率を呈する。

遠心分離を介したサンプル分離のための方法、装置、およびシステムが、提示される。インビトロ診断デバイス内の遠心分離ベースの血漿分離の統合は、サイズ限定、統合問題、および低コスト加工に起因して、困難である。本明細書に提示される遠心分離デバイスは、小サンプル体積を使用して、全血からの血漿の効率的分離を可能にする。例えば、５００マイクロリットル未満のサンプル体積が、使用されることができる。他の実施例では、５００マイクロリットル〜１，０００マイクロリットルまたは１，０００マイクロリットル〜５，０００マイクロリットルのサンプル体積が、使用されることができる。

ある実施形態では、遠心分離デバイスは、筐体と、チャンバと、チャネルと、カバーとを含む。筐体は、第１のポートと、通気用開口部とを含み、筐体の中心を通して通過する軸を中心として回転するように設計される。チャンバは、筐体内に画定され、第１のポートに結合される。チャンバの第１の部分は、チャンバ内で第１の位置における第１の幅と第２の位置における第２の幅との間のテーパ状になる幅を有し、第１の幅は、第２の幅を上回る。チャネルは、チャンバの第２の位置に結合され、ガスがチャネルから通気用開口部に進行するための経路が存在するように配列される。カバーは、チャンバをシールする壁を提供する。

例示的方法が、説明される。本方法は、サンプルを第１のポートを介して遠心分離チャンバの中に設置するステップであって、遠心分離チャンバは、円筒形筐体内に画定される、ステップを含む。次に、第１のポートは、シールされ、入口を通して戻るサンプルの任意の漏出を防止する。遠心分離チャンバは、円筒形筐体の中心を通して通過する軸を中心として回転される。回転は、サンプルの分離をチャンバ内で生じさせ、サンプルの第１の部分は、円筒形筐体の円周に沿って延びる、チャンバの第１の部分の中に移動し、サンプルの第２の部分は、円筒形筐体の中心を通して通過する軸から半径方向に延びる、チャンバの第２の部分の中に移動する。本方法は、遠心分離チャンバの回転を停止させるステップと、サンプルの第２の部分を第２のポートを介して抽出するステップとが続く。

別の実施形態では、システムは、遠心分離デバイスと、アクチュエータと、抽出デバイスとを含む。遠心分離デバイスは、筐体と、チャンバと、チャネルと、カバーとを含む。筐体は、第１のポートと、通気用開口部とを含み、筐体の中心を通して通過する軸を中心として回転するように設計される。チャンバは、筐体内に画定され、第１のポートに結合される。チャンバの第１の部分は、チャンバ内で第１の位置における第１の幅と第２の位置における第２の幅との間のテーパ状になる幅を有し、第１の幅は、第２の幅を上回る。チャネルは、チャンバの第２の位置に結合され、ガスがチャネルから通気用開口部に進行するための経路が存在するように配列される。カバーは、第２のポートを有し、チャンバをシールする壁を提供する。アクチュエータは、筐体に結合され、軸を中心として筐体を回転させる。抽出デバイスは、カバーに結合され、チャンバ内のサンプルを第２のポートを通して抽出する。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
遠心分離デバイスであって、
第１のポートおよび通気用開口部を有する筐体であって、上記筐体は、上記筐体の中心を通して通過する軸を中心として回転するように構成される、筐体と、
上記筐体内に画定され、上記第１のポートに結合されるチャンバであって、上記チャンバの第１の部分は、上記チャンバ内で第１の位置における第１の幅と第２の位置における第２の幅との間のテーパ状になる幅を有し、上記第１の幅は、上記第２の幅を上回る、チャンバと、
上記チャンバの第２の位置に結合されたチャネルであって、ガスが上記チャネルから上記通気用開口部に進行するための経路が存在するように配列される、チャネルと、
第２のポートを有し、上記チャンバをシールするための壁を提供するように構成される、カバーと
を備える、遠心分離デバイス。
（項目２）
上記チャネルと上記通気用開口部との間に結合される、第２のチャンバをさらに備える、項目１に記載の遠心分離デバイス。
（項目３）
上記第２のポートは、１００〜５００マイクロメートルの直径を有する、項目１に記載の遠心分離デバイス。
（項目４）
上記第２のポートは、１５０〜３５０マイクロメートルの直径を有する、項目４に記載の遠心分離デバイス。
（項目５）
上記カバーは、抽出デバイスと結合するように構成される結合構造を含む、項目１に記載の遠心分離デバイス。
（項目６）
上記チャンバは、約２５０マイクロリットルの流体体積を含有する、項目１に記載の遠心分離デバイス。
（項目７）
上記筐体は、円筒形形状を有する、項目１に記載の遠心分離デバイス。
（項目８）
上記円筒形筐体の直径は、２０ｍｍ未満である、項目７に記載の遠心分離デバイス。
（項目９）
上記チャンバの第１の部分は、上記筐体の円周に沿って延び、上記チャンバの第２の部分は、上記筐体の中心を通して通過する軸から半径方向に延びる、項目７に記載の遠心分離デバイス。
（項目１０）
上記第２のポートは、実質的に上記チャンバの第２の部分の上方に位置付けられる、項目８に記載の遠心分離デバイス。
（項目１１）
上記チャンバの第２の部分は、５ミリメートル未満の水力直径を有する、項目８に記載の遠心分離デバイス。
（項目１２）
上記筐体は、ヒンジ付き部分を含み、上記ヒンジ付き部分は、揺動して開放し、上記第１のポートを暴露させるように構成される、項目１に記載の遠心分離デバイス。
（項目１３）
上記ヒンジ付き部分は、上記ヒンジ付き部分が閉鎖されると、上記第１のポートをシールするように構成される、隆起構造を含む、項目１２に記載の遠心分離デバイス。
（項目１４）
上記チャンバが最大レベルまで充填されたときを示すように構成される、サンプルインジケータをさらに備える、項目１に記載の遠心分離デバイス。
（項目１５）
上記チャネルと上記回転軸との間の最短距離は、上記チャンバの任意の点と上記回転軸との間の距離より短い、項目１に記載の遠心分離デバイス。
（項目１６）
方法であって、
サンプルを第１のポートを介して遠心分離チャンバの中に設置するステップであって、上記遠心分離チャンバは、円筒形筐体内に画定される、ステップと、
上記第１のポートをシールし、上記サンプルの漏出が入口を通して戻ることを防止するステップと、
上記遠心分離チャンバを上記円筒形筐体の中心を通して通過する軸を中心として回転させるステップと、
上記回転に起因して、上記サンプルを上記チャンバ内で分離するステップであって、上記サンプルの第１の部分は、上記円筒形筐体の円周に沿って延びる上記チャンバの第１の部分の中に移動し、上記サンプルの第２の部分は、上記円筒形筐体の中心を通して通過する軸から半径方向に延びる上記チャンバの第２の部分の中に移動する、ステップと、
上記サンプルの第２の部分を第２のポートを介して抽出するステップと
を含む、方法。
（項目１７）
上記第２のポートは、実質的に上記チャンバの第２の部分の上方に位置付けられる、項目１６に記載の方法。
（項目１８）
上記回転させるステップは、５，０００〜２０，０００ＲＰＭで上記遠心分離チャンバを回転させるステップを含む、項目１６に記載の方法。
（項目１９）
上記抽出するステップは、上記ポートに印加される圧力差を介して、上記サンプルの第２の部分を抽出するステップを含む、項目１６に記載の方法。
（項目２０）
上記遠心分離チャンバ内のガスを通気用ポートを通して通気するステップをさらに含む、項目１６に記載の方法。
（項目２１）
上記サンプルの第１の部分は、上記サンプルの第２の部分より高い密度を有する、項目１６に記載の方法。
（項目２２）
上記抽出するステップの前に、上記チャンバの回転を停止させるステップをさらに含む、項目１６に記載の方法。
（項目２３）
システムであって、
遠心分離デバイスであって、
第１のポートおよび通気用開口部を有する筐体であって、上記筐体は、上記筐体の中心を通して通過する軸を中心として回転するように構成される、筐体と、
上記筐体内に画定され、上記第１のポートに結合されるチャンバであって、上記チャンバの第１の部分は、上記チャンバ内で第１の位置における第１の幅と第２の位置における第２の幅との間のテーパ状になる幅を有し、上記第１の幅は、上記第２の幅を上回る、チャンバと、
上記チャンバの第２の位置に結合されたチャネルであって、ガスが上記チャネルから上記通気用開口部に進行するための経路が存在するように配列される、チャネルと、
第２のポートを有し、上記チャンバの壁を提供するように構成される、カバーと
を備える、遠心分離デバイスと、
上記筐体に結合され、上記筐体を上記軸を中心として回転させるように構成される、アクチュエータと、
上記カバーに結合され、上記チャンバ内のサンプルを上記第２のポートを通して抽出するように構成される、抽出デバイスと
を備える、システム。

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する、付随の図面は、本発明の実施形態を図示し、説明とともに、さらに、本発明の原理を説明し、当業者が、本発明を作製および使用することを可能にする役割を果たす。

図１は、ある実施形態による、試験カートリッジを図示する。 図２Ａ−２Ｄは、いくつかの実施形態による、遠心分離デバイスの３次元図を提供する。 図２Ａ−２Ｄは、いくつかの実施形態による、遠心分離デバイスの３次元図を提供する。 図２Ａ−２Ｄは、いくつかの実施形態による、遠心分離デバイスの３次元図を提供する。 図２Ａ−２Ｄは、いくつかの実施形態による、遠心分離デバイスの３次元図を提供する。 図３は、ある実施形態による、遠心分離デバイスの正面図を図示する。 図４Ａ−４Ｃは、いくつかの実施形態による、遠心分離デバイスのためのカバーの図を図示する。 図５は、ある実施形態による、遠心分離システムを図示する。 図６は、例示的方法を図示する。

本発明の実施形態が、付随の図面を参照して、説明されるであろう。

具体的構成および配列が論じられるが、これは、例証的目的のためだけに行なわれることを理解されたい。当業者は、他の構成および配列も、本発明の精神ならびに範囲から逸脱することなく、使用されることができることを認識するであろう。本発明はまた、種々の他の用途において採用されることができることも、当業者に明白となるであろう。

本明細書では、「一実施形態」、「ある実施形態」、「ある例示的実施形態」等の言及は、説明される実施形態が、特定の特徴、構造、または特性を含んでもよいが、全ての実施形態が必ずしも、特定の特徴、構造、または特性を含まなくてもよいことを示すことに留意されたい。また、そのような語句は、必ずしも同じ実施形態を指しているとは限らない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、実施形態に関連して説明されるが、明示的に説明されるかどうかにかかわらず、他の実施形態に関連して、そのような特徴、構造、または特性に影響を及ぼすことは、当業者の知識の範囲内であることが提示される。

本明細書に説明されるいくつかの実施形態は、５００μＬ未満、５００μＬ〜１，０００μＬ、または１，０００μＬ〜５，０００μＬの小サンプル体積を分離するために使用される、遠心分離デバイスに関する。遠心分離デバイスは、水平軸を中心として旋回するように、水平軸に沿って配向されてもよい。いくつかの実施形態では、遠心分離デバイスは、試験カートリッジ等のより大きい診断試験システムと統合されるように設計される。試験カートリッジは、そのような試験を行なうために必要な構成の全てを単一の使い捨てパッケージに統合する。試験カートリッジは、試験カートリッジ内で生じる反応に関連するデータを提供する、外部測定システムによって分析されるように構成されてもよい。ある実施形態では、試験カートリッジは、各試験チャンバを用いて光学検出を行うための透明窓を伴う複数の試験チャンバを含む。

図１は、ある実施形態による、例示的試験カートリッジシステム１００を図示する。試験カートリッジシステム１００は、種々の流体チャンバ、チャネル、およびリザーバを格納し得る、カートリッジ筐体１０２を含む。サンプルは、ある実施形態によると、サンプルポート１０４を介して、カートリッジ筐体１０２の中に導入されてもよい。サンプルポート１０４は、カートリッジ筐体１０２内で統合される、遠心分離チャンバの中への開口部であってもよい。例えば、血液サンプルが、サンプルポート１０４を介して、遠心分離デバイスの中に設置されてもよく、血漿が、分離されてもよい。その後、血漿は、遠心分離デバイスから抽出され、さらなる分析および試験のために、試験カートリッジシステム１００の他のチャンバの中に設置されてもよい。キャップ１０６が、サンプルがサンプルポート１０４の中に設置された後、サンプルポート１０４をシールするために使用されてもよい。キャップ１０６は、筐体１０２に接続され、下向きに揺動し、サンプルポート１０４をシールするように図示されるが、これは、実施例にすぎず、任意のキャップ設計が、当業者によって理解されるであろうように使用されることができる。

ある実施例では、サンプルポート１０４は、液体サンプルを受容するが、他のサンプルタイプも同様に、使用されてもよい。サンプルポート１０４はまた、サンプルをカートリッジ筐体１０２内のチャンバまたは流体チャネルの中に注射するために、注射器の針を受容するように設計されてもよい。サンプルポート１０４はまた、ＶＡＣＵＴＡＩＮＥＲ（ＴＭ）ファミリのもの等の市販の血液収集デバイスと互換性があるように設計されてもよい。

試験カートリッジ１００はまた、カバー１０８によって保護される別のサンプル入口を含む。カバー１０８は、付加的サンプル入口へのアクセスを可能にするために可撤性である。本サンプル入口は、遠心分離される必要がないサンプルを導入するために使用されてもよい。

本明細書における説明は、遠心分離デバイスの設計および機能により焦点を当てるであろう。試験カートリッジシステム１００についてのさらなる詳細は、同時係属中の米国出願第１３／８３６，８４５号（本開示は参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に見出され得る。

図２Ａは、ある実施形態による、遠心分離デバイス２００の３次元レンダリングを図示する。遠心分離デバイス２００は、回転アーム２２０と結合される円筒形筐体２０２と、カバー２２２とを含む。筐体２０２は、円筒形として本明細書に説明されるが、当業者は、本明細書に説明されるものと同一機能性を維持する、他の形状が使用されてもよいことを認識するであろう。円筒形筐体２０２は、回転アーム２２０を通して、かつ円筒形筐体２０２の実質的に中心を通して通過する軸を中心として回転する。カバー２２２は、円筒形筐体２０２内の種々のチャンバおよびチャネルへのアクセスのために可撤性であって、円筒形筐体２０２に取り付けられると、シール壁を種々のチャンバおよびチャネルの上方に提供してもよい。別の実施形態では、カバー２２２は、円筒形筐体２０２に恒久的に固定され、円筒形筐体２０２の一体部分であってもよい。

ある実施形態によると、円筒形筐体２０２は、ヒンジ付き接続２１７の周囲で回転する、回転部分２１６を含む。回転部分２１６は、サンプルを遠心分離デバイス２００の中に設置するために、揺動して開放し、入力ポート２０４を露見させてもよい。サンプルは、注射器または任意の他の好適な流体移送機構を使用して、入口ポート２０４を通して設置されてもよい。回転部分２１６は、回転部分２１６が遮蔽されると入口ポート２０４の中に嵌合するように定寸される、隆起構造２１８を含んでもよい。隆起構造２１８は、入口ポート２０４を任意の漏出からシールし得る。隆起構造２１８は、例えば、入口ポート２０４の開口部をシールするためのポリマー先端を伴うガスケット設計を含んでもよい。

入口ポート２０４を通して設置される任意のサンプルは、遠心分離チャンバ２０６の中に進む。遠心分離チャンバ２０６は、図３を参照してより詳細に説明されるように、遠心分離の間、サンプルの分離を補助するように設計される、湾曲幾何学形状を含む。遠心分離チャンバ２０６の一端と結合されるのは、ある実施形態による、通気用チャネル２０８である。通気用チャネル２０８は、空気等のガスの遠心分離チャンバ２０６から通気用開口部２１２への妨害されない流動を提供する。遠心分離および分離されたサンプルの後続抽出の間、空気等のガスを通気用開口部２１２を通して通気する能力は、気泡の形成を低減させることに役立ち得る。

ある実施形態では、収集チャンバ２１０が、通気用チャネル２０８と通気用開口部２１２との間に結合される。収集チャンバ２１０は、サンプルが遠心分離チャンバ２０６を充填するにつれて、サンプルを通気用チャネル２０８を通して受容するために提供されてもよい。遠心分離プロセスは、サンプルが遠心分離チャンバ２０６充填しない、または実質的に充填しない場合、正しく機能しない場合がある。あまりに多くの空気が遠心分離チャンバ２０６内に閉じ込められる場合、気泡が、形成され得る。したがって、収集チャンバ２１０は、通気用開口部２１２から漏出し得る前に、サンプルを収集する安全ガードとして作用し得る。

ある実施形態では、円筒形筐体２０２は、遠心分離チャンバ２０６がサンプルで満杯またはほぼ満杯となると、それをユーザに示すように設計される、サンプルインジケータ２１４を含む。例えば、サンプルインジケータ２１４は、遠心分離チャンバ２０６が満杯になると、特定の色に変わってもよい。サンプルインジケータ２１４は、透明または半透明になって、ユーザが、サンプルが遠心分離チャンバ２０６を完全に充填したとき、それを知覚することを可能にしてもよい。

カバー２２２が、円筒形筐体２０２の片側にわたって設置され、その中に画定されたチャンバのうちの１つまたはそれを上回るものをシールしてもよい。ある実施形態によると、カバー２２２は、結合構造２２４を含み、抽出デバイスとの接続を可能にする。結合構造２２４の基部は、遠心分離チャンバ２０６内で分離されたサンプルを抽出するためのポート（本図には図示せず）を含む。抽出デバイスは、図１を参照して前述された注射器または試験カートリッジの一部であってもよい。

図２Ｂは、ある実施形態による、円筒形筐体２０２の回転部分２１６が閉鎖された状態における、遠心分離デバイス２００を図示する。円筒形筐体２０２は、軸２２６を中心として回転し、その中に設置されるサンプルを遠心分離させる。回転部分２１６は、回転して遮蔽された後、スナップ機構２２８を使用して、回転部分２１６を定位置に維持してもよい。スナップ機構２２８は、物理的噛合を２つの構造間に含んでもよい、または磁石を含み、回転部分２１６を遮蔽されたまま保ってもよい。

図２Ｃは、遠心分離デバイス２００と併用され得る、種々の構成要素の拡大図を図示する。ある実施形態では、回転アーム２２０は、ブッシング２３０ａおよび２３０ｂを介して安定化されてもよく、これは、順に、構造２３０に接続される。構造２３０は、回転アーム２２０のための支持および安定化を提供する、任意の構造であってもよい。回転アーム２２０の一端は、ある実施形態によると、遠心分離デバイス２００に接続される一方、他端は、結合要素２３２に接続される。結合要素２３２は、直接、アクチュエータと接続し、回転アーム２２０を駆動するために使用されてもよい。

図２Ｄは、別の実施形態による、遠心分離デバイス２００の例証を提供する。構造２３０は、明確にするために本図では示されない。カバー２２２は、異なる結合構造２３４を伴って図示される。結合構造２３４は、サンプルを遠心分離デバイス２００からポート（図示せず）を介してカバー２２２を通して抽出するとき、流体シールするために使用される、ガスケットリングまたは任意の他の構造であってもよい。他の結合構造設計も、当業者により理解されるであろう。

図３は、ある実施形態による、遠心分離デバイス２００の正面図を図示する。回転軸２２６は、デバイスの実質的に中心を通して通過するように図示される。遠心分離チャンバ２０６の幾何学形状が、本図においてより容易に観察され得る。ある実施形態によると、遠心分離チャンバ２０６は、２つの区分、すなわち、回転軸２２６と垂直に配向され、半径方向に離れるように延びる、収集面積３０２と、円筒形筐体２０２の円周の周囲に延びる、後部面積３０４とを含む。収集面積３０２は、収集面積３０２内で分離されたサンプルの蓄積を補助するために、収集面積３０２の中心面積から収集面積３０２の境界壁に向かって、壁３０３の増加された傾斜を含んでもよい。後部面積３０４は、ある実施形態によると、収集面積３０２から離れるように湾曲し、通気用チャネル２０８と結合する減少幅および端部とを伴う。後部面積３０４の湾曲形状は、収集面積３０２および後部面積３０４の体積を最大限にしながら、遠心分離デバイス２００の全体的直径を可能な限り小さく保つことを促進し得る。別の実施形態では、後部面積３０４は、湾曲されないが、収集面積３０２から離れるように直線に延びる。

デバイス２００の回転の間、相対的遠心分離力（ＲＣＦ）が、効力を生じる。回転の中心と共線では、ＲＣＦは、ゼロであって、回転軸と垂直では、ＲＣＦは、以下の値によって増加する。

式中、ｇは、地球の重力加速であって、ｒは、回転半径であって、ωは、単位時間あたりのラジアン単位の角速度である。ＲＣＦは、ｒが増加し、高密度を伴う粒子がより低い密度を伴う粒子より大きい力で加速されるときに増加する。したがって、経時的に、回転の間、サンプルは、２つの相に分離され、すなわち、より密度の高い相は、後部面積３０４の中に分離する一方、あまり高密度ではない相は、収集面積３０２の中に分離する。全血サンプルを使用する実施例では、血液血漿は、収集面積３０２の中に分離する一方、残りの赤血球および任意の汚染物質は、後部面積３０４の中に分離される。

後部面積３０４の変化する幅は、回転の間、あまり高密度ではない材料を収集面積３０２の中に排出することを補助するように設計される。後部面積３０４の場所「Ａ」における幅は、後部面積３０４の場所「Ｂ」における幅より大きくあってもよく、幅は、場所「Ａ」と「Ｂ」の間でテーパ状になる。幅がその最低点までテーパ状になる場所「Ｂ」またはその近傍において、後部面積３０４は、ある実施形態によると、通気用チャネル２０８に結合する。通気用チャネルは、回転軸２２６から通気用チャネル２０８までの最短距離が遠心分離チャンバ２０６内の任意の点から回転軸２２６までより短いように、円筒形筐体２０２の中心に向かって配索される。本設計は、遠心分離の間、サンプルの安定位置を確実にすることに役立ち、気泡が通気用開口部２１２から遠心分離チャンバ２０６の中に進入することを防止するように受動的に機能する。

遠心分離チャンバ２０６は、５００μＬ未満、４００μＬ未満、または３００μＬ未満の体積を有してもよい。一実施例では、遠心分離チャンバ２０６は、全血の２５０μＬサンプルを保持する。約３分にわたって５，０００〜２０，０００ＲＰＭにおける遠心分離後、約６０〜７０μＬから約１００〜１５０μＬの血漿が、収集面積３０２の中に分離されてもよい。遠心分離は、例えば、１０，０００ＲＰＭにおいて行われてもよい。

遠心分離後または所与の時間期間が経過後の遠心分離の間、サンプルは、収集面積３０２内のあまり高密度ではない相および後部面積３０４内のより高密度相に分離された。本時点で、別個の相の抽出が、出口ポート（示されないが、図４Ａ−４Ｃを参照して本明細書に説明される）を介して行われてもよい。遠心分離チャンバ２０６の水力直径は、毛細管力が分離された相を遠心分離チャンバ２０６からの各サンプル相の抽出の間に混合することを防止するように設計されてもよい。例えば、既存の２つの分離された相間の界面層は、抽出プロセスの間、気泡によって中断されないままであるべきである。上記に与えられる遠心分離チャンバ２０６の例示的寸法に基づいて、遠心分離チャンバ２０６の水力直径は、抽出の間の相の分離を維持するために、約５または６ミリメートル未満であってもよい。

図４Ａおよび４Ｂは、カバー２２２の例示的寸法を図示する。図４Ａは、カバー２２２の正面図を図示し、結合構造２３４の基部を通る出口ポート４０２を示す。カバー２２２は、図示されるように、１５ｍｍの直径等、２０ｍｍ未満の直径を有してもよい。同様に、円筒形筐体２０２は、カバー２２２と実質的に同一直径を有してもよい。結合構造２３４は、図示されるように、２．５ｍｍの直径等、５ｍｍ未満の直径を有してもよい。出口ポート４０２は、約２００マイクロメートルの直径を伴って図示されるが、本直径は、１００〜５００マイクロメートルの範囲内の任意の直径であってもよい。別の実施例では、出口ポート４０２の直径は、１５０〜３５０マイクロメートルの範囲内である。出口ポート４０２の直径は、遠心分離チャンバ２０６の中へのサンプルの導入または遠心分離デバイスの回転のいずれかの間、液体サンプルが出口ポート４０２から漏出し得ないことを確実にするために十分に小さい、任意の直径であってもよい。一実施形態では、出口ポート４０２の断面の面積は、通気用チャネル２０８の断面の面積の１／４未満である。

ある実施形態によると、サンプル抽出プロセスの間、サンプルは、遠心分離チャンバ２０６から出口ポート４０２を通して引き出され、空気が、遠心分離チャンバ２０６の中に通気用チャネル２０８を通して進入する。本動作の間、後部面積３０４の増加された断面は、気泡が収集面積３０３の中に流動し、液体を収集面積３０３内で変位させることを防止することに役立つ。

図４Ｂは、カバー２２２の厚さを通して延びる出口ポート４０２もまた示す、カバー２２２の側面図を図示する。カバー２２２が円筒形筐体２０２にわたって設置されると、出口ポート４０２は、ある実施形態によると、遠心分離チャンバ２０６の収集面積３０２にわたって整合される。回転が停止した後または遠心分離デバイスが依然として回転している間、収集面積３０２内の分離されたサンプルが、出口ポート４０２を通して抽出されてもよい。結合構造２３４は、印加される圧力差を介して、出口ポート４０２を通してサンプルを抽出するために使用される別の構造と漏出防止シールを形成するために使用されてもよい。

図４Ｃは、別の実施形態による、異なる結合構造２２４を含む、カバー２２２の側面図を図示する。抽出デバイスは、結合構造２２４に物理的に結合され、印加される圧力差を介して、サンプルを抽出してもよい。

図５は、アクチュエータ５０２に結合される遠心分離デバイス２００を含む、例示的システム５００を図示する。アクチュエータ５０２は、数千ＲＰＭの高速で遠心分離デバイス２００を回転させる、任意のタイプのモータ（誘導モータ、ステッパモータ等）であってもよい。また、システム５００に図示されるのは、抽出デバイス５０４である。ある実施形態では、抽出デバイス５０４はまた、結合構造２３４と抽出デバイス５０４との間の実質的に漏出防止シールを形成するために使用される、構造５０６を含む。構造５０６は、遠心分離デバイス２００上の任意のタイプの結合構造と結合するように設計されてもよいことに留意されたい。一実施形態では、抽出デバイス５０４は、図１を参照して説明されるもののような試験カートリッジシステムの一部である、移動可能な移送チャンバを含む。

図６は、ある実施形態による、遠心分離デバイスを使用して、サンプルを分離するための方法６００を図示する、フローチャートである。方法６００に示されるステップは、包括的ではなく、他のステップが、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、同様に行われてもよいことを理解されたい。方法６００のステップの多くは、例えば、遠心分離デバイス２００によって行われてもよい。

ブロック６０２では、サンプルが、第１のポート（例えば、入口ポート）を介して、チャンバの中に設置される。サンプルは、赤血球および他の粒子を含む、血液サンプル等の変動密度成分と、あまり高密度ではない血漿との混合物であってもよい。サンプルは、注射器または別のより統合された流体送達システム（例えば、マイクロ流体チャネル）を介して、入口の中に設置されてもよい。入口は、ある実施形態によると、円筒形筐体内に画定される遠心分離チャンバの中につながる。

ブロック６０４では、入口が、シールされ、遠心分離の間、サンプルの漏出を防止する。入口のシールは、入口ポートがプラグされるように、遠心分離デバイスの別の部品をスナップ遮蔽することによって行われてもよい。任意の他の周知のシール機構が、使用されてもよい。

ブロック６０６では、チャンバが、円筒形筐体の中心を通して通過する軸を中心として回転され、チャンバ内のサンプルを遠心分離させる。一実施例では、チャンバは、約５，０００〜２０，０００ＲＰＭの速度で回転される。１つの特定の実施例では、チャンバは、１０，０００ＲＰＭの速度で回転される。チャンバは、例えば、図３に図示されるように、遠心分離デバイスの外側縁の周囲でカールするように設計されてもよい。本幾何学形状は、密度に基づいて、サンプルをチャンバの異なる区分の中に分離することを補助する。

ブロック６０８では、サンプルが、回転の間、チャンバ内で印加される遠心分離力に基づいて分離される。前述のように、チャンバの幾何学形状はまた、サンプルのより密度の高い材料をチャンバの第１の区分内に、あまり高密度ではない材料をチャンバの第２の区分内に保つことに役立つ。ある実施形態では、チャンバの第１の区分は、円筒形筐体の円周に沿って延びる一方、チャンバの第２の区分は、円筒形筐体の中心を通して通過する回転軸から半径方向外向きに延びる。

ブロック６１０では、チャンバの回転は、停止される。一実施例では、１０，０００ＲＰＭにおけるチャンバの回転は、約３分後に停止する。急停止はまた、チャンバの第２の区分内に収集するあまり高密度ではない材料から離れるように、より高密度材料をチャンバの第１の区分内に収集させる。

ブロック６１２では、サンプルのあまり高密度ではない部分は、第２のポート（例えば、出口ポート）を介して抽出される。出口ポートは、出口ポートを通した抽出が遠心分離に続いてあまり高密度ではない材料のみをチャンバの第２の区分から抽出するように、チャンバの第２の区分の実質的に上方に位置付けられてもよい。抽出は、出口ポートに印加される印加された圧力差（例えば、真空圧力）に起因して生じてもよい。注射器もまた、遠心分離に続いてあまり高密度ではない材料を抽出するために使用されてもよい。

ある実施形態によると、方法６００は、サンプルを抽出するためにチャンバの回転を停止させずに行われる（すなわち、ブロック６１０をスキップする）。出口ポートは、回転軸にわたって実質的に心合されてもよい。

他のステップが、方法６００の一部に加えて行われてもよい。例えば、遠心分離デバイスが試験カートリッジの中に統合される場合、いくつかのステップは、遠心分離デバイスを流体結合機構から係脱し、遠心分離デバイスが自由に回転することを可能にすることを伴ってもよい。遠心分離デバイスは、次いで、遠心分離に続いて、試験カートリッジ内の流体結合機構に再接続され、サンプルを抽出してもよい。

具体的実施形態の先述の説明は、本発明の一般概念から逸脱することなく、必要以上の検査を伴わずに、当技術分野内の知識を適用することによって、他者がそのような具体的実施形態を容易に修正し、および／または種々の用途のために適合させることができるという、本発明の一般的性質を十分に明らかにするであろう。したがって、そのような適合および修正は、本明細書で提示される教示および指導に基づいて、開示された実施形態の同等物の意味および範囲内であることを目的としている。本明細書の用語または表現が、教示および指導を踏まえて当業者によって解釈されるものであるように、本明細書の表現または用語は、限定ではなく説明の目的のためであることを理解されたい。

本発明の実施形態は、規定された機能およびその関係の実装を図示する、機能的構築ブロックを用いて前述された。これらの機能的構築ブロックの境界は、本明細書では、説明の便宜上、任意に定義されたものである。規定された機能およびその関係が適切に行われる限り、代替境界も、定義されることができる。

概要および要約の項は、本発明者によって想定されるような本発明の全例示的実施形態ではないが、そのうちの１つまたはそれを上回るものを記載し得、したがって、本発明および添付の請求項をいかようにも限定することを意図するものではない。

本発明の範疇および範囲は、上記の例示的実施形態のうちのいずれによっても限定されるべきではないが、以下の請求項およびそれらの同等物のみに従って定義されるべきである。

Claims (22)

1. 遠心分離デバイスであって、
   第１のポートおよび通気用開口部を有する筐体であって、前記筐体は、前記筐体の中心を通して通過する軸を中心として回転するように構成され、前記筐体は、
   前記第１のポートに結合されるチャンバであって、前記チャンバの第１の部分は、前記チャンバ内で第１の位置における第１の幅と第２の位置における第２の幅との間のテーパ状になる幅を有し、前記第１の幅は、前記第２の幅を上回る、チャンバと、
   前記チャンバの第２の位置に結合されたチャネルであって、ガスが前記チャネルから前記通気用開口部に進行するための経路が存在するように配列される、チャネルと
   を備える、筐体と、
   第２のポートを有し、前記チャンバをシールするための壁を提供するように構成される、カバーと
   を備える、遠心分離デバイス。
2. 前記チャネルと前記通気用開口部との間に結合される、第２のチャンバをさらに備える、請求項１に記載の遠心分離デバイス。
3. 前記第２のポートは、１００〜５００マイクロメートルの直径を有する、請求項１に記載の遠心分離デバイス。
4. 前記第２のポートは、１５０〜３５０マイクロメートルの直径を有する、請求項１に記載の遠心分離デバイス。
5. 前記カバーは、抽出デバイスと結合するように構成される結合構造を含む、請求項１に記載の遠心分離デバイス。
6. 前記チャンバは、２５０マイクロリットルの流体体積を含有する、請求項１に記載の遠心分離デバイス。
7. 前記筐体は、円筒形形状を有する、請求項１に記載の遠心分離デバイス。
8. 前記円筒形筐体の直径は、２０ｍｍ未満である、請求項７に記載の遠心分離デバイス。
9. 前記チャンバの第１の部分は、前記筐体の円周に沿って延び、前記チャンバの第２の部分は、前記筐体の中心を通して通過する軸から半径方向に延びる、請求項７に記載の遠心分離デバイス。
10. 前記第２のポートは、実質的に前記チャンバの第２の部分の上方に位置付けられる、請求項９に記載の遠心分離デバイス。
11. 前記チャンバは、５ミリメートル未満の水力直径を有する、請求項８に記載の遠心分離デバイス。
12. 前記筐体は、ヒンジ付き部分を含み、前記ヒンジ付き部分は、揺動して開放し、前記第１のポートを暴露させるように構成される、請求項１に記載の遠心分離デバイス。
13. 前記ヒンジ付き部分は、前記ヒンジ付き部分が閉鎖されると、前記第１のポートをシールするように構成される、隆起構造を含む、請求項１２に記載の遠心分離デバイス。
14. 前記チャンバが最大レベルまで充填されたときを示すように構成される、サンプルインジケータをさらに備える、請求項１に記載の遠心分離デバイス。
15. 前記チャネルと、前記筐体の中心を通して通過する軸との間の最短距離は、前記チャンバの任意の点と前記筐体の中心を通して通過する軸との間の距離より短い、請求項１に記載の遠心分離デバイス。
16. 方法であって、
    サンプルを第１のポートを介して遠心分離チャンバの中に設置するステップであって、前記遠心分離チャンバは、円筒形筐体内に画定される、ステップと、
    前記第１のポートをシールし、前記サンプルの漏出が入口を通して戻ることを防止するステップと、
    前記遠心分離チャンバを前記円筒形筐体の中心を通して通過する軸を中心として回転させるステップと、
    前記回転に起因して、前記サンプルを前記チャンバ内で分離するステップであって、前記サンプルの第１の部分は、前記円筒形筐体の円周に沿って延びる前記チャンバの第１の部分の中に移動し、前記チャンバの前記第１の部分は、それが前記円筒形筐体の前記円周に沿って延びるにつれてテーパ状になる幅を有し、前記サンプルの第２の部分は、前記円筒形筐体の中心を通して通過する軸から半径方向に延びる前記チャンバの第２の部分の中に移動する、ステップと、
    前記遠心分離チャンバ内のガスを前記筐体のチャネルを通して通気用開口部に通気するステップであって、前記筐体の前記チャネルは、前記チャンバおよび前記通気用開口部に結合されている、ステップと、
    前記サンプルの第２の部分を第２のポートを介して抽出するステップと
    を含む、方法。
17. 前記第２のポートは、実質的に前記チャンバの第２の部分の上方に位置付けられる、請求項１６に記載の方法。
18. 前記回転させるステップは、５，０００〜２０，０００ＲＰＭで前記遠心分離チャンバを回転させるステップを含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記抽出するステップは、前記第２のポートに印加される圧力差を介して、前記サンプルの第２の部分を抽出するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
20. 前記サンプルの第１の部分は、前記サンプルの第２の部分より高い密度を有する、請求項１６に記載の方法。
21. 前記抽出するステップの前に、前記チャンバの回転を停止させるステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
22. システムであって、
    第１のポートおよび通気用開口部を有する筐体であって、前記筐体は、前記筐体の中心を通して通過する軸を中心として回転するように構成される、筐体と、
    前記第１のポートに結合されるチャンバであって、前記チャンバの第１の部分は、前記チャンバ内で第１の位置における第１の幅と第２の位置における第２の幅との間のテーパ状になる幅を有し、前記第１の幅は、前記第２の幅を上回る、チャンバと、
    前記チャンバの第２の位置に結合されたチャネルであって、ガスが前記チャネルから前記通気用開口部に進行するための経路が存在するように配列される、チャネルと、
    第２のポートを有し、前記チャンバの壁を提供するように構成される、カバーと
    を備える遠心分離デバイスと、
    前記遠心分離デバイスの前記筐体に結合されたアクチュエータであって、前記遠心分離デバイスの前記軸を中心として前記筐体を回転させるように構成される、アクチュエータと、
    前記遠心分離デバイスの前記カバーに結合され、前記遠心分離デバイスの前記チャンバ内のサンプルを前記遠心分離デバイスの前記第２のポートを通して抽出するように構成される、抽出デバイスと
    を備える、システム。

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