特許 6905908 マイクロ流体プレート内部の流体の状態を検出するセンサ、流体を含む試料の調製を制御するシステム、およびマイクロ流体プレート内部の流体の状態を検出する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6905908

(24)【登録日】2021年6月30日

(45)【発行日】2021年7月21日

(54)【発明の名称】マイクロ流体プレート内部の流体の状態を検出するセンサ、流体を含む試料の調製を制御するシステム、およびマイクロ流体プレート内部の流体の状態を検出する方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/22 20060101AFI20210708BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/22 B

【請求項の数】2

【外国語出願】

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-187484(P2017-187484)

(22)【出願日】2017年9月28日

(65)【公開番号】特開2018-59929(P2018-59929A)

(43)【公開日】2018年4月12日

【審査請求日】2020年3月31日

(31)【優先権主張番号】16191811.5

(32)【優先日】2016年9月30日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】591003013

【氏名又は名称】エフ．ホフマン−ラ ロシュ アーゲー

【氏名又は名称原語表記】Ｆ． ＨＯＦＦＭＡＮＮ−ＬＡ ＲＯＣＨＥ ＡＫＴＩＥＮＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100120112

【弁理士】

【氏名又は名称】中西 基晴

(74)【代理人】

【識別番号】100146710

【弁理士】

【氏名又は名称】鐘ヶ江 幸男

(72)【発明者】

【氏名】クラウディオ・ケルビニ

(72)【発明者】

【氏名】パウル・フェデラー

(72)【発明者】

【氏名】ルーカス・シュナイダー

(72)【発明者】

【氏名】トーマス・ケルン

(72)【発明者】

【氏名】ミハウ・ドブジンスキ

【審査官】 村田 顕一郎

(56)【参考文献】

【文献】 独国特許出願公開第１０２０１４２１４０２６（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 特表２０１４−５００９４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１４９３３４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１８３２０９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００８−５３４９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５２７２５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５２５８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０２３７６５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／００９７６６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００３−５１００３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００００３８８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／００−２７／１０

Ｇ０１Ｎ ２７／１４−２７／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つのセンサ（１００）を使用して、マイクロ流体プレート（１２０）内部の流体の状態を検出する方法であって、
前記少なくとも１つのセンサ（１００）は、第１の平坦電極（１０２）と第２の平坦電極（１０４）とを含む電気コンデンサ（１０６）を備え、前記第１の平坦電極（１０２）及び前記第２の平坦電極（１０４）は共通平面（１０８）内に且つ互いに平行に配置され、前記第１の平坦電極（１０２）と前記第２の平坦電極（１０４）とは前記流体中に電場（１１４）を生成するように構成されており、前記少なくとも１つのセンサ（１００）は、前記電気コンデンサ（１０６）の静電容量により前記流体の前記状態を検出するように構成されており、
前記方法は、
マイクロ流体プレート（１２０）を設けるステップであって、前記マイクロ流体プレート（１２０）は、複数のウェル（１４４）を含むマルチウェルプレート（１４２）である、ステップと、
重力方向に関して前記マルチウェルプレート（１４２）の上に前記少なくとも１つのセンサ（１００）を配置するステップと、
前記マイクロ流体プレート（１２０）の少なくとも１つの前記ウェル（１４４）内に前記流体を充填するステップと、
前記流体中に電場を生成するステップと、
前記電気コンデンサ（１０６）の静電容量の変化を検出することにより前記流体の前記状態を検出するステップであって、前記流体の前記状態は、前記流体の存在、前記流体の不在、前記流体の充填水準、および前記流体の流量からなる群の少なくとも１つの要素を含む、ステップと、
前記電気コンデンサ（１０６）の静電容量の変化を検出することにより、少なくとも１つの前記ウェル（１４４）を封止する密閉箔（１４６）の有無を検出するステップと、
を含む、方法。

【請求項2】

前記流体の前記状態を検出するステップは、少なくとも１つの前記ウェル（１４４）内の前記流体の存在または不在を検出することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は流体試料を取り扱う分野にあり、より詳細には、マイクロ流体プレート内部の流体の状態を検出するセンサ、流体を含む試料の調製を制御するシステム、およびマイクロ流体プレート内部の流体の状態を検出する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

アッセイにおける化学分析、生物化学分析、および遺伝分析が持続的に増加していることを考慮して、液体試料などの、分析において使用される流体の状態を検出することに対する強い要望が認められる。

【0003】

光バリアなどの光学センサ、屈折率、カメラシステム等により分離過程を監視する試みが行われた。光検出は、該過程において使用される消耗品の複雑さおよびコストに重大な影響を及ぼし、検出機器のコストに悪影響を及ぼすと考えられる。

【0004】

また、容量センサを使用して、サンドイッチ構造内の垂直充填水準を測定することが既知である。
国際公開第１９８７／００６００９（Ａ１）号が、液体培地中の、炭化水素を含むある検体の濃度を検出する静電容量型化学センサを記載している。該装置は、活性層を含有する、平面のまたは「開いた」コンデンサを使用する。液体培地中の選定された検体に応答して、活性層は、検体濃度の上昇に伴って静電容量を減少させる。
しかし、活性層の存在によって、流体の状態を検出することができない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第１９８７／００６００９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

開示されているセンサ、システム、および方法の実施形態は、流体の状態を検出することを可能にすることを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

マイクロ流体プレート内部の流体の状態を検出するセンサ、流体を含む試料の調製を制御するシステム、およびマイクロ流体プレート内部の流体の状態を検出する方法が、本明細書において開示されている。

【0008】

開示されているマイクロ流体プレート内部の流体の状態を検出するセンサ、流体を含む試料の調製を制御するシステム、およびマイクロ流体プレート内部の流体の状態を検出する方法の実施形態が、独立請求項の特徴を有する。単独でまたは任意の組合せで実現されてもよい本発明のさらなる実施形態が、従属請求項において開示されている。

【0009】

以下に用いられている通り、用語「ｈａｖｅ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」もしくは「ｉｎｃｌｕｄｅ」またはそれらの任意の文法的変異が非排他的に用いられている。したがって、これらの用語は、これらの用語により紹介された特徴に加えて、この文脈において記載されている実体においてさらなる特徴が存在しない状態、および１つまたは複数のさらなる特徴が存在する状態の両方を指す可能性がある。例として「Ａ ｈａｓ Ｂ」、「Ａ ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ Ｂ」および「Ａ ｉｎｃｌｕｄｅｓ Ｂ」という表現は、Ｂに加えて、Ａに他の要素が存在しない状態（すなわち、Ａは唯一かつ排他的にＢから成る状態）、およびＢに加えて、実体Ａに、要素Ｃ、要素ＣおよびＤまたはさらなる別の要素などの１つまたは複数のさらなる要素が存在する状態の両方を指す可能性がある。

【0010】

さらに、特徴または要素が１度または２度以上存在する可能性があることを示す用語「少なくとも１つの」、「１つまたは複数の」あるいは同様の表現が、通常、各特徴または要素を紹介する時に１度だけ用いられることに留意すべきである。以下では、大抵の場合、各特徴または要素に言及する時、各特徴または要素が１度または２度以上存在する可能性があるという事実にも関わらず、「少なくとも１つの」あるいは「１つまたは複数の」という表現は繰り返されない。

【0011】

さらに、以下に用いられている通り、用語「詳細には」、「より詳細には」、「具体的には」、「より具体的には」、または同様の用語は、代替的可能性を制限することなく、付加的／代替的特徴と共に用いられる。したがって、これらの用語により紹介されている特徴は付加的／代替的特徴であり、いずれの場合にも特許請求の範囲の範囲を制限することを目的としていない。当業者には分かるように、本発明は代替的特徴を使用することにより実施されてもよい。同様に、「本発明の実施形態における」または同様の表現により紹介されている特徴が、本発明の代替的実施形態に関するいかなる制限もなく、本発明の範囲に関するいかなる制限もなく、かつそのように紹介されている特徴を本発明の他の付加的／代替的特徴または非付加的／非代替的特徴と組み合わせる可能性に関するいかなる制限もなく、付加的／代替的特徴であることが意図されている。

【0012】

マイクロ流体プレート内部の流体の状態を検出する、開示されているセンサは、電気コンデンサを形成するために互いに平行に配置されている、少なくとも第１の平坦電極と第２の平坦電極とを含む。第１の平坦電極と第２の平坦電極とは流体中に電場を生成するように構成されている。該センサは、電気コンデンサの静電容量により流体の状態を検出するように構成されている。

【0013】

該センサは、この特定の配置により、電場の大部分が、流体の目標位置である、マイクロ流体プレートの部分を通って流れるように、電極が最適化されるという知見に基づいている。この部分に存在する流体が電場を変化させ、静電容量変化は、流体の状態を検出することを可能にすると評価され得る。電極の平面的幾何学的形状は、電場の感度が、流体の目標位置である、マイクロ流体プレートの部分の完全に内部にあり、かつマイクロ流体プレートの上部の厚さおよび／または位置の見込まれる不正確さが大規模な偏倚を生み出さないので、有利である。

【0014】

本明細書において用いられている用語「マイクロ流体プレート」は、流体の少量を永久にまたは一次的に保存するように構成されている任意のプレート形状デバイスを指す。この点において、少量が、１０ｎｌから１００ｍｌまで、好ましくは０．１μｌから１０ｍｌまで、さらにより好ましくは０．１μｌから５ｍｌまでなどの、ｎｌからｍｌまでの範囲内の流体量として理解されるべきである。基本的に、マイクロ流体プレートの設計はマイクロ流体プレートの各用途によって決まる。したがって、マイクロ流体プレートは、単一の流体試料または複数の流体試料を保存するデバイスとして設計されていてもよい。同様に、マイクロ流体プレートの各保存領域の幾何学的形状はマイクロ流体プレートの各用途によって決まる。したがって、保存領域は、ウェル、経路、窪み、陥凹部等として設計されてもよい。

【0015】

本明細書において用いられている用語「平面の」は、それの長さおよび幅より著しく小さい高さを有するデバイスの３次元設計を指す。「著しくより小さい」は、少なくとも３倍、好ましくは少なくとも５倍、さらにより好ましくは少なくとも１０倍、より小さいことを意味する。

【0016】

第１の平坦電極および第２の平坦電極は共通平面内に配置されていてもよい。したがって、第１の平坦電極および第２の平坦電極は、小空間内においてもセンサを配置することを可能にする平坦構造で配置されている。

【0017】

センサは、第１の平坦電極および第２の平坦電極がマイクロ流体プレートに平行である状態で配置されるように構成されていてもよい。したがって、センサは、マイクロ流体プレートとの一種の積重ね構造で配置されてもよく、小型装置を可能にする。

【0018】

センサは、重力方向に関してマイクロ流体プレートの上または下に配置されるように構成されていてもよい。したがって、電場の大部分がマイクロ流体プレート内部の流体の目標位置を通って流れるので、流体の状態は正確に検出され得る。

【0019】

センサは、第１の平坦電極および第２の平坦電極に交流電流を流すように構成されている電源をさらに含んでいてもよい。したがって、電極は交流電流信号を供給されてもよく、その周波数および／または電力は検出結果にとってそれほど重要でない。したがって、センサにとって安定した信頼性のある構造がもたらされる。

【0020】

第１の平坦電極および第２の平坦電極はプリント回路基板上に配置されていてもよい。したがって、小型構造が実現され、確立された簡単な方法で電極に電気的に接触することを可能にする。

【0021】

センサは、流体から離間されている第１の平坦電極および第２の平坦電極を用いて、流体の状態を検出するように構成されていてもよい。したがって、電極は流体に接触せず、それは電極の損傷を防止する。それにも関わらず、電極のこの配置は流体の状態を確実に検出することを可能にする。

【0022】

流体の状態は、流体の存在、流体の不在、流体と異なる少なくとも１つの成分と流体との所定の混合物、流体の封入容器の存在、流体の封入容器の不在、流体の充填水準、および流体の流量からなる群の少なくとも１つの要素を含む。

【0023】

本明細書において用いられている用語「流体の存在」は、センサの検出範囲内の流体の少なくとも部分的な存在を指す。同様に、本明細書において用いられている用語「流体の不在」は、センサの検出範囲内の流体の少なくとも部分的な存在を指す。したがって、センサは、流体が目標位置に目標量を有して存在するか否かを検出してもよい。

【0024】

本明細書において用いられている用語「所定の混合物」は、少なくとも１つの他のまたはさらなる成分との流体の目標混合度を指す。したがって、流体が正確に混合されたか否かが検出されてもよい。

【0025】

本明細書において用いられている用語「流体の封入容器」は、流体を保存する任意のデバイスを指す。本明細書において用いられている用語「封入容器の存在」は、覆い、槽、容器等を含むがそれらに限定されない、流体を保存するデバイスの任意の部分の少なくとも部分的な存在を指す。同様に、本明細書において用いられている用語「封入容器の不在」は、覆い、槽、容器等を含むがそれらに限定されない、流体を保存するデバイスの任意の部分の少なくとも部分的な不在を指す。したがって、センサは、流体が完全に正確に封入されているか否かを検出してもよい。

【0026】

本明細書において用いられている用語「充填水準」は流体の目標量を指し、流体の量を定義するのに適した、ｐｌ、μｌ、ｍｌ、μｇ、ｍｇまたは任意の他の単位で定義されている。

【0027】

本明細書において用いられている用語「流量」は時間量当たりの流体の体積流量または質量流量を指す。

【0028】

センサは、マイクロ流体プレートの存在または不在を検出するようにさらに構成されていてもよい。したがって、センサは、マイクロ流体プレートが流体の状態を検出するための準備ができているかまたは用意があるか否かを検出してもよい。

【0029】

センサは、流体の同一性を検出するようにさらに構成されていてもよい。したがって、センサは、正しい流体または目標流体がマイクロ流体プレート内部に存在するか否かを検出するのに適している。

【0030】

流体は液体、詳細には生体液体であってもよい。したがって、センサは多種多様な試料の状態を検出するように構成されている。

【0031】

前述の通り、流体を含む試料の調製を制御する、開示されているシステムは複数のセンサを含む。したがって、複数の流体の状態および／または流体の状態は複数の位置で検出されてもよい。

【0032】

前述の通り、少なくとも１つのセンサを使用して、マイクロ流体プレート内部の流体の状態を検出する、開示されている方法は、マイクロ流体プレートを設けるステップと、センサをマイクロ流体プレートに隣接して配置するステップと、マイクロ流体プレート内部に流体を充填するステップと、流体中に電場を生成するステップと、電気コンデンサの静電容量により流体の状態を検出するステップとを含む。したがって、流体の状態は、本方法を用いて確実に検出され得る。

【0033】

マイクロ流体プレートは少なくとも１つの経路を含んでいてもよい。本方法は、該経路内に流体を充填するステップをさらに含んでいてもよい。したがって、流体の状態は、流体が経路内に充填されているかつ／またはそれを通って流動している間に、検出されてもよい。

【0034】

本方法は、混合物を生成するために流体と異なる成分を充填するステップをさらに含んでいてもよい。したがって、混合工程が制御されてもよい。

【0035】

本方法は、混合物に気体を供給するステップと、所定の混合物特質を検出するステップとをさらに含んでいてもよい。気体の供給は混合工程を促進する。さらに、気体の供給は、センサにより制御されている所定の混合度が実現された時に終了される。

【0036】

本方法は、少なくとも１つの経路に沿って２つ以上のセンサを配置するステップと、各センサの電気コンデンサの静電容量を検出するステップとをさらに含んでいてもよい。したがって、流体の状態は経路に沿った異なる位置で検出されてもよく、それが検出結果の質を高める。

【0037】

マイクロ流体プレートは、複数のウェルを含むマルチウェルプレートであってもよい。本方法は、少なくとも１つのウェル内に流体を充填するステップをさらに含んでいてもよい。本方法は、ウェル内の流体の存在または不在を検出するステップをさらに含んでいてもよい。

【0038】

本明細書において用いられている用語「マルチウェルプレート」は、小試験管として使用される複数の「ウェル」を備えた平板を指す。また、そのようなマルチウェルプレートはマイクロタイタープレートとして既知である。マイクロプレートは、分析的研究および臨床診断試験室において標準手段になっている。非常に一般的な使用が、ヒトおよび動物での最新の医療診断試験の基礎である、酵素結合免疫吸着検査法（ＥＬＩＳＡ：ｅｎｚｙｍｅ−ｌｉｎｋｅｄ ｉｍｍｕｎｏｓｏｒｂｅｎｔ ａｓｓａｙ）におけるものである。マルチウェルプレートが、通常、２：３の矩形母材内に配置されている６個、２４個、９６個、３８４個または１５３６個の試料ウェルを有する。いくつかのマイクロプレートが、さらに、３４５６個または９６００個のウェルを備えて製造されており、可撓性プラスチックテープ上にエンボス加工されているマイクロプレートの連続ストリップをもたらす「配列テープ」製品が開発されている。マイクロプレートの各ウェルは、通常、数十ピコリットルから数ミリリットルの間の液体をどこかに保持する。また、それらは、乾燥粉末を保存するのに、またはガラス管挿入物を支持する架台として使用され得る。ウェルは円形または四角形のどちらかであり得る。化合物保存用途では、きっちり締まるシリコーンキャップマットを備えた四角形のウェルが好適である。マイクロプレートは長期に亘って低温で保存されることが可能であり、それらのウェルからの溶媒蒸発率を高めるために加熱されてもよく、さらには箔または透明被膜で熱融着され得る。また、フィルタ材の埋込み層を備えたマイクロプレートが開発され、今日、濾過、分離、光検出、保存、反応混合、細胞培養、および抗菌活性の検出を含む、生命科学研究における殆ど全ての用途のためのマイクロプレートが存在する。

【0039】

本方法は、流体の充填水準、および／またはウェルを密閉する密閉箔の存在もしくは不在、および／またはマルチウェルプレートの存在および／または不在を検出するステップをさらに含んでいてもよい。

【0040】

本発明は、コンピュータまたはコンピュータネットワーク上でプログラムが実行された場合に本明細書に含まれる実施形態の１つまたは複数において開示されているセンサによる方法および／または本明細書に含まれる実施形態の１つまたは複数において開示されている方法を実施するためのコンピュータ実行可能な命令を含むコンピュータプログラムをさらに開示し、提案している。具体的には、コンピュータプログラムは、コンピュータ可読データキャリアに格納されていてもよい。したがって、具体的には、前述されている本方法ステップの１つ、２つ以上、またはさらには全てが、コンピュータまたはコンピュータネットワークを使用することにより、詳細にはコンピュータプログラムを使用することにより、実施されてもよい。

【0041】

本発明は、コンピュータまたはコンピュータネットワーク上でプログラムが実行された場合に、本明細書に含まれる実施形態の１つまたは複数において開示されているセンサによる方法および／または本明細書に含まれる実施形態の１つまたは複数において開示されている方法を実施するために、プログラムコード手段を有するコンピュータプログラム製品をさらに開示し、提案している。具体的には、プログラムコード手段はコンピュータ可読データキャリアに格納されている。

【0042】

さらに、本発明は、格納されているデータ構造を有するデータキャリアを開示し、提案しており、それは、コンピュータまたはコンピュータネットワークのワーキングメモリまたはメインメモリへなど、コンピュータまたはコンピュータネットワークへのローディング後、本明細書において開示されている実施形態の１つまたは複数による本方法を実行してもよい。

【0043】

本発明は、コンピュータまたはコンピュータネットワーク上でプログラムが実行された場合に、本明細書において開示されている実施形態の１つまたは複数による本方法を実施するために、機械可読キャリアに格納されているプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム製品を提案し、開示している。本明細書において用いられている「コンピュータプログラム製品」は取引き可能な製品としてのプログラムを指す。該製品は、一般に、紙フォーマットでまたはコンピュータ可読データキャリア上になど、任意のフォーマットで存在していてもよい。具体的には、コンピュータプログラム製品はデータネットワークで配布されてもよい。

【0044】

最後に、本発明は、本明細書において開示されている実施形態の１つまたは複数による本方法を実施するために、コンピュータシステムまたはコンピュータネットワークにより可読の命令を含む変調データ信号を提案し、開示している。

【0045】

本発明のコンピュータ実施態様を参照すると、本明細書において開示されている実施形態の１つまたは複数による本方法の方法ステップの１つもしくは複数またはさらには方法ステップの全てが、コンピュータまたはコンピュータネットワークを使用することにより実施されてもよい。したがって、通常、データの提供および／または操作を含む本方法ステップのいずれかは、コンピュータまたはコンピュータネットワークを使用することにより実施されてもよい。通常、これらの方法ステップは、通常は試料を供給するステップおよび／または実測を実施するある態様などの手作業を必要とする方法ステップを除いて、方法ステップのいずれかを含んでいてもよい。

【0046】

具体的には、開示されているセンサおよび／または方法は、
− 少なくとも１つのプロセッサを含むコンピュータまたはコンピュータネットワークであり、該プロセッサは、本明細書に記載されている実施形態の１つによる本方法を実施するようになされている、コンピュータまたはコンピュータネットワークと、
− データ構造がコンピュータ上で実行されている間に、本明細書に記載されている実施形態の１つによる本方法を実施するようになされているコンピュータロード可能なデータ構造と、
− コンピュータプログラムであり、該プログラムがコンピュータ上で実行されている間に、本明細書に記載されている実施形態の１つによる本方法を実施するようになされている、コンピュータプログムと、
− コンピュータプログラムがコンピュータ上でまたはコンピュータネットワーク上で実行されている間に、本明細書に記載されている実施形態の１つによる本方法を実施するためのプログラム手段を含む、コンピュータプログラムと、
− 先行する実施形態によるプログラム手段を含むコンピュータプログラムであり、該プログラム手段はコンピュータに可読な記憶媒体に格納されている、コンピュータプログラムと、
− 記憶媒体であり、データ構造が該記憶媒体に格納されており、該データ構造は、コンピュータのまたはコンピュータネットワークの主記憶および／または作業用記憶域へロードされた後、本明細書に記載されている実施形態の１つによる本方法を実施するようになされている、記憶媒体と、
− プログラムコード手段を有するコンピュータプログラム製品であり、該プログラムコード手段がコンピュータ上でまたはコンピュータネットワーク上で実行された場合、本明細書に記載されている実施形態の１つによる本方法を実施するために、該プログラムコード手段は記憶媒体に保存されることが可能であるかまたは保存される、コンピュータプログラム製品と
をさらに開示している。

【0047】

開示されているセンサおよび／または方法の知見を要約すると、以下の実施形態が開示されている。

【0048】

実施形態１：マイクロ流体プレート内部の流体の状態を検出するセンサであって、電気コンデンサを形成するために互いに平行に配置されている、少なくとも第１の平坦電極と第２の平坦電極とを含み、第１の平坦電極と第２の平坦電極とは流体中に電場を生成するように構成されており、センサは、電気コンデンサの静電容量により流体の状態を検出するように構成されている、センサ。

【0049】

実施形態２：第１の平坦電極および第２の平坦電極は共通平面内に配置されている、実施形態１によるセンサ。

【0050】

実施形態３：センサは、第１の平坦電極および第２の平坦電極がマイクロ流体プレートに平行である状態で配置されるように構成されている、実施形態１または２によるセンサ。

【0051】

実施形態４：センサは、重力方向に関してマイクロ流体プレートの上または下に配置されるように構成されている、実施形態１から３のいずれか１つによるセンサ。

【0052】

実施形態５：第１の平坦電極および第２の平坦電極に交流電流を流すように構成されている電源をさらに含む、実施形態１から４のいずれか１つによるセンサ。

【0053】

実施形態６：第１の平坦電極および第２の平坦電極はプリント回路基板上に配置されている、実施形態１から５のいずれか１つによるセンサ。

【0054】

実施形態７：センサは、第１の平坦電極および第２の平坦電極が流体から離間されている状態で、流体の状態を検出するように構成されている、実施形態１から６のいずれか１つによるセンサ。

【0055】

実施形態８：状態は、流体の存在、流体の不在、流体と異なる少なくとも１つの成分と流体との所定の混合物、流体の封入容器の存在、流体の封入容器の不在、流体の充填水準、および流体の流量からなる群の少なくとも１つの要素を含む、実施形態１から７のいずれか１つによるセンサ。

【0056】

実施形態９：センサは、マイクロ流体プレートの存在または不在を検出するようにさらに構成されている、実施形態１から８のいずれか１つによるセンサ。

【0057】

実施形態１０：センサは、流体の同一性を検出するようにさらに構成されている、実施形態１から８のいずれか１つによるセンサ。

【0058】

実施形態１１：流体は液体、詳細には生体液体である、実施形態１から１０のいずれか１つによるセンサ。

【0059】

実施形態１２：実施形態１から１１のいずれか１つによる複数のセンサを含む、流体を含む試料の調製を制御するシステム。

【0060】

実施形態１３：実施形態１から１１のいずれか１つによる少なくとも１つのセンサを使用して、マイクロ流体プレート内部の流体の状態を検出する方法であって、
− マイクロ流体プレートを設けるステップと、
− マイクロ流体プレートに隣接してセンサを配置するステップと、
− マイクロ流体プレート内部に流体を充填するステップと、
− 流体中に電場を生成するステップと、
− 電気コンデンサの静電容量により流体の状態を検出するステップと
を含む、方法。

【0061】

実施形態１４：マイクロ流体プレートは少なくとも１つの経路を含み、本方法は流体を該経路内に充填するステップをさらに含む、実施形態１３による方法。

【0062】

実施形態１５：混合物を生成するために、流体と異なる成分を充填するステップをさらに含む、実施形態１４による方法。

【0063】

実施形態１６：混合物に気体を供給するステップと、所定の混合物特質を検出するステップとをさらに含む、実施形態１５による方法。

【0064】

実施形態１７：少なくとも１つの経路に沿って２つ以上のセンサを配置するステップと、各センサの電気コンデンサの静電容量を検出するステップとをさらに含む、実施形態１３から１６のいずれか１つによる方法。

【0065】

実施形態１８：マイクロ流体プレートは、複数のウェルを含むマルチウェルプレートであり、本方法は、少なくとも１つのウェル内に流体を充填するステップをさらに含み、本方法は、ウェル内の流体の存在または不在を検出するステップをさらに含む、実施形態１３による方法。

【0066】

実施形態１９：流体の充填水準、および／またはウェルを密閉する密閉箔の存在もしくは不在、および／またはマルチウェルプレートの存在もしくは不在を検出するステップをさらに含む、実施形態１８による方法。

【0067】

本発明のさらなる特徴および実施形態が、後続の記述においてより詳細に、詳細には従属請求項と併せて、開示される。そこでは、当業者に分かる通り、各特徴は単独でかつ任意の実現可能な組合せで実現されてもよい。実施形態は図に概略的に描かれている。そこでは、これらの図の同一参照番号が同一要素または機能的に同一の要素を指す。

【図面の簡単な説明】

【0068】

【図1】センサの横断面図である。

【図2】第１の実施形態による、試料の調製を制御するシステムの一部の上面図である。

【図3】第１の実施形態によるマイクロ流体プレートの上面図である。

【図4】第１の実施形態によるシステムの側面図である。

【図5】第１の実施形態によるシステムの横断面図である。

【図6】第１の実施形態によるシステムにより検出された静電容量の信号曲線の図である。

【図7】第２の実施形態による、試料の調製を制御するシステムの横断面図である。

【図8】第２の実施形態によるシステムの別の横断面図である。

【図9】第２の実施形態によるシステムにより検出された静電容量の信号曲線の図である。

【発明を実施するための形態】

【0069】

図１はセンサ１００の横断面図を示す。センサ１００は、少なくとも第１の平坦電極１０２と第２の平坦電極１０４とを含む。第１の平坦電極１０２と第２の平坦電極とは、電気コンデンサ１０６を形成するために互いに平行に配置されている。より詳細には、第１の平坦電極１０２および第２の平坦電極１０４は共通平面１０８内に配置されている。第１の平坦電極１０２および第２の平坦電極１０４はプリント回路基板１１０上に配置されている。センサは、第１の平坦電極１０２および第２の平坦電極１０４に交流電流を流すように構成されている電源１１２をさらに含む。第１の平坦電極１０２および第２の平坦電極１０４に交流電流を流すことにより、第１の平坦電極１０２および第２の平坦電極１０４とそれらに隣接した周囲との間に、電場１１４が生成される。

【0070】

図２は、第１の実施形態による、流体を含む試料の調製を制御するシステム１１６の一部の上面図を示す。システム１１６は複数のセンサ１００を含む。本実施形態では、システム１１６は１２個のセンサ１００を含み、それらは３つの平行な列１１８に配置されており、各列１１８は４個のセンサ１００を含む。

【0071】

図３は、第１の実施形態によるマイクロ流体プレート１２０の上面図を示し、それはシステム１１６の一部である可能性がある。本実施形態では、マイクロ流体プレート１２０は消耗品１２２である。本実施形態のマイクロ流体プレート１２０は少なくとも１つの経路１２４を含む。例えば、マイクロ流体プレート１２０は３つの経路１２４を含む。経路１２４は互いに平行に配置されている。各経路１２４は２つの対向する端部１２６を含む。経路１２４の各端部において、流体がそれを通して経路１２４内に充填されてもよいかまたはそこから引き出されてもよい出入り口１２８が配設されている。

【0072】

図４は、第１の実施形態によるシステム１１６の側面図を示す。以後、特に明記しない限り、以下の説明は残りのセンサ１００に同様に当てはまるが、複数のセンサ１００のうちの１個のみが言及されている。図４に示されている通り、センサ１００は、第１の平坦電極１０２および第２の平坦電極１０４がマイクロ流体プレート１２０に平行である状態で配置されるように構成されている。詳細には、センサ１００は、重力方向に関してマイクロ流体プレート１２０の上または下に配置されるように構成されている。本実施形態では、センサ１００は、重力方向に関してマイクロ流体プレート１２０の下に配置されるように構成されている。複数のセンサ１００を参照すると、２つ以上のセンサ１００が少なくとも１つの経路１２４に沿って配置されている。図４に示されている通り、４個のセンサ１００が各経路１２４に沿って配置されている。

【0073】

図５は、第１の実施形態によるシステム１１６の横断面図を示す。以下にさらに詳細に説明される通り、センサ１００はマイクロ流体プレート１２０内部の流体の状態を検出するように構成されている。流体は液体、詳細には生体液体であってもよい。より詳細には、センサ１００は、第１の平坦電極１０２および第２の平坦電極１０４が流体から離間されている状態で、流体の状態を検出するように構成されている。図４および図５に示されている配置では、第１の平坦電極１０２および第２の平坦電極１０４は流体中に電場１１４を生成するように構成されている。センサ１００は、電気コンデンサ１０６の静電容量により流体の状態を検出するように構成されている。状態は、流体の存在、流体の不在、流体と異なる少なくとも１つの成分と流体との所定の混合物、流体の封入容器の存在、流体の封入容器の不在、流体の充填水準、および流体の流量からなる群の少なくとも１つの要素を含む。センサ１００は流体の同一性を検出するようにさらに構成されている。

【0074】

以下、マイクロ流体プレート１２０内部の流体の状態を検出する方法がさらに詳細に記載される。マイクロ流体プレート１２０が設けられており、センサ１００は、マイクロ流体プレート１２０の下になど、マイクロ流体プレート１２０に隣接して配置されている。流体がマイクロ流体プレート１２０内に充填される。本実施形態では、流体が各出入り口１２８を通して各経路１２４内に充填される。電場１１４が、第１の平坦電極１０２および第２の平坦電極１０４に交流電流を流すことにより生成される。図５に示されている通り、また、電場１１４は経路１２４内で生成され、流体はその中に充填される。流体の状態は電気コンデンサ１０６の静電容量により検出される。

【0075】

例えば、システム１１６は、流体と異なる少なくとも１つの成分と流体との所定の混合物を調製するのに使用されてもよく、混合状態はセンサ１００により検出される。このために、油などの成分は各出入り口１２８を通して経路１２４内に充填される。混合工程を容易にするために、出入り口１２８を通して混合物に空気などの気体が供給され、所定の混合物特質が検出される。所定の混合物特質が実現された場合、気体の供給は終了される。

【0076】

図６は、第１の実施形態によるシステム１１６により検出された静電容量の信号曲線を示す。より詳細には、図６は、経路１２４の１つに沿って配置されている４個のセンサ１００から検出された静電容量の信号曲線を示す。ｘ軸１３０は時間を示し、ｙ軸１３２は所与の静電容量をＦで示す。信号曲線１３４、１３６、１３８、１４０は、経路１２４の１つに沿って配置されている各４個のセンサ１００により検出された静電容量を示す。図６は、充填中の、流体を有する経路１２４の１つの静電容量曲線を示す。液体が経路１２４を満たすので、センサ１００ごとにずらされた時間は明確に視認できる。さらに、流体と成分と気体との間の静電容量の差異は明確に視認できる。

【0077】

図７は、第２の実施形態による、試料の調製を制御するシステム１１６の横断面図を示す。以下、第１の実施形態によるシステム１１６との差異のみが記載され、同様の構造部材は同様の参照番号によって示される。

【0078】

センサ１００はマイクロ流体プレート１２０の上に配置されている。マイクロ流体プレート１２０は、複数のウェル１４４を含むマルチウェルプレート１４２である。開示されている方法は、少なくとも１つのウェル１４４内に流体を充填するステップをさらに含む。センサ１００を用いて、ウェル１４４内の流体の存在または不在が検出されてもよい。さらに、ウェル１４４内の流体の充填水準が検出されてもよい。ウェル１４４の様々な充填水準が、ピペッティングの精度管理と同時に、考慮されるかまたは測定されることが可能である。あるいはまたはさらに、センサ１００は、マルチウェルプレート１４２の存在または不在を検出することを可能にする。あるいはまたはさらに、以下にさらに詳細に説明される通り、センサ１００は、ウェル１４４を密閉する密閉箔１４６の存在または不在を検出することを可能にする。

【0079】

図８は、第２の実施形態によるシステム１１６の別の横断面図を示す。図７との差異は、図８では密閉箔１４６が省かれていることである。センサ１００を用いて、密閉箔１４６がウェル１４４に付加されているか否かが検出される。密閉箔１４６は温度サイクリング中の蒸発を防止するのに不可欠である。図７および図８に示されている電場１１４が互いに比較された場合、図７における密閉箔１４６の存在に因り、図７の電場１１４は図８のものより小さいことに留意されたい。したがって、図７および図８の電場１１４の差異は、検出された静電容量に差異をもたらし、密閉箔１４６が存在するか否かを検出することを減速させる。詳細には、検出結果は、密閉箔１４６が電場１１４の伝播を防止することを示す。

【0080】

図９は、第２の実施形態によるシステム１１６により検出された静電容量の信号曲線を示す。詳細には、ｘ軸１４８はセンサ１００により検出された様々な状態を示し、ｙ軸１５０は所与の静電容量をＦで示す。グラフ１５２はマルチウェルプレート１４２の不在の検出を示す。グラフ１５４は、９６個のウェル１４４を有するマルチウェルプレート１４２の検出と、密閉箔１４６の不在の検出とを示す。グラフ１５６は、３８４個のウェル１４４を有するマルチウェルプレート１４２の検出と、密閉箔１４６の不在の検出とを示す。グラフ１５８は、９６個のウェル１４４を有するマルチウェルプレート１４２の検出と、密閉箔１４６の存在の検出とを示す。グラフ１６０は、３８４個のウェル１４４を有するマルチウェルプレート１４２の検出と、密閉箔１４６の存在の検出とを示す。グラフ１５２、１５４、１５６、１５８、１６０から分かる通り、センサ１００およびシステム１１６はそれぞれ、とりわけ、様々な型のマルチウェルプレート１４２を識別すること、および密閉箔１４６の存在または不在を検出することを可能にする。図９に示されている様々な状態は、検出された静電容量に差異をもたらし、各状態を区別することを可能にする。

【符号の説明】

【0081】

１００ センサ
１０２ 第１の平坦電極
１０４ 第２の平坦電極
１０６ コンデンサ
１０８ 共通平面
１１０ プリント回路基板
１１２ 電源
１１４ 電場
１１６ システム
１１８ 列
１２０ マイクロ流体プレート
１２２ 消耗品
１２４ 経路
１２６ 端部
１２８ 出入り口
１３０、１４８ ｘ軸
１３２、１５０ ｙ軸
１３４、１３６、１３８、１４０ 信号曲線
１４２ マルチウェルプレート
１４４ ウェル
１４６ 密閉箔
１５２、１５４、１５６、１５８、１６０ グラフ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】