JP2000515632A - ディスク、アッセイを実施するための装置、アッセイ要素、及びアッセイコンポーネント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 第１セクタ内の少なくとも一つの予め定められた場所に対し、試料中に存在すると推測される分析物を局在化させるための実質的に完全独立型のアッセイ手段を有する第１のセクタと、読取り装置がアクセス可能な試料中に存在すると推測される単数又は複数の分析物に関するアッセイを実施するための制御手段及び分析物場所情報を収納している第２のセクタとを含んでなり、光学読取り装置によって読み取られるように適合された光ディスクであって、上記の場所における分析物の有無が、制御手段及び場所情報を用いて読取り装置によって決定可能である光ディスクを内含する装置が、記述されている。アッセイの性質に応じて、ディスクは、流体貯蔵手段や、流体移送手段、例えば単数又は複数の毛管ダクトや、バルブや、バッテリーや、透析装置や、カラムや、フィルタや、電界の発生源や、配線部又はその他の導電性手段例えば金属製の表面被着物などを内含することになる。

Description

【発明の詳細な説明】 ディスク内の試験室 発明の分野 本発明は一般に、試料の分析を行うための診断用アッセイ（assay）、及びそ のための方法に関する。特に、本発明は、コンパクト光ディスク上に形成された 診断用アッセイコンポーネント、及びそれを使用するための方法に関する。 背景 臨床アッセイの実施を比較的迅速かつ安価そして簡単にする多大な必要性が存 在している。理想的には、患者は、もし望むならば、自分自身を試験することが できるようにすべきである。このような最終目的に向かう一つの方法は、さまざ まな分析作業の小型化及び統合を通して実施されるものである。現在、数多くの バイオチップアッセイ（その一部がシリコンチップフォトリソグラフィ技術を用 いて構築されることから、このように呼ばれている）が市販されているか又は開 発中である。これらのアプローチは全て、読み取り用機械及びコンピュータを必 要とする。 紫外線／可視光線（ＵＶ／Ｖis)分光光度法と合わせて臨床アッセイのために 使用されるディスク形状のカセットも同様に市販されている。米国特許第５，１ ２２，２８４号は、相互に連結されかつ複数のキュベット（cuvettes）に連結さ れた一定数の流体チャンバを内含する遠心分離ローターについて記述している。 このローターは、従来の実験室遠心分離機と共に利用されるように適合され、反 応キュベットの中で実施されたアッセイの結果の分光光度法による 検出を可能にする材料で形成されている。同じタイプ又は類似のタイプの分析の ための数多くのローター構成及び関連装置がこれまでに記述されてきた。例えば 、米国特許第５，４７２，６０３号、５，１７３，１９３号、５，０６１，３８ １号、５，３０４，３４８号、５，５１８，９３０号、５，４５７，０５３号、 ５，４０９，６６５号、５，１６０，７０２号、５，１７３，２６２号、５，４ ０９，６６５号、５，５９１，６４３号、５，１８６，８４４号、５，１２２， ２８４号、及び５，２４２，６０６号、ならびにその中に列挙されている特許を 参照されたい。このようなシステムの中で使用するための凍結乾燥された試薬（ reagent）が、米国特許第５，４１３，７３２号の中で記述されている。 遠心分離分析器の原理は、ＣＤ装置のような計器の中で使用することが可能な ディスクの形に適合されてきた（ミアン他（Mian，et al.）、ＷＯ９７／２１０ ９０出願）。ミアンは、２つの機能を有する修正型のＣＤ装置を教示している。 １番目の機能は、ディスク内に記憶された情報を読み取るのに使用され、２番目 の機能は、ディスクを回転させるために使用される。しかしながら、ミアンは、 実際のアッセイ分析のためにＣＤ装置の読取り能力を利用することを教示しては いない。 近年の進歩にもかかわらず、アッセイを迅速に、効率良く、正確にそして低コ ストで実施するような、さらに単純なアッセイ構成に対する必要性がなおも存在 している。本発明は、診断用アッセイをコンピュータ及びコンパクトディスク技 術と結びつけている。その最も好ましい実施形態においては、コンパクトディス ク読取り装置を備えたコンピュータが、必要とされる唯一の計器である。集積バ イオコンパクトディスク（integrated bio-compact disk：ＩＢＣＤ）と呼ぶこ とのできる１枚のコンパクトディスクの内部で全ての 化学が遂行される。同じコンパクトディスクには同様に、ソフトウェア、すなわ ち、アッセイに先行してかつアッセイの間中及びアッセイの後でコンピュータに 命令を与えるような機械読取り可能な命令及び制御情報が符号化されている。 ＣＤ又はＤＶＤは、最も経済的でかつ多くの点で最良の情報記憶媒体を代表す るものである。ＣＤ及びＤＶＤという用語は、現在使用されている頭字語である にすぎず、基礎をなす技術が基本的に同じであったとしても、将来的には変更さ れる可能性があることに注意しなければならない。ＣＤ又はＤＶＤ装置は、幾つ かの点で走査用共焦点顕微鏡と同等である。と同時に、市販のディスク装置にお いては回転周波数は２００〜１２０００rpmであり或る一定の限界内で調整でき ることから、これらのＣＤ又はＤＶＤ装置のような計器は、優れた遠心分離機に も匹敵する。これらの３つの特長を同じ分析システムに組み合わせると、その結 果、他のあらゆる分析技術と比較して多大な単純化が実現されることになる。そ れでも、上記の計器の性能は、大部分の競合する方法に匹敵するものであるか又 はそれ以上である。本発明は、わずかに改良されたＣＤ又はＤＶＤ装置を必要と するものの、このような改良に伴う変更を市販のディスク装置に組み込むことも 可能である。こうして、本発明は、患者治療拠点（point-of-patient-care（Ｐ ＯＰＣ））や家庭向けに使用することが可能となっている。ＣＤ又はＤＶＤ装置 を使用することによって、いかなる特定の分析用器具も必要とせずにあらゆる試 料の正確なデジタル分析を行うことができるであろう。 発明の要約 一つの形態において、本発明は、第１セクタ内の少なくとも一つの予め定めら れた場所に対し、試料中に存在すると推測される分析 物を結合させるための実質的に完全独立型のアッセイ手段（分析手段：assay me ans）を有する第１のセクタと、任意には、読取り装置がアクセス可能な試料中 に存在すると推測される単数又は複数の分析物に関するアッセイを実施するため の制御手段及び分析物場所情報を収納している第２のセクタとを含んでなり、光 学読取り装置によって読み取られるように適合された光ディスクであって、上記 の場所における上記分析物の有無が、上記制御手段及び上記場所情報を用いて上 記読取り装置により決定可能であるような光ディスクに向けられている。アッセ イの性質に応じて、上記ディスクは、流体貯蔵手段や、流体移送手段、例えば単 数又は複数の毛管ダクトや、バルブや、バッテリーや、透析装置や、カラムや、 フィルタや、電界の発生源や、配線部又はその他の導電性手段例えば金属製の表 面被着物などを内含することができる。 ディスクは、アッセイセクタに試料流体を送り出すための単数又は複数の試料 流入ポートを有することが可能である。このようなポートが存在する場合、上記 ポートは、好ましくは、ディスクへの試料の適用後、試料を内含しかつ密封され たディスクが、生物学的廃棄物を処理するための従来の手段又はその他の処分機 構によって適宜処分され得る密閉デバイスを内含するような形で密封可能である 。同様に、ディスクのアッセイセクタは、試料調製及び分析物分離のために種々 のサブセクションに適切に分割される。廃棄物レセプタクルサブセクションも適 切に具備され得る。アッセイセクタは、各々が一つの試料を収容する多数のサブ セクタへと分割され得る。このようなサブセクタの各々は、考慮中の特定の利用 分野に応じて単数又は複数の分析物について分析することができる。 他の形態において、本発明は、光ディスク、ディスク読取り装置及び情報プロ セッサを有し、アッセイを実施するための装置におい て、上記ディスクが、第１セクタ内の少なくとも一つの予め定められた場所に対 し、試料中に存在すると推測される分析物を局在化させるための実質的に完全独 立型のアッセイ手段を有する第１のセクタと、任意には、読取り装置がアクセス 可能でかつ情報プロセッサが処理可能であるような、試料中に存在すると推測さ れる単数又は複数の分析物に関するアッセイを実施するための制御情報及び分析 物場所情報を収納している第２のセクタとを含んでなり、上記ディスクが読取り 装置により読み取られるように適合され、かつ、上記の情報プロセッサが上記制 御情報及び上記場所情報を用いて上記の場所における上記分析物の有無を決定す るように適合されている装置に向けられている。この装置は、ＣＤ−ＲＯＭ又は ＤＶＤ読取り装置を有する読取り装置、及びパーソナルコンピュータといったよ うな情報プロセッサを内含することが可能である。 さらに他の形態において、本発明は、光ディスク上の少なくとも一つの予め定 められた場所に対し、試料中に存在すると推測される分析物を局在化させるため の上記ディスク内の実質的に完全独立型のアッセイ手段と、ＣＤ−ＲＯＭ又はＤ １Ｄ読取り装置により上記分析物の有無を検出するために上記の場所にある手段 とを含んでなり、上記のＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ読取り装置により読み取られる ように適合された光ディスクに向けられている。 図面の簡単な説明 図１は、本発明のディスクを概略的に表示する図である。 図２Ａは、標準的アッセイセクタの全体的配置を示す図であって、ディスクの 試料調製及びアッセイセクタのより詳細を概略的に表示する図である。 図２Ｂは、免疫アッセイ（immunoassays）、ＤＮＡ試験、細胞計 数、分光光度測定アッセイ及び電解質分析を遂行することのできる遍在性アッセ イセクタを概略的に表示する図である。 図３は、各々が個々の試料入口ポートを有する多数のアッセイセクタを例示す るような本発明のディスクを概略的に表示する図である。 図４は、図３に例示されたアッセイセクタの一つのより詳細を概略的に表示す る図である。 図５は、本発明において有用な化学的に動作するバッテリーを概略的に表示す る図である。 図６は、本発明のディスク内で透析機能を提供するための構造を概略的に表示 する図である。 図７は、本発明のディスクの中に内含され得るカラムを概略的に表示する図で ある。 図８は、本発明において有用な電気制御式バルブを概略的に表示する図である 。 図９は、本発明において有用である接合された毛管ダクトの形で構成された試 薬トレーン（reagent train）を概略的に表示する図である。 図１０は、本発明のディスクのアッセイセクタ内のフローチャネル内に適切に 位置設定されている線形アッセイ部のアレイを概略的に表示する図である。 図１１Ａ〜１１Ｃは、検出されるべき物質の位置に関する特異的局在化の一般 的方法を用いた、ウイルス及び細菌の粒子及び細胞の検出にとって特に有用なア ッセイ要素の一変形形態を概略的に表示する図である。 図１２Ａ〜１２Ｃは、反射粒子の代りに不透明な粒子が利用され、かつ、この 不透明な粒子が反射面に結合されるような検出方法の 一変形形態を概略的に表示する図である。ここでは、ジグザグ線はオリゴヌクレ オチド（oligonucleotides）を表すが、抗体といったようなあらゆる認識分子で あり得る。粒子は、この例においてはプラスチック球であるが、リポゾームや細 胞等である可能性がある。 図１３は、一方の縁部でディスク表面に結合させられ、かつ、他方の端部でリ ポータ要素（金又はラテックス球）に結合させられた成分の側枝及び分割部位を 伴うスペーサ分子を例示するような本発明のアッセイ要素を概略的に表示する図 である。 図１４Ａは、アッセイ手順中の早期段階における本発明の第１のアッセイ要素 を概略的に表示する図である。 図１４Ｂは、アッセイ手順中の早期段階における本発明の第２のアッセイ要素 を概略的に表示する図である。 図１４Ｃは、分析物分子が、側枝を結合させて分割部位の側面間に結合ループ を形成している、図１４Ａ中のアッセイ要素を概略的に表示する図である。 図１４Ｄは、分析物分子が側枝に結合せず、いかなる結合ループも分割部位の 側面間に形成されていない、図１４Ｂ中のアッセイ要素を概略的に表示する図で ある。 図１４Ｅは、スペーサ分子が分割された後の図１４Ｃ中のアッセイ要素を概略 的に表示する図である。リポータ要素は、個別部位においてディスク表面に付着 した状態にとどまっている。 図１４Ｆは、スペーサ分子が分割された後の図１４Ｄ中のアッセイ要素を概略 的に表示する図である。リポータ要素は、ディスク表面から離脱され、その個別 部位から自由に洗浄除去される。 図１５は、キュベットアセンブリを概略的に表示する図である。４つのキュベ ット及びそれに付随する試薬及び試料調製チャンバならびに光源が、この例にお いて示されている。 図１６は、等電集束（isoelectric focusing）を遂行するために使用すること が可能な毛管アレイを概略的に表示する図である。 図１７は、正確な量を測定するための装置を概略的に表示する図である。 発明の詳細な説明 集積バイオコンパクトディスク（ＩＢＣＤ）の概略的な全体的表示は、図１に 示されている。このディスク（バイオコンパクトディスク：ＢＣＤ）は、実質的 にはあらゆる形状及びサイズのものであってよい。大部分の実用的利用分野につ いて、上記のディスクは、１０〜１０００ｍｍの直径、最も好ましくは２０〜２ ００ｍｍの直径と、０．１〜２０ｍｍの厚さ、最も好ましくは０．５〜３ｍｍの 厚さを有する円形のものである。ディスク１０は２つのセクタ、すなわち、アッ セイセクタ１１及びソフトウェアセクタ１２を含有する。コンパクトディスク読 取り装置内で場所を設定するために、中央穴１３が形成されている。アッセイを 制御するためのソフトウェアは、別のディスク上にあってもよい。しかしながら 、アッセイを遂行している期間中における人為的エラーの機会を最小限に抑える ために、単数又は複数の特定の分析物についてアッセイと結びつけられたディス ク上にソフトウェアを有することが好ましい。ＩＢＣＤの考えられ得るコンポー ネント及びユニット作業については以下の説明の中で紹介される。 ディスクは標準的に、従来のＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ読取り装置の中で最高１ ６０００rpmで回転する。全てのＣＤ−ＲＯＭ及びＤＶＤ読取り装置において、 速度は、一定の限界（２００〜１６０００rpm）内で調整可能である。しかしな がら、幾つかの作業については、例えば１０００〜１００００rpm、最も好まし くは２０００ 〜５０００rpmといったような異なる速度での回転を利用することが有利である 可能性がある。いずれかの特定のアッセイについて、制御用ソフトウェアは、分 析中の回転型（rotation regimen）を規定する。インキュベーション（incubati on）や、電気泳動や、等電集束などを可能にするべくおそらくいかなる回転も起 こらない時間を含めた上記回転型、すなわち速度及びタイミングは、アッセイプ ロトコルにより規定されるとおりにアッセイセクタ上の適切な部位に試薬及び試 料を送り出すべく制御されている。利用可能な回転速度はまさに、液体を移動さ せるのに用いることのできる大きな遠心力を可能にする。ＩＢＣＤにおいて容易 に使用可能なもう一つのエネルギー源は、化学エネルギーである。最も適した形 の化学エネルギーは、電気エネルギーの形でバッテリーによって放出される。機 械的及び化学的エネルギーは、数多くの種類のコンポーネントの動作を可能にす る。ＩＢＣＤの重要なコンポーネントとしては、毛管や、コンテナや、フィルタ や、透析膜や、クロマトグラフィカラム（chromatographic columns）や、電気 泳動ゲルや、バルブや、マイクロプロセッサ、電子コンポーネント、電極、特に 酵素電極、キュベット及びアッセイ要素を有する任意のマイクロメカニカルコン ポーネント又は電子コンポーネントのうちの単数又は複数のものが含まれると考 えられる。このコンポーネントにより実施されると考えられるユニット作業とし ては、遠心分離、ろ過、液体移送、液体混合、透析、カラム分離、加熱、冷却、 電気対流、電気泳動、及び分析物検出、ならびにそれらに関連した信号伝達が含 まれる。 ＩＢＣＤは、上部半分及び下部半分を含む２つの部品により適切に作製されて いる。下部半分は、ほぼ全てのコンポーネントを収納することができ、また一方 で、上部半分は、電極及び配線部といったようなわずかなコンポーネントのみを 収納する平坦なカバーであ ってよい。本発明における層の数は、２つ以上あってよく、数多くのコンポーネ ントをモジュールとして予備作製することも可能である。特に、試薬コンテナ、 キュベットアセンブリ、カラム、マイクロメカニカルコンポーネント、光源、及 びマイクロプロセッサは、好ましくはモジュールとして組み立てられる。軟質プ ラスチック上には、種々の機能をプリントすることができる。種々のコンポーネ ントを、熱又は紫外線（ＵＶ）のいずれかによる硬化によって接着させるかもし くは融合させるか、相補的な機械的特長を利用して連結させるか、機械的に締め 付けるか、又は、単純により大きい方のコンポーネントの内側に閉じ込めること ができる。一部の部域に親水性を与えるために、かかる部域を例えばアンモニア プラズマで処理することも可能である。表面は、この表面を不活性にするか又は 代替的には上記表面に特定の吸着特性を与えるような種々の分子によって、さら に処理することができる。 表面処理のためにはシリル化が一般的な方法である（バータネン，ジェイ．エ ー．、キヌネン，ピー．ケー．ジェイ、及びクロー，エー．（Virtanen，J.A.， Kinnunen，P.K.J．and Kulo，A．）による「クロマトグラフィ及びエレクトロニ クスで使用するための表面処理剤としてのオルガノシラン及びその加水分解重合 体」、ＵＳＰ４，７５６，９７１号）。洗剤の共有結合による付着は、アルブミ ンといったようなタンパク質の吸着を低減させると共に、可溶性タンパク質の吸 着も低減させることになる。金属電極及び配線部を望ましい部域上に蒸着させる ことが可能である。プラズマ処理又は金属被着物を局在化させるために、マスク 又はレジストを使用することが可能である。毛管ダクト及び流体貯蔵手段及び保 持用コンパートメントは、光ディスク内に機械加工するか、又は化学的手段によ り形成するか、又は射出成形作業により形成してもよい。図２を参 照すると示されているように、アッセイセクタは、試料入口ポート１４を含んで いてよい。試料ポートは好ましくは、あらゆる生物学的危険から保護するべく流 体の流れを可能にするための必要な通気を除いて、ディスクが有効に密封される ような形で密封可能である。さまざまな手段、例えば当該技術分野において周知 のものである遠心力及びそれと同様の手段により、試料の一部分は、アッセイを 行う目的で試薬等を収納し得る試料調製部１５へと計量しながら供給される。代 替的に、又は既に試料調製セグメント内にある試薬と合わせて、試料調製セグメ ントに適切な順序で必要な試薬を必要に応じて送り出すために、試薬トレーン１ ６を備えることも可能である。 この試薬トレーンについての付加的な詳細は、図９に示されている。試料から 分析物を少なくとも部分的に分離することが必要となるかもしれず、このような 分離プロセスは、全体として１７という番号で表された試料分離セグメント（試 料分離部）内で行うことができる。分離プロセスのために電気エネルギーが必要 とされる場合に備えて、バッテリー１８が具備される。バッテリーの付加的な詳 細は図５に示され、以下で記述されている。結果として得られる試料は、さらに 、アッセイ部１９に移送される。本発明の好ましい実施形態において、アッセイ 部は、以下でさらに詳述するようなアッセイ要素を含んでいる。分析物は、それ が試料内に存在する場合、ディスク上の予め定められた場所に結合し、分析物の 存在は、それが結合されている場所と共に特定の分析物を識別する情報に基づい て、読取り装置により検出される。アッセイ内で使用するために計量供給された 量を上回る試薬又は試料のオーバフローを収集するため、廃棄物コンパートメン トが具備され、さまざまなコンパートメント及び流体移送チャネルは、アッセイ セクタの表面全体を通して の流体の流れを可能にするべく適切に通気されている。 本発明の一実施形態においては、図３に示されているように、それぞれ個々の 試料入口ポート２４、２５および２６に各々連結された多数のアッセイセクタ２ １、２２および２３を具備することができる。各セクタの動作は、実質的に上述 したとおりであるが、数多くの分析物又は数多くの患者のいずれかについて個々 のセクター内で同時に異なるアッセイを行うことが可能である。特定のセクタの 詳細は、図４にさらに詳しく示されており、この図では、上述の説明で使用され ているものと同じ番号により、考えられ得る種々のコンポーネントが識別されて いる。コンポーネント 図５に示されているように、それぞれ下部半分及び上部半分の中にある銅と亜 鉛といったような２つの金属層で単純に構成されているバッテリーを具備するこ とが可能である。ディスク内に貯蔵されている間、これらの層は空気により分離 されている。ディスクが回転すると、これら２つの金属間の空間は、金属電極の 性質に応じて希鉱酸で満たされる。金属電極が銅及び亜鉛からなる場合、この希 鉱酸は、銅イオンを含有する希硫酸であってよく、バッテリーは動作を開始する 。このバッテリーは、約１時間だけ、１．５Ｖの電圧を生成する。しかしながら 、これは分析を完了するには充分すぎる程度の時間である。必要な場合には、そ の他の材料又はより厚い金属層から、より長寿命のバッテリーを作製することが できる。重要なことに、金属層間の空間の中に水を流入させることにより、バッ テリーは動作を停止する。動作開始と停止のサイクルは、数回くり返すことがで きる。必要とあらば、電位を高くするため、幾つかのバッテリーを直列に連結す ることもできる。任意には、フォトダイ オードを回路内に内含させることができる。この場合、アッセイを制御するコン ピュータには、活性状態にある回路についての情報が提供される。同様に、塩、 例えば塩化ナトリウムの溶液で電気回路を閉じることにより、小型化され予め製 造されたバッテリーを利用し動作させることが可能である。 液体及び空気を移送するために、好ましくは毛管が使用される。同様に、毛管 内にはきわめて少量の液体を貯えることができる。好ましくは、空気毛管は疎水 性であり、一方、水と接触する毛管は、親水性である。必要に応じて、毛管は円 形又は矩形の横断面を有することが可能である。標準的な深さは１０μｍ〜５０ ０μｍの間にあり、また一方で、幅は５０μｍ〜２ｍｍの間にある。空気毛管は 、別途希望される場合を除き、圧力勾配の形成をことごとく防止するべくより大 きな寸法を利用する。流れの速度は、ＩＢＣＤの回転の周波数と、毛管の寸法と 、液体の粘度及び密度とによって左右される。液体の物理的特性は、アッセイに より決定され、回転周波数は、ＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ読取り装置により或る程 度制限される。かくして、液体移送速度を調製するために毛管の寸法が用いられ る。毛管ダクト構造には、必要に応じて液体の速度を制御するために、「ボトル ネック（bottlenecks）」、すなわち、毛管の横断面積の制限が具備されていて よい。同じ目的で、親水性及び疎水性を使用することもできる。 毛管網及びチャンバの正確な寸法は、下記のナビエ・ストークス（Navier-Sto kes）の方程式を用いることにより設計することができる。すなわち、 ρｖ＝ρｂ−∇ｐ＋μ∇²ｖ なお式中、ρは密度、ｐは圧力、ｖは速度、ｂは体積力場(body force field) 、μは粘度、そして∇は微分演算子delである（メイ ズ（Mase）：連続体の力学（Continuum Mechanics）：マグローヒル（McGraw-Hi ll)、１９７０）。圧力はスカラー場であり、また一方で、ｖとｂはベクトル場 である。複雑な幾何形状においてナビエーストークスの方程式を解決するための 市販のコンピュータソフトウェアが利用可能である。 ディスク内に形成されたコンテナ又はコンパートメントは、試料入力のため、 試薬を貯蔵し、反応を遂行し、廃棄物を収集するのに用いられる。その深さは約 １〜２０００μｍ、好ましくは約１０〜８００μｍであり、可能なあらゆる形状 を持つことができるが、円形又は矩形横断面が好ましい。コンパートメントは、 疎水性の空気毛管を持つ廃棄物コンテナの片端部を除き、親水性である。反応コ ンパートメントは、加熱、電気対流又は電気化学的目的のための電極と共に形成 することができる。電極は、好ましくは、蒸着された金フィルムである。コンパ ートメントは同様に、以下で説明するように電気で又は化学的に動作させられる バルブを有することもできる。貯蔵コンテナは、プラスチック内への水の侵入を 防ぐため、金属コーティング、好ましくは金コーティングが施されていてよい。 試薬を、事実上不浸透性のカセットの中に予め詰め込むこともできる。これらの カセットは、貯蔵中閉鎖されており、試料カセットがディスク内の所定の場所に あるとき、穿刺によるか、又は、バルブもしくはプラグを開放することによって 手動で開放することができる。カセットの開放は同様に、ＩＢＣＤが回転し始め るときの遠心力によって容易にすることができる。いずれの場合でも、アッセイ の間中、ＣＤ又はＣＶＤ読取り装置を介してコンピュータ制御により、適切な液 体の流れが維持される。 アッセイ中の液体の流れは、反射要素を用いることで監視できる。反射要素は 、ＣＤ又はＤＶＤ読取り装置の中にあるレーザーや、 液体が透明であるときでさえその反射指数が空気のものと著しく異なるという事 実を利用している。かくして、レーザー光は、空気の存在下では、ＣＤ又はＤＶ Ｄ読取り装置へ戻るように反射され、そして液体の存在下では、その他の方向に 反射される。また一方で、レーザー光の反射の方向が、これとは逆になる場合も あり得る。液体の流れを監視するもう一つの方法は、ＬＥＤ又は半導体レーザと いったような活性状態の光源を使用することにある。このような光は、電子回路 を閉じるように作用する血漿又は緩衝液といったような導電性液体の存在によっ て動力供給され得る。 ＩＢＣＤからＣＤ又はＤＶＤ装置及びコンピュータまで情報を伝送するために 、ＬＣ表示装置を使用することが可能である。ＬＣ表示装置は、ＬＣフィルム上 に電位が存在するときに光を反射する多数の画素を有することができる。これら の画素は、例えば一次元的に構成され、かくして一つの端部では、光の反射のた め低い電位が必要とされ、また一方で、もう一つの端部では、電位は同じ結果を 得るためはるかに高いものでなくてはならない。ＣＤ又はＤＶＤ装置は、反射画 素を局在化させることができ、したがって回路内の電位を測定することが可能で ある。電位変化は、電気化学セルの一つにおける電気化学プロセスに起因する可 能性がある。例えば、コレステロールオキシターゼ（cholesterol oxidase）で もってコーティングされた電極は、コレステロールの存在下で過酸化水素を発生 することになる。過酸化水素は、回路の電位を変更し、コレステロールを計量す ることが可能である。 可溶性試料から細胞や塵埃等の大きな粒子を除去するのにフィルタを使用する ことが可能である。したがって、最も好ましくは、フィルタを試料入口コンパー トメントの一部として内含させる。フィルタは、多孔質プラスチック、ガラス、 架橋綿、又はセルロースな どで形成することが可能である。これらの材料は、それらが使用される特定の用 途に応じて、ロッド形状又は類似の形状をしている。テフロンといったようなプ ラスチックをフィルムとして使用することも可能である。 試料調製中オリゴヌクレオチドを変性させるために往々にしてカオトロピック 剤（chaotropic agents）が使用されることから、アッセイが遂行される前に塩 を除去するためディスク内に透析手段を具備することが有利である。図６に示さ れているように、ディスク１０内に形成されたコンパートメントの２つの半分（ 上部半分及び下部半分）のいずれか一方又はその両方の上に透析膜２７を置くこ とによって、透析ユニットが用意される。容積が小さいことを考えると、既に透 析膜内部にある緩衝液で通常は充分であり、標準的には、膜において流体層とは 反対の側に位置する部分ではいかなる緩衝液も必要とされない。 望ましいゲル、吸着剤、又はイオン交換体、例えばシリカゲルやセファデック ス（Sephadex）等（その使用目的である特定の利用分野のために特定の材料が選 ばれる）でもってコンパートメント２８を充填し、もう一方の端部にフィルタ２ ９を設置することにより、図７に示されているようなカラムを用意することがで きる。考えられ得る用途例としては、比較的小さい分子を比較的大きい分子から 分離すること、及び親水性化合物と疎水性化合物とを分別することが含まれる。 核酸をその他の生体分子から分離するためには、イオン交換カラムが特に有用で ある。カラムは、いずれかの特定のアッセイを行うのに便利であるか又は必要で あり得るその他の用途にも役立つ。 図８は、全体として３０という番号で示され、２つの出口毛管３１及び３２を 有するカラム又は反応コンテナの片端に位置設定され 得るバルブを例示している。さらに、当初、例示されている位置で装着されない ２つの電極３３及び３４、及び、各々の毛管との関係におけるその位置に応じて 一方又は他方の毛管を閉じるようになっている導電性の金属はく３５が存在する 。この金属はくは、いかなる電流も流れていないときに毛管の一方を閉じるよう に偏向され、電流が流れているときに以前閉じられていた毛管を開きもう一方の 毛管を閉じるように動作する。一例として、バルブは、もう一つの出口毛管に対 して機械的に押しつけられ最も近い電極に電気的に接続される薄い金ぱくから作 られている。バッテリーが動作を開始した時点で、金ぱくは最も近い電極により はね返され、もう一方の電極により引きつけられる。この結果、金ぱくはその他 の出口に対し押しつけられる。その他の導電性金属はくを使用することもできる が、大部分の作業にとって、導電性でかつ腐食性の無い金属が好まれる。バッテ リーは、以前に説明したとおりに動作を停止することができ、このときバルブは そのもとの位置に切り換えられる。 ＣＤ−Ｒ又はＣＤ−ＲＷ装置のレーザーは、物体を６００℃に至るほどの高温 にまで加熱できるような最高１０ｍｗのパワーをもつ。このパワーは、プラスチ ックを含む幾つかの材料の中に穴をあけるのに充分強いものである。プラスチッ クは、レーザー光を吸収する染料を含有しているべきである。可逆的バルブ調節 のために熱膨張を使用することができる。例えば、バイメタルはくの曲げは、温 度に対する非常に高い感応性をもつ。 圧電材料をバルブとして用いることもできる。きわめて少量の液体を測定する ために圧電気を使用することもでき、例えば、異なるアッセイ間でナノリットル 単位の試料を分割することもできる。 固体化学化合物の溶液からの析出及び／又は析出された固体化合物の溶解によ り、バルブのような動作を化学的に実施することも可 能である。このようなバルブの第１の出口は、毛管の内側の化学化合物の析出に より閉じられる。化合物は例えば、塩化銀であってよい。塩化物イオンは主要な 流体の流れの中にあり得るのに対し、別の側方毛管の中には純水及び水中の硝酸 銀がある。この側方毛管は、まずは水がそして次に硝酸銀が、塩化物を含有する 主要な流体の流れに添加されるような形で構成されている。銀イオンが交差部に 到達した瞬間、交差部は詰まり、閉鎖したバルブとして有効に作用する。代替的 には、塩化ナトリウムといった固体形態の可溶性化合物によって最初に毛管を詰 まらせることができる。あらゆる水溶液の添加によって塩化ナトリウムの詰まり は溶解させられ、毛管は開放される。 アッセイ要素は、好ましくは、本発明のアッセイ部内で利用される。簡単に言 うと、アッセイ要素（図１３）は、一方の端部６０でディスク表面５９に共有結 合で付着され、かつ、もう一方の端部６２でリポータ要素６５に共有結合で付着 された分割可能なスペーサ６１を内含する。本願明細書で記述されているリポー タ要素の好ましい実施形態には、反射性金球又は不透明なラテックス球が含まれ ている。同様に、以下側枝と呼ぶ２つの認識要素６３ａ、６３ｂも内含され、こ れらの側枝は、一方の側枝がスペーサの分割部位６４の各々の側に連結される形 で、各々のスペーサに共有結合により付着させられている。本願明細書で記述さ れている側枝の好ましい実施形態には、オリゴヌクレオチド、抗体、及びオリゴ ヌクレオチド−抗体間の接合体が含まれる。アッセイ要素は、分析物の存在を検 出し、正又は負の認識事象のいずれかを通して関連する信号を生成するために使 用できる（図１４）。 分析物６６が両方の側枝６３ａ、６３ｂに結合し、その結果として、分割部位 ６４により二分された２つの側面の間に結合ループ６ ７が完成するときに、正の認識事象（図１４Ａ，１４Ｃ及び１４Ｅ）が発生する 。分析物６６が側枝６８ａ、６８ｂのうちの一方のみに結合するか又はいずれに も結合せず、その結果として、スペーサの両側を連結するループが全く形成され ない場合に、負の認識事象（図１４Ｂ，１４Ｄ及び１４Ｆ）が発生する。正の認 識事象の後にスペーサの分割が続く場合、ディスクからリポータ要素までの破断 のない連結は無傷の状態にとどまっている（図１４Ｅ）。また一方で、負の認識 事象に続くアッセイ要素内のスペーサの分割の結果、リポータ要素はディスクか ら切り離されることになる（図１４Ｆ）。かくして、負の認識は、結果として、 容易に洗い流される緩い結合状態のリポータ要素をもたらし、また一方で、正の 認識は、リポータ要素がその個別のアッセイセクタ内に保持されるという結果を もたらす。いずれの場合でも、上記の結果はＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ読取り装置 によって直ちに観察され得る。 考えられ得る広い範囲のアッセイを遂行するために、反射性又は不透明なリポ ータ分子と、正及び／又は負の認識事象との両方を利用する、本発明のさらなる 実施形態が本願明細書で記述されている。例えば、幾つかのアッセイでは、試料 が添加される前に側枝を連結させることができ、分析物の結合が側鎖を切り離す ように作用する。この場合、正の認識事象は、結果としてリポータ要素の消滅を もたらし、また一方で、負の認識事象はリポータ要素が保持されるという結果を もたらす。 本願明細書で記述されているアッセイ要素のその他の考えられる実施形態は、 側枝を伴う分割可能なスペーサを内含しない。このような代替的スキームの一つ においては、ＩＢＣＤの表面は金属、好ましくは金によりコーティングされ、分 析物は、ラテックス溶球、又は染料が添加されたリポゾーム（liposomes）とい ったような不 透明な粒子を金属表面上に連結する。アッセイ要素としての不透明球 前出のアッセイ要素は、ＩＢＣＤの透明な表面に対する反射性粒子の結合に基 づいているが、不透明な粒子を反射表面に結合させるように、状況を逆転させる ことも可能である。このアプローチは、大きな細胞についてのアッセイを行う場 合に特に有利であり、一般的に図１２に例示されている。 金属フィルムはプラスチック表面上に被着される。情報は、従来のＣＤにおい て行われているとおり、この金属フィルムからなる金属層の中に符号化させるこ とができる。この情報は、そのアッセイに関する空間アドレス又はその他の情報 を含んでいてよい。金属層はさらにプラスチック層により被覆されている。この 金属層は、次に前述のとおり活性化され、金球の代わりに、染料を含有する大き なラテックス球５８（直径１０〜５０μｍ）が、前述のとおりスペーサ分子を介 して基板に付着している。これらのラテックス球は、金球について前述したよう な認識分子を用いて部分的にコーティングされる。細胞認識により、スペーサが 分割された後でさえラテックス球が基板に結合され、球内の染料は金属層からの レーザ光の反射を防ぐ。代替的には、適切な螢光染料及びレーザ光波長が使用さ れた場合、球の螢光放射を利用してアッセイを監視することが可能である。これ は、専門化された計器を必要とし、青色レーザがＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ読取り 装置内で使用可能になった時点でこのレーザーによって容易なものとなる。 細胞検出アッセイの最も単純なバージョンにおいては、ラテックス球は、アッ セイ前にＩＢＣＤと連結されておらず、細胞がＩＢＣＤに結合させられた後に添 加される。ラテックス球懸濁液が添加さ れ、球上の認識分子は適切な細胞に結合し、これらの細胞は不動化される。これ らのラテックス球はこのとき、ＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ読取り装置を用いて反射 率の低下により観察可能である。スペーサの相補的結合 スペーサの共有結合のもう一つの欠点は、スペーサが分割された後にディスク が容易に再生されないということにある。スペーサが代りに相補的オリゴヌクレ オチドと共に基板に連結された場合、アッセイが完了した時点でディスクを再生 させることができる。スペーサ又はその残渣は、加熱又はカオトロピック剤の使 用によって除去される。スペーサを結合させる二本鎖ＤＮＡ分子は変性され、デ ィスクは洗浄され得る。ディスクは、古いスペーサを結合していたオリゴヌクレ オチドを保持する。一つのアッセイ部上の全てのオリゴヌクレオチドが同一であ る。これらは、異なるアッセイ部で異なるものであってよく、又、ＩＢＣＤ全体 上で同一であってもよい。ＩＢＣＤ上で古いスペーサに相補的なオリゴヌクレオ チドを有する新しいスペーサが付加される。インキュベーションの後、スペーサ 及びＩＢＣＤの相補的オリゴヌクレオチドがハイブリダイズ（hybridize）する 。過剰なスペーサは洗い流される。この場合、オリゴヌクレオチド側枝は、スペ ーサが表面に付着する前にスペーサに付着され得る。次に金球が添加され、これ らはスペーサのチオール基又はジスルフィド架橋（disulfide bridges）により 結合され、ディスクは再び使用可能な状態となる。 紫外線／可視光線分光光度アッセイ、螢光アッセイ、又は化学ルミネセンスア ッセイのために、キュベットが使用される。ＢＣＤ内のキュベットは、基本的に 、光源と光検出器との間に位置設定された毛管である。光は、ミラー及び導波管 によって誘導され得る。Ｂ ＣＤ内のキュベットの数は、アッセイセクタあたり０〜１００００個まで変動し 、最も好ましくは、０〜５０個である。試料は、試料調製チャンバを介して大部 分のキュベット内に到着する。これらのチャンバは、予め装着された試薬を収納 することができる。そうでなければ試薬を別々のチャンバ内に貯蔵して、試料調 製チャンバ内に到達する間に試料と混合させる。試料と試薬は、フォトダイオー ドによって生成される赤外線により電気的に加熱され得る。インキュベーション の期間の後、試料は、キュベット内に移される。透過光又は放射光は、光検出器 によって測定される。本発明において、フォトダイオードは、最も好ましくはＣ Ｄ又はＤＶＤ装置内部にある。 分光光度アッセイのための光源は、最も好ましくは、フォトダイオード又は半 導体レーザである。ＣＤ又はＤＶＤ装置の光源を使用することが可能である。し かしながら、現在これらの計器は、赤外線又は赤色光に対応する一つの波長のみ を使用している。ＣＤ又はＤＶＤ装置の内部光源が使用される場合、図１５中の フォトダイオード又はレーザーはミラーに置き換えられる。赤外線又は赤色光を 用いて幾つかのアッセイを遂行することができるが、大部分の利用分野にとって 、付加的な光源を使用することが有利である。例えば、赤、黄、緑及び青の光を 生成できるように、フォトダイオードアレイを製造することもできる。任意の与 えられた波長のためにフォトダイオードを設計することが可能であり、したがっ て、フォトダイオードの数は、紫外線／可視スペクトル範囲全体を網羅するべく 最高３００にまでなり得る。レーザーはフォトダイオードに比べより強いパワー を生成し、より良好に集束されることから、好まれる傾向にある。特にマイクロ キャビティ及びナノドットレーザーは非常に小さく、ほぼあらゆる波長を放射す るべく製造することが可能 である。光源は、ＢＣＤの使用の前にディスク上に取り付け、その使用後に取り 外すことのできるモジュールとして製造可能である。ユニット作業 次に記述するのはユニット作業、すなわち、遠心分離、ろ過、液体移送、液体 混合、カラム分離、加熱、冷却、電気対流及び電気泳動についてである。 遠心力は、ＩＢＣＤ内で液体を移送するのに使用する主要な力である。これは 同様に、細胞を血漿から分離するときに重要な遠心分離のためにも使用すること ができる。 この場合、試料取込みコンテナを有するフィルタを内含するのが有利である。 液体の移送においては、順序とタイミングが重要である。或る一定の反応部位 までの適切な到着順を確実にするため、図９に例示されているような液体トレー ンを作り上げることができる。一つの実施形態においては、連結用毛管３８、３ ９及び４０を介して互いに流動的連結状態にある２つの主要な毛管３６及び３７ が具備されている。主要な毛管の一つは、流体の流れを可能にするエア・チャネ ルであり、標準的にこれは疎水性にされている。もう一つの主要なチャネルは、 液体の形で試薬を搬送し、標準的に親水性である。連結用毛管及びそれらに付随 するキャビティは、全体として４１、４２及び４３で示された試薬を貯蔵するた めに役立ち、互いとの関係におけるその相対的場所を維持することができる。流 体が導かれる流体コンパートメント、及びこれらの流体を送出するタイミングは 、流体各々の場所や、毛管のサイズや、流体の密度及び粘度や、ディスクの回転 速度によって制御される。液体は、混合が望まれるのでない限り、混合を防止す るため小さな気泡によって分離される。 圧力勾配を防止するため、空気毛管は上流で全ての液体毛管と連結されている。 液体が空気毛管に入るのをさらに防止するため、これらは疎水性を有している。 ２つの溶液の混合は、Ｙ字形編成に２本の毛管を合流させることによって行わ れる。これだけで、優れた混合が提供される。より効果的な混合を保証するため 、毛管は合流後小さな周期的拡大部分を有することができる。ＩＢＣＤの回転の 結果、コンテナ内での効率の良い混合がもたらされるという点に留意しなくては ならない。 透析において、液体は、緩衝液と収納する膜と接触状態にある。膜の分子量締 切りは、３００〜５０００００ダルトンの間となるように選択され得る。液体の 非常に薄い層のみが透析膜と接触していることから、透析は非常に高速である。 しかしながら、液体と緩衝液の比率は１：１０と１：１００の間にあるにすぎず 、したがって透析は定量的ではない。大部分の用途について、これで充分である 。 ゲル、吸着及びイオン交換クロマトグラフィの全てが可能である。さまざまな 分子種がクロマトグラフィ媒質により分別され、従来のクロマトグラフィの場合 と同様に、別々に毛管から退出する。バルブを利用して、或る種の分別物を選択 しアッセイ要素内に誘導することができる。 加熱は、電気により最もうまく行うことができる。上部及び下部電極は約５０ ０μｍだけ離隔されている。溶液がイオンを含有する場合、システムは事実上短 絡され、加熱する。加熱は、バッテリー又はコンテナのいずれかからイオンを除 去することによって終結させることができる。回路内にサーモスタットを内含さ せることによって恒常な温度を達成することができる。バイメタル要素は、予め 設定された温度より低温で回路を閉じ、さらに高い温度でこれを開 放できる非常に単純なサーモスタットである。ＣＤ又はＤＶＤ装置のレーザによ ってもう一つの加熱メカニズムが提供される。特に、ＣＤ−Ｒ装置は強力なレー ザを有する。必要に応じて、キャビティの上面又は底面のいずれかが透明なレー ザにより隔離されている液晶フィルムを有することができる。キャビティのもう 一方の側面上には、反射層がある。キャビティの温度が、主たる遷移温度より低 い場合、液晶は光を散乱させ、いかなる反射も観察されない。主たる遷移温度よ り高温では、光は反射し戻され、加熱は中断され得、これはいずれにせよ比較的 効率の悪いことである。冷却は、好ましくは、吸熱溶解すなわち溶解物質の存在 による熱の吸収によって提供される。冷却する溶液及び冷却されるべき溶液は、 薄いアルミニウム、銅、銀又は金のフィルムで分離されるべきである。冷却は同 様に、受動的空冷によっても発生させることができる。この方法では、周囲温度 までしか冷却されないが、大部分の用途にとってこれで充分である。加熱及び冷 却は、一つのキャビティ内、又は逐次交互に使用する加熱キャビティ及び冷却キ ャビティのシーケンス内のいずれかで、繰り返し交互に行うこともできる。こう してＩＢＣＤの内側で、ＰＣＲ増幅を行うことが可能になる。 特定の利用分野において、電気対流、電気泳動、及び等電集束を各々利用する ことができる。電気対流においては、材料は、それを成分へと分離しようとせず に移送される。電気泳動では、分離が主たる目的である。分離は、対流を妨げる ゲルを使用することによって容易になる。距離が非常に短かいことから、利用可 能な電界強度は適切な電気泳動にとって充分なものである。同じ理由で、分離の ために必要な時間はかなり短かく、約１〜５分、さらには１分未満であり得る。 有用な電気対流は数秒で行うことができる。等電集束は基本的に、ｐＨ勾配内で の電気泳動である。ｐＨ勾配は、ｐＨが 漸進的に変化するように異なる緩衝液を各々収納する平行な毛管のアレイによっ て作り出される。このことは、図１６にて実証されている。緩衝液の大部分が毛 管内にとどまり、こうして等電集束中のｐＨ勾配の存在が保証されることになる 。集束が完了した時点で、成分は遠心力により毛管に沿って移動され得、そうで なければ直交する電気泳動を実行することができる。この方法は、人間の血漿タ ンパク質のほぼ完全な分別を可能にする（アンダーソン、トレーシー及びアンダ ーソン（Anderson，Tracy and Anderson）による「血漿タンパク質」第２版、第 ４巻、アカデミック プレス インコーポレイティド（Academic Press Inc．） 、１９８４）。 アッセイ部の特に好ましい構成が、図１０に例示されている。アッセイ要素は 、前述のとおりスペーサ分子と反射球を含有するが、ディスクのアッセイ部にお いて単数又は複数の毛管チャネルの中に適切に位置設定され得る線形アレイの形 でそれらを含有している。記述した通り、分析物は、（Ａで例示されているよう に）分析物に対し受容性を有するか又は相補性を有する側枝を備えたスペーサ分 子に結合し、洗浄後、結合した分析物は、（Ｂで例示されているとおり）アレイ の特定の場所に位置設定される。結合した分析物の存在は、すでに記述されてき たように従来のコンパクトディスク読取り装置及びそれに付随するソフトウェア を用いてといったように、従来のアドレス決定によって決定される。 例１ オリゴヌクレオチド分析のためのアッセイセクタ （図２、アッセイセクタ） ＤＮＡを含有する試料をドデシル硫酸ナトリウムと混合して、細胞を溶解させ る。この溶液を「試料入口（Sample in）」と記され たコンテナの中に移送し、ディスクを回転させる。試料をろ過し、相補的オリゴ ヌクレオチドの混合物と混合させる。これらのヌクレオチドは、分析すべきオリ ゴヌクレオチドと相補性を有し、かつ、一つの端部にチオール基を有する。「試 料調製部（Sample prep.）」と記されたコンテナ内でハイブリダイゼーション（ hybridization）を進める。任意には、このコンテナを加熱することができる（ 図示せず）。適切なインキュベーションの後、ディスクを回転させる。試料が「 試料分離部（Sample sep．）」と記されたコンテナの中に移送される間、この試 料は、側方毛管から送り出されたヌクレアーゼＳ溶液と混合される。図８で例示 されたように２つの金電極と一つのバルブを有する「試料分離部」のコンテナの 中で、混合物をインキュベートさせる。さらに、下部電極を、イソチオシアネー ト末端基を持つスペーサでコーティングする。これらのイソチオシアネート末端 基は、試料とハイブリダイズされるものをいくつか含むオリゴヌクレオチドを含 有するチオールに結合する。ＤＮＡの中でハイブリダイズされなかった部分は全 て、消化され洗い流される。バッテリーは、このとき動作状態となる。これは、 酸及び銅イオンが空のバッテリー内に流れ込む速度によって調整される。コンテ ナは加熱し、結合されたオリゴヌクレオチドは放出され、バルブは切り換えられ る。 オリゴヌクレオチドは、アッセイ部域内に流し込まれる。適当なインキュベー ションの後、リガーゼはアッセイ部域内に到着し、スペーサ分子上の２つの側枝 は、試料が適切なオリゴヌクレオチドを含有する場合、連結される。不安定なス ペーサは切断される。スペーサがシロキサン基を含有する場合、このような切断 はふっ化物イオンの添加によって行われる。ＩＢＣＤを高速で回転させることに よって、緩い結合状態の金球は洗い流される。直ちに読取りを行う ことが可能である。 例２ 細胞及びウイルスの検出のためのアッセイ要素 本願明細書の他の箇所で記述されたアッセイ要素の変形実施形態は、前述した オリゴヌクレオチドや、抗体や、抗原などよりも大きいものであるウイルス粒子 、細菌粒子、細胞、及びその他の粒子の検出に有用である。ウイルスは標準的に 、０．５μｍ未満の直径をもつほぼ球形の粒子である。細菌は、球状又は棒状の いずれかである。その最大寸法は、べん毛及びその他の類似の外部繊維を除いて ２μｍ未満である。これらの病原体は、それらを検出するために用いられる金球 よりも小さいか又はほぼ同じサイズを持ち、スペーサの２つの側枝との相互作用 は制限され得る。このような理由から、これらの側枝は、図１１に例示されてい るようにスペーサとではなく、ＩＢＣＤ及び金球の表面と連結されている。金球 は、スペーサ分子の一方の端部においてスペーサ分子４５に付着され、このスペ ーサ分子のもう一方の端部では基板４６の表面に付着されている。 スペーサ分子には、前述のとおり、シロキサン部分といったような標準的分割 部位４７が備わっている。側枝が基板と分割部位との間及び金球と分割部位との 間でスペーサ分子に付着されている前述の実施形態とは対照的に、側枝は金球及 び基板の表面に付着される。例示を目的として、図１１では、オリゴヌクレオチ ド４８及び４９は、基板の表面に付着され、オリゴヌクレオチド５０及び５１は 、金球の表面に付着させられる。このとき、相補的オリゴヌクレオチドが、例示 されているとおりの基板及び金球上のオリゴヌクレオチドに付着されている５２ 、５３、５４及び５５で表された特定の結合対のメンバーと接合される。こうし て、細胞が抗体又はその他 の認識分子と結合するためのはるかに大きな空間が得られる。 スペーサは各々、なお少なくとも一つの分割部位をもつ。これらは、付着した 側枝分子を全く持たないという点を除いて、全ての点で、前述のものと同一であ る。例えば細胞がアッセイ部に到達し、それが、それぞれの相補的メンバと特異 的結合対を形成する部分を含有する場合、金球と基板との間には結合ループが形 成される。スペーサ分子が分割されるとき、金球は、基板上に保持され、細胞の 存在は、前述のとおりに検出可能である。しかしながら、特異的結合対が全く形 成されない場合、スペーサの分割時点で、金球は基板に付着された状態にとどま らず、除去される。 スペーサが付着されるのと類似の要領で、抗体又はその他の認識分子を基板に 付着させることが可能である。ＩＢＣＤ上の全てのスペーサは同一であり、表面 上のアミノ基又は類似の活性基に同時に付着させられる。アミノ基の約半数がス ペーサの付着のために用いられる。残りの半数は、認識分子を基板にカップリン グするのに用いられる。ＩＢＣＤの表面上の全ての認識分子が類似している場合 、これらはスペーサと同時に付着させることができる。代替的には、認識分子が アッセイ部について特異的である場合、これらの分子を、接触プリンティング、 インクジェットプリンティング又は微細毛管被着により局所的に送り出すことが できる。 金球がスペーサ内のチオール基に付着された後、もう一方の認識分子は同じく チオール基を介して金球に付着させられる。この目的で、これらの認識分子はま ず最初に、保護されたチオール又はアミノ基を含有するスペーサと接合される。 アミノ基は、チオール基が導入されるように誘導体合成がなされ得る。金球に付 着されるべき種々の認識分子は、その他の認識分子がＩＢＣＤの表面に付着され たのと類似の要領で送り出される。 認識分子はオリゴヌクレオチドであってよい。これらのオリゴヌクレオチドは 、さらに、相補的オリゴヌクレオチド−生体分子間の接合体とハイブリダイズさ れ得る。このアプローチは、例えば、複数のアミノ基又はチオール基を含有する タンパク質といったような、感応性及び反応性を有する生体分子の付着を可能に する。 金球に結合された認識分子は、密に結合されているにもかかわらず、球のまわ りで自由に拡散できる。両方の認識分子により認識される細胞は、金球をＩＢＣ Ｄの表面に結合させる結合ループを完成させる。スペーサを分割した後、金球は 保持され、ＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ読取り装置により検出される。 同じアッセイ部内の多数の異なる認識分子を使用することが可能である。この アプローチの利点は、或る病原体種の全ての既知の突然変異体を一つのアッセイ 部上で検出できるということにある。さまざまな突然変異体を同様に、特異的認 識分子を含有する異なるアッセイ部上で特徴づけすることも可能である。 ＩＢＣＤは汎用分析器である。これは使用が容易で、しかもその最も先進的形 態において、全ての試薬を含有し、試料のみが付加される。これは、臨床試験室 、病院、診療所及び家庭内で使用できるものである。家庭内使用では、情報はイ ンタネットを介して診療所へとロードされ得る。ＩＢＣＤは、各患者の遺伝的特 徴が常に測定されるように設計することが可能である。約３５の多形性点（poly morphism points）が全ての人に固有の「バーコード」を与えるのに充分である 。こうして、試験管又はラベルの混同に起因する誤りの可能性は無くなる。実施 可能なアッセイとしては、免疫アッセイや、ＤＮＡ試験や、細胞計数及び細胞形 状測定や、組織試料内のガン細胞の検出や、血液化学や、電解質分析が含まれる が、これらに限られるわけではない。その他の利用分野としては、薬物被疑者の マスクリーニングや、食物及び環境の安全性分析や、戦場における病原体及び毒 素の監視が含まれる。 例３ リパーゼ活性の濁度測定アッセイ 試薬キャビティは、トリス緩衝液（２５ｍＭ）中ｐＨ９．０でデオキシコール 酸ナトリウム（３０ｍＭ）とＣａＣｌ₂（１００μＭ）を含有する１５μＬの安 定化されたトリオレイン（２５０μＭ）エマルジョンを収納している。試料調製 チャンバは、凍結乾燥した豚の補リパーゼ（porcine colipase）（０．５μｇ） を含有する。２マイクロリットルの血清を、安定化されたトリオレイン及びその 他の試薬と合わせて、試料調製チャンバ内に（図１７に示されているような装置 を用いて）取り込む。混合物の一部（５μＬ）をさらにキュベットに移す。出口 毛管はディスクの中心に向かうことから、逆方向の圧力がさらなる流れを妨げる ことになる。３４０ｎｍでの吸光度を１分間隔で読み取る。１分当たりの吸光度 の変化を示すΔＡ／分は、リパーゼ活性の尺度である。 本発明を幾つかの特定の実施形態に関して記述してきたが、これに対する修正 及びその等価物及び変形形態は当業者にとって明白であり、それは添付の請求の 範囲内に入ることが意図され又その中に内含されているということを理解すべき である。

【手続補正書】 【提出日】平成１２年１月２６日（２０００．１．２６） 【補正内容】 （1）明細書を次のとおり補正します。 （ア）明細書の発明の名称を『ディスク、アッセイを実施するための装置、アッ セイ要素、及びアッセイコンポーネント』と補正します。 （イ）明細書第４頁第１５行目 「複数の試料流入ポート」を『複数の試料入口ポート』と補正します。 （ウ）明細書第７頁第２５行目 「図１５は」を『図１５Ａ及び図１５Ｂは』と補正します。 （エ）明細書第１０頁第２７行目 「図２を」を『図２Ａ及び図２Ｂを』と補正します。 （オ）明細書第１８頁第２５行目 「（図１４）」を『（図１４Ａ〜図１４Ｆ）』と補正します。 （カ）明細書第２０頁第７行目 「図１２に』を『図１２Ａ〜図１２Ｃに』と補正します。 （キ）明細書第２８頁第１３行目 「図１１に」を『図１１Ａ〜図１１Ｃに』と補正します。 （ク）明細書第２８頁第２１行目 「図１１では」を『図１１Ａ〜図１１Ｃでは』と補正します。 （2）請求の範囲を別紙のとおり補正します。 （3）図１４Ａ〜図１４Ｆを別添の図面のように補正します。 請求の範囲 １．第１セクタ内の少なくとも一つの予め定められた場所に対し、試料中に存 在すると推測される分析物を結合又は反応させるための実質的に完全独立型のア ッセイ手段を有する第１のセクタと、任意には、読取り装置がアクセス可能な試 料中に存在すると推測される単数又は複数の分析物に関するアッセイを実施する ための制御手段及び分析物場所情報を収納している第２のセクタとを含んでなり 、光学読取り装置によって読み取られるように適合されたディスクであって、前 記場所における前記分析物の有無が、前記制御手段、前記分析物場所情報及び試 料入口ポート を用いて前記読取り装置により決定可能であることを特徴とするデ ィスク 。 ２．前記ディスクが、さらに、前記アッセイ手段と流動的に連結した状態にあ る前記試料入口ポートを内含する請求項１記載のディスク。 ３．ディスク、ディスク読取り装置及び情報プロセッサを有し、アッセイを実 施するための装置において、前記ディスクが、試料入口ポートと、第１セクタ内 の少なくとも一つの予め定められた場所に対し、試料中に存在すると推測される 分析物を結合させるための実質的に完全独立型のアッセイ手段を有する第１のセ クタと、任意には、読取り装置がアクセス可能でかつ情報プロセッサが処理可能 であるような、試料中に存在すると推測される単数又は複数の分析物に関するア ッセイを実施するための制御情報及び分析物場所情報を収納している第２のセク タとを含んでなり、前記ディスクが読取り装置により読み取られるように適合さ れ、前記情報プロセッサが前記制御情報及び前記分析物場所情報を用いて前記場 所における前記分析物の有無を決定するように適合されていることを特徴とする 装置。 ４．前記読取り装置が、情報プロセッサに連結されるように適合されている請 求項３記載の装置。 ５．前記情報プロセッサがパーソナルコンピュータである請求項４記載の装置 。 ６．前記アッセイ手段が、ディスク表面に形成された流体移送手段及び流体貯 蔵手段を有する請求項１記載のディスク。 ７．前記流体移送手段が、毛管ダクトを含んでなる請求項６記載のディスク。 ８．前記流体移送手段が、バルブを含んでなる請求項６記載のディスク。 ９．前記ディスクが、電気化学エネルギー手段を含んでなる請求項６記載のデ ィスク。 10．前記アッセイ手段が、試料ポート、試料調整セクタ、分析物分離セクタ、 及び、分析物が局在化させられているアッセイセクタを含んでなる請求項１記載 のディスク。 11．前記流体移送手段が、遠心力又は電界に対する応答性を有する請求項６記 載のディスク。 12．前記ディスクが、多数の分析物について分析するように適合された多数の 第１セクタを含んでなる請求項１記載のディスク。 13．前記ディスクが、さらに、同一分析物又は異なる分析物について分析する ように適合された多数の第１のセクタを含んでなり、前記多数の第１のセクタの 各々は、試料ポートへの流動的連結のために適合されている請求項１記載のディ スク。 14．基板、該基板に結合された第１のオリゴヌクレオチド、及び、該第１のオ リゴヌクレオチドに相補的な第２のオリゴヌクレオチドによって前記第１のオリ ゴヌクレオチドに対し第１の端部で結合されたスペーサ分子を含んでなるアッセ イ要素において、前記スペーサ分子が、検出手段により検出可能な第２の端部を 持ち試料中の分析物に結合するための結合手段をさらに含んでなり、前記スペー サ分子は、前記第１の端部と前記第２の端部との中間に、分割可能な部位をさら に含んでなり、前記結合手段が、前記分析物の第１の部分に結合するために前記 スペーサ分子の第１の端部と前記分割可能な部位との間に第１の部分を有し、か つ、前記分析物の第２の部分に結合するために前記スペーサ分子の第２の端部と 前記分割可能な部位との間に第２の部分を有しており、 前記分割可能な部位は、前記分析物に結合するための結合領域に対し化学的に 影響を及ぼすことなく分割され得 ることを特徴とするアッセイ要素。 15．試料入口ポートを有するディスクと、該ディスク上の少なくとも一つの予 め定められた場所に対し、試料中に存在すると推測される分析物を結合させるた めの前記ディスク内の実質的に完全独立型のアッセイ手段と、ＣＤ−ＲＯＭ又は ＤＶＤ読取り装置による前記分析物の有無の検出を可能にするために前記場所に ある手段とを含んでなり、前記ＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ読取り装置によって読み 取られるように適合されていることを特徴とするアッセイコンポーネント。 16．ディスク上の少なくとも一つの予め定められた場所に対し、試料中に存在 すると推測される分析物を局在化させるための実質的に完全独立型のアッセイ手 段と、ＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ読取り装置により前記分析物の有無を検出するた めに前記場所にある手段とを含んでなり、前記ＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ読取り装 置により読み取られるように適合されていることを特徴とするディスク。 17 ．レーザを有する前記読取り装置が、ＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤディスク読取 り装置である請求項１記載のディスク。 18 ．レーザを有する前記読取り装置が、ＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤディスク読取 り装置である請求項３記載の装置。 19 ．基板、該基板に結合された第１のオリゴヌクレオチド、及び、該第１のオ リゴヌクレオチドに相補的な第２のオリゴヌクレオチドによって前記第１のオリ ゴヌクレオチドに対し第１の端部で結合されたスペーサ分子を含んでなるアッセ イ要素において、前記スペーサ分子が、検出手段により検出可能な第２の端部を 持ち試料中の分析物に結合するための結合手段をさらに含んでなり、前記スペー サ分子は、前記第１の端部と前記第２の端部との中間に、分割可能な部位をさら に含んでなり、前記結合手段が、前記分析物の第１の部分に結合するために前記 スペーサ分子の第１の端部と前記分割可能な部位との間に第１の部分を有し、か つ、前記分析物の第２の部分に結合するために前記スペーサ分子の第２の端部と 前記分割可能な部位との間に第２の部分を有しており、 前記分割可能な部位は、前記分析物から独立して分割され得ることを特徴とす るアッセイ要素。 【図１４】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１セクタ内の少なくとも一つの予め定められた場所に対し、試料中に存 在すると推測される分析物を結合又は反応させるための実質的に完全独立型のア ッセイ手段を有する第１のセクタと、任意には、読取り装置がアクセス可能な試 料中に存在すると推測される単数又は複数の分析物に関するアッセイを実施する ための制御手段及び分析物場所情報を収納している第２のセクタとを含んでなり 、光学読取り装置によって読み取られるように適合された光ディスクであって、 前記場所における前記分析物の有無が、前記制御手段及び前記場所情報を用いて 前記読取り装置により決定可能であることを特徴とする光ディスク。 ２．前記光ディスクが、さらに、前記アッセイ手段と流動的に連結した状態に ある密封可能な試料入口ポートを内含する請求項１記載の光ディスク。 ３．光ディスク、ディスク読取り装置及び情報プロセッサを有し、アッセイを 実施するための装置において、ディスクが、第１セクタ内の少なくとも一つの予 め定められた場所に対し、試料中に存在すると推測される分析物を結合させるた めの実質的に完全独立型のアッセイ手段を有する第１のセクタと、任意には、読 取り装置がアクセス可能でかつ情報プロセッサが処理可能であるような、試料中 に存在すると推測される単数又は複数の分析物に関するアッセイを実施するため の制御情報及び分析物場所情報を収納している第２のセクタとを含んでなり、前 記ディスクが読取り装置により読み取られるように適合され、前記情報プロセッ サが前記制御情報及び前記場所情報を用いて前記場所における前記分析物の有無 を決定するように適合されていることを特徴とする装置。 ４．前記読取り装置がＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ読取り装置であり、さらに、前 記読取り装置は、情報プロセッサに連結されるように適合されている請求項３記 載の装置。 ５．前記情報プロセッサがパーソナルコンピュータである請求項４記載の装置 。 ６．前記アッセイ手段が、ディスク表面に形成された流体移送手段及び流体貯 蔵手段を有する請求項１記載のディスク。 ７．前記流体移送手段が、毛管ダクトを含んでなる請求項６記載のディスク。 ８．前記流体移送手段が、バルブを含んでなる請求項７記載のディスク。 ９．前記ディスクが、電気化学エネルギー手段を含んでなる請求項６記載のデ ィスク。 10．前記アッセイ手段が、試料ポート、試料調整セクタ、分析物分離セクタ、 及び、分析物が局在化させられているアッセイセクタを含んでなる請求項１記載 のディスク。 11．前記流体移送手段が、遠心力又は電界に対する応答性を有する請求項６記 載のディスク。 12．前記ディスクが、多数の分析物について分析するように適合された多数の 第１セクタを含んでなる請求項１記載のディスク。 13．前記ディスクが、さらに、同一分析物又は異なる分析物について分析する ように適合された多数の第１のセクタを含んでなり、前記多数の第１のセクタの 各々は、試料ポートへの流動的連結のために適合されている請求項１記載のディ スク。 14．基板、該基板に結合された第１のオリゴヌクレオチド、及び、該第１のオ リゴヌクレオチドに相補的な第２のオリゴヌクレオチドによって前記第１のオリ ゴヌクレオチドに対し第１の端部で結合 されたスペーサ分子を含んでなるアッセイ要素において、前記スペーサ分子が、 検出手段により検出可能な第２の端部を持ち試料中の分析物に結合するための結 合手段をさらに含んでなり、前記スペーサ分子は、前記第１の端部と前記第２の 端部との中間に、分割可能な部位をさらに含んでなり、前記結合手段が、前記分 析物の第１の部分に結合するために前記スペーサ分子の第１の端部と前記分割可 能な部位との間に第１の部分を有し、かつ、前記分析物の第２の部分に結合する ために前記スペーサ分子の第２の端部と前記分割可能な部位との間に第２の部分 を有していることを特徴とするアッセイ要素。 15．光ディスクと、ディスク上の少なくとも一つの予め定められた場所に対し 、試料中に存在すると推測される分析物を結合させるための前記ディスク内の実 質的に完全独立型のアッセイ手段と、ＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ読取り装置による 前記分析物の有無の検出を可能にするために前記場所にある手段とを含んでなり 、前記ＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ読取り装置によって読み取られるように適合され ていることを特徴とするアッセイコンポーネント。 16．光ディスク上の少なくとも一つの予め定められた場所に対し、試料中に存 在すると推測される分析物を局在化させるための実質的に完全独立型のアッセイ 手段と、ＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ読取り装置により前記分析物の有無を検出する ために前記場所にある手段とを含んでなり、前記ＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ読取り 装置により読み取られるように適合されていることを特徴とする光ディスク。