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▶ シャヒーン イノベーションズ ホールディング リミテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-06-29
(54)【発明の名称】感染症検査装置
(51)【国際特許分類】
C12M 1/34 20060101AFI20230622BHJP
C12M 1/42 20060101ALI20230622BHJP
C12Q 1/04 20060101ALN20230622BHJP
C12Q 1/686 20180101ALN20230622BHJP
C12Q 1/70 20060101ALN20230622BHJP
C12N 13/00 20060101ALN20230622BHJP
【ＦＩ】
C12M1/34 B
C12M1/42
C12Q1/04
C12Q1/686 Z
C12Q1/70
C12N13/00
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022574097
(86)(22)【出願日】2021-05-28
(85)【翻訳文提出日】2023-01-26
(86)【国際出願番号】 GB2021051333
(87)【国際公開番号】W WO2021245391
(87)【国際公開日】2021-12-09
(31)【優先権主張番号】20177685.3
(32)【優先日】2020-06-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(31)【優先権主張番号】63/064,386
(32)【優先日】2020-08-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】20200852.0
(32)【優先日】2020-10-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(31)【優先権主張番号】20214228.7
(32)【優先日】2020-12-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(31)【優先権主張番号】PCT/GB2021/050822
(32)【優先日】2021-04-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(81)【指定国・地域】
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＴＲＩＴＯＮ
(71)【出願人】
【識別番号】522238642
【氏名又は名称】シャヒーン イノベーションズ ホールディング リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110001243
【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】イマド ラフード
(72)【発明者】
【氏名】ジェフ マコヴェック
(72)【発明者】
【氏名】サジド バッティ
(72)【発明者】
【氏名】モハンメド アルシャイバ サレハ ガナム アルマズルーイ
(72)【発明者】
【氏名】クレメント ラムール
【テーマコード（参考）】
4B029
4B033
4B063
【Ｆターム（参考）】
4B029AA07
4B029BB13
4B029BB20
4B029FA03
4B033NG01
4B033NH05
4B033NJ05
4B063QA01
4B063QA13
4B063QA18
4B063QQ10
4B063QQ42
4B063QQ52
4B063QR08
4B063QR32
4B063QR62
4B063QS10
4B063QS25
4B063QS39
(57)【要約】
基板（１０１）と、基板（１０１）上に形成された超音波処理チャンバー（１０２）を備える感染症検査装置（１００）である。超音波処理チャンバー（１０２）には、超音波を発生させて超音波処理チャンバー（１０２）内のサンプル液中の細胞を溶解させる超音波トランスデューサ（１０５）が設けられている。装置（１００）は、液体ＰＣＲ試薬を受け入れるために基板（１０１）上に形成された試薬チャンバー（１１１）を具備する。装置（１００）は、超音波トランスデューサ（１０５）と、基板（１０１）上に設けられる加熱配置（１２８）とを制御するコントローラ（２３）を具備する。装置（１００）は、ＣＯＶＩＤ－１９感染症のような感染症の存在を検出する検出装置をさらに備える。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
感染症検査装置であって、少なくとも一部がシリコンで構成されている基板と、
前記基板上に形成された超音波処理チャンバーであって、前記超音波処理チャンバーは、サンプル入口、サンプル出口、および超音波トランスデューサを有し、前記超音波トランスデューサが２８００ｋＨｚ～３２００ｋＨｚの周波数範囲の超音波を発生させて前記超音波処理チャンバー内のサンプル液中の細胞を溶解するように構成されている超音波処理チャンバーと、
コントローラであって、
２８００ｋＨｚ～３２００ｋＨｚの周波数範囲内の所定の周波数で交流駆動信号を生成するように構成され、前記超音波トランスデューサを駆動するための交流駆動信号を出力するように構成された交流ドライバと、
前記超音波トランスデューサが前記交流駆動信号によって駆動されるときに、前記超音波トランスデューサによって使用される有効電力を監視するように構成された有効電力モニターであって、前記超音波トランスデューサによって使用される前記有効電力を示す監視信号を提供するように構成された有効電力モニターと、
交流ドライバを制御し、有効電力モニターから監視信号を受信するように構成されたプロセッサと、及び
命令を記憶するメモリであって、前記プロセッサによって実行されたとき、前記プロセッサに、
Ａ． 前記交流ドライバを制御して、前記超音波トランスデューサに対して所定の掃引周波数で交流駆動信号を出力し、
Ｂ． 前記監視信号に基づいて、前記超音波トランスデューサによって使用されている前記有効電力を計算し、
Ｃ． 前記交流ドライバを制御して前記交流駆動信号を変調し、前記超音波トランスデューサが使用する前記有効電力を最大化し、
Ｄ． 前記超音波トランスデューサが使用する前記最大有効電力と前記交流駆動信号の前記掃引周波数の記録を前記メモリに保存し、
Ｅ． 所定の回数の反復の後、前記掃引周波数が掃引開始周波数から掃引終了周波数まで増分するように、反復ごとに増分する掃引周波数で、ステップＡからＤを所定の回数の反復で繰り返し、
Ｆ． 前記メモリに格納された記録から、前記超音波トランスデューサによって最大の有効電力が使用される前記交流駆動信号の前記掃引周波数である前記交流駆動信号の最適周波数を特定し、かつ
Ｇ． 前記交流ドライバを制御して、前記超音波トランスデューサに対して所定の最適周波数で前記交流駆動信号を出力する、メモリと、を備え、さらに前記装置は、
前記基板上に形成された試薬チャンバーであって、前記試薬チャンバーが入口および出口を有し、前記入口は前記超音波処理チャンバーの前記サンプル出口と結合され、サンプル流体の少なくとも一部が前記超音波処理チャンバーから前記試薬チャンバーに流れることを可能にし、サンプル流体が試薬チャンバー内で液体ＰＣＲ試薬と混合するようにする試薬チャンバーを備えることを特徴とするコントローラと、
さらに前記装置が、
前記基板上に形成されたチャネルであって、
チャネル入口とチャネル出口との間の流体流路を画定するチャネルを備えるＰＣＲ加熱装置、及び
前記基板によって運ばれる第１の加熱要素であって、前記チャネルに沿って流れるサンプル流体を加熱するようにコントローラによって制御されるように構成され、前記チャネル入口が前記試薬チャンバーの出口と結合して、前記試薬チャンバーからサンプル流体の少なくとも一部を受け入れる第１の加熱要素を備えることを特徴とし、
さらに前記装置が
前記チャネル出口に結合される感染症検出装置であって、前記検出装置が前記チャネル出口から流出するサンプル流体中の感染症の存在を検出するように構成され、前記感染症検出装置がサンプル流体中の感染症の存在を検出したか否かを示す出力を提供するように構成された感染症検出装置を備えることを特徴とする感染症検査装置。
【請求項2】
前記有効電力モニターが、前記超音波トランスデューサを駆動する前記交流駆動信号の駆動電流を感知するように構成された電流センサーであって、前記有効電力モニターが、前記感知された駆動電流を示す監視信号を提供するように構成された電流センサーを備えることを特徴とする請求項１に記載の感染症検査装置。
【請求項3】
前記メモリが前記プロセッサによって実行されたとき、前記プロセッサに、掃引周波数を２８００ｋＨｚの掃引開始周波数から３２００ｋＨｚの掃引終了周波数に増分させながら、ステップＡ～Ｄを繰り返させる命令を記憶することを特徴とする請求項１または２に記載の感染症検査装置。
【請求項4】
前記メモリは、前記プロセッサによって実行されたとき、前記プロセッサに、ステップＧでは、最適周波数を１～１０％の間でシフトさせた周波数の前記交流駆動信号を前記超音波トランスデューサに出力するよう前記交流ドライバを制御させる命令を記憶することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の感染症検査装置。
【請求項5】
前記交流ドライバは、前記超音波トランスデューサによって使用される前記有効電力を最大化するために、前記交流駆動信号をパルス幅変調するように構成された、請求項１から４のいずれか一項に記載の感染症検査装置。
【請求項6】
前記メモリは、前記プロセッサによって実行されたとき、前記プロセッサに、前記超音波トランスデューサに対して最適な周波数の前記交流駆動信号を第１の所定時間だけ出力し、前記超音波トランスデューサに対して前記交流駆動信号を第２の所定時間だけ出力しないように前記交流ドライバを交互に制御させる命令を記録することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の感染症検査装置。
【請求項7】
前記メモリは、前記プロセッサによって実行されたとき、前記プロセッサに、次から選択される動作モードに従って、前記交流駆動信号の出力、及び前記交流駆動信号の非出力を交互に行わせる命令を記憶することを特徴とする請求項６に記載の感染症検査装置。
【表1】
【請求項8】
前記感染症検査装置がさらに、前記超音波処理チャンバーと前記試薬チャンバーの間に設けられ、前記超音波処理チャンバーから試薬チャンバーへと流れるサンプル液を濾過するフィルターを備える請求項１から７のいずれか一項に記載の感染症検査装置。
【請求項9】
前記フィルターが直径０．１μｍ～０．５μｍの細孔を有する請求項８に記載の感染症検査装置。
【請求項10】
前記感染症検査装置がさらに、前記基板上に形成された少なくとも１つのチャンバーであって、前記超音波処理チャンバーと流体連通するように結合された少なくとも１つの追加チャンバーを備える請求項１から９のいずれか一項に記載の感染症検査装置。
【請求項11】
前記感染症検装置がさらに各追加チャンバーと前記超音波処理チャンバーとの間の液体の流れを許容または制限するために選択的に開閉する複数のバルブを備える請求項１０に記載の感染症検査装置。
【請求項12】
追加チャンバーが、以下のいずれかから選択された配合を有する溶解剤を貯蔵する請求項１０または１１に記載の感染症検査装置。１０ｍＭ Ｔｒｉｓ、０．２５％Ｉｇｅｐａｌ ＣＡ－６３０および１５０ｍＭ ＮａＣｌからなる第１の溶解剤、
１０ｍＭ Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ、１０ｍＭ ＮａＣｌ、１０ｍＭ ＥＤＴＡおよび０．５％ Ｔｒｉｔｏｎ－Ｘ１００からなる第２の溶解剤、
０．１Ｍ ＬｉＣｌ、０．１Ｍ Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ、１％ ＳＤＳ、または１０ｍｍ ＥＤＴＡからなる第３の溶解剤。
【請求項13】
前記超音波処理チャンバーが１００μｌ～１０００μｌの容積を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の感染症検査装置。
【請求項14】
前記超音波処理チャンバーが複数のビーズを含み、各ビーズが約１００μｌの直径を有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の感染症検査装置。
【請求項15】
前記チャネルが第１の断面積を有する第１のチャネル部分と、第２の断面積を有する第２のチャネル部分を備え、第２の断面積は第１の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の感染症検査装置。
【請求項16】
前記第１のチャネル部分は約６０μｍの深さおよび約２００μｍの幅を有し、前記第２のチャネル部分が約６０μｍの深さおよび約４００μｍの幅を有することを特徴とする請求項１５に記載の感染症検査装置。
【請求項17】
前記チャネルが、複数の第１のチャネル部分と複数の第２のチャネル部分を備えることを特徴とする、請求項１５または１６に記載の感染症検査装置。
【請求項18】
前記チャネルが、前記第１の断面積と同じ第３の断面積を有する第３のチャネル部分を備えることを特徴とする請求項１５から１７のいずれか一項に記載の感染症検査装置。
【請求項19】
前記第１の発熱体が前記チャネルの第１の部分を加熱することを特徴とし、前記感染症検査装置がさらに前記基板によって運ばれる第２の加熱要素を備え、前記チャネルの第２の部分に沿って流れるサンプル流体を加熱するようにコントローラによって制御されるように構成された第２の加熱要素を備えることを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載の感染症検査装置。
【請求項20】
前記感染症検査装置はさらに、前記基板によって運ばれる第３の加熱要素を備え、前記第３の加熱要素が前記チャネルの第３の部分に沿って流れるサンプル流体を加熱するように、コントローラによって制御されることを特徴とする請求項１９に記載の感染症検査装置。
【請求項21】
前記感染症検査装置はＣＯＶＩＤ－１９疾患検査装置であり、前記感染症検出装置は、試験液内のＣＯＶＩＤ－１９感染症を引き起こすＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２ウイルスの存在を検出し、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２ウイルス検出装置が前記試験液内のＣＯＶＩＤ－１９疾患の存在を検出するか否かを示す出力を提供するように構成されたＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２ウイルス検出装置であることを特徴とする請求項１から２０のいずれか一項に記載の感染症検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願への相互参照）
本出願は、以下の各々の優先権の利益を主張し、参照により全体を本明細書に組み入れる。２０２０年６月１日出願の欧州特許出願番号２０１７７６８５．３、２０２０年８月１１日出願の米国仮特許出願番号６３／０６４３８６、２０２０年１０月８日出願の欧州特許出願番号２０２００８５２．０、２０２０年１２月１５日出願の欧州特許出願番号２０２１４２２８．７、２０２１年４月１日出願の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＧＢ２０２１／０５０８２２。
本出願は、以下の各々の優先権の利益を主張し、参照により全体を本明細書に組み入れる。２０２０年６月１日出願の欧州特許出願番号２０１７７６８５．３、２０２０年８月１１日出願の米国仮特許出願番号６３／０６４３８６、２０２０年１０月８日出願の欧州特許出願番号２０２００８５２．０、２０２０年１２月１５日出願の欧州特許出願番号２０２１４２２８．７、２０２１年４月１日出願の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＧＢ２０２１／０５０８２２。
【0002】
本発明は、ＣＯＶＩＤ－１９病を含むがこれに限定されない感染症の検査を行うための感染症検査装置に関するものである。本発明は、より詳細には、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２ウイルス感染症の検査を含むがこれに限定されないポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）プロセスを用いたウイルス感染症の検査のための装置に関するものである。
【背景技術】
【0003】
医療分野における技術の進歩は、診断方法や診断機器の効率を向上させた。検査時間は大幅に短縮され、同時に信頼性の高い結果を得ることができるようになった。あらゆる種類の感染症を検査するために、さまざまな検査方法がある。ウイルス感染症の検査では、ＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）が最も信頼できる方法であることが証明されている。他の方法と同様に、ＰＣＲ法も高い信頼性を維持しながら、より時間効率と費用対効果の高い方法として進化してきた。
【0004】
ＰＣＲは、ＤＮＡ中の一致する２本の鎖を利用して、わずか数個のサンプルから数十億個のコピーまで、目的とするＤＮＡ配列を増幅する技術であり、その結果、ＤＮＡサンプルをそのサイズに応じて分離するゲル電気泳動で分析する。
【0005】
従来のポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）：
従来のＰＣＲ検査は、以下の３～４つのステップで構成されている。
従来のＰＣＲ検査は、以下の３～４つのステップで構成されている。
【0006】
１． 細胞溶解と核酸（ＤＮＡ／ＲＮＡ）抽出：
鼻（鼻咽頭ぬぐい棒）または喉（中咽頭ぬぐい棒）から患者サンプルを採取したら、そのサンプルを溶出緩衝液と混合する。溶出液を濾過し、大きな粒子（毛髪、皮膚片など）を除去する。濾過された溶液を溶解槽に注ぐ。
鼻（鼻咽頭ぬぐい棒）または喉（中咽頭ぬぐい棒）から患者サンプルを採取したら、そのサンプルを溶出緩衝液と混合する。溶出液を濾過し、大きな粒子（毛髪、皮膚片など）を除去する。濾過された溶液を溶解槽に注ぐ。
【0007】
細胞溶解を行い、サンプル中の細胞の脂質二重層を破壊し、ＤＮＡ／ＲＮＡを含む細胞の成分を抽出するためのゲートウェイを提供する。
【0008】
細胞溶解は、化学的または電気機械的に、あるいはその両方の組み合わせで行われる。この工程では、成分を抽出し、溶液を濾過して核酸（ＤＮＡ／ＲＮＡ）と他の細胞成分を分離する。この後、このＤＮＡ／ＲＮＡは、次の工程に進むことができる。
【0009】
２． 逆転写（ＲＴ）：
このステップは、核酸がＤＮＡではなくＲＮＡである場合にのみ必要である。
このステップは、核酸がＤＮＡではなくＲＮＡである場合にのみ必要である。
【0010】
この工程では、ＲＮＡを含むＰＣＲ溶液に逆転写酵素と呼ばれる酵素を導入し、４０～５０℃の温度でＲＮＡから相補的ＤＮＡ（ｃＤＮＡ）配列を作成する。ＰＣＲはＤＮＡまたはｃＤＮＡを必要とするので、逆転写のステップはＰＣＲに関連する行為の前に行われることになる。
【0011】
３． ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）
ＰＣＲの原理は、ＤＮＡサンプルの種類に関係なく同じである。ＰＣＲの処理には、ＤＮＡサンプル、プライマー、ＤＮＡ塩基、ポリメラーゼ酵素、そして反応に適切な条件を確保するための緩衝液の５つの核となる材料が必要である。
ＰＣＲの原理は、ＤＮＡサンプルの種類に関係なく同じである。ＰＣＲの処理には、ＤＮＡサンプル、プライマー、ＤＮＡ塩基、ポリメラーゼ酵素、そして反応に適切な条件を確保するための緩衝液の５つの核となる材料が必要である。
【0012】
ＰＣＲでは、サーマルサイクリングと呼ばれる加熱と冷却の工程がある。サーマルサイクリングは変性、アニーリング、伸長の３つのステップで構成される。
【0013】
変性は反応溶液を９５℃～１００℃に加熱することから始まる。この高い温度は、２本鎖ＤＮＡまたはｃＤＮＡを一本鎖に分離するために必要である。
【0014】
アニーリングは、サンプルＤＮＡまたはｃＤＮＡの変性した鎖にプライマーを結合させることである。この工程には、５５℃～６２℃の温度が必要である。この温度に達すると、プライマーが一本鎖に結合するアニーリングステージが開始される。
【0015】
プライマーが結合すると、ポリメラーゼがプライマーを一本鎖の長さに沿って結合・伸長させ、新しい２本鎖ＤＮＡを作るために温度を約７２℃まで上昇させる。
【0016】
最適な結果を得るためには、検査に必要な塩基対の数に応じて、サーマルサイクルを２０～４０回繰り返し、各段階で所望の温度が達成されることを確認する。
【0017】
４． ゲル電気泳動
ＰＣＲ終了後、電気泳動と呼ばれる方法で、生成されたＤＮＡ断片の量とサイズを確認することができる。ＤＮＡは負に帯電しているため、サイズごとに分離するために、ＰＣＲ処理したサンプルをアガロースゲルに入れ、ゲル内に電流を流して負に帯電したＤＮＡを反対側の端に引き寄せる。より大きなＤＮＡ断片は溶液中でより大きな抵抗を受けるため、同じ時間内に小さな断片ほどは移動しない。
ＰＣＲ終了後、電気泳動と呼ばれる方法で、生成されたＤＮＡ断片の量とサイズを確認することができる。ＤＮＡは負に帯電しているため、サイズごとに分離するために、ＰＣＲ処理したサンプルをアガロースゲルに入れ、ゲル内に電流を流して負に帯電したＤＮＡを反対側の端に引き寄せる。より大きなＤＮＡ断片は溶液中でより大きな抵抗を受けるため、同じ時間内に小さな断片ほどは移動しない。
【0018】
ＤＮＡ断片の移動距離を既知のサンプルと比較することで、検査結果が得られる。溶液調製時、ゲル電気泳動ステップの前に、ＤＮＡのバンドを確認するために蛍光色素を添加し、その位置からＤＮＡの長さを知ることができる。
【0019】
高速ＰＣＲ：
高速ＰＣＲは、従来のＰＣＲよりも短いサーマルサイクル時間（１サイクル２０～６０秒）で行うことで、全体の検査時間を短縮している。また、高速ＰＣＲはリアルタイムＰＣＲという、密閉された反応容器内で増幅と検出を１つの工程で行う自動高速サーマルサイクリングプロセスを採用している。この工程により、感染のリスクを大幅に低減することができる。高速ＰＣＲは、ＰＣＲのサーマルサイクルと同時に検出するために蛍光分光法を使用している。
高速ＰＣＲは、従来のＰＣＲよりも短いサーマルサイクル時間（１サイクル２０～６０秒）で行うことで、全体の検査時間を短縮している。また、高速ＰＣＲはリアルタイムＰＣＲという、密閉された反応容器内で増幅と検出を１つの工程で行う自動高速サーマルサイクリングプロセスを採用している。この工程により、感染のリスクを大幅に低減することができる。高速ＰＣＲは、ＰＣＲのサーマルサイクルと同時に検出するために蛍光分光法を使用している。
【0020】
高速ＲＴ－ＰＣＲは、ウイルス（ＲＮＡ）を検査する場合、検査全体に工程を１つ追加している。その追加工程とは、上述のＰＣＲ工程の前に、ＲＮＡからｃＤＮＡを作成するための逆転写工程である。
【0021】
蛍光分光法：
蛍光分光法は、ゲル電気泳動法の代替法として、検査全体の時間を短縮するために使用される。蛍光分光法は、光を用いて特定の化合物の分子内の電子を励起し、発光させる。その光を検出器で検知して蛍光を測定し、分子や分子の変化を特定することができる。
蛍光分光法は、ゲル電気泳動法の代替法として、検査全体の時間を短縮するために使用される。蛍光分光法は、光を用いて特定の化合物の分子内の電子を励起し、発光させる。その光を検出器で検知して蛍光を測定し、分子や分子の変化を特定することができる。
【0022】
ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２ウイルス（ＣＯＶＩＤ－１９感染症）の世界的流行により、ウイルス検査キットの需要が急増している。また、従来の検査では完了までに４～８時間、高速検査でも２時間以上かかるため、より迅速な検査が求められている。
【0023】
従来のウイルス検査では、大量の検体を同時に処理する方法が一般的である。しかし、各ステップ（主にＰＣＲ）の時間が長いため、結果が出るまでの待ち時間が長い。高速ＰＣＲ法では、サーマルサイクルの時間を短縮することで、従来のＰＣＲ法よりもある程度のリードタイムを確保し、全体の検査時間を１～２時間程度に短縮している。しかし、この検査時間でもＣＯＶＩＤ－１９のような感染症に対する有用な大量高速検査としては長すぎる。
【0024】
本明細書で概説した問題の少なくともいくつかを緩和する、感染症検査のための改良されたシステムおよび装置が必要とされている。
【発明の概要】
【0025】
一部の配置の感染症検査装置は、少なくとも一部がシリコンで構成される基板、基板上に形成された超音波処理チャンバーであって、超音波処理チャンバーがサンプル入口、サンプル出口、および超音波トランスデューサを有し、超音波トランスデューサが約２８００ｋＨｚ～約３２００ｋＨｚの周波数範囲で超音波を発生させ超音波処理チャンバー内のサンプル液中の細胞を溶解するように構成されたもの、約２８００ｋＨｚ～約３２００ｋＨｚの周波数範囲内の所定の周波数で交流駆動信号を生成するように構成され、超音波トランスデューサを駆動するために交流駆動信号を出力するように構成された交流ドライバ（AC driver）を備えたコントローラ、超音波トランスデューサが交流駆動信号によって駆動されるときに超音波トランスデューサによって使用される有効電力を監視するように構成され、かかる有効電力モニターは、超音波トランスデューサによって使用される有効電力モニターを示す監視信号を提供するように構成されるア有効電力モニター、交流ドライバを制御し有効電力モニターから監視信号を受信するように構成されたプロセッサ、及び
プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに
Ａ． 交流ドライバを制御して、超音波トランスデューサに対して所定の掃引周波数で交流駆動信号を出力し、
Ｂ． 監視信号に基づいて、超音波トランスデューサによって使用されている有効電力を計算し、
Ｃ． 交流ドライバを制御して交流駆動信号を変調し、超音波変換器が使用する有効電力を最大化し、
Ｄ． 超音波トランスデューサが使用する最大有効電力と交流駆動信号の掃引周波数の記録をメモリに保存し、
Ｅ． 所定の回数の反復の後、掃引周波数が掃引開始周波数から掃引終了周波数まで増分するように、ステップＡからＤを所定の回数の反復で繰り返し、各反復で掃引周波数を増分し、
Ｆ． メモリに格納された記録から、超音波トランスデューサによって最大の有効電力が使用される交流駆動信号の掃引周波数である交流駆動信号の最適周波数を特定し、かつ
Ｇ． 最適な周波数で超音波トランスデューサに交流駆動信号を出力するように交流ドライバを制御させる命令を格納するメモリを備える。かかる装置はさらに基板上に形成された試薬チャンバーであって、入口と出口を有し、入口は超音波処理チャンバーのサンプル出口と結合し、サンプル流体の少なくとも一部が超音波処理チャンバーから試薬チャンバーに流れ、サンプル流体が試薬チャンバー内の液体ＰＣＲ試薬と混合することを可能にするものである試薬チャンバーを備え、かかる装置はさらに以下から構成されるＰＣＲ加熱装置：基板上に形成されたチャネルであって、チャネル入口とチャネル出口との間の流体チャネルを規定するチャネル、および基板によって運ばれる第１の加熱要素であり、最初の加熱要素は、チャネルに沿って流れるサンプル流体を加熱するようにコントローラによって制御されるように構成され、チャネル入口は試薬チャンバーの出口と結合して試薬チャンバーからサンプル流体の少なくとも一部を受け入れるように構成されている加熱要素、かかる装置はさらにチャネル出口に結合される感染症検出装置であり、検出装置はチャネル出口から流出するサンプル液中の感染症の有無を検出するように構成されているもので、検出装置は感染症検出装置がサンプル液中の感染症の存在を検出したか否かを示す出力を提供するように構成されているものを備える。
プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに
Ａ． 交流ドライバを制御して、超音波トランスデューサに対して所定の掃引周波数で交流駆動信号を出力し、
Ｂ． 監視信号に基づいて、超音波トランスデューサによって使用されている有効電力を計算し、
Ｃ． 交流ドライバを制御して交流駆動信号を変調し、超音波変換器が使用する有効電力を最大化し、
Ｄ． 超音波トランスデューサが使用する最大有効電力と交流駆動信号の掃引周波数の記録をメモリに保存し、
Ｅ． 所定の回数の反復の後、掃引周波数が掃引開始周波数から掃引終了周波数まで増分するように、ステップＡからＤを所定の回数の反復で繰り返し、各反復で掃引周波数を増分し、
Ｆ． メモリに格納された記録から、超音波トランスデューサによって最大の有効電力が使用される交流駆動信号の掃引周波数である交流駆動信号の最適周波数を特定し、かつ
Ｇ． 最適な周波数で超音波トランスデューサに交流駆動信号を出力するように交流ドライバを制御させる命令を格納するメモリを備える。かかる装置はさらに基板上に形成された試薬チャンバーであって、入口と出口を有し、入口は超音波処理チャンバーのサンプル出口と結合し、サンプル流体の少なくとも一部が超音波処理チャンバーから試薬チャンバーに流れ、サンプル流体が試薬チャンバー内の液体ＰＣＲ試薬と混合することを可能にするものである試薬チャンバーを備え、かかる装置はさらに以下から構成されるＰＣＲ加熱装置：基板上に形成されたチャネルであって、チャネル入口とチャネル出口との間の流体チャネルを規定するチャネル、および基板によって運ばれる第１の加熱要素であり、最初の加熱要素は、チャネルに沿って流れるサンプル流体を加熱するようにコントローラによって制御されるように構成され、チャネル入口は試薬チャンバーの出口と結合して試薬チャンバーからサンプル流体の少なくとも一部を受け入れるように構成されている加熱要素、かかる装置はさらにチャネル出口に結合される感染症検出装置であり、検出装置はチャネル出口から流出するサンプル液中の感染症の有無を検出するように構成されているもので、検出装置は感染症検出装置がサンプル液中の感染症の存在を検出したか否かを示す出力を提供するように構成されているものを備える。
【0026】
一部の配置では、有効電力モニターは、超音波トランデューサを駆動する交流駆動信号の駆動電流を感知するための電流センサーを備え、有効電力モニターは、感知された駆動電流を示す監視信号を提供するように設計されている。
【0027】
一部の配置では、メモリは、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに掃引周波数を２８００ｋＨｚの開始掃引周波数から３２００ｋＨｚの終了掃引周波数まで増分し、ステップＡ～Ｄを繰り返させる命令を記憶する。
【0028】
一部の配置では、メモリは、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに、ステップＧにおいて、最適周波数の１～１０％の間でシフトされた周波数で超音波トランスデューサに交流駆動信号を出力するように交流ドライバを制御させる命令を格納する。
【0029】
一部の配置では、交流ドライバは、超音波トランデューサによって使用されている有効電力を最大化するために、パルス幅変調によって交流駆動信号を変調する。
【0030】
一部の配置では、メモリは、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに交流ドライバを制御させ、第１の所定時間に最適な周波数で超音波トランデューサに交流駆動信号を出力し、第２の所定時間に超音波トランデューサに交流駆動信号を出力しない行動を交互に実行する命令を記憶する。
【0031】
一部の配置では、メモリは、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに、以下から選択される動作モードに従って交流駆動信号を出力し、交流駆動信号を出力しない行動を交互にさせる命令を格納する。
【0032】
【表1】
【0033】
一部の配置では、装置はさらに超音波処理チャンバーと試薬チャンバーの間に設けられ、超音波照射室から試薬室へと流れるサンプル液を濾過するフィルターをさらに備える。
【0034】
一部の配置では、フィルターは直径０．１μｍから０．５μｍの細孔を有する。
【0035】
一部の配置では、装置は基板上に形成された少なくとも１つのチャンバーであって、超音波処理チャンバーと流体連通するように結合された少なくとも１つのさらなるチャンバーを備える。
【0036】
一部の配置では、装置はさらに、コントローラによって制御され、各チャンバーと超音波処理チャンバーとの間の液体の流れを許容または制限するために選択的に開閉する複数のバルブを備える。
【0037】
一部の配置では、さらなるチャンバーは、次のいずれかから選択される式を有する溶解剤を貯蔵する：１０ｍＭ Ｔｒｉｓ、０．２５％ Ｉｇｅｐａｌ ＣＡ－６３０、１５０ｍＭ ＮａＣｌからなる第一溶解液、１０ｍＭ Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ， １０ｍＭ ＮａＣｌ， １０ｍＭ ＥＤＴＡ および ０．５％ Ｔｒｉｔｏｎ－Ｘ１００ からなる第二溶解液、もしくはまたは、０．１Ｍ ＬｉＣｌ、０．１Ｍ Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ、１％ ＳＤＳまたは１０ｍｍ ＥＤＴＡからなる第三の溶解配合。
【0038】
一部の配置では、超音波処理チャンバーは、１００μｌから１０００μｌの間の容積を有する。
【0039】
一部の配置では、超音波処理室は複数のビーズを含み、各ビーズは約１００μmの直径を有する。
【0040】
一部の配置では、チャネルは、第１の断面積を有する第１のチャネル部分と、第２の断面積を有する第２のチャネル部分とからなり、第２の断面積は第１の断面積よりも大きいことを特徴とする。
【0041】
一部の配置では、第１のチャネル部分は、約６０μｍの深さと約２００μｍの幅を有し、第２のチャネル部分は、約６０μｍの深さと約４００μｍの幅を有する。
【0042】
一部の配置では、チャネルは、複数の第１チャネル部分と複数の第２チャネル部分を備える。
【0043】
一部の配置では、チャネルは、第１の断面積と同じ第３の断面積を有する第３のチャネル部分を備える。
【0044】
一部の配置では、第１の加熱要素は、チャネルの第１の部分を加熱し、かかる装置は、基板によって運ばれる第２の加熱要素をさらに備え、第２の加熱要素は、チャネルの第２の部分に沿って流れるサンプル流体を加熱するように前記コントローラによって制御されるように構成されることを特徴とする。
【0045】
一部の配置では、装置は基板によって運ばれる第３の加熱要素をさらに備え、かかる第３の加熱要素は、チャネルの第３の部分に沿って流れるサンプル流体を加熱するように、コントローラによって制御される。
【0046】
一部の配置では、装置はＣＯＶＩＤ－１９感染症検査装置であり、かかる感染症検出装置は、サンプル液のＣＯＶＩＤ－１９疾患を引き起こすＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２ウイルスの存在を検出し、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２ウイルス検出装置がサンプル液のＣＯＶＩＤ－１９疾患の存在を検出するか否かを示す出力を提供するように構成されたＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２ウイルス検出装置である。
【図面の簡単な説明】
【0047】
本発明がより容易に理解されるように、本発明の実施形態は、次に、添付の図面を参照しながら、例として説明される。
【発明を実施するための形態】
【0048】
本開示の態様は、添付の図と共に提供する以下の詳細な説明により、最もよく理解される。当業界の標準的な慣行に従って、図面中の様々な特徴は縮尺通りに描写されていないことに留意されたい。実際、様々な特徴の寸法は、議論を明確にするために任意に増加または減少させることがある。
【0049】
以下の開示は、提供される主題の様々な特徴を実施するための多くの異なる実施形態、又は例を提供する。構成要素、濃度、用途、及び配置の具体例は、本開示を簡略化するために以下に説明される。当然ながら、これらは単なる例であり、限定することを意図するものではない。例えば、以下の説明における第１の特徴及び第２の特徴の取り付けは、第１の特徴及び第２の特徴が直接接触して取り付けられる実施形態を含むことがあり、また、第１の特徴及び第２の特徴が直接接触していなくてもよいように、第１の特徴と第２の特徴との間に追加の特徴が配置され得る実施形態を含むこともある。加えて、本開示は、様々な例において参照数字及び／又は文字を繰り返すことがある。この繰り返しは、単純化及び明確化のためであり、それ自体は、議論された様々な実施形態及び／又は構成間の関係を指示するものではない。
【0050】
以下の開示は、代表的な配置又は例を説明するものである。各例は、実施形態と見なすことができ、「配置」または「例」への言及は、本開示において「実施形態」に変更することができる。
【0051】
本開示は、感染症検査、特にＣＯＶＩＤ－１９感染症を引き起こすことが知られているＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２のためのポイントオブケア（ＰＯＣ）及び／又は家庭での使用のために設計された高速結果診断アッセイシステムの改良された態様を確立するものである。
【0052】
一部の配置のアッセイ装置およびシステムは、細菌またはウイルスなどの病原体によって引き起こされる他の任意の感染症を検査するためのものである。一部の配置では、アッセイ装置及びシステムは、インフルエンザ、コロナウイルス、麻疹、ＨＩＶ、肝炎、髄膜炎、結核、エプスタインバーウイルス（腺熱）、黄熱、マラリア、ノロウイルス、ジカウイルス感染または炭疽を含むがこれらに限定されない群から選択される感染性物質または疾患を検査するためのものである。
【0053】
一部の配置では、アッセイ装置及びシステムは、唾液サンプル、喀痰サンプル、又は血液サンプルの形態の標的サンプルを検査するためのものである。別の配置では、アッセイ装置及びシステムは、鼻咽頭ぬぐい棒又は中咽頭ぬぐい棒によってユーザーから採取される標的サンプルを検査するためのものである。
【0054】
一部の配置のアッセイシステムは、様々な液体チャンバーを含むアッセイ装置又はポッド、プランジャーカラム、フロー方向付け歯車、超音波処理チャンバー、濾過アレイ、ＰＣＲフィン、ＰＣＲ試薬、ＰＣＲ方法、サーマルサイクラー、感染症検出装置、蓋、結果報告方法、及びポッドを操作するための全ての必要部品を含む筐体を含む１３の主要な構成要素を備える。
【0055】
添付図面の図１を参照すると、感染症検査のためのシステム１は、この配置では、単回使用ポッドの形態である取り外し可能なアッセイ装置２と共に使用するように構成されている。一部の配置では、システム１は、アッセイ装置２とは別個に提供される。別の配置では、システム１は、アッセイ装置２と組み合わせて提供される。さらに別の配置では、アッセイ装置２は、システム１なしで提供されるものの、システム１と共に使用する。
【0056】
システム１は、システム１の様々な構成要素を収容する筐体３を備える。この配置では、筐体３は、扉５によって閉じられた開口部４を備える。扉５は、図１に示す開位置と、扉５が筐体３の開口部４を閉じる閉位置との間で移動するように構成される。この配置では、扉５には、ユーザーによる開閉を容易にするために、ハンドル６が設けられている。この実施形態では、扉５は、図１の矢印７で一般的に示されるように、ユーザーがシステム１を開いてアッセイ装置２をシステム１内に挿入することを可能にするために設けられている。別の配置では、ユーザーがアッセイ装置２をシステム１に挿入することを可能にするために、異なるアクセス手段を組み込む。
【0057】
この配置では、システム１は携帯用システムである。筐体３は、システム１が容易に持ち運べるように、またシステム１が建物の入口ドアに隣接するような便利な場所に目立たず配置されるように、コンパクトである。一部の配置のシステム１の携帯可能な構成は、システム１が感染症検査の必要性がある場所に容易に運搬できるようにする。一部の配置では、システム１は、システム１が主電源を必要とせずに遠隔地で使用できるように、電池または他の低電力源によって給電されるように構成されている。別の配置では、システム１は、システム１に電力を供給するため、及び／又はシステム１内の電池を充電するため、主電源に接続される電源入力を備える。
【0058】
システム１は、筐体３の基部に設けられた支持台８を備える。支持台８は、アッセイ装置２を載せるための面を備える。支持台８は、支持台８の周囲に配置され、アッセイ装置２がシステム１に挿入されるときにアッセイ装置２を所定の位置に誘導する複数のガイド部材９を備える。この配置では、支持台８は、アッセイ装置２が支持台８によって運ばれるときにアッセイ装置２の下に配置される中央開口部１０を備えている。
【0059】
次に添付図面の図２を参照すると、アッセイ装置２は、この配置では、アッセイ装置２は基台１１を備え、これはアッセイ装置２が基台１１上に載っているとき、アッセイ装置２に安定性を与えるために拡大した下端を具備する。アッセイ装置２は、以下により詳細に説明されるアッセイ装置２の内部構成要素を収容するアッセイ装置筐体１２をさらに備える。アッセイ装置筐体１２は、アッセイ装置２内へのアクセスを提供するために開放されるように構成された、基台１１から離れた上端部１３を備える。カバー１４は、上端部１３を少なくとも部分的に覆うようにアッセイ装置の筐体１２に移動可能に取り付けられている。カバー１４は、中央開口部１５を備える。カバー１４については、以下でより詳細に説明する。
【0060】
アッセイ装置２は、アッセイ装置２の一側面から突出するＰＣＲ装置１６を備える。ＰＣＲ装置１６は、以下でより詳細に説明する。
【0061】
次に添付図面の図３を参照すると、アッセイ装置２がシステム１に挿入されるとき、アッセイ装置２は、ＰＣＲ装置１６が、以下に詳細に説明する加熱装置１７の加熱凹部内に少なくとも部分的に受け入れられるように、支持台８上の所定の位置に誘導される。
【0062】
アッセイ装置２は、システム１の一部を形成する駆動装置１８の下に位置する。この配置では、駆動装置１８はプランジャー１９の形態の駆動要素を備える。これは、プランジャー１９の先端２０が、概して矢印２１で示す方向に沿ってアッセイ装置２のカバー１４内の開口部１５を通って移動し、アッセイ装置２内のピストン２２と係合するように、駆動装置１８によって外側に移動するように構成されている。システム１は、システム１の動作中にピストン２２を移動させるために、プランジャー１９を伸縮させるように構成される。
【0063】
システム１は、マイクロプロセッサのような演算装置とメモリとを組み込んだコントローラ２３を含備える。コントローラ２３は、以下に説明するように、システム１の動作を制御するように構成されている。
【0064】
ここで添付図面の図４～６を参照すると、アッセイ装置２は、細長く、少なくとも１つの内部チャンバーを画定する本体部分２４を備える。この配置では、本体部分２４は、本体部分２４が八角形の断面を有するように配置された８つの概して平面的な表面によって規定される側面を有する。しかしながら、別の配置では、異なる形状および異なる断面を有する本体部分を組み込むことを理解されたい。
【0065】
この配置では、本体部分２４は、複数の内部チャンバーを画定する。この配置では、本体部分２４は、６つの内部チャンバー、サンプルチャンバー２５、洗浄チャンバー２６、溶解剤チャンバー２７、液体試薬チャンバー２８、乾燥試薬チャンバー２９及び廃棄物チャンバー３０を画定している。また、本体部分２４には、中央開口部３１が設けられている。
【0066】
アッセイ装置内のチャンバー数は、配置によって１から最大１０までで変化し得る。ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２アッセイのための配置では、アッセイ装置２は、６つのチャンバーを備える。
【0067】
本体部分２４の一端は、図５に示すように、突出部３２を備える。突出部３２には、図６に示すように、複数の開口部３３が設けられている。各開口部３３は、チャンバー２５～３０のうちのそれぞれの１つと流体連通経路を提供する。
【0068】
次に、添付図面の図７を参照すると、アッセイ装置２は、本体部分２４に移動可能に装着される移送装置３４を備える。移送装置３４は、細長い移送チャンバー３６を画定するプランジャーカラム３５を備える。この配置では、プランジャーカラム３５は、アッセイ装置本体２４の中央開口部３１内に少なくとも部分的に受け入れられるように構成された細長い概ね円柱状のカラムである。
【0069】
プランジャーカラム３５は、アッセイ装置２の中心部分である。また、アッセイ装置２に含まれる液体がＰＣＲのための準備の全段階を経るに連れ、様々なチャンバーとの間で移動し、操作される仕組みとなっている。移送チャンバー３６は、システム１の筐体３内に含まれるプランジャー１９に接続するゴム製プランジャーチップの形態のピストン２２を含む。液体は、負圧を介して移送チャンバー３６に引き込まれた後、正圧を介して移送チャンバー３６からその目的チャンバーに向けて強制的に排出される。
【0070】
移送装置３４は、拡大端部３７を備える。この配置では、拡大端部３７は概して円筒形であり、拡大端部３７の周囲の離間した位置に設けられた歯３８の形態の駆動部を備えている。歯３８は、システム１の対応する駆動部の回転が移送装置３４を回転させるように、システム１の対応する駆動部と係合するように構成される。移送装置の移動は、システム１の筐体内に収容されたモーターによって制御される。モーターは、ブラシレスＤＣモーター、ステッパモーターまたは任意の種類の電子的に駆動されるモーターである。
【0071】
次に添付図面の図８及び図９を参照すると、移送装置３４は、拡大端部３７内の内部通路によって画定される可動流路３９を備える。可動流路３９は、移送装置３４と共にアッセイ装置本体２４に対して相対的に移動するように構成される。移送装置３４は、可動流路３９に流体的に結合される流れ開口部４０、４１を備える。流れ開口部４０、４１は、アッセイ装置本体２４に対する移送装置３４の相対位置に応じて各チャンバー２５～３０を可動流路３９に選択的に流体結合するために、流れ開口部４０、４１がアッセイ装置本体２４上の開口部３３と選択的に整合するように位置決めされる。
【0072】
流れ開口部４０の１つは、ピストン２２の移動の結果として移送チャンバー３６内に生じる正圧又は負圧によりピストン２２が移送チャンバー３６の長さの少なくとも一部に沿って移動したとき、移送チャンバー３６への流体の流入又は流出を可能にするために移送チャンバー３６と流体的に結合される。
【0073】
移送装置３４は、可動流路３９に沿って流れる流体が濾過配置４２を通過するように、拡大端部３７内に設けられた濾過配置４２を備える。この配置では、濾過配置４２は、サンプルに含まれる細胞から大きな汚染物質を分離し、「溶解領域」内に細胞を捕捉するように設計されたフィルター、ガスケット及びマイクロビーズの配列を備える。
【0074】
添付図面の図１０を参照すると、濾過配置４２は、少なくとも１つのフィルター要素を備える。この配置では、濾過配置４２は、毛髪又は埃などの汚染物質を濾過するように設計された細孔が直径２μｍ～３０μｍの第１のフィルター要素４３を備える。この配置では、濾過配置４２は、第１のフィルター要素４３に重畳される第２のフィルター要素４４を備える。第２のフィルター要素４４には直径０．１μｍから５μｍの間の細孔が設けられ、細孔のサイズは、標的細胞の平均サイズよりわずかに小さくなるように選択され、標的細胞が第２のフィルター要素４４を通過することができないようにしている。
【0075】
この配置では、濾過配置４２は、フィルター要素４３、４４の周りを密封するガスケット４５～４７を備える。この配置では、第１及び第２のフィルター要素４３、４４の間に大きめのガスケット（約２００μｍ厚）が設けられ、第１及び第２のフィルター間に溶解領域のための空間を形成する。
【0076】
この配置では、濾過配置４２は、第１のフィルター要素４３と第２のフィルター４４との間に保持される複数のビーズＢかを備える。一部の配置では、ビーズＢは、約１００ミクロンの直径を有するマイクロビーズである。一部の配置では、ビーズＢの約半分は、超音波処理中にフィルター配置４２の上部付近に集まるように浮力を持ち、残りの半分は、浮力を持たずフィルター配置４２の下部付近に集まるように設計されている。２種類のビーズの間で、溶解領域の大部分はマイクロビーズで満たされ、これにより超音波処理中に細胞膜を破壊するのが補助される。
【0077】
ここで添付図面の図１１を参照すると、移送装置３４は、濾過配置４２に隣接して配置され、可動流路３９に流体的に結合される超音波処理チャンバー４８を備える。一部の配置では、超音波処理チャンバー４８は、１００μｌから１０００μｌの間の容積を有する。一部の配置では、超音波処理チャンバー４８への入口は、アッセイ装置２が直立しているときに、超音波処理チャンバー４８の出口より下のレベルに配置され、液体が低い方から高い方へ流れるようにし、工程においてあらゆる気泡を逃がすようにする。
【0078】
濾過配置４２は超音波処理チャンバー内に設けられ、超音波トランスデューサ４９は超音波処理チャンバー４８の一端に設けられる。一部の配置では、濾過配置４２は、超音波処理チャンバー４８の入口領域と出口領域を、超音波処理チャンバー４８の入口と出口との間の距離の実質的に半分から１／４の間で分離する。
【0079】
超音波トランスデューサ４９は、アッセイ装置２がシステム１に挿入されたときに、システム１のコントローラ２３に電気的に結合される。超音波トランスデューサ４９は、コントローラ２３によって制御されるように構成されている。コントローラ２３は、システムの少なくとも１つのプロセスを制御するように構成されたプロセッサ及びメモリを備え、当該メモリは、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに少なくとも１つのプロセスを実行する出力を提供させる実行可能命令を格納している。コントローラ２３のメモリは、プロセッサによって実行されたとき、超音波処理チャンバー４８内の細胞を溶解して細胞から核酸（ＤＮＡ／ＲＮＡ）を放出するために、プロセッサが超音波トランスデューサ４９を制御し、選択した周波数で振動させる実行可能命令を格納する。
【0080】
一部の配置では、超音波トランスデューサ４９は、少なくとも一部が、鉛、ジルコニウムおよびチタンを含む化合物である。超音波トランスデューサ４９の化合物は、それが約２．８ＭＨｚ～約３．２ＭＨｚの周波数で振動するための特性を超音波トランスデューサ４９に与えるように選択される。この周波数範囲は、超音波トランスデューサ４９が細胞を溶解または破裂させる超音波を生成する好ましい周波数範囲である。
【0081】
一部の配置では、超音波トランスデューサ４９は、上部の第１の電極と、超音波トランスデューサ４９の反対側に位置する下部の第２の電極を備える。一部の配置では、第１の電極および第２の電極は、銀スタンプ塗料の形態などの銀からなる。一部の配置では、第１の電極と第２の電極との間の静電容量は８００ｐＦ～１３００ｐＦである。
【0082】
一部の配置では、超音波トランスデューサ４９の上側の第１の電極は、少なくとも部分的にガラスコーティングで覆われている。ガラスコーティングは、第１の電極の材料による超音波処理チャンバー４８内での液体の汚染の可能性を最小にし、または防止する。また、ガラスコーティングは、例えば、システムの使用時に超音波処理チャンバー４８内の液体を伝わる超音波によって引き起こされるキャビテーション気泡の崩壊による第１電極の銀の侵食を最小限に抑え、又は防止することができる。
【0083】
超音波トランスデューサ４９の第１及び第２の電極は、コントローラ２３のそれぞれの第１及び第２の電気端子と電気的に接続されている。
【0084】
一部の配置では、コントローラ２３は、交流ドライバを備える。交流ドライバは、所定の周波数の交流駆動信号を生成し、超音波トランスデューサ４９を駆動するために交流駆動信号を出力する。交流駆動は、電源から受けた電力から交流駆動信号を生成するように接続された電子部品を組み込んだ回路で構成されている。一部の配置では、交流ドライバは、Ｈブリッジ回路を備える。一部の配置では、Ｈブリッジ回路は、高周波数（例えば、２．８ＭＨｚ～３．２ＭＨｚの範囲の周波数）で直流を交流に変換するように接続された４つのＭＯＳＦＥＴを備える。
【0085】
一部の配置では、コントローラ２３は、アクティブな電力モニターを備える。有効電力モニターは、超音波トランスデューサ４９が交流駆動信号によって駆動されたときに、超音波トランスデューサ４９が使用する有効電力を監視する電子回路を備える。有効電力モニターは、超音波トランスデューサ４９によって使用される有効電力を示す監視信号を提供する。一部の配置では、有効電力モニターは、超音波トランスデューサ４９を駆動する交流駆動信号の駆動電流を感知し、感知された駆動電流を示す監視信号を提供する電流センサーを備える。
【0086】
コントローラ２３のプロセッサは、交流ドライバを制御し、有効電力モニターから監視信号を受信する。
【0087】
一部の配置では、コントローラ２３は、周波数コントローラを備え、メモリに格納された実行可能コードに実装される。この実行可能コードは、プロセッサによって実行されたとき、少なくとも１つの機能を実行させる。
【0088】
コントローラ２３のメモリは、プロセッサによって実行されたとき、超音波トランスデューサ４９を制御して、所定の掃引周波数範囲内の複数の周波数で振動させ、超音波処理チャンバー４８内の細胞を溶解するための第１の所定の周波数から第２の所定の周波数までの間で超音波トランスデューサ４９の駆動周波数を選択させる、実行可能命令を格納している。
【0089】
一部の配置では、一部の細胞は、それらの物理的特性（サイズ、形状、細胞壁の存在など）のために異なる周波数を必要とすることがあるため、溶解される細胞のタイプによって周波数が決定される。
【0090】
超音波チャンバー内で細胞を溶解するのに最適な周波数又は周波数範囲がある。最適な周波数や周波数範囲は、少なくとも以下の４つのパラメータに依存する。
【0091】
１．トランスデューサの製造工程
一部の配置では、超音波トランスデューサ４９は、圧電セラミックを備える。圧電セラミックは、セラミック生地を作るために化合物を混合することによって製造され、この混合工程は、製造全体を通じて一貫していない可能性がある。この一貫性の欠如により、硬化した圧電セラミックの共振周波数にばらつきが生じることがある。
一部の配置では、超音波トランスデューサ４９は、圧電セラミックを備える。圧電セラミックは、セラミック生地を作るために化合物を混合することによって製造され、この混合工程は、製造全体を通じて一貫していない可能性がある。この一貫性の欠如により、硬化した圧電セラミックの共振周波数にばらつきが生じることがある。
【0092】
圧電セラミックの共振周波数が必要な動作周波数に対応していない場合、細胞を溶解する工程は最適ではない。圧電セラミックの共振周波数がわずかにずれただけでも溶解工程に影響を与え、システムが最適に機能しないことを意味する。
【0093】
２． トランスデューサの負荷
動作中、超音波トランスデューサ４９にかかる負荷が変化すると、超音波トランスデューサ４９の振動の全体的な変位が阻害される。超音波トランスデューサ４９の振動の最適な変位を実現するためには、コントローラ２３が最大変位に十分な電力を供給できるように、駆動周波数を調整する必要がある。
動作中、超音波トランスデューサ４９にかかる負荷が変化すると、超音波トランスデューサ４９の振動の全体的な変位が阻害される。超音波トランスデューサ４９の振動の最適な変位を実現するためには、コントローラ２３が最大変位に十分な電力を供給できるように、駆動周波数を調整する必要がある。
【0094】
超音波トランスデューサ４９の効率に影響を与え得る負荷の種類は、トランスデューサ上の液体の量（すなわち、超音波処理チャンバー４８内の液体の量）を含み得る。
【0095】
３． 温度
超音波トランスデューサ４９の超音波振動は、アッセイ装置２への組み付けによって部分的に減衰される。この振動の減衰は、超音波トランスデューサ４９上およびその周辺の局所的な温度上昇を引き起こす可能性がある。
超音波トランスデューサ４９の超音波振動は、アッセイ装置２への組み付けによって部分的に減衰される。この振動の減衰は、超音波トランスデューサ４９上およびその周辺の局所的な温度上昇を引き起こす可能性がある。
【0096】
温度の上昇は、超音波トランスデューサ４９の分子挙動の変化により、超音波トランスデューサ４９の振動に影響を与える。温度の上昇は、セラミックの分子により多くのエネルギーを与えることを意味し、一時的にその結晶構造に影響を与える。温度が下がるとその影響は逆転するが、最適な振動を維持するためには供給周波数の変調が必要である。
【0097】
温度の上昇はまた、超音波処理チャンバー４８内の溶液の粘性を低下させるため、超音波処理チャンバー４８内の細胞の溶解を最適化するために、駆動周波数の変更を必要とする場合がある。
【0098】
４． 電源までの距離
超音波トランスデューサ４９の振動周波数は、超音波トランスデューサ４９とオシレータードライバとの間の配線長によって変化し得る。電子回路の周波数は、超音波トランスデューサ４９とコントローラ２３との間の距離に反比例する。
超音波トランスデューサ４９の振動周波数は、超音波トランスデューサ４９とオシレータードライバとの間の配線長によって変化し得る。電子回路の周波数は、超音波トランスデューサ４９とコントローラ２３との間の距離に反比例する。
【0099】
距離パラメータは、この配置では主に固定されているが、システム１の製造工程中に変化し得る。従って、変動を補償し、システムの効率を最適化するために、超音波トランスデューサ４９の駆動周波数を変更することが望ましい。
【0100】
超音波トランスデューサ４９は、図１２に示すように、電子回路におけるＲＬＣ回路としてモデル化することができる。上述の４つのパラメータは、トランスデューサに供給される共振周波数範囲を変化させ、ＲＬＣ回路全体的のインダクタンス、キャパシタンス、及び／又は抵抗の変更としてモデル化できる。回路の周波数がトランスデューサの共振点付近まで上昇すると、回路全体の対数インピーダンスは最小に落ち込み、その後最大に上昇して、中央値の範囲に落ち着く。
【0101】
図１３は、ＲＬＣ回路における周波数上昇に伴う全体インピーダンスの変化を説明する一般的なグラフである。図１４は、圧電トランスデューサが、第１の所定周波数ｆｓ以下の周波数では第１の容量性領域で、第２の所定周波数ｆｐ以上の周波数では第２の容量性領域で、コンデンサとして作用する様子を示したものである。圧電トランスデューサは、第１および第２の所定周波数ｆｓ、ｆｐの間の周波数において、誘導領域でインダクタとして作用する。トランスデューサの最適な振動、すなわち最大効率を維持するため、トランスデューサを流れる電流は、誘導領域内の周波数に維持されなければならない。
【0102】
コントローラ２３のメモリは、プロセッサによって実行されたとき、超音波処理チャンバー４８内の細胞の溶解効率を最大にするために、プロセッサに対して超音波トランスデューサ４９の振動周波数を誘導領域内に維持させる実行可能命令を格納する。
【0103】
コントローラ２３のメモリは、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに対して、コントローラ２３が所定の掃引周波数範囲にわたって漸次追跡する周波数でトランスデューサを駆動する掃引動作を実行させる実行可能命令を格納する。言い換えれば、駆動装置２は、所定の掃引周波数範囲にわたって、複数の異なる周波数でトランスデューサを駆動する。例えば、掃引周波数範囲の一端からもう一端まで所定の周波数毎に増分する周波数である。
【0104】
一部の配置では、コントローラ２３が掃引を実行するとき、コントローラ２３は、コントローラ２３内に設けられ、超音波トランスデューサ４９に結合されるアナログ－デジタル変換器のＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）値を監視する。一部の配置では、ＡＤＣ値は、超音波トランスデューサ４９全体の電圧に比例するＡＤＣのパラメータである。別の配置では、ＡＤＣ値は、超音波トランスデューサ４９を流れる電流に比例するＡＤＣのパラメータである。
【0105】
掃引動作の間、コントローラ２３は、トランスデューサの周波数の誘導領域を特定する。コントローラ２３が誘導領域を特定すると、コントローラ２３は、ＡＤＣ値を記録し、超音波トランスデューサ４９の動作を最適化するために、変換器の駆動周波数を誘導領域内の周波数（すなわち、第１及び第２の所定の周波数ｆｓ、ｆｐの間）でロックする。駆動周波数が誘導領域内にロックされると、変換器の電気機械結合係数が最大化され、それによって、超音波トランスデューサ４９の動作が最大化される。
【0106】
一部の配置では、コントローラ２３は、トランスデューサ４９を流れる電流を監視することによって、超音波トランスデューサ４９が使用する有効電力を決定する。有効電力とは、超音波トランスデューサ４９によって散逸される実電力または真の電力である。
【0107】
超音波（圧電）トランスデューサの機械的変形は、それに印加される交流電圧振幅と連動しており、システムの最適な機能および送達を保証するために、超音波トランスデューサには常に最大の変形が供給されなければならない。超音波トランスデューサに印加される交流電圧のパルス幅変調（ＰＷＭ）により、振動の機械的振幅は同じままである。一部の配置では、システムは、システムの最適な機能と提供を保証するため、超音波トランスデューサの変形を最大化するため、交流電圧波形のデューティサイクルを積極的に調整する。
【0108】
あるアプローチでは、デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）の使用を介して超音波トランスデューサに適用されるＡＣ電圧を変更することを含む。超音波プローブに伝達されるエネルギーは減少するが、機械的変形も減少するため、結果は最大の変形ではない。超音波トランスデューサにかかる実効電圧は電圧変調と同じであるが、超音波トランスデューサに伝達される有効電力は劣化する。実際、以下の式で表すことができる
超音波トランスデューサに表示される有効電力は、以下の通りである。
超音波トランスデューサに表示される有効電力は、以下の通りである。
【0109】
【数1】
【0110】
ここで
【0111】
【数2】
【0112】
Ｉrmsは二乗平均平方根電流
Ｖrmsは二乗平均電圧である。
Ｖrmsは二乗平均電圧である。
【0113】
第一高調波を考慮する場合、パルス幅変調が超音波トランスデューサに供給される電圧の持続時間を変化させ、Ｉｒｍｓを制御するので、Ｉｒｍｓは超音波トランスデューサに印加される実電圧振幅の関数である。
【0114】
この配置では、コントローラ２３のメモリは、コントローラ２３のプロセッサによって実行されたとき、プロセッサに以下を実行させる命令を格納する。
【0115】
Ａ． コントローラ２３の交流ドライバを制御して、超音波トランスデューサ４９に所定の掃引周波数で交流駆動信号を出力させる。
【0116】
Ｂ． 監視信号に基づいて、超音波トランスデューサ４９によって使用されている有効電力を計算する、
Ｃ． 交流ドライバを制御して交流駆動信号を変調し、超音波トランスデューサ４９が使用する有効電力を最大化する、
Ｄ． 超音波トランスデューサ４９が使用している最大有効電力と交流駆動信号の掃引周波数の記録をメモリに保存する、
Ｅ． 所定の回数の反復の後、掃引周波数が掃引開始周波数から掃引終了周波数まで増分するように、ステップＡからＤを所定の回数の反復で繰り返し、各反復で掃引周波数を増分する、
Ｆ． メモリに格納された記録から、超音波トランスデューサ４９によって最大の有効電力が使用される交流駆動信号の掃引周波数である交流駆動信号の最適周波数を特定する、及び
Ｇ． 交流ドライバを制御して、最適な周波数で超音波トランスデューサ４９に交流駆動信号を出力する。
Ｃ． 交流ドライバを制御して交流駆動信号を変調し、超音波トランスデューサ４９が使用する有効電力を最大化する、
Ｄ． 超音波トランスデューサ４９が使用している最大有効電力と交流駆動信号の掃引周波数の記録をメモリに保存する、
Ｅ． 所定の回数の反復の後、掃引周波数が掃引開始周波数から掃引終了周波数まで増分するように、ステップＡからＤを所定の回数の反復で繰り返し、各反復で掃引周波数を増分する、
Ｆ． メモリに格納された記録から、超音波トランスデューサ４９によって最大の有効電力が使用される交流駆動信号の掃引周波数である交流駆動信号の最適周波数を特定する、及び
Ｇ． 交流ドライバを制御して、最適な周波数で超音波トランスデューサ４９に交流駆動信号を出力する。
【0117】
一部の配置では、開始掃引周波数は２８００ｋＨｚであり、終了掃引周波数は３２００ｋＨｚである。別の配置では、開始掃引周波数及び終了掃引周波数は、２８００ｋＨｚ～３２００ｋＨｚの範囲内の周波数範囲の下限周波数及び上限周波数である。
【0118】
一部の配置では、プロセッサは、最適周波数の１～１０％の間だけシフトされた周波数で超音波トランスデューサ４９に交流駆動信号を出力するように交流ドライバを制御する。これらの配置では、周波数シフトは、超音波トランスデューサ４９が最大変位を生成する最適駆動周波数で連続的に駆動されるときに超音波トランスデューサ４９に生じる潜在的な損傷を最小限にすることによって、超音波トランスデューサ４９の耐用年数を延ばすために使用される。
【0119】
一部の配置では、交流ドライバは、超音波トランスデューサ４９によって使用される有効電力を最大化するために、パルス幅変調によって交流駆動信号を変調する。
【0120】
一部の配置では、プロセッサ４０は、交流ドライバを制御して、第１の所定時間、最適な周波数で超音波トランスデューサ４９に交流駆動信号を出力し、第２の所定時間、超音波トランスデューサ４９に交流駆動信号を出力しないように交互に行う。超音波トランスデューサ４９のこの交互の活性化及び非活性化は、超音波処理チャンバー４８内のサンプル中の細胞を溶解する工程を最適化することが見出されている。
【0121】
一部の配置では、超音波トランスデューサ４９の最適な動作を保証するために、コントローラ２３は、再帰モードで動作する。コントローラ２３が再帰モードで動作するとき、コントローラ２３は、システムの動作中にステップＡ～Ｄの周波数の掃引を周期的に実行する。
【0122】
一部の配置では、コントローラ２３の交流ドライバは、動作モードに従って、交流駆動信号をし、交流駆動信号を出力しないように構成される。一部の配置の１２の動作モードのタイミングを以下の表１に示す。
【0123】
【表2】
【0124】
一部の配置では、コントローラ２３のメモリは、プロセッサによって実行されるとき、振動が開始または再始動されるたびに誘導性領域を特定するための掃引動作をプロセッサに実行させる実行可能命令を格納する。これらの配置では、コントローラ２３のメモリは、プロセッサによって実行されるとき、プロセッサに対して、振動が開始されるたびに誘導領域内の新しい周波数で駆動周波数をロックさせ、それによって超音波トランスデューサ４９の動作効率に影響を与えるパラメータの変化を補償させる実行可能命令を格納する。
【0125】
一部の配置では、超音波トランスデューサ４９の最適な動作を保証するために、コントローラ２３は、再帰モードで動作する。コントローラ２３が再帰モードで動作する場合、コントローラ２３は、システムの動作中に周波数の掃引を周期的に実行し、ＡＤＣ値を監視して、ＡＤＣ値が超音波トランスデューサ４９の動作の最適振動を示す所定の閾値以上であるか否かを判断する。
【0126】
一部の配置では、コントローラ２３は、コントローラ２３が超音波トランスデューサ４９の変位を最大化する超音波トランスデューサ４９のための可能かつより良好な周波数を特定できる場合、システムが細胞を溶解する工程中に掃引動作を実行する。コントローラ２３がより良好な周波数を特定した場合、コントローラ２３は、超音波トランスデューサ４９の最適な動作を維持するために、駆動周波数を新たに特定されたより良好な周波数でロックする。
【0127】
図１５は、一部の配置のコントローラ２３の動作のフロー図である。
【0128】
次に添付図面の図１６及び図１７を参照すると、アッセイ装置２の蓋１４は、アッセイ装置本体２４の少なくともサンプルチャンバー２５の開放端を閉じるように構成された概ね平面状のカバー５０を備える。蓋１４は、カバー５０の周縁に延びる側壁５１を備える。この配置では、給気口開口部５２は、側壁５１の１つに設けられる。
【0129】
この配置では、蓋１４は、蓋１４をアッセイ装置本体２４に枢動可能に取り付けるための枢動取付配置５３を備える。別の配置では、蓋１４は、蓋１４をアッセイ装置本体２４に移動可能に取り付けるための異なる移動可能な取り付け配置を備えて構成される。
【0130】
蓋１４は、側壁５１の端部の周囲で蓋部材５０の下に重ね合わされるガス透過性膜５４を備える。ガス透過性膜５４は、側壁５１の周囲及び中央開口部１５の周囲に実質的に気密シールを提供し、交差汚染又は偶発的な流出を防止する。一部の配置では、ガス透過性膜５４は、Ｇｏｒｅ－Ｔｅｘ（登録商標）材である。
【0131】
使用時、給気口開口部５２は、空気が蓋１４内に流入し、その空気がガス透過性膜５４を通過してアッセイ装置本体２４内の少なくともサンプルチャンバー２５に流入することを可能にする。
【0132】
別の配置では、ガス透過性膜５４は、バルブのような別の一方向ガス流部材に置き換えられる場合がある。
【0133】
ここで添付図面の図１８～２０を参照すると、アッセイ装置２のＰＣＲ装置１６は、フィン５５を備え、このフィン５５は、アッセイ装置本体２４から外側に突出するようにアッセイ装置本体２４に結合される。フィン５５は、アッセイ装置本体２４に連結されるように構成された、拡大取付部材５６を備える。取付部材５６には、開口部５７、５８がフィン５５内に画定されるＰＣＲチャンバー５９と流体連通するようにフィン５５に貫通して延びる第１開口部５７及び第２開口部５８が設けられている。この配置では、フィン５５は、ＰＣＲチャンバー５９を部分的に囲む中央部分６１に複数の内部チャンバー６０をさらに備えている。
【0134】
フィン５５は、点６４に収束する角度の付いた端部６２、６３を有する概ね長方形である。使用において、サンプルは、アッセイ装置２の両方の試薬チャンバーを通過した後、ＰＣＲチャンバー５９を含むＰＣＲフィン５５の中に押し込まれる。
【0135】
一部の配置では、ＰＣＲ工程に選択された試薬は、極端なｒＲＴ－ＰＣＲ工程を容易にすると同時に、蛍光による温度監視を可能にするように選択される。一部の配置では、試薬の配合には、５μＭの各フォワードおよびリバースプライマー（合計６つのプライマー、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２を検出するための２セットおよびＰＣＲ反応が成功した場合の対照として使用する１セット）、ＩＸ ＬＣＧｒｅｅｎ＋色素、０．２μＭの各デオキシヌクレオシド三リン酸（ｄＮＴＰ）：ｄＡＴＰ、ｄＴＴＰ、ｄＧＴＰ、ｄＣＴＰ、５０ｍＭ Ｔｒｉｓ、１．６５μＭ ＫｌｅｎＴａｑ、２５ｎｇ／μＬ ＢＳＡ、１．２５Ｕ／μＬ Ｍａｌｏｎｅ Ｍｕｒｉｎｅ ｌｅｕｋｅｍｉａ ｖｉｒｕｓ ｒｅｖｅｒｓｅ ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔａｓｅ （ＭＭＬＶ）、７．４ｍＭ ＭｇＣｌ2およびスルホタミンＢが含まれる。
【0136】
ここで添付図面の図２１および２２を参照すると、ＰＣＲ装置１６のフィン５５は、少なくとも一部が加熱装置１７内に受容されるように構成されている。
【0137】
この配置では、加熱装置１７は、互いに間隔をあけて配置され、ピボット部材６７に回転可能に取り付けられた２つの概ね円形の平面ディスク６５、６６を備える。加熱凹部６８は、ディスク６５、６６の間の空間の一部によって画定されている。
【0138】
この配置では、ディスク６５の１つは、図２３に示すように、第１の加熱要素６９ａおよび第２の加熱要素６９ｂを担持する可動支持要素である。第１及び第２の加熱素子６９ａ、６９ｂは、ディスク６５の両側で互いに間隔を空けて配置されている。
【0139】
加熱装置１７は、ディスク６５が、第１発熱体６９ａが第２発熱体６９ｂよりも加熱凹部６８に近い位置に配置される第１位置と、第２発熱体６９ｂが第１発熱体６９ａよりも加熱凹部６８に近い位置に配置される第２位置との間で動くように、ディスク６５をピボット部材６７に対して回転させるように構成されたモーターをさらに備える。モーターは、コントローラ２３に電気的に結合され、コントローラ２３がモーターを制御してディスク６５を第１の位置と第２の位置との間で周期的に移動できるようになっている。
【0140】
一部の配置では、加熱装置１７は、加熱凹部６８内に配置されたＰＣＲ装置内の液体の温度を感知するように構成された温度センサーを備え、このシステムは、感知された温度に応答して第１及び第２の加熱要素の動作を制御するように構成されている。
【0141】
次に添付図面の図２４を参照すると、システム１は、ピボット部材６７が伸長する開口部７２を備える概ね平面状の支持部材７１を備える蛍光検出配置７０の形態で感染症検出配置を備える。蛍光検出配置は、第１の三角形部分７３及び第２の三角形部分７４並びにくぼみ部分７５を備える。平面状本体７１および三角形部分７３、７４は、加熱装置のディスク６５、６６の間の空間に配置される。
【0142】
くぼみ部分７５は、ＰＣＲ装置１６のフィン５５の尖った端部を受け入れる形状である。
【0143】
検出装置７０は、くぼみ部分７５の一方の縁に沿って複数の発光体７６を備え、くぼみ部分７５の他方の縁に沿って複数の光受容体７７を備えている。この配置では、それぞれが異なる波長の光を透過するように構成された４つのＬＥＤの形態の４つの発光体があり、それぞれが異なる波長の光を検出するように構成された４つの光受容体７７がある。しかしながら、別の配置では、異なる数の発光体及び光受容体が存在する。
【0144】
検出装置７０は、一部の配置では、ＰＣＲ、融解曲線及び温度変化を監視するために、ＬＣＧｒｅｅｎ＋及びスルフォホーダミンＢ色素から放出される蛍光を検出するように構成される。
【0145】
一部の配置では、検出装置は、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２ウイルス検出装置であり、ＣＯＶＩＤ－１９疾患を引き起こすＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２ウイルスの存在を検出する。
【0146】
結果報告
一部の配置では、システム１は、筐体３の外側にＬＣＤモニターなどのディスプレイを備える。システムからの情報がコントローラ２３によって処理された後、検査結果がディスプレイ上に表示される。検査結果としては、陽性、陰性、判定不能、若しくは無効の４つがある。ＣＯＶＩＤ－１９検査の場合、４つの結果の基準は、以下の表２に示すとおりである。
一部の配置では、システム１は、筐体３の外側にＬＣＤモニターなどのディスプレイを備える。システムからの情報がコントローラ２３によって処理された後、検査結果がディスプレイ上に表示される。検査結果としては、陽性、陰性、判定不能、若しくは無効の４つがある。ＣＯＶＩＤ－１９検査の場合、４つの結果の基準は、以下の表２に示すとおりである。
【0147】
【表3】
【0148】
ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２の例
次に、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２アッセイについて、一部の配置のシステムの動作を説明する。
次に、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２アッセイについて、一部の配置のシステムの動作を説明する。
【0149】
アッセイ装置２において、第１のチャンバーは、ユーザーが検査の対象となる標的サンプルを加えるサンプルチャンバーである。一部の配置では、標的サンプルは、唾液サンプル又は喀痰サンプルである。別の配置では、標的サンプルは、鼻咽頭ぬぐい棒又は中咽頭ぬぐい棒によってユーザーから収集される。さらに別の配置では、標的サンプルは血液サンプルである。
【0150】
一部の配置では、標的サンプルの容積は１ｍｌから５ｍｌの間である。患者から採取されたサンプルは、サンプルチャンバーに追加される前に溶出緩衝液に入れられる。一部の配置では、溶出緩衝液は、１Ｍイミダゾール溶液、１Ｍトリス、０．５Ｍ ＥＤＴＡ、Ｍｉｌｌｉ－Ｑまたは脱イオン水を含む。
【0151】
次のチャンバーは、洗浄チャンバーである。一部の配置では、洗浄チャンバーは、上記に述べた溶出緩衝液の過剰量（３ｍｌ～５ｍｌ）を含む。この洗浄緩衝液は、サンプルを洗浄し、潜在的な汚染物質を除去するために使用される。
【0152】
次のチャンバーは、溶解剤チャンバーである。一部の配置では、溶解剤チャンバーは、アッセイの細胞溶解ステップを補助するための化学物質の混合物を含む。一部の配置では、溶解剤は製剤からなり、以下の３つの製剤を含むが、これらに限定されない：
溶解剤の配合 ＃１：
１０ｍＭ Ｔｒｉｓ
０．２５％ Ｉｇｅｐａｌ
ＣＡ－６３０
１５０ｍＭ ＮａＣｌ
溶解剤の配合 ＃２：
１０ｍＭ Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ
１０ｍＭ ＮａＣｌ
１０ｍＭ ＥＤＴＡ
０．５％ Ｔｒｉｔｏｎ－Ｘ１００
溶解剤の配合 ＃３：
０．１Ｍ ＬｉＣｌ
０．１Ｍ Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ
１％ ＳＤＳ
１０ｍｍ ＥＤＴＡ
次のチャンバーは、液体試薬の混合チャンバーである。サンプルは超音波処理され、細胞溶解が起こると、遊離した核酸はプランジャーカラムからの圧力で液体試薬混合チャンバーに押し出される。液体試薬チャンバーには、ｒＲＴ－ＰＣＲ試薬混合物の液体安定性成分が含まれる。このチャンバーに保持される成分の例は、一部の配置では、Ｔｒｉｓ、ＩＸ ＬＣＧｒｅｅｎ Ｄｙｅ、フリーヌクレオチド、ＭｇＣｌ2またはスルフォローダミンＢである。
溶解剤の配合 ＃１：
１０ｍＭ Ｔｒｉｓ
０．２５％ Ｉｇｅｐａｌ
ＣＡ－６３０
１５０ｍＭ ＮａＣｌ
溶解剤の配合 ＃２：
１０ｍＭ Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ
１０ｍＭ ＮａＣｌ
１０ｍＭ ＥＤＴＡ
０．５％ Ｔｒｉｔｏｎ－Ｘ１００
溶解剤の配合 ＃３：
０．１Ｍ ＬｉＣｌ
０．１Ｍ Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ
１％ ＳＤＳ
１０ｍｍ ＥＤＴＡ
次のチャンバーは、液体試薬の混合チャンバーである。サンプルは超音波処理され、細胞溶解が起こると、遊離した核酸はプランジャーカラムからの圧力で液体試薬混合チャンバーに押し出される。液体試薬チャンバーには、ｒＲＴ－ＰＣＲ試薬混合物の液体安定性成分が含まれる。このチャンバーに保持される成分の例は、一部の配置では、Ｔｒｉｓ、ＩＸ ＬＣＧｒｅｅｎ Ｄｙｅ、フリーヌクレオチド、ＭｇＣｌ2またはスルフォローダミンＢである。
【0153】
次のチャンバーは、凍結乾燥試薬混合チャンバーである。このチャンバーには、タンパク質のように液体または水和状態で長期間保存できない試薬の凍結乾燥または凍結乾燥した形態が含まれる。アッセイ装置での長期保存のために凍結乾燥されるであろう成分の例は、ある配置では、プライマー、ポリメラーゼ、逆転写酵素またはウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）である。
【0154】
次のチャンバーはＰＣＲチャンバーであり、このチャンバーはＰＣＲフィン内のポッドのメインセクションの外側に位置する。このチャンバーは、ｒＲＴ－ＰＣＲ工程の前に、最終混合ＰＣＲ溶液（最初のサンプルから遊離した核酸とすべてのＰＣＲ試薬を含む）が送られる場所である。
【0155】
最後のチャンバーは廃棄物チャンバーである。このチャンバーには、アッセイ装置のサイクルを通して廃棄されるすべての成分が保持される。例えば、洗浄液が超音波処理チャンバーから押し出されると、この溶液は超音波処理チャンバーから出るときに直接廃棄物チャンバーに送られる。このチャンバーの容積は、最低でもポッド内の全液体の合計容積と添加されたサンプルの容積の合計である必要がある。
【0156】
ＰＣＲ法
一部の配置の方法では、サンプル中のＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２の存在を迅速に検出及び確認するためにｒＲＴ－ＰＣＲを実行する。ＲＴ－ＰＣＲ反応が起こるために必要な加熱及び冷却プロセスを制御するために、一部の配置のシステムは、加熱装置１７を、必要な温度サイクルを提供する二重加熱要素を有するサーマルサイクラーとして使用する。
一部の配置の方法では、サンプル中のＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２の存在を迅速に検出及び確認するためにｒＲＴ－ＰＣＲを実行する。ＲＴ－ＰＣＲ反応が起こるために必要な加熱及び冷却プロセスを制御するために、一部の配置のシステムは、加熱装置１７を、必要な温度サイクルを提供する二重加熱要素を有するサーマルサイクラーとして使用する。
【0157】
加熱装置１７のディスク６５、６６は、極端なｒＲＴ－ＰＣＲサイクリング中に急速回転し、異なる熱レベルを適用してＰＣＲチャンバーを所望の温度に加熱する。加熱要素６９ａ、６９ｂは、ディスクの反対側に位置し、各々がディスクの表面積の１／４の面積を占めている。各加熱素子６９ａ、６９ｂは、所定の温度に到達するようにプログラムされている。
【0158】
第１の加熱要素６９ａは、最初に４５℃まで加熱し、逆転写酵素ステップのために一時停止し、その後、そのＰＣＲ温度である５５℃まで加熱する。第２の加熱要素６９ｂは、９５℃まで加熱し、ＰＣＲステップでのみ使用される。ディスク６５の他の２つのセクションは、加熱要素６９ａ、６９ｂの間の絶縁領域として機能する。
【0159】
一部の配置では、熱サイクルは次のように行われる。ＰＣＲチャンバーがディスクの絶縁セクションに曝露されている間に第１の加熱要素６９ａの４５℃まで上昇する。第１の加熱要素が４５℃に達すると、ディスク６５は回転してＰＣＲチャンバーを第２の加熱要素６９ｂに２秒間露出し、逆転写酵素工程を発生させることができる。その直後、第１の加熱要素は５５℃まで加熱され、ＰＣＲ工程を開始する。
【0160】
一部の配置では、ディスク６５は、加熱と冷却の約３０～３５サイクルの間、ＰＣＲチャンバーの第１及び第２の加熱要素への曝露を交互に急速に行うことで開始される。ディスク６５の各回転後、ＰＣＲチャンバー内の液体の温度は、スルフォローダミンＢ色素の受動蛍光検出を用いて監視される。
【0161】
第２の加熱要素６９ｂがＰＣＲに近接した位置にあり、ＰＣＲチャンバー内の液体の温度が９５℃に達すると、ディスク６５は回転するようにトリガされ、第１の加熱要素６９ａをＰＣＲチャンバーに隣接して移動させる。チャンバーその後、温度が５５℃まで下がると、ディスク６５は回転して第２の加熱要素６９ｂに戻る。これにより、１サイクルが完了する。
【0162】
最後のＰＣＲサイクルの後、第１の加熱要素６９ａは回転してＰＣＲチャンバーに近接した位置で回転し、９０℃～１００℃の間の温度まで８℃／秒の速度で加熱を開始し、特定のＰＣＲ産物の存在を確認するために溶融分析を実行できるようにする。
【0163】
感染症検査装置
一部の配置の感染症検査装置１００は、様々な液体チャンバーおよび通路を含むチャンバーアレイ、超音波処理チャンバー、バルブ、圧力インレット（例えば、ルアーロックシリンジを取り付けるための）、微粒子フィルター、加熱要素およびマイクロ流体チャンバーのＰＣＲプリント回路基板、ＰＣＲ試薬および最終検出チャンバーの８つの主要な構成要素を備える。
一部の配置の感染症検査装置１００は、様々な液体チャンバーおよび通路を含むチャンバーアレイ、超音波処理チャンバー、バルブ、圧力インレット（例えば、ルアーロックシリンジを取り付けるための）、微粒子フィルター、加熱要素およびマイクロ流体チャンバーのＰＣＲプリント回路基板、ＰＣＲ試薬および最終検出チャンバーの８つの主要な構成要素を備える。
【0164】
上述した配置は、ピストン形式の移送配置を有するアッセイ装置２を備える一方、別の配置の感染症検査装置１００は、図２５に示すように、基板１０１上に形成されたチャンバーを備える。一部の配置では、基板１０１は、全体または少なくとも一部がシリコンで構成されている。感染症検査装置１００の構成要素は、シリコン基板に堆積した膜中または膜上に形成され、及び／又は、シリコン基板にエッチングされることで形成される。一部の配置では、感染症検査装置１００は、半導体マイクロチップを製造するために従来使用される技術を使用して処理されるシリコンウェハから少なくとも部分的に形成される。
【0165】
この基板を用いることで、既存の半導体プロセス技術により、感染症検査装置を低コストかつ大量に生産することが可能となる。
【0166】
感染症検査装置１００は、基板１０１上に形成された超音波処理チャンバー１０２を備える。超音波処理チャンバー１０２は、サンプル入口１０３、サンプル出口１０４、及び超音波トランスデューサ１０５を有する。
【0167】
サンプル入口１０３は、チャネル１０６によって超音波処理チャンバー１０２と流体連通して結合されている。チャネル１０６に沿って弁１０７が設けられ、サンプル入口１０３から超音波処理チャンバー１０２へのサンプル液の流入を選択的に許容又は防止する。
【0168】
サンプル出口１０４には、サンプル出口１０４から流出するサンプル液を濾過するフィルター１０８が設けられている。サンプル出口１０４と流体連通するように結合された流体流路１１０に沿って、バルブ１０９が設けられている。
【0169】
超音波トランスデューサ１０５は、超音波処理チャンバー１０２内のサンプル流体中の細胞を溶解するための超音波を発生するように構成される。超音波トランスデューサ１０５は、上述したコントローラ２３などのコントローラによって、超音波を発生させるために振動するように制御されるように構成されている。一部の配置の感染症検査装置１００は、上記のコントローラ２３を備える。コントローラ２３は、超音波トランスデューサ１０５と電気的に結合され、超音波トランスデューサ１０５を制御して、超音波を発生させる。
【0170】
感染症検査装置１００は、基板１０１上に形成された、液体ＰＣＲ試薬を受け入れるための試薬チャンバー１１１を備える。試薬チャンバー１１１は、入口１１２と出口１１３とを有する。入口１１２は、超音波処理チャンバー１０２のサンプル出口１０４と連通している。試薬チャンバー１１１は、ＰＣＲチャンバー１１１と流体連通している圧力駆動ポート１１４を備え、バルブ１１５が圧力駆動ポート１１４と試薬チャンバー１１１の間に設けられている。
【0171】
圧力駆動ポート１１４、及び本明細書に記載される他の圧力駆動ポートは、圧力駆動装置に接続されるように構成される。圧力駆動装置は、任意の種類の圧力駆動装置であってよい。一部の配置では、圧力駆動装置はルアーロックシリンジである。別の配置では、圧力駆動装置は、システム１内の圧力駆動装置であり、コントローラ２３によって制御される。以下により詳細に説明するように、圧力駆動装置は、感染症検査装置１００の１つ以上のチャンバー内の流体に作用して、チャンバー間で流体を流動させる圧力駆動ポートに正または負の圧力を適用する。
【0172】
試薬チャンバー１１１の出口１１３は、バルブ１１６を介して出口チャネル１１７に結合されている。流体出口１１７は、後述するＰＣＲチャンバーと流体的に結合している。
【0173】
感染症検査装置１００は、基板１０１上に形成される少なくとも１つの追加チャンバーをさらに備える。かかる追加チャンバーの１つは、バルブ１１９を介して超音波処理チャンバー１０２に流体的に結合される洗浄チャンバー１１８である。圧力駆動ポート１２０は、圧力駆動装置が洗浄チャンバー１１８内から超音波処理チャンバー１０２内へ洗浄液を駆動する圧力を発揮できるように、洗浄チャンバー１１８に設けられる。
【0174】
一部の配置では、感染症検査装置１００は、バルブ１２２を介して超音波処理チャンバー１０２と流体的に結合される溶解剤チャンバー１２１をさらに備える。溶解剤チャンバー１２１には、溶解剤チャンバー１２１から超音波処理チャンバー１０２に溶解剤を駆動する圧力を加えるように構成された圧力駆動ポート１２３が設けられている。
【0175】
一部の配置の感染症検査装置１００は、バルブ１２５およびフィルター１２６を介して超音波処理チャンバー１０２と流体的に結合される廃棄物チャンバー１２４をさらに備える。別の配置では、感染症検査装置１００内のチャンバーの数は、上述した配置と異なる場合がある。一部の配置では、チャンバーの数は、１個から最大１０個まで変化することができる。ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２感染症検査装置では、感染症検査装置は６つのチャンバーを備える。
【0176】
使用時には、ユーザーは、分析すべきサンプルをサンプル注入口１０３に注入する。サンプルは、感染症検査装置１００に添加される前に、溶出緩衝液に入れられることが好ましい。
【0177】
一部の配置では、溶出緩衝液は１Ｍイミダゾール溶液、１Ｍトリス、０．５Ｍ ＥＤＴＡ、Ｍｉｌｌｉ－Ｑ、滅菌生理食塩水 または脱イオン水を含む。
【0178】
対象サンプルがサンプル注入口１０３を介して装置に装填されると、図２６に示すように、サンプルは超音波照射チャンバー１０２に直接沈着される。一部の配置では、超音波処理チャンバー１０２は、１００μｌから１０００μｌの容積を有する。一部の配置では、超音波処理チャンバー１０２は、感染症 検査装置１００の他のすべてのチャンバーへのポートを備える これらのポートを通る液体の流れは、ユーザー及び／又はコントローラ２３によって、及び／又は開閉可能なバルブのシステムによって指示される。
【0179】
超音波処理チャンバー１０２から廃棄物チャンバー１２４及びＰＣＲ試薬チャンバー１１１に通じるポートは、フィルター１２６、１０８を含む。一部の配置では、フィルター１２６、１０８は、直径０．１μｍ～０．５μｍの細孔を有する。フィルターは、様々な洗浄剤および他の溶液が超音波処理チャンバー１０２を通過して廃棄物チャンバー１２４に入る際に、標的細胞および／またはウイルス粒子を捕捉し、それらを超音波処理チャンバー１０２内に保持する。ＰＣＲ試薬ポート１０４上のフィルター１０８は、溶解が起こるまで、超音波処理チャンバー１０２内に細胞及び／又はウイルス粒子を封じ込める役割を果たす。溶解後、フィルター１０８の孔は、壊れた細胞および／またはウイルス粒子を依然として捕捉するが、それらの遺伝物質が通過できるように十分に大きく設計されている。
【0180】
一部の配置では、超音波処理チャンバー１０２の基部は、充填された超音波処理チャンバーの液体媒体を通して音響波を送り、標的細胞を破壊してその遺伝物質を放出するための超音波トランスデューサ１０５として機能する圧電円板である。一部の配置では、超音波処理チャンバー１０２の高さは約２００μｍである。
【0181】
一部の配置では、超音波処理チャンバー１０２は、約１００μｍの直径を有するビーズ１２７又はマイクロビーズを含む（その一部のみが図２５に示されている）。一部の配置では、ビーズ１２７の約半分は、超音波処理中にフィルター配置１０２の上部付近に集まるように浮力を持ち、残りの半分は、浮力を持たずフィルター配置１０２の下部付近に集まるように設計されている。２種類のビーズ１２７の間で、超音波処理チャンバー１０２内の「溶解領域」の大部分は、超音波処理中に細胞膜を破壊するのを助けることができるビーズ１２７で包囲される。
【0182】
次のチャンバーは、洗浄チャンバー１１８である。使用中、洗浄チャンバー１１８は、上述のように過剰量（３ｍｌ～５ｍｌ）の溶出緩衝液を含む。洗浄バッファーは、サンプルが超音波処理チャンバー１０２に送られると、それを洗浄し、潜在的な汚染物質を除去するために使用される。
【0183】
次のチャンバーは、溶解剤チャンバー１２１である。溶解剤チャンバー１２１は、アッセイの細胞溶解ステップを補助するための化学物質の混合物を含む。図２７に示すように、溶解剤は溶解剤チャンバー１２１から超音波処理チャンバー１０２に押し込まれ、そこでサンプルと混合される。一部の配置では、溶解剤は以下の配合物で構成されるがこれらに限定されない。
【0184】
溶解剤の配合 ＃１：
１０ｍＭ Ｔｒｉｓ
０．２５％ Ｉｇｅｐａｌ ＣＡ－６３０
１５０ｍＭ ＮａＣｌ
溶解剤の配合 ＃２：
１０ｍＭ Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ
１０ｍＭ ＮａＣｌ
１０ｍＭ ＥＤＴＡ
０．５％ Ｔｒｉｔｏｎ－Ｘ１００
溶解剤の配合 ＃３：
０．１Ｍ ＬｉＣｌ
０．１Ｍ Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ
１％ ＳＤＳ
１０ｍｍ ＥＤＴＡ
次のチャンバーは、ＰＣＲ洗浄チャンバー１１１である。図２８に示すように、サンプルが超音波処理され、細胞溶解が起こると、次に、図２９に示すように、遊離した核酸がフィルター１０８を通ってＰＣＲ試薬チャンバー１１１に押し出される。ＰＣＲ試薬チャンバー１１１には、ｒＲＴ－ＰＣＲ処理に必要な成分が含まれている。サンプルは、ＰＣＲ試薬チャンバー１１１に入り、次に、圧力駆動ポート１１４に結合された圧力駆動装置（図示せず）によってかけられる圧力によってＰＣＲ試薬チャンバー１１１にトグルして出入りする。この前後のトグル動作により、図３０に示すように、サンプルがＰＣＲ試薬と十分に混合されることが保証される。サンプルとＰＣＲ試薬が十分に混合されると、混合物はＰＣＲ試薬チャンバー１１１からチャネル１１７を通ってＰＣＲチャンバーに押し出される。ＰＣＲチャンバーは、一部の配置では、以下に説明するように、ＲＴ－ＰＣＲ工程が行われるＰＣＲ加熱配置のチャネルである。
１０ｍＭ Ｔｒｉｓ
０．２５％ Ｉｇｅｐａｌ ＣＡ－６３０
１５０ｍＭ ＮａＣｌ
溶解剤の配合 ＃２：
１０ｍＭ Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ
１０ｍＭ ＮａＣｌ
１０ｍＭ ＥＤＴＡ
０．５％ Ｔｒｉｔｏｎ－Ｘ１００
溶解剤の配合 ＃３：
０．１Ｍ ＬｉＣｌ
０．１Ｍ Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ
１％ ＳＤＳ
１０ｍｍ ＥＤＴＡ
次のチャンバーは、ＰＣＲ洗浄チャンバー１１１である。図２８に示すように、サンプルが超音波処理され、細胞溶解が起こると、次に、図２９に示すように、遊離した核酸がフィルター１０８を通ってＰＣＲ試薬チャンバー１１１に押し出される。ＰＣＲ試薬チャンバー１１１には、ｒＲＴ－ＰＣＲ処理に必要な成分が含まれている。サンプルは、ＰＣＲ試薬チャンバー１１１に入り、次に、圧力駆動ポート１１４に結合された圧力駆動装置（図示せず）によってかけられる圧力によってＰＣＲ試薬チャンバー１１１にトグルして出入りする。この前後のトグル動作により、図３０に示すように、サンプルがＰＣＲ試薬と十分に混合されることが保証される。サンプルとＰＣＲ試薬が十分に混合されると、混合物はＰＣＲ試薬チャンバー１１１からチャネル１１７を通ってＰＣＲチャンバーに押し出される。ＰＣＲチャンバーは、一部の配置では、以下に説明するように、ＲＴ－ＰＣＲ工程が行われるＰＣＲ加熱配置のチャネルである。
【0185】
最後のチャンバーは廃棄物チャンバー１２４である。廃棄物チャンバー１２４には、チャンバーアレイのサイクルを通して廃棄されるすべての成分が保持される。例えば、洗浄液が超音波処理チャンバー１０２から押し出されると、その溶液は超音波処理チャンバー１０２から出るときに直接廃棄物チャンバー１２４に送られる。廃棄物チャンバー１２４の最少容積は、感染症検査装置１００内の全ての液体の総量に、添加されたサンプルの堆積を加えたものである。
【0186】
ＰＣＲ試薬
一部の配置では、ＰＣＲ試薬チャンバー１１１内のＰＣＲ試薬は、極端なｒＲＴ－ＰＣＲプロセスを容易にすると同時に、蛍光を介した温度監視を可能にするように選択される。
一部の配置では、ＰＣＲ試薬チャンバー１１１内のＰＣＲ試薬は、極端なｒＲＴ－ＰＣＲプロセスを容易にすると同時に、蛍光を介した温度監視を可能にするように選択される。
【0187】
一部の配置では、ＰＣＲ試薬の配合は。５μＭの各フォワードおよびリバースプライマー（合計６つのプライマー、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２を検出するための２セットおよびＰＣＲ反応が成功した場合の対照として使用する１セット）、ＩＸ ＬＣＧｒｅｅｎ＋色素、０． ２μＭの各デオキシヌクレオシド三リン酸（ｄＮＴＰ）：ｄＡＴＰ、ｄＴＴＰ、ｄＧＴＰ、ｄＣＴＰ、５０ｍＭ Ｔｒｉｓ、１．６５μＭ ＫｌｅｎＴａｑ、２５ｎｇ／μＬ ＢＳＡ、１．２５Ｕ／μＬ Ｍａｌｏｎｅ Ｍｕｒｉｎｅ ｌｅｕｋｅｍｉａ ｖｉｒｕｓ ｒｅｖｅｒｓｅ ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔａｓｅ （ＭＭＬＶ）および７．４ｍＭ ＭｇＣｌ2が含まれる。
【0188】
ＰＣＲ法
ｒＲＴ－ＰＣＲ工程の一部の例は、参照により本明細書に組み込まれる、サンプル中のＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２の存在の迅速な検出及び確認のための国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２０１６／０６０６５０に記載される工程である。
ｒＲＴ－ＰＣＲ工程の一部の例は、参照により本明細書に組み込まれる、サンプル中のＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２の存在の迅速な検出及び確認のための国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２０１６／０６０６５０に記載される工程である。
【0189】
ＲＴ－ＰＣＲ反応が起こるために必要な加熱及び冷却工程を制御するために、サンプルは、図３１に示すように、ＰＣＲ試薬チャンバー１１１から加熱配置１２８に出力される。加熱配置１２８は、基板１３０上に形成されるチャネル１２９を備える。チャネル１２９は、チャネル入口１３１とチャネル出口１３２との間に流体チャネルを画定する。チャネルは、チャネル１２９に沿って流れるサンプル流体に対してＰＣＲ工程を実行するためのＰＣＲチャンバーとして機能する。
【0190】
一部の配置では、上述のチャンバーアレイを備える基板１３０は、加熱配置１２８の基板１０１と一体的に形成される。一部の実施形態では、基板１３０、１０１は、同じシリコンウェハの一部分である。
【0191】
一部の配置では、加熱配置１２８は、様々なサイズのマイクロチャネルと、サンプルがチャネルを通って流れるときにサンプルを加熱及び冷却するための加熱要素を含むマイクロ流体チップである。
【0192】
一部の配置では、チャネル１２９は、図３２に示す、基板１３０上に堆積されるポリイミド層１３３に形成される。ポリイミド層１３３は、基板１３０の第１の側面１３４上に堆積される。
【0193】
基板１３０の第２の側面１３５は、第１の加熱要素１３６を担持する。この配置では、加熱配置１２８は、第２の加熱要素１３７と第３の加熱要素１３８を備える。加熱要素１３６～１３８は、基板１３０の第２の側面１３５上に互いに隣接して配置される。一部の配置では、加熱要素１３６～１３８は、プリント回路基板製造技術を使用して基板１３０上に堆積される銅製である。一部の配置では、この銅は約１．７Ｅ－８Ω－ｍの導電率を有する。加熱要素１３６～１３８はそれぞれ、加熱要素１３６～１３８に電流が流れると加熱要素１３６～１３８の温度を上昇させる所定の電気抵抗を有している。一部の配置では、各加熱要素１３６～１３８は、約２．５Ωの抵抗を有する。
【0194】
一部の配置では、加熱要素１３６～１３８とコントローラ２３との間に電気接続が（直接的または間接的に）確立される。コントローラ２３は、加熱要素１３６～１３８の各々への電力供給を制御し、それによって加熱要素１３６～１３８の各々の温度を制御する。
【0195】
次に、図３３～図３５を参照すると、各加熱要素１３６～１３８は、基板１３０の長さに沿って形成されている。各加熱要素１３６～１３８は、相互に接続された複数のＳ字状ターンを備える。第１の加熱要素１３６は全体の第１の幅１３９を有し、第２の加熱要素１３７は全体の第２の幅１４０を有し、第３の加熱要素１３８は全体の第３の幅１４１を有している。この配置では、第１及び第３の全体幅１３９、１４１は約６ｍｍであり、第２の全体幅１４０は約１１．５ｍｍであり、加熱要素１３６～１３８の間の間隔１４２、１４３は約０．５mmである。
【0196】
各加熱要素１３６～１３８は、この配置では、約１００μｍの導体幅１４４と約１８μｍの導体深さ１４５とを有する細長い電気導体である。各加熱要素１３６～１３８は、約４００μｍのターン幅１４６を有する。
【0197】
以下により詳細に説明さする通り、第１の加熱要素１３６は、約９５℃の温度に加熱するように構成され、第２の加熱要素１３７は、約７７℃の温度に加熱するように構成され、第３の加熱要素１３８は、約５５℃の温度に加熱するように構成される。
【0198】
ここで図３１に戻ると、チャネル１２９は、基板１３０の表面にわたって前後に流体流路を提供する複数の相互接続されたＳ字型ターンから形成されている。この配置では、チャネル１２９のターンは３０個ある。マイクロ流体チャネルは、ポリイミドフィルム１３３に高精度で光パターニングされる。図３６は、チャネル１２９のＳ字型ターンの１つを示す。
【0199】
ここで図３７～３９を参照すると、チャネル１２９は、第１の断面積を有する第１のチャネル部分１４７と、第２の断面積を有する第２のチャネル部分１４８を備え、第２の断面積は第１の断面積より大きい。この配置では、第１のチャネル部分１４７は、約６０μｍの深さと約２００μｍの幅を有し、第２のチャネル部分１４８は、約６０μｍの深さと約４００μｍの幅を有する。
【0200】
この配置では、チャネル１２９は、第１の断面積と同じ第３の断面積を有する第３のチャネル部分１４９を備える。
【0201】
この配置では、チャネル１２９は、第１及び第２の断面積よりも小さい第３の断面積を有する第４のチャネル部分１５０を備える。この配置では、第４のチャネル部分１５０は、約６０μｍの深さと約１００μｍの幅を有する。
【0202】
この配置では、第１及び第３のチャネル部分１４７、１４９はそれぞれ、約１２．５ｍｍの長さＬ１を有し、第２のチャネル部分１４８は、約１２．５ｍｍの長さＬ２を有する。
【0203】
サンプルは、ＰＣＲ試薬チャンバー１１１から、チャネル入口１３１を通り、ＰＣＲ配置の加熱配置１２８のチャネル１２９に沿って押される。一部の配置では、サンプルの入口速度は約５ｍｍ／秒である。
【0204】
この配置では、チャネル１２９の各ターンは、各セクションを通る流れの速度を制御するために、異なる幅を有する４つの明確な長さ１２．５ｍｍのセクションを備える。各ワインドの最初のセクションは、幅２００μｍである。マイクロ流体チャネルの各ワインドは、基板１３０を一方の側から他方の側へ横断し、各ワインドは３つの加熱要素１３６～１３８の上を通過する。
【0205】
ワインドの第１の部分１４７は、９５℃に設定された第１の加熱要素１３６の上を通過する。ワインドの第２の部分１４８は、７７℃に設定された第２の加熱要素１３７の上を通過する。ワインドの第３の部分１４９は、第１の部分１４７と同一であるが反対であり、幅が２００μｍであるが、５５℃に設定された第３の加熱要素１３８の上を通過する。
【0206】
ワインドの第４の部分１５０は、ワインドの第３の部分１４９を次のワインドの第１の部分１４７に戻すように接続する１００μｍの小さな部分である。第４の部分１５０は小さく、そこを流れる液体が素早く次のワインドの第１の部分１４７に戻るようにし、第２の加熱要素１３７の上で著しい時間を過ごすことがないようにしている。
【0207】
サンプルが３０の加熱及び冷却ループを通過すると、ｒＲＴ－ＰＣＲ反応が起こり、サンプルがチャネル出口１３２で出るまでに、ｒＲＴ－ＰＣＲ工程の完了に必要な３０サイクルの加熱及び冷却を完了したことになる。サンプルは、加熱配置１２８を出て、検出チャンバーに流入する。一部の配置では、検出チャンバーは、本明細書に記載されるシステムの検出配置７０のチャンバーである。
【0208】
検出配置７０は、サンプルから放出される蛍光を検出し、本明細書に記載されるようにアッセイの結果を報告する。一部の配置では、検出配置は、チャネル出口１３２に結合されるＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２ウイルス検出装置である。検出装置は、チャネル出口から流出するサンプル液中のＣＯＶＩＤ－１９感染症の原因となるＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２ウイルスの存在を検出する。検出装置は、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２ウイルス検出装置がサンプル液中中のＣＯＶＩＤ－１９感染症の存在を検出したか否かを示す出力を提供する。別の配置では、検出装置は、ＣＯＶＩＤ－１９感染症とは異なる感染症の存在を検出する。
【0209】
一部の配置では、超音波処理チャンバー（１０２）、試薬チャンバー（１１１）、任意の追加チャンバー、および加熱配置（１２８）を、コントローラ２３と組み合わせて同じ基板（１０１）上に形成することにより、コンパクトで比較的低コストの装置（より大規模な実験室用ＰＣＲシステムと比較した場合）が提供される。その結果、一部の配置の装置（１００）は、従来の半導体製造技術を使用して容易に大量生産することができる。
【0210】
ある配置の装置又はシステムは、１０分以内、ある配置では５分以内という短時間で検査結果を提供しようとするものがある。これは、従来のＰＣＲ検査よりも格段に速く、家庭、店舗、娯楽施設だけでなく、空港、バス又は電車のターミナルなどの交通機関でも迅速に検査できる可能性を開くものである。
【0211】
一部の配置の装置またはシステムは、携帯性に優れ、検査が必要な場所に容易に持ち運ぶことができる。システムの効率的な動作により、一部の配置の装置又はシステムは、電池による電力供給が可能であり、かかる装置又はシステムは、実質的にあらゆる場所で検査を提供することができる。
【0212】
唾液または痰のサンプルを検査できる配置の装置およびシステムは、鼻咽頭ぬぐい棒又は中咽頭ぬぐい棒のサンプルを必要とするシステムと比較して、特に子供または敏感な個人にとって、検査工程をより簡単かつ迅速に行うことができる。
【0213】
以上は、当業者が本開示の様々な態様をより良く理解できるように、いくつかの実施形態の特徴を概説したものである。当業者は、本明細書に導入された様々な実施形態の同じ目的を遂行し、及び／又は同じ利点を達成するための他のプロセス及び構造を設計又は修正するための基礎として本開示を容易に使用できることを理解するべきである。また、当業者は、そのような同等の構造が本開示の精神及び範囲から逸脱しないこと、並びに、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、本書に様々な変更、置換、及び改変を行うことができることを認識すべきである。
【0214】
構造的特徴又は方法論的行為に特有の言語で主題を説明してきたが、添付の請求項の主題は、必ずしも上記の特定の特徴又は行為に限定されないことが理解されたい。むしろ、上述した具体的な特徴や行為は、特許請求の範囲の少なくとも一部を実施する例示的な形態として開示されるものである。
【0215】
本明細書では、実施形態の様々な動作が提供される。動作の一部又は全部が説明される順序は、これらの動作が必ずしも順序に依存することを意味するように解釈されるべきではない。代替的な順序については、この説明の利益を有することが理解されたい。さらに、すべての操作が、本明細書で提供される各実施形態に必ずしも存在するわけではないことが理解されたい。また、一部の実施形態においては、すべての操作が必要であるとは限らないことも理解されよう。
【0216】
さらに、本明細書において、「例示的な」は、例、インスタンス、イラストレーションなどとして使用することを意味し、必ずしも有利であるとは限らない。本願で使用される「又は」は、排他的な「又は」ではなく、包括的な「又は」を意味することが意図される。さらに、本願及び添付の特許請求の範囲で使用される「ａ」及び「ａｎ」は、他に指定されない限り、又は文脈から単数形に向けられることが明らかでない限り、一般に「１つ又は複数」を意味するものと解釈される。さらに、「含む」、「有している」、「有する」、「共に」、又はそれらの変形が使用される限り、かかる用語は、用語「含む」と同様の方法で包括的であることを意図している。また、特に断らない限り、「第１」、「第２」などは、時間的側面、空間的側面、順序などを示唆することを意図していない。むしろ、このような用語は、特徴、要素、アイテムなどの識別子、名称などとして使用されるに過ぎない。例えば、第１の要素および第２の要素は、一般に、要素Ａおよび要素Ｂ、または２つの異なる要素もしくは２つの同一の要素、または同じ要素に対応する。
【0217】
また、本開示は、１つ以上の実施態様に関して示され、説明されてきたが、本明細書および付属図面の読解および理解に基づき、当業者の他の者には、同等の変更および修正が生じるであろう。本開示は、すべてのかかる変更および修正を含み、以下の請求項の範囲によってのみ制限される。特に、上述した特徴（例えば、要素、資源など）によって実行される様々な機能に関して、かかる特徴を説明するために使用される用語は、特に示されない限り、開示された構造と構造的に同等ではないとしても、説明された特徴の特定の機能を実行する任意の特徴（例えば、機能的に同等であるもの）に対応することが意図される。加えて、本開示の特定の特徴は、複数の実施態様のうちの１つに関してのみ開示されたかもしれないが、かかる特徴は、任意の又は特定の用途にとって所望かつ有利であるように、他の実施態様の１つ又は複数の他の特徴と組み合わされる場合がある。
【0218】
本明細書に記載された主題および機能的動作の実施形態は、本明細書に開示された構造およびそれらの構造的等価物を含むデジタル電子回路、またはコンピュータソフトウェア、ファームウェア、またはハードウェアで、あるいはそれらの１つまたは複数の組み合わせで実装することが可能である。
【0219】
一部の実施形態の特徴は、データ処理装置またはコントローラによる実行、またはその動作を制御するために、コンピュータ可読媒体上に符号化されたコンピュータプログラム命令の１つまたは複数のモジュールを用いて実装される。コンピュータ可読媒体は、コンピュータシステム又は組込みシステムにおけるハードドライブなどの製造品とすることができる。コンピュータ可読媒体は、有線又は無線ネットワークを介したコンピュータプログラム命令の１つ又は複数のモジュールの配信などによって、別々に取得し、後にコンピュータプログラム命令の１つ又は複数のモジュールで符号化することができる。コンピュータ-可読媒体は、機械可読記憶装置、機械可読記憶基板、記憶装置、またはそれらの１つ以上の組合せとすることができる。
【0220】
「計算装置」及び「データ処理装置」という用語は、一例として、プログラマブルプロセッサ、コンピュータ、又は複数のプロセッサ若しくはコンピュータを含む、データを処理するための全ての装置、デバイス、及びマシンを包含する。装置は、ハードウェアに加えてプロセッサファームウェアを構成するコードなどの当該コンピュータプログラムの実行環境を構築するコード、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、ランタイム環境、またはそれらの１つ以上の組合せを含むことができる。さらに、本装置は、ウェブサービス、分散コンピューティング、グリッドコンピューティング基盤など、様々な異なるコンピューティングモデル基盤を採用することができる。
【0221】
本明細書に記載された工程および論理フローは、１つ以上のコンピュータプログラムを実行する１つ以上のプログラマブルプロセッサによって、入力データに対して動作し、出力を生成することによって関数を実行することができる。
【0222】
本明細書で使用されるように、一部の実施形態では、モジュールという用語は、システムまたは回路構造の少なくとも１つのプロセスを制御するように構成されたメモリおよび／またはプロセッサを含む。プロセッサによって実行されるとき、プロセッサに少なくとも１つのプロセスを実行するための出力を提供させる実行可能命令を記憶するメモリ。メモリの実施形態は、非一時的なコンピュータ可読媒体が含まれる。
【0223】
コンピュータプログラムの実行に適したプロセッサには、一例として、汎用及び特殊目的のマイクロプロセッサ、並びにあらゆる種類のデジタルコンピュータの任意の１つ又は複数のプロセッサが含まれる。一般に、プロセッサは、読み取り-専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、又はその両方から命令及びデータを受け取ることになる。コンピュータの本質的な要素は、命令を実行するためのプロセッサと、命令とデータを格納するための１つ以上のメモリ装置である。一般に、コンピュータには、データを格納するための１つ以上の大容量記憶装置、例えば、磁気-ディスク、光磁気ディスク、または光ディスクを含むか、又はそれらからデータを受信するか、若しくはそれらへデータを転送するか、又はその両方を実行するように動作可能に結合される。しかし、コンピュータは、そのような装置を有する必要はない。コンピュータプログラム命令およびデータを格納するのに適した装置は、あらゆる形態の不-揮発性メモリ、媒体およびメモリ装置を含み、例としてＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの半導体メモリ装置、及び内蔵ハードディスクまたは取り外し可能ディスクなどの磁気ディスク、光-磁気ディスク及びＣＤ-ＲＯＭ並びにＤＶＤ－ＲＯＭディスクなどのフラッシュメモリ装置を挙げることができる。
【0224】
ユーザーとの対話を提供するために、一部の実施形態は、ＣＲＴ（陰極線管）又はＬＣＤ（液晶ディスプレイ）モニターなどのユーザーに情報を表示するためのディスプレイ装置、並びにマウス又はトラックボールなど、ユーザーがコンピュータに入力を提供できるキーボード及びポインティング装置を備えるコンピュータに実装される。ユーザーとの対話を提供するため、他の種類のデバイスが使用されることもある。例えば、ユーザーに提供されるフィードバックは、視覚的フィードバック、聴覚的フィードバック、触覚的フィードバックなど、あらゆる形式の感覚的フィードバックとすることができ、ユーザーからの入力は、音響、音声、触覚入力など、あらゆる形式で受信することができる。
【0225】
本明細書において、「備える」は「含む、または構成する」を意味し、「備えている」は「含んでいる、または構成している」を意味する。
前述の説明、又は以下の請求項、又は添付図面に開示された特徴は、それらの具体的な形態で、又は開示された機能を実行するための手段、又は開示された結果を達成するための方法又は工程の観点から適宜表現され、個別に、又はそれらの特徴の任意の組み合わせで、その多様な形態で発明を実現するために利用できる。
前述の説明、又は以下の請求項、又は添付図面に開示された特徴は、それらの具体的な形態で、又は開示された機能を実行するための手段、又は開示された結果を達成するための方法又は工程の観点から適宜表現され、個別に、又はそれらの特徴の任意の組み合わせで、その多様な形態で発明を実現するために利用できる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【国際調査報告】