JP7007799B2 - 毛管構造を備える血液採取装置 - Google Patents

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Description

本発明は、生物学的試料用の分析試験装置に関し、詳細には、血液試料の測定を実施するための回転可能なカートリッジの設計および使用に関する。
医療分析の分野においては、2種類の分析システム、すなわち、湿式分析システムおよび乾式化学分析システムが公知である。基本的に「湿式試薬」(液体試薬)を用いて動作する湿式分析システムは、たとえば、試料および試薬を試薬容器内に提供し、試料および試薬を試薬容器において混合し、所望の分析に関する結果(分析結果)を提供するために測定変数の特性に関して混合物を測定および分析するなど、多数の要求されるステップを介して分析を実施する。このようなステップはしばしば、参加要素の様々な動作を可能にする、技術的に複雑かつ大きな、ライン操作される分析機器を用いて実施される。この種の分析システムは、典型的には大きな医療分析検査室において用いられる。
一方で、乾式化学分析システムは、典型的にはテストエレメントに一体化されて、たとえば「テストストリップ」として実施される「乾式試薬」を用いて動作する。これらの乾式化学分析システムが用いられる場合、液体試料は、テストエレメントの試薬を溶解させ、試料および溶解した試薬の反応は、測定変数に変化をもたらし、これはテストエレメント自体で測定され得る。とりわけ、光学的に分析可能な(特に、比色分析の)分析システムがこの種において典型的であり、この場合測定変数は、変色または他の光学的に測定可能な変数である。電子化学的システムもこの種において典型的であり、この場合、電気的な測定変数の特性、詳細には所定の電圧印加時の電流が、測定領域に設けられる電極を用いてテストエレメントの測定領域において測定され得る。
乾式化学分析システムの分析機器は通常小型であり、持ち運び可能でバッテリ駆動のものもある。システムは、たとえば、研修医による病院の病室、および、患者自身による医療分析パラメータの監視(詳細には、糖尿病患者による血中グルコース分析やワルファリン服用患者による凝固状態分析)中のいわゆる「家庭での監視」において、分散型分析(ポイントオブケア検査ともいう)のために用いられる。
湿式分析システムにおいては、高性能の分析機器がより複雑な多段階の反応シーケンス(「試験プロトコル」)の実施を可能にする。たとえば、免疫化学分析はしばしば、多段階の反応シーケンスを要し、この場合、「結合/遊離分離」(以下、「b/f分離」)、すなわち、結合相および遊離相の分離が必要である。ある試験プロトコルによれば、たとえば、試料は最初に、分析物のために表面上に固定化される特定の結合試薬と接触させられてもよい。これはたとえば、このような固定化試薬を表面に備えるビーズと試料を混合することによって、または、固定化試薬の被膜を備える表面上を、もしくは固定化試薬の被膜を備える多孔質基材を通って試料を搬送することによって達成され得る。続いて、結合分析物をマークし、その検出を可能にするために、マーキング試薬が同様の方法でこの表面に接触させられてもよい。より正確な分析を達成するために、後続の洗浄ステップがしばしば実施され、この場合、未結合のマーキング試薬は、少なくとも部分的に取り除かれる。多数の分析物を判定するための多くの試験プロトコルが公知であり、これらは多数の方法で異なるが、複数の反応ステップを有する複雑な操作を要し、特に、場合によってはb/f分離も必要であるという特徴を共有している。
テストストリップおよび同様の分析エレメントは、通常、制御された多段階の反応シーケンスを可能にしない。テストストリップと同様のテストエレメントが公知であり、これは乾燥形態で試薬を供給することに加えて、全血からの赤血球の分離といったさらなる機能を可能にする。しかしながら、これらは通常、個別の反応ステップの時間シーケンスの正確な制御は可能にしない。湿式化学検査室システムはこれらの能力を提供するが、大きすぎたり、費用がかかりすぎたり、多くの用途にとっては操作が複雑すぎたりする。
これらのギャップを埋めるために、少なくとも1つの外部から(すなわち、テストエレメントそのものの外部のエレメントを用いて)制御される液体搬送ステップが生じるように組み入れられるテストエレメント(「制御可能なテストエレメント」)を用いて動作する分析システムが提案されている。外部からの制御は、圧力差の適用(過圧または低圧)や、力の作用の変化(たとえば、テストエレメントの姿勢変更や加速力による、重力の作用方向の変更)に基づき得る。外部からの制御は、回転速度の関数として、回転するテストエレメントに作用する遠心力によって実施され得る。
制御可能なテストエレメントを有する分析システムは、公知であり、典型的には、寸法安定性のプラスチック材料を備えるハウジングと、ハウジングにより囲まれる試料分析チャネルとを有し、試料分析チャネルは、しばしば、一連の複数のチャネルセクションおよびチャンバを備え、チャンバは、その間にあるチャネルセクションと比較すると拡張されている。チャネルセクションおよびチャンバを有する試料分析チャネルの構造は、プラスチック部品の型取りによって定められる。この型取りは、射出成型技術またはホットスタンプにより生成され得る。しかしながら、近年では、リソグラフィ法によって生成される微細構造がより多く用いられている。
制御可能なテストエレメントを有する分析システムは、大型の検査室システムによってのみ実施できていた試験の小型化を可能にする。また、これらは、1つの試料からの同様の分析および/または異なる試料からの同一の分析の並行した処理のために、同一の構造を繰り返し適用することによって処理の並列化を可能にする。テストエレメントは、典型的には確立された製造方法を用いて製造でき、公知の分析方法を用いて測定および分析できるということもさらなる利点である。公知の方法および製品が、このようなテストエレメントの化学的および生化学的な構成要素に用いられ得る。
これらの利点にもかかわらず、改良に対してはさらなる需要がある。具体的には、制御可能なテストエレメントを用いて動作する分析システムは依然として大きすぎる。可能な限り最も小型の寸法は、意図される多くの用途にとって大きな実用的意義がある。
特許文献1には、分析物を検出するためのテストエレメント、およびテストエレメントを利用して分析物を検出するための方法が提供されることが記載されている。テストエレメントは、基本的に平らな円盤状であり、好ましくは、円盤状のテストエレメントの面に対して垂直な中心軸周りで回転され得る。テストエレメントは、液体試料を塗布するための試料塗布開口と、軸から離れた第1端部および軸に近い第2端部を有する、とりわけ多孔性の吸収性基材である毛管活性領域と、軸に近い領域から、軸から離れた毛管活性領域の第1端部まで延在する試料チャネルとを有する。
米国特許出願公開第2009/0191643号明細書
本発明は、独立請求項において方法および医療システムを提供する。実施形態は従属請求項においてもたらされる。
本明細書で用いられるカートリッジは、生物学的試料を処理済の生物学的試料へと処理するための任意のテストエレメントも包含する。カートリッジは、生物学的試料について測定を実施可能にする構造または構成要素を含んでもよい。典型的なカートリッジは、米国特許第8,114,351号明細書および特許文献1に規定および説明されるようなテストエレメントである。本明細書で用いられるカートリッジは、遠心マイクロ流体ディスクともいわれ、これは「ラボオンディスク」、ラボディスクまたはマイクロ流体CDとしても公知である。
本明細書で用いられる生物学的試料は、有機体から取得された試料から抽出、複製、再現または再生された化学製品を包含する。血液試料は生物学的試料の一例であり、全血または血液製剤のいずれかである。血漿は、処理済の生物学的試料と考えられ得る。
以下および請求項における血液試料および製品への言及は、生物学的試料を言及するように変更されてもよいことが理解される。
一態様において、本発明は、カートリッジおよび血液採取装置を用いて血液試料中の分析物の量を決定する方法を提供する。カートリッジは、回転軸周りで回転されるように動作可能である。
血液採取装置は取り付け面を備える。血液採取装置はさらに、血液試料を保持するための毛管構造を備える。毛管構造は湾曲部を備える。毛管構造の部分は直線であってもよいが、毛管構造の少なくとも一部は湾曲している。血液採取装置はさらに、血液試料を受け取るための毛管入口を備える。血液採取装置は、異なる試料源(たとえば、静脈または毛細血管)から試料を受け取るために、2つ以上の入口を含んでもよい。たとえば、毛管入口は、血液試料に接触させられるか血液試料に隣接して配置されてもよく、その後、毛管力が毛管入口を通して毛管構造内に血液試料を引き込んでもよい。
カートリッジは、取り付け面に取り付けられるための受け取り面を備える。カートリッジはさらに、血液採取装置から血液試料を受け取るためのカートリッジ注入口を備える。血液採取装置は、取り付け面が受け取り面に取り付けられると毛管入口がカートリッジ注入口と流体接続されるように構成される。たとえば、毛管入口は、カートリッジ注入口に、またはカートリッジ注入口内に配置され得る。別の例において、毛管入口は、カートリッジが回転されると血液試料がカートリッジ注入口に入るように配置されてもよい。たとえば、代替的には、血液採取装置は、取り付け面が受け取り面に取り付けられると毛管入口がカートリッジ注入口に、またはカートリッジ注入口の近くに配置されるように構成されるということもできる。
カートリッジはさらに、血液試料を処理済の試料へと処理するためのマイクロ流体構造を備える。マイクロ流体構造は、注入口に流体接続される。カートリッジはさらに、血液試料中の分析物の量を決定するために、処理済の試料の測定を可能にするための測定構造を備える。
方法は、血液試料を毛管入口内に配置することを含む。これは、血液試料を毛管入口に接触させて配置するものと解釈されてもよい。毛管力はその後、毛管入口を通して毛管構造内に血液試料を引き込んでもよい。方法はさらに、取り付け面を受け取り面に取り付けることを含む。方法はさらに、毛管構造からカートリッジ注入口まで血液試料を搬送するために、カートリッジを回転軸周りで回転させることを含む。たとえば、カートリッジおよび血液採取装置を回転軸の周りで回転させることにより生じる遠心力は、血液試料を毛管構造の外に出し、カートリッジ注入口内へと入れてもよい。方法はさらに、カートリッジ注入口からマイクロ流体構造内へ血液試料を搬送するために、カートリッジを回転軸周りで回転させることを含む。方法はさらに、マイクロ流体構造を用いて血液試料を処理済の試料へと処理するために、カートリッジの回転軸周りでの回転を制御することを含む。方法はさらに、処理済の試料を測定構造へと移送するために、カートリッジの回転を制御することを含む。方法はさらに、測定構造および測定システムを用いて分析物の量を測定することを含む。
測定構造は、異なる例においては異なる形態をとってもよい。たとえば、一例において測定構造は、処理済の試料のマーカーに付着する抗体を備えるクロマトグラフィーメンブレンであってもよい。分析物の量の測定を実施するためには、それゆえ蛍光マーカーが用いられてもよい。他の例において、処理済の試料は、光学的に透明な容器または領域に搬送されて、その後分光学的測定を受けてもよい。
この実施形態は、分析物の量の測定を実施するために、血液試料をカートリッジへ提供する効率的な手段を提供できることから有益である。
別の実施形態において、湾曲部は毛管または毛管チューブである。
別の実施形態において、湾曲部は毛管停止部である。
別の実施形態において、血液試料は全血である。
別の実施形態において、血液試料は血清である。
別の実施形態において、血液試料は血漿である。
別の実施形態において、試料は尿である。
別の実施形態において、マイクロ流体構造は、血液試料から血漿または血清を分離させるための血液分離チャンバを備える。特許文献1は、全血試料の血液細胞分画(主に赤血球)から血清または血漿を分離することができる回転ディスクのマイクロ流体構造を示す。
血液分離チャンバは、注入口に流体接続される。方法はさらに、カートリッジ注入口から血液分離チャンバ内へ血液試料を搬送するために、カートリッジを回転軸周りで回転させることを含む。方法はさらに、遠心分離によって血液試料から血漿を分離するために、カートリッジの回転軸周りでの回転を制御することを含む。マイクロ流体構造を用いて血液試料を処理済の試料へと処理するために、カートリッジの回転軸周りでの回転を制御するステップは、血漿が処理済の試料へと処理されるように実施される。
別の実施形態において、カートリッジは外面を備える。取り付け面の受け取り面への取り付けは、カートリッジ注入口を外面にシールする。たとえば、血液採取装置は、そのときに外面に配置されるか、外面にスナップされるキャップまたは他の物の形態であってもよい。血液が跳ねたりこぼれたりする可能性を減らすために、外面をシールすることが有益であり得る。
別の実施形態において、血液採取装置は第1のスナップエレメントを備える。カートリッジは、取り付け面を受け取り面にロックするために、第1のスナップエレメントと係合するように構成される第2のスナップエレメントを備える。これは、血液採取装置が一度カートリッジに取り付けられるとそこで固定されるので有益であり得る。これは、血液採取装置がでたらめに配置されたり、血液試料の一部がこぼれたりする可能性を減らし得る。付加的には、血液採取装置およびカートリッジは、同時に廃棄できる一体の構成要素を形成する。これはカートリッジのユーザが、両方の試料を同時に廃棄することをより単純にできる。スナップの使用も、カートリッジが二回使用されることを防ぐことができる。これはたとえば、分析物の量の測定結果を紛らわしくするおそれのある、血液試料のカートリッジへの二回の追加を防ぐことができる。
別の実施形態において、血液採取装置は、取り付け面を受け取り面に案内するように構成される可撓性エレメントを介してカートリッジに取り付けられる。たとえば、血液採取装置は、キャップ形状であってもよい。可撓性エレメントの使用は、血液採取装置の紛失や誤配置の可能性を減らすことを助けることができるので有益であり得る。
別の態様において、本発明は、血液採取装置を備える医療システムを提供する。血液採取装置は、カートリッジの受け取り面に取り付けられるための取り付け面を備える。血液採取装置は、血液試料を保持するための毛管構造をさらに備える。毛管構造は湾曲部を有する。血液採取装置は、血液試料を毛管構造内に受け取るための毛管入口をさらに備える。この実施形態は、カートリッジに取り付けることができ、コンパクトに血液をカートリッジに運ぶことができるユニットを提供するので有益であり得る。
別の実施形態において、毛管構造は、毛管構造が血液試料で充填されたときにそのことを示す視覚インジケータの少なくとも一部を形成する。視覚インジケータを毛管構造内に組み込むことは、測定が実施されるときに血液試料が充分な体積を有していることを確実にするのに役立ち得るので有用である場合がある。いくつかの例では、毛管構造自体が透明または開放していてもよく、これはオペレータまたはユーザが、血液試料の体積が、分析が実施されるのに充分な量であるかどうかを確認することを可能にする視覚検査の手段を提供できる。
別の実施形態において、血液採取装置は、回転軸周りで回転されると遠心力によって毛管を空にすることを可能にする流体配置を有する。
別の実施形態において、血液採取装置は、毛管構造に通気するためのベントを備える。たとえば、毛管構造は毛管入口を有し、対向するもしくは反対側の端部で、または他の部分で、毛管構造はベントを有してもよい。これは、遠心力が毛管構造から血液を流出させることを可能にし得る。
別の態様において、本発明は、カートリッジをさらに備える医療システムを提供する。カートリッジは、回転軸の周りで回転されるように動作可能である。カートリッジは受け取り面を備える。カートリッジは、血液採取装置から血液試料を受け取るためのカートリッジ注入口をさらに備える。血液採取装置は、取り付け面が受け取り面に取り付けられると、毛管入口がカートリッジ注入口に配置されるように構成される。カートリッジは、血液試料を処理済の試料へと処理するために、マイクロ流体構造をさらに備える。マイクロ流体構造は、注入口に流体接続される。カートリッジは、血液試料中の分析物の量を決定するために、処理済の試料の測定を可能にする測定構造をさらに備える。この実施形態は、カートリッジおよび血液採取装置が測定のために適切な量または投与量の血液を投与する手段を提供することから有益であり得る。
別の実施形態において、カートリッジは外面を備える。取り付け面の受け取り面への取り付けは、たとえば、カートリッジ注入口を外面にシールし得る。
別の実施形態において、マイクロ流体構造は、血液試料から血漿を分離させるための血液分離チャンバを備える。血液分離チャンバは、注入口に流体接続される。この実施形態は、全血試料から血漿を取り出す手段を提供できるので有益であり得る。
別の実施形態において、血液採取装置は第1のスナップエレメントを備える。
別の実施形態において、カートリッジは、取り付け面を受け取り面にロックするために、第1のスナップエレメントと係合するように構成される第2のスナップエレメントを備える。
別の実施形態において、毛管構造は硬質プラスチックから形成される。毛管入口は、毛管構造に垂直である。毛管入口は、取り付け面を越えて延在する。血液採取装置は、指把持部を備える。この実施形態は、毛管構造をカートリッジ内に挿入する効率的な手段を提供できるので有益であり得る。
別の実施形態において、第1のスナップエレメントは取り付け面を越えて延びる。
別の実施形態において、血液採取装置は、回転中にカートリッジの均衡が保たれるように、カートリッジの中心領域にスナップする。これは、カートリッジが回転軸の周りでより速い回転速度で回転される場合に有益であり得る。
別の実施形態において、毛管入口は、血液採取装置が中心領域にスナップされているときには回転軸から外れている。これは、毛管構造の外に血液を遠心分離することを容易にできる。
別の実施形態において、血液採取装置は、取り付け面を受け取り面に案内するように構成される可撓性エレメントを介してカートリッジに取り付けられる。これは、取り付け面が受け取り面と適切に嵌合するように血液採取装置を位置合わせするのに有益であり得る。
別の実施形態において、血液採取装置は露出面を備える。毛管構造は、開放チャネルとして露出面に形成される。毛管入口は、開放チャネルが露出面に合流する(meet)場所に形成される。
開放チャネルは、接続された外側チャネルを備える。チャネルは中心領域をさらに備える。チャネルは、スポークチャネルをさらに備える。スポークチャネルは、接続された外側チャネルに中心領域を接続する。接続された外側チャネルは、スポークチャネル用の毛管停止部を形成する。この実施形態は、小型で容易に視覚的に検査される血液採取装置を提供できるので有益であり得る。
いくつかの実施形態において、接続された外側チャネルは円形である。接続された外側チャネルは一部であってもよい。毛管停止部は、それゆえ毛管構造の一部を形成してもよい。
別の実施形態において、接続された外側チャネルとスポークチャネルとの間の境界は、鋭利な縁部を形成する。これは毛管停止部を形成するのに有益であり得る。
別の実施形態において、中心領域とスポークチャネルとの間の境界は丸みを帯びるか滑らかである。これは、中心領域からスポークチャネルへの血液の流れを補助し得る。
別の実施形態において、血液採取装置は、フォイル部を備える。血液採取装置は、成形部をさらに備える。成形部はプラスチックである。毛管構造および毛管入口は、成形部に形成される。湾曲部は平面に対して平行である。フォイル部は平面に対して平行である。フォイル部は毛管構造の壁を形成する。
熱成形されるという語は、たとえば、ブロー成形、深絞りまたはエンボス加工されることをいってもよい。
別の実施形態において、血液採取装置は、隆起した指把持部をさらに備える。隆起した指把持部は、熱成形部から形成される。毛管構造は、フォイル部から第1の距離まで延びる。隆起した指把持部は、フォイル部から第2の距離まで延びる。第2の距離は第1の距離よりも大きい。これは、血液採取装置の容易な把持を可能にし得る。
別の実施形態において、湾曲部は、隆起した指把持部を少なくとも部分的に取り囲む。これは、血液採取装置をより小型に作製するのに有用であり得る。
別の実施形態において、隆起した指把持部は、血液採取装置をカートリッジで位置合わせするために用いることができる。たとえば、カートリッジには、指把持部を受け取る凹部があってもよい。これに関して、これは、血液試料の採取中に血液採取装置を保持するため、および血液採取装置をカートリッジ内に配置またはロックするための両方に指把持部が有用であり得るために、有益であり得る。
別の実施形態において、取り付け面は平面に平行である。
別の実施形態において、毛管構造は平面に平行である。
別の実施形態において、医療システムは、カートリッジの回転軸周りでの回転を制御するためのカートリッジスピナをさらに備える。これは、回転が自動化されて実施され得るようにカートリッジを回転軸の周りで回転させるときに有益であり得る。
別の実施形態において、医療システムは、医療システムを制御するための機械が実行可能な命令をプロセッサに記憶するメモリを備える。機械が実行可能な命令の実行は、カートリッジスピナを制御することによって毛管構造の血液試料をカートリッジ注入口まで搬送するために、プロセッサに、カートリッジを回転軸周りで回転させる。機械が実行可能な命令の実行はさらに、カートリッジスピナを制御することによってカートリッジ注入口からマイクロ流体構造へ血液試料を搬送するために、プロセッサに、カートリッジを回転軸周りで回転させる。機械が実行可能な命令の実行はさらに、カートリッジスピナを制御することによってマイクロ流体構造を用いて血液試料を処理済の試料へと処理するために、プロセッサに、カートリッジの回転軸周りでの回転を制御させる。機械が実行可能な命令の実行はさらに、カートリッジスピナを制御することによって処理済の試料を測定構造へ移送するために、プロセッサに、カートリッジの回転を制御させる。機械が実行可能な命令の実行はさらに、プロセッサに、測定構造および測定システムを用いて分析物の量を測定させる。
別の実施形態において、機械が実行可能な命令の実行はさらに、カートリッジスピナを制御することによってカートリッジ注入口から血液分離チャンバ内へ血液試料を移送するために、プロセッサに、カートリッジを回転軸周りで回転させる。機械が実行可能な命令の実行はさらに、カートリッジスピナを制御することによって遠心分離により血液試料から血漿を分離させるために、プロセッサに、カートリッジの回転軸周りでの回転を制御させる。機械が実行可能な命令の実行はさらに、カートリッジスピナを制御することによってマイクロ流体構造を用いて血漿を処理済の試料へと処理するために、プロセッサに、カートリッジの回転軸周りでの回転を制御させる。
以下において、本発明の実施形態は、例示のみを目的として図面を参照することによってより詳細に説明される。
カートリッジの一部の正面図である。 図1のカートリッジの後面図である。 代替的なカートリッジの一部の正面図である。 血液採取装置の一例を示す図である。 血液を充填されたときの図4の血液採取装置を示す図である。 カートリッジと用いられる図4の血液採取装置を示す図である。 カートリッジと用いられる図4の血液採取装置をさらに示す図である。 血液採取装置のさらなる例を示す図である。 図8の血液採取装置をさらに示す図である。 図8の血液採取装置をさらに示す図である。 図8の血液採取装置の使用を示す図である。 血液採取装置のさらなる例を示す図である。 図12の血液採取装置をさらに示す図である。 図12の血液採取装置の使用を示す図である。 血液採取装置の一例を示す図である。 図15の血液採取装置を動作させる方法を示すフローチャートである。
これらの図面において同様の番号を付された要素は、同一の要素であるか、同一の機能を実施する。すでに記載した要素は、機能が同一である場合には、後の図面においては必ずしも説明されない。
カートリッジは、たとえば、カバーが取り付けられて、プラスチックから作製または形成されてもよい。マイクロ流体構造は、いくつかの例においては、成形されたプラスチック片およびカバーによって形成されてもよい。
図1は、外側のカバー面のないカートリッジ100の一部を示す。図1は、正面図であり、図2は後面または背面図である。カートリッジの受け取り面自体は図1および図2には示されていない。図1は、マイクロ流体構造111、111’に接続されるカートリッジ注入口108を示す。この例においてマイクロ流体構造111は、全血を血漿へと処理し、その後、次に測定構造134を横断して搬送される処理済の試料を生成するために用いられる。この例において測定構造は、クロマトグラフィーメンブレンである。クロマトグラフィーストリップ134を洗浄するための洗浄液の複数のアリコートを提供するために使用されてもよい付加的なマイクロ流体構造111’が存在する。図1および図2に示されるマイクロ流体構造111および測定構造130は例示的なものである。マイクロ流体構造111および測定構造130は、分析物について実施される測定の種類に応じて変更されてもよい。
図1は、カートリッジ100の正面図である。図2は、カートリッジ100の後ろ側の図である。カートリッジは、回転軸102の周りで回転するように構成される。カートリッジ100は、大部分は平坦であり、回転軸102に垂直な外縁部を有する。外縁部104は、特定の半径よりも小さく、大部分は円形形状である。図1および図2に示される実施形態においては、外縁部にはいくつかの任意の平坦部106も存在する。これらは、カートリッジ100を把持または保管するのを補助し得る。代替的な実施形態において、このような平坦部は存在せず、カートリッジの全体の外縁部は、その大部分が円形形状である。カートリッジ100は、たとえば、成形されたプラスチックで作製できる。図1に示される構造の表面上にはカバーが存在してもよい。カバーは、カートリッジ100内のマイクロ流体構造の表示を補助するために図示されていない。
カートリッジ100は、血液試料をカートリッジ100内へ加え、またはピペットで移すことができるカートリッジ注入口108を有するものとして示されている。カートリッジ注入口108は、たとえば、一定量の血液試料を保管するための保管チャンバ110を備えてもよい。保管チャンバ110は、ベント114を備える拡張チャンバ112を有するものとして示されている。様々なマイクロ流体構造が、拡張チャンバ112およびベント114を有するものとして示されてもよい。また、フェイルセーフインジケータ116が存在してもよく、これは、マイクロ流体構造が充分な量の流体または試料を受け取ったことを示すための、流体で充填されるマイクロ流体構造の領域である。これらは、たとえば、カートリッジ100の使用中に光学的に確認されてもよい。これらは、いくつかの場合においてはラベル付けされるが、本明細書においては説明しない。カートリッジ注入口108は、血液分離チャンバ118に流体接続されるものとして示される。血液分離チャンバ118は、血液試料中の微粒子の血液試料成分(血球)から血漿を分離するために用いられる。血液分離チャンバ118は、血液試料から血漿の過剰分を受けとるオーバーフローチャンバ120にも接続されているものとして示される。血液分離チャンバ118の機能は、以下により詳細に記載される。血液分離チャンバ118は、第1のバルブ構造122を介して処理チャンバ124に接続される。
この例において、第1のバルブ構造122はサイフォンである。しかしながら、機械的、磁気的または熱的に作動されるバルブなど、他の構造を含むことも可能である。処理チャンバ124は、乾燥試薬を保管するために用いることができるいくつかの表面126を含むものとして示される。他の例のおいては、血漿試料と混合できる一定量の液体または他の種類の試薬が存在してもよい。処理チャンバ124は、第2のバルブ構造128を介して測定構造130に接続されるものとして示される。この例において、第2のバルブ構造128はサイフォンである。第2のバルブ構造128は、第1のバルブ構造122が取り得る形態のいずれをも取り得る。この例において、処理チャンバ124は、単一のチャンバとして示されている。別の例において、処理チャンバ124は、血漿試料が異なる試薬によって連続して処理され得るように、いくつかのサブチャンバを備えてもよい。測定構造130は、クロマトグラフィーメンブレン134を含むものとして示され、クロマトグラフィーメンブレンの回転軸に近い方の端部は、廃棄されるフリースとして機能する付加的な吸収構造132と接触する。試薬およびクロマトグラフィーメンブレン134は、以下にさらに詳細に記載される。
試薬によって処理された後、血漿試料は、クロマトグラフィーメンブレン134をプライミングまたは洗浄するために洗浄バッファーが用いられる前および/または後に、クロマトグラフィーメンブレン134を横断して逃がされる(wicked)か、または搬送されてもよい。
図1および図2に示されるカートリッジ100は、多数の異なる任意の特徴部を組み込むカートリッジである。カートリッジ100の後ろ側には、流体チャンバ136が示されている。この例において、流体チャンバ136は、カートリッジ100の外側から開放され得るブリスターパックまたは可撓性の流体チャンバである。たとえば、ブリスターパックは、圧縮されて開放されてもよい。しかしながら、ブリスターパックを開放するためには他の機構または方法も用いられ得る。流体チャンバ136が圧縮されると、シールが破壊され、流体チャンバ136内の流体が流体ダクト138に入ることを可能にする。流体ダクト138はその後、計測構造140に流体を搬送する。
計測構造140は、洗浄バッファーが正確に測定された量で測定構造130に複数回供給されることを可能にする。計測構造140は、しかしながら、必要不可欠なものではない。洗浄バッファーが測定構造130に直接的に運ばれる例もあってもよい。他の例において、測定構造は、試験が実施される前に洗浄バッファーによりプライミングされない。136’と表示される構造は、代替的な流体チャンバである。流体チャンバ136’は、その外周面の周りのシールを破壊するために機械的に作動されてもよく、これにより流体は流体ダクト138’を介して計測構造140に入る。カートリッジ100は、別の任意の構造を含むものとしても示される。142と表示される構造は、試薬または緩衝液を測定構造130に手動で、またはディスペンサーのような外部のソースによって加えることができる手動の充填位置である。
計測構造140は、アリコートチャンバ144を含むものとして示される。アリコートチャンバ144は、流体チャンバ136または136’から流体を受け取る。アリコートチャンバ144は、接続ダクト148を介して計測チャンバ146に接続される。計測チャンバ146は、緩衝液を正確に計測し、計測された流体のアリコートを測定構造130に一回または複数回供給するために用いられる。計測チャンバ146は、流体エレメント150を介して測定構造130に接続される。この場合、流体エレメント150は、マイクロ流体ダクトまたはチャネルと、一定量の緩衝液を計測される間保持するためのチャンバとを含むものとして示される。計測構造140の機能およびいくつかの代替例は、後の図を参照して記載される。
図3は、代替的なカートリッジ300を示す。図3のカートリッジは、全血を血漿へと処理するためのマイクロ流体構造が存在しないこと以外は、図1のカートリッジと同様である。保管チャンバ110は、流体ダクト302を介して処理チャンバ124に直接的に接続される。カートリッジ300は、他の種類の血液試料を血清または血漿などの処理済の試料へと処理するために用いられてもよい。図3の例は代表的なものである。たとえば、所定量の流体が処理チャンバ内に入るように、保管チャンバ110と処理チャンバ124との間に計測チャンバが追加されてもよい。
図4は、血液採取装置400の一例を示す。血液採取装置は、取り付け面402と一致する露出面401を有する。取り付け面402の内側には、毛管構造404が埋め込まれている。毛管構造404は、湾曲部406を有する。中心には中心領域408がある。湾曲部406と一致する外側チャネル410が存在する。外側チャネル410は、毛管停止部を形成する。中心領域408を外側チャネル410に接続する5つのスポークチャネル412が示されている。スポークチャネル412が外側チャネル410に合流するところには、鋭利な縁部414が存在する。これらの鋭利な縁部および外側チャネル410は、血液試料を中心領域408およびスポークチャネル412内に留めておくために、毛管停止部を形成する。スポークチャネル412が中心領域408に合流するところには、丸みを帯びた縁部416が存在する。これは、全てのスポークチャネル412および中心領域408の充填を容易にする。血液採取装置400は、可撓性エレメント418に接続される。たとえば、可撓性エレメント418は、カートリッジのカバーに接続され得る。使用中、血液飛沫を伴う指の刺し傷は、おおよそ中心領域408の上に配置されてもよい。スポークチャネル412における毛管作用により、血液は毛管構造404内に引き込まれる。
図5は、血液が毛管構造を充填するために用いられた後の血液採取装置400を示す。図5において、中心領域408およびスポークチャネル412は、血液試料500で充填されている。毛管構造の血液500は、血液試料500が充分な量を有するときにそれを示すために、視覚インジケータ502を形成する。血液試料500は、中心領域408およびスポークチャネル412内に留まっていることがわかる。外側チャネル410は血液を含まず、毛管停止部として機能する。
図6は、図4および図5に示した血液採取装置400を備えるカートリッジ600の一例を示す。可撓性エレメント418が血液採取装置400をカートリッジ600に接続することがわかる。カートリッジ600は、たとえば、図1~3に示される内部のカートリッジ部分を用いてもよい。測定構造134は、ウィンドウを通して可視である。カートリッジ注入口108は、カートリッジ600の外面602に開口し、露出されたものとして示されている。実際の使用において、被検者は指の刺し傷を有し、その後血液の滴を血液採取装置400上に配置してもよい。図5に示されるように充分な血液が採取されたことが明らかになると、血液採取装置400は、容易にカートリッジ注入口108内に折り畳まれ得る。可撓性エレメント418は、完璧にシールするように血液採取装置400の通路を制御する。いくつかの例においてシールは気密であってもよく、他の例においてシールは気密でなくてもよい。しかしながら、血液採取装置400をカートリッジ注入口108上で閉鎖することにより、血液が跳ねることを防ぐのを補助できる。カートリッジ600のシールは、安全な廃棄をより好都合にもできる。
図7は、カートリッジ注入口108上に折り畳まれ閉鎖された後の血液採取装置400を示す。ここでは、カートリッジ注入口108が外面602からシールまたは隔離されていることがわかる。
図8、9および10は、血液採取装置800のさらなる例を示す。図8は、血液採取装置800の上部を示す斜視図を示す。図9は、血液採取装置800の下部を示す別の斜視図を示す。図10は、血液採取装置800の底面図を示す。血液採取装置800は、透明な成形プラスチックにより作製される。血液採取装置800は、人間が血液採取装置800を正確に保持することを可能にする指把持部802を備える小さなプラスチック片の形状である。毛管入口403は、下面803を越えて延びる管である。毛管入口403は、血液採取装置800の上部では湾曲した毛管である毛管構造404と接続する。毛管構造404は、大気に対して2つの接続部を有し、一方は毛管入口403、他方は同様に上部にあるベント804である。血液採取装置800は、カートリッジ内にスナップ(snap)されるように構成される。2つの第1のスナップエレメント806が存在する。これらのスナップエレメント806は、カートリッジの外面上のスロット内に嵌合してもよい。スロットは第2のスナップエレメントを形成する。血液採取装置800が表面にスナップされると、血液採取装置800はその後、道具を使わなければ取り外せなくなる。図10において、毛管構造404は、血液試料500で充填されているものとして示される。ベント804は、毛管停止部を形成し、これは毛管構造404を正確な量の血液試料で充填する。
図8、9および10に示される例に対して様々な変更が行われてもよい。図8、9および10において、毛管入口403は側方にあり、ベント804は血液採取装置800の中心に位置する。代替例では、毛管入口403およびベント804の位置が交換されてもよい。
図11は、図8、9および10に示される血液採取装置800を用いる方法を図示する。まずステップ1100において、血液採取装置800の毛管入口403は、指の刺し傷により生じた血液の滴1101と接触させられる。次にステップ1102において、血液採取装置800は、血液試料500が毛管構造全体を充填していることを確かめるために視覚的に検査される。次にステップ1104において、血液採取装置800は、カートリッジ1106上にスナップされる。カートリッジ1106’は、血液採取装置800が取り付けられた状態を示す。第1のスナップエレメント806は、この図においては見えないカートリッジ1106上の溝に入り込む。これにより、血液採取装置800は、カートリッジ1106’に取り外せないように取り付けられる。
図12および図13は、血液採取装置1200のさらなる例を示す。図12の血液採取装置1200は上面図を示す。図13の図は、斜視側面図を示す。血液採取装置1200は、2つの部分、すなわち、第1の成形部1202および第2の成形部1204から形成される。第1の成形部および/または第2の成形部は、フォイルから作製されてもよい。たとえば、第1の成形部は、熱成形されてもよいプラスチックフォイルから作製されてもよい。第2の成形部は、たとえば、金属またはマイラータイプのフォイルであってもよい。第2の成形部は、いくつかの例においてはフォイル部ともいう。図示される構造は、第1の成形部1202が成形されたプラスチックフォイル由来であるブリスターパックの包装と同様である。これは、後に後面がフォイル1204にシールされる陥凹部を成形部1202に作り出す。血液採取装置1200の中心には、血液採取装置1200の把持および保持を容易にする隆起した指把持部1206がある。第1の成形部1202内には毛管構造404がある。これは、実質的には、隆起した指把持部1206の周りを囲み、湾曲部406を有する毛管チューブである。毛管構造404は、毛管入口403およびベント804を有する。使用において、オペレータは、隆起した指把持部1206によって血液採取装置1200を保持し、毛管入口403を血液または血液製剤と接触させることができる。
図13は、血液500で充填された毛管構造404を示す。これは、血液試料が完全に採取されたときにそれを示すための視覚インジケータ502を形成する。
図14は、血液採取装置1200の使用を視覚的に示す。まず、血液採取装置1200の毛管入口は指の刺し傷の血液の滴1101と接触させられる。次にステップ1402において、血液500が毛管構造404を完全に充填しているかどうかを確認するために、血液採取装置1200は視覚的に検査される。ステップ1404において、血液採取装置1200はカートリッジ1406内に挿入される。カートリッジ1406は、たとえば、血液採取装置1200が配置され得る陥凹部または空間を有してもよい。
図15は、医療システム1500の一例を示す。医療システム1500は、カートリッジ100を受け取るように構成される。カートリッジ100を回転軸周りで回転させるために動作可能なカートリッジスピナ1502が存在する。カートリッジスピナ1502は、カートリッジの一部1508に付随する把持部1506に取り付けられるモータ1504を有する。カートリッジ100はさらに、測定または透明な構造1510を有するものとして示される。カートリッジ100は、測定構造1510が、たとえば分析物の量の光学的測定を実施できる光学測定システム1512の前になるように回転され得る。この図にはアクチュエータ1511も示されている。これは、カートリッジ100の流体貯蔵部を開放するために用いられ得る。また、カートリッジ上に機械的バルブまたはバルブエレメントが存在する場合にそれらを作動させるために、付加的なアクチュエータまたは機構があってもよい。血液採取装置1513は、カートリッジ100に取り付けられているものとして示される。
アクチュエータ1511、カートリッジスピナ1502および測定システム1512は、それら全てが制御装置1514のハードウェアインターフェース1516に接続されているものとして示される。制御装置1514は、ハードウェアインターフェース1516、電子記憶装置1520、電子メモリ1522およびネットワークインターフェース1524と通信するプロセッサ1518を含む。電子メモリ1522は、プロセッサ1518が医療システム1500の動作および機能を制御することを可能にする機械が実行可能な命令を有する。電子記憶装置1520は、プロセッサ1518によって命令1530が実行されて取得された測定結果1532を含むものとして示される。ネットワークインターフェース1524は、プロセッサ1518が、ネットワーク接続1526を介して検査室情報システム1528に測定結果1532を送信することを可能にする。
図16は、図15の医療システム1500を動作させる方法を示すフローチャートである。図16のフローチャートは、医療システム1500によって実施されるステップを示す。これらは、血液試料を毛管入口内に配置したり、取り付け面を受け取り面に取り付けたりといったユーザまたはオペレータによって実施されてもよいステップは含まない。
まずステップ1600において、毛管構造からカートリッジ注入口へ血液試料を搬送するために、カートリッジ100は回転軸周りで回転させられる。次にステップ1602において、カートリッジ注入口からマイクロ流体構造へ血液試料を搬送するために、カートリッジは回転軸周りで回転させられる。次にステップ1604において、マイクロ流体構造を用いて血液試料を処理済の試料へと処理するために、カートリッジの回転は回転軸周りで制御される。次にステップ1606において、カートリッジの回転は、処理済みの試料を測定構造へと移送するために制御される。最後にステップ1608において、分析物の量が測定構造1510および測定システム1512を用いて測定される。
100 カートリッジ
102 回転軸
104 円形の外縁部
106 平坦な外縁部
108 カートリッジ注入口
110 保管チャンバ
111 マイクロ流体構造
112 拡張チャンバ
112’ 拡張チャンバ
114 ベント
116 フェイルセーフインジケータ
118 血液分離チャンバ
120 オーバーフローチャンバ
122 第1のバルブ構造
124 処理チャンバ
126 試薬用の表面
128 第2のバルブ構造
130 測定構造
132 吸収構造
134 クロマトグラフィーメンブレン
136 流体チャンバ
136’ 流体チャンバ
138 流体ダクト
138’ 流体ダクト
140 計測構造
140’ 計測構造
142 手動の充填位置
144 アリコートチャンバ
146 計測チャンバ
148 接続ダクト
150 流体エレメント
300 カートリッジ
302 流体ダクト
400 血液採取装置
401 露出面
402 取り付け面
403 毛管入口
404 毛管構造
406 湾曲部
408 中心領域
410 外側チャネル(毛管停止部)
412 スポークチャネル
414 鋭利な縁部
416 丸みを帯びた縁部
418 可撓性エレメント
420 取り付け面
500 血液試料
502 視覚インジケータ
600 カートリッジ
602 外面
800 血液採取装置
802 指把持部
803 下面
804 ベント
806 第1のスナップエレメント
1100 毛管入口の指の刺し傷への接触
1101 血液の滴
1102 血液試料の視覚検査
1104 血液採取装置のカートリッジ上へのスナップ
1106 カートリッジ
1106’ 血液採取装置が取り付けられているカートリッジ
1200 血液採取装置
1202 第1の成形部
1204 第2のフォイル部
1206 隆起した指把持部
1400 毛管入口の指の刺し傷への接触
1402 血液試料の視覚検査
1404 血液採取装置のカートリッジ上へのスナップ
1406 カートリッジ
1500 医療システム
1502 カートリッジスピナ
1504 モータ
1506 把持部
1508 カートリッジの一部
1510 測定構造
1511 アクチュエータ
1512 光学測定システム
1513 血液採取装置
1514 制御装置
1516 ハードウェアインターフェース
1518 プロセッサ
1520 電子記憶装置
1522 電子メモリ
1524 ネットワークインターフェース
1526 ネットワーク接続
1528 検査室情報システム
1530 実行可能な命令
1532 測定結果
1600 毛管構造からカートリッジ入口へ血液試料を搬送するために、カートリッジを回転軸周りで回転
1602 カートリッジ入口からマイクロ流体構造へ血液試料を搬送するために、カートリッジを回転軸周りで回転
1604 マイクロ流体構造を用いて血液試料を処理済みの試料へと処理するために、カートリッジの回転軸周りでの回転を制御
1606 処理済みの試料を測定構造へ移送するために、カートリッジの回転を制御
1608 測定構造および測定システムを用いて分析物の量を測定

Claims (10)

  1. カートリッジ(100、300、600)および血液採取装置(400、800、1200、1513)を用いて血液試料(500)中の分析物の量を決定する方法であって、
    前記カートリッジは回転軸の周りで回転されるように動作可能であり、
    前記血液採取装置は、
    取り付け面(402)と、
    湾曲部(406)を備える、前記血液試料を保持するための毛管構造(404)と、
    前記血液試料を受け取るための毛管入口(403)と
    を備え、
    前記血液採取装置が、露出面(401)を備え、前記毛管構造が、開放チャネル(408、410、412)として前記露出面に形成され、前記毛管入口が、前記開放チャネルが前記露出面に合流する場所に形成され、前記開放チャネルは、中心領域(408)と、前記中心領域の外側に設けられた外側チャネル(410)と、前記中心領域から放射状に延び、前記中心領域と前記外側チャネルとを接続するスポークチャネル(412)とを備え、前記外側チャネルは、前記スポークチャネル用の毛管停止部を形成し、
    前記カートリッジは、
    前記取り付け面に取り付けられるための受け取り面と、
    前記血液採取装置から前記血液試料を受け取るためのカートリッジ注入口(108)であって、前記血液採取装置は、前記取り付け面が前記受け取り面に取り付けられると前記毛管入口がカートリッジ注入口と流体接続するように構成される、カートリッジ注入口(108)と、
    前記カートリッジ注入口に流体接続される、前記血液試料を処理済みの試料へと処理するためのマイクロ流体構造(111)と、
    前記血液試料中の前記分析物の量を決定するために、前記処理済みの試料の測定を可能にする測定構造(130)と
    を備え、
    前記方法は、
    前記血液試料を前記毛管入口内に配置すること(1100、1400)と、
    前記取り付け面を前記受け取り面に取り付けること(1104、1404)と、
    前記毛管構造から前記カートリッジ注入口へ前記血液試料を搬送するために、前記回転軸周りで前記カートリッジを回転させること(1600)と、
    前記カートリッジ注入口から前記マイクロ流体構造へ前記血液試料を搬送するために、前記回転軸周りで前記カートリッジを回転させること(1602)と、
    前記マイクロ流体構造を用いて前記血液試料を前記処理済みの試料へと処理するために、前記回転軸周りでの前記カートリッジの回転を制御すること(1604)と、
    前記処理済みの試料を前記測定構造へ移送するために、前記カートリッジの回転を制御すること(1606)と、
    前記測定構造および測定システムを用いて前記分析物の量を測定すること(1608)と
    を含む方法。
  2. 前記マイクロ流体構造が、前記血液試料から血漿または血清を分離するための血液分離チャンバ(118)を備え、前記血液分離チャンバが前記カートリッジ注入口に流体接続され、
    前記方法がさらに、
    前記カートリッジ注入口から前記血液分離チャンバ内へ前記血液試料を搬送するために、前記回転軸周りで前記カートリッジを回転させることと、
    遠心分離によって前記血液試料から血漿を分離するために、前記回転軸周りでの前記カートリッジの回転を制御することと
    を含み、
    前記マイクロ流体構造を用いて前記血液試料を前記処理済みの試料へと処理するために、前記回転軸周りでの前記カートリッジの回転を制御するステップが、前記血漿が前記処理済みの試料へと処理されるように実施される請求項1記載の方法。
  3. 前記血液採取装置が、前記取り付け面を前記受け取り面に案内するように構成される可撓性エレメントを介して前記カートリッジに取り付けられる請求項または記載の方法。
  4. 血液試料(500)を保管するための血液採取装置(400、800、1200、1513)を備える医療システム(1500)であって、前記血液採取装置が、
    カートリッジ(100、300、600)の受け取り面に取り付けられるための取り付け面(402)と、
    湾曲部(406)を備える、前記血液試料を保持するための毛管構造(404)と、
    前記血液試料を前記毛管構造内に受け取るための毛管入口(403)と
    を備え
    前記血液採取装置が、露出面(401)を備え、前記毛管構造が、開放チャネル(408、410、412)として前記露出面に形成され、前記毛管入口が、前記開放チャネルが前記露出面に合流する場所に形成され、前記開放チャネルは、中心領域(408)と、前記中心領域の外側に設けられた外側チャネル(410)と、前記中心領域から放射状に延び、前記中心領域と前記外側チャネルとを接続するスポークチャネル(412)とを備え、前記外側チャネルは、前記スポークチャネル用の毛管停止部を形成する医療システム(1500)。
  5. 前記毛管構造が、前記毛管構造が前記血液試料で充填されたときにそれを示すための視覚インジケータ(502)の少なくとも一部を形成する請求項記載の医療システム。
  6. 前記医療システムが、前記カートリッジをさらに備え、前記カートリッジが、回転軸(102)の周りで回転されるように動作可能であり、前記カートリッジが、
    前記受け取り面と、
    前記血液採取装置から前記血液試料を受け取るためのカートリッジ注入口(108)であって、前記血液採取装置は、前記取り付け面が前記受け取り面に取り付けられると前記毛管入口が前記カートリッジ注入口に配置されるように構成される、カートリッジ注入口(108)と、
    前記カートリッジ注入口に流体接続される、前記血液試料を処理済みの試料へと処理するためのマイクロ流体構造(111)と、
    前記血液試料中の分析物の量を決定するために、前記処理済みの試料の測定を可能にする測定構造(1300)と
    を備える請求項4または5記載の医療システム。
  7. 前記マイクロ流体構造が、前記血液試料から血漿を分離するための血液分離チャンバを備え、前記血液分離チャンバが、前記カートリッジ注入口に流体接続される請求項記載の医療システム。
  8. 前記血液採取装置が、前記取り付け面を前記受け取り面に案内するように構成される可撓性エレメント(418)を介して前記カートリッジに取り付けられる請求項4~7のいずれか1項に記載の医療システム。
  9. 前記医療システムが、回転軸周りでの前記カートリッジの回転を制御するためのカートリッジスピナ(1502)をさらに備える請求項6または7記載の医療システム。
  10. 前記医療システムが、機械が実行可能な命令(1530)を記憶するためのメモリ(1522)と、前記医療システムを制御するためのプロセッサ(1518)とを備え、前記機械が実行可能な命令の実行が、前記プロセッサに、
    前記カートリッジスピナを制御することによって前記毛管構造の前記血液試料をカートリッジ注入口まで搬送するために、前記カートリッジを前記回転軸周りで回転させ(1600)、
    前記カートリッジスピナを制御することによって前記カートリッジ注入口からマイクロ流体構造へ前記血液試料を搬送するために、前記カートリッジを前記回転軸周りで回転させ(1602)、
    前記カートリッジスピナを制御することによって前記マイクロ流体構造を用いて前記血液試料を処理済みの試料へと処理するために、前記カートリッジの前記回転軸周りでの回転を制御させ(1604)、
    前記カートリッジスピナを制御することによって前記処理済みの試料を測定構造へ移送するために、前記カートリッジの回転を制御させ(1606)、
    前記測定構造および測定システムを用いて分析物の量を測定させる(1608)
    請求項記載の医療システム。
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