JP7455827B2 - 高い再現性を提供するマイクロ流体サンプル調製デバイス - Google Patents

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Description

本発明は、取り扱われる液体の体積において高い再現性と高い精度とを有する、溶液、例えば、その分析のために生物学的溶液を調製するためのマイクロ流体デバイスに向けられている。
健康の分野、特に医学的分析の分野では、血液学的分析を実行するために、血液の形成要素（白血球、赤血球、および血小板）の希釈および／または処理が行われる。処理は、赤血球の溶解または特定の標識から構成され得る。
血液サンプルのこれらの処理操作は、例えば、希釈後の濃度を正確に知るために、取り扱われる体積において高い精度を必要とし、また高い再現性を必要とする。
さらに、マイクロ流体デバイスの製造コストを削減する必要がある。
現在の血液学オートマトンなどの、高い精度と高い再現性とを提供する、血液の分析のための血液の調製用のデバイスが存在する。これらは、大きいサイズのデバイスである。さらに、それらは、専門家によって使用され、技術者の介入を伴う定期的なメンテナンスを必要とし、それは、追加のコストを意味する。さらにこのメンテナンスは、無活動の期間を要する。その上、使用される液体（血液および試薬）の量は、多い可能性がある。
文書ＥＰ１１１１２８１は、流体ネットワークが構造化されたチップを備える生物学的分析デバイスについて説明している。バルブも作られている。回路は、液体の移動と混合とを確実にする推進ガス源に接続される。回路は、少なくとも２つのチャネルを備え、チャネルの各々は、液体の体積を測定するために使用され、両方のチャネルは、両方の液体がそれらの混合のために注入される共通コイルに接続される。一方では、空気による液体の移動は、空気と生物学的液体との界面の管理を必要とし、これは、扱いにくい可能性がある。他方では、２つの体積の液体は、充填され、次いで移動され、希釈の精度は、両方の液体をコイル内で混合するための両方の液体の移動に依存し、移動中、両方の液体のいずれかの一部の損失を引き起こす可能性がある濡れおよび脱濡れの問題が存在する可能性がある。
加えて、回路内の別の流体のいかなる存在も回避するために、エアパージが必要とされ、混合物中に気泡が現れ、測定値が歪む可能性がある。
ＥＰ１１１１２８１ ＦＲ３０６０７４６
したがって、本発明の目的は、全体のサイズが縮小された、少なくとも最先端のデバイスの精度および再現性ほどの精度および再現性を提供する、溶液を調製するためのマイクロ流体デバイスを提供することである。
溶液は、液体溶液または気体溶液であり得る。
溶液は、媒体中に分散した粒子または媒体中に可溶性の種を含む少なくとも１つの流体サンプルと、例えば、血液サンプルの場合に溶解を実行するか、または前記粒子を標識するために、例えば、希釈のため、またはサンプルの粒子に作用するために提供される流体試薬とから調製される。
粒子は、細胞、細胞断片、または微生物、微細藻類、もしくはそれらの断片であり得る。「粒子」という用語は、生物学的プロトコルにおいて一般的に実装される、マイクロビーズ、例えば、金属マイクロビーズ、ガラスマイクロビーズ、または有機マイクロビーズを指すこともできる。それは、液体媒体中に浸漬された不溶性液滴、例えば、水中油型エマルジョン中の脂肪滴を指すこともできる。したがって、「粒子」という用語は、検査中のサンプル中に最初に存在する内因性粒子と、分析前にサンプルに加えられる外因性粒子の両方を指す。可溶性の種は、イオン、分子（タンパク質、代謝物、ビタミン、ホルモン、補因子、薬物など）、または高分子集合体であり得る。
液体サンプルは、体液、例えば、限定はしないが、血液、血漿もしくは血清、尿、リンパ液、または脳脊髄液であり得る。例えば、血液サンプルの場合、粒子は、血液の形成要素である。
例えば、試薬は、
希釈の場合、緩衝食塩水、例えば、ＰＢＳまたは市販の希釈試薬、例えば、ＡＢＸ Ｄｉｌｕｅｎｔ、
溶解の場合、既知のＮＨ４Ｃｌ溶液、またはＷｈｉｔｅｄｉｆｆ（登録商標）などとして販売されている市販の試薬、
標識の場合、核酸標識について、試薬は、例えば、チアゾールオレンジ（ＡＢＸ Ｒｅｔｉｘ（登録商標）として販売されている試薬）であり得、標識は、染色と免疫標識とから構成され得る、
であり得る。
上記の目的は、例えば、サンプルを含むリザーバへの少なくとも１つの接続入口と、例えば、試薬を含むリザーバへの少なくとも１つの接続入口と、少なくとも１つの排出出口と、分析されるべき溶液のための少なくとも１つの収集出口と、所与の体積を有するサンプリングゾーンとを備えるマイクロ流体ネットワークを備える、その分析のために溶液を調製するためのマイクロ流体デバイスによって達成される。デバイスは、１つの調製チャンバから他の調製チャンバに循環する流体がサンプリングゾーン内を循環するように、サンプリングゾーンに接続され、サンプリングゾーンの両側に配置された少なくとも２つの調製チャンバも備える。デバイスは、回路の異なる部分における流体循環を制御することができる手段も備え、例えば、調製チャンバの少なくとも１つは、第１のゼロ体積と第２の所与の体積との間の可変体積を有するチャンバである。デバイスは、可変体積チャンバの体積を制御することによって、流体循環を制御するためのシステムおよび体積制御手段と協働するためのものである。
本発明により、サンプル部分の体積は、サンプリングゾーンによって画定され、次いで、可変体積調製チャンバに注入され、試薬の体積は、調製チャンバの体積が第２の所与の体積に達するまで調製チャンバを調整することによって画定される。したがって、希釈率は、サンプリングゾーンの体積と調製チャンバの体積とによって設定される。
さらに、調製チャンバの体積は、流体の注入と同時に増加するので、混合物中に気泡が現れるリスクは、低減される。有利には、調製チャンバの第１の体積は、ゼロである。したがって、パージは、必要ない。
両方の調製チャンバとは別に、混合物は、サンプリングゾーンを介して一方のチャンバから他方のチャンバに輸送され得、これは、一方では両方の流体の混合を改善し、他方ではサンプリングゾーン内に残っている可能性のある、ある量の第１の流体を収集することを可能にする。
この設計はさらに、サンプルを注入する前に調製チャンバのうちの１つを事前に充填することを非常に有利に可能にし、これは、血液の場合における混合を特に改善する。
非常に有利なことに、試薬供給入口は、調製チャンバのうちの１つの方向においてサンプリングゾーンの上流に配置される。したがって、試薬を調製チャンバに注入すると、これは、サンプリングゾーン内を循環し、サンプリングゾーン内に残っている可能性のあるサンプルのあり得る痕跡を少なくとも部分的に収集する。
言い換えれば、較正された体積を有する少なくとも１つのチャネルを充填することによってアリコートが取られ、それがチャンバに輸送され、その残りの体積は、較正された体積まで試薬で補充される。所望の溶液の総体積は、チャンバの較正された体積である。溶液の製造は、単純化され、輸送操作中の流体の損失のリスクを制限する。
したがって、本発明の１つの主題は、少なくとも１つの第１のサンプルと少なくとも１つの第１の試薬とから少なくとも１つの溶液を調製するためのデバイスであり、デバイスは、第１のサンプルのための少なくとも１つの第１の供給入口と、第１の試薬のための少なくとも１つの第２の供給入口と、少なくとも１つの排出出口と、分析されるべき溶液のための少なくとも１つの収集出口と、第１および第２の入口が接続された第１のサンプリングゾーンと、１つの調製チャンバから他の調製チャンバに循環するための流体が第１のサンプリングゾーン内を循環するように、第１のサンプリングゾーンに接続され、サンプリングゾーンの両側に配置された少なくとも第１および第２の調製チャンバとを備えるマイクロ流体ネットワークを備え、少なくとも第１の調製チャンバは、最小体積Ｖ０と少なくとも１つの較正された体積Ｖｃとの間の可変体積を有し、前記デバイスは、少なくとも第１および第２の入口、ならびに収集出口および排出出口において流体循環を可能にするかまたは遮断するための手段も備える。
有利には、第２の調製チャンバも、最小体積Ｖ０と少なくとも１つの較正された体積Ｖｃとの間の可変体積を有する。
特に有利な例示的な実施形態において、第１および／または第２の調製チャンバは、前記チャンバの体積が少なくともＶｃに等しくなるまで変形される超弾性材料の壁を備える。
好ましくは、第１の試薬を第１の調製チャンバに注入すると、第１の試薬がサンプリングゾーンを通過するように、第１の試薬のための第２の供給入口は、サンプリングゾーンに接続される。
追加の特徴によれば、デバイスは、第１の調製チャンバの入口において配置された、流体循環を可能にするかまたは遮断するための手段を備える。
追加の特徴によれば、デバイスは、第２の試薬のための少なくとも１つの追加の供給入口と、第２のサンプリングゾーンならびに第３および第４の調製チャンバであって、一方の調製チャンバから他方の調製チャンバに循環する流体が第２のサンプリングゾーン内を循環するように、第３および第４の調製チャンバが、サンプリングゾーンに接続され、第２のサンプリングゾーンの両側に配置され、少なくとも第３の調製チャンバが、最小体積Ｖ０’と少なくとも１つの較正された体積Ｖｃ’との間の可変体積を有し、第１のサンプリングゾーンに充填すると、第２のサンプリングゾーンが充填されるように、第２のサンプリングゾーンが、第１のサンプルのための第１の供給入口に接続された、第２のサンプリングゾーンならびに第３および第４の調製チャンバと、第３の調製チャンバの入口において配置された、流体循環を可能にするかまたは遮断するための手段とを備える。
調製デバイスは、回路フラッシング流体のための少なくとも１つの供給入口、および／または収集出口の上流に較正された体積を有する気泡を生成するための手段を備えることができる。
本発明の別の主題は、本発明による少なくとも１つの調製デバイスと、支持体とを備えるアセンブリであり、支持体は、少なくともサンプルリザーバと、少なくとも試薬リザーバと、流体循環を可能にするかまたは遮断するための手段を作動させるための手段を活動化するように構成された制御手段と、少なくとも第１の調製チャンバの体積を変更するための手段と、収集出口に接続された分析手段とを備える。
好ましくは、制御手段は、サンプリングゾーンを介して第１の調製チャンバと第２の調製チャンバとの間で溶液を輸送するように構成される。
１つの有利な例において、制御手段は、サンプリングゾーンによって測定されたある体積のサンプルを注入する前に、第１の調製チャンバに第１の量の試薬を注入するように構成される。
分析手段は、溶液中に含まれる要素を定量化および／または定性化することを可能にすることができる。
本発明の別の主題は、本発明による調製デバイスを実装する、溶液を調製するための方法であって、方法は、
ａ）サンプリングゾーンがサンプルを充填されるサンプリング段階と、
ｂ）サンプリングゾーン内に含まれる体積Ｖｅのサンプルを第１の調製チャンバに注入する段階と、
ｃ）第１の調製チャンバの体積が較正された体積Ｖｃに達するまで、ある体積の試薬を調製チャンバに注入する段階と、
ｄ）溶液を混合し、サンプリングゾーン内のサンプルの痕跡を収集するために、第１の調製チャンバと第２の調製チャンバとの間で溶液を輸送する段階と
を含む。
注入段階ｃ）は、有利には、第１のサンプリングゾーンを介して行われる。
好ましくは、調製方法は、較正された体積のサンプルを注入する前に、ある量の試薬を第１のチャンバに注入するステップを含む。
本発明の別の主題は、溶液を調製するステップと、収集出口を介して調製チャンバのうちの１つから分析手段に溶液を輸送するステップとを含む、本発明によるアセンブリを実装する、溶液を分析するための方法である。
本発明は、以下の説明と添付図面とに基づいてよりよく理解されるであろう。
溶液を調製するためのデバイスの例の概略図である。 ゼロ体積の１つの状態と、最大体積の他の状態の２つの状態における、図１のデバイス内に実装され得る変形可能な調製チャンバの例の概略図である。 ゼロ体積の１つの状態と、最大体積の他の状態の２つの状態における、図１のデバイス内に実装され得る変形可能な調製チャンバの例の概略図である。 図１のデバイス内に実装され得るバルブの例の概略図である。 図１のデバイス内に実装され得るバルブの例の概略図である。 図１の調製デバイスの回路とチップ支持体とによって形成された完全な流体回路の例の概略図である。 ２つの異なる状態における、チップ支持体上の調製デバイスの調製チャンバ、チャンバを制御するための空気圧回路、および制御ユニットの概略図である。 ２つの異なる状態における、チップ支持体上の調製デバイスの調製チャンバ、チャンバを制御するための空気圧回路、および制御ユニットの概略図である。 図５Ａから５Ｄは、異なる動作ステップ中の図４の回路の概略図である。 図５Ａ’から５Ｅ’は、Ｎ倍に希釈された溶液カスケードを作るために使用される図４の回路の概略図である。 溶液を調製するためのデバイスの別の例の概略図である。 同じサンプルから２つの異なる溶液を調製するための調製デバイスの別の例示的な実施形態の概略図である。 本発明のデバイスによって得られる、血液１および血液２の２つの血液サンプルの１０回の測定についての１０６／μＬ当たりの赤血球数の測定値のグラフ表示の図である。 ３７のヒト血液サンプルにおける、本発明による調製デバイスを用いて得られた溶液からの無レンズイメージングにおいて実行された計数と、ＡＢＸ Ｐｅｎｔｒａ ＤＸ１２０血液学オートマトンによって実行された計数との間の、Ｐａｓｓｉｎｇ Ｂａｂｌｏｃｋ法による相関関係のグラフ表示の図である。 図９Ａの計数測定値のＢｌａｎｄ－Ａｌｔｍａｎ差としてのグラフ表示の図である。 図１の調製デバイスの実際の例示的な実施形態の分解図である。
以下の説明において、実装される流体は、液体である。説明は、気体流体にも適用される。
図１において、１つの例示的な実施形態による、その分析のために液体溶液を調製するためのデバイスＤ１の概略図が見られ得る。
調製は、例えば、サンプルの希釈、サンプル成分の一部の処理、例えば、血液の場合の溶解、または試薬を用いた全血のアリコートの標識からなる。例えば、このように調製された溶液を分析することは、血液中の形成要素を計数すること、または赤血球の溶解後にヘモグロビンなどの可溶性の種を測定することからなり得る。
調製デバイスは、好ましくは、チップの空気圧活動化を確実にするチップ支持体と協働するための流体チップとして設計される。
調製デバイスは、所与の体積のサンプル、例えば、血液と、所与の体積の試薬とを含む溶液を調製するためのものである。
調製デバイスＤ１は、サンプル供給入口Ｅ１と、試薬供給入口Ｅ２と、例えば、廃棄物ビンに接続された排出出口Ｓ１と、例えば、その分析のために調製された溶液を収集するための収集出口Ｓ２とを備える流体回路を備える。
流体回路はまた、主チャネル２と、第１の調製チャンバ４と、第２の調製チャンバ６とを備える。第１のチャンバ４および第２のチャンバ６は、主チャネル２の両側に配置され、主チャネル２を介して互いに接続される。
サンプル供給入口Ｅ１は、第１の二次チャネル８を介して主チャネル２に接続され、排出出口Ｓ１は、第２の二次チャネル１０を介して主チャネル２に接続される。第１の二次チャネル８は、第１の接続部１２において主チャネル２に接続し、第２の二次チャネル１０は、第２の接続部１４において主チャネル２に接続する。第１の接続部１２と第２の接続部１４との間で区切られた主チャネル２の部分は、サンプリングゾーンＺＥを形成する。サンプリングゾーンは、サンプルを調製する上で関与するサンプルの量に対応する較正された体積Ｖｅを有する。一定の断面積を有する主チャネルについて、Ｖｅは、したがって、接続部１２と接続部１４との間の主チャネルの断面積と、接続部１２と接続部１４との間のチャネルの長さとによって定義される。
採取されるサンプルの体積は、小さい。固定体積のサンプリングゾーンを使用することによって、この小さい体積は、正確に測定される。
以下の説明において見られるように、サンプリングゾーンは、サンプルの量と試薬と間の混合を促進する機能も有する。有利には、サンプリングゾーンＺＥを形成する主チャネル２の部分の少なくとも一部、および好ましくは、サンプリングゾーンを形成する主チャネルの部分全体は、混合を改善する幾何学的形状を有する。例えば、それは、コイル形状、または当業者によって周知の任意の他の形状、例えば、流れを分離および収集する３次元チャネルを有する。さらに、例えば、コイル形状は、デバイスをよりコンパクトにすることを可能にする。
１つの例示的な実施形態において、サンプリングゾーンのためのチャネルは、全体的なサイズを制限しながら、より大きい体積のサンプルを有するために、他のチャネルよりも大きい断面積を有するように選択される。
示された例では、非常に有利には、試薬供給入口Ｅ２から来る試薬が第１の調製チャンバ４に入る前にサンプリングゾーン内を循環するように、試薬供給入口Ｅ２は、第３の二次チャネル１６によって、第１の調製チャンバ４に対してサンプリングゾーンＺＥの上流で主チャネル２に接続される。
入口Ｅ１およびＥ２は、サンプリングゾーンに直接接続され、すなわち、これらの入口を介して注入された液体は、サンプリングゾーンを構成する主チャネル２に直接入る。
本出願において、「サンプリングゾーンに直接接続される」とは、入口とサンプリングゾーンとの間のチャネル長が最小であること、すなわち、最大でも、入口とサンプリングゾーンとの間にチャンバまたは接合部が挿入されないことを意味する。この定義は、サンプリングチャンバに直接接続されているとして説明される、任意の他の入口または出口およびデバイスの任意の要素に適用される。
示されている例では、収集出口Ｓ２は、第４の二次チャネル１８と、第１の調製チャンバ４と第１の接続部１２との間に位置する接続部２０とを介して主チャネル２に接続される。
動作中に流体回路の異なる部分を分離するために、手段、例えば、バルブが設けられる。
示されている例では、第１の二次チャネル８においてバルブＶ１が設けられ、第２の二次チャネル１０においてバルブＶ２が設けられ、第３の二次チャネル１６においてバルブＶ３が設けられ、第４の二次チャネル１８においてバルブＶ４が設けられ、第１の調製チャンバ４と接続部２０との間にバルブＶ５が設けられる。後で見られるように、バルブＶ５は、省略され得、バルブＶ５は、調製チャンバ４への試薬の事前充填が行われる場合、特に有利であることに留意すべきである。バルブは、第２の調製チャンバ６の入口においても実装され得る。
第１の調製チャンバ４は、ゼロに等しいかまたはゼロに近い体積Ｖ０と、較正された体積Ｖｃとの間の可変体積を有するチャンバである。好ましくは、以下に見られるように、第１のチャンバ４の体積を制御することは、ゼロの体積Ｖ０を確実にするようなものであり得る。
第１の調製チャンバ４は、少なくとも１つの変形可能または可動の壁を備える。第１のチャンバ４の体積は、可動または変形可能な壁によって少なくとも部分的に区切られた体積である。
較正された体積Ｖｃは、分析されるべき溶液の体積であり、この総体積は、サンプリングゾーンＺＥの体積、所望の希釈率、または試薬の量に対するサンプルの量の比率とともに定義される。
体積Ｖｃは、第１のチャンバの最大体積Ｖｍａｘに等しく、デバイスの精度と堅牢性とを改善する。
サンプルの体積Ｖｅに追加される試薬の体積が大きいので、可変体積チャンバ、特に、試薬の体積を較正するための変形可能な壁を有する可変体積チャンバを実装することから生じる可能性のある不正確さは、無視できる。
チャンバ４の膨張を制御する手段は、チャンバの拡張をＶｃに設定するように構成される。
例えば、第１のチャンバ４は、ピストンチャンバ、例えば、シリンジである。有利には、第１の調製チャンバ４は、弾性的に変形可能な材料、好ましくは超弾性材料の壁を備える。
「超弾性材料」とは、材料が第１の領域から第２の領域に可逆的に変化することができる表面を有し、第２の領域が第１の領域の５倍、またはさらには１０倍、またはさらには５０倍に等しいことを意味する。
第１のチャンバの体積における変化は、空気圧の作動によって達成される。空気圧の作動は、体積が体積Ｖｃに達するように膜を変形させるように制御される。
好ましくは、第１のチャンバ４は、チャンバの非変形可能な壁に対する変形可能な壁の押し付けを容易にする形状を有し、例えば、それは、円筒形もしくは球形のキャップ、または卵形部分の形状を有する。しかしながら、膜の超弾性特性のために、チャンバは、チャンバの壁から突出した要素によって形成された柱を有する、あまり適合しない形状、例えば、平行六面体のピラミッド形状を有することができる。
いわゆる「非変形可能な壁」は、超弾性膜に対して非変形可能であり、実施された圧力レベルにおいて非変形可能である。使用される圧力は、例えば、±数十ｍｂａｒと数ｂａｒとの間であり、典型的には、±５００ｍｂａｒの間、例えば、２５０ｍｂａｒまたは４５０ｍｂａｒに等しく、これは、変形可能な壁をより迅速に変形させることを可能にする。
非常に有利な例において、第１のチャンバ４は、変形可能な壁とは異なる、チャンバの１つまたは複数の壁において形成された溝を備え、チャンバをプライミングするときに気泡を排出することを可能にし、したがって、チャンバに入る液体の体積が予想される体積に可能な限り近づくように制御する。
図２Ａおよび図２Ｂにおいて、変形可能な壁を有するチャンバの例を見ることができる。
調製チャンバ４は、２つの剛性プレート２２、２４の間で区切られる。プレート２２は、プレート２２の面内に設けられた空洞２６を備え、プレート２４は、空洞２６を備えるプレート２２の面に対向するプレート２４の面内に形成された少なくとも１つのチャネル２８を備える。超弾性材料の膜３０が空洞２６の上に引っ張られ、空洞を閉じる。圧力入口２９が支持プレート２２内に形成され、空洞に開口する。静止状態において、膜３０は、プレート２４に対して幾分押し付けられ、チャンバの体積は、Ｖ０に等しい（図２Ａ）。好ましくは、静止状態において、または少なくともサンプリングステップの直前に、膜３０がプレート２４に押し付けられ、Ｖ０＝０であることを確実にするために、圧力入口２９を介して圧力が印加される。
空洞２６内で吸引が発生すると、膜３０は、空洞２６の壁を押し付けるようになるまで空洞２６に向かって変形し、この状態では、チャンバの体積は、最大である（図２Ｂ）。この押し付けは、膜の超弾性特性によって可能になる。この構成において、チャンバは、充填され得る。
代替的には、変形可能な壁は、例えば、膜に組み込まれた圧電手段または電磁手段によって変形させられ得る。
バルブは、任意のタイプであり得る。有利には、それらは、空気圧で作動し、超弾性膜も備える。
図３Ａおよび図３Ｂにおいて、そのようなバルブの例を見ることができる。膜３２は、圧力源に接続された空洞３４の上に引っ張られる。空洞３４は、支持体、例えば、プレート２２内に作られ、別の支持体、例えば、プレート２４は、膜上に載っている。プレート２４は、膜３２と接触して、支持体２４の面内に構造化されたチャネル部分３６によって形成された不連続チャネルを備える。チャネル部分は、空洞を介して接続する。好ましくは、膜がプレート２４に押し付けられることを確実にするために、入口３７を介して圧力が印加され、バルブが閉じられ、次いで、チャネル間の循環が遮断される（図３Ａ）。入口３７を介して空洞３４内に負圧を発生させることによって、膜３２は、変形し、両方のチャネル部分３６間の循環を可能にする（図３Ｂ）。流体循環は、矢印によって表される。好ましくは、膜３２および膜３０は、超弾性材料の同じフィルムによって形成される。代替的には、機械的な指が膜に作用することができる。
代替的には、プレート２４は、連続的なチャネルを備え、膜は、チャネルの底部に押し付けられる。
代替的には、圧電的または電磁的に作動するバルブが実装され得る。
バルブの作動は、流体の空き空間を移動させる。サンプルと試薬との間の体積比の精度への影響を制限するために、バルブは、好ましくは、小さい体積を有し、例えば、調製チャンバの体積よりも１００分の１小さい。バルブは、常開型または常閉型であり得る。
第２の調製チャンバ６も、可変体積を有する。円筒形または球形のキャップ形状、排水溝などの、上記で説明した第１の調製チャンバの異なる代替案が第２の調製チャンバに適用される。
２つの可変体積チャンバの実装は、流体がサンプリングゾーンを介して両方のチャンバ間で容易に輸送されることを可能にし、サンプル全体がサンプリングゾーンＺＥから収集されることを可能にする。
有利には、第２の調製チャンバ６は、第１の調製チャンバの体積以上の体積を有する。好ましくは、両方のチャンバ４および６は、有利にはチャンバの最大体積に等しい同じ較正された体積Ｖｃを有する。
代替的には、第２の調製チャンバは、第１のチャンバ４の体積とは異なる体積を有し、これは、第１の調製チャンバ４の体積よりも小さくすることができる。第２のチャンバ６は、以下で説明するように、完全に空にされ得るようなものである。
図４Ａにおいて、調製デバイスＤ１およびチップ支持体Ｓｃの回路によって形成された完全な流体回路の概略図を見ることができる。
チップ支持体は、サンプルを含むリザーバＲ１へのサンプル供給入口Ｅ１の接続、試薬を含むリザーバＲ２への試薬供給入口Ｅ２の接続、廃棄ゾーンＰへの出口Ｓ１の接続、および分析されるべき溶液の分析ゾーンＺＡへの出口Ｓ２の接続を確実にする。分析ゾーンは、サンプル内に最初に存在する形成されたまたは可溶性の種を検出および定量化するための手段を備える。手段は、電気的、光学的、または電気化学的測定を実施することができる。例えば、分析ゾーンは、要素を計数／定量化するための光学的手段、および／または異なるタイプの要素を決定するための手段を備える。例えば、それは、フローサイトメータ、および／またはＣｏｕｌｔｅｒカウンタタイプのインピーダンス測定手段、および／またはイメージングタイプの光学的測定手段、および／または比色分析手段であり得る。
代替的には、分析ゾーンＺＡは、調製デバイスに統合される。
チップ支持体は、バルブおよび可変体積チャンバの制御も確実にする。さらに、チップ支持体は、バルブおよび可変体積チャンバを制御するための電子回路も備える。
チップ支持体は、第１の調製チャンバまたは第１および第２の調製チャンバに接続され、圧力源Ｄに接続された空気圧回路も備える。圧力源Ｄは、正圧源Ｄｓまたは負圧源Ｄｄを備える。有利な代替案において、リザーバＲ１およびＲ２は、大気圧にある。
支持チップとデバイスとの間のシーリングは、例えば、シールによって達成される。
チップ支持体は、事前定義されたプロトコルに従って様々なバルブおよびチャンバを制御する電子ユニットを備える。
図４Ｂおよび図４Ｃにおいて、制御ユニットＵＣ、例えば、コンピュータによって制御される空気圧回路Ｓｐを備えるチップ支持体Ｓｃ上の第１の調製チャンバ４の概略図を見ることができる。空気圧回路Ｓｐは、例えば、チャンバ４の空洞を圧力源Ｄに接続する三方バルブＥＶを備える。三方バルブは、チャンバ４の空洞が正圧源Ｄｓまたは負圧源Ｄｄのいずれかに接続されることを可能にする。
図４Ｂにおいて、調製段階の前に、制御ユニットＵＣは、バルブＥＶがチャンバ４の空洞を正圧源に接続するようにバルブＥＶを制御し、したがって、チャンバ体積Ｖ０＝０を確実にする。
調製段階において、ＵＣは、ＥＶバルブが空洞を負圧源に接続するようにＥＶバルブを制御し、これは、チャンバ体積を増加させ、サンプルを吸引する。バルブＥＶを制御することによって、チャンバの体積は、交互に増加または減少し、特に、チャンバ４とチャンバ６との間の往復運動を可能にする。
チップ支持体Ｓｃは、異なる調製チャンバの空洞への正圧および負圧の制御された供給のためのいくつかのバルブ、例えば、調製チャンバと同じ数のバルブを備え、それらのバルブの各々が個別に制御されることが理解されよう。
調製デバイスＤ１の動作の例について、図５Ａ～図５Ｄにおいて説明する。
有利には、最初に、チャンバ４の体積がＶ０＝０になるように、チャンバ４の空洞内に正圧が印加されるように、少なくとも第１のチャンバ４の空洞内の圧力を制御するバルブが切り替えられる。
サンプリング段階が実行される。バルブＶ１およびＶ２が開かれ、出口Ｓ１に接続された負圧源が活動化され、サンプルは、リザーバＲ１から吸引される。負圧源は、サンプルが第１の二次チャネル８と、接続部１２と接続部１４との間のサンプリングゾーンＺＥとを充填するまで活動化される。好ましくは、負圧源は、サンプリングゾーンＺＥがサンプルで均一に充填されることを確実にするために、サンプルが第２の二次チャネル１０全体またはその一部を充填するまで活動化される。
例えば、負圧源は、時間制御される。負圧源の活動化時間は、較正されている。充填に必要な時間期間を決定するために、テストが事前に実行されており、予防的なマージンが取られている。代替的には、例えば、血液の場合、目視管理が考えられ得る。
サンプリングゾーンＺＥ内のサンプルの量は、体積Ｖｅを有するアリコートである。
デバイスは、図５Ａに示されている状態にある。
次に、試薬注入段階が行われる。バルブＶ１およびＶ２が再び閉じられる。次いで、バルブＶ５およびＶ３が開かれる。バルブＥＶは、切り替えられ、負圧源を第１のチャンバ４の空洞に接続し、これは、第１の調製チャンバ４の体積を増加させる。例えば、超弾性壁を有するチャンバの場合、膜は、変形し、チャンバの体積は、増加し、回路内に負圧を発生させ、サンプリングゾーン内に含まれるサンプルは、第１の調製チャンバ４に吸引され、リザーバＲ２内に含まれる試薬が吸引される。試薬は、アリコートが吸引された後、サンプリングゾーンＺＥに循環し、これは、有利には、例えば、主チャネル内に残っている量のサンプルが収集されることを可能にする。調製チャンバの体積は、注入された液体とともに増加するので、気泡が現れるリスクは、大幅に低減される。
負圧源と第１のチャンバ４の空洞との間の接続時間は、チャンバが体積Ｖｃに達することを確実にするのに十分な長さである。
体積Ｖｃを有する第１のチャンバは、体積Ｖｅのサンプルと、体積Ｖｃ－Ｖｅの試薬とを含む。第１の調製チャンバ４は、充填の終了時に完全に満たされ、試薬の体積Ｖｃ－Ｖｅが較正されることを可能にする。したがって、体積ＶｅおよびＶｃが較正されるので、試薬の体積に対するサンプルの体積の比率は、正確にわかる。例えば、希釈の場合、希釈率、およびサンプル中の要素の濃度は、正確にわかる。さらに、新しい調製操作ごとに、体積間の同じ比率が得られる。したがって、デバイスは、非常に堅牢な動作を有する。
デバイスは、図５Ｂに示されている状態にある。
１つの有利な動作において、溶液の混合段階が行われる。例えば、溶液は、両方の調製チャンバ４と調製チャンバ６との間で循環される。
このために、バルブＥＶは、第１のチャンバ４の空洞に正圧を供給するように切り替えられ、チャンバ４内の減少を引き起こし、同時に、第２のチャンバ６の体積は、チャンバ６の空洞に負圧を供給することによって増加する。次いで、溶液は、第１のチャンバ４から排出され、第２のチャンバに吸引される。両方のチャンバ間のこの輸送中、溶液は、主チャネル２に循環し、したがって、サンプリングゾーンＺＥに循環する。
混合物がチャンバ４からチャンバ６に輸送される前に、サンプリングゾーンが試薬で充填されることに留意すべきである。試薬のこの体積Ｖｅは、チャンバ４内に存在する試薬の体積Ｖｃ－Ｖｅに追加され、希釈計算または反応観察において考慮されるべきである。チャンバ間の輸送段階の終了時、得られる溶液は、体積Ｖｃ＋Ｖｅを有する。得られる希釈率は、Ｖｅ／（Ｖｅ＋Ｖｃ）である。
空気圧バルブを切り替えることによって両方のチャンバ４、６の体積を交互に増減させることによって、溶液は、サンプリングゾーンＺＥ内を往復運動する。これらの往復運動は、特に、サンプリングゾーンがコイル形状、または混合、および例えば溶解などの反応を促進する別の形状を有する場合、両方の液体間の混合を改善するという利点を有する。さらに、それらは、サンプリングゾーン内に残っている可能性がある任意の残りのサンプルおよび検体が収集されることを可能にする。したがって、サンプルの損失が低減され得、調製は、非常に正確になり得る。
溶液の体積Ｖｃのすべてまたは一部は、第２のチャンバ６に輸送され得、その一部は、サンプリングゾーン内に残り得る。好ましくは、サンプル残留物を収集するために、大体積の溶液がサンプリングゾーンＺＥ内を循環する。例えば、溶液の全体積Ｖｃが、両方の調製チャンバ４、６間を循環する。
往復運動の数は、関与する液体、相対的な体積ＶｃおよびＶｅ、反応のタイプ、希釈であるか、溶解であるか、標識であるかなどに応じて選択される。
デバイスは、図５Ｃに示されている状態にある。
最後に、溶液は、第１の調製チャンバ４に戻され、次いで、分析ゾーンＺＡに送られる。このために、バルブＶ４およびＶ５は、開かれ、溶液は、例えば、出口Ｓ２を介して吸引される。
デバイスは、図５Ｄに示されている状態にある。
最終段階中、回路は、出口Ｓ１における廃棄ゾーンへの吸引によって、さらなる調製および分析のために、空にされ、および／またはフラッシュされる。
サンプルの体積を測定するための固定体積のサンプリングゾーンと、試薬の体積を測定するための可変体積の調製チャンバとを組み合わせることによって、比較的単純な設計を有し、非常に優れた精度を提供するデバイスが作成される。
両方の可変体積チャンバは、単一の制御、または２つの異なる制御動作によって制御され得る。
代替的には、第２のチャンバ６は、第１のチャンバ４の体積Ｖｃよりも小さい最大体積を有することができ、その場合、第１のチャンバ４の体積Ｖｃの一部のみが輸送される。
非常に有利な動作モードにおいて、第１の調製チャンバは、サンプル、例えば血液を注入する前に、試薬によってすでに部分的に充填され、これは、混合物の均質化と、もしあれば混合物内の反応の均質化とを促進し、サンプルの損失と、したがって精度の損失とを回避する。
例えば、サンプリング段階の前に、ある量の試薬による第１の調製チャンバ４の事前充填段階が提供される。このために、バルブＶ３およびＶ５のみが開かれ、負圧源は、超弾性壁の変形を引き起こし、次いで、試薬が主チャネルを介して吸引される。第１のチャンバ４に注入される試薬の量は、次いでアリコート全体が第１のチャンバ４に注入され得るように、Ｖｃ－Ｖｅよりも小さい。
次いで、バルブＶ３およびＶ５が閉じられ、サンプリング段階を開始することができる。バルブＶ５は、第１のチャンバ４と接続部１２との間に配置され、サンプルがサンプリングゾーンＺＥに吸引されるときに第１の調製チャンバ４内に含まれる試薬の吸引を避けるために、サンプリング段階中は閉じられる。
両方のチャンバ４および６が可変体積チャンバである場合、両方のチャンバは、交換可能であり得、バルブの作動、および負圧源の制御は、アリコートが最初にチャンバ６に注入されるようにされる。
別の例示的な実施形態において、供給入口Ｅ１およびＥ２は、交換される。この場合、試薬の注入時、試薬は、サンプリングゾーンに循環しない。有利には、溶液は、サンプルを収集するために、両方の調製チャンバ間のサンプリングゾーン内を循環する。
好ましくは、その分析のために溶液を収集する際に第１の二次チャネル８内に含まれるサンプルを吸引するリスクを減らすために、第１の二次チャネル８および第４の二次チャネル１８は、異なる箇所において主チャネル２に接続する。好ましくは、第４の二次チャネル１８は、第１の調製チャンバ４に最も近い主チャネルに接続する。
有利には、出口Ｓ２は、サンプリングゾーンに直接接続され、これは、溶液を検出手段に輸送するための二次チャネル１８がフラッシュされることを可能にする。
希釈サイクル中、サンプルは、サンプリングゾーンＺＥを通過し、調製チャンバ４および６を交互に充填することによって、チャネル２内を循環する。これらの異なるステップの間、チャネル１８は、例えば、拡散効果、バルブを介する微少漏洩などによって、交差部２０に起因してサンプルによって汚染される可能性がある。
出口Ｓ２をサンプリングゾーンＺＥに直接接続することによって、試薬を用いる以下のフラッシングプロトコルが適用され得る。プロトコルは、バルブＶ５を閉じることによって、調製チャンバ４内で調製された溶液を維持することと、次いで、バルブＶ３およびＶ４を開くことによって、試薬がＳ２に流れ、チャネル８をフラッシングすることとを含む。次いで、二次チャネル１８が洗浄される。
示されている例において、非常に有利には、出口Ｓ１は、サンプリングゾーンＺＥに直接接続される。ゾーンＺＥを充填すると、バルブＶ１およびＶ２は、開かれ、サンプルは、リザーバＲ１から、廃棄物ビンに接続された出口Ｓ１に循環し、調製チャンバを循環せずにゾーンＺＥを充填する。したがって、サンプルの体積における誤差を回避するために、リザーバＲ２内に含まれる試薬によって調製ステップ（希釈、溶解など）の前にチャンバを洗浄する必要がない。調製方法は、単純化され、より迅速になる。
例として、較正された体積Ｖｃは、数十μＬから数百μＬである。
図６において、特に有利な調製デバイスの別の例を見ることができる。
調製デバイスＤ２は、試薬とは異なる洗浄／フラッシング液で回路を洗浄／フラッシングするための手段を備えるという点で、調製デバイスＤ１とは異なる。
デバイスＤ１の参照符号と同じ参照符号が、同じ機能を有する要素を指すために再び使用される。
デバイスＤ２は、主チャネル２と、供給入口Ｅ１、Ｅ２と、排出出口Ｓ１と、収集出口Ｓ２と、両方の調製チャンバ４および６とを備える。バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３、およびＶ４も、デバイスＤ１と同様に回路内に配置される。バルブＶ５も、上記で説明したように、少なくとも、試薬の事前充填段階のために設けられる。
デバイスＤ２は、各々が入口Ｅ１およびＥ２に接続された二次チャネル８および１６に結合された二次チャネルに接続された洗浄液のための第３の供給入口Ｅ３をさらに備える。入口Ｅ３は、洗浄液リザーバＲ３に接続されるようになっている。入口Ｅ３は、リザーバＲ３を第１の二次チャネル８または第３の二次チャネル１６のいずれかに接続するための三方バルブＶ１０も備える。
代替的には、三方バルブのすべてまたは一部は、Ｔ字路チャネルと直列の二方バルブに置き換えられる。
洗浄液は、回路全体、ならびに、別の分析のために再利用するために分析チャンバを洗浄するために使用される。
さらに、デバイスは、出口Ｓ２に開口する第４の二次チャネル１８内に較正された体積を有する気泡を生成するための手段３８も備える。手段３８は、接続部４２によって、バルブＶ４と出口Ｓ２との間で第４の二次チャネル１８に接続された二次チャネル４０を備え、二次チャネル４０には、ガス、例えば空気の供給源に接続されるべきガス供給入口Ｅ４と、可変体積チャンバ４４と、入口Ｅ４とチャンバ４４との間のバルブＶ６と、チャンバ４４と接続部４２との間のバルブＶ８とが設けられる。
チャンバ４４は、較正された体積を有する気泡を生成するためのものである。それは、例えば、第１のチャンバ４と同様の構造のものであり、それは、例えば、超弾性特性を有する少なくとも１つの弾性変形可能な壁を備える。代替的には、チャンバ４４は、シリンジまたはピストンを備える。
気泡は、例えば、３０μＬから６０μＬ、例えば、分析ゾーンＺＡの体積の２から４倍の体積を有する。
例えば、溶液が出口Ｓ２に送られる前に、較正された気泡が生成される。気泡および溶液は、廃棄物ビンの負圧、および／またはチャンバ内の膜への圧力の印加によって吸引される。気泡の存在は、分析ゾーンＺＡへの輸送中に溶液を希釈することを回避する。
Ｄ１に関連して説明したゾーンＺＥへの出口Ｓ２の直接接続の利点は、Ｄ２についても存在する。フラッシング液によるフラッシングが提供され得る。
本発明によるデバイスの利点は、異なる溶液率を有する溶液が調製されることを可能にすることである。したがって、比較的柔軟で順応性がある。
動作の一例によれば、溶液は、所望の希釈率において直接調製される。
本発明は、時間較正を回避することを可能にすることによって堅牢な動作を有し、実際に、時間較正は、多くのパラメータに依存し、したがって、あまり堅牢ではない。
有利には、動作の別の例によれば、所望の希釈率における溶液は、いくつかのステップにおいて得られる。
動作ステップは、図５Ａ’～図５Ｅ’において示されている。
ステップ５Ａ’～５Ｃ’は、それぞれステップ５Ａ～５Ｃと同じである。ステップ５Ｃ’の終了時、第１の溶液Ｓｏ１は、サンプリングゾーンの体積Ｖｅと調製チャンバの体積Ｖｃとによって設定された第１の希釈率において調製されている。溶液Ｓｏ１は、チャンバ４内にある。チャンバ４は、溶液Ｓｏ１を廃棄物ビンに送ることによって空にされる（図５Ｄ’）。このステップの終了時、サンプリングゾーンＺＥは、溶液Ｓｏ１で充填される。したがって、体積ＶｅのＳｏ１溶液が取られている。次いで、体積ＶｅのＳｏ１をチャンバ４に駆動するＥ２を介して希釈剤を注入することによって、ステップ５Ｂ’（矢印Ｎ）が再び適用され得る。そして、ステップ５Ｃ’が繰り返される。新しい希釈率を有する溶液Ｓｏ２が調製された。
次いで、ステップ５Ｄ’と、次いでステップ５Ｂ’とを実行することによって新しい希釈が行われ得るか、またはＳ２を介してＳｏ２が分析ゾーンに輸送され得る。
最終溶液の希釈率は、連続して得られた溶液の希釈率の積である。調製チャンバが各希釈ステップにおいてＶｃに変形される場合、希釈率は、すべての希釈ステップについて同じであり、例えば、Ｔに等しく、ｎ回の希釈ステップ後の最終希釈率は、Ｔｎに等しい。例えば、希釈率が各ステップにおいて１０％である場合、１％、０．１％などの希釈率を連続して得ることが可能である。各希釈ステップにおいて、連続して得られた溶液Ｓｏ１、Ｓｏ２．．．は、排出されるように出口Ｓ１に送られるか、または分析されるように出口Ｓ２に送られ得る。
代替的には、調製チャンバの較正された体積Ｖｃを変更することによって、２つの希釈段階の間で希釈率を変えることが考えられ得る。
連続希釈を行うこの可能性は、多くの生物学的検査において特に興味深く、需要があり、最先端のシステムを用いてマイクロ流体において正確に実行することは、複雑である。
高い希釈率が要求される多量のオブジェクトを計数するために、連続希釈が実施され得る。最先端のデバイスにおいて、大きい体積比が制御されなければならないので、高い希釈率を達成することは、サイジングの問題を引き起こす。例えば、０．１％の希釈は、サイズが複雑になる可能性がある。本発明のサンプル調製デバイスによって、３回の連続する１０％の希釈、または（０．１％）１／２の２回の希釈を行うことができ、これらの連続希釈は、より小さい体積比を実現する。
さらに、連続希釈を実行することは、希釈率の値を測定またはチェックする可能性を提供する。例えば、Ｃ０を初期条件とし、Ｒを流体システムの既知または未知の比率とする。第１のサイクルは、濃度Ｃ１を測定し、第２のサイクルは、濃度Ｃ２を測定する。正確な比率の値は、Ｒ＝Ｃ１／Ｃ２である。次いで、初期濃度は、Ｃ０＝Ｃ１×Ｒ＝Ｃ１ ２／Ｃ２で取得され得る。
したがって、Ｒの値は、最初にＶｃおよび／またはＶｅを正確に知る必要なしに定性化され得る。加えて、各デバイスの希釈率を決定することが可能であるので、チップ間または実験セット間の再現性に対する技術的な制約が緩和され得る。
図７において、同じサンプルから２つの異なる容液を調製するための調製デバイスの別の例示的な実施形態を見ることができる。
調製デバイスＤ３は、２つの希釈モジュールＭ１およびＭ２を組み合わせで備える。各モジュールＭ１、Ｍ２は、いくつかのチャネルによって形成された流体回路を備える。例えば、モジュールＭ１は、希釈を実行し、モジュールＭ２は、溶解を実行する。
各モジュールＭ１、Ｍ２は、それぞれ、それ自体の調製チャンバ１０４、１０８、および２０４、２０８と、それ自体のサンプリングゾーンＺＥ１およびＺＥ２とを備える。
サンプル供給入口Ｅ１’は、両方のモジュールに共通である。分析出口Ｓ２’、および廃棄物ビンへの出口Ｓ１’も、両方のモジュールに共通である。
各モジュールＭ１、Ｍ２は、試薬Ｒ１、Ｒ２のための供給入口Ｅ１０２、Ｅ２０２を備える。
バルブＶ１’、Ｖ２’、Ｖ３’、Ｖ３’’、Ｖ４’、Ｖ４’’、Ｖ５’、Ｖ６’、Ｖ８’、Ｖ９’も、異なるチャネルにおいて設けられる。
両方の回路は、サンプリング段階中、モジュールＭ２のサンプリングゾーンＺＥ２が、モジュールＭ１のサンプリングゾーンＺＥ１を介して入口Ｅ１’からサンプルを供給されるように接続される。
分析出口Ｓ２’は、第１の調製チャンバ１０４、２０４の出口に接続される。
試薬Ｒ１のための供給入口Ｅ１０２は、二次チャネルＣａ１を介してモジュールＭ１の主チャネルに接続される。
デバイスＤ３は、モジュールＭ１に接続された二次チャネルＣａ１に接続され、モジュールＭ１を介してモジュールＭ２に接続された、洗浄液Ｒ３のための第３の供給入口Ｅ３’をさらに備える。入口Ｅ３’は、洗浄液リザーバに接続される。
このデバイスにおいて、試薬Ｒ１は、モジュールＭ１における希釈、およびチップをプライミング／フラッシングするために使用される。試薬Ｒ３は、洗浄のために追加され、第３の入口Ｅ３’を介して注入される。二次チャネルＣａ１は、有利には、入口がコイルまたはチャンバにおいて共有されることを可能にする。
バルブＶ１０．１’、Ｖ１０．２’は、入口Ｅ３’がモジュールＭ１およびＭ２のいずれかおよび／または両方に接続されることを可能にし、フラッシング液がモジュールＭ１およびＭ２の異なるチャネル内で循環することを可能にする。
この例において、第３の入口Ｅ３’と出口Ｓ１’との間のチャネルＣａ２においてバルブＶ１０．３’が設けられ、バルブＶ１０．３’は、試薬Ｒ３がサンプル、例えば血液と不適合な場合、試薬Ｒ３による汚染を回避するために、試薬Ｒ３とＲ２との間の接触ゾーンを試薬Ｒ２でフラッシュするために使用される。
この例において、デバイスＤ３は、図６におけるデバイスＤ２と同様に、出口Ｓ２’に接続された、回路内に気泡を形成するためのチャンバ４４も備える。気泡は、デバイスＤ２におけるのと同じ機能を有する。
モジュールＭ１は、有利には、試薬入口Ｅ１０２をサンプリングゾーンＺＥ１に接続するチャネル上に事前充填チャンバＰＣ１を備える。
モジュールＭ２は、有利には、試薬入口Ｅ２０２をサンプリングゾーンＺＥ２に接続するチャネル上に事前充填チャンバＰＣ２を備える。
事前充填チャンバＰＣ１およびＰＣ２も、可変体積チャンバであり、それらが吸引によって充填されることを可能にする。
事前充填チャンバは、さらにより制御された混合および／または反応にするために、チャンバ１０４および２０４に注入される試薬の体積が較正されることを可能にする。事前充填チャンバは、上記で説明した調製デバイスのすべてにおいて実装され得る。それらは、一般に、本発明による任意のデバイスに適用される。それらは、各入口に関連するバルブの下流のサンプル入口において配置され得る。さらに、サンプル供給入口のすべてまたは一部には、そのような事前充填チャンバが装備される。
デバイスＤ３の動作の例について説明する。この例において、試薬は、サンプルの前にチャンバ１０４、２０４に注入される。
最初は、すべてのバルブが閉じられた状態が考えられる。
第１に、試薬による事前充填のステップが、事前充填チャンバＰＣ１およびＰＣ２を介してチャンバ１０４および２０４において行われる。
このために、バルブＶ３’およびＶ３’’は、開かれ、事前充填チャンバは、試薬Ｒ１およびＲ２を吸引するように活動化され、すなわち、それらの試薬の体積が増加する。
バルブＶ３’およびＶ３’’は、閉じられる。
次いで、バルブＶ６’およびＶ５’が開かれ、事前充填チャンバＰＣ１およびＰＣ２内に含まれる試薬Ｒ１およびＲ２の体積は、チャンバ１０４および２０４に輸送される。
次いで、すべてのバルブが閉じられ、血液注入が開始される。
サンプリング段階中、バルブＶ１’、Ｖ８’、およびＶ９のみが開かれ、サンプルは、サンプリングゾーンＺＥ１、ＺＥ２を充填する。この段階は、較正された時間続く。
次いで、バルブＶ１’、Ｖ８’、およびＶ９が閉じられる。次いで、残りの試薬を注入するステップが開始し、バルブＶ３’、Ｖ３’’、Ｖ５’、およびＶ６’が開かれる。各アリコートおよびその試薬が、それらの調製チャンバ１０４、２０４に注入される。バルブＶ３’、Ｖ３’’が閉じられる。
次いで、混合物は、チャンバ１０４、２０４からチャンバ１０８、２０８にデカントされ、混合を改善するために往復運動を実行する。
上記のように、モジュールＭ１は、希釈を実行するために使用され、モジュールＭ２は、溶解を実行するために使用される。モジュールＭ１において得られた混合物を同時に分析しながら、試薬Ｒ２と血液とを両方のチャンバ２０４および２０６間で輸送することによって、モジュールＭ２において試薬Ｒ２と血液とを混合し続けることが考えられ得る。
代替的に、準備ができた溶液をチャンバ１０４、２０４内に貯蔵し、次いで、ゾーンＺＡにおけるそれらの分析のためにそれらを出口Ｓ２’に送ることが考えられ得る。この最後のステップ中、両方の溶液を送ることは、連続して実行される。
好ましくは、分析されるべき溶液を調製するために使用される試薬を用いてフラッシングが実行される。モジュールＭ１において調製された溶液の分析の前に、ゾーンＺＡは、試薬Ｒ１を用いてフラッシングされ、モジュールＭ２において調製された溶液の分析の前に、分析ゾーンは、試薬Ｒ２を用いてフラッシングされる。
例えば、分析の終了時、両方のモジュールは、試薬Ｒ３を用いてフラッシングされる。
両方の溶液の通過の間、Ｅ３’からのフラッシング流体によるフラッシングステップが行われた。
両方の溶液を注入するステップ、および混合するステップは、同時に行われ得る。
３つ以上のモジュールが実装され得ることが理解されよう。
別の例において、デバイスは、２つの異なるサンプルのための少なくとも２つの供給入口と、異なる試薬のための１つまたは複数の供給入口とを備える。
すべての構成が考えられ得、例えば、サンプルおよび試薬から第１の溶液を調製し、次いで、この第１の溶液のサンプルから別の反応を用いて第２の溶液を調製することが考えられ得ることが理解されよう。
非限定的な例として、調製デバイスは、以下の寸法を有することができる。
デバイスは、実質的には、例えば、一辺が５ｃｍから１０ｃｍの間のクレジットカードのサイズである。
それは、１ｍｍから数ｍｍ、例えば３ｍｍの厚さを有する。
サンプリングゾーンの外側の主チャネル、および二次チャネルは、一辺が数百μｍ、例えば３００μｍ×３００μｍの正方形または矩形断面を有する。
サンプリングゾーンは、一辺が数百μｍ、例えば７００μｍ×３００μｍの正方形または矩形断面を有する。
調製チャンバは、１μＬから数百μＬのオーダ、例えば２００μＬの最大体積を有する。例えば、それらは、球形または円筒形のキャップ形状を有し、例えば、３ｍｍの高さと、５ｍｍから１０ｍｍの直径とを有する。
上記の寸法を有するチャネルおよびチャンバは、例えば、エンボス加工、モールディング、または機械加工によって作製される。
マイクロエレクトロニクスにおいて使用される構造化技法を使用して、上記の寸法よりも１０分の１から１００分の１小さい寸法を有するチャネルおよびチャンバが作製され得る。
本発明による調製デバイスの堅牢性および信頼性を示す試験について説明する。
無レンズイメージング計数を実行するために、赤血球球形化試薬を使用することによって、デバイスＤ２などのデバイスによる２倍希釈によって、０．１６％（１／６００）の血液の希釈が得られる。そのような計数は、例えば、文書ＦＲ３０６０７４６に記載されている。
デバイスは、２倍希釈後に０．１６％（１／６００）の所望の希釈率が達成されることを可能にする、４％（１／２４．５）の希釈率を得るための、１０μＬの較正コイルと２３５μＬの体積を有する調製チャンバとを備える。
図８において、２つの血液サンプルＳｇ１およびＳｇ２の、同じマイクロ流体デバイスを用いて実行された１０回の連続する測定についてのμＬあたりの赤血球の数ＧＲを見ることができる。
Ｓｇ１およびＳｇ２について、それぞれ１．１％および０．９％の変動係数が得られる。結果として、調製デバイスは、調製の再現性および計数に関して高い性能を有する。
図９Ａにおいて、３７のヒト血液サンプルにおける、本発明による調製デバイスを用いて得られた溶液から実行された無レンズイメージング計数Ｃ１（縦軸）と、最先端のＡＢＸ Ｐｅｎｔｒａ １２０ＤＸ血液学オートマトンによって実行された計数Ｃ２（横軸）との間の、Ｐａｓｓｉｎｇ Ｂａｂｌｏｃｋ法を用いた相関グラフを見ることができる。横軸および縦軸において、これは、１０６μＬあたりの赤血球の数である。
図９Ｂにおいて、これは、図９Ａにおける測定値に対するＢｌａｎｄ－Ａｌｔｍａｎ差としての計数測定値を表わすグラフである。差Δは、縦軸上に表され、最先端のＡＢＸ Ｐｅｎｔｒａ ＤＸ１２０血液学オートマトンによって得られた測定値は、横軸上にある。両方の方法が統計的に同等であることが認められる。
本出願の調製デバイスを製造するための方法の一例について説明する。
図１０において、例えば、クレジットカードの寸法を有する要素を重ね合わせることによって得られる調製デバイスの例の分解図を見ることができる。
デバイスは、
チャネルが形成され、液体が循環する構造化された面を備える、流体プレートと呼ばれる第１のプレートＰ１と、
チャネルが設けられた前記面を覆う超弾性材料または膜の第２のプレートＰ２と、
バルブの空洞および調製チャンバの空洞が作製され、バルブの場合には液体を通過させるため、または調製チャンバを充填するために、負圧が印加されると膜が押すようになる、空気圧プレートと呼ばれる第３のプレートＰ３であって、空洞を圧力源に接続する空気圧アドレッシングチャネルもプレートＰ３内に作成された、第３のプレートＰ３と、
チャンバの空洞を閉じる第４のプレートＰ４と
を備える。
バルブの空洞は、一般にプレートＰ３を通過しないことに留意すべきである。
プレートＰ１、Ｐ３、およびＰ４は、好ましくは、ポリマー材料、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＰＭＡ）、プレキシガラス、および非常に有利にはシクロオレフィンコポリマ（ＣＯＣ）である。ＣＯＣは、溶剤およびフラッシング製品に耐性であるという利点を有する。代替的には、それらは、ガラス製またはシリコン製である。プレートは、エンボス加工、モールディング、または機械加工によって構造化され得る。
プレートＰ１、Ｐ３、およびＰ４は、例えば、数十ミクロンから数ｍｍ、典型的には３ｍｍの厚さである。
プレートＰ４は、例えば、０．５ｍｍ厚である。
空気圧プレートＰ３は、例えば、３ｍｍ厚である。
流体プレートＰ１は、例えば、３ｍｍ厚である。
プレートＰ２は、非常に高い弾性変形能を有する材料である。例えば、プレートは、Ｓｍｏｏｔｈ Ｏｎ社によって製造されるＥｃｏｆｌｅｘ（登録商標）と呼ばれるシリコーン材料である。この材料は、８００％の伸長率を有する。例えば、Ｐ２プレートは、遠心スピンコーティングによって作製される。
プレートＰ２を製造するために使用され得る材料の中で、ＭＱ（メチルポリシロキサン）、ＶＭＱ（ビニルメチルポリシロキサン）、ＰＶＭＱ（フェニルビニルメチルポリシロキサン）、または熱可塑性エラストマ（ＴＰＥ）、例えば、ＴＰＥ－Ｓ、ＴＰＳ、ＴＰＥ－Ｅ、ＴＰＣなどのシリコーン系からのエラストマが特に存在する。
プレートＰ２は、例えば、５０μｍから２００μｍの厚さである。プレートＰ２は、液体と気体との間の隔離を提供するので、プレートの材料は、使用される液体を支持するように適合され、低い気体透過性を有する。
示されている例では、プレートＰ１、Ｐ２、およびＰ３を一緒に固定するために、第１のプレートＰ１と第２のプレートＰ２との間、および第２のプレートＰ２と第３のプレートＰ３との間に両面接着層４８が設けられる。接着層は、フィルムが作動するゾーン、すなわち、バルブおよび調製チャンバにおいて切断される。切断は、例えば、切断機によって、レーザまたはウォータージェットによって行われる。この切断ステップは、フィルムがプレートのうちの１つの上に置かれる前に行われる。
次いで、一方の接着層４８は、第２のプレートＰ２に対向するための空気圧プレートＰ３の面に位置合わせされ、積層される。他方の接着層４８は、流体プレートＰ１の構造化された面上に位置合わせされ、積層される。次いで、第２のプレートＰ２は、両方のプレートＰ１およびＰ３のうちの一方の上に積層され、次いで、他のチップに対して押し付けられる。
別の例示的な実施形態において、両方のプレートＰ１およびＰ２ならびに膜４６は、機械的手段によって、例えば、機械的クランプによって接合される。
代替的には、両面接着材料層による接合は、Ｏ２プラズマ接合、または例えばスクリーン印刷によって整形された接着剤による接合によって置き換えられ得る。
さらに代替的に、接合による固定の様々なモードおよび／または機械的手段による固定の様々なモードが組み合わされ得る。
本発明による調製デバイスは、医療用途、例えば、血液および生体液の分析に特に適合する。他の分野、例えば、排水および／または水路における汚染物質の分析の分野においても適用することができる。
好ましくはポリマーの小さいチップの形態において調製デバイスを作製することを考慮すると、使い捨てデバイスを作製することが考えられ得、これは、２つの分析間の汚染を回避するために、医療分野において特に興味深い可能性がある。
２ 主チャネル、チャネル
４ 第１の調製チャンバ、第１のチャンバ、チャンバ
６ 第２の調製チャンバ、第２のチャンバ、チャンバ
８ 第１の二次チャネル、チャネル、二次チャネル
１０ 第２の二次チャネル
１２ 第１の接続部、接続部
１４ 第２の接続部、接続部
１６ 第３の二次チャネル、二次チャネル
１８ 第４の二次チャネル、二次チャネル、チャネル
２０ 接続部、交差部
２２ 剛性プレート、プレート、支持プレート
２４ 剛性プレート、プレート、支持体
２６ 空洞
２８ チャネル
２９ 圧力入口
３０ 膜
３２ 膜
３４ 空洞
３６ チャネル部分
３７ 入口
３８ 手段
４０ 二次チャネル
４２ 接続部
４４ 可変体積チャンバ、チャンバ
４６ 膜
４８ 両面接着層、接着層
１０４ 第１の調製チャンバ、チャンバ、調製チャンバ
１０８ 調製チャンバ、チャンバ
２０４ 調製チャンバ、第１の調製チャンバ、チャンバ
２０６ チャンバ
２０８ 調製チャンバ、チャンバ

Claims (15)

  1. 少なくとも１つの第１のサンプルと少なくとも１つの第１の試薬とから、較正された体積Ｖｃを有する少なくとも１つの溶液を調製するためのデバイスであって、第１のサンプルのための少なくとも１つの第１の供給入口（Ｅ１）と、第１の試薬のための少なくとも１つの第２の供給入口（Ｅ２）と、少なくとも１つの排出出口（Ｓ１）と、分析されるべき前記溶液のための少なくとも１つの収集出口（Ｓ２）と、前記第１の供給入口（Ｅ１）および第２の供給入口（Ｅ２）が直接接続された、較正された体積Ｖｅを有する第１のサンプリングゾーン（ＺＥ）と、１つの調製チャンバから他の調製チャンバに循環するための流体が前記第１のサンプリングゾーン（ＺＥ）内を循環するように、前記第１のサンプリングゾーンに接続され、前記サンプリングゾーンの両側に配置された少なくとも第１の調製チャンバ（４）および第２の調製チャンバ（６）を備えるマイクロ流体ネットワークを備え、前記第１の調製チャンバ（４）が、最小体積Ｖ０と較正された体積Ｖｃとの間の可変体積を有し、前記第２の調製チャンバ（６）が、可変体積を有し、前記デバイスが、少なくとも前記第１の供給入口および第２の供給入口、ならびに前記収集出口（Ｓ２）および排出出口（Ｓ１）において流体循環を可能にするかまたは遮断するための手段をさらに備える、デバイス。
  2. 前記第１の調製チャンバ（４）および第２の調製チャンバ（６）が、超弾性材料の壁を備える、請求項１に記載の調製デバイス。
  3. 前記第１の試薬を前記第１の調製チャンバ（４）に注入すると、前記第１の試薬が前記第１のサンプリングゾーン（ＺＥ）を通過するように、前記第１の試薬のための前記第２の供給入口（Ｅ２）が前記第１のサンプリングゾーン（ＺＥ）に接続された、請求項１または２に記載の調製デバイス。
  4. 前記第１の調製チャンバ（４）の入口に配置された、流体循環を可能にするかまたは遮断するための手段を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の調製デバイス。
  5. 第２の試薬のための少なくとも１つの追加の供給入口と、第２のサンプリングゾーンならびに第３および第４の調製チャンバであって、一方の調製チャンバから他方の調製チャンバに循環する流体が前記第２のサンプリングゾーン内を循環するように、前記第３および第４の調製チャンバが、前記サンプリングゾーンに接続され、前記第２のサンプリングゾーンの両側に配置され、少なくとも前記第３の調製チャンバが、最小体積Ｖ０’と少なくとも１つの較正された体積Ｖｃ’との間の可変体積を有し、前記第１のサンプリングゾーンに充填すると、前記第２のサンプリングゾーンが充填されるように、前記第２のサンプリングゾーンが、第１のサンプルのための前記第１の供給入口に接続された、第２のサンプリングゾーンならびに第３および第４の調製チャンバと、前記第３の調製チャンバの入口に配置された、流体循環を可能にするかまたは遮断するための手段とを備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の調製デバイス。
  6. 回路フラッシング流体のための少なくとも１つの供給入口、および／または前記収集出口（Ｓ２）の上流に較正された体積を有する気泡を生成するための手段を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の調製デバイス。
  7. 前記サンプリングゾーンと前記収集出口との間のチャネル内の液体循環を可能にするために、前記収集出口が、前記サンプリングゾーンに直接接続された、請求項１から６のいずれか一項に記載の調製デバイス。
  8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の少なくとも１つの調製デバイスと、支持体とを備えるアセンブリであって、前記支持体が、少なくともサンプルリザーバと、少なくとも試薬リザーバと、流体循環を可能にするかまたは遮断するための前記手段を作動させるための手段を活動化するように構成された制御手段と、前記第１の調製チャンバ（４）の前記体積および前記第２の調製チャンバ（６）の前記体積を変更するための手段と、前記収集出口に接続された分析手段とを備える、アセンブリ。
  9. 前記制御手段が、前記サンプリングゾーンを介して前記第１の調製チャンバ（４）と前記第２の調製チャンバ（６）との間で前記溶液を輸送するように構成された、請求項８に記載のアセンブリ。
  10. 前記制御手段が、前記サンプリングゾーンによって測定されたある体積（Ｖｅ）のサンプルを注入する前に、前記第１の調製チャンバ（４）に第１の量の試薬を注入するように構成された、請求項８または９に記載のアセンブリ。
  11. 前記分析手段が、前記溶液中に含まれる要素を定量化および／または定性化することを可能にする、請求項８から１０のいずれか一項に記載のアセンブリ。
  12. 請求項１から７のいずれか一項に記載の調製デバイスを実装する、溶液を調製するための方法であって、
    ａ）前記サンプリングゾーンに前記サンプルが充填されるサンプリング段階と、
    ｂ）前記サンプリングゾーン内に含まれる体積Ｖｅの前記サンプルを前記第１の調製チャンバ（４）に注入する段階と、
    ｃ）前記第１の調製チャンバ（４）の前記体積が前記較正された体積Ｖｃに達するまで、ある体積の試薬を前記第１の調製チャンバ（４）に注入する段階と、
    ｄ）前記溶液を混合し、前記サンプリングゾーン内のサンプルの痕跡を収集するために、前記第１の調製チャンバ（４）と前記第２の調製チャンバ（６）との間で前記溶液を輸送する段階と
    を含む方法。
  13. 前記注入段階ｃ）が、前記第１のサンプリングゾーンを介して行われる、請求項１２に記載の調製方法。
  14. 前記較正された体積のサンプルを注入する前に、ある量の試薬を前記第１の調製チャンバ（４）に注入するステップを含む、請求項１２または１３に記載の調製方法。
  15. 前記溶液を調製するステップと、前記収集出口（Ｓ２）を介して前記調製チャンバのうちの１つから分析手段に前記溶液を輸送するステップとを含む、請求項８から１１のいずれか一項に記載のアセンブリを実装する、溶液を分析するための方法。
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