JP2001518181A - 多重診断用テストエレメントを製造するシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 多重診断用テストエレメントを製造するシステムであって、このシステムは、診断用テストスポット(8)が適用される分析領域(3)を有する支持体(1)、支持体の位置を定めるための、スペース内の各方向あたり１個または数個のストップエッジ(11-13)、支持体が挿入され１個以上のストップエッジによって位置が定められる第１保持ユニット(10I)、保持ユニット(10)の上方に配置され第１液の液滴を支持体(1)の分析領域に適用するための第１印刷ヘッド(201)、第１保持ユニットを水平に置き換え位置を定める第１位置調節ユニット、支持体が挿入され１個以上のストップエッジによって位置が定められる第２保持ユニット(10II)、第２保持ユニットの上方に配置され第２液の液滴を支持体(1)の分析領域に適用するための第２印刷ヘッド(20II)、第２保持ユニットを水平に置き換え位置を定める第２位置調節ユニット、移送ユニット(41)、および制御ユニットを有する。

Description

【発明の詳細な説明】 多重診断用テストエレメントを製造するシステム 本発明は多重診断用テストエレメントを製造するシステムに関するものであり 、該システムは、 − 診断用のテストスポットを適用するための分析領域を有する支持体と、支持 体の位置を定めるためのスペース内の１方向あたり１個または数個のストップエ ッジ、 − その中に支持体を挿入し、１個または数個のストップエッジによって位置を 定めるための第１保持ユニット、 − その保持ユニットの上方に配置され、第１液の液滴を支持体の分析領域に放 出するための第１印刷ヘッド、 − 第１保持ユニットを水平に置き換え位置を定める第１位置調節ユニット、 − その中に支持体を挿入し、１個または数個のストップエッジによって位置を 定めるための第２保持ユニット、 − 第２保持ユニットの上方に配置され、第２液の液滴を支持体の分析領域に放 出するための第２印刷ヘッド、 − 第２保持ユニットを水平に置き換え位置を定める第２位置調節ユニット、 − 支持体を保持ユニットに移送する移送ユニット、 − 移送ユニット、保持ユニット、および位置調節ユニット、ならびに印刷ヘッ ドからの液体の放出を制御する制御ユニット を含んでなる。 さらに本発明は、複数のテストスポットが既定のパターンに正確に配置される 多重診断用テストエレメント、ならびにそのようなテストエレメントの製造方法 および多重テストエレメントを用いた分析方法にも関する。 テストエレメントは各種の試薬を支持体に適用する従来の技術においてかなり 以前から既に知られている。例えば、２種または数種の物質をある程度の間隔を あけて支持体の支持体表面の帯域に適用する指示薬はドイツ特許DE 27 27 347に 記載されている。スクリーン印刷、静電的印刷、およびいわゆるインクジェット 印刷などの印刷技術が、支持体表面に試薬を適用するものとして開示されている 。試薬支持体の製造方法も米国特許第4,216,245号に記載されており、２または 数種の試薬が表面に重なり合わないように適用される。前述の文献では、この手 法は試薬の望ましくない相互作用を避けるために選択されている。これに対して 、米国特許第5,378,638号および第4,591,570号には免疫学的試験に適したテスト エレメントが記載されている。各種の抗体溶液をピペットを用いて手動で支持体 に適用する方法が米国特許第4,591,570号に記載されている。表面の領域(スポッ ト)の直径は0.25mm〜1mmである。小さなテストスポットを複数有する支持体を自 動的に製造する装置は米国特許第5,338,688号に記載されている。被覆される支 持体は水平に移動できる位置調節用テーブル上に置かれ、液滴を適用するための 単一のプリントヘッドは支持体の上方に位置する。この文献ではまた、互い違い に配置された各種タイプの液体のパターンを作成することが可能であると指摘さ れている。しかし、そのようなパターンが実際にはどのように作成されるかにつ いては示されていない。 本発明の目的は、非常に正確な既定の配置中に特に小さなテスト帯域を有する 多重テストエレメントを製造するための装置と方法を提示することにあった。と りわけ、本発明の目的は、テストスポットが異なる組成のものである精密なテス トエレメントを提供することにあった。さらに本発明の目的としては、テストエ レメントを製造するための装置、および本発明に従ってテストエレメントを高信 頼度で迅速に製造するために用いることに適した方法を提示することであった。 本発明は請求項１に記載のシステムを提供することによって該目的を達成し得 た。このシステムは、小テスト帯域の非常に正確なパターンを有する多重テスト エレメントの製造のために用いることができる。 本発明の製造システムで製造することができる多重テストエレメントは支持体 を有し、その上に分析領域が位置する。本質的に円形である複数のテストスポッ トは分析領域中に、既定のパターンで適用される。個々のテストスポットの直径 は好ましくは350μm未満で、テストスポットの中心は既定パターンからのずれが 40μm未満である。このようなテストスポットの正確な配置は従来の技術では知 られていない。従来のプリンターのインクジェット印刷ヘッドを用いた場合、非 常に正確に配置された個々のスポットのパターンによって文字等を描くこともで きる。しかしながら、本発明で問題としている点は、多重テストエレメントのテ スト帯域は単一の印刷ヘッドでは適用できず、その替わりに異なる印刷用液体を 入れた数種の印刷ヘッドを必要とすることである。従来の技術においては、異な る液体を数個の印刷ヘッド、あるいは一つの印刷ヘッドに数個のチャンバーを持 ったものを用いて適用するカラープリンターが知られている。このようなカラー プリンターでは印刷用紙および印刷ヘッドが動く。このような配置では、位置調 節の絶対的および相対的な正確性のどちらも十分ではないので、非常に精密なテ ストエレメントの製造にはあまり適していない。さらに、従来の技術のカラープ リンターでは、お互いに分離している異なるテストスポット群より構成される本 発明に要求される印刷密度の高さを満足させることはできない。位置調節の不正 確性は主として印刷ヘッドが印刷工程中に動くという事実によるものであること が見出された。カラープリンターのその他の不利な点としては、印刷ヘッドの吐 出しノズルと印刷材料との距離がかなり大きいものが用いられることがあげられ る。本発明は、従来の技術での不利な点を避け、異なるテストスポットを有する 正確なテストエレメントを製造するための改良されたシステムおよび方法を開示 するものである。 多重テストエレメントの製造において、製造者は望ましいパターンを既にわか っているので、テストスポットのパターンからのずれおよびそのずれの程度は、 顕微鏡あるいはそれに類似の方法で簡単に測定することができる。しかし、既定 のパターンが未知の場合であっても、実際に用いられているパターンは正方形、 長方形、ハニカム構造などのような厳密な幾何学的配置をとっているので、パタ ーンからのずれは測定できる。該パターンにおいては常にテストスポットの列が ある。従って、パターンからのずれを測定するためには、ある列に位置している テストスポットの中心を、適合する直線によって相互に連結する。パターンから のずれは、その適合する直線から個々のテストスポットの中心までの距離によっ て、簡潔に示しうる。この距離の定義では、観察対象の列に異なるタイプのテス トスポットがあるものと仮定している。同一の印刷ヘッドで作製しうる類似のテ ストスポットの列において本発明の精度を達成することは、技術的には比較的容 易である。 本発明の多重テストエレメントの分析領域は好ましくは平面であり、凹凸は10 0μm未満、特に好ましくは10μm未満である。分析領域は液体が透過し得ないか 、あるいはごく少量しか透過しないような材料でできていることが好ましい。材 料として適しているものは特にプラスチックであり、そのうち、ポリスチレンが 特に有利であることが確かめられている。しかし、分析領域は適切な表面特性を 有するガラス、金属、またはシリコンでも作製することができる。テストスポッ トが適用される分析領域は、印刷された液滴の浸出を避けるために疎水性である ことが好ましい。分析領域に疎水性の表面を用いること、テストスポットを作製 することが可能な印刷用液体、およびテストスポットを適用するための適切な方 法によって、テストスポットが既定のサイズと形状をとることができる。 分析領域はまた、キズおよび凹凸がごくわずかであるような十分に均一な表面 を有するべきである。表面のキズは不完全な部分の長径が10μm未満である程度 に小さいものであるべきであり、表面の凹凸は好ましくは10μm以下であるべき である。 本発明の多重テストエレメントの好ましい使用法としては蛍光を用いる分析が ある。この場合には、少なくとも分析領域に、好ましくは支持体全体に、蛍光放 射によって励起して発光せず、他方、用いられる蛍光放射を反射しないような材 料を選択することが有利であることが確かめられている。そのような材料はプラ スチックをカーボンブラックと適切に混合することによって得ることができる。 ひも状（strip）またはそれに類似の形状であって、かつサンプル溶液中に浸 漬されるか、あるいはサンプル溶液が適用された多重テストエレメントが本発明 によって得られる。しかし、本発明の多重テストエレメントは、テストスポット がサンプルとインキュベートされるような検出方法のために特にうまく用いるこ と ができる。それらの検出方法としては抗原抗体反応を起こす免疫学的試験法が、 特に挙げられる。微小量のサンプルでそのようなインキュベーションを行うため には、多重テストエレメントの分析領域はリムで囲まれ、そのリムと分析領域と でウエルを形成するようにする。調べようとするサンプル液および任意に添加さ れる試薬などの液体を上記ウエルに添加する。このような多重テストエレメント によって数μl程度のサンプル量を用いて複数の分析試験を行うことが可能とな る。上記リムの高さは、ウエルによって保持される液体の量に適合させる。リム は典型的には約2mmの高さである。 もしテストエレメントの支持体が分析領域と平行な基底面を有し、支持体を垂 直に位置させ得るようなものであれば、それは本発明の多重テストエレメントの 製造および分析試験の実施に有利である。その位置調節のための基底面が分析領 域と同じ側の支持体上にあるならばそれは特に有利である。さらに本発明におい て、テストスポットが適用されている保持ユニットに支持体が裏側から挿入され る場合には、とりわけ位置が正確であり製造工程が最適なものとなる。従って、 ストップとして用いられる基底面の領域は、分析領域も位置している支持体の表 面上にあることが好ましい。 さらに、１ないし数個のクロスピースが基底面上に配置され、本質的にそれが 基底面に対して垂直になっており、かつスペース内の２方向に対してのストップ エッジを提供するような場合は、多重テストエレメントの製造および使用に有利 である。製造上の理由から、クロスピースを基底面の下側、すなわち支持体の分 析領域のある面から離れた側の面に位置させることが有利であることが確かめら れている。クロスピースはテストエレメントを平坦な状態（水平位置）に位置さ せるために役立つ。テストエレメントがクロスピースの組をもち、そのクロスピ ースが対向していれば、位置調節レバーでそのうちの一方のクロスピースを動か せばもう一方のクロスピースは保持ユニットのストップに対して押しつけられる ようになり、有利であることが確かめられている。さらに支持体の基底面を上方 から見たときにクロスピースがU字型であれば有利であることが確かめられてい る。２つのU字型クロスピースをウエルの直径より広い間隔をおいて用いれば、 このタイプのクロスピースによって、本発明の多重テストエレメントを積み重ね ることを可能とし、他方、積み重ねた状態で水平に置き換えることも可能となる 。 多重テストエレメントを製造するシステムは、支持体または多重テストエレメ ントを挿入しうる、少なくとも２つの保持ユニットを持つ。保持ユニットは、支 持体のストップエッジを押しつけるための数個のストップエッジを持つ。通常３ 種の異なるタイプのストップエッジが用いられる。支持体の基底面は、その基底 面を垂直方向に位置させる１ないし数個のストップエッジに対して動く。支持体 は好ましくは下方から保持ユニットへ挿入され、保持ユニットはストップを有し 、そのストップの下側に対して支持体の上側が位置している。さらに、保持ユニ ットは支持体が位置しているスペース内の水平２方向へのストップエッジを有し ている。 印刷ヘッドは保持ユニットの上方に配置され、そこから支持体の分析領域へ液 滴を適用する。例えば米国特許第5,338,688およびEP-A-0 268 237に記載の液体 用印刷ヘッドは印刷ヘッドとして適している。しかし、インクジェット（ink-je t）またはバブルジェットプリンター（bubble-jet）に用いられているものなど の、従来の技術において知られている他の印刷ヘッドも適している。このような 印刷ヘッドは広く用いられているので、より詳細な説明は行わず、既に述べた特 許書類の全内容を単に参照するにとどめる。 本発明では、印刷ヘッドが1000pl以下の単位の既定量の液体を再現性のあるや り方で送達することが必要である。順次行われる印刷工程の間にその量が一定に 保たれることが必要であり、このことは液滴が分析領域にあたるスピードについ ても適用することが必要とされる。該パラメーターが一定に保たれれば、個々の テストスポットの形状と大きさが常に同一となり規則的なパターンが得られるこ ととなる。このような要求事項は例えばハンブルクのMicrodrop Company製のADK -201b型プリンターと適切な電気的制御(同社のMD-E-201)を用いれば満たすこと ができる。別の適切な印刷ヘッド制御についてもEP-A-0 268 237に述べられてい る。製造システムの一部となっているような印刷ヘッドは、それらのヘッドが同 一スピードで同一量の液体を送達しうるように調節できるので有利で ある。通常はこのことは異なる印刷用液体を用いても同一の大きさのテストスポ ットをもたらすこととなる。個々の印刷用液体の粘度あるいは表面張力が非常に 異なっている場合には、異なる印刷用液体に対して同じ大きさのテストスポット が得られるように印刷ヘッドの制御を実験的に調節することが必要となり得る。 製造システムにおいては印刷ヘッドはしっかりと位置しており動かない。この ことは製造工程の正確性と再現性を得るために非常に重要である。印刷ヘッドを 動かして支持体の上方に位置させるよりは、各印刷ヘッドの下方にプリントされ るべき支持体を位置させる方がはるかに信頼性が高いことが確かめられている。 本発明の製造システムの印刷ヘッドは液滴を送達するために動かすことはできな いが、各印刷ヘッドは、ある特定の印刷ヘッドによって作製されるテストスポッ トが既定のパターンから非常に大きく偏っている場合には水平方向の印刷ヘッド の位置を修正できるように調節することができる。 このような印刷ヘッドの調節は、製造システムのオプション構成物である品質 保証装置によって行われる。品質保証装置は多重テストエレメントを光学的に調 べ、分析領域のテストスポットに既定のパターンからのずれがあるかチェックす る。このパターンからのずれを信号に変換し、その信号が１ないし数個の印刷ヘ ッドの調節を行う。イメージプロセシングソフトウェア（image processing sof tware）を用いて、既定のパターンが維持されているかモニターするCCDカメラで テストエレメントの光学的検査を行うことができる。１ないし数種の蛍光色素を 含有する印刷用液体を用いて、蛍光顕微鏡または蛍光スキャナーによってテスト スポットの位置を検出することも可能である。 本発明の多重テストエレメントの製造にあたって、印刷のためのある種の工程 パラメーターを固守することが有利であることが確かめられている。印刷ヘッド から放出される液滴は5m/s未満のスピードでなければならず、2m/s未満のスピー ドであることが好ましい。これらのスピードは均一なテストスポットを作製する ため、および液滴が分析面に散逸することを避けるために最適であることが示さ れている。液滴が該スピードであれば、印刷ヘッドノズルと分析領域の間の距離 を2mm未満、あるいはさらに良く500μm未満に減ずることによって、印刷 工程を、液滴が飛んでいく途中の経路での妨害を可能な限り受けないようにし、 液滴が飛ぶときのスピードを遅くすることができるため、有利である。分析領域 に適用される個々の液滴の量は十分に小さなテストスポットを作製するため1000 pl未満であることが好ましい。さらに、適用した液滴の浸出を防ぐために分析領 域が疎水性であることが有利である。20mMリン酸カリウム溶液を用いて臨界角が 70°を超える角度、あるいは80°を超えるように表面を作製することが好ましい 。 印刷工程で用いられる液体の量が非常に少量であるため、乾燥は通常の室内条 件下でも非常に迅速である。しかし、この事実は最初は好ましいように見えるが 、免疫学的テストエレメントを作製する場合には不利であることが確かめられて いる。比較的大きな抗原あるいは抗体分子は支持体の表面上に適切にそれらが整 列するためには十分な時間を必要とする。このことは、抗原または抗体でコート された分析領域が用いられ、印刷用液体が試薬（通常はこれも抗原または抗体で ある）を結合するための対応する結合パートナーを含有している場合には、特に そのことがいえる。本発明のこのような実施形態は、結合パートナーおよび試薬 も表面にしっかりと結合できる利点を有する。結合パートナー分子の整列のため の十分な時間を与えるために、印刷工程は上昇させた相対湿度、好ましくは80％ -90％の環境で行うことが好ましい。全製造システムまたはその部分をハウジン グを用いて環境から密閉し、緩やかな蒸発あるいは水の凝縮によってこのハウジ ング内を特定の湿度にセットすることで湿度を制御する。 本発明の製造システムはさらに各保持ユニットを水平に置き換えて位置させる ために各保持ユニットあたり１ないし数個の位置調節ユニットを有する。支持体 は上述のとおり保持ユニット内に位置され、保持される。分析領域内で液滴が適 用される位置は位置調節ユニットによって選択される。このために、位置調節ユ ニットは、保持ユニットがある位置まで水平に動かされるように、制御ユニット によって制御される。位置調節ユニットは例えば保持ユニット内のねじ穴で動き 、ステッピングモーターで駆動されるねじ付き棒を有することができ、そのモー ターは制御ユニットで制御される。 本発明の多重テストエレメントは個々に特定の試薬の１ないし数個のテストス ポットを持つことができる。数個のテストスポットがあることは、もし単一のテ ストスポットに失敗があってもテストエレメント全体が無用のものとならないと いう点で有利である。他方、分析を実施する際の誤差あるいはテストスポットを 製造する際の変動を補償して分析結果を平均するためには、一つのタイプのテス トスポットを数個持っていることが有利である。 一つの多重テストエレメントが同一タイプのテストスポットを数個持っている 場合には、それらが同一の印刷ヘッドによってテストエレメント上に適用される ことが好ましい。このために、支持体は保持ユニットに挿入され位置を調節され 、保持ユニットはそれの位置調節ユニットによって第１の位置に移動し、液滴が それぞれの印刷ヘッドから放出される。次いで、保持ユニットはさらに既定のパ ターンの位置に移動し、追加の液滴が送達される。この工程に用いられる、単一 または数個の液滴が印刷ヘッドの選択的制御後に、ある時間間隔で放出されるこ のような方法は、ドロップ・オン・デマンド（drop on demand）(要求による滴 下)と呼ばれる。 既に述べたとおり、本発明の製造システムの本質的な特徴は、同一の支持体が 順次挿入され液滴でプリントされる数個の保持ユニットを有することである。従 って、多重テストエレメントを製造するために、支持体は移送ユニットを用いて 異なる保持ユニットに移送される。 移送ユニットとしては例えば、新しい支持体をつかみ、それを第１保持ユニッ トに挿入し、印刷工程の後に取り除き、それを第２保持ユニットに挿入するなど を行うロボットアームが適している。しかし、支持体の水平移送用の移送装置お よび垂直移送用のリフト装置を含む移送ユニットがより有利であることが確かめ られている。移送装置は保持ユニットの下を動くコンベヤーベルトが好ましい。 さらに、平坦な移送ベルトを備えた通常のコンベヤーベルトは用いず、支持体を 保持するホルダーを備えたコンベヤーベルトが好ましい。ホルダーは例えば、コ ンベヤーベルトに永久的に結合したものとすることができる。さらに、コンベヤ ーベルトの対応する凹部と結合するピンをその下側に有するホルダーを用いるこ とができる。該ホルダーは、支持体がその上に配置されたソケット状であること が好ましい。支持体がその下側にクロスピースを有するものである場合には、そ れらのクロスピースがそのホルダーの側面にあり、そのことによって支持体がホ ルダーから滑り落ちることを防止するものであることが有利である。移送ユニッ トのリフト装置は支持体をコンベヤーベルトから持ち上げ、保持ユニットへ移す 。製造システムは各保持ユニットあたり一つのリフト装置を有することが好まし い。そのようなリフト装置としては例えば突き棒を用いることができ、それはモ ーターによって上方へ垂直に、支持体の下部をつかむ工程において支持体の下部 に位置する第１ポジションから、支持体が保持ユニットの垂直ストップに押しつ けられる第２ポジションへと、支持体とともにモーターによって上方へ垂直に移 動することができる。従って、リフト装置を非常に単純にデザインしうるので、 １方向の１回の動作のみが行えればよい。支持体の両側がそれを載せるホルダー から飛び出していることが有利である。そのような配置を行えば、リフト装置は 支持体の下側から支持体へ直接移動することができる。 制御ユニットは、移送ユニットの動作、保持ユニット中での支持体の保持およ び位置調節、位置調節ユニットの動作、ならびに印刷ヘッドからの液体の放出を 制御する。例えば、適切なインターフェースカードを備えた従来のマイクロプロ セッサーを制御ユニットとして用いることができる。制御ユニットは診断用多重 テストエレメントの製造工程を、組み込まれたプログラムに基づいて制御する。 このような製造工程は、本発明の主題の一つでもあるが、下記のステップ： − 第１保持ユニット中の支持体を第１印刷ヘッドの下方へ配置し、 − 第１保持ユニットおよびそこに位置する支持体を、分析領域の第１部位が第 １印刷ヘッドの下方に位置するような位置へ、位置調節ユニットを用いて移動さ せ、 − １または数滴の液滴を第１印刷ヘッドから分析領域の第１部位上へ放出し、 − 第２保持ユニット中の支持体を第２印刷ヘッドの下方へ配置し、 − 第２保持ユニットおよびその中に位置する支持体を、分析領域の第２部位が 第２印刷ヘッドの下方に位置するような位置へ、位置調節ユニットを用いて移動 させ、 − １または数滴の液滴を第２印刷ヘッドから分析領域の第２部位へ放出する、 − 支持体が保持ユニット中にある際に、さらに１ないし数カ所の位置に動き、 そこで液滴がテストスポットの既定のパターンを作製するように放出されること を含む。 上述の工程は非常に正確なので、テストスポットのパターンは、テストスポッ トの中心の、既定のパターンからのテストスポットの中心のずれが40μm未満と なるように作製することができる。 上述の制御ユニットは保持ユニット中に支持体を固定し位置させるために保持 ユニットを制御する。さらに制御ユニットは支持体を保持している保持ユニット を適切な時間系列で供給するために移送ユニットを制御する。 本発明はまた、本発明の多重テストエレメントを用いた分析方法に関するもの であり、それは次のステップ： − 多重テストエレメントの分析領域へサンプル液を適用し、 − 分析領域に配置されたテストスポットのパターンを有する分析領域の像を記 録し、 − テストスポットが位置する像の領域を評価し、 − １または数種の分析対象物の存在および／または濃度を測定すること を含む。 分析対象物があれば色が変わるようなテストスポットを用いた場合には、多重 テストエレメントは単純な光学的検査法、例えば顕微鏡またはCCDカメラなどで 評価することができる。しかし、本発明では、テストスポットが分析対象物と反 応した際に蛍光シグナルが発生するか、または消失するような分析試験を行うこ とが好ましい。そのような分析方法としては例えば、抗原がテストスポット中に 存在し、そのテストスポットが、サンプル液中に存在している可能性のある抗体 を検出するために用いうるようなサンドイッチアッセイ法で行うことができる。 テストスポット中の抗原が分析対象物中の抗体と反応して複合体を形成し、その 複合体に蛍光色素を標識した別の抗原が結合することができる。標識抗原は例え ばサンプル液があらかじめ添加されている試薬に由来しても良く、またテストス ポットにあらかじめ添加されるのと同様に支持体表面の一部に由来させることも できる。サンドイッチアッセイで発生する蛍光シグナルも放出される蛍光に感受 性のあるCCDカメラで記録することができる。多重テストエレメントの分析領域 は蛍光顕微鏡(EP-A-0 601 714参照)または蛍光スキャナー(WO 96/02824参照)で も調べることができる。上述の方法で得られた像は肉眼的にあるいはマイクロプ ロセッサーの助けを得て評価することができる。 本発明は何枚かの図によってさらに説明される： 図１：支持体の平面図 図２：支持体の断面図 図３：支持体の底面図 図４：製造システムの縦方向の断面図 図５：製造システムの断面図 図６：保持ユニットの平面図 図７：ホルダー付き移送ベルト 図８：位置調節ユニットの断面図 図９：流れ図 図10：品質保証ユニット 図11：TSHテストの拡大図 図12：10個の異なるテストスポットを有する分析領域の拡大図 多重テストエレメント製造用の支持体(1)の平面図を図１に示す。支持体(1)は リム(4)に囲まれた分析領域(3)のある基底面(2)を有する。分析領域(3)はリム(4 )とともに液体を添加することのできるウエルを形成する。図１はまた、基底面( 2)の２つのエッジに斜角が付けられていることをも示している。このことによっ てテストエレメントの製造中、およびその支持体が分析法で用いられる際の支持 体の向きを明確にすることができる。さらに図１は、基底面(2)と平行な平面を 定義しているデカルト座標系のX軸およびY軸をも示している。XY平面における支 持体の動きは、本願では水平の動きとする。図１は実験的に試験した支持体を約 ２倍に拡大したものである。 図２は、図１の支持体をY軸に沿って示している。図２は試験した支持体を約 ５倍に拡大したものである。平坦な分析領域(3)がリム(4)のカーブ上に広がって いることが認められる。このようなデザインのウエルはテストエレメントを用い る際に、連続する分析工程間での持ち越しを避けるために有利であることが確か められている。その形状は、ウエル中の液体をこぼしたり飛び散ちらせたりする ことなく、振盪させてまたは支持体をリサージュ図形で動かして混合するために 有利である。 図２はまた、X軸に対して対称的に配置されてはいるが、相異なる領域Aおよび Bをも示す(図１を参照せよ)。領域Aがプラスチック材質でなくカーブの片側の下 方にあり、領域Bがその反対側にあるようなここに選んだデザインは、射出成型 をするにあたって技術的に有利である。支持体の製造の好ましい方法においては 、基底面(2)の上側で分かれているような射出成型が用いられる。射出成型材料 は側面から、矢印(5)で示した高さで射出される。この手法と上述の領域Aおよび Bのデザインをともに用いることにより、非常に高度な平面性およびキズがほと んどないことを特徴とする特に良質の分析領域(3)ができる。 図２はまた、支持体の下側にあるクロスピースをも示している。クロスピース (6a)の見取り図は図２中で位置を変えてこの領域の支持体の側面図を示すように してある。これに対してクロスピース(6b)はY軸に沿った断面を示している。ク ロスピース(6b)は、支持体の側面にある領域および支持体の後側面にある領域を 有することがわかる。従って、クロスピース(6a)の図と併せると、支持体がU字 型の２つのクロスピースを持っていることがわかる。しかし、水平定位のための ストップエッジは、U字型のクロスピースの場合のように直接的に合わさってい ない数個のクロスピースによって作ることもできる。しかし、適切なやり方で保 存しうる支持体を提供するためには、クロスピースはウエルの下方でX方向にく ぼみを有しなければならない。そのような支持体は積み重ねることができ、X方 向の動きによって分離することができる。 図３は支持体の底面図を示したものである。この図ではU字型のクロスピース を見ることができ、その形は支持体の斜角のために理想的なU字からはわずかに 違うものとなっている。図３はまた、基底面(2)の下側上にある材料の隆起(7)を 示している。材料の隆起は多かれ少なかれ環状であり、図２の領域Bに対応する ポイントBで出会う。材料中の隆起(7)は射出成型装置中の対応する溝によってで きたものである。このようなデザインの射出成型装置は、非常に平坦で均一な分 析領域が得られるように射出成型材料の流れを制御するために有利であることが 確かめられている。図２と図３を併せてみることにより、射出成型材料で満たさ れていない領域Aがリム(4)の大部分をカバーし、射出成型材料で満たされた領域 Bへと連続的に変化していくことが示されている。 図４は本発明の製造システムの縦方向の断面である。支持体をコートするため の４つの順次配置されたステーションにはローマ数字が付けられている。保持ユ ニット(10)はステーションIに図示してある。図４はまた、各ステーションに割 り当てられた印刷ヘッド(20)も示している。各印刷ヘッドは固定された位置に保 持され、プリンティング過程中は動かない。さらに各印刷ヘッドは調節装置(30) 中に位置しており、各印刷ヘッドによって適用されるテストスポットが既定のパ ターンからはずれる場合には調節される。このような調節装置の構築は従来の技 術で十分良く知られており、それ故ここではこれ以上述べることはしない。 図４は特に本発明の好ましい移送ユニットの動作原理を示している。ここに示 す移送ユニットは移送装置(40)およびリフト装置(50)を有する。移送装置(40)は 移送ベルトからなり、その上に支持体(1)が載せられ、移送ベルトの縦方向、す なわちステーションIからステーションIVに向かって移送される。移送は、連続 する段階において支持体が印刷ヘッドの下方にそれぞれ位置するように、間欠的 に行われる。この位置から支持体はリフト装置(50)によって移送ベルトから持ち 上げられ、印刷ヘッドの下に配置される。このためにリフト装置は、偏心性駆動 装置(52)を用いて動かすことのできる突き棒(51)を有する。突き棒(51)の休止位 置をステーションIで示している。支持体が押しつけられる作動時の位置をステ ーションIIIに例示する。 図５は多重テストエレメント製造システムの断面図を示す。図５は一点鎖線の 垂直軸によって分けられ、右側と左側は異なる時点を示している。図５の左半分 は突き棒(51)の休止時を示している。突き棒の上側には、支持体(1)を緩やかに 取り囲んでいるグリップ装置(53)がある。突き棒(51)が偏心性駆動装置(52)によ って持ち上げられた場合は、グリップ装置(53)は支持体の下をつかみ、該支持体 を保持ユニット(10)まで導く。保持ユニット(10)については図５に大要を示して いるにすぎない。しかし、保持ユニット(10)に、支持体の基底面の上側がグリッ プ装置(53)によって押しつけられる垂直のストップ面(11)があることがわかる。 印刷ヘッドと保持ユニットの相対的な動きが正確であり、保持ユニット中での支 持体の垂直位置が正確であれば、支持体または支持体の分析領域と印刷ヘッドと の間の距離を非常に精密に調節することができる。印刷ヘッドと分析領域間の距 離が特に小さいことを要求されるような場合には、位置調節が不正確であると印 刷ヘッドノズルと分析領域とが衝突してしまうので、精密な調節が必要である。 図５はまた移送装置(40)の断面図をも示している。支持体の置かれているホル ダー(41)は傾いてしまうことを防ぐためにU字型ガイドレールによって水平に保 持される。 図６は支持体の保持ユニットの平面図を示す。保持ユニット中に位置している 支持体(1)は下側からグリップ装置(53)で垂直ストップ(ここには示していない) に押しつけられる。このことは既に図５に関連して述べられている。支持体はさ らに保持ユニットのXストップ(12)およびYストップ(13)に押しつけられる。この ことは支持体を反対側のYストップ(13)に対して押しつけている第１レバー(14) 、および支持体をXストップ(12)に対して押しつけている第２レバー(15)によっ て行われる。第１および第２レバーはそれぞれ一つの軸の周りを回転し、白抜き 矢印で示した方向に突き棒によって回転させられる。ここに示した保持ユニット によって、支持体上のクロスピースとホルダー上の位置調節装置との適切な相互 作用によって行われるスペース中の３方向の非常に正確な支持体の位置調節が可 能となる。支持体上のクロスピースに関しては、各場合においてレバーで圧がク ロスピースにかけられた際に支持体が反対側のクロスピースに位置するようにク ロ スピースまたはクロスピースの部分が支持体と反対側に位置していることが特に 重要である。 図７は移送装置の一部である移送ベルトを示す。移送ベルト(41)は、ガイドロ ーラー上を動くことができるような柔軟なものである。数個の支持体が移送され るホルダーユニットは移送ベルト上に位置する。ここに示したホルダーユニット (42)はホルダーの上方に突出している支持体の形にあわせた８個のソケット(43) を持ち、そのソケットによって支持体が保持される。ホルダーユニット(42)は、 支持体がソケット上に位置している場合には支持体が水平に突出するようにデザ インされることが好ましい。これによって、支持体が単純なやり方で持ち上げら れ、図４および図５に関連して述べたように保持ユニット中へ移送される。 図８は位置調節ユニットの大要を断面図で示す。位置調節ユニットは永久的に 固定された基底板(60)を含む。保持ユニット(10)はこの基底板に対して水平方向 に動く。保持ユニットは図８ではその大要のみを示す。さらに図８には保持ユニ ットが動く方向はXおよびY方向の矢印のみで示している。正確な動作のための装 置、ならびにXおよびY方向の位置調節については従来の技術で十分に知られてお り、それ故ここではこれ以上説明しないこととする。 図９は製造システムの個々の構成物の時間的な協調作動を示す流れ図である。 最初に移送ベルトのスイッチが入れられ、支持体が第１印刷ヘッドの下方に配置 される(支持体移送と呼ぶ)。第２工程では支持体は保持ユニット中に配置され、 位置調節ユニット(XY移送ユニットと呼ぶ)で支持体の既定の部位が印刷ヘッドの 下部に配置されるようにする。ある部位が印刷ヘッドの下方に位置すると直ちに 印刷用液体の滴が支持体上に放出される(印刷ヘッドは図９では液滴発生器と呼 ばれる)。この工程の後、支持体は新たな印刷ヘッドの下方に配置され、ここで １ないし数回のプリンティング過程がやはり上述のとおり行われる。 図10は印刷ヘッドを調節するために用いられる品質保証ユニットを示す。支持 体の分析領域(3)はこの図では大幅に拡大されて示されている。適用したテスト スポット(8)のいくつかがパターンの特定のポジション(白丸)の外側にあること が見られる。テストエレメントの分析領域はCCDカメラ(70)で記録され、得られ た 情報はコンピューター(71)に転送される。コンピューターは像を分析し、パター ンからはずれた点を認識し、その原因となった印刷ヘッドにそのずれを配分し、 それ以降のテストエレメントでのパターンからのずれを避けるためにその印刷ヘ ッドを動かす。 本発明の多重テストエレメントの製造はさらに下記の実施例で説明される：実施例 １： 図1-3の支持体に図4-6の装置を用いてテストスポットをプリントした。プリン ティング過程の前に、支持体の分析領域を、表面の凹凸が10μm未満となり、20m Mリン酸カリウム溶液での接触角が90°となるように、IgGに対する抗体で均一に コートした。次いで甲状腺刺激ホルモン(TSH)に対するモノクローナル抗体（こ れはIgGである）を含有する印刷用液体で支持体をプリントした。その抗体を1.0 mg/ml含有する溶液を20mMリン酸カリウム溶液でpHが7.4となるまで希釈し、得ら れた溶液を0.02μmのポアサイズのフィルターでろ過した。その後、その溶液を3 5℃で10分間の振盪および200-300mbarの真空度で脱気した。 得られた印刷用液体を、テストエレメントの分析領域上に、Microdrop Compan y(Hamburg)の印刷ヘッドADK-201bを用いてプリントした。最初に、印刷用液体の 貯蔵器に周囲の圧より20mbar低い圧をかけ、印刷ヘッドは電圧68V、周波数0.5Hz 、インパルス幅115msで作動させた。これによって得られた液滴の大きさは、液 滴が飛んでいる間は55μmで、その結果として得られたテストスポットは直径95 μmであった。 プリンティング過程の後、支持体を20秒間インキュベートし、次いで下記の溶 液ですすいだ： 20mMリン酸カリウム溶液 pH7.7 0.9％塩化ナトリウム 2％ショ糖 0.01％アジ化ナトリウム 1％ウシ血清アルブミン TSHの分析を行うために、TSHを含有する50μlのサンプルをテストエレメント のウエルに添加し、10分間インキュベートした。次いで、サンプルを洗って除去 し、TSHに対する抗体およびジゴキシンに対する抗体からなるコンジュゲート50 μlを添加し、10分間インキュベートした。再度洗った後、ジゴキシンを微粒子 に結合させたコンジュゲート（その中には蛍光色素も存在している）50μlを添 加した。さらに洗浄過程を経た後、テストエレメントを蛍光顕微鏡で記録したも のが図11である。 図11は19個のテストスポットを含む分析領域の大幅な拡大図を示す。ここに示 したパターンの拡大率は約200倍で、個々のテストスポットの厳格に規則的な配 置が見られる。各テストスポットは、蛍光色素が蓄積した個々の蛍光微粒子のた めに顆粒状となる。テストスポット上の微粒子が統計学的な分布をとるにも関わ らず、個々のテストスポットが明らかに輪郭のある形状を有し、既定のパターン 中に非常に規則的に配置されていることが認められる。実施例 ２： 別の実験においては支持体を10種類の異なる抗体でプリントした。このため、 分析領域表面がIgG抗体でコートされ、それに各種の分析対象物に対する抗体が 結合するような支持体を再度用いた。実施例１とは異なり、蛍光光度計で直接検 出することが可能なレゾルフィン(resorufin)で標識した抗体を検出用に用いた 。図12は、レゾルフィンを用いて得られた蛍光に基づいて蛍光光度計で得た分析 領域の像である。下記の抗体が図12の左側の列の最上段から最下段へ位置してい る： C型肝炎ウイルスに対する各種抗体の混合物 NCV-NS4/3に対する抗体 HCVヘリカーゼに対する抗体 HCVコアに対する抗体 HBコアに対する抗体 右側の列の最上段から最下段へ： HIV/P24に対する抗体 HIV/GP41P1に対する抗体 HIV/GP41P2に対する抗体 HIV mixに対する抗体 HBsAGに対する抗体 図12は、供試支持体を10種の異なる印刷ヘッドでプリントしたにも関わらず、 非常に正確な配置を行うことができたことを示している。このことを示すために 、傾向線をテストスポットの右側の列に引き、テストスポットの該傾向線からの ずれをそれぞれのテストエレメントの中心と傾向線とを最短距離で結んで測定し た。これらの接続線の長さは、テストスポットの既定のパターンからのずれを直 接的に示している。下から２番目のテストスポットは、パターンからのずれが最 大となっている。しかし、そのずれは25μm未満である。参照番号一覧 (1) 支持体 (2) 基底面 (3) 分析領域 (4) リム (5) 射出方向 (6) クロスピース (7) 材料の隆起 (8) テストスポット (10) 保持ユニット (11) 垂直ストップ面 (12) Xストップ (13) Yストップ (14) 第１レバー (15) 第２レバー (20) 印刷ヘッド (30) 調節装置 (40) 移送装置 (41) 移送ベルト (42) ホルダーユニット (43) ソケット (50) リフト装置 (51) 突き棒 (52) 偏心性駆動装置 (53) グリップ装置 (60) 基底板 (70) CCDカメラ (71) コンピューター

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．多重診断用テストエレメント製造のためのシステムであって、 a）診断用テストスポットを適用するための分析領域を有し、支持体の位置 を定めるためにスペース内の各方向あたり１個または数個のストップエッ ジを有する支持体、 b）支持体が挿入され、１個または数個のストップエッジによって支持体の 装置を定める第１保持ユニット、 c）保持ユニットの上方に配置され、第１液の液滴を支持体の分析領域上に 放出するために用いられる第１印刷ヘッド、 d）第１保持ユニットを水平に置き換え、位置を定める第１位置調節ユニッ ト、 e）支持体が挿入され、１個または数個のストップエッジによって支持体の 位置を定める第２保持ユニット、 f）第２保持ユニットの上部に配置され、第２液の液滴を支持体の分析領域 上に放出させるために用いられる第２印刷ヘッド、 g）第２保持ユニットを水平に置き換え、位置させる第２位置調節ユニット 、 h）支持体を保持ユニットに移送する移送ユニット、 i）移送ユニット、保持ユニット、および位置調節ユニット、ならびに印刷 ヘッドからの液体の放出を制御する制御ユニット を含んでなる前記システム。 ２．液体を支持体上に放出するために印刷ヘッドが水平に動くことのない、請求 項１に記載のシステム。 ３．制御ユニットによって、保持ユニット相互の協調作動、およびテストスポッ トを既定のパターンでテストエレメントの分析領域に適用する印刷ヘッドか らの液体の放出が制御される、請求項１または２に記載のシステム。 ４．保持ユニット中の支持体の位置の正確性および印刷ヘッドの位置調節が非常 に正確であるため、個々のテストスポットの既定パターンからのずれが40 μm未満である、請求項１に記載のシステム。 ５．パターンからのずれが25μm未満である、請求項４に記載のシステム。 ６．移送ユニットがコンベヤー装置およびリフト装置を含んでなる、請求項１に 記載のシステム。 ７．コンベヤー装置が、その上に支持体を保持するためのホルダーを設置したコ ンベヤーベルトを含んでなる、請求項６に記載のシステム。 ８．支持体が基底面を持ちその基底面の下側に１個または数個のクロスピースが あり、そのクロスピースは、支持体がホルダー上に置かれる際にホルダーの 側面に対して静止しており、ホルダーから支持体が滑り落ちることを防いで いる、請求項７に記載のシステム。 ９．支持体の向かい合う２つの側面がホルダーよりはみ出している、請求項１に 記載のシステム。 10．リフト装置が支持体の下側を掴み、支持体を保持ユニットへ持ち上げる、請 求項６または９に記載のシステム。 11．保持ユニットに支持体を下方から載せる、請求項１に記載のシステム。 12．保持ユニットがストップエレメントを持ち、それに対して支持体を下方から 押しつけ、該ストップエレメントに対して垂直に配置する、請求項11に記載 のシステム。 13．印刷ヘッドが、印刷ヘッドの水平調節を可能とする調節装置中に保持されて いる、請求項１に記載のシステム。 14．光学的にパターンを調べ、既定のパターンからのずれをシグナルに変換して 調節装置によって印刷ヘッドの位置調節を制御する１個または数個の品質保 証装置を有する、請求項13に記載のシステム。 15．光学的検査が１個または数個のCCDカメラで行われる、請求項14に記載のシ システム。 16．第１および／または第２の液が１種または数種の蛍光色素を含有し、テスト スポットの位置が蛍光スキャナーで測定される、請求項15に記載のシステム 。 17．システム全体またはシステムの一部が既定の湿度に調節されたハウジングに よって環境から閉じられている、請求項１に記載のシステム。 18．印刷工程中に印刷ヘッドから放出される液滴の速度が5m/s未満、好ましくは 2m/s未満であり、印刷ヘッドノズルの分析領域からの距離が2mm未満、好ま しくは500μm以下である、請求項１に記載のシステム。 19．個々の液滴の容量が1000pl未満である、請求項18に記載のシステム。 20．本質的に円形の複数のテストスポットが既定のパターンで適用され、そのテ ストスポットの直径が350μm未満であり、既定のパターンからの中心部のず れが40μm未満である分析領域を有する支持体を含んでなる、多重診断用 テストエレメント。 21．分析領域が、連続的なリムに取り囲まれており、該リムと分析領域とでウエ ルを形成している、請求項20に記載の多重診断用テストエレメント。 22．支持体が、分析領域に平行であって、かつ支持体を垂直に配置することに用 いられる基底面を有する、請求項20に記載の多重診断用テストエレメント。 23．− 分析領域がその上に位置している基底面、 − 分析領域に適用される、既定のパターンの本質的に円形の複数のテスト スポット、 − 分析領域と共にウエルを形成するように分析領域を取り囲む連続的なリ ム、 − 基底面に取り付けられ本質的にその基底面に垂直で、スペース内で２方 向へのストップエッジを形成する１個または数個のクロスピース を有する支持体を含んでなる多重診断用テストエレメント。 24．それぞれが本質的にＵ字型でありそれらのあいだの最小距離がウエルの幅よ り大きい２個のクロスピースを持つ、請求項23に記載の多重診断用テストエ レメント。 25．ウエルの液体保持可能量が100μl以下である、請求項20または23に記載の多 重診断用テストエレメント。 26．支持体が、基底面に対して垂直であって、かつ支持体を水平に配置するため に用いる２個または数個のストップエッジを有する、請求項20または23に記 載の多重診断用テストエレメント。 27．２個以上のストップエッジおよびウエルが基底面の異なる側にある、請求項 26に記載の多重診断用テストエレメント。 28．分析領域が、キズの最長径が10μm未満であり表面の凹凸が10μm以下である ような表面を持つ、請求項20または23に記載の多重診断用テストエレメント 。 29．分析領域が疎水性である、請求項20または23に記載の多重診断用テストエレ メント。 30．テストスポットのパターンを支持体に適用する多重診断用テストエレメント の製造方法であって、 a）第１保持ユニット中の支持体を第１印刷ヘッドの下方へ配置し、 b）第１保持ユニットおよびそこに位置する支持体を、分析領域の第１部位 が第１印刷ヘッドの下方に位置するような位置へ、位置調節ユニットを用 いて移動させ、 c）１または数滴の液滴を第１印刷ヘッドから分析領域の第１部位へ放出し 、 d）第２保持ユニット中の支持体を第２印刷ヘッドの下方へ配置し、 e）第２保持ユニットおよびそこに位置する支持体を、分析領域の第２部位 が第２印刷ヘッドの下方に位置するような位置へ、位置調節ユニットを用 いて移動させ、 f）１または数滴の液滴を第２印刷ヘッドから分析領域の第２部位へ放出す る工程を含んでなり、工程a)〜c)およびd)〜f)は、該印刷ヘッド、またはそ の他の印刷ヘッドを用いて繰り返され、テストスポットの既定のパターンが 分析領域に作られる前記製造方法。 31．テストスポットの中心の既定パターンからのずれが40μm未満である、請求 項30に記載の製造方法。 32．支持体が下方から保持ユニットに挿入される、請求項30に記載の製造方法。 33．パターンが光学的にモニターされ、テストスポットが既定のパターンからは ずれた場合には印刷ヘッドが調節装置によって調節される、請求項30に記載 の製造方法。 34．支持体が移送装置を用いて保持ユニット間を移動する、請求項30に記載の製 造方法。 35．請求項20または23に記載の多重診断用テストエレメントを用いた分析方法で あって、 a）多重テストエレメントの分析領域へサンプル液を適用し、 b）分析領域に配置されたテストスポットのパターンを有する分析領域の像 を記録し、 c）テストスポットが位置する像の領域を評価し、 d）１種または数種の分析対象物の有無および／または濃度を測定する、 ことを含んでなる前記分析方法。 36．像が蛍光スキャンニング法によって作られる、請求項35に記載の分析方法。 37．テストスポットとサンプル液との間に免疫反応が起こる、請求項35に記載の 分析方法。