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JP5467140B2 - 生化学アッセイ装置 - Google Patents

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JP5467140B2
JP5467140B2 JP2012246626A JP2012246626A JP5467140B2 JP 5467140 B2 JP5467140 B2 JP 5467140B2 JP 2012246626 A JP2012246626 A JP 2012246626A JP 2012246626 A JP2012246626 A JP 2012246626A JP 5467140 B2 JP5467140 B2 JP 5467140B2
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Description

(関連出願の相互参照)
本出願は、2010年7月7日出願の米国特許出願シリアル番号第12/832,030号(その全体が参照により本明細書に組み込まれる)の一部継続(CIP)出願である。本出願は2011年11月10日出願の米国仮特許出願第61/558,055号「Reaction Casette、Assay Device、and Assay Method」(その全体が参照により全目的で本明細書に組み込まれる)に対する優先権を主張する。
本発明はアッセイ装置と、このアッセイ装置を使用した測定法に関し、特に、液体試料の性質の測定に用いる生化学アッセイ装置と、この生化学アッセイ装置を使用した測定法に関する。
体外診断(IVD)アッセイは診断と治療に関する情報を得るために体液の定性的及び定量的評価に広く使用されている。このため、IVDアッセイは医療産業で重要な手段となってきている。
一般に、前述のIVDアッセイ法にはアッセイ装置と測定器具、及び試薬の調製が必要である。アッセイの手順において、血液試料またはその他体液試料を手動で収集する必要がある場合があり、試料が汚染されやすく、感染の危険が高まる。
さらに、アッセイの作業中さまざまな試薬を添加して試料と反応させる必要が生じることがある。これらの手順が使用者により直接行われる場合、手順が複雑になり、時間がかかることがある。その他、アッセイ手順の後に廃液処理が必要なことも問題である。
したがって、先行技術の制約を克服し、測定プロセス及び廃液処理を容易かつ安全に行うことができるアッセイ装置及び測定法が長い間にわたり必要とされているが、このニーズは未だ満たされていない。
先行技術において存在する課題を背景に、本発明の目的は、さまざまな化学分析、医学分析、または試薬または反応剤と試料を混合する複数の手順を有するその他類似の分析に使用することができる、液体試料の性質を測定するためのアッセイ装置及びこのアッセイ装置を使用した測定法を提供することにある。
一実施例において、本発明の生化学アッセイ装置は、液体試料(例:血液試料)と試薬(または反応剤)との間で複数の反応手順を有する試験と分析プロセスを促進するために使用することができる。反応後の液体試料の光学特性により、液体試料の1つ以上の成分の量を判定することができる。
本発明の一態様によれば、生化学アッセイ用反応カセットは、第1空間、第2空間、第3空間及び仕切り壁を含み、前記第1空間は、液体を収容するために用いられ、上方向に開口した第1開口部と、丸みを帯びた縁とを有し、前記第2空間は、前記第1開口部に対して垂直な方向に開口した第2開口部を備え、前記第1空間と前記第2空間は、前記反応カセットが回転されると、液体が前記第2空間に流入するように配置されている。前記第3空間は前記第1空間の下方に配置され、上方向に開口した第3開口部を備えており、前記反応カセットが逆方向に回転されると、前記液体が前記第3空間に流入し、前記第3空間内には前記液体の乱流を形成するための複数の突起が設けられる。前記仕切り壁が前記第2開口部と前記第3開口部とに接続され、前記第2空間と前記第3空間との間の液体流路として作用する。
本発明の別の一態様によれば、生化学アッセイ装置は生化学アッセイ用反応カセットとサンプリング部材とを含み、前記反応カセットが、第1空間、第2空間、第3空間及び第1仕切り壁を含み、前記第1空間は、液体を収容するために用いられ、上方向に開口した第1開口部と、丸みを帯びた縁とを有し、前記第2空間は、前記第1開口部に対して垂直な方向に開口した第2開口部を備え、前記第1空間と前記第2空間は、前記反応カセットが回転されると、液体が前記第2空間に流入するように配置されている。前記第3空間は前記第1空間の下方に配置され、上方向に開口した第3開口部を備えており、前記反応カセットが逆方向に回転されると、前記液体が前記第3空間に流入し、前記第3空間内には前記液体の乱流を形成するための複数の突起が設けられる。前記第1仕切り壁が前記第2開口部と前記第3開口部とに接続され、前記第2空間と前記第3空間との間の液体流路として作用する。前記サンプリング部材は前記反応カセットに組み込まれ、液体試料を引き込むためのサンプリング管と、内部に吸収材が入れられた吸収区域と、液体試薬を格納するための格納容器とを含む。
本発明の他の態様は、次の記述の一部分において説明されている、または説明から明らかになる、あるいは本発明の実施によって確認することができる。本発明の側面は、添付の特許請求の範囲において特に指摘されている要素及び組み合わせによって理解及び実現される。前記の一般の記述及び次の詳細な説明はいずれも例示的なもの及び説明のためだけのものであり、本発明を限定するものではないと理解すべきである。
本発明の前述の側面及び付随する利点は、添付の図面を組み合わせて以下の詳細な説明を参照することでよりよく理解されたときに完全に明らかになろう。
(A)〜(C)は本発明の実施例に基づく生化学アッセイ装置を示す分解斜視図。 本発明の実施例に基づく反応カセットの超音波微細溝を示す平面図。 本発明の一実施例に基づく生化学アッセイ装置を示す正面写真。 本発明の一実施例に基づく生化学アッセイ装置を示す背面写真。 (A)〜(B)は本発明の実施例に基づく生化学アッセイ装置を示す透視図。 組み立て後の本発明の生化学アッセイ装置を示す側面図。 本発明の生化学アッセイ法の手順を示す透視図。 本発明の生化学アッセイ法の手順を示す透視図。 本発明の生化学アッセイ法の手順を示す透視図。 本発明の生化学アッセイ法の手順を示す透視図。 本発明の生化学アッセイ法の手順を示す透視図。 本発明の生化学アッセイ法の手順を示す透視図。
本発明は、より便利かつ安全に液体の成分を分析するプロセスを実施するためのアッセイ装置及びこのアッセイ装置を用いた測定法を開示する。本発明について以下で図1から図12を参照して詳細に説明する。ただし、図中の要素群は必ずしも縮尺通りに描かれておらず、類似の参照符号は類似の要素を表すとは限らない。以下の説明における装置、要素、方法は本発明を説明するためのものであり、本発明を限定するものではないと理解されなければならない。
図1(A)〜(C)に本発明の実施例に基づく生化学アッセイ装置100の立体分解図を示す。本発明の生化学アッセイ装置100は、サンプリング部材102、反応カセットベース104、及び前記反応カセットベースを密閉するカバー105を含む。前記生化学アッセイ装置100は射出成型により形成された光学グレードのプラスチックから成ることが好ましい。反応カセットの表面は粗化または磨り加工により側光の干渉を排除する。反応カセットベース104の壁面上に小さい溝または溝線(141、図2参照)が形成され、反応カセットベース104とカバー105が超音波で組み立てられた後緊密に接合される。さらに、前記カバー105の磨り加工された表面上にバーコードタグ106が付着される。光学測定区域107を介して分析手順を実行する測定装置に前記生化学アッセイ装置を挿入した後、測定装置が前記バーコードタグ106に格納された内蔵パラメータを検出することができる。また、前記バーコードタグ106は暗号化または非暗号化したものとしてもよい。
サンプリングカートリッジなどの前記サンプリング部材102は、多様な種類の液体試薬を格納するために用いる格納容器112と、吸収材が配置された吸収区域120を含む。前記吸収区域120の側面上に前記反応カセットに設けたラッチ151に対応する突起部126が設けられる。前記ラッチ151は前記サンプリング部材の挿入時これを固定して安定的に保持することができ、それにより再使用を防止し、汚染や誤測定の問題を一部減少することができる。さらに、前記突起部126に傾斜ガイド面125が形成され、組み立て時の円滑さが向上される。また、ガイド部材115が格納容器112上に配置され、前記サンプリング部材102と前記反応カセット104の組み立て時に前記サンプリング管114が前記第1空間130に揃うようにする。
前記サンプリング管114は液体試料(血液試料など)を引き込むために用いられる。前記液体試料は毛管現象により前記サンプリング管114に引き込むことが好ましい。液体試薬はアルミ箔によって格納容器112内に密閉することができる(図1(A)に示さない。図4の要素316を参照)。前記サンプリング管114に隣接する横梁113上に突起体116が設けられる。前記サンプリング部材102が前記反応カセット104に挿入されるとき、前記アルミ箔が前記反応カセット104に対して擦れ、自動的に除去される。前記突起体116が前記カセット104背面の上縁162に対して引っ掛かりとして作用し、横梁113と共に折れてアルミ箔を剥離する。突起体116と横梁113の補助により、アルミ箔が均一かつ円滑に剥離可能となり、真空効果をなくし、かつ、液体試薬の残留も生じない。
図1(B)に示すように、内部空間において、反応カセット104は吸収空間143を画定する仕切り壁150を含む。前記反応カセット104はさらに第1空間130、第2空間132及び第3空間134を含み、前記各第1空間130、第2空間132及び第3空間134は液体試薬を収容する機能を有する。液体が円滑に流動するように、前記第2空間132と前記第3空間134との間に第1斜面172が設けられる。液体が円滑に流動するように、前記第3空間と前記吸収区域との間に第2斜面174が設けられる。さらに、第1曲面152aと第2曲面152bが設けられ、前記第1空間内に丸みを帯びた縁が形成される。丸みを帯びた縁を有する前記第1空間は、液体試薬が前記第1空間から前記第2空間へと円滑に流れるためのチャネルを提供できる。前記第3空間には複数の突起137が設けられ、液体試薬が前記第3空間に流入した後、前記複数の突起137が障害物となることで流れに乱流が生じ、それにより試薬間の反応速度が向上され、測定精度が改善される。
図2に本発明の一実施例に基づく超音波微細溝を示した反応カセットの平面図を示す。反応カセットベースの壁面上に小さい溝または溝線141が形成され、前記カバーと前記反応カセットベースが超音波密封により接合される。超音波により即座に接触領域において熱が生成され、確実に接合された反応カセットが得られる。
図3と図4に本発明の一実施例に基づく生化学アッセイ装置300の正面及び背面写真をそれぞれ示す。本実施例において、生化学アッセイ装置300はいずれも透明材料から成るサンプリング部材302と反応カセット304を含み、前記サンプリング部材302はさらにアルミ箔316を含み、液体を確実に密封する。
図5(A)及び(B)に本発明の実施例に基づく生化学アッセイ装置100の透視図を示す。本発明の生化学アッセイ装置100は、サンプリング部材102と反応カセット104を含む。前記サンプリング部材102は、サンプリング管114、さまざまな種類の液体試薬を格納するために用いる格納容器112、吸収材122が配置された吸収区域120を含む。前記吸収区域120は開口を備えた中空のシリンダーである。前記吸収区域120の開口は、前記吸収材122の取り出しと挿入を容易にするために前記吸収区域120の底部に配置してもよい。前記吸収材122は、綿、スポンジ、フィルタ紙などの任意の吸収性の高い材料とすることができる。
前記サンプリング管114は液体試料(血液試料など)を引き込むために用いられる。前記液体試料は毛管現象により前記サンプリング管114に引き込むことが好ましい。本実施例において液体試料は血液試料であり、格納容器112内に格納される液体試薬の種類は血液試料のどの成分(例えばグルコース、コレステロール、ウイルスなど)を試験するかによって異なる。例えば、前記液体試薬は抗体溶液または反応酵素溶液とすることができる。液体試薬はアルミ箔によって格納容器112内に密封することができる(図示しない)。ここで理解すべきは、前記アルミ箔はプラスチック膜や防水紙など、変形可能で液体を密閉する機能を備えたその他柔軟な材料で置き換えてもよいことである。前記サンプリング管114に隣接する横梁113上に、前記アルミ箔に一端が付着された突起体116が設けられる。図6に生化学アッセイ装置の組み立て後の側面図を示す。前記サンプリング部材102が前記反応カセット104に挿入されるとき、前記アルミ箔が前記反応カセット104に対して擦れて自動的に取り除かれる。前記サンプリング部材と前記反応カセットが組み立てられるとき、前記突起体116が引っ掛かりとして作用して前記アルミ箔を剥離する。前記突起体116が前記カセット104背面の上縁162に引っ掛かり、横梁113と共にアルミ箔を剥離する。サンプリング部材102と反応カセット104の組み立て手順は試料の取り扱い手順において二次汚染を生じないよう、十分に注意を払う必要がある。
さらに、前記サンプリング部材102は使用者がサンプリング部材102を容易に扱えるようにハンドル部110を含むことができる。図5(A)に示すように、前記ハンドル部110は円弧形に形成することが好ましいが、使用者がサンプリング部材102を容易に手に持ち、操作できる限り、他の形状を適用してもよい。
図5(B)に示すように、前記反応カセット104は、内部空間を画定する外壁140と、内部空間につながる2つの入口142,144を含む。内部空間内では、前記反応カセット104がさらに仕切り壁150、仕切り壁152、仕切り壁154、仕切り壁156、仕切り壁158、第1空間130、第2空間132及び第3空間134を含む。前記第1空間130、第2空間132及び第3空間134はそれぞれ液体を収容する機能を有する。
前記第1空間130は第1開口部131を備え、前記第2空間132は第2開口部133を備えている。前記第1開口部131は上方向を向いており、即ち前記第1開口部131の方向は垂直方向において上を向いており、一方前記第2開口部133は前記第1開口部131の方向に対して垂直方向を向いている。前記第1空間130及び前記第2空間132は、前記反応カセット104が回転されると、第1空間130内の液体が前記第2空間132に流入するように配置されている。図5(A)に示す実施例において、前記反応カセット104を時計回りに回転させると、前記第1空間130内の液体が前記仕切り壁152を通って重力の影響を受けて前記第2空間132に流入する。前記第2空間132から延伸された仕切り壁154は、液体が前記第1空間130から前記第2空間132に流入するとき、所望の流路の外に漏れ出ないように防止する。前記第3空間134は前記第1空間130の下方に配置され、前記第1空間130の方向と同じ方向において第3開口部135を備えている。前記第2開口部133と前記第3開口部135の両方に接続された前記仕切り壁156は、前記第2空間132と前記第3空間134間の液体流路として機能する。
図5(A)及び(B)に示すように、前記仕切り壁150は入口142と入口144両方の下方に配置され、反応カセット104に挿入されるサンプリング部材102をガイドする。前記仕切り壁150の位置及び角度は、サンプリング部材102の構造に基づいて変更することができる。さらに、前記第3開口部135に接続された前記仕切り壁158は、サンプリング部材102が反応カセット104に挿入されたとき、前記第3空間134と吸収区域120間の液体流路として機能する。
前記サンプリング部材102の背面を密封するアルミ箔は、サンプリング部材102が反応カセット104に挿入されるときに素早く簡単に取り除くことができ、それにより格納容器112内に格納された液体試薬及びサンプリング管114内に含まれる液体試料が、第1空間130に流入する。前記第1空間130内で液体試薬と液体試料を混合し相互に反応させた後、前記反応カセット104を回転させると、重力によって液体試薬と液体試料の混合物を前記第1空間130から前記第2空間132に流入させることができる。その後、前記第2空間132内の混合物に対して光学測定(例えば光学密度(O.D.)測定など)を実施し、混合物の性質を判定することができる。続いて、前記反応カセット104を回転させ、前記仕切り壁156を介して液体試薬と液体試料の前記混合物を重力により第3空間134に移動させる。前記第3空間134の内部表面を反応物質(抗体や酵素など)層で事前に被覆しておき、それにより前記液体試料、液体試薬及び反応物質を前記第3空間134内で混合させて相互に反応させることができる。次に、前記反応カセット104を再度回転させ、前記仕切り壁156を介して前記液体試料、液体試薬及び反応物質の混合物を前記第2空間132に移動させ、その後第2の光学測定を行うことができる。光学測定を完了した後、前記反応カセット104を回転させ、前記仕切り壁156,158を介して前記サンプリング部材102の吸収区域120へ前記混合物を移動させ、前記吸収材122に吸収させる。最後に、前記吸収材122を反応カセット104から取り出すことで、反応カセット104から廃液を容易に取り除くことができる。
前記サンプリング部材102と組み合わせた後、前記反応カセット104は測定器具(図示しない)に入れることができる。測定器具は前記反応カセット104をあらかじめ定めた規則に従い時計回りまたは反時計回りに回転させ、液体試料、液体試薬及び反応物質を混合して相互に順に反応させることができる。それに応じて、前記反応カセット104が誤った方向で測定器具に配置されることを防止するために、前記反応カセット104はさらにポカよけ160を含むことができる。一実施例において、前記ポカよけ160は外壁140に接続された突出部である。
前記反応カセット104はガラス、樹脂、またはその他透明の材料を使い、射出成型法などの既知の方法で製作することができる。一実施例において、前記反応カセット104は一体成型法で製作される。
図7から図12に生化学アッセイ法の手順を表す図を示す。正確な分析結果を得るためには適切な混合が不可欠である。図7に示すように、液体試薬がサンプリング部材502内に格納され、液体試料がサンプリング部材502に取り込まれ、前記反応カセット504の第3空間534表面には反応物質580が塗布される。前記サンプリング部材502が前記反応カセット504に挿入されると、前記液体試薬と前記サンプリング部材502内の液体試料が、図7に矢印で示す方向に前記反応カセット504の第1空間530内に流入する。前記液体試薬と前記液体試料は前記反応カセット504を振動させることでより均一に混合させることができ、その後相互に反応して第1液体混合物570が形成される。一般に、前記反応物質580は通常の条件下で実質的に流動性のない薄膜であり、したがって前記反応カセット504の回転中も流動しない。一実施例において、前記反応物質580はコーティングやスプレー法など既知の方法により前記第3空間534の表面上に形成することができる。
次に、図8に示すように、前記反応カセット504が時計回りに回転され、それにより前記第1液体混合物570を図8に矢印で示す方向に前記反応カセット504の第2空間532に流入させることができる。一実施例において、回転角度は約70度から約110度が好ましく、約90度がより好ましいが、これに限らない。次に、前記第2空間532内の前記第1液体混合物570に対して光学測定が実施される。一実施例において、前記第2空間532内の第1液体混合物570の光学密度の測定は、660nmの波長を持つ光を使用して実施することが好ましい。続いて、図9に示すように、前記反応カセット504が反時計回りに回転され、それにより前記第1液体混合物570を図9に矢印で示す方向に反応カセット504の第3空間534に流入させることができる。一実施例において、回転角度は約70度から約110度が好ましく、約90度がより好ましいが、これに限らない。
次に、前記反応カセット504を振動させることにより、前記第1液体混合物570を前記第3空間534内の反応物質580とより均一に混合することができ、その後相互に反応させて第2液体混合物570'を形成する。続いて、図10に示すように、前記反応カセット504が時計回りに回転され、それにより液体試薬、液体試料及び反応物質から成る前記第2液体混合物570'を前記反応カセット504の第2空間532に流入させることができる。一実施例において、回転角度は約70度から約110度が好ましく、約90度がより好ましいが、これに限らない。次に、前記第2空間532内の第2液体混合物570'に対して光学測定が実施される。一実施例において、前記第2空間532内の第2液体混合物570'の光学密度の測定は、660nmの波長を持つ光を使用して実施される。後続の分析と比較に用いるために測定された光学信号を電気信号に変換し、液体試料中の特定の成分の比率または濃度を判定することができる。両方の光学測定が第2空間532内で実施されるため、反応カセット504の材料の透明度または透過率におけるばらつきによって引き起こされる測定の偏差をなくすことができる。
その後、図11と図12に示すように、前記反応カセット504が反時計回りに回転され、それにより前記第2液体混合物570'を第3空間534に流入させ、さらに前記サンプリング部材502の吸収区域520に流入させることができる。従って、前記第2液体混合物570'を前記吸収区域520内の吸収材522に吸収させ、廃液を閉じ込めて環境汚染や人体への有害な影響を発生しないようにすることができる。一実施例において、回転角度は約160度から約200度が好ましく、約180度がより好ましいが、これに限らない。
測定プロセス中、前記反応カセット504の回転は、前記液体試料、液体試薬及び反応物質が反応と測定の手順を実施するために前記反応カセット504内の1つの空間から別の空間へと所望の順序で移動できるように、あらかじめ定めた規則に従い測定器具(図示しない)によって自動的に実施することができる。従って、図7から図12に示す方法を通して使用者の操作負荷を減らすことができ、例えば使用者が液体試料への試薬の添加操作を行う必要がない。一方、各手順における回転角度は約90度及び約180度とすることができ、操作が簡単であると共に、測定法の回転手順は測定器具が利用できないときでも容易に手動で行うことができる。さらに、分析手順後に残る廃液は反応カセット504を回転させることで簡単に収集して処理することができる。まとめると、本明細書で開示するアッセイ装置及び測定法は、使用者の利便性を高め、人為的なミスを減らし、廃液の簡単で安全な処理方法を提供することができる。
上述の説明は本発明の最良の実施例に関するものであり、本発明の請求項に制限されない。本発明の要旨を逸脱しない同等の修正や変更は本発明の特許請求の範囲に含まれる。

Claims (9)

  1. 生化学アッセイ装置であって、生化学アッセイ用反応カセットとサンプリング部材とを含み、
    前記生化学アッセイ用反応カセット、第1空間と、第2空間、第3空間及び第1仕切り壁を含み、
    前記第1空間は、液体を収容するために用いられ、上方向に開口した第1開口部と、丸みを帯びた縁とを有し、
    前記第2空間は、前記第1開口部に対して垂直な方向に開口した第2開口部を備え、前記第1空間と前記第2空間は、前記反応カセットが回転されると、前記液体が前記第2空間に流入するように配置され、
    前記第3空間は前記第1空間の下方に配置され、上方向に開口した第3開口部を備え、前記反応カセットが逆方向に回転されると、前記液体が前記第3空間に流入し、前記第3空間内には前記液体の乱流を形成するための複数の突起が設けられ、
    前記第1仕切り壁が前記第2開口部と前記第3開口部とに接続され、前記第2空間と前記第3空間との間の液体流路として作用し、
    前記サンプリング部材は前記反応カセットに組み込まれ、液体試料を引き込むためのサンプリング管と、内部に吸収材が入れられた吸収区域と、液体試薬を格納するための格納容器とを含前記格納容器はアルミ箔で密封されており、
    前記サンプリング部材は、前記サンプリング管横に配置された横梁上に設けられ、かつ、前記アルミ箔に一端が付着された突起体をさらに含み、前記突起体が前記サンプリング部材と前記反応カセットの組み立て時に引っ掛かりとして作用して、前記アルミ箔を剥離する
    ことを特徴とする、生化学アッセイ装置。
  2. 前記反応カセットが光学グレードの透明材料から成ることを特徴とする、請求項に記載の生化学アッセイ装置。
  3. 前記第2空間と前記第3空間との間に、前記液体を円滑に流動させるための第1斜面が形成されることを特徴とする、請求項に記載の生化学アッセイ装置。
  4. 前記第3空間と前記吸収区域との間に、前記液体を円滑に流動させるための第2斜面が形成されることを特徴とする、請求項に記載の生化学アッセイ装置。
  5. さらに内部空間を画定する外壁を含み、前記第1空間、前記第2空間、前記第3空間及び前記仕切り壁が前記内部空間内に配置され、前記外壁が前記第1空間の上方に位置する入口を含むことを特徴とする、請求項に記載の生化学アッセイ装置。
  6. 前記外壁に接続された突出部を含み、前記反応カセットが誤った方向に測定器具に配置されることを防止することを特徴とする、請求項に記載の生化学アッセイ装置。
  7. 前記サンプリング部材が入口から前記反応カセットに挿入され、前記反応カセットがさらに、
    前記第3空間に接続され、前記第3空間と前記吸収区域との間の液体流路として作用する第2仕切り壁と、
    2つの副入口を分離し、サンプリングカートリッジを前記反応カセットにガイドする第3仕切り壁と、
    を含むことを特徴とする、請求項に記載の生化学アッセイ装置。
  8. 前記サンプリング部材が前記吸収区域の表面上に1組の突起部を備え、前記第3仕切り壁が、前記サンプリング部材と前記反応カセットの組み立て時に前記1組の突起部の間に係止される延伸端を含むことを特徴とする、請求項に記載の生化学アッセイ装置。
  9. 前記格納容器上にガイド部材が設けられ、前記サンプリング部材と前記反応カセットの組み立て時に、前記サンプリング管が前記第1空間に揃うように構成したことを特徴とする、請求項に記載の生化学アッセイ装置。
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