KR100298487B1 - 증폭반응용의폐기가능한이중챔버반응용기,이에대한반응공정스테이션,및이것의사용방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 증폭 시약 혼합물을 함유하는 제 1 챔버, 증폭 효소를 함유하는 제 2 챔버, 및 제 1 및 제 2 챔버를 함께 연결시키는 유체 채널 또는 챔버를 갖는 핵산 증폭 반응용 반응 용기에 관한 것이다. 유체 샘플은 제 1 챔버 내로 도입된다. 변성 및 프라이머 어닐링 과정이 제 1 챔버에서 일어난 후, 유체 채널을 시약 및 유체 샘플의 용액이 제 2 챔버 내로 유동하도록 개방된다. 제 2 챔버는 증폭반응을 위한 최적 온도에서 유지된다.
본 발명은 또한 반응 용기를 혼입시킨 시험 스트립을 처리하기 위한 스테이션에 관한 것이다. 스테이션은 온도 및 진공 제어 서브시스템을 포함하여, 반응용기 내에서 바람직한 온도를 유지시키고, 사람 중개 없이 자동화 방식으로 하나의 챔버로부터 나머지 하나의 챔버로의 유체의 전달을 달성한다.
Description
본 발명은 핵산 증폭 반응을 수행하기 위해 사용도는 장치 및 방법의 분야에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 핵산 증폭 반응용의 신규한 폐기가능한 이중 챔버 반응 용기, 및 반응 용기 내에서 반응을 수행하기 위한 스테이션에 관한 것이다.
핵산 기재 증폭 반응은 유전적 및 감염성 질환의 검출을 위한 연구 및 임상 실험에서 현재 널리 사용되고 있다. 현재 공지된 증폭 방법은 다량의 초기 이차 구조를 수반하는 DNA 증폭 또는 RNA 증폭에 대한 초기 변성 단계(대표적으로, 65℃ 이상의 온도에서 수행됨) 후에, 반응이 변성 온도와 프라이머 어닐링 및 앰플리콘(amplicon) 합성(또는 폴리머라아제 활성) 온도 사이의 온도의 연속적 순환을 통해 수행되는 지, 또는 온도가 효소적 증폭 과정을 전체에 걸쳐 일정하게 유지되는 지의 여부를 기준으로 하여, 2가지 부류로 넓게 분류될 수 있다. 대표적 순환 반응은 폴리머라아제 및 리가아제 연쇄 반응(각각, PCR 또는 LCR)이다. 대표적 등온 반응 방법은 NASBA(핵산 서열 기본 증폭), 전사 중개 증폭(TMA), 및 표준 변위 증폭(SDA)이다. 등온 반응에서는, 초기 변성 단계(필요한 경우) 후에, 반응은 일정한 온도, 대표적으로 효소적 증폭 반응을 최적화시키는 저온에서 일어난다.
열안전성 효소의 발견전의 방법론에서는, 변성을 위해 필요한 승온이 각각의 변성 사이클 동안 폴리머라아제를 불활성화시키기 때문에, 사용되는 온도 순환이 각각의 변성 사이클 후에 새로운 폴리머라아제를 분배해야 하는 필요성에 의해 심하게 제한받았다. PCR 검정 공정의 상당한 단순화가 열안정성 Taq 폴리머라아제의 발견(고온성 수중생물로부터)에 의해 달성되었다. 이러한 개선점은 각각의 증폭 사이클 후에 증폭관을 개방하여 새로운 효소를 첨가할 필요성을 제거하였다. 이것은 오염 위험성 및 효소 관련 비용 둘 모두의 감소를 유도하였다. 열안정성 효소의 도입은 또한, PCR 기술의 비교적 간단한 자동화를 가능하게 하였다. 또한, 새로운 효소는 온도 순환 장치에서 사용하기 위한 간단한 폐기가능한 장치(예를 들어, 단일 관)의 실행을 가능하게 하였다.
TMA는 어떠한 최적 열안정성 변수도 공지되어 있지 않은 2가지 이상의 효소의 결합된 활성을 필요로 한다. TMA 반응에서의 최적 프라이머 어닐링을 위해, 초기 변성 단계(65℃ 이상의 온도에서 수행됨)가 수행되어 표적물의 이차 구조를 제거한다. 반응 혼합물은 42℃의 온도로 냉각되어 프라이머 어닐링된다. 상기 온도는 또한, 내인성 RNase H 활성을 포함하거나 또다른 시약에 의해 대안적으로 제공되는 역전사 효소(RT)와 T7 RNA 폴리머라아제의 결합된 활성을 위한 최적 반응 온도이다. 상기 온도는 하기의 등온 증폭 반응 전체에 걸쳐 42℃로 유지된다. 그러나 증폭 사이클을 진행하는 변성 단계에는, 사용자가 효소의 불활성화를 방지하기 위해 냉각 기간 후에 효소를 첨가해야 한다. 따라서, 변성 단계는 증폭 단계와는 별도로 수행할 필요가 있다.
이러한 실시에 따르면, 시험 샘플, 대조군 샘플 또는 이들 모두를 증폭 시약 혼합물(대표적으로, 누클레오티드 및 프라이머를 함유함)에 첨가한 후에, 관은 65℃ 이상의 온도가 된 후, 42℃의 증폭 온도로 냉각된다. 효소는 수동으로 첨가되어 증폭 반응을 개시한다. 이 단계는 대표적으로 증폭관의 개방을 필요로 한다. 효소를 첨가하기 위한 증폭관의 개방 또는 개방관에 대한 효소의 후속 첨가는 불편할 뿐만 아니라, 또한 오염의 위험성을 증가시킨다.
본 발명은 신규한 이중 챔버 또는 "2부분" 반응 용기, 이에 대한 반응 공정 스테이션, 및 수동 효소 전달의 필요성 없이 그리고 환경에 대한 증폭관의 노출 없이, 변성 단계와 증폭 단계의 일체화를 달성하는 사용 방법을 제공함으로써, 상기 기술된 불편함 및 오염의 위험성을 방지한다. 증폭 반응 챔버가 밀봉되고, 피검자의 샘플을 효소에 도입시키기 위한 개방이 없으므로, 공정 스테이션 내에서 샘플 오염물질에 대한 샘플의 오염 위험성이 방지된다. 환경원으로부터의 오염은 증폭 반응 챔버가 밀봉되어 유지되기 때문에 방지된다. 핵산 증폭 반응에서의 오염의 위험성은 다량의 증폭 생성물이 생성되기 때문에 특히 중요하다. 본 발명은 실질적으로 이러한 위험을 제거한 반응 챔버 설계를 제공한다.
제1도는 본 발명의 하나의 가능한 양태에 따라, 등온 증폭 반응, 즉 TMA 반응을 수행하기 위한 폐기가능한 이중 챔버 반응 용기 및 이와 관련된 가열 단계의 개략도이다.
제2도는 2개의 분리된 반응 챔버를 결합시켜 이중 챔버 반응 용기를 형성시키는 본 발명의 또다른 형태의 개략도이다.
제3도은 본 발명의 바람직한 양태에 따라 고체상 수용기 및 광학 장치로 처리하기 위해 시험 스트립 내의 위치로 스냅핑된 이중 챔버 반응 용기의 2가지 또다른 양태의 개략도이다.
제4도는 제3도에 예시된 바와 같이 시험 스트립 내에 위치한 결합된 이중 챔버를 사용하여, 하나의 챔버 내의 유체 샘플을 나머지 하나의 챔버로 전달하는 방식으로 결합된 2개의 분리된 챔버로부터 형성된 이중 챔버 반응 용기의 또다른 양태의 개략도이다.
제5도는 이중 챔버 반응 용기의 한 양태를 시험 스트립의 죄측 말단에서 시험 스트립내로 일체화되어 몰딩시킨 폐기가능한 시험 스트립의 상세한 투시도이다.
제6도는 아래로부터 알 수 있는 바와 같이 도 5의 폐기가능한 시험 스트립의 상세한 투시도이다.
제7도는 2개의 챔버를 함께 연결시키는 유체 채널 중의 막을 관통하여, 유체를 제 1 챔버로부터 제 2 챔버로 통과시키기 위해 사용되는 끌과 같은 팁을 갖는 플런저를 나타내는, 도 5 및 6의 폐기가능한 시험 스트립의 단면도이다.
제8도는 이중 챔버 반응 용기를 더 잘 예시하기 위해 확대하여 도시한 도 5 내지 7의 시험 스트립의 좌측 말단의 투시도이다.
제9도는 아래로부터 알 수 있는 바와 같이 크게 확대하여 도시하고, 분리되는 제 1 챔버 및 중간 챔버의 기부를 덮는 뚜껑을 갖는 도 5의 폐기가능한 시험 스트립의 상세한 투시도이다.
제10도는 확대하여 도시한 도 5 내지 9의 이중 챔버 반응 용기의 상면도이다.
제11도는 도 9에서와 같이 하부 뚜껑을 제거하고, 플런저를 제거한 이중 챔버 반응 용기의 상세한 단면도이다.
제12도는 사용할 때에 하부 뚜껑 및 플런저를 장착한 이중 챔버 반응 용기의 상세한 단면도이다.
제13도는 도 12의 플런저의 투시도이다.
제14도는 플런저의 또다른 투시도이다.
제15도는 플런저의 정면도이다.
제16는 도 8 및 9의 반응 용기의 제 1 챔버 및 중간 챔버의 기부를 덮는 뚜껑의 투시도이다.
제17도는 도 16의 뚜껑의 단면도이다.
제18도는 도 16의 뚜껑의 기부의 투시도이다.
제19도는 도 4에 제시된 방식으로 도 5에 도시된 유형의 시헙 스트립내로 스냅핑되도록 설계된 조작가능한 폐기가능한 이중 챔버 반응 용기의 투시도이다.
제20도는 도 16 내지 18에 도시된 뚜껑이 제거된 도 19의 조작가능한 폐기가능한 이중 챔버 반응 용기의 투시도이다.
제21도는 도 19의 조작가능한 폐기가능한 이중 챔버 반응 용기의 대안적 구조의 투시도이다.
제22도는 도 21의 양태의 단면도이다.
제23도는 진공 플런저에 의해 변형되는 나선형 씌움고리 밸브의 작용 및 제 1 챔버로부터 제 2 챔버로의 유체 샘플의 흐름을 도시한, 도 21의 양태의 단면도이다.
제24도는 도 22 및 23의 나선형 씌움고리 밸브의 투시도이다.
제25도는 제 1 챔버로부터 제 2 챔버로의 장치를 통한 유체의 흐름을 나타내는, 도 21의 양태의 단면도이다.
제26도는 도 4에 제시된 방식으로 시험 스트립내로 스냅핑되도록 설계된 본 발명에 따르는 폐기가능한 반응 챔버의 또다른 양태의 투시도이다.
제27도는 효소 펠릿을 운반하여 증폭 웰내로 도입시키는 효소 플런저를 도시한 도 26의 양태의 단면도이다.
제28도는 도 26의 양태를 통합시킨 시험 스트립의 단면도이다.
제29a도 내지 제29c도는 도 28의 시험 스트립의 사용을 도시한 도면이다.
제30도는 플런저를 제 1 반응 챔버 중의 유체 압력을 증가시켜서 제 1 챔버를 제 2 챔버에 연결시키는 유체 채널 중의 밀봉부를 파괴하고 제 1 챔버 중의 반응용액을 제 2 챔버내로 운반하여 증폭 반응을 수행하도록 작동시키는, 이중 챔버 반응 용기의 한 양태의 개략도이다.
제31도는 본 발명의 현재 바람직한 형태에 따라 이중 챔버 반응 용기를 갖는 시험 스트립에 대한 조작가능한 증폭 공정 스테이션의 투시도이다.
제32도는 모듈의 후방으로부터 알 수 있는 바와 같이 도 31의 증폭 모듈 중 하나의 투시도이다.
제33도는 제32도의 모듈의 전방의 투시도이다.
제34도는 제33도의 모듈의 또다른 투시도이다.
제35도는 제32도 내지 제34도의 모듈의 시험 스트립 홀더 및 95℃ 펠티에(Peltier) 가열 서브시스템의 일부의 상세한 투시도이다.
제36도는 시험 스트립 홀더에 설치된 제5도에 따르는 2개의 시험 스트립을 나타내는, 제35도의 시험 스트립 홀더의 분리된 투시도이다.
제37도는 도 33의 시험 스트립 홀더 또는 트레이의 상세한 트레이의 상세한 투시도이다.
제38도는 도 33의 증폭 공정 스테이션의 일렉트로닉스의 블록 다이어그램이다.
제39도는 도 31의 증폭 공정 스테이션에 대한 진공 서브시스템의 다이어그램이다.
제40도는 도 31의 스테이션의 열순환의 그래프이다.
제41도는 도 3의 시험 스트립에 사용하기에 적합한 이중 반응 챔버 및 도 30내지 39의 반응 공정 스테이션의 또다른 양태의 투시도이다.
제42도는 도 41의 선 42-42를 따르는 도 41의 용기의 수직 단면도이다.
제43도는 도 42의 용기의 상면도이다.
제44도는 도 41의 용기의 가능한 제 1 양태에서 도관 및 외부 수축 장치가 함께 작동하는 방식을 상세히 예시한 도면이다.
제45도는 도 41의 용기의 가능한 제 2 양태에서 도관 및 외부 수축 장치가 함께 작동하는 방식을 상세히 예시한 도면이다.
제46도는 예를 들어 도 41의 양태에 상응하는 개략도와 함께, 본 발명의 하나의 가능한 양태에 따르는 이중 챔버 반응 용기의 개략도이다.
제47a도 내지 47f는 시약 용액을 용기내로, 제 1 챔버로부터 제 2챔버로 전달하기 위한 공정의 상이한 스테이지를 도시한 개략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10, 10', 10" : 이중 챔버 반응 용기 12, 14 : 반응 챔버
16 : 건조된 증폭 시약 혼합물 18 : 건조된 효소
19 : 시험 스트립 20 : 체크 밸브
22 : 유체 도관 32 : 제 1 챔버
34 : 제 2 챔버 36 : 프로브 웰
56 : 플런저 60 : 뚜껑
70 : 중간 유체 통로 72 : 밀봉부
74 : 제 2 채널 76 : 효소 펠릿 챔버
80 : 진공 구멍 90 : 플런저 본체
110,240 : 트레이 140 : 딤블 밸브
150 : 반응 용기 152 : 진공 플런저
160 : 효소 플런저 184 : 피스톤
200 : 조작가능한 증폭 반응 처리 시스템 202,204 : 증폭 스테이션
206 : 동력 공급 모듈 208 : 제어 회로 모듈
210 : 진공 탱크 212 : 연결부
229 : 제어기 보오드 244 : 진공 프로브
242,250 : 탈열기
본 발명의 바람직한 형태에서, 사용을 위해 이미 포장된, 핵산 증폭 반응(예를 들어, TMA 반응)과 같은 미분적 열 및 오염 특징을 필요로 하는 반응용의 단일 또는 단위 용량의 시약을 포함하는 이중 챔버 반응 용기가 제공된다. 이중 챔버 반응 용기는 폐기가능한 단일 사용 유닛으로서 설계된다. 반응 용기는 증폭 생성물 검출 스테이션에 사용하기 위해 한 세트의 세척 및 시약 웰을 갖는 시험 스트립으로 일체화되어 몰딩되는 것이 바람직하다. 대안적으로, 반응 용기는 이러한 시험 스트립에 제공된 지정 공간에서 장치될 수 있도록 플랜지 또는 다른 적합한 구조를 갖는 조작가능한 유닛으로서 제조될 수 있다.
이중 챔버 반응 용기에서, 2개의 분리된 반응 챔버가 본 발명의 바람직한 형태로 제공된다. 2개의 주된 반응용 시약은 공간적으로 분리되는 방식으로 저장된다. 하나의 챔버는 열안정성 샘플/증폭 시약(프라이머, 누클레오티드 및 다른 필요한 염 및 완충 성분 함유)을 갖고, 나머지 챔버는 열 불안정성 시약, 예를 들어 T7 및 RT를 함유한다.
2개의 챔버는 제 1 챔버로부터 제 2 챔버로 연장된 유체 채널에 의해 서로 연결된다. 제 1 챔버로부터 제 2 챔버로 유체 채널을 통한 유체의 흐름을 조절하거나 허용하기 위한 수단이 제공된다. 하나의 양태에서, 유체 채널을 밀봉시키는 막이 반응 용기내로 몰딩된다. 상호간 플런저 또는 다른 적합한 구조가 막과 결합하여 반응 용기(또는 공정 스테이션)에 제공된다. 플러저의 작동은 막 밀봉의 파괴를 유발시켜서, 유체가 유체 채널을 통해 흐르게 한다. 2개의 챔버 사이의 차압은 피검자 또는 임상 또는 대조군 샘플을 유체 채널을 통해 제 1 챔버로부터 제 2 챔버로 전달하는 데에 도움을 준다. 이것은 압력을 제 1 챔버에 가하거나, 진공을 제 2 챔버에 가함으로써 수행될 수 있다.
유체 채널에 벨브를 제공하는 것과 같이, 다른 종류의 유체 흐름 조절 수단이 고려된다. 수가지 상이한 밸브가 공지되어 있다.
사용할 때에, 유체 샘플은 제 1 챔버 내로 도입되고, 제 1 챔버는 변성 온도 (예를 들어, 95℃) 까지 가열된다. 제 1 챔버 중의 증폭 시약이 유체 샘플과 반응하고 변성 과정이 완결된 후에, 제 1 챔버는 프라이머 어닐링을 위해 42℃로 신속하게 냉각된다. 반응 용기의 2개의 챔버는 변성 및 냉각 단계에 앞서 서로 유체 연통되어 있지 않다. 이들 단계가 완결된 후에, 유체의 흐름을 조절하기 위한 수단은 반응 용액이 유체 채널을 통해 제 1 챔버로부터 제 2 챔버로 통과하도록 작동된다. 예를 들어, 유체 채널 중의 밸브는 개방되고, 샘플은 압력 또는 진공 기술에 의해 제 2 챔버 내로 도입된다. 그 다음, 반응 용액은 증폭 효소(예를 들어, T7 및/또는 RT)와 접촉하게 되고, 효소적 증폭 과정은 42℃에서 제 2 챔버 중에서 수행된다. 바람직한 양태에서, 반응의 완결 후에 SPR(고체상 수용기) 피펫형 장치가 제 2 챔버 내로 도입된다. 그 다음, 혼성, 세척 및 광학 분석이 증폭 생성물을 검출하기 위해 널리 공지된 기술에 따라 수행된다.
본 발명의 현재 바람직한 양태에 따라 이중 챔버 반응 용기 중에서 반응을 수행하기 위한 일체화된 조작가능한 공정 스테이션이 기술된다. 공정 스테이션은 다수의 시험 스트립을 바람직한 정렬로 운반하기 위한 트레이, 바람직한 온도에서 반응 용기의 2개의 챔버를 유지시키기 위한 온도 조절 서브어셈블리, 유체 채널을 개방시켜서 2개의 챔버를 함께 연결시키는 장치, 및 유체 샘플을 제 1 챔버로부터 제 2 챔버로 유인하기 위해 제 2 챔버에 진공을 제공하기 위한 진공 서브어셈블리를 포함한다.
본 발명의 바람직한 형태는 이중 챔버 또는 "2부분" 반응 용기를 제공한다. 용어 "2부분"은 공간적으로 분리되는 방식으로 2개 이상의 상이한 시약, 예를 들어 하나의 챔버 중의 예를 들어 프라이머 및 누클레오티드를 함유하는 열안정성 샘플/ 증폭 시약(들) 및 제 2 챔버 중의 T7 및 RT와 같은 열불안정성 효소(들)을 저장하는 용기의 특징을 언급하는 것이다. 2개의 챔버 내의 시약은 변성 및 냉각 단계가 완결되기 전에는 접촉되지 않는다. 제 1 챔버는 관통할 수 있는 막 또는 다른 수단을 통해 접근할 수 있어서, 환자 또는 임상 또는 대조군 샘플(들이) 액체 형태로 제 1 챔버 내로 첨가되게 된다. 제 2 챔버는 밀봉되고, 증폭 반응의 효소 성분을 함유한다. 효소 성분은 액체, 펠릿, 친액체 등과 같은 수가지 물리적 형태를 가질수 있다. 제 1 챔버의 내용물이 제 2 챔버와 접촉하게 된 후에, 반응은 제 2 챔버 에서와 같이 수행될 수 있다.
본 발명의 하나의 가능한 형태에서, 2개의 챔버는 일체화된 폐기가능한 유닛의 일부분일 수 있다. 또다른 가능한 양태에서, 2개의 챔버는 2개의 유닛을 단일 유닛으로 결합시킨 상보적으로 맞물린 표면 또는 외형을 갖는 2개의 별도의 유닛일수 있다. 제 1 양태에서, 2개의 챔버가 단일품의 일부인 경우, 유닛은 운반하는 동안 그리고 변성(가열) 단계 전에 2개의 챔버 사이의 물질의 교환을 억제하도록 제조되어야 한다. 두 양태 모두에서, 제 1 챔버의 내용물(변성 또는 프라이머 어닐링 후의 환부 또는 시편 및 증폭 시약 혼합물)을 제 2 챔버 중에서 효소와 접촉 시키는 장치이 필요하다. 이러한 장치는 변성 단계를 완결시키고, 환부 샘플/증폭 혼합물을 효소 증폭 반응을 위한 적합한 온도, 예를 들어 42℃로 냉각시킨 후에, 제 1 챔버의 내용물을 제 2 챔버 내로 도입시키도록 작동된다. 수가지 상이한 장치가 본원에 상세히 설명되어 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 가능한 양태에 따라 등온 반응, 즉 TMA 반응을 수행하기 위한 폐기가능한 이중 챔버 반응 용기(10) 및 이와 관련된 가열 단계의 개략도이다. 챔버 A는 증폭 시약 또는 혼합물, 즉 데옥시누클레오티드, 프라이머, MgC12및 다른 염 및 완충 성분을 함유한다. 챔버 B는 증폭 반응을 촉매하는 증폭 효소, 예를 들어 T7 및/또는 RT를 함유한다. 챔버 A 내로의 표적물(또는 환부 샘플)의 첨가 후에, 챔버 A에 열이 가해져서 DNA 핵산 표적물을 변성시키고/거나 RNA 이차 구조를 제거한다. 챔버 A의 온도는 신속하게 냉각되어 프라이머 어닐링된다. 후속적으로, 챔버 A의 용액은 챔버 B와 접촉하게 된다. 서로 유체 연통되어 있는 챔버 A 및 B는 증폭 반응을 위한 최적 온도, 예를 들어 42℃로 유지된다. 챔버 A를 챔버 B로부터 공간적으로 분리시키고, 변성을 위해 챔버 A에만 열을 가함으로써, 챔버 B 중의 열불안정성 효소는 변성 단계 동안 불활성화로부터 보호된다.
도 2는 2개의 별도의 반응 챔버(12) 및 (14)가 결합되어 이중 챔버 반응 용기(10)을 형성시키는 본 발명의 또다른 형태의 개략도이다. 도 1의 양태와 같이, 챔버 A는 제조 단계 동안 증폭 시약(들) 또는 혼합물, 즉 누클레오티드, 프리이머, MgC12및 다른 염 및 완충 성분으로 사전에 충전된다. 챔버 B는 제조 단계 동안 증폭 반응을 촉매하는 증폭 효소(들), 예를 들어 T7 및/또는 RT로 사전 충전된다. 그 다음, 유체 샘플이 챔버 A에 도입된다. 샘플은 챔버 A에서 핵산의 변성을 위해 95℃로 가열된다. 챔버 A를 42℃로 냉각시킨 후에, 챔버 A 중의 용액은 챔버 B에서 효소와 접촉하여 등온 증폭 반응이 일어나게 한다.
반응 용기가, 챔버 A 및 챔버 B의 내용물이 접촉한 후에 증폭 챔버가 환경과의 물질의 임의의 교환을 허용하지 않도록 설계되는 경우에, 이종 표적물 또는 사전 반응 또는 환경으로부터의 증폭 생성물에 의해 증폭 반응을 저해할 위험을 최소화시키는 폐쇄계 증폭이 실현된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 양태애 따라 고체상 수용기 및 광학 장치로 처리하기 위해 시험 스트립(19) 중의 위치로 스냅핑되는 2가지의 또다른 이중 챔버 반응 용기(10) 및 (10')의 개략도이다. 도 3의 양태에서는, 단방향 흐름계가 제공되다. 샘플은 먼저 챔버 A 내로 도입되어, 변성 온도까지 가열된다. 챔버 A는 건조된 증폭 시약 혼합물(16)을 함유한다. 냉각 후에, 유체는 건조된 효소(들)을 펩릿의 형태로 함유하는 챔버 B로 전달된다. 챔버 B는 유체 샘플이 챔버 B로 도입된후에 42℃로 유지된다. 증폭 반응은 최적 온도(42℃)에서 챔버 B에서 수행된다. 반응이 완결된 후, 시험 스트립(19)은 미합중국 미주리에 소재하는 바이오메뤼 비텍, 인코포레이티드(Biomerieux Vitek, Inc.)의 시판 제품인 VIDAS 기기와 같은 기계에서 처리된다. VIDAS 기기는 당업자에게 널리 공지되어 있다.
단방향 흐름은 챔버 A와 챔버 B를 연결하는 유체 도관(22) 중의 체크 밸브(20)과 같은 적합한 단방향 밸브에 의해 제공된다. 유체를 챔버 A로부터 챔버 B로 전달하는 작용은 챔버 A 내의 용액 중에 유체 압력을 가하거나(예를 들어, 피스톤에 의해), 챔버 B에 진공을 가하여, 유체 채널(22)을 통해 용액을 빼내는 것과 같은 수가지 가능한 방법 중 어느 하나에 의해 이루어질 수 있다. 이들 방법의 예는 하기에 상세히 설명되어 있다.
챔버 A의 가열 및 냉각 단계는 폐기가능한 이중 챔버 반응 용기(10) 또는 (10')가 시험 스트립(16) 내로 삽입되기 전에 수행될 수 있거나, 대안적으로, 적합한 가열 요소가 시험 스트립(19)의 좌측 말단(24)에 인접하여 위치하여, 반응 챔버 A의 바람직한 온도 제어를 제공할 수 있다. 하기에 설명되는 도 31 내지 40의 조작가능한 증폭 공정 스테이션은 적합한 가열 요소 및 제어계를 통합시켜서 반응 용기(10)에 대한 바람직한 온도 제어를 제공한다.
도 4는 하나의 챔버 중의 유체 샘플을 나머지 하나의 챔버로 흐르게 하는 방식으로, 도 3에서 상기 설명한 바와 같이 시험 스트립(19) 내에 위치한 결합된 이중 챔버 용기(10")와 결합되는 2개의 별도의 연동 용기(10A) 및 (10B)로부터 형성된 이중 챔버 반응 용기(10")의 또다른 양태의 개략도이다. 유체 샘플은 건조된 증폭 시약 혼합물(16)을 함유하는 챔버 A 내에 도입된다. 용기 A는 95℃로 가열된 오프라인이고, 42℃로 냉각된다. 2개의 용기 A 및 B는 챔버 B 상의 튜브 돌출부(26) 및 챔버 A 상의 오목한 도관(28) 위의 상보적 맞물림 표면 사이의 통상적인 스탭 핏에 의해 함께 연도한다. 2개의 챔버 화살표(30)로 표시한 바와 같이 서로 유체 연통되어 있기 때문에, 챔버 A로부터의 샘플 용액과 챔버 B로부터의 효소(들)의 혼합이 일어난다. 다음, 샘플은 결합된 폐기가능한 용기(10")를 변형된 VIDAS 스트립 내로 스냅핑시킴으로써, 결합된 폐기가능한 이중 챔버 반응 용기(10") 오프라인 또는 인라인에서 증폭될 수 있다. VIDAS 기기는 공지된 방식으로 증폭 반응 생성물의 검출을 수행할 수 있다.
[관통할 수 있는 막을 갖는 이중 챔버 반응 용기 양태]
도 5는 제 1 챔버(32) 및 제 2 챔버(34)를 포함하는 이중 챔버 반응 용기(10)이 시험 스트립의 좌측 말단(24)에서 시험 스트립(19) 내로 일체화되어 몰딩되어 있는, VIDAS 기기에 사용되는 것과 유사한 변형된 폐기가능한 시험 스트립(19)의 상세한 투시도이다. 시험 스트립(19)은 이중 챔버 반응 용기(10)의 우측에 다수의 웰을 포함한다. 이들 벽은 프로브 웰(36), 혼성환 웰(38), 공동 웰(40), 4개의 세척 완충 웰(42, 44, 46, 48), 및 표백 용액을 함유하기 위한 웰(50)을 포함한다. 광학 분석을 수행하기 위해 스트립의 우측 말단(54)에서 오프닝(52) 내에 기질 크벳(52)이 삽입된다. 시험 스트립(19)는 유체 샘플을 증폭 웰(34) 밖으로 빼내기 위해 사용되는 SPR(도시되지 않음)가 함께 사용된다. SPR은 공지된 방식으로 시험 공정 동안 나머지 웰(36-50) 내로 들어가서, 예를 들어 시판용 VIDAS기기에서 수행되는 바와 같이 분석을 수행한다.
도 6은 아래로부터 관찰한 도 5의 폐기가능한 시험 스트립의 상세한 투시도이다. 도 7은 2개의 챔버(32) 및 (34)를 함께 연결시키는 유체 채널에서 막을 관통시켜서, 유체를 제 1 챔버로부터 제 2 챔버 또는 증폭 챔버(34)로 통과시키기 위해 사용되는, 끌형 팁을 하부 말단에 갖는 플런저를 나타내는, 도 5 및 6의 폐기가능한 시험 스트립의 단면도이다.
도 8은 이중 챔버 반응 용기(10)을 더 잘 예시하기 위해 확대하여 도시한 도 5-7의 시험 스트립의 좌측 말단의 투시도이다. 도 9는 크게 확대하여 도시하고, 장치의 구조를 더 잘 예시하기 위해 제 1 챔버 및 중간 챔버 또는 유체 채널의 기부를 덮는 뚜껑(60)(도 12)을 제거한, 아래로부터 관찰한 도 5의 폐기가능한 시험스트립의 상세한 투시도이다.
도 10은 확대하여 도시한 도 5-9의 이중 챔버 반응 용기의 윗면도이다. 도 11은 도 9에서와 같이 하부 뚜껑을 제거하고 플런저를 제거한 이중 챔버 반응 용기의 상세한 단면도이다. 도 12는 사용할 때에 하부 뚜껑(60) 및 플런저(56)을 설치한 이중 챔버 반응 용기의 상세한 단면도이다.
도 5-12와 관련하여, 시험 스트립(19)은 반응 용기(10)의 벽을 한정하는 성형체(62)를 포함한다. 용기(10)는 제 1 챔버(32)를 포함하며, 여기에서 건조된 증폭 시약 혼합물이 시험 스트립의 제조 과정 동안 챔버(32)의 바닥에 위치한다. 폴리프로필렌이 장치(10) 및 시험 스트립(19)를 성형시키는 데에 사용하기에 적합한 물질이고, 예시된 작용 양태에서 챔버(32) 및 (34)를 한정하는 벽에 대해 40 밀의 두께가 적합하다. 제 1 챔버(32) 및 제 2 챔버(34)를 각각 포함하는 시험 스트립의 웰은 도 7, 11 및 12에 도시된 바와 같이 제조 후에 박막 또는 막(64)로 덮어진다. 막(예를 들어, 공통적으로 MYLAR로서 공지된 PET, 또는 모레프린 폴리에틸렌/ 폴리프로필렌 혼합물 접착제)는 시험 스트립(19)에서의 구조를 예시하기 위해 도 5, 8 및 10으로부터 제거되었다.
제 1 챔버(32)의 바닥은 제 1 챔버를 한정하는 벽의 바닥 표면(68)에 초음파 용접된 뚜껑(60)으로 덮어진다. 뚜껑(60)은 도 16-18에 크게 확대되어 도시되어 있고 하기에 기술된다. 뚜껑(60)은 제 1 챔버(32)의 기부로부터 제 1 챔버(32)를 제 2 챔버(34)에 연결시키는 중간 유체 통로(70)의 기부 까지의 유체 통로를 제공한다. 중간 유체 통로(70)에는 끌형 팁을 갖는 플런저(56)가 위치한다. 플런저(56)의 끌형 팁은 플런저(56)가 위로부터 압축되는 경우에, 유체 통로(몰딩되는 동안 유체통로 중에서 플래쉬 성형됨)에서 막 또는 밀봉부(72)(도 9)를 파괴한다. 이로 인해, 유체는 제 1 챔버(32)로부터 유체 통로(72) 내로, 플런저(56)의 측면을 따라 위로, 효소 펠릿(도시되지 않음)을 함유하는 효소 펠릿 챔버(76)가 연통하는 제 2 채널(74)(도 8 및 9) 내로 이동한다. 유체 샘플은 효소 펠릿 챔버(76)을 통해 제 2 및 증폭 챔버(34)(도 8) 내로 이동함에 따라 효소 펠릿을 용해시킨다.
진공 구멍(80)(도 8)이 제 2 챔버(34)와의 유체 연통 관계로 제공된다. 진공 구멍(80) 내에는 포렉스(Porex) 폴리에틸렌 필터(도시되지 않음)가 위치한다. 진공은 플런저(56)가 하부 위치로 이동하여 밀봉부(72)를 파괴한 후에, 제 1 챔버(32)로부터 제 2 챔버(34)로의 유체 샘플의 전달을 수행하는 데에 사용된다. 밀봉부가 진공 구멍(80)에 인접한 스트립의 상부 표면(82)에 형성되는 방식으로 진공 구멍(80) 내로 진공 프로브 또는 관(도 33 참조)이 삽입된다. 제 1 챔버(32)에서의 주변 압력과 제 2 챔버(34)에서의 진공으로부터 유발되는 압력차는 유체를 중간 챔버 또는 유체 통로(70) 위로, 채널(74) 및 펠릿 챔버(76) 내로, 제 2 챔버(34) 내로 유인한다.
도 13은 도 12의 플런저(56)의 분리된 투시도이다. 도 14는 아래로부터 관찰한 플런저(56)의 또다른 투시도이다. 도 15는 플런저(56)의 정면도이다. 도 13-15와 관련하여, 플런저는 하부 말단에 있는 끌(92) 및 헤드 부분(94)를 갖는 원통형 본체(90)을 포함한다. 헤드 부분(94)은 공극(98)이 형성된 원형 고리(96)을 포함하여, 플런저가 설치된 중간 챔버(70)(도 8-12)에서의 진공의 유인을 촉진시킨다. 헤드(94)는 플런저(56)가 도 12에 도시된 바와 같이 최하부 위치로 하강하는 경우에 중간 챔버(70) 내측에서 림(102)(도 11) 상에 위치하는 피트(100)에 따라 하강한다. 끌(92)은 중간 채널(70) 위로 유체의 통로를 폐쇄하는 밀봉부 또는 막 (72)을 통해 파괴되는 팁(104)을 갖는다. 밀봉부(72)는 도 9, 11 및 12에 가장 잘 도시되어 있다. 도 12는 제 1 챔버(32)에서의 95℃ 까지의 가열이 일어나는 동안 그리고 냉각 기간 동안의 밀봉부(72) 바로 위의 끌(9)의 위치를 보여준다.
도 14에 도시된 바와 같이, 플런저는 플런저의 원통체(90)의 길이를 채널을 중간 챔버(70)을 효소 펠릿 챔버(76)과 연결시키는 채널(74)(도 10)의 높이 까지 상승시키는 유체용 채널을 제공하는 플런저 본체(90)의 측면에서 V형 홈(106)을 갖는다.
도 16은 크게 확대하여 도시한 바와 같이, 도 8 및 9의 반응 용기의 제 1 챔버의 기부를 덮는 뚜껑(60)의 상부 표면의 투시도이다. 도 17은 도 16의 뚜껑(60)의 단면도이다. 도 18은 뚜껑(60)의 기부의 투시도이다. 도 6 및 도 9와 함께 이들 도면과 관련하여, 뚜껑(60) 없이는 제 1 챔버(32)에 대한 기부도 없고, 제 1 챔버(32)와 중간 챔버(70) 사이에 유체 통로가 존재하지 않음을 알 수 있을 것이다. 뚜껑(60)은 제 1 챔버(32), 및 제 1 챔버(32)와 중간 챔버(70) 사이의 통로를 제공한다. 뚜껑(60)은 제 1 챔버(32)의 기부를 형성하기 위해 위치한 얇은 트레이(110)을 포함한다. 트레이(110)은 얇른 트레이(110)을 중간 챔버(도 9 참조)의 원형 벽(116)과 수직으로 정렬되어 있는 원형 수용기(114)에 연결시키는 작은 통로(112) 까지 하향으로 경사져 있다. 뚜껑(60)의 반직사각형 및 반원 림(118)이 도 6에 도시된 바와 같이 각각 제 1 챔버 및 중간 챔버의 바닥 부분(68)에 초음파적으로 결합되어 있다. 설치된 상태에서, 유체 샘플이 제 1 챔버(32) 내로 도입된 경우에, 유체는 중간 챔버(도 9 참조) 중의 밀봉부(72) 바로 아래에서 채널(112) 및 수용기(114) 내로 통과할 것이다. 이와 같이, 밀봉부(72)가 플런저(56)에 의해 파괴되고, 진공이 도 8의 진공 구멍(80)으로부터 유인되는 경우에, 제 1 챔버(32)로부터의 유체 샘플 및 시약의 용액은 플런저(56)의 측면 위로, 펠릿을 용해시키는 효소 펠릿 챔버(76) 내로, 그리고 증폭 반응이 일어나는 제 2 챔버 내로 유인될 것이다.
도 5와 관련하여, 증폭 반응이 바람직한 온도에서 제 2 챔버(34)에서 일어난 후에, SPR(도시되지 않음)은 제 2 챔버(34) 내로 하강하고, 증폭 샘플의 일부는 넥내로 후퇴한다. SPR 및 시험 스트립은 서로와 관련하여 움직여서, SPR이 인접 프로브 웰(36) 이에 위치하게 되어, 프로브 웰(36) 내로 하강한다. SPR 및 시험 스트립을 사용하는 분석 과정의 나머지 과정은 당분야에 통상적이며 널리 공지되어 있다. 예를 들어, 이러한 나머지 과정은 본 출원의 양수인의 VIDAS 기기에 의해 수행되는 방식으로 실행될 수 있다.
도 19는 도 4에 제시된 방식으로 도 5에 도시된 유형의 시험 스트립(19) 내로 스냅핑되도록 설계된 조작가능한 폐기가능한 이중 챔버 반응 용기(10)의 투시도이다. 도 20은 제 1 챔버(32) 및 중간 챔버(70)의 기부를 덮도록 도 16-18에 도시된 바와 같이 구성된 하부 뚜껑이 제거된, 거꾸로 도시한 도 19의 조작가능한 폐기 가능한 이중 챔버 반응 용기의 투시도이다. 박막 또는 박형 막은 제 1 챔버(32), 중간 챔버(34), 효소 펠릿 챔버(76), 제 2 챔버(34) 및 진공 구멍(80)을 덮도록 하는 방식으로 반응 용기(10)의 상부 표면에 도포된다. 막은 반응 용기(10)의 구조를 더 잘 예시하도록 도 19에는 도시되어 있지 않다. 또한, 중간 챔버(70)용 플런저가 또한 도시되어 있지 않다. 도 19 및 20의 조작가능한 폐기가능한 반응 용기가 시험 스트립 내로 설치되면, 도 19 및 20의 양태의 조작은 실제로 상기 기술된 바와 같다.
도 5 및 6의 시험 스트립(19) 내로 도 19 및 20의 용기를 수용하기 위해, 시험 스트립(19)은 프로브 웰(36)에 인접한 시험 스트립의 좌측 말단(24)에 구멍을 제공하고, 유닛(10)의 주변에 있는 한쌍의 플런저(120)이 시험 스트립(19) 내로 스냅핑되도록 적합한 레일 구조를 제공함으로써 변형된다. 물론, 도 19의 반응 용기의 몰딩 후에, 핵산 및 증폭 시약이 제 1 챔버(32)에 첨가될 것이고, 효소 펠릿이 효소 펠릿 챔버(76)에 첨가된다. 그 다음, 용기(10)의 전체 상부 표면을 덮는 막이 도포되어 챔버를 밀봉시킬 것이다. 장치는 보원에 설명되는 바와 같이 사용을 위해 준비된다.
[엘라스토머 딤블 밸브를 갖는 이중 챔버 반응 용기 양태]
도 21은 상기 기술된 바와 같이 시험 스트립 내로 몰딩되거나 분리 유닛으로서 제조되어 시험 스트립(19) 내로 스냅핑될 수 있는 도 19의 폐기가능한 이중 챔버 반응 용기(10)의 또다른 대안적 구조의 투시도이다. 용기(10)는 제 1 챔버(32) 및 제 2 챔버(34), 이들 2개의 챔버(32, 34)를 함께 연결시키는 중간 챔버(70)를 갖는다. 제 1 챔버(32)의 기부는 하우징(130)의 기부에 초음파 용접된 뚜껑(60)으로 막힌 구멍을 갖는다. 뚜껑(60)은 벽(132)의 바닥 표면으로부터 약간 떨어져 있어서 제 1 챔버(32)의 측면을 형성하여, 유체를 제 1 챔버(32) 및 중간 챔버(70) 밖으로 흐르게 하는 작은 통로(134)를 한정한다. 변성 단계용 증폭 시약(16)이 도 25에 도시된 바와 같이 반응 용기(10)의 챔버(32)의 기부 내로 로딩된다. 효소 펠릿(18)은 제 2 챔버(34) 내로 로딩된다.
도 24에 분리하여 도시된 바와 같이 나선형 리브 형태(142)를 갖는 엘라스토머 딤블형 밸브 요소(140)가 중간 챔버(70)에 위치한다. 도 22는 중간 챔버(70)중의 딤블 밸브를 나타내는 도 21의 양태의 단면도이다. 필터 (114)가 딤블 밸브(140)의 상부 위에 위치한다. 이완된 상태에서, 딤블 밸브(140) 상의 하부 원주 리브(148) 및 딤블 밸브(140)의 측벽 상의 나선형 리브 형태(142)의 외부 표면은 중간 챔버(70)의 벽과 접촉하게 되어, 챔버(70)를 밀봉시키고, 유체가 벽(132)으로부터 뚜껑(60)을 분리시키는 갭(134)로부터, 중간 챔버(70) 위로, 제 2 챔버(34)내로 흐르는 것을 방지한다.
탄성 딤블 밸브(140)은 하부 원주 리브(148)가 내부 챔버(70)의 벽으로부터 멀리 이동할 정도로 변형될 수 있다. 이것은 딤블 밸브(140)의 내부에 요소(152)를 삽입시키고, 밸브(140)의 벽 부분(149) 위로 통과시켜서, 딤블 밸브의 말단 벽 및 인접 쇼율더를 스트레칭시키고 변형시킴으로써 달성된다. 도 23은 딤블 밸브(140)의 내부에 삽입되는 진공 플런저(152)에 의해 변형되는 나선형 딤블 밸브(140)의 작용을 나타내는 도 21의 양태의 단면도이다. 진공 플런저의 말단은 도 23에 도시된 바와 같이 벽(149) 쪽으로 압축되어, 하부 원주 리브를 중가 챔버(70)의 벽으로부터 멀리 끌어당긴다. 나선형 리브 형태(142)는 챔버(70)의 원통형 벽과 접촉하여 유지된다. 동시에, 진공은 진공 플런저(152)의 측면에 있는 구멍을 통해 끌어내어져서, 공기를 제 2 챔버(34) 밖으로, 필터(144)를 통해 진공 플런저(152) 내로 끌어낸다. 이러한 진공 작용은 유체를 제 1 챔버(32)의 기부 밖으로, 그리고 나선형 리브 형태(142)와 중간 챔버(70)의 벽 사이에서 한정된 나선형 구멍을 따라 나선형 경로로 수직으로 위로 끌어낸다. 실질적으로, 제 1 웰(32) 중의 환부 샘플/시약 용액은 모두 본 양태에 따라 제거된다. 용액은 나선형 형태(142)의 상부 말단으로부터 중간 챔버(70)을 제 2 챔버(34)와 연결시키는 갭(150) 내로 통과한다. 이것은 도 23 및 25에 가장 잘 예시되어 있다.
도 21-23의 양태는 딤블 밸브(140)의 개구가 중간 챔버(70)의 기부로의 경로가 발견될 수 있는 제 1 챔버 내의 증폭 시약 혼합물 중의 임의의 오일을 통상적인 플런저의 방식으로 작용하는 제 1 챔버를 향해 역으로 송풍시키고, 유체 샘플 및 시약 용액이 그 위치를 차지하게 하려는 경향이 있다. 증폭 시약이 실리콘 오일과 같은 오일을 함유하는 경우, 오닝은 제 2 챔버 내로 이동하게 되는 제 1 성분이 아닌 것이 중요한 데, 그 이유는 이러한 이동으로 인해, 오일이 제 2 챔버(34) 중의 증폭 시약과 대립할 수 있는 제 2 챔버(34) 중의 효소 펠릿을 피복시킬 수 있기 때문이다. 따라서, 딤블 밸브(140)는 딤블 밸브(140)의 벽(149)이 밸브 프로브(152)에 의해 작동할 경우, 중간 챔버(70)의 기부에 존재할 수 있는 임의의 오일이 초기에 제 1 챔버(32) 내로 역으로 들어가도록 설계하는 것이 바람직하다. 딤블 밸브(140)의 하부 리브(148)가 중간 챔버(70)의 벽으로부터 멀리 이동하면, 제 2 챔버중의 진공의 배출로 인해, 상기 기술된 바와 같이 유체 샘플/시약 용액이 제 2 챔버 내로 배출된다.
[효소 운반체 양태를 갖는 시험 스트립]
도 26은 본 발명에 따르는 폐기가능한 반응 용기(150)의 또다른 양태의 투시도이다. 반응 용기(150)는 도 4에 제시되고 상기 기술된 방식으로 도 8의 시험 스트립(19) 내로 스냅핑되도록 설계된다. 도 27은 도 26의 양태의 단면도이다. 도 26 및 도 27과 관련하여, 폐기가능한 반응 용기(150)는 TMA 공정 중의 변성 단계를 위한 증폭 펠릿 또는 건조된 시약 혼합물이 로딩된 제 1 챔버 또는 증폭 웰(154)을 한정하는 단일 하우징(152)를 포함한다. 증폭 웰(154)는 열 및 수분 분리 장벽(158)에 의해 제 2 챔버(156)로부터 분리된다. 제 2 챔버는 유체 샘플이 증폭 웰(154) 내로 도입되고 변성 공정이 완결된 후에, 증폭 웰(154) 내로 도입시키기 위한 효소 펠릿(18)을 함유하도록 효소 플런저 또는 운반체(160)를 함유한다. 효소 플런저(160)는 챔버(156)의 상부에 있는 개구를 통해 기기를 수용하도록 오목한 표면(162)을 갖는다. 도시된 바와 같이 반응 용기(150)의 상부 표면에 박층(164)이 도포된다.
도 28은 도 26의 양태를 합체시킨 시험 스트립(19)의 단면도이다. 반응 용기(150)는 도 26 또는 27에 제시된 바와 같이 조작가능한 폐기가능한 유닛으로서 제조되고, 도 28에 도시된 바와 같이 시험 스트립 내의 위치로 스냅핑될 수 있거나, 도 28의 시험 스트립은 그 자체로 시험 스트립(19)의 일체부로서 도 31의 증폭웰을 갖도록 제조될 수 있다. 바람직한 양태에서, 유닛(150)은 시험 스트립의 일체부로서 제조될 수 있다. 시험 스트립(19)은 제 1 및 제 2 고정 구조(17)에 의해 운반되는 그립핑 표면(166) 및 플라스틱 라벨(168)을 포함하는 시험 스트립(19)의 말단에 위치한 슬라이딩 커버(164)를 갖는다.
도 29a 내지 29c는 도 28의 폐기가능한 반응 요기를 갖는 시험 스트립(19)의 사용을 도시한 도면이다. 제 1 단계에서, 슬라이딩 커버(164)는 후퇴하고, 피펫(172)이 박층(164)를 통해 삽입되어 유체 샘플(176)을 증폭 웰(154) 내에 침적시킨다. 피펫(172)은 제거되고, 커버(164)는 증폭 웰(154) 위의 위치 내로, 도 29B에 도시된 위치 내로 역으로 미끄러진다. 증폭 웰(154)은 95℃로 가열되어, 증폭 시약 펠릿(16)의 도움으로 유체를 변성시킨다. 효소 펠릿(18)을 함유하는 제 2 챔버(156)는 95℃로 가열하지 않는다. 증폭 웰이 42℃로 냉각된 후에, 기기(180)는 효소 운반체(160) 및 효소 펠릿(18)을 함유하는 제 2 챔버 내로 삽입되고, 효소 운반체(160)와 접촉하게 된다. 기기(180)는 열 및 수분 분리 장벽(158)을 통해 운반체 9160) 내로 더 이동하여, 효소 펠릿(18)을 증폭 웰(154)에 첨가한다. 효소 운반체(160)은 도 29c에 도시된 바와 같이 챔버를 차단하여, 증폭 웰(154)의 오염을 방지한다. 커버(도시되지 않음)는 바람직하다면 제 2 챔버 또는 채널의 입구 위로 미끄러질 수 있다. 그다음, 증폭 웰(154)은 증폭 공정을 진행시키기 위해 약 1시간 동안 42℃의 온도로 유지된다. 증폭 공정이 완결된 후, 하나 이상의 반응 영역을 갖는 시약 SPR은 도 29c에 도시된 바와 같이 막(168) 또는 라벨을 통해 삽입되고, 증폭 용액의 일부는 SPR 내로 배출된다. 공정의 나머지 부분은 공지된 방식으로 진행된다.
[피스톤 작동 유체 전달 양태를 갖는 이중 챔버 용기]
도 30은 폐기가능한 이중 챔버 반응 용기(10)의 또다른 양태의 개략도이다. 유체 샘플을 제 1 챔버(32) 내로 로딩되고, 변성 및 프라이머 어닐링 단계는 제 1 챔버 내로 로딩된 증폭 혼합물 시약의 도움으로 제 1 챔버(32)에서 수행된다. 제 1 챔버가 42℃로 냉각된 후에, 피스톤 기구(184)가 제 1 챔버(32)에 가해져서 제 1 반응 챔버 중의 유체 압력을 증가시켜서 제 1 챔버(32)를 제 2 챔버(34)에 연결시키는 유체 채널(188) 중의 밀봉부(186)을 파괴한다. 유체 샘플은 제 1 챔버(32)로부터 제 2 챔버(34) 내로 들어간다. 제 2 챔버는 효소 펠릿(18)으로 로딩된다. 증폭 반응은 42℃의 온도에서 제 2 챔버 중에서 수행된다. 피스톤(184)은 도시된 바와 같이 반응 용기(10)에 뚜껑 구조로서 합체될 수 있고, SPR에 의해 하강되거나, 분리된 피스톤이 유체를 제 1 챔버(32)로부터 제 2 챔버(34) 내로 들어가게 하는 데에 사용될 수 있다.
[증폭 스테이션]
도 31은 본 발명의 바람직한 형태에 따라 이중 챔버 반응 용기를 갖는 시험 스트립(도 3 및 5 참조)에 대한 조작가능한 증폭 반응 공정 시스템(200)의 투시도이다. 시스템(200)은 2개의 동일한 증폭 스테이션(202, 204), 동력 공급 모듈(206), 제어 회로 모듈(208), 진공 탱크(210) 및 동력 공급 모듈(206)에 대한 연결부(212)로 구성된다. 탱크(210)은 제 1 챔버로부터 제 2챔버로의 유체의 전달을 촉진시키기 위해 상기 기술된 방식으로, 진공을 증폭 스테이션(202, 204) 및 궁극적으로는 다수의 진공 프로브(스트립 하나에 대해 1개)에 제공하기 위한 호스(320, 324)를 갖는다. 진공 시스템은 도 39와 관련하여 하기에 기술된다.
증폭 스테이션(202, 204)은 각각, 도 5의 하나 이상의 스트립(19)(예시된 양태에서는, 6개 이하의 스트립)을 수용하기 위한 트레이, 및 스트립의 반응 웰을 바람직한 온도로 가열하고, 이중 챔버 반응 웰 중의 제 1 챔버로부터 제 2 챔버로의 유체의 전달을 수행하고, 도 22의 양태에서의 딤블 밸브와 같은 밸브를 작동시켜서 유체 채널을 개방하여 유체를 2개의 챔버 사이에서 흐르게 하기 위한 관련된 온도 제어, 진공 및 밸브 작동 서브시스템을 갖는다.
스테이션(202, 204)은 환부 또는 임상 샘플이 상기 기술된 이중 챔버 반응 용기의 제 1 챔버에 첨가된 후에 자동화된 방식으로, 증폭 반응을 수행하기 위한 조작가능한 증폭 스테이션으로서 설계된다. SPR에 의한 반응이 완결된 후의 스트립의 처리는 시판용 VIDAS 기기와 같은 분리 기계에서 수앵된다. 특히, 스트립이 스테이션(202, 204)에 위치하고, 이들 스테이션에서 반응이 수행된 후에, 스트립은 스테이션(202, 204)로부터 분리되어 공지된 방식으로 후속 처리 및 분석을 위해 VIDAS 기기 내로 들어간다.
전체 시스템(200)은 증폭 시스템 인터페이스 보오드(도 31에 도시되지 않음)에 의한 마이크로프로세서 제어하에 있다. 제어 시스템은 도 38에 블록 다이어그램 형태로 도시되어 있고, 하기에 설명될 것이다.
도 22와 관련하여, 증폭 스테이션(202) 중 하나는 투시도로 도시되어 있다. 나머지 증폭 스테이션은 설계 및 구조가 동일하다. 도 33은 도 31의 스테이션(202)의 전방의 투시도이다.
이들 도면과 관련하여, 스테이션은 도 21의 딤블 밸브에 대한 한 세트의 진공 프로브(244)(도 33에 도시됨)를 진공 프로브 슬라이드(246)에 대해 상하로 슬라이딩시켜서 딤블 밸브(도 21-23의 양태에서 참조부호 140)를 개방시키고, 진공을 적용시켜서 반응 용기(10)(도 21)의 제 1 챔버로부터 제 2 챔버로 유체를 유인시키도록 작동되는 프로브 슬라이드 모터(222) 및 진공 프로브 슬라이드 캠 휘일(246)을 포함한다. 진공 프로브(244)는 진공 프로브 슬라이드(246)에 제공되는 환형 리세스 내에서 왕복운동한다. 진공 프로브(244)는 도 22의 양태에서 중간 챔버(70)와의 레지스트리에 위치하고 도 11의 양태에서 진공 구멍(80)과의 레지스트리에 위치한다.
스트립이 도 5-12의 방식으로 구성되는 양태에 있어서, 진공 프로브(244)는 진공 프로브(244)가 진공 구멍 위로 하강하는 경우에 중간 챔버(70)을 개방시키도록 도 12의 플런저(56)를 작동시키는 진공 프로브(244)의 샤프트에 바로 인접한 적합한 핀 구조물(도시되지 않음)을 합체시킨다. 명백하게는, 트레이 상에 설치된 시험 스트립 중의 상응하는 구조를 갖는 핀 구조 및 진공 프로브(244)의 바람직한 레지스트리가 관찰되는 것이 필요하다.
스테이션은 스테이션(202)에 대한 프레임을 제공하는 측벽(228, 230)을 포함한다. 트레이 제어기 보오드(229)는 측벽(228 및 230) 사이에 고정된다. 스테이션(202)에 대한 전자 모듈이 트레이 제어기 보오드(229) 상에 설치된다.
한 세트의 트레이 단열 커버(220)는 열적 서브시스템의 일부이고, 하나 이상의 시험 스트립을 수용하는 트레이(240)(도 33)을 감싸도록 제공된다. 단열 커버(220)는 트레이(240)의 온도를 바람직한 온도로 유지하는데에 도움을 준다. 열적 서브시스템은 또한 42℃ 펠티에 탈열기(242)를 포함하며, 이 탈열기의 일부는 시험 스트립 중의 이중 챔버 반응 용기 내의 제 2 챔버에 인접하여 위치하여, 챔버를 효소 증폭 반응에 대한 바람직한 온도로 유지시킨다. 시험 스트립 중의 반응 웰의 제 1 챔버를 변성 온도로 유지시키기 위해 트레이(240)의 전방에 95℃ 탈열기(250)이 제공된다.
도 34는 95℃ 탈열기(250) 및 열을 소산시키는 한 세트의 핀(fin)(252)을 나타내는 도 33의 모듈의 또다른 투시도이다. 95℃ 탈열기(250)이 트레이(240)의 전방 및 약간 아래에 위치하는 것을 유의해야 한다. 42℃ 탈열기(242)는 탈열기(250) 뒤에 위치한다.
도 35는 위로부터 관찰한 시험 스트립(도시되지 않음)을 보유하는 트레이(240)의 상세한 투시도이다. 트레이(240)는 기부(254)를 갖는 전방부, 및 시험 스트립을 수용하기 위한 오목한 슬롯(258)을 갖는 다수의 불연속 상승 평행 리지 구조(256)를 포함한다. 트레이(240)의 전방의 기부(254)는 95℃ 탈열기(250)와 접촉하게 된다. 위치(256A 및 256B)에서 평행한 상승 리지(256)는 도 1의 반응 용기(10)의 제 1 및 제 2챔버에 가능한 한 가깝게 위치하여, 열저항을 감소시킨다. 트레이(240)의 후방의 기부는 도 34에 가장 잘 나타낸 바와 같이, 42℃ 펠티에 탈열기와 접촉하게 된다. 트레이의 후방의 상승 리지의 부분(256B)는 트레이의 전방의 부분(256A)로부터 물리적으로 분리되고, 부분(256B)은 42℃ 탈열기와 접촉하여, 시험 스트립 중의 반응 용기의 제 2 챔버를 바람직한 온도로 유지시키게 된다.
도 35와 관련하여, 진공 프로브(244)는 각각 고무 가스킷(260)을 포함한다.진공프로브(244)가 진공 프로브 모터(222)(도 32)에 의해 하강하는 경우, 가스킷(260)은 이중 챔버 반응 용기 중의 진공 부분을 둘러싸는 시험 스트립의 상부 표면을 덮는 막 위에 위치하여, 치밀한 밀봉부를 제조하고, 진공을 제 2 챔버 상으로 유인시킨다.
도 36은 트레이(240)에 설치된 도 5에 따르는 2개의 시험 스트립(19)을 나타내는, 도 35의 시험 스트립 홀더 또는 트레이(240)의 분리된 투시도이다. 트레이(240)는 동시 처리를 위해 6개 이하의 시험 스트립(19)을 수용하는 다수의 통로 또는 슬롯(241)을 갖는다. 도 36은 트레이(240) 및 리지(256)의 각각의 부분을 바람직한 온도로 유지시키기 위한 탈열기(242, 250)를 도시한 것이다.
도 37은 아래로부터 관찰한 시험 스트립 홀더 또는 트레이(240)의 투시도이다. 전방부(254) 아래에 있는 95℃ 펠티에 탈열기가 분리되어, 트레이(240)의 후방부 아래의 후방 탈열기(242)를 더 잘 예시한다.
도 38은 도 31의 증폭 공정 시스템의 전자 및 제어 시스템의 블록 다이어그램이다. 제어 시스템은 2개의 보오드(310) 및 (311)로 분할되는 데, 다이어그램의 상부의 섹션 A(310)은 증폭 모듈 또는 스테이션(202)에 관련되고, 나머지 보오드(311)(섹션 B)는 나머지 모듈(204)에 관련된 것이다. 2개의 보오드(310) 및 (311)은 동일하며, 상부 섹션(310)만이 기술될 것이다. 2개의 보오드(310) 및 (311)은 증폭 스테이션 인터페이스 보오드(300)에 연결된다.
인터페이스 보오드(300)는 고속 데이터버스(302)를 통해 조작가능한 퍼스널컴퓨터(304)와 연통한다. 퍼스널 컴퓨터(304)는 하드 디스크 드라이브, 비디오 모니터 등을 갖는 통상적인 IBM 병용 컴퓨터이다. 바람직한 양태에서, 스테이션(202) 및 (204)은 인터페이스 보오드(300)에 의한 제어하에 있다.
스테이션(202)에 대한 보오드(301)는 2개의 펠티에 탈열기 모듈, 한쌍의 팬, 및 트레이(240)의 전방부9254) 내로 합체된 온도 감지기(이들은 모두 통상적인 것임)에 의해 95℃로 유지되는 전방 트레이(240)을 제어한다. 트레이의 후방은 2개의 펠티에 모듈 및 온도 감지기에 의해 42℃로 유지된다. 진공 프로브(244)의 이동은 프로브 모터(222)에 의해 제어된다. 위치 감지기가 제공되어, 진공 프로브(244)의 위치에 대한 입력 신호를 트레이 제어기 보오드에 제공한다. 트레이 제어기 보오드(310)는 온도 및 위치 센서로부터의 데이터를 수용하고 작동 부품, 즉 모터, 팬, 펠티에 모듈 등에 대한 명령을 나타내는, 시스템의 작동 및 비작동 부품에 대한 한 세트의 드라이버(312)를 포함한다. 드라이버는 증폭 인터페이스 보오드(300)으로부터의 명령에 반응성이다. 인터페이스 보오드는 또한 도시된 바와 같이 진공 서브시스템용 진공 펌프에 대한 명령을 나타낸다.
도 39는 도 31의 증폭 공정 스테이션(202, 204)에 대한 진공 서브시스템(320)의 다이어그램이다. 서브시스템은 유입 라인(322)을 통해 탱크(210) 중에 진공을 발생시키기 위한 진공 펌프(323)에 연결된 1ℓ 보강 플라스틱 진공 탱크(210)을 포함한다. 공급라인(324A, 324B)를 통해 한 쌍의 핀치 솔레노이드 밸브(224) (도 32 참조)에 진공을 제공하기 위해 진공 공급 라인(324)이 제공된다. 이들 진공 공급라인(324A, 324B)는 진공을 분기관(226)에 공급하여, 진공을 진공 프로브(244)에 분배한다. 진공 프로브(244)의 뾰족한 팁(245)이 시험 스트립(19)을 덮는 필름 또는 막(64)(도 11)을 관통함을 유의해야 한다. 진공 시스템(320)은 또한, 탱크(210) 중의 진공의 존재를 모니터하기 위한 차압 변환기(321)을 포함한다. 변환기(321)는 압력 신호를 도 38의 인터페이스 보오드(300)에 공급한다.
도 40은 도 31의 스테이션의 열적 사이클 프로필의 대표적 그래프이다. 라인(400)으로 나타낸 바와 같이, 1분 내에 지속되는 온도의 초기 램프 업(ramp up)(402) 후에, 제 1 온도 T1(예를 들어, 변성 온도)에 도달되며, 이 온도는 5 내지 10분과 같은 예정된 시간 동안 유지되고, 이 때에 반응 용기의 제 1 챔버에서 반응이 일어난다. 그 후에, (404)로 나타낸 바와 같이 온도의 램프 다운(ramp down)이 일어나고, 반응 용기(10)의 제 1 챔버 중의 반응 용액의 온도는 온도 T2로 저하된다. 온도 T2, 예를 들어 42℃로의 냉각 후 지정된 시간 후에, 제 1 챔버 중의 용액이 제 2 챔버로 운반되는 유체 전달이 일어난다. 온도 T2는 1시간과 같은 관심있는 적절한 반응 시간 동안 유지된다. 시간(406)에서, 온도는 65℃ 이상의 온도 T3로 신속하게 상승하여 증폭 반응을 중단시킨다. TMA 반응에 대해, 시간(406)으로부터 시간(408) 까지의 램프 업 시간이 단시간인 것, 즉 2분 미만, 바람직하게는 1분 미만인 것이 중요하다. 바람직하게는, 온도의 램프 업 및 램프 다운 모두가 1분 내에 일어난다.
도 41과 관련하여, 도 30-39의 반응 공정 스테이션에 사용하기에 적합한 이중 챔버 반응 용기 및 상기 기술된 시험 스트립에 대한 대안적인 바람직한 구성이 예시되어 있다. 이러한 양태는 제 1 및 제 2 챔버를 함께 연결시키는 연결 도관을 제어하기 위한 밸브 수단을 제공한다. 밸브 수단은 반응 용기의 구성 및 설계, 및 이들 부품을 제어하거나 작동시키기 위해 필요한 외부 수단 둘 모두에 대해, 효력을 나타내는 데에 특히 간단하다.
밸브 수단은 3개의 부품 및 이와 관련된 형태를 포함한다. 첫 번째로, 가요성인 연결 도관, 즉 외압의 적용에 의해 간단히 감소될 수 있는 흐름의 외부 단면을 갖거나, 다시 상기 외압에 의해 수득할 수 있는(즉 내향으로 편향할 수 있는)벽을 갖는 연결 도관이 제공된다. 두 번째로, 도관 내에 밀봉 단편 또는 볼 요소가 배치된다. 이러한 밀봉 단편은 연결 도관 내에 용접 밀폐를 제공한다. 밀봉 단편은 밀봉 단편의 내부 표면 쪽으로 압축되는 도관의 벽에 의해 도관 내에 보유된다. 세 번째로, 도관 및 밀봉 단편은 외부에서 도관 요소를 구성하도록 외부 장치와 함께 작업하도록 개조되고, 외부 장치에 관련하여 고정되거나 위치하여 밀봉 단편이 위치한 지점에서 도관 단편 내에 일차 또는 틈간 통로를 형성시킨다.
도 41 내지 43과 관련하여, 본 양태에 따르는 이중 챔버 반응 용기(10)는 플라스틱 재료의 성형체(512)를 포함한다. 성형체의 전방 및 후방에 있는 2개의 평평한 면은 제 1 및 제 2 반응 챔버 및 성형 공정에 의해 성형체(512)에서 형성되는 통로를 밀봉시키는 재료의 2개의 막(513, 514)으로 코팅된다.
도 41 및 42는 원통형이고 점점 가늘어지는 반응 챔버(502) 및 사각형 단면을 갖는 반응 챔버(503)가 주로 성형체 단면(512)에서 어떻게 형성되는 지를 명백히 나타낸다. 이들 2개의 챔버는 흡입관과 유사한 연결 가요성 도관(504)에 의해 서로 연결된다. 도관(504)의 한 말단은 전방 오리피스(510)를 통해 챔버(502)의 하부에 연통되어 있다. 도관(504)의 나머지 말단은 나머지 챔버(503)의 상부에 고정되고 하기에 더 상세히 설명되는 수직 도관 부분(505)를 통해 통과되는 후방 오리피스(511)를 갖는다.
상기 기술된 연결 도관(504)를 제어하기 위한 수단, 특히 개방시키기 위한 수단이 도관 부분(505)에 제공된다. 특히, 외부 장치(508)가 도관 부분(505)에 제공된다. 외부 장치(508)는 설비 또는 제어 시스템이 도관 부분 부분(505)에 연결시되어 있는 측면으로부터, 예를 들어 반응 용기가 시험 스트립에 위치하고 도 31-39의 공정 스테이션에 설치되는 경우에 시험 스트립의 위로부터 반응 용기(10)에 사입된다.
도 41-44에 도시된 바와 같이, 제 1 양태에서, 도관 부분(505)은 가요성이며, 이는 이것의 내부 단면이 외압을 주변으로 또는 중심적으로 가함으로써 감소될수 있다 성형체(512)에 대해, 상기 도관 단편(505)은 예를 들어 저밀도 폴리에틸렌과 같은 플라스틱 재료로 만들어진다.
유리 또는 금속의 볼로 구성되는 실질적으로 경질인 밀봉 단편(506)은 도관부분(505)의 내부(505a)에 보유된다. 밀봉 부분(506)은 밀봉 단편(506)의 외부 표면 쪽으로 압축되는 도관 부분의 벽(507)의 힘에 의해서만 제위치에 보유된다. 밀봉 부분(506) 및 도간 부분(505a)의 내측의 내부 단면은 둘 모두, 밀봉 단편(506)에 대한 위치가 밀봉 단편이 도관 부분(505a)의 내측 상의 치밀한 밀봉을 제공하는 것을 보장하도록 배열된다.
도관 부분(505)은 2개의 부분으로 구성된다. 제 1 부분(505b)은 밀봉 단편(506)이 압축 작용에 의해 보유되는 비교적 좁은 내부 단면을 갖는다. 제 2 부분은 밀봉 단편(506)이 압축 작용에 의해 보유될 수 없고 따라서 연결 도관(504)의 바닥으로 떨어지는 비교적 넓은 내부 단면을 갖는다.
상기 규정된 바와 같이, 외부 장치(508)가 자동화 분석 장치 측면(즉, 이중 챔버 반응 용기 위)에 제공되어 도관 부분(505)를 제한한다. 외부 장치는 핀치 바아(각각 581a 및 582b)에 맞춰진 2개의 아암(581 및 582)에 의해 도 43 및 44에 개략적으로 도시되어 있다. 도관 부분(505)의 양측면 중 어느 하나에서 성형체(512)에 개구(521, 522)가 제공되어, 2개의 아암(581, 582)가 자유롭게(예를 들어, 상향 및 하향으로) 그리고 볼 또는 밀봉 단편(506)과 연동시키기 위한 위치 내로 이동하게 된다. 예를 들어, 도 33과 관련하여, 진공 프로브 공구(244)가 각각, 밀봉 단편(506)과 연동하여 공구(244)가 시험 스트립 상으로 하강할 경우에 도관(505)을 개방시키는 아암 요소(581, 582)를 합체시킬 수 있다.
도 44에 도시된 바와 같이, 외부 제한 장치(508)는 도관 부분(505)을 따라 이동하고, 밀봉 단편(506)을 도관 부분(505b)의 제 1 부분으로부터 제 2 부분(505c)로 이것과 접촉하지 않으면서 밀어내도록 위치한다. 이로 인해, 밀봉 단편(506)이 도간 부분의 바닥으로 하강하고, 도관 단편 중의 통로가 없거나 이를 개방 시킨다.
도간 부분의 외측에 2개의 외부 멈추개(505d)(도 4)가 제공되어, 아암(81, 82)의 이동, 예를 들어 하향 이동을 중단시킨다.
도 45와 관련하여, 도 41의 양태의 제 2 변동에서, 도관 장치(507)의 벽(507)은 비교적 경질인 밀봉 단편(506)이 이것과 접촉하지 않는 경우에, 외압, 예를 들어 주변으로 또는 중심적으로 가해지는 압력의 적용에 의해 형성될 수 있다. 이 경우에, 제한 장치(508)는, 이것이 하강된 위치에 있는 경우에 최종 내부 임프린트(509)를 형성하도록 벽(507) 중의 밀봉 단편(506)의 날인을 형성할 정도로 설정된다. 외부 제한 장치(508)가 상기 압력을 배압시키는 경우, 틈간 통로는 제한 장치(508)가 밀봉 단편과 벽(507) 사이에서 작용한 후에 형성된다. 상기 틈간 통로는 연결 도관(504)을 통한 흐름을 가능하게 하거나 방출시킨다. 도 45의 좌측으로의 점선은 도관(505) 중에 보유되는 위치에서의 볼(506)을 나타내며, 도면의 우측에서의 실선은 제한 장치(508)의 작용에 의해 제조되는 임프린트를 나타낸다.
본 발명의 이중 챔버 반응 용기를 유체 샘플로 로딩시킬 수 있는 방법 또는 유체 샘플을 하나의 챔버로부터 또다른 챔버로 전달할 수 있는 방법의 또다른 대표적 예는 도 46 및 도 47a-47e와 관련하여 설명될 것이다.
도 46에 도시된 바와 같이, 이중 챔버 반응 용기(600)는 예를 들어 성형된 플라스틱 재료로 제조된 성형체(612)를 포함한다 : 용기(600)는 도관(604)를 통해 외측과 연통하고, 참조 부호(606)에 의해 개략적으로 나타낸 밸브와 같은 시스템에 의해 제어되는 상기 도관의 폐쇄부 및/또는 개구와 연통하는 플라스틱 재료로 제조된 제 1 챔버(602)를 포함한다. 제어 시스템(606)의 나머지 측면에서, 상기 제 1 도관은 하기에 더 상세히 설명되는 각을 이룬 샘플링 도관(608)과 연통한다. 용기는 또한, 일반적 참조 부호(607)에 의해 나타낸 밸브와 같은 시스템에 의해 제어되는 폐쇄부 및/또는 개구를 갖는 제 2 연결 도관(605)를 통해 단지 제 1 챔버(602)와 연통하고 있는 제 2 챔버(603)를 포함한다. 밸브(607) 및 도관(605)는 예를 들어, 상기 기술된 도관 및 볼 밸브, 상기 기술된 엘라스토머 딤블 밸브 및 도관, 또는 막을 관통하도록 조작되고 상기 설명된 스파이크 구조의 형태를 갖는다.
도 46에 예시된 유형의 부품은 하기에서 고압, 예를 들어 대기압으로 명명되는 기준 압력에서 기체상 외부 환경 내에서 작동되는 것이 일반적이다.
또한, 제 1 및 제 2 챔버는 제조시에 상기 설명된 방식으로 시약 및 효소로 로딩된다.
예를 들어, 제 1 화학적 또는 생화학적 반응이 제 1 챔버(602)에서 수행되어, 상기 챔버가 제 1 시약을 함유하게 되고, 챔버(602)에서 얻어지는 시약 생성물은 챔버(603)에서의 추가로 반응하여, 챔버(603)가 챔버(602)에 원래 함유된 시약과는 상이한 시약 또는 생성물을 함유하게 된다.
외부 용기, 예를 들어 시험관(610)에 함유된 액체 샘플(611)이 제 챔버(602)내로 전달된 후, 제 2 챔버(603) 내로 전달되는 공정이 도 47a-47f에 예시되어 있다. 제 2 챔버(602)는 원래 고압하에 있어서, 제 2 도관(605)가 폐쇄되고, 챔버(602) 및 (603)은 서로 분리된다. 제 1 도관(604)가 개방되면, 제 1 챔버(602)는 외부 환경과 연통하게 되고, 따라서 고압 HP하에 있게 된다 (도 47a 참조).
제 1 챔버(602)는 제 1 도관(604)에 이해 압력이 감소되며, 즉 압력은 하기에 더 상세히 설명되는 저압으로 명명된 압력 보다 낮아지고; 이는 제 1 도관(604)를 배기 장치 또는 펌프(609)에 연결시키는 것과 같은 배열에 이해 달성된다 (도 47b 참조). 제 1 도관(604)은 폐쇄된다. 각이 있는 관(608)의 자유 말단은 용기 (610) 중에 함유된 전달하려는 액체(611) 중에 침지된다. 제 1 도관(604)은 각이 있는 관(608)을 통해 침지 높이에서 액체와 연통하게 되며, 액체는 기체상 외부 환경 중에 위치하여 고압을 받게 된다. 이 때, 제 1 도관은 개방되어, 액체를 제 1 도관(604)를 통해 제 1 챔버(602)로 전달하게 된다 (도 47c 참조). 최종적으로, 제 1 챔버(602) 중의 압력은 나머지 부분이 고압으로서 명명되는 압력 보다 낮을 지라도, 상기 언급된 저압으로 명명되는 압력 보다 큰 감소된 압력(RP)로 명명되는 값으로 달성된다.
제 1 도관(604)은 폐쇄되어 도 47d에 나타낸 위치를 발생시킨다. 제 2 도관(605)는 폐쇄되고, 2개의 챔버(602 및 603)는 서로 분리되어, 제 2 챔버(603)는 고압을 받게 되어 제 1 도관(604)이 폐쇄되고, 제 2 챔버(602)는 외측으로부터 분리되고, 사전에 전달된 액체로 부분적으로 충전되면서, 감압하에 있게 된다.
제 2 도관(605)은 개방되어(밸브의(607)의 개방에 의해), 2개의 챔버(602 및 603) 중의 압력이 고압과 감압 사이에 있는 중간 압력(IP)로 명명되는 압력에서 균형을 이루게 된다 (도 47e 참조).
그 다음, 제 1 도관(604)은 개방되어, 제 1 챔버(602)가 외부 고압 환경과 연통하게 되고, 액체는 제 1 챔버(602)로부터 제 2 도관(605)을 통해 제 2 챔버(603)으로 전달된다. 2개의 챔버에서의 압력은 최종적으로, 고압에 도달한다. 제 1 도관(604)은 전체 공정이 완결되 후에 영구적으로 밀봉될 수 있다. 반응은 챔버(603)에서 진행된다. 물론, 챔버(602) 및 (603)은 상기 설명된 본 발명의 원리에 따라 별도의 온도로 유지될 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태가 본원에 기술되었지만, 당업자는 본 발명의 진정한 범위 및 사상에서 벗어나지 않으면서 여러 변형 및 변화가 이루어질 수 있음을 인지할 것이다. 예를 들어, 신규한 반응 용기 및 시험 스트립은 TMA와 같은 등온 증폭 반응 이외에 다른 반응에 사용될 수 있다. 본 발명은 많은 등온 반응, 다른 효소 반응, 및 차등 가열 및 함유물을 필요로 하는 반응에 적합한 것으로 여겨진다. 예를 들어, TMA 반응으로 특정하게 응용될 수 있지만, "변성 및 냉각"에 대한 기준은 단지 하나의 가능한 부류의 차등 가열 단계인 것으로 고려될 수 있다. 또한, 제 2 챔버 중의 증폭 효소의 공간 및 온도 단리가 열불안정성 시약의 공간적 단리 중 하나의 예인 것으로 고려된다. 본 발명은 TMA 반응 이외에 다른 유형의 반응에도 충분히 사용될 수 있다. 이러한 진정한 범위 및 사상은 특허청구범위에 의해, 상기 기술에 비추어 설명되도록 규정된다.
본 발명은 신규한 이중 챔버 또는 "2부분" 반응 용기, 이에 대한 반응 공정 스테이션, 및 수동 효소 전달의 필요성 없이 그리고 환경에 대한 증폭관의 노출 없이, 변성 단계와 증폭 단계의 일체화를 달성하는 사용 방법을 제공하여, 이용의 불편함 및 오염의 위험성을 방지한다.
Claims (36)
- 유체 샘플을 수용하고, 프라이머, 누클레오티드, MgC12, 및 완충 성분으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 증폭 시약으로 로딩된 제 1 챔버; 제 1 챔버로부터 물리적으로 분리된 제 2 챔버; 제 2 챔버 중에 있거나 제 2 챔버와 유체연통하고 있는 핵산 증폭 반응용 효소; 및 제 1 챔버와 제 2 챔버를 연결시키는 유체 채널을 포함하는, 핵산 증폭 반응용 이중 챔버 반응 용기.
- 제1항에 있어서, 유체가 제 1 챔버로부터 제 2 챔버 내로 통과하도록 유체 채널을 선택적으로 개방시키기 위한 수단을 추가로 포함함을 특징으로 하는 이중 챔버 반응 용기.
- 제2항에 있어서, 유체 채널을 선택적으로 개방시키기 위한 수단이 파괴될 수 있는 밀봉부를 포함함을 특징으로 하는 이중 챔버 반응 용기.
- 제2항에 있어서, 유체 채널을 선택적으로 개방시키기 위한 수단이 밸브를 포함함을 특징으로 하는 이중 챔버 반응 용기.
- 제3항에 있어서, 유체 채널을 선택적으로 개방시키기 위한 수단이, 샘플 유체 중에 유체 압력을 발생시켜서 밀봉부를 파괴하고 유체를 유체 채널을 통해 제 1 챔버로부터 제 2 챔버 내로 흐르게 할 수 있는 수단을 포함함을 특징으로 하는 이중 챔버 반응 용기.
- 제3항에 있어서, 유체 채널을 선택적으로 개방시키기 위한 수단이 용기 내에서 제 1 위치로부터 제 2 위치로 왕복 운동하는 플런저를 포함하며, 상기 플런저가 제 2 위치에서 밀봉부를 절단하도록 조작되어 유체 채널을 개방시킴을 특징으로 하는 이중 챔버 반응 용기.
- 제4항에 있어서, 밸브가 딤블 밸브를 포함함을 특징으로 하는 이중 챔버 반응 용기.
- 제1항에 있어서, 용기가 제 2 챔버와 유체 연통하는 진공 구멍을 포함하여, 진공 구멍에 대한 진공의 적용으로 유체 샘플이 제 1 챔버로부터 제 2 챔버 내로 유인됨을 특징으로 하는 이중 챔버 반응 용기.
- 증폭 웰; 열 및 수분 장벽에 의해 증폭 웰로부터 분리된 채널; 및 증폭 효소를 운반하는 채널 중의 운반체를 포함하는 핵산 증폭 반응용 반응 용기로서, 운반체가 채널 내에서 이동하여, 운반체가 열 및 수분 장벽을 통해 이동하여 효소를 증폭 웰로 운반하는 반응 용기.
- 프라이머, 누클레오티드, MgC12, 및 완충 성분으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 증폭 시약을 함유하는 제 1 챔버를 포함하는 제 1 단편; 및 증폭 효소를 함유하는 제 2 챔버를 포함하는 제 2 단편을 포함하는 폐기가능한 2 단편 반응 용기로서, 제 1 단편중의 유체 샘플이 제 2 챔버내로 통과하도록 제 1 단편 및 제 2 단편이 이중 챔버 반응 용기 내로 견고하게 연결되어 구성된 반응 용기.
- 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항의 반응 용기를 합체시킨 시험 스트립.
- 일렬로 배열된 다수의 웰을 한정하고 제 1 말단 및 샘플의 광학 분석을 수행하기 위한 크벳(cuvette)을 갖는 제 2 말단을 갖는 본체 부분을 포함하는 핵산 증폭 반응용 시험 스트립으로서, 폐기가능한 증폭 반응 용기를 수용하기 위해 시험 스트립의 제 1 말단에 인접한 본체 부분 중에 구멍을 제공함을 포함하는 시험 스트립.
- 제12항에 있어서, 폐기가능한 반응 용기가 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따르는 반응 용기중 어느 하나를 포함함을 특징으로 하는 시험 스트립.
- 서로 유체 연통되도록 위치할 수 있는, 프라이머, 누클레오티드, MgC12, 및 완충 성분으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 증폭 시약으로 로딩된 제 1 챔버 및 증폭 효소가 로딩된 제 2 챔버를 포함하는 이중 챔버 반응 용기를 제공하는 단계; 상기 증폭 시약 및 증폭 효소를 이중 챔버 반응 용기 중에 로딩시킨 후, 상기 증폭 시약을 지닌 제 1 챔버 및 증폭 효소를 지닌 제 2 챔버를 막을 사용하여 환경으로부터 밀봉시키는 단계; 및, 이중 챔버 반응 용기를 사용하는 경우, 막을 기기로 관통시키고, 샘플을 제 1 챔버내로 로딩시키는 단계; 제 1 챔버 및 샘플을 비교적 높은 제 1 온도로 가열하면서, 제 2 챔버를 비교적 낮은 제 2 온도로 유지시키는 단계; 제 1 챔버, 샘플의 용액 및 상기 증폭 시약을 비교적 높은 제 1 온도로부터 냉각시키는 단계; 용액을 제 1 챔버로부터 제 2 챔버로 통과시키는 단계; 및 용액을 제 2 챔버에서 증폭 효소에 의해 증폭시키는 단계를 포함하는, 핵산 증폭 반응을 수행하는 방법.
- 제14항에 있어서, 제 2 챔버에 진공을 적용시켜, 용액을 제 1 채널을 통해 제 1 챔버로부터 제 2 챔버로 유인시킴을 특징으로 하는 방법.
- 증폭 챔버, 및 열 및 수분 장벽에 의해 증폭 챔버로부터 분리된 제 2 챔버를 포함하는 반응 용기를 제공하는 단계; 프라이머, 누클레오티드 MgC12, 및 완충 성분으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 증폭 시약을 증폭 챔버에 로딩시키고, 증폭 효소를 제 2 챔버에 로딩시키는 단계; 샘플을 증폭 챔버에 로딩시키는 단계; 제 1 챔버 및 샘플을 65℃ 이상의 비교적 높은 제 1 온도로 가열하면서, 제 2 챔버 중의 효소를 비교적 더 낮은 제 2 온도로 유지시키는 단계; 제 1 챔버, 샘플의 용액 및 상기 증폭 시약을 냉각시키는 단계; 증폭 효소를 열 및 수분 장벽을 통해 증폭 챔버내로 운반하여 증폭 효소를 증폭 챔버 내로 도입시키는 단계; 및 용액을 증폭 챔버에서 증폭시키는 단계를 포함하는, 핵산 증폭 반응을 수행하는 방법.
- 제 1 챔버 및 제 2 챔버를 포함하는 이중 챔버 반응 용기를 포함하는 시험 스트립용 핵산 증폭 스테이션으로서, 이중 챔버 반응 용기의 제 1 챔버 및 제 2 챔버에 각각 인접한 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하는, 하나 이상의 시험 스트립에 대한 트레이; 트레이의 제 1 부분 및 제 2 부분을 제 1 및 제 2의 다른 증폭 반응 온도로 유지시켜, 제 1 챔버 및 제 2 챔버를 각각 제 1 증폭 반응 온도 및 제 2 증폭 반응 온도로 유지시키는 트레이용 온도 제어 서브시스템; 이중 챔버 반응 용기 중의 유체 도관을 개방시켜, 제 1 챔버와 제 2 챔버 사이에 유체 연통 관계를 달성시키기 위한 유체 도관 개방 기구; 및 유체 샘플을 유체 도관을 통해 제 1 챔버로부터 제 2 챔버로 전달시키기 위해 시험 스트립 중의 반응 웰과 연동하고, 시험 스트립과 함께 상호 왕복 운동할수 있는 진공 프로브를 포함하는 진공 서브시스템을 포함하는 스테이션.
- 제17항에 있어서, 유체 도관 개방 기구가 시험 스트립에 대해 진공 프로브와 왕복할 수 있는 시험 스트립용 핀을 포함함을 특징으로 하는 스테이션.
- 제17항에 있어서, 진공 프로브가 팁 부분을 포함하고, 유체 도관 개방 기구가 상기 프로브의 팁 부분을 포함함을 특징으로 하는 스테이션.
- 제17항에 있어서, 온도 제어 서브시스템이 시험 스트립의 제 1 부분을 제 1 온도로 가열하기 위한 제 1 탈열기(heat sink), 및 시험 스트립의 제 2 부분을 제 2 온도로 유지시키기 위해 제 1 탈열기로부터 분리되어 있는 제 2 탈열기를 포함함을 특징으로 하는 스테이션.
- 제17항에 있어서, 트레이가 기부, 및 다수의 시험 스트립을 수용하기 위한 슬롯을 한정하는 다수의 상승된 리지(ridge)를 포함함을 특징으로 하는 스테이션.
- 제21항에 있어서, 상승된 리지가 불연속적이며, 상승된 리지의 제 1 부분이 제 1 탈열기와 접촉하고, 상승된 리지의 제 2 부분이 제 2 탈열기와 접촉함을 특징으로 하는 스테이션.
- 샘플의 광학 분석을 수행하기 위한 광학 크벳을 추가로 포함하는, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따르는 반응 용기를 합체시킨 시험 스트립.
- 제 1 챔버 및 제 2챔버를 포함하는 이중 챔버 반응 용기를 포함하는 시험 스트립용 핵상 증폭 스테이션으로서, 이중 챔버 반응 용기의 제 1 챔버 및 제 2 챔버에 각각 인접한 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하는, 하나 이상의 시험 스트립에 대한 트레이; 시험 스트립의 공정 동안, 트레이의 제 1 부분 및 제 2 부분을 제 1 및 제 2의 다른 증폭 반응 온도로 유지시켜, 제 1 챔버 및 제 2 챔버를 각각 제 1 증폭 반응 온도 및 제 2 증폭 반응 온도로 유지시키는 트레이용 온도 제어 서브시스템; 및 이중 챔버 반응 용기 중의 유체 도관을 개방시켜, 제 1 챔버와 제 2 챔버 사이에 유체 연통 관계를 달성시키기 위한 유체 도관 개방 기구를 포함하는 스테이션.
- 서로 유체 연통되도록 위치할 수 있는, 프라이머, 누클레오티드, MgC12, 및 완충 성분으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 증폭 시약으로 로딩된 제 1 챔버 및 증폭 효소가 로딩된 제 2 챔버를 포함하는 이중 챔버 반응 용기를 제공하는 단계; 상기 증폭 시약 및 증폭 효소를 이중 챔버 반응 용기 중에 로딩시킨 후에, 상기 증폭 시약을 지닌 제 1 챔버 및 증폭 효소를 지닌 제 2 챔버를 막을 사용하여 환경으로부터 밀봉시키는 단계; 및 이중 챔버 반응 용기를 사용하는 경우, 막을 기기로 관통시키고, 샘플을 제 1 챔버 내로 로딩시키는 단계; 제 1 챔버 및 샘플을 비교적 높은 제 1 온도로 가열하면서, 제 2 챔버를 비교적 낮은 제 2 온도로 유지시키는 단계; 제 1 챔버, 샘플의 용액 및 상기 증폭 시약을 비교적 높은 제 1 온도로부터 냉각시키는 단계; 제 2 챔버의 내용물을 제 1 챔버내로 도입시키는 단계; 및 용액을 제 1 챔버에서 증폭 효소에 의해 증폭시키는 단계를 포함하는, 핵산 증폭 반응을 수행하기 위한 방법.
- 유체 샘플을 수용하고, 프라이머, 누클레오티드, MgC12, 및 완충 성분으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 증폭 시약으로 로딩된 제 1 챔버; 제 1 챔버로부터 물리적으로 분리된 제 2 챔버; 제 2 챔버중에 있거나 제 2 챔버와 유체 연통하고 있는 핵산 증폭 반응용 효소; 제 1 챔버와 제 2 챔버를 연결시키는 연결 도관; 및 도관의 개방을 위한 밸브 수단을 포함하는, 핵산 증폭 반응용 이중 챔버 반응 용기로서, 상기 밸브 수단이, (a) 벽 부분을 갖는 제 1 챔버 및 제 2 챔버를 연결시키는 가요성 도관 부분; (b) 도관 부분내에 치밀한 밀봉부를 제공하고, 밀봉 단편에 대해 압축된 도관 부분의 벽에 의해 도관 중에 보유되는, 가요성 도관 내에 배치된 경질 밀봉 단편; 및 (c) 도관 부분을 한정하기 위한 외부 장치를 포함하며, 도관 단편이 도관 부분을 한정하기 위한 외부 장치와 연동하고, 도관 부분은 도관 부분과 외부 장치의 상대적 운동으로, 한정 장치가 밀봉 단편에 작용하여 도관 부분을 개방하고 밀봉 단편이 위치하는 지점에서 도관 부분 내의 통로를 형성할 정도로 외부 장치와 관련하여 위치하는 이중 챔버 반응 용기.
- 제26항에 있어서, 밀봉 단편이 볼을 포함함을 특징으로 하는 이중 챔버 반응 용기.
- 제26항에 있어서, 도관 부분이 가요성 플라스틱 재료로 제조됨을 특징으로 하는 이중 챔버 반응 용기.
- 제26항에 있어서, 도관 부분이 외부 압력의 적용에 의해 감소될 수 있는 내부 단면을 포함하고, 밀봉 단편을 도관 부분의 벽에 의해 보유하는 비교적 좁은 내부 단면을 갖는 제 1 부분 및 밀봉 단편을 벽에 의해 보유할 수 없는 비교적 넓은 단면을 갖는 제 2 부분을 포함하며, 상기 제 1 부분 및 제 2 부분이 외부 한정 장치가 도관 부분을 따라 이동하여 밀봉 단편을 제 1 부분으로부터 제 2 부분으로 밀어내도록 배향됨을 특징으로 하는 이중 챔버 반응 용기.
- 제29항에 있어서, 도관 부분의 외측에 합체되어 이중 챔버 반응 용기 내로의 한정 장치의 이동을 중단시키는 하나 이상의 외부 멈추개를 포함함을 특징으로 하는 이중 챔버 반응 용기.
- 제26항에 있어서, 도관 단편이 비교적 유연한 벽을 추가로 포함하고, 외부 한정 장치가 벽 중의 밀봉 단편의 외측의 형상의 날인을 만들어서 벽의 내측에 임프린트를 형성시켜, 한정 장치의 작동 후에 밀봉 단편과 벽 사이에 틈간 흐름을 제공하도록 조작됨을 특징으로 하는 이중 챔버 반응 용기.
- 제26항에 있어서, 제 1 반응 용기, 제 2 반응 용기 및 도관 부분이 플라스틱 재료의 단일 성형물로부터 제조됨을 특징으로 하는 이중 챔버 반응 용기.
- 제26항 내지 제32항 중 어느 한 항의 반응 용기를 합체시킨 시험 스트립.
- 제26항에 있어서, 외부 한정 장치가 한쌍의 아암(arm)을 포함하며, 상기 한쌍의 아암이 이중 챔버 반응 용기와 관련하여 이동하는 경우에, 상기 아암이 밀봉 단편과 연동하여 밀봉 단편을 도관 부분 중의 제 1 위치로부터 도관 부분중의 제 2 위치로 이동시킴을 특징으로 하는 이중 챔버 반응 용기.
- 제34항에 따르는 이중 챔버 반응 용기를 합체시킨 증폭 공정 스테이션으로서, 아암이 제 1 위치로부터 제 2 위치로 왕복 운동을 하고, 아암이 제 2 위치에서 도관 부분을 개방시킴을 특징으로 하는 스테이션.
- 유체 샘플을 수용하고, 프라이머, 누클레오티드, MgC12, 및 완충 성분으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 증폭시약으로 로딩되고 제 1 도관에 의해 외측과 연통하는 제 1 챔버; 제 2 연결 도관에 의해 제 1 챔버와 연통하는 제 2 챔버; 및 제 2 챔버내에 있거나, 제 2 챔버와 유체 연통하고 있는 핵산 증폭 반응용 효소를 포함하는, 핵산 증폭 반응용 이중 챔버 반응 용기내에서, 고압의 외부 기체 환경의 존재하에, 유체를 전달하기 위한 방법으로서, (a) 제 1 챔버 및 제 2 챔버가 고압인 상태에서, 제 2 연결 도관을 폐쇄시켜 제 1 챔버와 제 2 챔버를 분리시키는 단계;(b) 제 2 챔버를 상기 고압으로 유지시키는 동안, 제 1 챔버 중의 압력을 상기 고압보다 더 낮은 압력으로 감소시키는 단계; (c) 유체 샘플을 유체 샘플과 유체 연통하도록 배치된 제 1 도관을 통해 도입시킨 후, 제 1 도관을 폐쇄시키는 단계; (d) 제 2 도관을 개방시켜 2개의 챔버 중의 압력을 고압과 저압 사이의 값을 갖는 중간 압력으로 균형을 맞추게 하는 단계; (e) 제 1 도관을 개방시켜서 제 1 챔버를 고압하의 외부 환경과 연통하게 하는 단계; 및 (f) 2개의 챔버 중의 압력을 최종적으로 상기 고압에 도달하게 하면서, 유체를 제 2 도관을 통해 제 1 챔버로부터 제 2 챔버로 전달시키는 단계를 포함하는 방법.
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