JP2020126062A - ポイントオブケアデバイスのためのサンプルアプリケータ - Google Patents

Abstract

【課題】ポイントオブケアデバイスのためのサンプルアプリケータの提供。【解決手段】本発明は、ホールピペットと、少なくとも１つの受容チャンバであって、該ホールピペットを受容するように構成される、受容チャンバ、および遠位出力チャンバであって、ホールピペットからの生物学的サンプルは、遠心力が印加されると、出力チャンバの中に分注される、遠位出力チャンバを提供するように適合される、プラットフォームとを備える、生物学的サンプルを処理するためのマイクロ流体システムに関する。【選択図】図３

Description

（分野）
本開示は、液体サンプルの取込みのための診療現場（ポイントオブケア）診断デバイスにおいて使用するためのサンプルアプリケータ装置、システム、および方法に関する。

（背景）
種々のタイプの生物学的サンプル、特に、生存細胞を含むサンプルの細胞／生物学的含有物を判定するための手動処理は、多くの用途において法外なコストがかかり、また、エラーを被りやすい。自動化もまた、多くの用途において法外なコストがかかり、診療現場または医院分析等の用途に対して、例えば、液体取扱いロボットを使用して現在実践されているままでは不適切である。

最近、遠心マイクロ流体技術に基づく診療現場診断アッセイシステムにおいて、多くの進歩が認められている。そのようなシステムは、典型的には、ｉ）試薬貯蔵およびサンプル処理方法を伴う遠心マイクロ流体カートリッジと、ｉｉ）そのような遠心マイクロ流体カートリッジ上で処理されるサンプルの照会のための関連デバイスリーダとを備える。しかしながら、現在の診療現場用の遠心マイクロ流体ベースの診断アッセイシステムと比較して、ｉ）ユーザエラーを被りにくく、ｉｉ）生物災害（バイオハザード）およびエアロゾル汚染リスクを最小限にし、ｉｉｉ）カートリッジ清掃の要件を除去し、ｉｖ）ユーザワークフロープロトコルを簡略化し、ｖ）カートリッジ製造およびコストを簡略化し、ｖｉ）ユーザフェールセーフ機構を統合する、生物学的サンプル取込の単純方法を提供する必要性が満たされていない。

既存の遠心力ベースの診療現場診断アッセイシステムは、典型的には、ｉ）液体サンプルの取込みのための外部ホールピペット、またはｉｉ）カートリッジ上に統合され、それによって、サンプルがカートリッジ上に直接取り込まれる、入口毛細管ポートのいずれかを使用する。両システムアプローチと関連付けられるカートリッジは、側方流アッセイ、電気化学アッセイ等の種々の統合されたサンプル調製およびアッセイ試験を行うことができるが、それらのサンプル取込み方法は、前述の満たされていない必要性に対処するものではない。

第１の例の外部ホールピペットを検討する。本事例では、生物学的サンプルは、ピペットの先端とサンプルの接触に応じて、毛細管作用を通してホールピペットに取り込まれる。ピペット先端は、次いで、典型的には、カートリッジの中心近くに位置する、遠心カートリッジの入口チャンバの中に挿入される。サンプルは、例えば、ピペットの設計に応じて、ピペット内に統合される空気変位ピストンまたはピペットの上部のゴム球の圧搾のいずれかを通して、分注（または移送）される。このサンプル取込み方法は、いったん遠心カートリッジがスピンされると、エアロゾルまたは生物災害汚染のリスクに悩まされる。吸収性材料をカートリッジの入口チャンバの中に統合することは、本リスクを低減させるが、排除するものではなく、カートリッジの製造プロセスをさらに複雑にする。入口チャンバを物理的障壁で被覆することは、コストおよび生物災害リスクを増加させ、ユーザワークフローステップを追加し、それによって、ユーザ訓練要件を増加させる。

第２の例の統合された入口毛細管ポートを検討する。本事例では、生物学的サンプルは、全血の実施例に関しては、患者のランセットで切開された指から、カートリッジの入口毛細管ポート上に直接取り込まれる。入口毛細管ポートは、典型的には、カートリッジから幾分突出し、ユーザ動作およびサンプル取込みの両方を促進する。そのような方法は、典型的には、入口毛細管ポートを患者の指に接触するように位置付けることが、問題となり、失敗または不良品質取込みにつながり得るため、高度なユーザ訓練を要求する。そのような統合された入口毛細管ポートは、カートリッジの製造プロセスを複雑にし、コストを追加し、生産収率を低減させる。また、前述の例におけるように、生物災害およびエアロゾル汚染を最小限にするために、物理的障壁の適用を要求する。

第１の例を例証する多数の例が、当技術分野に存在する。例として、種々のサンプル処理方法を説明する、米国第４８９８８３２号（Ｂｏｅｈｒｉｎｇｅｒ Ｍａｎｎｈｅｉｍ）、日本第２００８ ０３２６９５号（Ｍａｔｓｕｓｈｉｔａ）、米国第５０６１３８１号（Ａｂａｘｉｓ）、および米国第６１４３２４８号（Ｇａｍｅｒａ）が挙げられるが、全て、サンプルを装填するために、外部ホールピペットを使用する。

当技術分野における第２の例のそのような例の１つは、入口ポート上に液滴として分注されるサンプル液体を移送するためのシステムを説明する、米国第２００９／２０５４４７号（Ｐａｎａｓｏｎｉｃ）である。入口ポートは、チャンバから離れた方向に突出するように形成され、陥凹区分が、注入ポートの周囲に形成され、入口ポートは、遠心力が、その回転に応じて、サンプルを該チャンバに移送するように、回転軸中心の側に配列される。ヒンジ付きカバー機構が、生物災害およびエアロゾル汚染を防止する。

したがって、低コストかつ単純なサンプル取込装置および方法を提供し、当技術分野において公知の少なくとも１つの問題に対処することを目的とする。

米国特許第４８９８８３２号明細書 特開第２００８−０３２６９５号明細書 米国特許第５０６１３８１号明細書 米国特許第６１４３２４８号明細書 米国特許出願公開第２００９／２０５４４７号明細書

（要旨）
本発明によると、添付の請求項に記載されるように、
ホールピペットと、
回転式モータと、
該モータを制御するための手段と、
回転式モータに結合され、該ホールピペットを受容するための少なくとも１つのチャンバ、およびサンプルが分注される統合された出力チャンバを提供するように適合される、プラットフォームと、
を備える、生物学的サンプルを取込するためのマイクロ流体システムが、提供される。

一実施形態では、
ホールピペットと、
少なくとも１つの受容チャンバであって、該ホールピペットを受容するように構成される、受容チャンバ、および遠位出力チャンバであって、ホールピペットからの生物学的サンプルは、力が印加されると、出力チャンバの中に分注される、遠位出力チャンバを提供するように適合される、プラットフォームと、
を備える、生物学的サンプルを処理するためのマイクロ流体システムが、提供される。

一実施形態では、該ホールピペットの先端に取り込まれた生物学的サンプルのメニスカスは、該ホールピペット内の対向するメニスカスから半径方向遠位にある。

一実施形態では、ホールピペットは、通気孔を備える毛細管ピペットである。

一実施形態では、ピペット先端に近接するサンプルメニスカスの半径方向距離は、先端から遠位のサンプルメニスカスの半径方向距離より大きい。

一実施形態では、ホールピペットは、ホールピペットへの生物学的サンプル取込みおよびそこからの分注の間に空気の移送を確実にするための通気孔を備える。

一実施形態では、印加される力は、プラットフォームの回転によって生じる遠心力である。

一実施形態では、該ホールピペットは、回転式モータによる回転の間の除去を防止するように適合される単回使用係止機構を備える。

一実施形態では、ホールピペットは、該ホールピペット先端に取り込まれた生物学的サンプルのメニスカスが該ホールピペット内の対向するメニスカスから半径方向遠位にあるように、流体障壁を備える。

一実施形態では、ホールピペット内に、ホールピペットの対向端を通した生物学的サンプルの逃散を防止する流体障壁が、提供される。

一実施形態では、生物学的サンプルは、液体形態の別様に構成されたサンプルと置換される。

別の実施形態では、
生物学的サンプルを収集および貯蔵するためのチャネルと、
ホールピペットへの生物学的サンプル取込みおよび力が印加されるときのそこからマイクロ流体システムへの分注の間に空気の移送を確実にするための通気孔と、
を備える、生物学的サンプルを処理するためのマイクロ流体システムと併用するためのホールピペットが、提供される。

さらなる実施形態では、
ホールピペットをプラットフォームに結合するステップと、
ホールピペットからの生物学的サンプルがプラットフォームの出力チャンバの中に分注されるように、プラットフォームを回転させるステップと、
を含む、マイクロ流体内の生物学的サンプルを処理する方法が、提供される。

本発明は、全血、唾液、血清、汗等、多数の生物学的サンプルに関し、それらに適用されるが、本明細書に説明される具体的実施形態は、患者の指からの全血の採取に焦点を当てる。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
生物学的サンプルを処理するためのマイクロ流体システムであって、
ホールピペットと、
少なくとも１つの受容チャンバであって、前記ホールピペットを受容するように構成される、受容チャンバ、および遠位出力チャンバであって、前記ホールピペットからの生物学的サンプルは、前記プラットフォームの回転によって生じる遠心力が印加されると、前記出力チャンバの中に分注される、遠位出力チャンバを提供するように適合される、プラットフォームと、
を備える、マイクロ流体システム。
（項目２）
前記ホールピペットの先端に取り込まれた生物学的サンプルのメニスカスは、前記ホールピペット内の対向するメニスカスから半径方向遠位にある、項目１に記載のマイクロ流体システム。
（項目３）
前記ホールピペットは、前記ホールピペットへの前記生物学的サンプルの取込み、および毛細管作用による前記ホールピペットからの分注の間に、空気の移送を確実にするための通気孔を備える、項目１または２に記載のマイクロ流体システム。
（項目４）
前記ホールピペットは、通気孔を備える毛細管ピペットである、項目１に記載のマイクロ流体システム。
（項目５）
前記ピペットの先端に近接する前記サンプルのメニスカスの半径方向距離は、前記先端から遠位の前記サンプルメニスカスの半径方向距離より大きい、前記項目のいずれかに記載のマイクロ流体システム。
（項目６）
前記ホールピペットは、回転式モータによる回転の間の除去を防止するように適合される単回使用係止機構を備える、前記項目のいずれかに記載のマイクロ流体システム。
（項目７）
前記ホールピペットは、前記ホールピペットの先端に取り込まれた生物学的サンプルのメニスカスが前記ホールピペット内の対向するメニスカスから半径方向遠位にあるように、流体障壁を備える、前記項目のいずれかに記載のマイクロ流体システム。
（項目８）
前記ホールピペット内の流体障壁は、前記ホールピペットの対向端を通した生物学的サンプルの逃散を防止するように適合される、前記項目のいずれかに記載のマイクロ流体システム。
（項目９）
前記生物学的サンプルは、液体形態の別様に構成されたサンプルと置換される、前記項目のいずれかに記載のマイクロ流体システム。
（項目１０）
前記項目のいずれかに記載されるような生物学的サンプルを処理するためのマイクロ流体システムと併用するためのホールピペットであって、
前記生物学的サンプルを収集および貯蔵するためのチャネルと、
前記ホールピペットへの前記生物学的サンプルの取込み、および遠心力が印加されるときの前記ホールピペットから前記マイクロ流体システムへの分注の間に空気の移送を確実にするための通気孔と、
を備える、ホールピペット。
（項目１１）
項目１から９のいずれかに記載のマイクロ流体システム内の生物学的サンプルを処理する方法であって、
ホールピペットをプラットフォームに結合するステップと、
前記ホールピペットからの生物学的サンプルが前記プラットフォームの出力チャンバの中に分注されるように、前記プラットフォームを回転させるステップと、
を含む、方法。

本発明は、付随の図面を参照して一例のみとして与えられる、その実施形態の以下の説明からより明白に理解され得る。

図１は、本発明の一実施形態による、遠心カートリッジの受容チャンバの中に挿入されるホールピペットを図示する。

図２は、本発明の一実施形態による、除去されたホールピペットに取り込まれるランセットで切開された指からの全血サンプルを図示する。

図３は、取り込まれたサンプルを統合された出力チャンバの中に分注するための機構を提供する、ホールピペットおよび円板構造を図式的に図示する。

（発明の詳細な説明）
ここでは、ホールピペットを備えるサンプル取込み方法が、説明され、サンプルは、毛細管作用を通してそれに取り込まれ、該ピペットは、遠心カートリッジ上の受容チャンバの中に挿入され、このピペットは、サンプルが統合された出力チャンバの中に分注されることを確実にするように設計される。

図１は、本発明の一実施形態による、回転式モータ（図示せず）に結合される、中心１０２を伴う遠心マイクロ流体カートリッジ１０１と、２つの区画が除去されて描かれる、円周１０３とを備える、高レベルサンプルアプリケータおよびカートリッジ構造を図示する。サンプルアプリケータは、そのサンプル移送体１０５に取り付けられるハンドル１０４を伴う、ホールピペットを備える。図１は、取り込まれたサンプルを伴わずにカートリッジ内に挿入されるホールピペットを図示する。後の例証は、出口チャネル１０７を伴う、統合された出力チャンバ１０６の幾何学的関係および機能を説明する。ホールピペットのハンドル内の通気孔１０８は、ホールピペット内の空気変位をもたらし、それぞれ、毛細管および遠心力を通して、サンプル取込みおよび分注を可能にする。流体障壁１０９は、取り込まれたサンプルの外側環境への漏出を最小限にする。

図２は、サンプルが最初にホールピペットに取り込まれる典型的プロトコルを図示し、高レベルカートリッジ構造をさらに詳述する。ここでは、図１にすでに示されるように、回転式モータ（図示せず）に結合される中心２０２と、関連付けられた出口チャネル２０４を伴う出力チャンバ２０３とを備える、カートリッジ２０１が示される。ホールピペット２０５は、カートリッジから除去され、それによって、受容チャンバから遠位の出力チャンバに接続される、カートリッジ上の受容チャンバ２０６を示す。ホールピペット内の通気孔２０７および関連付けられた流体障壁２０８は、前述の通りである。図は、指刺しによる全血採取の使用例を図示しており、指２０９は、当業者に公知の手技を使用してランセットで切開されたことに応じて、全血サンプル２１０を指の表面上に産生する。ホールピペットは、必ずしも指の表面からではなく、サンプルとの任意の接触によってサンプルを受容することができることを理解されたい。ホールピペットとの接触に応じて、血液サンプルは、後縁サンプルメニスカス２１１として定義される点まで、ピペットに向かう毛細管作用によって充填し始める。

図３は、本発明の詳細な作用を図示する。前述のように、カートリッジ３０１は、回転式モータ（図示せず）に結合される中心３０２を備える。ホールピペット３０３は、図２において前に図示された受容チャンバを介して、カートリッジの中に再挿入される。第１の概念上の中心線

は、カートリッジ中心と交差して示され、受容チャンバに垂直に接する。第２の概念上の中心線
は、

に垂直に示され、ホールピペットの中心軸に沿って投影される。ホールピペットは、取り込まれたサンプル３０４が後縁サンプルメニスカス３０５とピペットの先端における前縁サンプルメニスカス３０６との間に充填されて示される。カートリッジ中心から後縁サンプルメニスカスまでの半径方向距離は、ｒ１として記載され、カートリッジ中心から前縁サンプルメニスカスまでの半径方向距離は、ｒ２として記載され、前縁メニスカスと後縁メニスカスとの間の距離は、ｙとして記載され、これは、ホールピペット内に取り込まれたサンプルの近似高さとして説明され得る。言い換えると、ピペット先端に近接するサンプルメニスカス３０５の半径方向距離は、先端から遠位のサンプルメニスカス３０６の半径方向距離より大きいはずである。出力チャンバ３０７は、前縁サンプルメニスカスから遠位にあるように配列される。カートリッジ内のいずれかにおける後続サンプル処理は、出口チャネル３０８に接続される方法および構造を通して生じ得る。

動作時、ホールピペットは、圧力が毛細管力を克服するように印加されない限り、毛細管力がサンプルを留保するように設計される。回転速度が回転式モータによって印加され、遠心力を発生させると、遠心マイクロ流体カートリッジ構造内のサンプルの正味の流れは、常時、半径方向外向きであって、すなわち、近位半径から遠位半径に向かう。したがって、いったん回転速度が印加され、ピペットの先端における毛細管力を上回る遠心力を発生させると、サンプルは、遠位出力チャンバの中に分注され、これは、いったん条件ｒ_２＞ｒ_１が維持されると、通気孔３０９を通る空気変位によってもたらされ得る。関係ｒ_２＞ｒ_１を維持するために、ホールピペット内に取り込まれたサンプルの高さｙは、ｘの２倍（２ｘ）を超えるべきではない（２ｘは、常時、

が受容チャンバに垂直であることに留意して、

の周囲にｘを鏡映させることによって定義される）。流体障壁３１０が、回転式モータの回転を通した、または別様に遠心力の印加に先立って、取り込まれたサンプルが外側環境の中に分注されるリスクを最小限にするために使用されることができ、また、設計によって、ｙ＜２ｘを確実するように位置付けられることができる。

実際は、前述のパラメータは、いったん十分な遠心力がホールピペットの先端における毛細管力を克服するように印加されると、サンプルがより遠位の出力チャンバの中に分注されるようなサイズにされる。回転式モータの回転による遠心力の発生に応じて、ホールピペットの不注意による移動または除去を回避するために、単回使用係止機構３１１が、使用されるか、またはその変形物を設計してもよい。

図面を参照して説明される本発明における実施形態は、コンピュータ装置および／またはコンピュータ装置内で行われるプロセスを備えてもよい。しかしながら、本発明はまた、コンピュータプログラム、特に、本発明を実践させるために適合されるキャリア上またはその中に記憶されるコンピュータプログラムにも拡張される。プログラムは、部分的にコンパイルされた形態または本発明による方法の実装において使用するために好適な任意の他の形態等、ソースコード、オブジェクトコード、またはソースコードとオブジェクトコードの中間のコードの形態であってもよい。キャリアは、ＲＯＭ、例えば、ＣＤ ＲＯＭ、または磁気記録媒体、例えば、フロッピーディスクまたはハードディスク等の記憶媒体を備えてもよい。キャリアは、電気もしくは光学ケーブルを介して、または無線もしくは他の手段によって伝送され得る、電気または光学信号であってもよい。

本明細書では、用語「〜を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ、ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ、ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ、およびｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または任意のその変形例および用語「〜を含む（ｉｎｃｌｕｄｅ、ｉｎｃｌｕｄｅｓ、ｉｎｃｌｕｄｅｄ、およびｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」または任意のその変形例は、完全に交換可能であると見なされ、全て、最も広範な可能性として考えられる解釈が与えられるべきであって、その逆も同様である。

本発明は、本明細書に説明される実施形態に限定されず、構造および詳細の両方において変更され得る。

Claims (4)

1. 生物学的サンプルを処理するためのマイクロ流体システムであって、
   通気孔を備え、かつ、生物学的サンプル（３０４）を含むホールピペットと、
   少なくとも１つの受容チャンバおよび遠位出力チャンバを提供するように適合されたカートリッジ（３０２）であって、前記カートリッジ（３０２）は、前記ホールピペットを受容するように構成されている、カートリッジ（３０２）と
   を備え、
   前記ホールピペットからの前記生物学的サンプル（３０４）は、前記カートリッジ（３０２）の回転によって生じる遠心力が印加されると、前記遠位出力チャンバの中に分注され、
   前記ホールピペットは、流体障壁（３０５）を備え、前記ホールピペットの先端における前記生物学的サンプル（３０４）のメニスカスは、前記ホールピペット内の対向するメニスカスから半径方向に遠位にあり、前記カートリッジ（３０２）の回転の中心から前記ホールピペットの前記先端に対して近接する前記生物学的サンプル（３０４）のメニスカスの半径方向距離（ｒ２）は、前記対向するメニスカスの半径方向距離（ｒ１）よりも大きい、マイクロ流体システム。
2. 前記通気孔は、前記ホールピペットへの前記生物学的サンプル（３０４）の取込み、および、毛細管作用による前記ホールピペットからの分注の間に、空気の移送を確実にするためのものである、請求項１に記載のマイクロ流体システム。
3. 前記ホールピペットは、回転式モータによる回転の間の除去を防止するように適合された単回使用係止機構を備える、請求項１〜２のうちのいずれかに記載のマイクロ流体システム。
4. 請求項１〜３のうちのいずれかに記載のマイクロ流体システムにおいて生物学的サンプルを処理するための方法であって、前記方法は、
   前記ホールピペットをプラットフォームに結合するステップと、
   前記ホールピペットからの前記生物学的サンプル（３０４）が前記プラットフォームの出力チャンバの中に分注されるように、前記プラットフォームを回転させるステップと、
   を含む、方法。