JP6917889B2 - 全血などの流体サンプルの迅速分子定量化のためのカプセル - Google Patents

Description

本発明は、流体サンプルの直接取扱いおよび測定に特に効果的な、カプセルに関する。

ポイントオブケア医療体外診断（ＩＶＤ）試験は、医療現場で生体サンプルを用いてその通常の環境外で実行される診断試験と定義される。適用例としては、流体サンプル溶液中における生体分子の存在の定量化が挙げられる。現在のポイントオブケアＩＶＤ試験の大部分は、医療用途を目的としている。本発明の範囲では、患者の流体サンプルを取り扱い、処理し、また、溶液中における生体分子の存在を定量化するためにナノ流体バイオセンサに移動させるために、カプセルシステムが使用される。

ナノ流体バイオセンサは、ナノメートルサイズのコンファインメント（confinements）および／または横方向アパーチャを備えた流体システムと定義される。

特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４などのいくつかの特許出願は、生体分子相互作用を検出するための横方向アパーチャを備えたナノ流体バイオセンサを開示している。それらはまた、光学系を用いたそれらの使用、培養時間を減少させる方法、および記載したバイオセンサの感度を向上する方法を開示している。

特定の生体分子を検出する現在の慣行は：（ａ）標識あり技術、および（ｂ）標識なし技術、という２つのカテゴリに分けることができる。

標識あり技術では、蛍光、比色、放射能、リン光、生物発光、および化学発光が広く使用されている。官能化磁気ビーズも、標識付け技術と見なすことができる。標識あり技術の利点は、標識なしの方法と比べた場合の感度、および特定の標識付けによる分子認識である。

標識なし技術では、迅速および安価であるという利点を有する、電流測定、容量、電導度、またはインピーダンス測定センサを指す、電気化学バイオセンサが広く使用されている。それらは、生体分子が電極上またはその付近で捕捉もしくは不動化されたときの、電極構造の電気的性質の変化を測定するが、これらすべての概念には、分子特有のコントラスト、感度、および信頼性が含まれていない。

酵素結合免疫吸着検定法（ＥＬＩＳＡ）は、血清中における可溶性生体分子の存在を検出するために主に使用される重要な生化学技術であり、そのため、医薬および様々な業界における品質管理検査で、診断ツールとして広く使用されている。しかしながら、ＥＬＩＳＡ分析は高価であり、比較的多量の溶液を要し、時間がかかる。

生体分子診断に関する他の重要な技術は、ウェスタンブロットおよびノーザンブロット、タンパク質電気泳動法、ならびにポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）である。しかしながら、これらの方法は、高コントラスト化した検体を要し、高スループットのサンプル試験が不可能である。

スイス国特許出願ＣＨ０１８２４／０９ ＰＣＴ出願ＩＢ２０１０／０５０８６７ ＰＣＴ出願ＩＢ２０１２／０５０５２７ ＰＣＴ出願ＩＢ２０１３／０６０９３５

本発明の１つの目的は、迅速定量化診断試験の使用性を改善することである。

本発明のさらに別の目的は、測定前に流体から抽出しなければならない大きい構成成分を含有する流体サンプルを直接評価することである。

本発明のさらに別の目的は、カプセルの識別を向上することである。

本発明は、フィルタ、流体接続要素、および１つまたはそれ以上のバイオセンサの組み合わせによって、大きい構成成分を含有する全血または流体サンプルを直接使用して、遠心分離などの前処理工程を回避することが可能になるという発見に基づいている。

本発明はまた、識別モジュールをカプセル設計に組み入れることによって、カプセルがその内容物に関して読取り機システムに情報を与え、その結果、新たな試験の場合に系統的なソフトウェア更新が回避されるという意味で、堅牢なユーザ操作が可能になるという発見に基づいている。

フィルタ（１５０）および流体接続要素（１４０）で構成されるサブシステムは、繊維（紙製フィルタ）または多孔質材料で作られてもよい。

本明細書において、「ナノ流体バイオセンサ」という用語は、少なくとも１つの寸法が１０μｍ未満である１つまたはそれ以上のチャネルを含む、任意の流体システムとして理解しなければならない。

したがって、本発明は、特許請求の範囲で定義されるようなカプセルおよび使用に関する。

本発明のいくつかの非限定例を、以下の章で提示する。それらの例のいくつかについて例証する。

いくつかのナノ流体バイオセンサ１２０が挿入されるハウジング１１０で構成されるカプセルシステムを示す斜視分解組立図である。光透過性接着フィルム１３０がバイオセンサ１２０の下に配置される。流体システムが、流体移送システムとして作用する流体接続要素１４０、フィルタ１５０、およびカバー１６０によって閉止されている。識別モジュール１７０をカプセル構造１１０に挿入することができる。 カプセルシステムを示す斜視図である。ハウジング１１０は、外部支持体上に挿入することができる支持部材１１１と、カプセルを閉止するために折り畳むことができる閉止部材１１２とで構成される。カバー１６０は、サンプルをフィルタ１５０上に直接置くことができる主要アパーチャを含む。識別サブシステム１７０をカプセルに、例えば閉止部材１１２に挿入することができる。 ナノ流体バイオセンサ１２０、流体接続要素１４０、およびフィルタ１５０で構成された内部サブシステムを示す図である。隠れた構成要素を示すために図面の一部を破線で図示される。 ピペットシステム４００を用いて流体サンプル３００を充填しているカプセルシステム１００を示す図である。流体サンプル３００は、カバー１６０によって画成されたアパーチャ内でフィルタ１５０に直接置かれている。 閉止された、すなわち閉止部材１１２が支持部材１１１上に折り畳まれているカプセルシステムの上面図である。２つのサブシステム１１３および１１４を使用してカプセルを外部支持体に対して固定することができる。サブシステム１１３および１１４が異なる形状で設計されているとき、誤った位置決めが防止される。 閉止された、すなわち閉止部材１１２が支持部材１１１上に折り畳まれているカプセルシステムの下面図である。２つのサブシステム１１３および１１４を使用してカプセルを外部支持体に対して固定することができる。測定レーザー光が光透過性接着フィルム１３０を通して各バイオセンサにアクセスできるようにするために、ナノ流体バイオセンサ１２０が下面から見える。流体接続要素１４０も下面図から見える。 ナノ流体バイオセンサ１２１および１２２と、流体接続要素１４０と、フィルタ１５０とで構成され、それらがすべて、光透過性接着フィルム１３０と、サンプル流体３００をフィルタ１５０上に置くためのアパーチャを含むカバー１６０との間に挟まれているカプセルシステムの内部部材の横方向面図である。バイオセンサ１２１が流体接続要素の左側に位置するものに相当し、バイオセンサ１２２が流体接続要素の右側に位置するものに相当する。すべてのバイオセンサを、それらの入力横方向アパーチャが流体接続要素１４０と接触するようにして配向しなければならない。 ナノ流体バイオセンサ１２１および１２２と、流体接続要素１４０と、フィルタ１５０とで構成され、それらがすべて、光透過性接着フィルム１３０とカバー１６０との間に挟まれているカプセルシステムの内部部材の横方向面図である。サンプル流体３００が既にフィルタ１５０上に置かれ、吸収され、流体接続要素１４０に分散され、流体サンプルからの大きい構成成分がフィルタ１５０によって濾過される。 ナノ流体バイオセンサ１２１および１２２と、流体接続要素１４０と、フィルタ１５０とで構成され、それらがすべて、光透過性接着フィルム１３０とカバー１６０との間に挟まれているカプセルシステムの内部部材の横方向面図である。既にフィルタ１５０上に置かれたサンプル流体３００が、吸収され、濾過され、流体接続要素１４０に分散されており、流体接続要素１４０によって流体サンプルがナノ流体バイオセンサの横方向アパーチャへと方向付けられている（矢印は典型的な流体流を表している）。 外部支持体２００上に挿入されたカプセルシステム１００の斜視図である。ナノ流体バイオセンサに下側からアクセスするために、レーザー光５１０を使用する光学測定ユニット５００を使用することができる。

本明細書で使用するとき、「流体サンプル」という用語は、例えば（ただし非限定的に）、抗体またはサイトカイン、ペプチド、核酸、脂質分子、多糖類、およびウィルスなど、タンパク質を含有する液体を含む、一般的用語であるものとする。

本明細書で使用するとき、「ナノ流体バイオセンサ」という用語は、少なくとも１つの寸法が１０μｍ未満である少なくとも１つの明確な内部チャネルを含む、微細加工されたセンサを意味する、一般的用語であるものとする。

本明細書で使用するとき、「カプセル」という用語は、例えば（ただし非限定的に）、ナノ流体バイオセンサおよび他のすべての構成要素を結合させて維持する構造を含む、一般的用語であるものとする。カプセルは、カプセルを閉止するために折り畳まれてもよい上側部材を有してもよい。

本明細書で使用するとき、「カバー」という用語は、例えば（ただし非限定的に）、流体サンプルが置かれるアパーチャを画成するカプセルシステムの部材を含む、一般的用語であるものとする。

本明細書で使用するとき、「流体接続要素」という用語は、例えば（ただし非限定的に）、液体およびサンプル流体を吸収する材料であって、材料と接触することができるナノ流体バイオセンサに液体およびサンプル流体を分散する材料を含む、一般的用語であるものとする。

本明細書で使用するとき、「フィルタ」という用語は、例えば（ただし非限定的に）、大型分子を抽出し、小型分子を含有する液体を流体接続要素に分散するために、液体およびサンプル流体を機械的に濾過する材料を含む、一般的用語であるものとする。

本明細書で使用するとき、「識別モジュール」という用語は、例えば（ただし非限定的に）、測定ユニットがカプセルまたはナノ流体バイオセンサの内容物を識別することを可能にするシステムを含む、一般的用語であるものとする。例えば、ＲＦＩＤタグ、またはカプセルハウジング１１０に印刷された単純なバーコードであることができる。

本発明は、特定の分子相互作用を定量化するために、流体サンプルを収集し、準備し、それをナノ流体バイオセンサ内に分散するプロセスを単純化することを目的とする。図１ａおよび図１ｂに示されるように、本発明において説明するカプセルシステムは、複数のナノ流体バイオセンサ１２０のうち１つがその上に配置される、ハウジング１１０で構成される。光学測定ユニットが分子相互作用の検出に使用される場合、光透過性接着フィルム１３０がハウジング１１０の底部に配置されてもよい。流体接続要素１４０は、各バイオセンサ１２０の入口または入力アパーチャが流体接続要素１４０と接触するようにして配置される。フィルタ１５０は、フィルタ１５０を通り抜ける流体サンプルからの小型分子が、流体接続要素１４０によって吸収され分散されるようにするために、流体接続要素１４０上に直接配置される。バイオセンサ１２０、流体接続要素１４０、およびフィルタ１５０を定位置で保持するために、１つまたはそれ以上のアパーチャを含むカバー１６０がカプセルシステムに追加されてもよい。最後に、識別モジュール１７０をカプセルシステムに追加して、識別および構成情報を読取り機に通信できるようにすることができる。図１ｂで強調されているように、カプセルハウジングは、外部支持体上に固定することができる支持部材１１１と、カプセルを閉止するために折り畳むことができる閉止部材１１２とで構成してもよい。

図２は、１つまたはそれ以上のバイオセンサ１２０で構成され、それらの入口またはそれらの入力アパーチャが流体接続要素１４０と接触するようにして位置する、カプセルシステムの内部部材の斜視図を示している。前記流体接続要素１４０は、フィルタ１５０が流体接続要素１４０と接触するようにして位置する。破線の要素は、読者が隠れている要素を見ることができるように、透明であることを意味している。

図３は、ピペット４００が流体サンプル３００を、直接カバー１６０のアパーチャ内でフィルタ１５０上に置くことができるように、アパーチャを有するカバー１６０を備える、カプセルシステム１００の使用原理を示している。カプセルシステム１００は、図４ａおよび図４ｂに示されるように、閉止部材を折り畳むことによって閉止してもよい。

図４ａは、閉止されたカプセルシステムの斜視上面図である。図３で強調されているように、カプセルハウジングは、閉止部材１１２を支持部材１１１上に折り畳むことによって閉止してもよい。１つまたはそれ以上のサブシステム１１３および１１４は、カプセルシステムを外部支持体上で固定するか、または位置決めするために使用してもよい。サブシステム１１３および１１４が異なる形状で設計されているとき、誤った位置決めを防止することができる。

図４ｂは、カプセルシステムを外部支持体上で固定するか、または位置決めするために使用してもよい、１つまたはそれ以上のサブシステム１１３および１１４をやはり含む、同じ閉止されたカプセルシステムを反対側から見た斜視図（下面図）である。測定レーザー光が各バイオセンサにアクセスできるようにするために、ナノ流体バイオセンサ１２０は光透過性接着フィルム１３０を通して見える。バイオセンサに次いで、流体接続要素１４０も光透過性接着フィルム１３０を通して見える。

図５ａ、５ｂ、および５ｃは、内部カプセルシステムの横方向面を示している。図２で説明したように、カプセルは、入口または入力アパーチャが流体接続要素１４０と接触し、それがフィルタ１５０と接触し、すべての要素が光透過性接着フィルム１３０とカバー１６０との間に挟まれるようにして位置する、バイオセンサ１２１および１２２で構成されている。カバー１６０は、流体サンプル３００をフィルタ１５０上に直接置くことができる、アパーチャで構成されている。図５ａは、流体サンプル３００をカプセルシステム内に置く直前の状況を表している。図５ｂは、流体サンプル３００を置いた直後の、フィルタ１５０が構成成分のサイズによって流体サンプルを機械的に濾過している状況を示している。大きい構成成分は表面に残り、より小さい構成成分はフィルタ１５０を通して移動させられる。図５ｃは、フィルタ１５０に保持された大きい構成成分を除く流体サンプル３００が、流体接続要素１４０を通して各バイオセンサの入口または入力アパーチャへと送られている状況を示している。

図６は、ディスクであってもよく、または別の形状を有してもよい外部支持体２００上に、クリップ留めされるかまたは配置された、カプセルシステム１００の斜視図を示している。ナノ流体バイオセンサに下側からアクセスするために、レーザー光５１０を使用する光学測定ユニット５００を使用してもよい。ナノ流体バイオセンサが電気的検出技術に基づいている場合、電気測定システムも使用してもよい。

本発明によれば、カプセルシステムは、他の不動化された生体分子と相互作用する、または相互作用しない生体分子の検出、計数、識別、および特性決定を改善する、使用性および全血濾過における大幅な改善を提供する。本発明の用途は、生物医学、生体、または食品分析、ならびに分析および生体分析における基礎的研究を包含することができる。

Claims (8)

1. 流体経路を含むハウジング（１１０）を備える、迅速分子定量化のためのカプセル（１００）であって、
   カバー（１６０）と、フィルタ（１５０）と、流体接続要素（１４０）と、複数のナノ流体バイオセンサ（１２０）からなる要素が、流体経路に沿って連続的に配置され、
   該カバー（１６０）は、測定する流体サンプル（３００）を置くことを可能にするアパーチャを有し、
   該ナノ流体バイオセンサ（１２０）は、入口アパーチャが該流体接続要素（１４０）と接触するようにして位置し、
   該カプセル（１００）は、該カプセル（１００）を閉止するように適用された折畳み可能な上側部材を有する、
   前記カプセル（１００）。
2. 前記フィルタ（１５０）は、前記流体接続要素（１４０）と接触しており、前記フィルタ（１５０）を横切る流体サンプル（３００）の大きい構成成分を保持するように寸法決めされる、請求項１に記載のカプセル（１００）。
3. ハウジング（１１０）は識別モジュール（１７０）を含む、請求項１または２に記載のカプセル（１００）。
4. 前記カバー（１６０）は、ピペットシステム（４００）を使用して流体サンプル（３００）をカプセル（１００）内に置くことを可能にする、複数のアパーチャを備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載のカプセル（１００）。
5. 前記カプセル（１００）は、バイオセンサ内での光学測定を妨げることなくバイオセンサを該カプセル（１００）内部で維持するために、光透過性接着フィルムを有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のカプセル（１００）。
6. 前記フィルタ（１５０）および前記流体接続要素（１４０）は、繊維凝集体、シリコン
   内の微細加工したマイクロポアもしくはナノポア、プラスチック、またはガラス材料を含むがそれらに限定されない、多孔質材料で作られる、請求項１〜５のいずれか１項に記載のカプセル（１００）。
7. ハウジング（１１０）は、１ｍｍから２００ｍｍの長さ、幅、および高さを有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のカプセル（１００）。
8. 請求項１〜７のいずれか１項で定義したカプセル（１００）の使用であって：
   ａ）前記アパーチャを通して流体サンプルを導入する工程と、
   ｂ）前記流体サンプルを濾過する工程と、
   ｃ）前記流体接続要素を通して前記流体サンプルを流し、前記バイオセンサに到達させる工程と、
   ｄ）前記バイオセンサの内容物を読み取る工程とを含む前記使用。

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