JP2018529984A5

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Publication number: JP2018529984A5
Application number: JP2018530455A
Authority: JP
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2019-05-23
Anticipated expiration: 2036-08-30

Description

サンプル前処理システム及びその制御方法

本発明は，サンプル前処理システム及びその制御方法に関し，より詳細には，サンプル前処理過程での作業者のエラーを減らして試験結果の信頼性を確保し，前処理過程を簡便かつ容易に行うことができ，前処理されたサンプルの定量吐出が可能なサンプル前処理システム及びその制御方法に関する。

一般に，流体試料の分析は，化学及びバイオテクノロジーの分野だけでなく，患者から採取した血液，体液の分析による診断分野などで広く用いられている。

近年では，このような流体試料の分析をより簡便かつ効率よく行うために，小型化された様々な種類の分析及び診断装備と技術が開発されている。

一方，このような流体試料を分析する方法において重要なことの一つは，流体試料を前処理することである。

ここで，流体試料の前処理とは，流体試料の分析の前に所望の量のサンプルを抽出して，例えば，希釈バッファーなどにこれを適正の割合で正確に処理するか，固体，液体状態の反応試薬との混合，充填，又は支持体を活用した分離及び精製を行うことをいう。

通常，このためにピペット又はスポイトを使って流体試料を前処理するが，lab-on-a-chip又はlab-on-a-tip単位のサンプル分析において，前処理に用いられる試料の量はごく少量であり，また，非常に正確に処理されなければならないため，作業者が直接ピペット又はスポイトを使って所望の極少量のサンプルを正確に前処理することは容易ではない。

しかも，現場検査手法では，採取した試料を前処理し，これをさらに測定機器に投入する段階を経るが，投入段階でもう一度印加する試料量の誤差の問題が発生する。

よって，極少量の血液ないしその他の試料を前処理するにあたり，作業者のエラーを最小限に抑え，前処理過程を容易かつ簡便かつ簡単に行うことができ，前処理されたサンプルの定量吐出が可能なサンプル前処理システムの必要性が台頭している。

本発明の実施形態は，作業者が直接手作業で行う場合に発生するおそれのあるエラーを最小限に抑え，サンプルの前処理及びテスト結果におけるその正確性及び均一性を確保しようとする。

また，本発明は，サンプルの混合，排出及び診断カートリッジへのローディングの全過程を自動的且つ簡便に行うことにより，作業の利便性を高め，ユーザーに親しい実験環境を提供しようとする。

また，本発明は，サンプル前処理及びローディングにおいてモジュールとカートリッジを自動的に加熱して所望の時間だけ所望の温度に維持することにより，ミックス効率と反応効率を向上させようとする。

また，本発明は，チャンバー内の急激な圧力変化にもサンプルの破裂を防止することができるようにチャンバー内の圧力を均一に維持及び調節しようとする。

また，本発明は，チャンバー内に収容されたサンプルへの熱伝達力を高めることにより，短時間内に所望の温度で加熱してサンプルの混合及び反応効率を高めようとする。

また，本発明は，磁力を利用してサンプルのミックス効果を増加させ，機械的な駆動を最小化しようとする。

また，本発明は，サンプルの前処理と定量吐出及びローディングに対するワンストップ（one-stop）サービスが可能なサンプル前処理システムを提供しようとする。

本発明の一態様によれば，サンプル前処理モジュールが装填されるモジュールホルダーが備えられるホルダー出し入れ部と，前記サンプル前処理モジュールのチャンバーに収容されたサンプルが排出されて装填（loading）されるカートリッジが収納されるカートリッジ収納部と，前記サンプル前処理モジュール内に備えられた永久磁石を回転させるように磁力を生成する磁力生成部と，前記サンプル前処理モジュールの貫通膜を貫通させ，キャップの移動部を加圧して前記サンプルを排出させる貫通及び排出実行部とを含む，サンプル前処理システムが提供される。

前記モジュールホルダーは，前記モジュールホルダーの外側を取り囲むように備えられ，前記サンプル前処理モジュールを加熱するモジュールヒーターを含んでなることができる。

前記貫通及び排出実行部は，前記サンプル前処理モジュールのキャップ縁部を加圧して前記サンプル前処理モジュール内部の貫通膜を突き抜く縁部加圧部と，前記移動部を加圧して前記サンプルを排出させる移動部加圧部とを含んでなることができる。

前記貫通及び排出実行部は，前記縁部加圧部が連結される第１移動バーと，前記移動部加圧部に連結される第２移動バーと，前記第１移動バーと前記第２移動バーを駆動させる第１モーターとをさらに含み，前記第１移動バーと前記第２移動バーは，前記第１モーターの駆動に応じて，互いに遠ざかる方向又は互いに近づく方向に同時に移動するように構成できる。

前記貫通及び排出実行部は，前記縁部加圧部の中央部に形成される通孔をさらに含み，前記移動部加圧部は，前記通孔を通過して移動しながら前記移動部を加圧するように構成できる。

前記磁力生成部は，前記モジュールホルダーの一側に回転可能に設置されるボルテックス（vortexing）磁石と，前記ボルテックス磁石を回転させる第２モーターとを含んで構成できる。

前記カートリッジ収納部は，前記カートリッジが装填され，前記カートリッジを装填又は取り外すカートリッジホルダーと，前記カートリッジホルダーを装填又は取り外す位置へ移動させるための駆動力を提供する第３モーターとを含んで構成できる。

前記カートリッジ収納部は，装填された前記カートリッジを加熱するカートリッジヒーターをさらに含み，前記カートリッジヒーターは，前記カートリッジの装填又は取り外しに応じて上昇又は下降するように構成できる。

本発明に係るサンプル前処理システムは，前記カートリッジヒーターの少なくとも一部を取り囲み，前記カートリッジに密着するヒーター連結部をさらに含み，前記ヒーター連結部は，前記カートリッジの反応領域よりもさらに大きい面積を持つように備えられ得る。

前記カートリッジヒーターは，前記カートリッジ反応領域をカバーするヒーター連結部の領域を含む面積を持つように備えられ得る。

前記ヒーター連結部は，前記カートリッジ反応領域に密着するように平らな形状からなることが好ましい。

前記カートリッジヒーターは，前記カートリッジと前記ヒーター連結部との接触面に相応するように平らな形状からなることができる。

本発明に係るサンプル前処理システムは，前記ホルダー出し入れ部は，前記モジュールホルダーを移動し，前記モジュールホルダーに装填されたサンプル前処理モジュールを装填又は取り外す駆動力を提供する第４モーターをさらに含んで構成できる。

本発明に係るサンプル前処理システムは，前記サンプルが排出されるドロップ（drop）回数を感知するカウントセンサーをさらに含んで構成できる。

本発明の他の態様によれば，カートリッジをカートリッジホルダーに装填させた後，カートリッジ収納部に装填する段階と，チャンバー内にサンプルを収容したサンプル前処理モジュールをモジュールホルダーに装填させた後，装填する段階と，前記モジュールホルダーの一側に位置したボルテックス磁石を回転させることにより，前記チャンバー内に備えられた永久磁石を回転させる段階と，前記サンプル前処理モジュールのキャップ縁部を加圧して前記サンプル前処理モジュール内部の貫通膜を突き抜く段階と，前記サンプル前処理モジュールのキャップの移動部を加圧して前記サンプルを排出させることにより，前記カートリッジにサンプルを装填する段階とを含んでなる，サンプル前処理システムの制御方法が提供される。

本発明に係るサンプル前処理システムの制御方法は，前記カートリッジを加熱して一定の温度に維持する段階をさらに含んで構成できる。

本発明に係るサンプル前処理システムの制御方法は，前記モジュールホルダーに装填されたサンプル前処理モジュールを加熱して一定の温度で一定の時間維持する段階をさらに含んで構成できる。

本発明の実施形態は，作業者が直接手作業で行う場合に発生するおそれのあるエラーを最小限に抑え，サンプルの前処理及びテスト結果におけるその正確性及び均一性を確保することができる。

また，本発明は，サンプルの混合，排出及び診断カートリッジへのローディングの全過程を自動的且つ簡便に行うことにより，作業の利便性を高め，ユーザーに親しい実験環境を提供することができる。

また，本発明は，サンプル前処理及びローディングにおいてモジュールとカートリッジを自動的に加熱して所望の時間だけ所望の温度に維持することにより，ミックス効率と反応効率を向上させることができる。

また，本発明は，チャンバー内の急激な圧力変化にもサンプルの破裂を防止することができるようにチャンバー内の圧力を均一に維持及び調節することができる。

また，本発明は，チャンバー内に収容されたサンプルへの熱伝達力を高めることにより，短時間内に所望の温度で加熱してサンプルの混合及び反応効率を高めることができる。

また，本発明は，磁力を利用してサンプルのミックス効果を増加させ，機械的な駆動を最小化することができる。

また，本発明は，サンプルの前処理，定量吐出及びローディングに対するワンストップ（one-stop）サービスが可能なサンプル前処理システムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールの斜視図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールの側面構成図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールを部分的に切り欠いた分解斜視図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールのドッティング部材を示す斜視図及び側面図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールのボディとキャップを示す斜視図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールの排出チップを示す断面図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールの定量吐出のために排出口の直径を求める方式を説明するための構成図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムの斜視図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムのホルダーステージが引き出された状態でサンプル前処理モジュールを装填させた状態を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムのモジュールホルダーを示す斜視図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムのホルダーステージが引き出された状態を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムのホルダーステージが収納された状態を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムの構造を示す縦断斜視図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムの縁部加圧部がキャップ縁部を押し始める状態を示す断面図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムの縁部加圧部がキャップ縁部を加圧して貫通膜が貫通した状態を示す断面図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムの移動部加圧部が移動部を加圧してサンプルを吐出する状態を示す断面図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムの貫通及び排出実行部の作動を示す部分構成図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムの磁力生成部を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムのカートリッジ収納部を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムのカートリッジ収納部のスライドドアが引出又は収納された状態を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムのカートリッジ収納部のスライドドアが引き出された状態を示す平面図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムのカートリッジ収納部の作動構造を示す部分斜視図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムのカートリッジヒーターが上昇又は下降する作動構造を示す構成図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムにカートリッジが収納された状態を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールのドッティング部材に金ナノ粒子をドッティングし，乾燥させる過程を示す構成図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールのチャンバー内にバッファーをドッティングし，乾燥させる過程を示す構成図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールの各パーツを組み立てた状態を示す構成図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールのチャンバーにサンプルを注入した状態を示す構成図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールの永久磁石に磁力を加えてサンプルをミックスする過程を示す構成図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールのキャップ縁部を押して貫通膜を貫通する過程を示す構成図である。本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールキャップの移動部を押してサンプルを排出する過程を示す構成図である。

以下，添付図面を参照して，本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。しかし，本発明は，ここで説明される実施形態に限定されず，他の形態に具体化されることもできる。むしろ，ここで紹介される実施形態は，開示された内容が徹底且つ完全となるように，そして当業者に本発明の思想が十分に伝達されるようにするために提供されるものである。明細書全体にわたって，同一の参照番号は同一の構成要素を示す。

図１は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールの斜視図，図２は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールの側面構成図，図３は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールを部分切開した分解斜視図，図４は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールのドッティング部材を示す斜視図及び側面図，図５は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールのボディとキャップを示す斜視図，図６は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールの排出チップを示す断面図，図７は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールの定量吐出のために排出口の直径を求める方式を説明するための構成図である。

図１乃至図７を参照すると，本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュール１００は，大きく，内部にサンプルを収容するチャンバー１１２を有するボディ１１０と，前記ボディ１１０の一端に結合されるキャップ１２０と，少なくとも一部に試薬がドッティング（dotting）され，前記チャンバー１１２の内部に挿入されるドッティング部材（dotting substrate）１３０と，前記ボディ１１０の他端に移動可能に結合され，前記チャンバー１１２に収容されたサンプルを排出する排出チップ１４０とを含んでなることができる。

本実施形態において，前記ボディ１１０は，一定の高さを有する円筒状からなることができ，前記ボディ１１０内には，やはり円筒状からなる，一定の空間を形成するチャンバー１１２が備えられ得る。もちろん，前記ボディ１１０及びチャンバー１１２の形態は，円筒状に限定されず，必要に応じて様々な形態に変形実施できる。

前記ボディ１１０は，前記チャンバー１１２に収容されたサンプルを加熱するとき，熱伝達力を高めることができるようにその外壁をできる限り薄く形成することが好ましい。

前記ボディ１１０の一側には流入口１１４が備えられ，サンプル又はバッファーがチャンバー１１２に注入できるが，前記ドッティング部材１３０も前記流入口１１４を介してチャンバー１１２に挿入されて収容できる。

前記ボディ１１０の他側には排出チップ１４０が結合され，チャンバー１１２と排出チップ１４０との間には貫通膜１１６が備えられ得る。前記貫通膜１１６は，後述する貫通部１４６によって貫通する前まで排出チップ１４０との連通を遮断することにより，サンプルがチャンバー１１２内に収容できる。

前記貫通膜１１６には，サンプルの注入前にチャンバー１１２内にドッティング（dotting）されたバッファーが塗布された状態で乾燥（drying）され，後で注入されたサンプルがバッファーとミックス（mixing）されて希釈又は混合液を形成する前処理過程を経る。

このとき，貫通膜１１６だけでなく，チャンバー１１２の内壁など，チャンバー１１２の内部に前処理物質を適用することも可能である。

前記ボディ１１０，排出チップ１４０，キャップ１２０及び貫通膜１１６などは，弾性材質の合成樹脂で製造できるが，例えば，ＰＳ（Polystyrene），ＰＰ（Polypropylene）又はＰＥ（Polyethylene）やその他弾性を持つ他の材質も使用可能であり，弾性材質を用いた射出成形によって製造できる。

特に，バッファーとしてビタミンＤ（Vitamin D）が使用される場合には，前記排出チップ１４０の樹脂材質をＰＰで製作することが好ましい。これは溶液の粘性を考慮したもので，ビタミンＤ（Vitamin D）の前処理溶液は，粘性が低いため，排出チップ１４０を疎水性に作って，サンプルが任意に意図せずに流出するのを防止し，定量的に調節されて排出できるようにするためである。

逆に前処理溶液の粘性が高い場合には，前記排出チップ１４０を親水性の材質で製造すると，バッファーと混合されたサンプルの排出が円滑に行われるように構成することができる。

前記ドッティング部材１３０は，サンプルと一緒に前記チャンバー１１２内に収容され，前記ドッティング部材１３０の少なくとも一側には所定の試薬がドッティングされて挿入されることにより，収容されたサンプルが試薬と反応又は混合できる。前記ドッティング部材１３０には，試薬だけでなく，追加のサンプルや前処理物質がドッティングされて挿入できる。

前記ドッティング部材１３０は，ドッティング部材ボディ１３４と，前記ドッティング部材ボディ１３４の一側に延設される少なくとも一つの第１延長部１３６と，前記ドッティング部材ボディ１３４の他側に延設される少なくとも一つの第２延長部１３８とを含んでなることができる。

前記ドッティング部材ボディ１３４は，略四角の多面体形状からなり，前述した試薬は，前記第２延長部１３８に主にドッティングできる。もちろん，これに限定されるものではなく，前記ボディ１３４と第１延長部１３６にも試薬がドッティングされてチャンバー１１２内へ挿入できる。

本実施形態において，前記第１延長部１３６は，二つが前記ドッティング部材ボディ１３４の両側から上方に向かって延設できる。本実施形態において，前記第１延長部１３６を二つに分離して延設する理由は，サンプル注入空間を確保するためであって，ピペット（pipette）がチャンバー１１２の入口に入る空間を設けるためである。前記ドッティング部材１３０を最大限にチャンバー１１２の外壁に密着するように設計したが，誤差が発生しても遊動的に挿し込まれるようにするためである。

前記第２延長部１３８は，前記ドッティング部材ボディ１３４の下部から下方に向かって延設できる。このとき，前記第２延長部１３８は，前記ドッティング部材ボディ１３４との段差をなして下方に延長できる。

もともとドッティングされる試薬は，サンプルが接触する面積内に存在しなければならないが，試薬を第２延長部１３８の表面に滴下したときに拡散しながら乾燥するため，ドッティング面積を局所的に調節することが難しいという問題点がある。しかし，本実施形態では，ドッティング部材ボディ１３４と第２延長部１３８との間に段差が形成されるので，試薬が段差から外れて拡散せずにドッティングできる。

第２延長部１３８の長さは，チャンバー１１２内に収容されるサンプルの水位だけ（又はその以下）延設されることにより，サンプルと試薬とが完全に反応するようにすることができる。すなわち，注入されるサンプルの量に応じて前記第２延長部１３８の面積又は延長長さが調節できる。

もちろん，前記ドッティング部材１３０の形状は，図４に示されたところに限定されるものではなく，必要に応じて様々な形状に変更実施できる。

前記ドッティング部材１３０と一緒に永久磁石１３２がチャンバー１１２の内部へ一緒に挿入できる。本実施形態において，前記永久磁石１３２は，円筒状をし，外部から加えられる磁場の変化に応じて作用する磁気力によって回転することにより，前記サンプルをミックス（mixing）する役割を果たす。このとき，前記永久磁石１３２は，第２延長部１３８によって形成された空間に配置され，サンプルのミックスを行うことができる。

前記永久磁石１３２は，上下方向に沿ってＮ−Ｓ又はＳ−Ｎに着磁されたものであって，前記チャンバー１１２の周辺で電磁石Ｍ（図２９参照）を回転させると，前記永久磁石１３２も円周方向に沿って回転する。

この際，前記電磁石Ｍの回転軸と前記永久磁石１３２の回転軸とは互いに垂直をなす。もし前記電磁石Ｍが前記サンプル前処理モジュール１００の垂直方向の上部又は下部に位置する場合には，前記電磁石Ｍの回転軸と前記永久磁石１３２の回転軸とは互いに水平をなす。

前述したように，前記ドッティング部材１３０の第２延長部１３８には，追加のサンプルがドッティング及び乾燥されて提供できる。例えば，前記第２延長部１３８には，金ナノ粒子（gold nano particle，Ｇ，図２５を参照）がドッティング（dotting）及び乾燥（drying）されてチャンバー１１２内でサンプルと一緒に混合できる。

前記金ナノ粒子Ｇの他にも，様々な前処理物質が使用できるが，ドッティング部材１３０に前処理物質を適用する方法は，前述したドッティング及び乾燥だけでなく，凍結乾燥方法などが選択的に適用できる。

前処理物質は，貫通膜１１６やチャンバー１１２の内壁など，チャンバー１１２の内部にも前述した方法を用いて収容できる。

前記ドッティング部材１３０の全長は，前記チャンバー１１２の長さと一致するように構成できる。よって，前記ドッティング部材１３０は，チャンバー１１２内に挿入されたときに，チャンバー１１２の形状を維持するフレームの役割も一緒に果たすことができる。

前記ボディ１１０の流入口１１４側にはキャップ１２０が結合できる。前記キャップ１２０は，キャップ連結部１２８によって前記ボディ１１０の一側に連結された状態で提供できる。ここで，前記キャップ１２０は，前記チャンバー１１２に連通する中空部１２２と，前記中空部１２２内に移動可能に備えられ，その移動に伴って前記チャンバー１１２内のサンプルを加圧して外部へ排出する移動部１２４とを含んでなることができる。前記移動部１２４は，例えば，ゴム材質のパッキン（packing）からなることができる。

前記中空部１２２は，前記キャップ１２０が前記ボディ１１０と結合されるとき，前記チャンバー１１２に連通することができる。このため，前記キャップ１２０は，前記中空部１２２から延設されるチャンバー連通部１２６を備え，前記チャンバー連通部１２６が前記流入口１１４に挿入されることにより，前記キャップ１２０がボディ１１０に結合されるとともに前記チャンバー１１２と中空部１２２とが互いに連通することができる。

前記中空部１２２内に挿入された移動部１２４を加圧すると，前記移動部１２４がチャンバー１１２の方向に移動しながら，前記チャンバー１１２の内部へ圧力が伝達されてサンプルが外部へ排出できる。

ところが，前述したように，前記チャンバー１１２が貫通膜１１６によって塞がれている状態なので，前処理されたサンプルが排出されるためには，前記貫通膜１１６を先ず突き抜かなければならない構造である。このために，前記排出チップ１４０がチャンバー１１２側へ移動するにつれて前記貫通膜１１６を貫通することにより，前記チャンバー１１２内のサンプルを排出することが可能な排出流路１４９を形成する貫通部１４６が備えられ得る。

図６に示すように，前記排出チップ１４０は，一側の排出部１４２と他側の貫通部１４６とが排出流路１４９によって連通したdouble-pointed構造からなる。具体的に，前記排出チップ１４０は，前記ボディ１１０に設けられた挿入孔１１８に挿入される挿入ボディ１４４を備え，前記貫通部１４６は，前記挿入ボディ１４４の上端から延設される。もちろん，前記貫通部１４６は，移動しながら前記貫通膜１１６を貫通することができるように先端が細くなって尖った形状からなる。

本実施形態において，前記貫通部１４６は，中央部が尖るように両側が対称を成して傾きながら細くなる形状からなることができる。

前記挿入孔１１８の内周側には，円周方向に沿って凸形状をなす係止突条１１９が形成され，前記挿入ボディ１４４の上部には，初期組立の際に，前記係止突条１１９に係止されて排出チップ１４０の追加の移動を制限する係止部１４５が形成できる。

したがって，前記ボディ１１０と排出チップ１４０とを初期に組み立てるとき，一応，前記係止突条１１９に係止部１４５が係止される程度のみまで挿入され，後でサンプルの希釈又は混合過程が完了し，サンプルを排出するときにさらに外力を加えて押し込むことにより，貫通部１４６が貫通膜１１６を突き抜く。

この際，前記貫通膜１１６には，前記貫通部１４６が貫通膜１１６の一定の位置を貫通することができるように案内する貫通ガイド１１６ａが形成できる。図２及び図３に示されているように，前記貫通ガイド１１６ａは，貫通膜１１６の中央部が貫通できるように貫通部１４６を案内する。前記貫通ガイド１１６ａは，前記ボディ１１０と排出チップ１４０とが初期に組み立てられたとき，貫通部１４６が貫通膜１１６の任意の位置を突き抜いてサンプルが漏れる可能性を抑える役割も一緒に果たすことができる。

前記挿入ボディ１４４の下部にはフランジ部１４３が形成される。前記フランジ部１４３が前記ボディ１１０の挿入孔１１８の縁部に係止されるため，前記貫通膜１１６が貫通膜１１６を貫通した後，排出チップ１４０の追加の前進を制限することができる。

このように前記排出チップ１４０の貫通部１４６が貫通膜１１６を貫通した状態でチャンバー１１２内のサンプルが排出できる排出流路１４９が形成され，この状態で，前述したようにキャップ１２０の中空部１２２に備えられた移動部１２４を押圧すると，サンプルが排出部１４２から吐出できる。

この際，吐出されるサンプルの量は，前記移動部１２４の移動距離及び速度によって左右されるが，移動部１２４を作業者が直接押すこともできるが，一定の速度と距離を加えることが可能な装置を構成して適用することにより，吐出量を一定に定量的に維持することができる。

一方，同一の速度と移動距離を適用したときに吐出されるサンプルの量は，排出部１４２の大きさを異ならせることにより調節することができる。前記排出チップ１４０は，前記ボディ１１０に着脱可能に結合されるので，前記排出部１４２は，サンプルの種類及び排出量に適した直径を有する排出部１４２に交換可能である。

また，前記排出部１４２の大きさに応じて吐出されるサンプルの滴容積が変わることができ，前記排出部１４２の直径に応じて吐出される容積の調節が可能となる。

図７に示すように，前記排出部１４２は，前記チャンバー１１２で前処理されたサンプルの種類及び排出量などに応じて対応する直径を有するように形成されることが好ましい。

このため，前記排出部１４２の直径は，球状キャップ（spherical cap）の大きさで求められることができる。例えば，前記排出部１４２の半径をａ，排出されるサンプルの滴ｄの半径をｒ，球状キャップの高さをｈとしたとき，前記サンプル滴ｄの容積ＶはＶ＝４／３πｒ³であり，ｒ＝（ａ²＋ｈ²）／２ｈという式から前記排出部１４２の直径を求めることができる。

また，前記サンプル滴ｄの表面張力で求めることもできる。例えば，Ｗ＝２πｒγ（ここで，Ｗ＝反応した検体滴の重量，ｒ＝吐出路の半径，γ＝表面張力）の式から前記排出部１４２の直径を求めることもできる。

一方，前記貫通部１４６が貫通膜１１６を突き抜くとき，チャンバー１１２内の圧力が急激に増加して，チャンバー１１２に収容されたサンプルが破裂することがある。前記ボディ１１０の外周側に意図せぬ外力が加わるにつれてチャンバー１１２内の圧力が上昇する場合が発生するおそれがある。

このような状況に備えて，前記キャップ１２０の中空部１２２の内壁には，前記チャンバー１１２内の圧力を調節するベンティングライン１２５が形成できる。前記ベンティングライン１２５は，前記中空部１２２の内壁に垂直方向に沿って一定の長さに形成され，チャンバー１１２内の上昇圧力を外部へ排出することにより，チャンバー１１２内の圧力を調節する役割を果たすことができる。

本実施形態において，前記ベンティングライン１２５は，前記中空部１２２の内壁の一側と他側に二つが形成されることにより，一つのベンティングライン１２５が詰まった場合でも，チャンバー１１２内へ圧力を調節する役割を果たし続けることができる。

図８は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムの斜視図，図９は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムのホルダーステージが引き出された状態でサンプル前処理モジュールを装填させた状態を示す斜視図，図１０は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムのモジュールホルダーを示す斜視図，図１１は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムのホルダーステージが引き出された状態を示す斜視図，図１２は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムのホルダーステージが収納された状態を示す斜視図である。

図１乃至図１２を参照すると，本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システム１０００は，前述したサンプル前処理モジュール１００が装填されるモジュールホルダー５２０が備えられるホルダー出し入れ部５００と，前記サンプル前処理モジュール１００のチャンバー１１２に収容されたサンプルが排出されて装填（loading）されるカートリッジ（図示せず）が収納されるカートリッジ収納部４００と，前記サンプル前処理モジュール１００内に備えられた永久磁石１３２を回転させるように磁力を生成する磁力生成部３００と，前記サンプル前処理モジュール１００の貫通膜１１６を貫通させ，キャップ１２０の移動部１２４を加圧して前記サンプルを排出させる貫通及び排出実行部２００とを含んでなることができる。

前記ホルダー出し入れ部５００は，前処理対象であるサンプルを収容したサンプル前処理モジュール１００をサンプル前処理システム１０００内に装填する役割を果たす。図８ではサンプル前処理システム１０００の内部構成がそのまま現れるように示したが，外側を覆うカバー（図示せず）が備えられてもよい。

前記ホルダー出し入れ部５００の詳細な構成を参照すると，前述したように，サンプル前処理モジュール１００が装填されるモジュールホルダー５２０が備えられる。前記モジュールホルダー５２０はホルダーステージ５３０上に設置されるが，前記ホルダーステージ５３０は移動可能に備えられることにより，前記モジュールホルダー５２０を装填又は取り外し位置へ移動させることができる。

前記ホルダーステージ５３０をモジュールホルダー５２０と一緒に移動させることができる駆動力を提供するように，前記ホルダーステージ５３０の一側には第４モーター５１０が備えられ得る。前記第４モーター５１０は，モーターの回転軸に連結された出し入れ部ピニオンギア５１２を回転運動させ，前記出し入れ部ピニオンギア５１２は，前記ホルダーステージ５３０の下部に備えられたラックギア（図示せず）に噛み合って回転運動を水平運動に変換させることにより，ホルダーステージ５３０を水平方向に移動させる。

ここで，前記ホルダーステージ５３０の下部には，ガイドレール５３２が備えられることにより，前記ホルダーステージ５３０の水平移動をガイドすることができる。

最初に前記サンプル前処理モジュール１００を装填させる場合には，前記第４モーター５１０が一方向に駆動してホルダーステージ５３０がガイドレール５３２上でスライドすることにより，外側に引き出される。このとき，サンプル前処理システム１０００の全体カバー（図示せず）上に前記ホルダーステージ５３０が出入りすることが可能なドア（図示せず）が備えられ得る。

外側に引き出されたホルダーステージ５３０のモジュールホルダー５２０上にサンプル前処理モジュール１００を装填させた後は，さらに第４モーター５１０が反対方向に駆動し，それによりホルダーステージ５３０がガイドレール５３２上でスライドして内側に収納される。

このような動作は，ユーザーが外側に備えられたスイッチ（図示せず）を押して行われるように実現することができる。

前記ホルダーステージ５３０上に備えられたモジュールホルダー５２０は，前記サンプル前処理モジュール１００が装填できるように内側に略円筒状の空間を形成する。そして，前記モジュールホルダー５２０の外側には，前記サンプル前処理モジュール１００を加熱するモジュールヒーター５２４が備えられ得る。

具体的に，前記モジュールヒーター５２４は，図１０に示すように，ホルダーボディ５２２の外側を囲む熱線からなり，電流が流れるにつれて発熱することにより，ホルダーボディ５２２の内側に装填されたサンプル前処理モジュール１００を加熱する。

前述したように，本実施形態に係る前記サンプル前処理モジュール１００のボディ１１０は，薄い厚さを有し，熱伝達力が高いため，熱源である前記モジュールヒーター５２４から発散する熱をよく吸収して短時間内に所望の温度でサンプルを加熱することができる。このとき，前記モジュールヒーター５２４とサンプル前処理モジュール１００との間に介在するホルダーボディ５２２も，熱伝導率の良い金属性材質からなることが好ましい。図１０に示すように，前記モジュールヒーター５２４の外側にはヒーターカバー５２６を設置して仕上げる。

前記サンプル前処理モジュール１００の温度及び維持時間は，前処理対象であるサンプルとバッファーの種類が変わり得る。例えば，ビタミンＤ（Vitamin D）の場合，４９℃で１０分間維持し，ＦｒｅｅＴ４及びテストステロン（Testosterone）の場合，３７℃で５分間維持する。

図１３は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムの構造を示す縦断斜視図，図１４は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムの縁部加圧部がキャップ縁部を押し始める状態を示す断面図，図１５は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムの縁部加圧部がキャップ縁部を加圧して貫通膜が貫通した状態を示す断面図，図１６は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムの移動部加圧部が移動部を加圧してサンプルを吐出する状態を示す断面図，図１７は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムの貫通及び排出実行部の作動を示す部分構成図である。

図１３乃至図１７を参照すると，前記貫通及び排出実行部２００は，前記サンプル前処理モジュール１００のキャップ縁部１２９を加圧して前記サンプル前処理モジュール１００内部の貫通膜１１６を突き抜く縁部加圧部２２０と，前記移動部１２４を加圧して前記サンプルを排出させる移動部加圧部２３０とを含んでなることができる。

名称から推測することができるように，前記貫通及び排出実行部２００は，前述したサンプル前処理モジュール１００の貫通膜１１６を貫通する役割と，サンプルが排出できるように加圧する役割とを一緒に果たすことができる。

次に，このような貫通及び排出実行部２００の構成を詳しく考察する。

図１３乃至図１６に示すように，前記縁部加圧部２２０が連結形成される第１移動バー２２２と，前記移動部加圧部２３０に連結形成される第２移動バー２３２がそれぞれ下部と上部に配置できる。すなわち，前記第１移動バー２２２の上部に第２移動バー２３２が備えられる。

前記第１移動バー２２２と第２移動バー２３２は，固定軸２１８上で上下に移動可能に備えられるが，本実施形態では，互いに遠ざかる方向又は互いに近づく方向に同時に移動するように構成される。

前記固定軸２１８と第１移動バー２２２との間及び前記固定軸２１８と第２移動バー２３２との間には，それぞれ第１摺動ベアリング２２６と第２摺動ベアリング２３６が備えられ，前記第１移動バー２２２と第２移動部１２４の移動がスムーズで円滑に行われるようにする役割を果たすことができる。

前記第１移動バー２２２と第２移動バー２３２が移動する駆動力は，一側に備えられた第１モーター２１０が提供することができる。前記第１モーター２１０の回転力は，駆動ギア２１２，２１４によって回転軸２１６へ伝達され，それにより前記回転軸２１６が時計回り又は反時計回りに回転することができる。

図１７に示すように，前記回転軸２１６が第１移動バー２２２と第２移動バー２３２に接する部分にはねじ山（screw thread）が形成され，前記第１移動バー２２２と第２移動バー２３２にもそれに対応するようにねじ山が形成され得る。このとき，ねじ山の回転方向は，第１移動バー２２２と第２移動バー２３２とが互いに反対方向となるように形成されることが好ましい。

このように第１移動バー２２２側のねじ山と第２移動バー２３２側のねじ山とが互いに反対方向に形成されると，前記回転軸２１６が回転するとき，前記第１移動バー２２２と第２移動バー２３２は互いに反対方向に移動する。

例えば，図１７（ａ）に示すように，前記回転軸２１６が反時計回りに回転すると，前記第１移動バー２２２と第２移動バー２３２は互いに近づく方向に移動する。そして，図１７（ｂ）に示すように，前記回転軸２１６が時計回りに回転すると，前記第１移動バー２２２と第２移動バー２３２は互いに遠ざかる方向に移動する。

前記第１移動バー２２２と第２移動バー２３２の駆動は，上述したような方式で行われ，それにより前記縁部加圧部２２０と移動部加圧部２３０がそれぞれの役割を果たす。

前記縁部加圧部２２０と移動部加圧部２３０は，前記モジュールホルダー５２０が装填されたとき，サンプル前処理モジュール１００の垂直上方に一列に整列できる。

前記縁部加圧部２２０は，図１３乃至図１６に示すように，第１移動バー２２２の端部に形成され，サンプル前処理モジュール１００のキャップ１２０の上面，特にキャップ縁部１２９を押すことが可能な形状からなることができる。

前記移動部加圧部２３０は，第２移動バー２３２の端部に連結結合されるが，下部に長く延長された円筒状のバー（bar）形状からなり，前記キャップ１２０の中空部１２２に位置した移動部１２４を押すことができるように備えられる。

このとき，前記縁部加圧部２２０と移動部加圧部２３０とが互いに干渉しないように前記縁部加圧部２２０の中央側には通孔２２４が形成され，これにより前記移動部加圧部２３０が前記通孔２２４を通過して移動しながら前記移動部１２４を加圧することができる。

このように構成された縁部加圧部２２０と移動部加圧部２３０の作動過程を考察すると，まず，図１４に示すように，サンプル前処理モジュール１００がモジュールホルダー５２０に装填されると，サンプル前処理モジュール１００，縁部加圧部２２０及び移動部加圧部２３０が垂直に整列される。このとき，前記サンプル前処理モジュール１００の排出チップ１４０は，一部のみ挿し込まれた状態で，排出チップ１４０の上端の貫通部１４６が貫通膜１１６を貫通していない状態である。

この状態で第１モーター２１０が駆動して回転軸２１６が一方向に回転すると，前記第１移動バー２２２と第２移動バー２３２は互いに遠ざかる方向に移動し，それにより前記縁部加圧部２２０が下部に移動しながら前記サンプル前処理モジュール１００のキャップ縁部１２９を加圧する。

前記縁部加圧部２２０がキャップ縁部１２９を押すと，サンプル前処理モジュール１００のボディ１１０が下部に下降し，前記貫通膜１１６が貫通部１４６によって突き抜かれる。

その後，前記第１モーター２１０の駆動方向が変わると，回転軸２１６が反対方向に回転し，それにより，図１６に示すように，第１移動部１２４と第２移動部１２４は互いに近づく方向に移動する。

このとき，前記移動部加圧部２３０は，前記縁部加圧部２２０の中央部に形成された通孔２２４を通過して下方に移動しながら，前記キャップ１２０の中空部１２２に位置した移動部１２４を押す。

前記移動部１２４が下方に移動しながら加圧すると，チャンバー１１２内のサンプルが前記排出部１４２を介して排出される。このように排出されたサンプルは，後述する流体分析用カートリッジ１０（図２４参照）にドロップして診断および分析に活用される。

このように貫通膜１１６の貫通とサンプルの排出を自動化することにより，ユーザーの利便性を増大することができるだけでなく，サンプルの排出の際に移動部加圧部２３０を機械的な制御によって一定の速度で一定の距離だけ移動して加圧するように実現することができる。

また，移動部加圧部２３０の移動速度と移動距離を，サンプルの種類や粘度などの物性に応じて，所望するだけ正確に変更することができるので，ヒューマンエラー（human error）を最大限排除し，常に定量吐出が可能である。

前述したように，吐出されるサンプルの量は，サンプル前処理モジュール１００の移動部１２４の移動距離及び速度によって左右されるが，移動部１２４を,前記移動部加圧部２３０を介して一定の速度及び距離で加圧することにより，吐出される量を一定に定量的に維持することができる。

一方，本発明に係るサンプル前処理システム１０００は，前記サンプルが排出されるドロップ（drop）回数を感知するカウントセンサー６００を備えることができる。前記カウントセンサー６００は，図１４乃至図１６に示すように，前記サンプルがドロップする部分の一側に備えられ得る。

本実施形態において，前記カウントセンサー６００としては，例えば，光ファイバセンサー（optical fiber sensor）が使用できる。光ファイバセンサーは，レンズを除去したアンプに光ファイバケーブルを組み合わせて製造できるが，速い応答速度を得ることができ，超小型物体の検出が可能であり，狭い空間に適用することができるだけでなく，高温に適用可能であるという利点がある。

前記カウントセンサー６００は，前記モジュールホルダー５２０の下部一側，すなわち，サンプル前処理モジュール１００からサンプルがドロップする部分の近くに設置できる。

前記カウントセンサー６００として光ファイバセンサーが使用される場合，発光部からレーザービームを常に照射している状態でサンプルがドロップするたびに，反射されるレーザービームを,受光部を介して検知することにより，ドロップ回数をカウントする。

もちろん，前記カウントセンサー６００は，光ファイバセンサーに限定されるものではなく，サンプルドロップ回数を感知することが可能な如何なるセンサーも適用できる。

図１８は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムの磁力生成部を示す斜視図である。

図１８を参照すると，前記モジュールホルダー５２０の一側には，前記サンプル前処理モジュール１００内に備えられたドッティング部材１３０を回転させるように磁力を生成する磁力生成部３００が備えられ得る。

前記磁力生成部３００は，前記モジュールホルダー５２０の一側に回転可能に設置されるボルテックス（vortexing）磁石３２０と，前記ボルテックス磁石３２０を回転させる第２モーター３１０とを含んでなることができる。

前記第２モーター３１０とボルテックス磁石３２０の回転軸は，プーリー３１２とベルト３１４によって連結されることにより，前記第２モーター３１０の回転力をボルテックス磁石３２０へ伝達することができる。

前述したように，前記チャンバー１１２内に収容された永久磁石１３２は，上下方向にＮ―Ｓ又はＳ−Ｎに着磁され，前記ボルテックス磁石３２０が回転することによる磁場の変化により永久磁石１３２に回転力がかかって回転する。

このとき，前記永久磁石１３２の回転軸は垂直方向であり，ボルテックス磁石３２０の回転軸は水平方向であるため，互いに垂直をなす。

図１９は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムのカートリッジ収納部を示す斜視図，図２０は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムのカートリッジ収納部のスライドドアが引出又は収納された状態を示す斜視図，図２１は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムのカートリッジ収納部のスライドドアが引き出された状態を示す平面図，図２２は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムのカートリッジ収納部の作動構造を示す部分斜視図，図２３は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムのカートリッジヒーターが上昇又は下降する作動構造を示す構成図，図２４は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムにカートリッジが収納された状態を示す斜視図である。

図１９乃至図２４を参照すると，前記カートリッジ収納部４００は，前記カートリッジ１０（図２４参照）が装填され，前記カートリッジ１０を装填又は取り外すカートリッジホルダー４２０と，前記カートリッジホルダー４２０を装填又は取り外し位置へ移動させるための駆動力を提供する第３モーター４１０とを含んでなることができる。

本発明に係るサンプル前処理システム１０００は，外側を覆うカバー（図示せず）の図示が省略されたが，サンプル前処理システム１０００の全体カバー上に前記カートリッジホルダー４２０が出入りすることが可能な出入り口（図示せず）が備えられ得る。

前記カートリッジホルダー４２０は，収納部ボディ１１０の一側下部に備えられた第３モーター４１０の駆動力によって引出又は収納できる。具体的に，前記第３モーター４１０の回転力は，ベルト，プーリー及び駆動ギアの組み合わせによって収納部ピニオンギア４１２へ伝達される。

前記収納部ピニオンギア４１２は，前記カートリッジホルダー４２０に形成された収納部ラックギア４２２と噛み合って動力を伝達する。よって，前記第３モーター４１０の回転軸が一方向又はその反対方向に回転することにより，前記カートリッジホルダー４２０が引出又は収納位置へ移動することができる。

一方，前記カートリッジ収納部４００は，装填された前記カートリッジ１０を加熱するカートリッジヒーター４３０をさらに含んでなるが，前記カートリッジヒーター４３０は，前記カートリッジ１０の装填又は取り外しに応じて上昇又は下降するように構成できる。

このため，前記カートリッジヒーター４３０はヒーター連結部４３２に固定設置され，前記ヒーター連結部４３２は昇降部４３４に結合される。前記昇降部４３４は，前記カートリッジホルダー４２０の収納又は引出に応じて上昇又は下降する昇降運動を行う。

具体的に，図２２に示すように，ラックガイド４４０がさらに備えられるが，前記ラックガイド４４０は，一側に備えられたガイド突起４４４が前記カートリッジホルダー４２０のガイドライン４２４に嵌合された状態で提供される。

前記カートリッジホルダー４２０が動くと，前記ガイドライン４２４の経路に応じて前記ラックガイド４４０が移動する。すなわち，図２１の平面図を基準に，前記カートリッジホルダー４２０が外部へ引き出されるように移動すると，前記ガイドライン４２４に嵌合されたガイド突起４４４により，ラックガイド４４０が図面上で上方に水平移動する。

前記カートリッジホルダー４２０が内側に収納されるように移動すると，前記ガイドライン４２４に嵌合されたガイド突起４４４により，ラックガイド４４０が図面上で下方に水平移動する。このとき，前記ラックガイド４４０の一側に形成されたガイドラックギア４４２が収納部ピニオンギア４１２に噛み合い，さらに安定的な動力伝達が行われ得る。

一方，前記ラックガイド４４０の垂直面の一側には，昇降ガイドライン４４６が形成され，前記昇降部４３４の後面には，前記昇降ガイドライン４４６に挿し込まれて嵌合できる昇降部突起４３６が形成されている。

したがって，図２３に示すように，前記ラックガイド４４０が水平移動すると，前記昇降ガイドライン４４６の経路に沿って昇降部突起４３６が移動し，それにより前記昇降部４３４が上昇又は下降運動を行う。

結局，第３モーター４１０の駆動力によって前記カートリッジホルダー４２０の収納又は引出のための移動が行われるとともに，前記カートリッジヒーター４３０も一緒に昇降運動を行う。

このように構成する理由は，前記カートリッジ１０の下部に配置されるカートリッジヒーター４３０とカートリッジホルダー４２０が収納又は引出のために移動するとき，互いに干渉ないし衝突することを防止するためである。

すなわち，前述のようにカートリッジホルダー４２０を引き出すときにはカートリッジヒーター４３０が下降し，カートリッジホルダー４２０を収納するときにはカートリッジヒーター４３０が上昇するように実現すると，前述したような問題点を解決することができる。

一方，図２４に示すように，前記ヒーター連結部４３２は，前記カートリッジヒーター４３０の少なくとも一部を取り囲むように備えられ，カートリッジヒーター４３０の上昇の際に，前記ヒーター連結部４３２がカートリッジ１０の下部に密着する。

前記ヒーター連結部４３２は，熱伝導性に優れた材質からなることが好ましく，熱源であるカートリッジヒーター４３０からカートリッジ１０へ熱を伝達してカートリッジ１０が加熱できるようにする。

例えば，前記ヒーター連結部４３２は，熱伝導性及び硬度の高いアルミニウム材質が適用できる。銅の場合も，熱伝導性が良いが，硬度が低いため曲がり易いという問題があるので，本実施形態ではアルミニウムをヒーター連結部４３２に適用した。

前記カートリッジヒーター４３０は，非常に熱いので，カートリッジ１０に直接密着する場合，樹脂からなるカートリッジ１０が溶けることがあり，これを防止するために，熱伝導性材質からなるヒーター連結部４３２を介して間接的に加熱するものである。

ここで，前記ヒーター連結部４３２がカバーする領域は，前記カートリッジ１０の反応領域Ｒであって，前記ヒーター連結部４３２は，前記カートリッジ１０の反応領域Ｒよりもさらに大きい面積を持つように構成されることが好ましい。

そして，前記カートリッジヒーター４３０は，前記反応領域Ｒをカバーするヒーター連結部４３２の領域を含む面積を持つように構成されることが好ましい。

前記カートリッジ１０のサンプル反応領域Ｒは，一定の温度に維持することが必要なので，熱源であるカートリッジヒーター４３０から発散する熱をヒーター連結部４３２が反応領域Ｒに均一且つ十分に伝達することができる役割を果たさなければならない。

このとき，前記ヒーター連結部４３２の熱伝達力を高めるためには，反応領域Ｒより相対的に大きい熱容量を持つように大きい面積に製作されなければならない。もしヒーター連結部４３２が反応領域Ｒの面積よりも小さい場合には，十分な熱伝達が行われないだけでなく，反応領域Ｒ内で熱勾配が発生してカートリッジ１０のチャンネル内の流体流れに不均衡をもたらすおそれがある。

したがって，前記ヒーター連結部４３２は，前記カートリッジ１０の反応領域Ｒよりもさらに大きい面積を持つように構成される。

さらに，このようなヒーター連結部４３２が反応領域Ｒを全てカバーしていても，カートリッジヒーター４３０自体の面積が，前記ヒーター連結部４３２がカバーする領域よりも小さいか或いはずれている場合は，アルミニウムの熱伝導性がいくら良いとしても，ヒーター連結部４３２自体に熱勾配が発生して流体の流れに悪影響を及ぼすおそれがある。

よって，前記カートリッジヒーター４３０は，前記反応領域Ｒをカバーするヒーター連結部４３２の領域を含む面積を持つように構成される。

前記ヒーター連結部４３２は平らな形状からなることが好ましい。そして，前記カートリッジヒーター４３０は，ヒーター連結部４３２との接触面に相応するように平らな形状からなることが好ましい。

このようにカートリッジヒーター４３０とヒーター連結部４３２をカートリッジ１０との接触面に相応するように平らに製作する理由は，接触部位が密着しなければ，空気による熱損失が発生するため，空気層を最小化することができるように密着させるためである。

図２４は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システムにカートリッジが収納された状態を示す斜視図，図２５は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールのドッティング部材に金ナノ粒子をドッティングし，乾燥させる過程を示す構成図，図２６は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールのチャンバー内にバッファーをドッティングし，乾燥させる過程を示す構成図，図２７は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールの各パーツを組み立てた状態を示す構成図，図２８は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールのチャンバーにサンプルを注入した状態を示す構成図，図２９は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールの永久磁石に磁力を加えてサンプルをミックスする過程を示す構成図，図３０は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールのキャップ縁部を押して貫通膜を貫通する過程を示す構成図，図３１は本発明の一実施形態に係るサンプル前処理モジュールキャップの移動部を押してサンプルを排出する過程を示す構成図である。

以下，図１乃至図３１を参照して，本発明の一実施形態に係るサンプル前処理システム１０００を用いたサンプル前処理過程について考察する。

まず，図２４に示すように，カートリッジ１０をカートリッジ収納部４００に装填させた後，収納する。前記カートリッジ１０を収納するとき，前述したように，下降していた前記カートリッジヒーター４３０が上昇して前記カートリッジ１０の下部に密着する。

前記カートリッジヒーター４３０によって前記カートリッジ１０が一定の温度に加熱されるが，前記カートリッジ１０で抗原抗体反応が円滑に行われるように，カートリッジ１０の温度は例えば約３２℃に維持できる。

図２５に示すように，サンプル前処理モジュール１００に挿入するドッティング部材１３０の第２延長部１３８に追加のサンプルをドッティングする。本実施形態では，前記第２延長部１３８に金ナノ粒子Ｇをドッティングし，乾燥させる。

次に，図２６に示すように，前記サンプル前処理モジュール１００のチャンバー１１２内の貫通膜１１６上にリリースバッファー（release buffer）をドッティングし，乾燥させる。このとき，ビタミンＤモード（vitamin D mode）ではビタミンＤ（vitamin D）がバッファーとして使用できる。

その後，図２７に示すように，サンプル前処理モジュール１００の各パーツを組み立てる。すなわち，前記チャンバー１１２内に永久磁石１３２とドッティング部材１３０を配置し，前記ボディ１１０に排出チップ１４０を結合する。このとき，前記排出チップ１４０は，貫通部１４６が貫通膜１１６を貫通しないように一部のみ挿入された状態である。前記キャップ１２０の中空部１２２内に移動部１２４を挿し込む。

図２８に示すように，前記チャンバー１１２内にサンプルを注入してからキャップ１２０を閉じた後，サンプル前処理システム１０００のモジュールホルダー５２０にサンプル前処理モジュール１００を装填する。

このようにサンプル前処理モジュール１００をサンプル前処理システム１０００に装填した後，図２９に示すようにボルテックス磁石３２０を回転させると，前記永久磁石１３２に磁力が作用して回転し，それによりサンプルの混合が行われ得る。

そして，モジュールヒーター５２４を稼動してサンプルを加熱するが，適用される温度を具体的に，例えば，ビタミンＤモード（vitamin D mode）では４９℃で約１０分間加熱し，ＦｒｅｅＴ４，テストステロン（testosterone）では３７℃で約５分間加熱する。

このように前処理が完了すると，図３０に示すように，前記縁部加圧部２２０がキャップ縁部１２９を下部に押して貫通膜１１６を貫通させる。前記貫通膜１１６を突き抜いた後は，図３１に示すように，前記移動部加圧部２３０が下方に移動しながら，前記キャップ１２０の中空部１２２に位置した移動部１２４を押す。

前記移動部１２４が下方に移動しながら加圧すると，チャンバー１１２内のサンプルが前記排出部１４２を介して定量吐出される。このとき，前記移動部１２４は，前記移動部加圧部２３０によって一定の移動距離及び速度で加圧されるので，吐出される量を一定に定量的に維持することができる。

このように排出されたサンプルは，下部に位置した流体分析用カートリッジ１０にドロップして診断及び分析に活用される。

このとき，図３１に示すように，前述したカウントセンサー６００を用いてドロップ数を感知する。そして，サンプルのローディングに必要な正常ドロップ（drop）回数を予め設定し，正常回数から外れる場合，エラーモード（error mode）と判断することができる。
例えば，次のようにエラーコード（error code）を設定することができる。

（１）エラー１
移動部１２４が最大に押される位置に到達するまで正常ドロップ数が完全にカウントされていない場合，エラーとして認識する。この場合，正常ドロップ数に達していないものと判断する。
エラー発生の原因は，次のとおりである。
−サンプル容量が少ない場合
−カウントセンサー６００の誤作動
−サンプル前処理モジュール１００からサンプルが漏れた場合

（２）エラー２
貫通膜１１６を突き抜く動作の位置で５以上のドロップ数が感知されると，エラーとして認識する。前記位置は，縁部加圧部２２０の下端を基準に位置を座標化して設定する。この場合，正常ドロップ数を超えるものと判断する。
エラー発生の原因は，次のとおりである。
−移動部１２４を押す前に，貫通部１４６が貫通膜１１６を突き抜くタイミングでサンプルが過度に出る
−サンプル前処理モジュール１００の不良

（３）エラー３
正常的にドロップする時間よりも短い時間内にドロップ数が全てカウントされると，エラーとして認識する。たとえば，５ドロップ数を測定する場合，１０秒以内に５ドロップが全てカウントされると，エラーとして認識するように設定することにより，正常よりも速くドロップする現象を感知することができる。この場合，正常ドロップ数を超えるものと判断する。
エラー発生の原因は，次のとおりである。
−移動部１２４を押す前に，貫通部１４６が貫通膜１１６を突き抜くタイミングでサンプルが過度に出る
−サンプル前処理モジュール１００の不良

（４）エラー４
正常動作後，移動部加圧部２３０が初期位置に上がるときにドロップが感知されると，エラーとして判断する。この場合，正常ドロップ数を超えるものと判断する。
エラー発生の原因は，次のとおりである。
−正常動作後，排出チップ１４０に結ばれていたドロップがさらに滴下する場合

（５）エラー５
インキュベーション（incubation）時間が終わって動作し始めたときから正常ドロップが完了した時間内にドロップ数が正常ドロップ数に達していない場合，エラーとして認識する。ここで，正常ドロップが完全に完了したと予想される十分な時間を基準時間として設定して，エラーか否かを判断する。例えば，正常動作時間が約１分３０秒である場合，設定時間は３分とする。この場合，正常ドロップ数に達していないものと判断する。
エラー発生の原因は，次のとおりである。
−サンプル容量が少ない場合
−カウントセンサー６００の誤作動
−サンプル前処理モジュール１００からサンプルが漏れた場合

表１及び表２は，本発明のサンプル前処理モジュール１００を用いて実際前処理及び定量吐出実験を行った結果を示すもので，プラズマ（Plasma）と金粒子（Gold particle）とを混合し，３７℃で５分間維持する条件を適用した。

試験は，表１と表２の両方とも，次のような過程を経て行われた。
（１）ドッティング部材（dotting substrate）に５μＬの金粒子をドッティングし，乾燥させる。
（２）（１）のドッティング部材（dotting substrate）をモジュールに挿入する。
（３）ピペット（Reference 2，エッペンドルフ（eppendorf））を用いて７０μＬの血漿を取り，（２）のモジュールに注入する。
（４）（３）のモジュールを前処理システム機器に挿入する。
（５）（４）のモジュールを前処理システム機器で５分間３７℃で加熱する。
（６）（５）が行われている間，磁気攪拌方式で金粒子（gold particle）と血漿とを３０秒間混合する。
（７）加熱が終わった（６）の溶液を３滴定量吐出させる。
（８）３滴吐出を確認した後，電子はかり（ME204,METTLER TOLEDO）で容量を測定する。

表１及び表２に示すように，吐出量がマイクロ単位であるにも拘わらず，ほぼ一定のレベルを維持し，その標準偏差が１未満であることを確認することができる。

今まで説明した本発明の実施形態に係るサンプル前処理システムは，作業者が直接手作業で行う場合に発生するおそれのあるエラーを最小限に抑え，サンプルの前処理及びテスト結果におけるその正確性及び均一性を確保することができ，サンプルの混合，排出及び診断カートリッジへのローディングの全過程を自動的かつ簡便に行うことにより，作業の利便性を高め，ユーザーに親しい実験環境を提供することができる。

また，サンプル前処理及びローディングにおいてモジュールとカートリッジを自動的に加熱して所望の時間だけ所望の温度に維持することによりミックス効率と反応効率を向上させることができ，チャンバー内の急激な圧力変化にもサンプルの破裂を防止することができるようにチャンバー内の圧力を均一に維持及び調節することができ，チャンバー内に収容されたサンプルへの熱伝達力を高めることにより，短時間内に所望の温度で加熱してサンプルの混合及び反応効率を高めることができる。

また，磁力を利用してサンプルのミックス効果を増加させ，機械的な駆動を最小化することができ，サンプルの前処理，定量吐出及びローディングに対するワンストップ（one-stop）サービスが可能である。

以上，本発明の一実施形態を参照して説明したが，当該技術分野における当業者は，後述する特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で，本発明を多様に修正及び変更実施することができるだろう。よって，変形された実施が基本的に本発明の特許請求の範囲の構成要素を含むならば，いずれも本発明の技術的範疇に含まれると見なすべきである。

Claims

サンプル前処理モジュールが装填されるモジュールホルダーが備えられるホルダー出し入れ部と，
前記サンプル前処理モジュールのチャンバーに収容されたサンプルが排出されて装填（loading）されるカートリッジが収納されるカートリッジ収納部と，
前記サンプル前処理モジュール内に備えられた永久磁石を回転させるように磁力を生成する磁力生成部と，
前記サンプル前処理モジュールの貫通膜を貫通させ，キャップの移動部を加圧して前記サンプルを排出させる貫通及び排出実行部とを含む，サンプル前処理システム。
前記モジュールホルダーは，
前記モジュールホルダーの外側を取り囲むように備えられ，前記サンプル前処理モジュールを加熱するモジュールヒーターを含む，請求項１記載のサンプル前処理システム。
前記貫通及び排出実行部は，
前記サンプル前処理モジュールのキャップ縁部を加圧して前記サンプル前処理モジュール内部の貫通膜を突き抜く縁部加圧部と，
前記移動部を加圧して前記サンプルを排出させる移動部加圧部とを含む請求項１記載のサンプル前処理システム。
前記貫通及び排出実行部は，
前記縁部加圧部が連結される第１移動バーと，前記移動部加圧部に連結される第２移動バーと，前記第１移動バーと前記第２移動バーを駆動させる第１モーターとをさらに含み，
前記第１移動バーと前記第２移動バーは，前記第１モーターの駆動に応じて，互いに遠ざかる方向又は互いに近づく方向に同時に移動することを特徴とする請求項３記載のサンプル前処理システム。
前記貫通及び排出実行部は，
前記縁部加圧部の中央部に形成される通孔をさらに含み，
前記移動部加圧部は，前記通孔を通過して移動しながら前記移動部を加圧することを特徴とする請求項４記載のサンプル前処理システム。
前記磁力生成部は，
前記モジュールホルダーの一側に回転可能に設置されるボルテックス（vortexing）磁石と，
前記ボルテックス磁石を回転させる第２モーターとを含んでなる請求項１記載のサンプル前処理システム。
前記カートリッジ収納部は，
前記カートリッジが装填され，前記カートリッジを装填又は取り外すカートリッジホルダーと，
前記カートリッジホルダーを装填又は取り外し位置へ移動させるための駆動力を提供する第３モーターとを含む請求項１記載のサンプル前処理システム。
前記カートリッジ収納部は，装填された前記カートリッジを加熱するカートリッジヒーターをさらに含み，
前記カートリッジヒーターは，前記カートリッジの装填又は取り外しに応じて上昇又は下降することを特徴とする請求項７記載のサンプル前処理システム。
前記カートリッジヒーターの少なくとも一部を取り囲み，前記カートリッジに密着するヒーター連結部をさらに含み，
前記ヒーター連結部は，前記カートリッジの反応領域よりもさらに大きい面積を持つように備えられることを特徴とする請求項８記載のサンプル前処理システム。
前記カートリッジヒーターは，前記カートリッジ反応領域をカバーするヒーター連結部の領域を含む面積を持つように備えられることを特徴とする請求項９記載のサンプル前処理システム。
前記ヒーター連結部は，前記カートリッジ反応領域に密着するように平らな形状からなることを特徴とする請求項９記載のサンプル前処理システム。
前記カートリッジヒーターは，前記カートリッジと前記ヒーター連結部との接触面に相応するように平らな形状からなることを特徴とする請求項１１記載のサンプル前処理システム。
前記ホルダー出し入れ部は，前記モジュールホルダーを移動し，前記モジュールホルダーに装填されたサンプル前処理モジュールを装填又は取り外す駆動力を提供する第４モーターをさらに含む請求項１記載サンプル前処理システム。
前記サンプルが排出されるドロップ（drop）回数を感知するカウントセンサーをさらに含む請求項１記載のサンプル前処理システム。
カートリッジをカートリッジホルダーに装填させた後，カートリッジ収納部に装填する段階と，
チャンバー内にサンプルを収容したサンプル前処理モジュールをモジュールホルダーに安着させた後，装填する段階と，
前記モジュールホルダーの一側に位置したボルテックス磁石を回転させることにより，前記チャンバー内に備えられた永久磁石を回転させる段階と，
前記サンプル前処理モジュールのキャップ縁部を加圧して前記サンプル前処理モジュール内部の貫通膜を突き抜く段階と，
前記サンプル前処理モジュールのキャップの移動部を加圧して前記サンプルを排出させることにより，前記カートリッジにサンプルを装填する段階とを含んでなる，サンプル前処理システムの制御方法。
前記カートリッジを加熱して一定の温度に維持する段階をさらに含む請求項１５記載のサンプル前処理システムの制御方法。
前記モジュールホルダーに装填されたサンプル前処理モジュールを加熱して一定の温度で一定の時間維持する段階をさらに含む請求項１５記載のサンプル前処理システムの制御方法。