KR100755286B1 - 생화학 반응 카트리지 - Google Patents

Abstract

생화학 반응 카트리지는, 검체를 주입하는 주입입구와, 검체를 내장하는 챔버와, 그 검체를 처리하기 위한 시약을 담는 챔버와, 유체를 사용하여 가압 또는 감압하는 노즐입구를 구비한다. 이러한 카트리지 내부에서, 검체는 유체를 제어하여 일련의 생화학 반응이 이루어진다. 이 카트리지는, 생화학 반응장치 내에 탑재되어 있다.

생화학 반응 카트리지, 검체, 챔버, 노즐입구, 시약

Description

생화학 반응 카트리지{BIOCHEMICAL REACTION CARTRIDGE}

도 1은 본 발명에 따른 실시예의 생화학반응 카트리지의 사시도,

도 2는 생화학반응 카트리지의 평면도,

도 3은 생화학 반응 카트리지내에서의 용액의 이동이나 여러 가지의 반응을 조절하는 처리장치의 블록도,

도 4는 처리순서의 흐름도,

도 5는 챔버의 일부의 횡단면도,

도 6은 챔버의 다른 일부의 횡단면도,

도 7은 챔버의 다른 일부의 횡단면도,

도 8은 다른 실시예에 따른 챔버의 일부의 횡단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 생화학반응 카트리지 2 : 검체입구

3 : 노즐입구 4 : 공기유로

5, 7∼9 : 챔버 6a∼6m, 10, 11 : 유로

12 : DNA 마이크로어레이 13 : 테이블

17 : 제어부 18, 19 : 전동 시린지펌프

20, 21 : 펌프노즐 22, 23 : 펌프블록

본 발명은, 검체 내의 세포, 미생물, 또는 염색체, 핵산 등을, 생화학반응을 이용하여 분석하는 기술에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 분석에 사용하기 위한 생화학 반응 카트리지 및 그 카트리지 내에서 생화학반응을 행하는 생화학처리장치에 관한 것이다.

혈액 등의 검체의 분석장치의 대부분은, 항원항체반응을 이용한 면역학적인 방법, 또는 핵산교잡을 이용한 방법을 사용한다. 예를 들면, 피검출 재질 또는 물질과 특이적으로 결합하는 항체 또는 단일쇄의 핵산 또는 항원 등의 단백질을 프로브로서 사용하고 미립자, 비즈(beads) 또는 유리판 등의 고상표면에 고정하여, 항원항체반응 또는 핵산교잡을 행한다. 그리고, 효소, 형광성물질 또는 발광성물질 등의 검지감도가 높은 표식물질을 갖는 특이적인 상호작용을 일으키는 예를 들면 표식화 항체나 표식화 항원 또는 표식화 핵산에 의해, 항원항체 화합물이나 이중쇄의 핵산을 검출하여, 피검출 재질의 유무 또는 검출물질의 정량 결정을 행한다.

이러한 기술들을 발전시킨 것으로서, 예를 들면, 미국특허 5,445,934호 공보에는, 서로 다른 염기배열을 갖는 다수의 DNA(디옥시리보(deoxyribo)핵산) 프로브를 기판상에 어레이형으로 배열한, 소위 DNA 어레이가 기재되어 있다.

또한, Anal.Biochem.,270(1), 103-111(1999)에는, 다종류의 단백질을 멤브레인 필터상에 배열하는 DNA 어레이와 같은 단백질 어레이의 제조방법이 개시되어 있다. 이들 DNA 어레이 및 단백질어레이 등에 의해서, 한번에 매우 많은 항목을 검사하는 것이 가능하게 된다.

또한, 여러 가지의 검체분석방법에 있어서, 검체에 의한 오염의 경감, 반응의 효율화, 장치의 소형화, 작업의 간편화를 실현하기 위해서, 그 카트리지 내부에서 필요한 반응을 행하는, 1회용 생화학 반응 카트리지도 제안되어 있다. 예를 들면, 일본특표평 제11-509094호에는, DNA 어레이를 포함하는 생화학 반응 카트리지내에 복수의 챔버를 갖고, 차압에 따라서 용액을 이동하여, 그 카트리지 내의 검체로부터의 DNA의 추출, 증폭 또는 교잡 등의 반응을 가능하게 한 생화학 반응 카트리지가 개시되어 있다. 미국특허 제5,690,763호에는 시트 적층구조에 의한 3차원 만곡 유로에서 반응하는 구성이 개시되어 있고, 미국특허 6,167,910호 및 6,494,230호에는 3층 구조로 이루어진 제 1 층과 제 2 층 사이와 제 2 층과 제 3 층 사이에서 유로를 설치하고, 각각의 유로가 서로 부분적으로 연결되어 있는 μ-TAS(mirco-total analysis system) 구조가 개시되어 있다.

그리고, 상기와 같은 생화학 반응 카트리지 내부에 외부로부터 용액을 주입하는 방법으로서는, 외부의 시린지펌프나 진공펌프를 이용하는 것이 가능하다. 또한, 생화학 반응 카트리지 내부에서 용액을 이동하는 방법으로서는, 중력, 모세관현상, 전기영동을 이용한 것이 공지되어 있다. 그리고 생화학 반응 카트리지 내부에 설치할 수 있는 소형 마이크로펌프로서, 특허 제2832117호에는 발열소자를 이용한 것이 개시되어 있고, 일본특허공개 제2000-274375호에는 압전소자를 이용한 것이 개시되어 있고, 일본특표평 제11-509094호에는 다이어프램 펌프가 개시되어 있다.

2차감염 또는 오염을 막기 위함과, 쓰기 편리한 점에서, 필요한 용액을 내장한 1회용 카트리지를 쓰는 것이 바람직하지만, 펌프를 내장한 카트리지로서는 고가이다.

또한, μ-TAS 등의 종래의 생화학 반응 카트리지에서는, 예를 들면, 시약, 액체 또는 검체를 일방향으로 주입하는데만 행해진 액체의 이동방법과, 왕복운동을 하는데 필요한 반응액체의 이동방법을 적절하게 사용하는 법에 관해서 개시하지 않았다. 특히, 전자의 방법은, 액체의 전체양을 이동할 경우, 그 이동 완료후 기포가 발생하여, 기포가 발생하지 않은 경우에 액체의 전체양을 완전히 이동시킬 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 펌프를 내장하지 않고 외부의 펌프의 작용하에 용액을 이동시킴으로써 일련의 생화학 반응을 진행시킬 수 있고, 카트리지로부터 용액이 흘러 나가는 것을 방지할 수 있는 구조를 갖는 1회용 생화학 반응 카트리지를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 상술한 생화학 반응 카트리지를 사용하여 카트리지 내부에서 생화학 반응을 행하기 위한 생화학처리장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 내부의 액체를 이동시키는 생화학 반응 카트리지에서 최적의 유로를 선택하여, 시약 또는 검체를 후속하는 챔버 내에 주입하는데만 필요한 이동과, 반응액체를 왕복운동하는데 필요한 이동에 대해 적절하게 사용하도록 확실히 적절한 이동을 할 수 있는 생화학 반응 카트리지를 사용한 방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 의한 생화학 반응 카트리지는,

검체를 주입하는 주입입구와,

상기 검체를 내장하는 제 1 챔버와,

생화학 반응에 기여하는 시약을 내장하는 제 2 챔버와,

검체 및/또는 시약 및/또는 반응액체를 통과시키는 유로와,

가압 또는 감압을 하기 위한 복수의 노즐을 수납하는 복수의 노즐입구를 구비하고,

상기 복수의 노즐입구는 상기 제 1 또는 제 2 챔버와 통하고, 유체는 상기 복수의 노즐입구와 상기 제 1 또는 제 2 챔버 사이에 있고 그 복수의 노즐에 의해 상기 검체 및/또는 시약 및/또는 반응액체를 이동시키도록 가압 또는 감압되어, 상기 카트리지 내부의 일련의 생화학 반응을 행한다.

또한, 본 발명의 생화학처리장치는,

검체를 생화학적으로 처리하기 위한 용액을 내장하는 복수의 챔버를 갖는 카 트리지를 탑재한 카트리지 탑재부와,

상기 카트리지의 챔버의 관련 챔버와 통하는 연통로에 각각 접속된 복수의 노즐부와,

상기 노즐부를 통해 카트리지 내부의 유체 압력을 제어하는 제어수단을 구비하고,

상기 제어수단은 카트리지 내부의 용액을 카트리지 내부에서만 이동하도록 상기 유체 압력을 제어한다.

또한, 본 발명에 의한 검체를 생화학적으로 처리하기 위한 용액을 내장한 복수의 챔버를 갖는 카트리지 내에서 생화학 처리를 하는 생화학처리방법은,

카트리지의 관련 챔버와 통하는 유로의 관련 입구에 각 노즐을 접속하는 단계와,

카트리지에 유체를 주입하여 상기 카트리지 내의 액체를 이동시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 생화학 반응 카트리지는,

액체를 축적하는 저장챔버와,

제 1 챔버와,

상기 저장챔버를 상기 제 1 챔버에 접속하여 상기 저장챔버 내의 액체를 상기 제 1 챔버로 이동시키는 제 1 유로와,

제 2 챔버와,

상기 제 1 챔버를 상기 제 2 챔버에 접속하여 상기 제 1 챔버 내의 액체를 상기 제 2 챔버로 이동시키는 제 2 유로를 구비하고,

상기 제 1 챔버를 상기 제 1 유로에 접속하기 위한 제 1 접속부의 바닥위치는, 상기 제 1 챔버를 상기 제 2 유로에 접속하기 위한 제 2 접속부의 바닥위치보다도 높다.

이들 발명내용과 본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은, 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 관한 아래의 설명에 의거하여 보다 명백해질 것이다.

[발명의 실시예]

이하에, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

(제 1 실시예)

도 1은 본 실시예에서의 생화학 반응 카트리지의 외관도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 카트리지(1) 상에는, 시린지(syringe)(주사기) 등의 혈액 등과 같은 검체를 주입하는 검체입구(2)가 설치되어 있고, 이 검체입구는 고무 캡으로 밀봉되어 있다. 카트리지(1)의 측면에는, 가압 또는 감압하여 카트리지(1) 내의 용액을 이동시키기 위해서 노즐을 주입하는 복수의 노즐입구(3)가 구성된다. 고무 캡은 각 노즐입구(3) 상에 고정된다. 카트리지(1)의 반대 측면은 동일한 구조를 갖는다.

생화학 반응 카트리지(1)의 본체는, 폴리메타크릴산메틸(PMMA), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS)공중합체, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에스테르 또는 폴리염화비닐 등의 투명 또는 반투명의 합성수지로 구성되어 있다. 광학적인 측정을 필요로 하지 않는 경우는, 카트리지(1)의 본체의 재질은 투명한 재질이 아니어도 된다.

도 2는 생화학 반응 카트리지(1)의 평면도이다. 카트리지(1)의 한쪽 측면에는 10개의 노즐입구(3a∼3j)가 있고, 반대측의 측면에도 10개의 노즐입구(3k∼3t)가 있다. 각각의 노즐입구(3a∼3t)는, 해당 공기유로(4a∼4t)를 통해, 각각 용액을 저장하거나 반응을 일으키는 부분 또는 장소인 챔버(5)와 통해 있다.

그러나, 본 실시예에서 노즐입구(3n, 3p, 3q, 3s)는 사용되지 않기 때문에 챔버(5)에 통해 있지 않고, 예비입구로서 사용된다. 더욱 구체적으로, 본 실시예에서 노즐입구(3a∼3j)는 유로(4a∼4j)를 통해 챔버(5a∼5j)와 각각 통해 있다. 반대측의 노즐입구(3k, 3l, 3m, 3o, 3r, 3t)는, 각각 유로(4k, 4l, 4m, 4o, 4r, 4t)를 통해 챔버(5k, 5l, 5m, 5o, 5r, 5t)와 통해 있다.

그리고, 상기 검체입구(2)는 챔버(7)와 통해 있다. 챔버 5a, 5b, 5c, 5k는 챔버 7과, 챔버 5g, 5o는 챔버 8과, 챔버 5h, 5i, 5j, 5r, 5t는 챔버 9와 통해 있다. 또한, 챔버 7은 유로 10을 통해 챔버 8과, 챔버 8은 유로 11을 통해 챔버 9와 통해 있다. 유로 10에는 챔버 5d, 5e, 5f, 5l, 5m이 각각 유로 6d, 6e, 6f, 6l, 6m와 통해 있다. 또한, 챔버(9)의 바닥(아래면)에는 사각 구멍이 설치된다. 이 사각 구멍에는, 1인치 사방정도의 유리판 등의 고상표면에, 다른 종류의 DNA 프로브가 수십 내지 수십만종 고밀도로 배열된 DNA 마이크로어레이(12)가, 프로브면이 위가 되도록 부착된다.

상기 마이크로어레이(12)를 사용하여 교잡반응을 행함으로써, 한번에 수많은 유전자를 검사할 수 있다.

또한, 상기 DNA 프로브들은, 매트릭스형으로 규칙적으로 배열되어 있고, 각각의 DNA 프로브의 어드레스(매트릭스의 행의 번호와 열의 번호로 결정된 위치)는 정보로서 용이하게 판독된다. 검사의 대상이 되는 유전자로서는, 예를 들면, 감염증 바이러스, 세균, 질환관련 유전자 외에, 각 개인의 유전자 다형성이 있다.

챔버 5a, 5b에는, 각각 세포막을 깨는 EDTA(ethylene diamine tetraacetic acid)를 함유한 제 1 용혈제와, 계면활성제 등의 단백질 변성제를 함유한 제 2 용혈제가 각각 저장되어 있다.

챔버 5c에는 DNA가 흡착하는 실리카로 코팅된 자성체 입자가 저장된다. 챔버 5l 및 챔버 5m에는, DNA 추출시에 DNA를 정제하기 위해서 사용하는 제 1, 제 2 추출 세정액이 각각 저장되어 있다.

챔버 5d에는 DNA를 자성체 입자로부터 용출하는 저농도염의 버퍼로 이루어진 용출액, 챔버 5g에는, 프라이머, 중합효소, dNTP(deoxyribonucleotidetriphosphate), 버퍼, 형광제를 함유한 Cy-3dUTP 등을 포함한 PCR(polymeraze chain reaction)에 대한 혼합액이 충전되어 있다. 챔버 5h, 5j에는, 교잡하지 않은 형광표식을 갖는 검체 DNA와 형광표식을 세정하기 위한 계면활성제를 포함하는 세정액이 저장되어 있다. 챔버 5i에는 DNA 마이크로어레이(12)를 포함하는 챔버 9의 내부를 건조시키기 위한 알코올이 저장되어 있다.

챔버 5e는 혈액의 DNA 이외의 잔해가 고이는 챔버, 챔버 5f는 챔버 5l, 5m의 제 1 및 제 2 추출 세정액의 폐액이 고이는 챔버, 챔버 5r은 제 1 및 제 2 세정액의 폐액이 고이는 챔버이고, 챔버 5k, 5o, 5t는 용액이 노즐입구에 유입하지 않도록 설치한 빈 챔버이다.

상술한 생화학 반응 카트리지는, 혈액 등의 액체형 검체를 주입하고 후술하는 처리장치에 세트하면, 카트리지(1) 내부에서 DNA 등의 추출 및 증폭이 행해진다. 또한, 그 증폭된 검체 DNA와 카트리지 내부에 설치된 DNA 마이크로어레이상의 DNA 프로브와의 교잡과, 교잡하지 않은 형광표식을 갖는 검체 DNA와 형광표식의 세정이 행해진다.

도 3은 생화학 반응 카트리지 내에서의 용액의 이동이나 여러 가지의 반응을 제어하는 처리장치의 개략도이다.

또한, 테이블(13) 상에는 생화학 반응 카트리지(1)가 탑재되어 있다. 또한, 그 테이블(13)상에는, 카트리지(1)내에서 검체로부터의 DNA 등을 추출할 때에 작동시키는 전자석(14)과, 검체로부터의 DNA를 PCR(Polymerase Chain Reaction)등의 방법으로 증폭시킬 때에 온도제어하기 위한 펠티에(Peltier)소자(15)와, 그 증폭한 검체 DNA와 카트리지(1) 내부에 있는 DNA 마이크로어레이상의 DNA 프로브와의 교잡과, 교잡하지 않은 검체 DNA를 세정 또는 세척할 때에 온도제어하기 위한 펠티에소자(16)가 배치되고, 이들은 전체 처리장치를 제어하는 제어부(17)에 접속되어 있다.

테이블(13)의 양측면에는, 전동(모터 구동) 시린지펌프(18, 19)와, 그 펌프들(18, 19)에 의해 공기를 토출 또는 흡인하는 출입구에서 한쪽면에 10개씩의 펌프 노즐 20 또는 21을 갖는 펌프블록(22, 23)이 배치되어 있다. 전동 시린지펌프(18, 19)와 펌프노즐(20, 21)의 사이에는, (도시하지 않은) 복수의 전동전환(선택) 밸브가 배치되고, 전동 시린지펌프(18, 19)와 함께 상기 제어부(17)에 접속되어 있다. 제어부(17)는, 검사자가 입력을 행하는 입력부(24)에 접속되어 있다. 이 제어부(17)는, 각각의 10개 펌프노즐을 각각 선택적으로 전동 시린지펌프(18, 19)에 대하여 각각 오픈 및 클로즈로 되도록 하는 펌프노즐(20, 21)을 제어한다.

또한, 본 실시예에서는, 혈액을 검체로서 검사자가 시린지 또는 주사기를 사용하여 검체입구(2)의 고무 캡을 관통시켜 주입하면, 혈액은 챔버(7)에 유입한다. 그 후, 검사자는 생화학 반응 카트리지(1)를 테이블(13)에 설치하고, 도시하지 않은 레버를 조작하면, 펌프블록(22, 23)은 도 3의 화살표 방향으로 이동하여, 펌프노즐(20, 21)이 카트리지(1)의 양측면에서의 해당 노즐입구(3)를 통해 카트리지(1) 내로 주입된다.

노즐입구(3a∼3t)는, 생화학 반응 카트리지(1)의 2개의 표면, 예를 들면 양측면에 집중되어 있으므로, 전동 시린지펌프(18, 19), 전동전환밸브, 펌프노즐을 내장한 펌프블록(22, 23) 등의 형상 및 배치를 단순하게 할 수 있다. 필요한 챔버(5)와 유로를 확보하면서 펌프블록 22와 23 사이에서 카트리지(1)를 동시에 삽입하는 단순한 동작을 행함으로써, 펌프노즐(20, 21)을 삽입할 수 있고, 펌프블록(22, 23)의 구성도 단순화할 수 있다. 그리고, 노즐입구(3a∼3t)는 전부 같은 높이, 즉 직선형으로 배치하면, 노즐입구(3a∼3t)에 접속한 유로(4a∼4t)의 높이가 서로 같게 된다. 그 결과, 유로(4a∼4t)의 제작이 용이해진다.

또한, 도 3의 처리장치에서, n개의 카트리지(1)에 대해 펌프블록(22, 23)의 길이를 n배로 길게 하는 경우에, n개의 카트리지(1)를 직렬로 배열하면, 필요한 단계를 상기 n개의 카트리지(1)에 대하여 모두 동시에 할 수 있다. 그 결과, 매우 간단한 장치구성으로 다수의 생화학 반응 카트리지에서 생화학 반응을 할 수 있다.

검사자가 입력부(24)에서 처리개시 명령을 입력하면, 처리가 시작된다. 도 4는 본 실시예의 처리장치에서의 처리순서를 설명하는 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 단계 S1에서, 제어부(17)는 노즐입구 3a와 3k만을 오픈으로 하고, 전동 시린지펌프 18로부터 공기를 토출하고, 전동 시린지펌프 19로부터 공기를 카트리지(1) 내로 흡인하여, 챔버 5a로부터 혈액을 함유한 챔버 7로 제 1 용혈제를 주입한다. 이때에, 용혈제의 점성이나 유로의 저항에 의존하지만, 전동 시린지펌프 19로부터의 공기의 흡인을, 전동 시린지펌프 18로부터의 공기 토출개시 10∼200msec 후에 개시하도록 제어함으로써, 흐르는 용액의 선두에서 용액이 튀기거나 흩어지지 않고, 원활하게 용액이 흐른다.

이와 같이 공기의 공급 및 흡인의 타이밍을 변위시켜 가압 및 감압을 제어함으로써, 용액을 원활하게 흘릴 수 있다. 바람직한 실시예에서, 공기의 흡인 정도를 전동 시린지펌프(18)로부터의 공기의 토출개시부터 선형으로 증가하도록 제어하여, 그 용액을 더욱 원활하게 흐르게 할 수 있다. 이것은, 이하의 용액의 이동의 경우에서도 마찬가지이다.

공기의 공급 제어는, 전동 시린지펌프(18, 19)를 사용하여 용이하게 실현될 수 있다. 더욱 구체적으로는, 노즐입구 3a와 3o만을 오픈으로 하고, 전동 시린지펌 프 18과 19에서 공기의 토출 및 흡인을 교대로 반복하여, 챔버(7)의 용액을 유로(10)에서 반복적으로 흘린 후 되돌리는 동작을 반복하여, 그 용액을 교반한다. 이와는 달리, 전동 시린지펌프 19로부터 공기를 연속적으로 토출하여 기포를 발생시키면서 그 용액을 교반할 수 있다.

도 5는 챔버 5a, 챔버 7, 챔버 5k를 가로지르는 단면도를 따라 도 2에 도시된 생화학 반응 카트리지(1)의 단면도로, 노즐입구 3a에 펌프노즐 20이 주입되어 가압되고, 노즐입구 3k에 펌프노즐 21이 주입되어 감압되어서, 챔버 5a의 제 1 용혈제가 유로(6a)를 통해 챔버 7에 유입하는 모양을 나타낸다. 도 5에서, 높이(준위(Level)) 관계를 명확히 하기 위해서, 유로 10의 단면도가 도시되어 있다.

챔버 5a의 제 1 용혈제의 체적은, 요구사항을 확보하도록 결정한다. 또한, 챔버 5a, 7의 크기와 위치는, 제 1 용혈제가 챔버 7에 유입할 경우 챔버 7의 액체 준위가 상기 유로(6a)와 챔버 7 사이의 접속부의 바닥면(25)의 높이(수직위치)보다 낮도록 결정된다.

다시 도 4를 참조하면, 단계 S2에서는, 노즐입구 3b와 3k만을 오픈으로 하고, 상기 제 1 용혈제의 경우와 마찬가지로 하여 챔버 5b의 제 2 용혈제를 챔버 7에 유입하게 한다. 마찬가지로, 단계 S3에서는 챔버 5c의 자성체 입자를 챔버 7에 유입한다. 단계 S2, S3도 S1과 마찬가지로 하여 교반을 행한다. 단계 S3에서는, 자성체 입자에 단계 S1, S2에서 세포가 용해하여 나온 DNA가 부착된다.

상기 챔버 5b, 5c와 유로 6b, 6c의 단면형상은 상기 챔버 5a와 유로 6a와 같 다. 제 2 용혈제와 자성체 입자 용액의 체적은, 그들의 요구사항을 확보하도록 결정한다. 또한, 챔버 5b, 5c, 7의 크기와 위치는, 상기 단계 S1에서와 마찬가지로, 챔버 7의 액체 준위가 상기 유로 6a, 6c와 챔버 7 사이의 접속부의 바닥면의 높이보다 낮도록 결정된다.

이때, 본 실시예에서는, 도 5에 나타낸 이점쇄선으로 정의된 3개의 주입성형부분 1A, 1B, 1C의 초음파 융합결합에 의해 생화학 반응 카트리지(1)를 제공한다. 상기 부분의 제공의 편의를 위해, 유로 6a, 6b, 6c는, 서로 높이(수직위치)에 있어서 동일하다. 따라서, 관련 접속부도 동일한 높이이다. 또한, 상기 챔버 5a, 5b, 5c와 같은 높이를 갖는 챔버는, 도 1에 도시된 챔버 5k와 도 2에 도시된 챔버 5g, 5o이다.

이렇게 함으로써, 이동할 챔버보다 높은 위치로부터 시약이 흐르므로, 저항없이 저장챔버에 저장된 시약의 전체양을 신뢰성 있게 원활하게 이동하는 것이 가능하다. 또한, 일부의 시약에 대해 기포가 발생하지 않는 것을 원하는 경우가 있다. 이러한 경우에, 상술한 것처럼 시약을 이동하면, 상기 용액의 전체양은, 용액의 이동 종료를 감시하지 않고서 기포를 발생하지 않으면서 간단한 구조로 이동할 수 있다.

이후, 단계 S4에서는, 전자석(14)을 온으로 하고, 노즐입구 3e와 3k만을 오픈으로 한다. 그 후, 전동 시린지펌프 19로부터 공기를 토출하고, 전동 시린지펌프 18로부터 공기를 흡인하여 챔버 7의 용액을 챔버 5e로 이동한다. 이 이동시에 자성체 입자와 DNA가 유로(10)의 전자석(14) 위에서 포착된다. 상기 펌프(18, 19)의 흡 인 및 토출을 교대로 반복하여 용액을 챔버 7과 5e 사이를 두 번 왕복시켜, DNA의 포착효율을 높인다. 왕복 횟수를 늘리면 더욱 포착효율을 높일 수 있다. 그렇지만, 처리시간이 많이 걸리게 된다.

이와 같이, 자성체 입자를 이용하여 DNA를, 폭 1∼2mm정도, 높이 0.2∼1mm 정도의 작은 유로상에 흐르고 있는 상태에서 포착하므로, 고효율로 포착할 수 있다. 이것은 RNA 및 단백질일 경우도 마찬가지이다.

도 6은 챔버 5e, 7, 5k를 가로지르는 단면을 따라 도 2에 도시된 카트리지(1)의 단면도로, 챔버 5e, 7과 유로(6e)간의 높이 관계를 나타낸다. 상기 유로(6e)는, 챔버 5e, 7의 바닥부에 연결되므로, 펌프 18에 의한 흡인과 펌프 19에 의한 토출이 반전될 때 상기 용액의 이동방향은 반대방향으로 변화된다. 이 때문에, 흡인과 토출을 교대로 반복하면, 상기 챔버 7과 5e 사이에서 상기 용액을 임의의 횟수로 왕복시키는 것이 가능하다.

그 후, 단계 S5에서는, 전자석(14)을 오프로 하여, 노즐입구 3f와 3l만을 오픈으로 한다. 이후, 전동 시린지펌프 19로부터 공기를 토출하고, 전동 시린지펌프 18로부터 공기를 흡인하여 챔버 5l의 제 1 추출 세정액을 챔버 5f로 이동한다. 이때, 단계 S4에서 포착된 자성체 입자와 DNA가 추출 세정액과 함께 이동하여, 세정이 행해진다. 단계 S4와 마찬가지로 하여 두 번 왕복한 후, 전자석(14)을 온으로 하고, 마찬가지로 하여 두 번 왕복시켜 자성체 입자와 DNA를 유로(10)의 전자석(14) 위에 회수하여, 용액을 챔버 5l로 되돌려 놓는다.

단계 S6에서는, 노즐입구 3f와 3m과 협력하여 챔버 5m의 제 2 추출 세정액을 사용하여, 단계 S5와 동일한 방법으로 더 세정을 한다.

단계 S7에서는, 전자석(14)을 온으로 한 채, 노즐입구 3d와 3o만을 오픈으로 하고, 상기 펌프 18로부터 공기를 토출하고, 상기 펌프 19로부터 공기를 흡인하여 챔버 5d의 용출액을 챔버 8로 이동한다.

이때, 용출액의 작용에 의해서 자성체 입자와 DNA가 분리되어, DNA만이 용출액과 함께 챔버(8)로 이동하고, 자성체 입자는 유로(10)에 남는다. 이와 같이 하여, DNA의 추출 및 정제가 행해진다. 상술한 것처럼, 추출 세정액이 들어간 챔버와 세정 후의 폐액이 들어간 챔버를 따로따로 설치하기 때문에, 생화학 반응 카트리지(1)내에서 DNA를 추출 및 정제하는 것이 가능해진다.

다음에, 단계 S8에서는, 노즐입구 3g와 3o만을 오픈으로 하고, 전동 시린지펌프 18로부터 공기를 토출하고, 그 펌프 19로부터 공기를 흡인하여 챔버 5g의 PCR제제를 챔버 8에 유입한다. 또한, 노즐입구 3g와 3t만을 오픈하고, 상기 펌프 18와 19에서 공기의 토출 및 흡인을 교대로 반복하여, 유로 9 내의 챔버 8의 용액을 전후로 흐르게 하여, 용액을 교반시키는 효과를 낸다. 그리고, 펠티에소자(15)를 제어하고, 챔버(8)내의 용액을 96℃의 온도로 10분 유지한다. 그 후, 96℃/10초, 55℃/10초 및 72℃/1분의 가열 사이클을 30회 반복하여, 그 용출된 DNA를 PCR로 하여 DNA를 증폭한다.

단계 S9에서는, 노즐입구 3g와 3t만을 오픈으로 하고, 전동 시린지펌프 18로부터 공기를 토출하고, 전동 시린지펌프 19로부터 공기를 흡인하여 챔버 8의 용액을 챔버 9로 이동한다. 또한, 펠티에소자(16)를 제어하여, 챔버(9)내의 용액을 45℃로 2시간 유지하여 교잡을 행한다. 이때, 상기 펌프 18과 19에서 공기의 토출 및 흡인을 교대로 반복하여, 용액을 챔버 9와 유로 6t 사이로 이동시켜서, 용액의 교반 시키는 효과를 낸다.

단계 S10에서는, 45℃를 유지한 채, 노즐입구 3h와 3r만을 오픈으로 하고, 전동 시린지펌프 18로부터 공기를 토출하고, 전동 시린지펌프 19로부터 공기를 흡인하여, 챔버 9내의 용액을 챔버 5r로 이동하면서, 챔버 5h의 제 1 세정액을 챔버 9를 통해서 챔버 5r에 유입한다. 상기 펌프(18, 19)의 흡인 및 토출을 교대로 반복하여 용액을 챔버 5h, 9, 5r 사이를 두 번 왕복시켜, 최후에 챔버 5h로 되돌린다. 이와 같이 하여, 교잡하지 않은 형광표식을 갖는 검체 DNA와 형광표식이 세정된다.

도 7은 챔버 5h, 챔버 9 및 챔버 5r를 가로지르는 단면을 따라 나타낸 도 2의 생화학 반응 카트리지(1)의 단면도이다. 카트리지(1)는, 노즐입구 3h에 펌프노즐 20이 주입되어 가압되고, 노즐입구 3r에 펌프노즐 21이 주입되어 감압된다. 도 7은 제 1 세정액이 챔버 9를 통해서 챔버 5r에 유입하는 상태를 나타낸다.

도 4를 다시 참조하면, 단계 S11에서는, 45℃를 유지한 채로, 노즐입구 3j와 3r과 협력하여 챔버 5j의 제 2 세정액을 사용하여, 단계 S10과 같은 방법으로 추가로 세정하고, 최후에 그 용액을 챔버 5j로 되돌린다. 이와 같이, 세정액이 들어 간 챔버 5h, 5j와 세정 후의 폐액이 들어가는 챔버 5r을 따로따로 제공하므로, 생화학 반응 카트리지(1)내에서 DNA 마이크로어레이(12)를 세정하는 것이 가능해진다.

단계 S12에서는, 노즐입구 3i와 3r만을 오픈으로 하고, 전동 시린지펌프 18 로부터 공기를 토출하고, 그 펌프 19로부터 공기를 흡인하여 챔버 5i의 알코올을 챔버 9를 통해서 챔버 5r로 이동한다. 그 후, 노즐입구 3i와 3t만을 오픈으로 하고, 상기 펌프 18로부터 공기를 토출하고, 그 펌프 19로부터 공기를 흡인하여 챔버 9내를 건조시킨다.

검사자가 (도시하지 않은) 레버를 조작하면, 펌프블록(22, 23)은, 생화학 반응 카트리지(1)로부터 떨어지는 방향으로 이동한다. 그 결과, 펌프노즐(20, 21)이 카트리지(1)의 노즐입구(3)로부터 빠진다. 그리고, 검사자는 그 카트리지를 공지된 스캐너 등의 DNA 어레이용 판독장치에 탑재하여 측정 및 분석을 한다.

(제 2 실시예)

도 8은 본 실시예의 생화학 반응 카트리지(1)의 단면도로, 제 1 실시예의 도 2에 도시된 챔버 5a, 7 및 5k를 가로지르는 단면을 나타낸다. 또한, 제 1 실시예의 도 1 내지 도 4 및 도 7도 본 실시예에 적용 가능하다.

생화학 반응 카트리지(1)는, 펌프노즐 20을 노즐입구 21에 주입하여 가압되고 펌프노즐 21을 노즐입구 3k에 주입하여 감압된다. 도 8은 챔버 5a의 제 1 용혈제가 혈액을 내장한 챔버 7 내로 유로(6a)를 통해 유입하는 상태를 나타낸다. 높이 관계를 명확히 하기 위해서, 상기 유로도 단면으로 나타낸다.

본 실시예에서는, 횡방향뿐만 아니라 종방향으로도 챔버 5a와 7을 연결하는 유로를 연장하므로, 유로 6a와 챔버 7간의 접속부의 바닥면(25)의 (수직)높이가 증가하는, 즉 허용 가능한 액체준위가 증가한다. 그 결과, 챔버 7에 내장되는 용액의 양을 보다 크게 한다. 그 용액 양을 증가시킬 필요가 없는 경우는, 생화학 반응 카트리지(1)의 높이를 감소시킬 수 있다.

또한, 주입성형을 통해 생화학 반응 카트리지(1)를 제공하는 경우, 본 실시예에서는 유로(6a)의 수직부를 필요로 한다. 그러나, 그 수직부는, 도 8에 이점쇄선으로 도시된 2개의 주입성형부 A, B를 사용하여 설치될 수 있다. 이와는 달리, 2개의 시트(sheet)부를 서로 결합하는 것도 가능하다. 이 경우에, 경사면을 갖도록 유로(6a)를 기울여도 된다.

상기 실시예들(제 1 실시예와 제 2 실시예)에서는, 시약이 저장챔버로부터 이동하지만 액체 검체 또는 세정액도 저장챔버로 이동하여도 된다. 또한, 상기 실시예들에서는, 공기의 가압 및 감압을 사용하여 액체를 이동하지만, 카트리지(1)를 일측면에서 오픈하고 타측면에서 가압 또는 감압만하고, 이동할 용액을 직접 이동시키는 펌프를 사용하여, 전기 이동 또는 자력을 사용하여 이동하는 다른 방법으로 액체를 이동시켜도 된다. 또한, 상기 실시예들에서는, 소정량의 용액을 저장챔버에 저장하고 모든 양의 용액을 이동하였지만, 이동하는 용액의 양은 액체량 센서 또는 유량센서에 의해 제어하여도 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 생화학 반응 카트리지는, 펌프를 내장하지 않고 외부의 펌프에 의해 내부에서만 용액을 이동하여 필요한 반응을 진행하므로, 용액이 흘러넘치지 않는 값싼 구조의 1회용 카트리지를 제공하는 것이 가 능해진다. 그 때문에, 2차 감염 및 오염의 우려가 없어진다. 또한, 카트리지가 필요한 용액을 내장하고 있기 때문에, 시약 및 세정액을 준비할 필요가 없다. 그 결과, 노동력을 감소시키고 시약 선택의 실수를 막는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에서는, 처리장치측의 (외부)펌프에 의해 카트리지 내의 공기압을 제어하여 카트리지 내부만의 용액을 이동하여, 필요한 생화학 반응을 하게 한다. 따라서, 값싼 생화학 반응 카트리지를 사용하여 카트리지 내부에서 생화학 반응을 일으킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 생화학 반응 카트리지는, 시약 또는 검체를 후속하는 챔버에 유입시켜서만 행할 수 있는 시약 또는 검체에 대한 이동과, 왕복운동을 요하는 반응액체의 이동 모두에 대해 최적의 유로를 적절하게 사용하여 신뢰성 있게 간단한 구조로 이동을 행할 수 있다. 또한, 시약 또는 액체 검체 등의 액체를 아주 효율적으로 기포를 발생시키지 않고 후속하는 챔버로 이동가능한 효과를 얻을 수 있다.

상기 설명된 구성을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 상술한 상세 내용으로 한정되지 않고 본 발명은 개선내용의 목적 또는 다음의 청구범위의 범위 내에 속하므로 변형 또는 변경을 포함한다.

Claims (19)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 검체를 생화학적으로 처리하기 위한 용액을 내장한 복수의 챔버를 갖는 카트리지 내에서 생화학 처리를 하는 생화학처리방법에 있어서,

    카트리지의 관련 챔버와 통하는 유로의 관련 입구에 각 노즐을 접속하는 단계와,

    카트리지에 유체를 주입하여 상기 카트리지 내의 액체를 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생화학처리방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 주입단계는, 용혈제를 주입하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 생화학처리방법.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 주입단계는, DNA, RNA 또는 단백질로 이루어진 타깃재료를 흡착한 자성체 입자를 주입하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 생화학처리방법.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 방법은, 자성체 입자 주입단계 후, 상기 유로에 근접하게 배치된 자석의 자력을 가하여 이동시에 자성체 입자를 포획하여 그 타깃재료를 정제하는 단계를 더 포함한 것을 특징으로 하는 생화학처리방법.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 방법은, 상기 포획단계 후 상기 타깃재료를 세정하는 단계를 더 포함한 것을 특징으로 하는 생화학처리방법.
16. 액체를 축적하는 저장챔버와,

    제 1 챔버와,

    상기 저장챔버를 상기 제 1 챔버에 접속하여 상기 저장챔버 내의 액체를 상기 제 1 챔버로 이동시키는 제 1 유로와,

    제 2 챔버와,

    상기 제 1 챔버를 상기 제 2 챔버에 접속하여 상기 제 1 챔버 내의 액체를 상기 제 2 챔버로 이동시키는 제 2 유로를 구비하고,

    상기 제 1 챔버를 상기 제 1 유로에 접속하기 위한 제 1 접속부의 바닥위치는, 상 기 제 1 챔버를 상기 제 2 유로에 접속하기 위한 제 2 접속부의 바닥위치보다도 높은 것을 특징으로 하는 생화학 반응 카트리지.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 액체가 상기 제 1 챔버로 흘러가도록 상기 제 1 챔버의 최대 액체준위가 상기 제 1 접속부의 상기 바닥위치보다 낮은 것을 특징으로 하는 생화학 반응 카트리지.
18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,

    상기 액체의 이동은, 외부적으로 가압 또는 감압하여 제어하는 것을 특징으로 하는 생화학 반응 카트리지.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 카트리지는, 상기 액체의 흘러넘침을 방지하는 챔버가 설치되고, 외부적으로 감압을 하는 감압부를 구비한 것을 특징으로 하는 생화학 반응 카트리지.

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