KR100830926B1 - 바이오 디스크 및 바이오 드라이버 장치 및 이들을 이용한분석방법 - Google Patents

바이오 디스크 및 바이오 드라이버 장치 및 이들을 이용한분석방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비광학 바이오 디스크, 광학 또는 비 광학 바이오 디스크를 포함하는 바이오 디스크 장치, 바이오 드라이버 장치, 및 이들을 이용한 분석 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각종 진단 분석장치 혹은, 핵산 혼성 분석 장치 혹은 면역학적 검증 장치 등을 포함하는 Lab On a Chip이 설계 배치된 바이오 디스크, 및 상기 바이오 디스크를 제어하기 위한 제어부를 포함하는 제어용 디스크를 구비한 바이오 드라이버 장치 및 이들을 이용한 분석 방법에 관한 것이다.
본 발명의 광학 혹은 비 광학 디스크를 이용한 바이오 디스크 및 바이오 드라이버의 장치 및 방법은 각종 진단 분석 장치, 핵산 혼성 분석 장치 및 면역학적 검증등을 포함하는 Lab On a Chip구성에 적합하다 특히 상기 바이오드라이버 장치 및 방법은 상기 바이오 디스크 판독 뿐만 아니라 통상적인 CD-ROM 및 DVD 판독기등 광학 디스크 장치와 호환성이 있어 통상의 음악CD, CD-R, 게임 CD, DVD등 과 같은 통상의 Optical Disc 의 .판독 및 재생 기능도 겸하고 있어 가격 경쟁 뿐만 아니라 사용상에 많은 편리성을 제공한다. 또한 상기 바이오 드라이버 장치는 컴퓨터에 연결되어 기존의 인터넷망을 이용하여 원격진단을 용이케 한다.

Description

바이오 디스크 및 바이오 드라이버 장치 및 이들을 이용한 분석방법 {Bio-Disc, Bio-Driver apparatus, and Assay method using the same}
본 발명은 비광학 바이오 디스크, 광학 또는 비 광학 바이오 디스크를 포함하는 바이오 디스크 장치, 바이오 드라이버 장치, 및 이들을 이용한 분석방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각종 진단 분석장치 혹은, 핵산 혼성 분석장치 혹은 면역학적 검증 장치 등을 포함하는 Lab On a Chip이 설계 배치된 바이오 디스크, 및 상기 바이오 디스크를 제어하기 위한 제어부를 포함하는 제어용 디스크를 구비한 바이오 드라이버 장치 및 이들을 이용한 분석 방법에 관한 것이다.
본 특허 출원은 선 출원된 국내 특허 출원 "핵산 및 올리거뉴클레오티드의 상보적 이중결합의 특정 서열에 특이적으로 반응하는 절단기법을 이용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치" (2001,01,27 10-2001-0003956) 및 PCT출원 "핵산 및 올리거뉴클레오티드의 상보적 이중가닥 또는 단일가닥에 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치" (2002.01.27 PCT/KR02/00126) 와 국내 특허 출원 "초소형 구슬을 이용한 박막 밸브 장치 및 제어 방법" (2001,05,31, 10-2001-0031284) 및 PCT 출원 "초소형 구슬을 이용한 박막 밸브 장치 및 제어 방법" (2002,05,31, PCT/KR02/01035) 의 연속이다.
상기 선 출원된 발명은, 정량 및 정성 분석 장치에 이용을 할 수 있는 핵산의 상보적 이중가닥 혹은 단일가닥 혹은 특정서열의 이중 가닥에만 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵산 혼성 분석 방법 및 장치를 제공할 뿐만 아니라, Lab On a Chip에 필수적인 유체의 흐름을 제어하기 위한 초소형 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 상기 선 출원발명은, 분석 장치상의 구속 신호요소 또는 이탈신호요소은 광학, 전기화학, 커패시턴스 혹은 임피던스 측정 장치를 포함하는 변환기와 결합된 탐지기에 의해 판독 되며, 판독된 정보가 컴퓨터 소프트웨어 형태로 디지탈 정보화되어 인터넷등 기존의 통신망에 의해 송수신 됨으로서, 의사 및 환자 모두에게 편리함을 줄수 있는 원격 진단 장치를 제공함을 목적으로 한다. 또한 상기 선 출원발명에서는 전기화학, 커패시턴스 혹은 임피던스 측정 장치를 포함하는 변환기와 결합된 탐지기의 일실시예로서 이탈 신호 및 구속신호를 사용한 인터디지테이디드 어레이가 예시되었다.
본 발명은 상기 선 출원 발명의 연속으로, 각종 진단 분석장치, 핵산 혼성 분석 장치 및 면역학적 검증 장치에 이용할 수 있는 광학 혹은 비광학 바이오 디스크 및 바이오드라이버의 장치 및 방법에 관계한다.
최근까지 유체내 소량의 분석종 탐지를 위한 대부분의 임상 진단 분석 장치에는 다중 샘플 준비 및 자동화된 시약 첨가용 장치를 설계하고 병렬 또는 직렬로 수많은 테스트 샘플을 분석하기 위한 장치를 설계함으로써 효율성 및 경제성이 개선되었다. 종종 이러한 자동화된 시약 준비장치 및 자동화된 다중 분석기가 단일 장치에 집적된다. 이러한 형태의 임상실험 분석기는 한시간이내에 소량의 샘플과 시약을 가지고 수백가지 분석을 자동 또는 반자동으로 정확히 수행할 수 있다.
그러나, 이러한 분석기는 비싸며 중앙집중 실험실과 병원만이 이들을 구매할 수 있다. 이 경우 실험실과 병원으로의 샘플 운송을 필요로 하며 종종 시간이 긴급한 샘플을 신속하게 분석할 수 없는 문제가 있다.
따라서, 이러한 문제를 극복키 위해 저렴하고 누구나 손쉽게 다룰 수 있는 임상분석 장치가 절실히 필요하다. 즉, 전용 탐지기 없이도 환자 곁에서나 환자의 집에서 사용하기 적합한 자동화된 임상 테스트 장치가 절실하다.
＜Optical 디스크 와 Non-Optical 바이오 디스크＞
12cm 폴리카보네이트 기판, 반사 금속층 및 보호 라커 코팅으로 부터 표준 컴팩트 디스크가 형성된다. CD와 CD-ROM의 포맷은 ISO 9660 공업표준에 의해 기술된다.
폴리카보네이트 기판은 광학품질의 투명한 폴리카보네이트이다. 표준 인쇄 또는 대량 복제된 CD에서 데이타층은 폴리카보네이트 기판의 일부이고 데이타는 사출성형공정동안 스탬퍼(stamper)에 의해 일련의 피트형태로 새겨진다. 이 사출성형 공정동안 용융된 폴리카보네이트가 몰드에 고압하에서 주입되고 이후에 냉각되어서 폴리카보네이트가 몰드 또는 "스탬퍼" 또는 "스탬프"의 거울상 형태를 가지며 디스크 기판상의 이진 데이타를 나타내는 피트가 생성되어서 마스터링(mastering) 공정동안 발생된 스탬퍼의 피트의 거울상으로서 폴리카보네이트 기판에 의해 유지된다. 스탬핑 마스터는 대체로 유리이다.
통상의 Optical disc(예:음악 CD, CD-R, 게임 CD, DVD등)의 판독 센서는 물리적 피트(pit)에 의한 차등 반사율 또는 염료층의 굴절율 특성에 의해 피트의 유무를 판독하게 되며, 이는 당해 업자의 공지 기술이다.
상기 통상의 Optical 디스크에 있어서, CD상의 물리적 피트에 의한 판독방법은 CD의 오목부는 레이저 입사광선 파장의 1/8 내지
Figure 112004043173039-pct00001
깊이로서 상기 오목부는 반사된 비임내에서 상쇄적인 간섭을 일으켜 "제로"값의 비트에 대응하고, CD의 평평한 영역(볼록부)은 레이저 빔을 반사시켜 탐지기의 해당비트에 "1" 값을 제공한다.
또한 상기 Optical 디스크에 있어서 굴절율 특성에 의한 판독 방법을 제공하기 위한 상기 염료층의 재료에 대한 특허가 미국특허 5,580,696 에 발표된다. 또한 상기 Optical 디스크는 회전축에 의해 디스크를 회전시켜 가면서 레이저 스캔(scan)에 의해 판독을 한다.
그러나, 이러한 Optical 디스크는 통상의 광 픽업장치에 광 송신부 와 광 수신부 모두가 함께 모듈 형태로 되어 있어 추가분의 광 반사 경로 때문에, 광의 경로(optical traveling path)가 길어져 광 수신부의 감도가 떨어지는 단점이 있다. 또한, 통상의 optical 디스크는 광 주사(laser scanning)방식의 정보 판독을 위해 사전 위치(predetermined location)로의 광 픽업장치 이동과 및 디스크 회전이 필요하다는 단점이 있다. 또한, 이러한 Optical 디스크 및 광 주사방식을 이용한 바이오 분석 장치는 프로브(probe)의 굴곡 등으로 인해 통상의 광 픽업장치로는 판독하기 어려운 문제점이 있다.
일반적으로 Compact Disc을 사용한 분석장치에 대한 공지된 기술로서 Optical "Confocal compact scanning optical microscope based on compact disc technology" (199, Vol.30, No,10, Applied Optics), "Gradient-index pobjectives for CD applications" (April, 1987, Vol 26, Issue 7, Applied Optics) 그리고 "Miniature scanning optical microscope based on compact disc technology" (Proc. Soc. Photo-opt. instrument Eng. 110, page 1139-1169, 1989)가 논문에 발표되어 있다.
또한 공지된 Compact Disc을 사용한 분석장치에 대한 특허기술로서 미국 특허 "Centrifugal Photometric Analyzer" (4,279,862, publication date Jul.21, 1981) 와 "Reaction Tube Assembly for Automatic Analyzer" (4,141,954, publication date FEB.27, 1979)가 특허 공개되어 있다.
또한 디스크상의 주입구에 주입된 샘플을 원심력을 이용하여, 디스크의 표면에 유체막을 형성시키기 위한 장치로서, 유럽 특허 " Disc for centrifuge" (GB1075800, publication date 1967.07.12) 와 디스크상의 주입구에 주입된 유체 샘플을 원심력을 이용하여 채널과 챔버로 이동시켜 가면서 샘플을 분리하는 장치로서 유럽특허" Separating Disks for centrifuge" (3,335,946, April 12,1965) 가 특허 공개 되어 있다.
또한 disc상에서 원심력 과 광학적 측정에 의해 화학 분석하는 장치로서 미국 특허 " disc centrifuge photosedimentometer" (4,311,039, Jan. 19,1982)가 특허 공개되어 있다.
그러나 이것들은 진단 및 분석을 완전 자동화 할 수 없는 단점이 있어 Lab On a Chip구성에는 부적합하다.
이에 비해, 본 발명의 바이오 디스크의 판독은, 기존의 Optical 디스크의 물리적 피트 혹은 염료층의 굴절율 특성에 의한 판독 방식(차등반사식)과는 달리, 광의 투과 및 비투과(광투과식); 또는 커패시턴스 및 임피던스 측정; 또는 전기화학 탐지에 의한 판독 방식을 사용하며, 유체를 저장하기 위한 챔버(chamber) 혹은 유체가 이동하기위한 유로가 바이오 디스크상에 배치 설계되어 있다. 본 발명에서는 이러한 바이오 디스크를 기존의 광 주사(laser scanning)에 의한 "차등 반사식 Optical 디스크" 와 대비하여 non-optical 바이오 디스크라 부른다. Optical 디스크는 반사 금속층 및 염료층에 의해, 상기의 광의 투과 및 비투과에 의한 광학 탐지기술을 적용하는 것이 불가능하다.
본 발명의 명세서에서, 비광학(non-optical) 바이오 디스크란 레이저 빔의 비-주사(non-scanning) 방식에 의해 분석 사이트을 판독하거나, 분석 사이트를 판독함에 있어, 광의 투과식, 커패시턴스 및 임피던스 측정, 또는 전기화학 탐지에 의한 판독 방식을 사용하거나, 디스크가 회전 없이 분석 사이트를 판독하는 방식을 채용한 바이오 디스크를 의미한다.
본 발명의 명세서에서, 광학(optical) 바이오 디스크란 통상의 광픽업 장치를 이용하여 광 주사(laser scanning)의 차등반사식으로 판독되는 바이오 디스크를 의미한다.
상기 폴리카보네아트 기판은 바이오 디스크(Bio Disc)와 같은 유체내 소량의 물질을 진단 및 탐지하는 박막형태의 분석장치로 변형개조가 가능하며, 이 경우 사 출 성형 공정동안 디스크 표면에 피트 및 염료층 대신, 유체가 흐를 수 있는 유로(channel) 및 버퍼(buffer) 용액을 저장할 수 있는 챔버(chamber)가 형성될 수 있다. 이러한 박막내에 형성된 유로의 유체의 흐름 및 유량을 원활히 제어할 수 있는 초소형 밸브와 이들을 제어하기 위한 전자 제어가 필요하다.
또한 본 발명은 실리콘 웨이퍼 상에 반도체 공정에 의해 유체가 흐를 수 있는 유로(channel) 및 버퍼(buffer) 용액을 저장할 수 있는 챔버(chamber)가 형성될 수 있으며, 이러한 실리콘 웨이퍼상에 형성된 유로의 유체의 흐름 및 유량을 원활히 제어하기 위한 전자회로가 실리콘 웨이퍼상에 고 집적화된 바이오 디스크도 제공한다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 원격진단과 샘플 진단, 핵산분석 및 면역학적 검증을 할 수 있는 광학 및 비광학 디스크를 이용한 바이오 디스크 및, 바이오 드라이버의 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바이오 디스크는 상기 바이오 드라이버내에 설치된 제어용 디스크에 의해 제어된다. 상기 제어용 디스크는 바이오 디스크의 제어를 위한 각종 제어 신호를 공급하기 위한 제어부를 구비하며, 일체형 바이오 디스크 및 통합 바이오 디스크를 제외하면 항시 바이오 드라이버 장치에 연결 부착되어 있다. 결과적으로 바이오 디스크만이 바이오 드라이브로의 자유로운 로딩(loading) 혹은 이탈(eject)이 가능하다.
또한 상기 제어용 디스크는 현재 로딩(loading)된 디스크가 음악CD, CD-RW,게임 CD, DVD등 통상의 Optical Disc인지 바이오 디스크인지를 판단하여, 통상의 Optical Disc인 경우는 Optical Disc을 위한 통상의 방식대로 동작을 하고, 바이오 디스크인 경우 바이오 디스크상의 Lab On a Chip을 위한 각종 제어신호를 바이오 디스크에 전달한다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 바이오 디스크 및 제어용 디스크가 한장의 디스크로 합친 구성을 갖는 일체형 바이오 디스크 장치 및 방법을 제공하는 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 일체형 바이오 디스크 및 상기 통상의 Optical 디스크가 한장의 디스크로 합친 구성을 갖는 통합 바이오 디스크 장치 및 방법을 제공하는 하는 것을 목적으로 한다. 또한 상기 통합 바이오 디스크의 Optical Disc부분은 상기의 바이오 드라이버에 의해서 판독될 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 Optical disc을 위한 Optical 드라이버 또는 CD드라이버에 의해서도 판독 및 재생될 수 있어 호환성(Compatibility)을 갖는다.
즉 상기 통합 바이오 디스크의 Optical disc면에 실린 음악은 바이오 드라이버을 통해 즐길 수도 있고, 통상의 Optical 드라이버 내지 CD 드라이버을 통해서도 즐길 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은 PCR용 바이오 디스크 와 전기 영동(electrophoresis)용 바이오 디스크을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 기질 표면에 유체가 흐를 수 있는 유로(channel), 버퍼 용액을 저장할 수 있는 챔버(chamber), 상기 유로를 연결 시키는 유공 및 바이오 물질이 어레이된 분석사이트(assay site)를 포함하는 고체기질과, 상기 유공을 개폐시키기 위한 밸브(valve)를 포함하며, 상기 분석사이트는 광투과식 측정장치 혹은 전기화학 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정장치를 포함하는 변환기 결합된 탐지장치(detector)에 의해 판독되는 것을 특징으로 하는 비광학(non-optical) 바이오 디스크를 제공한다.
본 발명의 명세서에서, 분석사이트는 바이오 물질이 어레이 되어 있다는 의미로 어레이 챔버, 또는 혼성화 혹은 항원-항체 반응이 일어난다는 의미로 혼성화 챔버 또는 항원-항체 반응 챔버와 혼용된다.
본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 바이오물질은 DNA, RNA, PNA 또는 단백질(Protein)에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 챔버는 피 또는 세포 또는 RNA로부터 DNA샘플을 준비하기 위한 적어도 한 개 이상의 프렙 챔버(Preparation chamber) 및/또는; 상기 준비된 DNA 샘플을 PCR(Polymer Chain Reaction) 증폭하기 위한 적어도 한 개 이상의 PCR 챔버 및/또는; 상기 PCR공정에 의해 증폭된 DNA와 혼성화(hybridization)하기 위한 분석 및 진단용 프로브(probe)가 어레이 형태로 기질에 부착되어 있는 적어도 한 개 이상의 혼성화 챔버(hybridization chamber) 및/또는; 세정공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버(Trash chamber)로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 프렙 챔버에는 셀(cell)을 깨뜨려 DNA을 추출하기 위한 Lysis 버퍼용액과; 추출된 DNA와 친화력(affinity)을 갖는 강자성체 비드(bead)가 들어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 PCR챔버는 복수개로 구성하여 상기 복수개의 PCR챔버 각각에 서로 다른 종류의 프라이머가 들어가든지; 혹은 같은 종류의 프라이머가 들어 가든지; 혹은 상기 복수개의 PCR챔버 각각에 복수개의 프라이머가 들어가는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 챔버는 피 또는 세포로부터 혈청(serum)샘플 혹은 항원 내지 항체을 준비하기 위한 적어도 한개의 프렙챔버(Preparation chamber) 및/또는; 상기 준비된 항원 내지 항체와 항원-항체반응을 하기 위한 immuno 프로브(probe)가 어레이 형태로 기질에 부착되어 있는 적어도 한 개 이상의 항원-항체 반응 챔버(Ag-Ab reaction chamber) 및/또는; 세정공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버(Trash chamber)로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 챔버는 conjugate antibody를 저장하기 위한 conjugate 챔버 및 여과용 필터을 더 구비한 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 conjugate antibody는 발색용 입자로서 금 또는 라텍스(latex)를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 밸브는 유공에 위치한 초소형 구슬(micro bead) 및; 공심(air core) 혹은 비 자성체 코어(non-magnetic core)에 의한 전자석으로 구성된 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 초소형 구슬은 박막형 원기둥 자석인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 광투과식 측정장치는 분석사이트내 구속신호 요소 및 이탈신호요소에 레이저빔을 입사되는 레이저빔 장치와 이들 신호요소들간의 차등적 광 투과신호를 탐지하는 광학탐지기로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 적어도 한 개이상의 광학 탐지기가 상기 복수개의 분석 사이트에 일대일 대응하여 바이오 디스크상에 원주 방향으로 어레이 형태로 집적화 배열되거나, 상기 적어도 한개 이상의 레이저 발생 장치와 한 개 이상의 광학 탐지기 모두가 상기 복수개의 분석 사이트에 일대일 대응하여 바이오 디스크상에 원주 방향으로 어레이 형태로 집적화 배열된 것을 특징으로 한다. 전자의 경우 광학 탐지기가 분석 사이트에 더욱더 근접해 있으므로 감도가 좋다. 후자의 경우 디스크 회전 없이, 비주사(non-scanning) 방식으로 상기 분석사이트를 판독하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 전기화학 탐지 장치, 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정장치는 상기 분석 사이트의 기질상에 배치된 인터디지테이티드 어레이(interdigitated array) 전극 과 구속 신호요소의 말단부에 HRP(HorseRadish Peroxidase) 및/또는 금속구가 부착된 프로브로 이루지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 인터디지테이티드 어레이 전극(interdigitated array)을 사용한 전기 화학 탐지장치, 커패시턴스 및 임피던스 측정 장치는 멀티프렉서(multiplexer)와 주파수 발생장치에 의해 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 바이오 디스크는 바이오디스크의 프로토콜, 분석 알고리즘, 판독을 위한 표준 제어값 혹은 분석사이트(site)에 대한 위치 정보, 생물정보학정보, 자기 진단(self diagonasis)에 관련된 정보 혹은 장치 드라이버 소프트 웨어 및 임상분석을 위한 환자교육정보, 진단 결과에 따른 전문 의사 및 병원과 원격으로 연결될 수 있는 웹 사이트 와 각종 링크 혹은 개인 암호화 정보가 저장하기 위한 메모리 혹은 카드IC를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 본 발명에 따른 비 광학 또는 광학 바이오 디스크; 상기 바이오 디스크에 필요한 전원 혹은 제어 신호를 공급키 위한 제어부을 구비한 제어용 디스크; 및, 상기 바이오 디스크 와 제어용 디스크간을 연결키 위한 인터페이스부를 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치를 제공한다.
본 발명의 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 인터페이스부는 제어신호를 공급키 위한 복수개의 제어신호 연결부 및/또는 전원공급을 위한 전원 연결부를 구비하여 바이오 디스크와 전기적으로 연결 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 인터페이스부는 나선형으로 배치된 바이오 디스크상의 도체로 코팅된 연결홈들과 제어용 디스크상의 도체아암들이 서로 연결되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 제어용 디스크 로의 전원 공급은 외부 전원장치와 연결된 브러쉬와 상기 제어용 디스크상의 환형 전극판간의 마찰 접촉에 의해 이루어 지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 제어용 디스크는 PCB(Printed Circuit Board) 혹은 실리콘 웨이퍼상에 집적된 회로에 의해 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 유체 이동은 상기 제어용 디스크에 기계적으로 맞물려 연결되어 동시 회전하는 바이오 디스크에 유도된 원심력과 상기 밸브 개폐에 의한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 제어용 디스크는 상기 탐지장치에 의해 얻어진 상기 분석 사이트에 대한 판독 결과를 적외선, 광 혹은 무선 인터페이스을 통해 외부의 중앙 제어 장치 혹은 저장장치 혹은 출력 장치로 보내기 위한 비접촉 인터페이스를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 바이오 디스크와 제어용 디스크는 합쳐져 한 개의 일체형 바이오 디스크로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 일체형 바이오 디스크는 실리콘 웨이퍼 재료을 사용하여 상기 제어부, 카드IC, 비접촉 인터페이스, 상기 밸브 제어를 위한 전극판 혹은 전자석 및 각종 회로 패턴을 포함한 전자회로 및 상기 챔버 및 채널 을 실리콘 웨이퍼상에 photolithography 및 에칭공정에 의해 monolithic 형태의 집적 회로(Integrated Circuit) 로 설계한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 일체형 바이오 디스크는 통상의 Optical 디스크(CD-RW,DVD-RW,CD 또는 DVD)와 합쳐져 통합 바이오 디스크로 구성된 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 본 발명에 따른 비광학 또는 광학 바이오 디스크에 필요한 전원 혹은 제어 신호를 공급키 위한 제어부를 구비한 제어용 디스크; 상기 디스크를 회전시키기 위한 모터; 상기 제어용 디스크상의 제어부에 전원을 공급하기 위한 브러쉬; 상기 제어부의 제어신호 및/또는 전원신호를 상기 바이오 디스크에 공급키 위한 인터페이스부; 및 바이오 드라이버를 지지하고 있는 몸체를 포함하는 바이오 드라이버 장치를 제공한다.
본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 분석 사이트를 판독키 위한 광투과식 측정장치를 포함하는 변환기 결합된 탐지장치를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 분석 사이트에 대한 판독 결과를 외부의 중앙 제어 장치 혹은 저장 혹은 출력장치로 보내거나 상기 중앙제어장치로부터의 명령을 받기 위한 비접촉 인터페이스 수단을 더 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 중앙제어장치 및 저장 혹은 출력장치가 설계 되여 있는 회로기판이 상기 바이오 드라이브 몸체에 이음 체결되어있고, 상기 중앙제어 장치는 상기 바이오 디스크 및 제어용 디스크의 회전 혹은 정지시 모터를 회전 정지시킬 뿐만 아니라, 디스크 회전시작시 제어용 디스크와 바이오 디스크를 상기 인터페이스부에 의해 기계적 혹은/및 전기적으로 연결하여 동시 회전토록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 출력장치는 USB(Universal Serial Bus) 혹은 IEEE1394 의 통신 규격을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 본 발명에 따른 비광학 또는 광학 바이오 디스크; 상기 바이트 디스크 혹은 통상의 optical 디스크를 올려 놓기 위한 턴 테이블; 및, 상기 바이오 디스크에 전원 혹은 제어 신호를 공급키 위한 제어부을 구비한 제어용 디스크를 포함하며, 상기 제어용 디스크는 상기 턴 테이블에 고정결합되어 상기 턴테이블에 로딩된 바이오 디스크를 제어하는 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치를 제공한다.
본 발명의 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 제어용 디스크는 상기 바이오 디스크에 내장된 박막형 자석을 제어하기 위한 전자석을 더 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 턴 테이블에 고정 결합된 제어용 디스크와 턴 테이블에 로딩된 바이오 디스크간에는 0.1 - 5mm의 높이 간격이 있는 것을 특징으로 하며, 더욱 바람직하게는 약 1mm의 높이 간격을 갖는다.
본 발명의 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 제어용 디스크 는 회전전극과 브러쉬간의 마찰접촉에 의해 외부로부터 전원을 공급받아서, 상기 바이오 디스크에 전원을 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 제어용 디스크는 PCB(Printed Circuit Board) 혹은 실리콘 웨이퍼상에 집적된 회로에 의해 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 제어용 디스크는 상기 탐지장치에 의해 얻어진 상기 분석 사이트에 대한 판독 결과를 적외선, 광 혹은 무선 인터페이스을 통해 외부의 중앙 제어 장치 혹은 저장장치 혹은 출력 장치로 보내기 위한 비접촉 인터페이스를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 본 발명에 따른 비광학 또는 광학 바이오 디스크 혹은 통상의 optical 디스크를 올려 놓기 위한 턴 테이블; 상기 턴테이블에 고정 결합되어, 상기 바이오 디스크에 필요한 전원를 공급하고, 상기 바이오 디스크에 내장된 밸브을 제어하기 위한 제어부 와 전자석을 구비한 제어용 디스크; 상기 디스크를 회전시키기 위한 모터; 상기 제어용 디스크상의 제어부에 전원공급을 공급하기 위한 전원공급수단; 및, 바이오 드라이버를 지지하고 있는 몸체를 포함하는 바이오 드라이버 장치를 제공한다.
본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 전원 공급 수단은 회전 전극 와 브러쉬간 마찰접촉에 의해, 양(positive) 전원을 공급하며, 음(negative) 전원은 접지된 모터 혹은 접지된 모터 축과의 전기적 연결을 통해 제어용 디스크에 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 분석사이트를 판독키 위한 광투과식 측정장치를 포함하는 변환기 결합된 탐지장치를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 분석사이트에 대한 판독 결과를 외부의 중앙 제어 장치 혹은 저장 혹은 출력장치로 보내거나 상기 중앙제어장치로부터의 명령을 받기 위한 비접촉 인터페이스 수단을 더 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 중앙제어 장치 및 저장수단 혹은 출력장치가 설계 되여 있는 회로기판이 상기 바이오 드라이브 몸체에 이음 체결되어있고, 상기 중앙제어 장치는 상기 바이오 디스크 및 제어용 디스크의 회전 혹은 정지시 모터를 회전 정지토록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 통상의 Optical 디스크(예:음악 CD, CD-R, 게임 CD, 또는 DVD등)을 판독하기 위한 광 픽업 장치를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 바이오 드라이버장치에 로딩(loading)된 디스크가 통상의 음악 CD, CD-R, 게임 CD, DVD등의 Optical Disc인지, 아니면 바이오 디스크인지를 상기 제어부가 판단하기 위한 바이오 디스크 감지(Bio-Disc Detection) 수단을 더 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 바이오 디스크 감지(Bio-Disc Detection) 수단은 바이오 디스크상에 배치된 분압 수단에 의해 생성된 일정 전압을 상기 제어용 디스크의 제어부가 측정 하고, 이후 상기 제어부는 바이오 디스크 감지 신호(Bio-disc detection signal)을 비접촉 인터페이스를 통하여 중앙 제어 장치에 무선송신토록 함으로서, 현재 로딩된 디스크가 바이오 디스크임을 상기 중앙제어장치에 통보하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 광 픽업장치가 바이오 디스크상의 특정 위치에 그루브 패턴(groove pattern) 혹을 데이터 패턴을 판독하여 현재 바이오 드라이버에 로딩(loading)된 디스크가 바이오 디스크임을 중앙제어 장치가 인식하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 중앙제어장치는 통상의 Optical disc(예:음악 CD, CD-R, 게임 CD, DVD등)인지 바이오 디스크인지를 판단하여, 통상의 Optical 디스크인 경우는 디스크로 부터 읽은 내용을 상기 광 픽업장치로부터 저장장치 혹은 출력장치로 전송하거나, 쓸내용을 광 픽업 장치로 보내고, Read/Write 에 필요한 각종 제어 신호들을 상기 각부에 제공하는 등의 Optical 디스크를 위한 통상의 동작을 하고, 바이오 디스크인 경우 바이오 디스크 의 제어를 위한 각종 제어 명령신호를 비접촉 인터페이스를 통해 보내는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 바이오 드라이버 장치는 바이오 디스크의 프로토콜, 분석 알고리즘, 판독을 위한 표준 제어값 혹은 분석 사이트(site)에 대한 위치 정보, 생물정보학정보, 자기 진단(self diagonasis)에 관련된 정보 혹은 장치 드라이버 소프트 웨어 및 임상분석을 위한 환자교육정보, 진단 결과에 따른 전문 의사 및 병원과 원격으로 연결될 수 있는 웹 사이트 와 각종 링크 혹은 개인 암호화 정보가 저장하기 위한 메모리 또는 저장수단 또는 카드 IC을 더 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 바이오 디스크의 로딩(1oading)시점에서 바이오 디스크상의 비접촉 인터페이스 혹은 카드 IC를 통해, 상기 중앙 제어 장치에 바이오 디스크가 새로이 로딩되었음을 무선 송신토록 함으로서, 현재 바이오 드라이버에 로딩(loading)된 디스크가 바이오 디스크임을 중앙제어 장치가 인식하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 기질 표면에 유체가 흐를 수 있는 유로(channel), 버퍼 용액을 저장할 수 있는 챔버(chamber), 상기 유로를 연결시키는 유공을 포함하는 고체기질과, 상기 유공을 개폐시키기 위한 밸브(valve)를 포함하며, 상기 챔버는 피 또는 세포 또는 RNA로부터 DNA샘플을 준비하기 위한 적어도 한 개이상의 프렙챔버(Preparation chamber) 및; 준비한 DNA샘플을 PCR 증폭하는 데 필요한 폴리머라아제, 프라이머를 비롯한 각종 효소(enzyme)들을 포함하는 버퍼용액을 저장하고 있는 적어도 한 개 이상의 PCR챔버; 및, 상기 PCR공정에 의해 얻어진 PCR product들을 모으기 위한 복수개의 출력 챔버(out chamber)들이 상기 고체 기질상에 연결 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 PCR 바이오 디스크 장치를 제공한다.
본 발명의 PCR 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 출력 챔버는 피펫 혹은 주사위에 의한 PCR product를 채취 가능토록 하는 출입구(outlet)를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 PCR 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 고체기질은 ladder marker을 저장하기 위한 래더(ladder) 챔버 및; positive control 및 negative control 샘플을 저장하기 위한 컨트롤(control) 챔버 및 스테인(stain) 챔버를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 PCR 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 PCR 바이오 디스크는 전기 영동(Electrophoresis)용 디스크와 합쳐져 일체화된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 PCR 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 전기 영동(Electrophoresis)용 디스크는 아가로스 겔(agarosdegel) 및/또는 아크릴아마이드 겔(polyacrylamide gel)로 구성된 겔 판(Gel plate)에 전압을 인가하기 위한 전극을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 PCR 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 PCR 바이오 디스크장치는 UV(Ultra Violet) 조사장치와 카메라를 더 구비하여 밴드(band)를 측정, 저장 및 전승하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 피 또는 세포 또는 RNA로부터 DNA샘플을 준비하기 위한 프렙(Preparation) 공정단계; 준비된 DNA을 증폭하기 위한 PCR 공정단계; 상기 PCR공정에 의해 얻어진 PCR product들을 출력 챔버(out chamber)에 모으는 단계; 전기영동용 디스크로 상기 출력 챔버의 내용물을 이동시키는 단계; 전기영동용 전극에 전압을 가한 채 인큐베이션시키는 단계(gel running 단계); 및 밴드(band)를 측정 혹은 저장 혹은 전송하는 단계를 포함하는, 제 53항에 따른 PCR 바이오 디스크 장치를 이용한 핵산 분석 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 피 또는 세포 또는 RNA로부터 DNA샘플을 준비하기 위한 프렙(Preparation) 공정단계; 준비된 DNA샘플을 증폭하기 위한 PCR 공정단계; 상기 PCR공정에 의해 얻어진 DNA를 분석사이트에 어레이된 분석 및 진단용 프로브(probe)와 혼성화하기 위한 혼성화(hybridization) 공정단계; 및 분석사이트내 절단가능한 신호요소를 광투과식 측정장치, 전기화학, 커패시턴스 혹은 임피던스 측정장치를 포함하는 변환기 결합된 탐지기에 의해 판독하는 단계를 포함하는, 본 발명에 따른 바이오 디스크를 이용한 핵산 분석 방법을 제공한다.
본 발명의 핵산 분석 방법에 있어서, 바람직하게는 상기 프렙공정은 blood을 상기 프렙 챔버에 설치된 샘플 주입구를 통해 주입하는 단계; cell로부터 추출된 DNA을 상기 강자성체 비드에 칩착시키기 위한 incubation단계; 상기 강자성체 비드을 정치 시킨 후, 서서히 바이오 디스크를 회전시키면서 셀(cell) 파괴시 생긴 찌거기(debris)를 트레쉬 챔버로 씻어 흘려 보내는 단계; 및, 상기 강자성체 비드(bead)에 붙어 있는 DNA을 이탈 혹은 resuspension시켜주는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 핵산 분석 방법에 있어서, 바람직하게는 상기 PCR공정은 바이오 디스크를 서서히 회전시키면서, 상기 프렙 공정에 의해 얻어진 DNA을 상기 PCR 챔 버로 이동시키는 단계; 및, 상기 PCR 챔버로의 DNA 이동 완료후, PCR 챔버내에 내장되어 있는 히터과 온도센서을 이용하여 PCR cycle을 수 회 반복하여 DNA을 증폭시키는 단계을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 핵산 분석 방법에 있어서, 바람직하게는 상기 PCR공정후에, 바이오 디스크를 서서히 회전시키면서 DNAse을 PCR챔버로 유입시키는 단계; 고온으로 가열하여 DNAse의 기능을 정지(인큐베이션 정지) 및 단일가닥의 DNA을 만드는 단계(denaturing step)를 포함하는 fragmentation공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 핵산 분석 방법에 있어서, 바람직하게는 상기 복수개의 PCR 챔버마다 일대일 대응한 독립된 히터(독립된 인큐베이션 시간)를 두어 fragmentation함으로서 서로 다른 길이를 갖는 DNA의 fragmentation이 가능하도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 상기 여과용 필터를 통해 피로부터 혈청 내지 항원을 분리하는 단계; 바이오 디스크를 회전시켜 상기 conjugate 챔버로 항원을 유입시킨후, 항원과 conjugate antibody간에 "conjugate-항원의 결합체" 를 형성토록 1∼2분간 인큐베이션 하는 단계와; 서서히 바이오 디스크를 회전시키면서 상기 "conjugate-항원의 결합체" 를 상기 분석 사이트내로 이동시키는 단계와; 바이오 디스크을 정체상태로 배양을 하여 상기 "conjugate-항원의 결합체" 와 capture antibody(immuno probe)간에 항원-항체 반응이 일어나도록 배양하는 단계와; 디스크가 회전을 하는 동안에 washing 버퍼을 첨가하여 분석 사이트을 세정하 는 단계를 포함하는, 제 6항에 따른 바이오 디스크를 이용한 면역 분석 방법을 제공한다.
본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 분석 사이트는 면역 분석(immuno assay) 와 핵산 프로브(probe) 분석을 동시에 분석 하기 위해, 각 방향(angular direction) 또는 거리 방향(radial direction)으로 immuno assay 섹터 와 핵산 probe 분석 섹터가 분리된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 프렙 챔버에 샘플이 주입 안된 채, 바이오 디스크가 로딩된 경우는 eject 되거나 경고 메시지를 사용자에게 보내는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 샘플 주입여부 판별을 위해, 상기 프렙 챔버내에 임피던스 측정장치를 더 구비한 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 임피던스 측정장치는 인터디지테이티드 어레이에 의한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 샘플의 진단 혹은 분석 중, 사용자에 의한 바이오 드라이버로부터 바이오 디스크의 eject(un-loading) 혹은 stop요구시, 바이오 드라이버는 무시한 채 분석 및 진단을 계속 진행하고, 선택사항으로 경고 메시지(warning message)를 사용자에게 알려주든가 패스워드를 요구하여 패스워드가 맞는 경우에만 사용자의 eject(un-loading) 혹은 stop요구를 받아 들이는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 바이오 디스크 장 치가 몇 번 사용했던 디스크 인지에 대한 정보 및 유효기간 정보 및 진단하고자 하는 질병 종류가 저장되어 있는 메모리 수단를 더 구비하여, 바이오 디스크 로딩(loading) 때마다 사용자에게 진단 불가 여부 및 상기 정보 제공을 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 바이오 드라이버 장치는 통상의 Optical 디스크 재생을 위한 재생 및 탐색버튼, 정지버튼 및; 현재 로딩된 된 디스크가 바이오 디스크임을 표시하는 발광 다이오드를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 바이오 드라이버 장치는 액정표시 장치를 구비하여 바이오 드라이버 장치의 주요공정(프렙 공정, PCR 공정, 혼성화 반응공정) 에 따른 진행률을 퍼센트(％) 혹은 막대 그라프(bar graph)형식으로 표시해 주는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 바이오 드라이버 장치는 모니터 표시 장치를 구비하여 바이오 드라이버 장치의 진행상태를 상기 주요공정(프렙 공정, PCR 공정, 혼성화 반응공정) 에 따른 진행률을 퍼센트(％) 혹은 막대 그라프(bar graph), 파이 그라프(pie graph) 형식으로 표시해 주는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 바이오 드라이버 장치는 통상의 Optical 디스크 재생을 위한 재생 및 탐색버튼, 정지버튼 및; 현재 로딩된 된 디스크가 바이오 디스크임을 표시하는 표시장치를 구비한 것을 특 징으로 한다.
도 1a 및 도 1b는 바이오 디스크 속에 설치된 초소형 구슬을 이용한 밸브 장치를 보인 바이오 디스크 단면도이다.
도1c는 Lab On a Chip이 배치된 바이오 디스크 와 이를 제어하기 위한 제어용 디스크의 일 실시예이다.
도 1d는 도체아암의 구조를 보인 일례의 단면도이다.
도 1e는 연결 홈과 도체 아암의 위치 정렬을 자동으로 맞추어 지도록 한 일실시예이다.
도 1f는 제어용 디스크가 내장된 바이오 드라이버 장치의 일실시예이다.
도1g는 Lab On a Chip이 배치된 바이오 디스크 와 이를 제어하기 위한 제어용 디스크(200)의 또 다른 일 실시예이다.
도 1h 내지 도 1i는 도 1g의 브러쉬 와 회전전극간의 마찰접촉에 의해 상기 제어용 디스크에 전원을 공급하기 위한 보조 기판의 일 실시예이다.
도 1j는 제어용 디스크가 내장된 바이오 드라이버 장치의 또 다른 일실시예이다.
도 2a 내지 도 2b는 일체형 바이오 디스크(700) 및 바이오 드라이버의 일실시예이다.
도 2c는 인터디지테이티드 어레이 전극(interdigitated array)을 사용한 전기 화학, 커패시턴스 및 임피던스 측정 장치에 의해 구현하는 실시예이다.
도 2d는 통합 바이오 디스크의 일 실시예 이다.
도 3a는 바이오 디스크 감지(Bio-Disc Detection) 방법의 일 실시예이다.
도 3b는 로딩(loading)된 디스크가 바이오 디스크임을 상기 중앙제어장치에 통보하는 또 다른 일 실시예이다.
도 4a 내지 도 6d는 광학적 측정 장치에 의해 구현하는 여러 실시예들이다.
도 7a 내지 도 7g는 전기화학 탐지 장치 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정장치의 일 실시예이다.
도 8a 내지 8f는 본 발명의 바이오 디스크의 일 실시예이다.
도면 9a및 9b는 프렙공정, PCR공정과 전기영동을 함께할 수 있는 바이오 디스크의 또 다른 일 실시예이다.
도 10a 내지 도 10b는 immuno assay(면역학적 검증장치) 와 핵산 프로브(probe) 반응 분석 을 동시에 분석 하기 위해, 바이오 디스크상에 동시 배치한 일례이다.
도 11a 및 도11b는 바이오 드라이버 장치의 외관에 대한 일 실시예이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성을 더욱 상세히 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 바이오 디스크 상에 설치된 Lab On a Chip의 유체의 흐름 또는 유량을 제어하기 위한 밸브는 바이오 디스크의 상 또는/및 하측에 설치된 전자석에 의해 형성된 자력 힘으로 움직이는 초소형 구슬(micro bead)을 바이오 디스크 내부에 구비하여 유로를 개폐한다. 이는 선 출원된 국내 특허 "초소형구슬을 이용한 박 막 밸브 장치 및 제어방법" (10-2001-0031284) 및 PCT 출원 "초소형 구슬을 이용한 박막 밸브 장치 및 제어 방법" (2002,05,31, PCT/KR02/01035)에 잘 예시되어 있다.
본 발명의 선호되는 실시예에서, 상기 초소형 구슬은 예를 들어 자석구(magnet ball), 강자성체 금속 입자, 상 자성체 입자, 반 자성체 입자, 스텐인레스 금속구 등과 같은 물질을 포함한다. 또한 상기 초소형 구슬은 고체 금속이거나 플라스틱, 유리 구슬등으로 형성될 수 있으며 그 위에 금속 코팅이 이루어진다. 또한 금속구는 합금일 수도 있다. 또한 상기 초소형 구슬은 전하를 띨 수 있으며, 이때 전자석 대신 바이오 디스크의 상하면에 배치되는 전극판을 사용한다. 전극판에 가해진 전압의 방향에 따라 전하를 띤 구슬이 유공을 열거나 닫는다.상기 초소형 구슬의 직경은 1um 내지 1mm 범위 내에 있고, 선호적으로 100um 내지 500㎛가 알맞다. 상기 구슬의 크기가 커지면 접촉면이 증가 하여 개폐에 대한 신뢰도가 증가하게 된다. 또한 본 발명에서는 상기 초소형 구슬은 구형일수도 있으나 박막형 원기둥 영구 자석 혹은 박막형 사각형 영구 자석이 선호된다.
상기 전자석은 공심(air core) 혹은 비 자성체 코아(non-magnetic core)일 수 있다. 전자석을 위한 권선의 직경은 0.01mm∼0.1mm가 선호된다.
도 1a 및 도 1b는 바이오 디스크(100)속에 설치된 박막형 원기둥 영구 자석을 이용한 밸브 장치를 보인 바이오 디스크 단면의 일례이다.
상기 바이오 디스크(100)는 윗 기질(1)과 중간 기질(2) 과 아래 기질(3)로 구성되며, 이들 각각은 사출 성형 공정동안 기질 표면에 유체가 흐를 수 있는 유로(channel) 및 버퍼(buffer) 용액을 저장할 수 있는 챔버(chamber) 와 상기 유 로를 연결시키는 유공을 복수개 형성한다. 이들은 서로 밀착 부착되어 하나의 바이오 디스크(100) 몸체를 이룬다.
도 1a는 상기 박막형 원기둥 영구 자석(70a)에 의해 유공(10)이 막혀 유로(16a)가 차단된 경우를 나타내고, 도1b는 유공(10)이 열려 유로(16a)가 연결된 것을 나타낸다. 도 1a에서 와 같이 유공(10)을 닫아 유로를 차단시키려면 상측 전자석(4a)과 하측 전자석(5a)은 상기 박막형 원기둥 영구 자석(70a)을 아래쪽으로 끌어당기는 방향으로 전원을 인가한다. 즉 상측 전자석(4a)과 상기 박막형 원기둥 영구 자석(70a) 간에는 반발력이 발생토록 전원을 인가하고 하측 전자석(5a)과 상기 박막형 원기둥 영구 자석(70a) 간에는 인력이 발생토록 전원을 인가한다. 반대로 도 1b에서 와 같이 유공(10)을 열어 상기 유로를 연결시키려면 상측 전자석(4a)과 하측 전자석(5a)은 상기 박막형 원기둥 영구 자석(70a)을 윗쪽으로 끌어당기는 방향으로 전원을 인가한다. 즉 상측 전자석(4a)과 상기 박막형 원기둥 영구 자석(70a) 간에는 인력이 발생토록 전원을 인가하고 하측 전자석(5a)과 상기 박막형 원기둥 영구 자석(70a) 간에는 반발력이 발생토록 전원을 인가한다.
본 발명의 상기 전자석(4a,5a)은 공심(air core)의 박막형 전자석 또는 bobbinless coil이 선호된다. 또한, 본 발명은 유체이동을 위해 디스크에 좁은 유로(channel)(16a)가 형성되어 있기 때문에, 유체가 압력을 받지 않고 원활히 유로를 흐를 수 있도록 배기구(12)가 윗기질(1)에 형성되어 있다.
첨부 도면1c는 분석에 필요한 각종 버퍼 용액을 저장하고, 다양한 화학공정을 수행하기 위한 챔버 (chamber)와 처리된 유체 및 버퍼 용액들을 이동시키기 위 한 유로, 이들 유로의 개폐를 제어하기 위한 상기 밸브장치들이 포함된 Lab On a Chip이 배치된 바이오 디스크(100) 와 이를 제어하기 위한 제어용 디스크(200)의 일 실시예이다.
본 발명의 바이오 디스크(100)는 플라스틱, PMMA, 유리, 운모, 실리카, 실리콘 웨이퍼의 재료 등의 다양한 재료로부터 선택될 수 있다. 그러나, 플라스틱이 경제적 이유, 가공의 용이성 때문에 선호된다. 사용가능한 플라스틱으로는 폴리프로필렌, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알콜, 플리에틸렌, 플리메틸메타크릴레이트, 및 폴리카보네이트가 있다. 폴리프로필렌과 폴리카보네이트가 선호되며 폴리카보네이트가 가장 선호된다.
상기 바이오 디스크(100)는 윗 기질(1)과 중간 기질(2) 과 아래 기질(3)로 구성되며, 이들 각각은 사출 성형 공정동안 기질 표면에 유체가 흐를 수 있는 상기 유로(channel) 및 버퍼(buffer) 용액을 저장할 수 있는 챔버(chamber) 와 상기 유로를 연결시키는 유공을 복수개 형성한다.
이들은 서로 밀착 부착되어 하나의 바이오 디스크(100) 몸체를 이루며, 이는
국내 특허 출원 "초소형 구슬을 이용한 박막 밸브 장치 및 제어 방법" (2001,05,31, 10-2001-0031284) 및 PCT 출원 "초소형 구슬을 이용한 박막 밸브 장치 및 제어 방법" (2002,05,31, PCT/KR02/01035)에 잘 예시되어 있다.
제어용 디스크(200)는 플라스틱, PMMA, 유리, 운모, 실리카, 실리콘, PCB(Print Circuit Board)의 재료 등의 다양한 재료로부터 선택될 수 있다. 그러나 본 발명에서는 PCB 재료와 실리콘 웨이퍼의 재료가 회로설계의 용이성때문에 선호 된다.
상기 바이오 디스크(100)는 윗기질(1)과 중간기질(2)과 아래기질(3)이 적층에 의해 형성된다. 박막형 원기둥자석(70a,70b,70c)은 각각 전자석(4a와5a, 4b와5b, 4c와 5c)에 의해 형성된 자력에 의해 독립적으로 개폐제어 된다. 120은 샘플을 주입하기 위한 피펫 또는 주사위를 나타내고, 121은 샘플주입구 이고 170은 디스크 중심 공극을 나타내고 171a은 제어용 디스크(200)와의 연결을 위한 인테페이스 부을 나타내며 바이오 디스크(100)에 제어신호를 공급키 위한 복수개의 제어신호 연결부(173)와 전원 공급을 위한 전원 연결부(33a)를 포함한다. 상기 연결부(173,33a)의 표면은 도전체로 코팅된 연결홈(33)으로 구성된다.
도면 부호130는 피 또는 세포로부터 DNA샘플 또는 RNA로부터 R-T(Reverse Transcription:역 전사)에 의한 DNA샘플 혹은 피로부터 혈청(serum)을 준비하기 위한 프렙(Preparation)공정을 포함하는 프렙챔버(Preparation chamber)이고, 131는 PCR(Polymer Chain Reaction)공정 위한 PCR챔버이고, 132는 혼성화(hybridization)공정 또는 항원항체반응을 위한 챔버로 상기 PCR공정에 의해 증폭된 DNA을 분석 및 진단 하기 위한 켑쳐프로브(capture probe) 혹은 immuno assay가 어레이 형태로 기질에 부착되어 있는 분석사이트(assay site)이고 133는 세정공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버(Trash chamber)이다.
도면 부호 140는 상기 PCR공정에 필요한 폴리머라아제, 프라이머를 비롯한 각종 효소(enzyme)들을 포함하는 버퍼용액을 포함하는 챔버이고, 141 ,142 및 143는 상기 혼성화공정에 필요한 각종 효소를 포함하는 챔버이다.
상기 각각의 공정(프렙공정 , PCR공정 , 혼성화공정 및 항원항체 반응, 세정공정)의 시작시점과 종료 시점에서의 밸브의 개폐 제어는 상기 박막형 원기둥 자석의 상하측에 설치된 전자석들(4a와 5a, 4b와 5b, 4c와 5c)에 인가된 전원 제어에 의해 이루어지고, 유체이동은 디스크의 회전력에 의한 원심력에 의한다.
또한 상기 제어용 디스크(200)와 브러쉬(108,109)간 마찰접촉에 의해 제어용 디스크(200)상의 제어부(63) 및 무선 송신 혹은 송수신 혹은 수신 장치인 비접촉 인터페이스 (107)에 전원을 공급한다.
상기 브러쉬(108,109)가 마찰 접촉하기 위한 환형 전극판(223)이 상기 제어용 디스크(200)의 상판에 설치되어 있다. 또한 제어부(63)의 제어신호 및 전원은 제어용디스크(200)의 인터페이스부(171b)와 연결된 회로의 패턴에 의해 도체아암(13)과 연결된다.
상기 제어용 디스크(200)로부터의 바이오 디스크(100)로의 전원 공급 및 제어 신호 전달은 도전체로 표면 코팅되어 있는 제어 신호 연결부(173) 및 전원연결부(33a)와 밀착연결되는 복수개의 도체 아암(13)들에 의해 이루어 진다. 즉, 상기 신호전달은 도체아암(13)과 연결홈(33) 형태로 결합되어 이루어 지며 이들은 상기 바이오 디스크(100) 와 제어용 디스크(200)간의 케넥터 역할을 한다. 상기 도체 아암(13)은 디스크의 회전 시작시, 제어용 디스크(200)와 바이오 디스크(100)간의 압착밀착에 의해 상기 연결홈(33)에 맞물려 동시 회전하게 된다.
상기 브러쉬(108,109)에 의해 공급된 전원은 제어용디스크(200)상에 있는 전원 연결부(33b) 와 상기 도체아암(13) 및 바이오디스크(100)상의 전원 연결부(33a) 을 통해 바이오 디스크(100)에 공급된다.
또한 상기 도체 아암(13)에 연결된 바이오 디스크(100)상의 연결홈들(33)은 다시 바이오 디스크상의 회로 패턴과 연결되어 상기 바이오 디스크(100)의 각 부문에 필요한 각종 제어 신호 및 전원을 공급 한다.
도면 부호 188는 카드IC로 Lab On a Chip을 위한 프로토콜, 분석 알고리즘, 판독을 위한 표준 제어값 및 분석사이트에 대한 위치 정보, 생물정보학(bioinformatics)정보, 자기 진단(self diagonasis)에 관련된 정보를 포함한다. 또한 바이오 드라이버의 장치 드라이버 소프트 웨어 및 임상분석을 위한 환자교육정보를 포함할 수 있으며 개조될 수 있다. 또한 진단 결과에 따른 전문 의사 및 병원과 연결될수 있는 웹 사이트 와 각종 링크들을 포함할 수 있다. 또한 개인 암호화 정보가 저장될수 있어, 타인이 함부로 사용할수 없도록 할 수 있다.
상기 카드 IC(188)는 스마트 IC카드형태의 RAM 혹은 ROM이 내장된 것을 선호된다. 상기 카드IC(188) 정보는 무선 송수신를 통해 중앙제어장치에 제공되어지며, 원격 진단 및 분석, 개인 암호화를 위해 활용되어진다.
도 1d는 상기 도체아암(13)의 구조를 보인 일례의 단면도 이다.
디스크의 회전시작 동안, 제어용 디스크(200)와 바이오 디스크(100)간의 압착 밀착시, 상기 도체 아암(13)의 한쪽 말단부는 상기 연결홈(33)에 원활이 삽입될 수 있도록 상기 제어용 디스크(200)의 인터페이스부(171b)에 고정연결되어 있고 도체 아암(13) 내부에는 용수철(13c)이 내장연결되어 있다. 도면부호 13a과 13b는 도체 아암을 구성하고, 13b의 끝부분이 상기 연결홈(33)에 삽입결합되고 13a의 끝부 분이 상기 인터페이스부(171b)에 연결 고정된다. 용수철(13c)과 도체 아암의 13a및 13b는 13d에 의해 상호 연결되어 도체 아암(13)이 탄성을 갖도록 한다.
도 1e는 상기 도체 아암(13)의 회전 밀착시 상기 연결부(173,33a)의 연결홈(33)과 도체 아암(13)의 위치를 자동으로 맞추어 지도록 한 일실시예로 상기 연결 홈(33) 들이 나선형 형태를 이룬다. 이 나선형 형태의 연결홈(33)에 일대일 대응한 위치에, 도체 아암(13)들이 상기 제어용 디스크(200)의 인터페이스부(171b)상에 고정 부착 연결되어 있어, 밀착 회전시 이들 연결홈(33)들과 전기적으로 연결된다.
바이오 디스크(100)의 170은 디스크 중심 공극을 나타내고, 바이오 디스크(100)의 중심공극 주위에 제어신호를 공급키 위한 복수개의 제어신호 연결부(173)와 전원 공급을 위한 전원 연결부(33a)를 포함한다. 상기 연결부(173,33a)의 표면은 도전체로 코팅된 연결홈(33)을 갖고 있고 또한 연결홈(33)들은 상기 전원과 제어신호를 바이오 디스크(100)상의 각 부분에 연결공급키 위한 회로패턴(888)들을 갖는다.
도 1f는 상기 바이오 디스크(100)을 제어 구동키 위한 상기 제어용 디스크(200)가 내장된 바이오 드라이버 장치의 일실시예이다.
회전하고 있는 상기 제어용 디스크(200)상의 제어부(63)에 전원공급을 공급하기 위한 브러쉬(109,108); 이것에 전원을 공급하기 위한 전원장치(110); 300는 바이오 드라이버를 지지하고 있는 몸체이다. 바이오 드라이브 밑면에는 회로기판(140)이 상기 바이오 드라이브 몸체(300)에 이음 체결되어있고, 회로기판(140)위에 바이오 드라이버를 제어하기 위한 중앙제어 장치(101) 및 저장장치 혹은 출력장치(111)가 상기 회로 기판(140)위에 배치 설계되여 있다. 상기 중앙제어 장치(101)는 상기 디스크(100,200)의 회전 혹은 정지를 위해 모터(102)를 제어할뿐만 아니라, 광 픽업 장치(103)의 이동을 제어하고, 디스크 회전시작시 제어용 디스크(200)와 바이오 디스크(100)를 상기 도체 아암(13)을 이용하여 연결홈(33)에 밀착 회전토록 제어한다. 이때 아래쪽 회전자(105)는 바이오디스크(100)의 밑면에 밀착되어서 회전한다. 또한 윗쪽 회전자(104)는 제어용 디스크(200)와 고정연결되는 복수개의 연결자(143)를 갖는다. 윗쪽 회전자(104)는 상기 바이오 드라이버 몸체(300)에 걸쳐서 자유로운 공회전을 할수 있도록 외곽에 회전홈(111)을 갖는다.
또한 상기 중앙제어장치(101)는 현재 바이오 드라이버에 로딩(loading)된 디스크가 통상의 Optical disc(예:음악 CD, CD-R, 게임 CD, DVD등)인지 바이오 디스크인지를 판단하여, 통상의 Optical 디스크인 경우는 디스크로 부터 읽은 내용을 상기 광 픽업장치(103)로부터 저장장치 혹은 출력장치(111)로 전송하거나, 쓸 내용을 광 픽업 장치(103)로 보내고, 재생/기록(Read/Write) 에 필요한 각종 제어 신호들을 상기 각부에 제공하는 등의 Optical 디스크를 위한 통상의 동작을 하고, 바이오 디스크인 경우 Lab On a Chip 제어를 위한 각종 제어 명령신호를 상기 제어용 디스크(200)에 위치한 비접촉 인터페이스(106,107) 혹은 카드IC(188)를 통해 제어부(63)에 보낸다.
상기 제어 명령을 전달 받은 제어용 디스크(200)의 제어부(63)는 상기 도체 아암(13)을 통해 바이오 디스크(100)상의 Lab On a Chip을 제어 하기 위한 각종 제어 신호를 공급하거나 상기 카트IC(188)을 통해 바이오 디스크(100)상의 Lab On a Chip을 제어 하기 위한 각종 제어 신호를 공급한다.
또한 상기 제어부(63)는 상기 도체 아암(13)을 통해 바이오 디스크(100)상의 광학, 비광학, 전기화학, 커패시턴스 혹은 임피던스 장치를 포함하는 변환기에 의해 얻어진 상기 분석사이트(132)에 대한 판독 결과를 상기 비접촉 인터페이스(106,107)인 적외선 인터페이스 혹은 광 인터페이스(optical interface) 혹은 무선 인터페이스을 통해 외부의 중앙 제어 장치(101) 혹은 저장장치(111)로 보내거나, 카드 IC(188)에 의해 바이오 디스크(100)상의 광학, 전기화학, 커패시턴스 혹은 임피던스 장치를 포함하는 변환기에 의해 얻어진 상기 분석사이트(132)에 대한 판독 결과를 무선 송수신 수단에 의해 외부의 중앙 제어장치(101) 혹은 저장장치 혹은 출력장치(111)로 보낸다.
이때 상기 광투과식 측정 장치를 포함하는 변환기에 의한 분석사이트(132)의 판독은 상기의 광 픽업장치(103)와는 별도의 광학 분석 판독장치(99a,99b)에 의해 이루어 진다. 즉 통상의 광학 디스크(optical disc)상의 정보 판독은 광 픽업장치(103)에 의해 이루어 지며, non-optical 디스크인 바이오 디스크(bio-disc)의 분석사이트(132)의 정보 판독은 별도의 광학 분석 판독 장치(99a,99b)에 의해 이루어 진다. 106과 107은 각각 비 접촉 인터페이스를 위한 수신부 혹은 송신부 혹은 송수신부이다. 또한 상기 중앙제어 장치(101)는 상기 비접촉 인터페이스를 통해 제어 명령을 제어부(63)에 전달할 수 있다.
상기 비 접촉 인터페이스(106,107)는 적외선 인터페이스인 경우 적외선 센서에 의해 이루어 지며, 광 인터페이스 인 경우는 포토(photo) 센서에 의해 이루어 진다. 또한 무선 인터페이스는 스트립라인 안테나와 이들 위한 변복조 장치에 의해 이루어 진다.
도면 부호 188는 메모리을 내장한 카드 IC로 Lab On a Chip을 위한 프로토콜, 분석 알고리즘, 판독을 위한 표준 제어값 및 분석 사이트(site)에 대한 위치 정보, 생물정보학(bioinformatics)정보, 자기 진단(self diagonasis)에 관련된 정보를 포함한다. 또한 장치 드라이버 소프트 웨어 및 임상분석을 위한 환자교육정보를 포함할 수 있으며 개조될 수 있다. 또한 진단 결과에 따른 전문 의사 및 병원과 연결될수 있는 웹 사이트 와 각종 링크들을 포함할 수 있다. 또한 개인 암호화 정보가 저장될수 있어, 타인이 함부로 사용할 수 없도록 할 수 있다.
상기 카드 IC(188)는 스마트 IC카드 기능을 포함한 RAM 혹은 ROM이 선호된다. 상기 카드 IC(188) 정보는 무선 송수신를 통해 상기 중앙제어장치(101)에 제공되어 지며, 원격 진단 및 분석, 개인 암호화를 위해 활용되어진다.
상기 출력장치(111)은 USB(Universal Serial Bus) 혹은 IEEE1394가 선호된다.
첨부 도면1g는 분석에 필요한 각종 버퍼 용액을 저장하고, 다양한 화학공정을 수행하기 위한 챔버 (chamber)와 처리된 유체 및 버퍼 용액들을 이동시키기 위한 유로, 이들 유로의 개폐를 제어하기 위한 상기 원기둥 자석들이 포함된 Lab On a Chip이 배치된 바이오 디스크(100)와 이를 제어하기 위한 제어용 디스크(200)의 또 다른 일 실시예이다.
상기 바이오 디스크(100)는 윗기질(1)과 중간기질(2)과 아래기질(3)이 적층에 의해 형성된다. 박막형 원기둥 자석(70a,70b,70c)은 제어용 디스크(200)상에 배치된 각각 전자석(4a, 4b, 4c)에 의해 형성된 자력에 의해 독립적으로 개폐제어 된다. 120은 샘플을 주입하기 위한 피펫 또는 주사위를 나타내고, 121은 샘플주입구 이고 170은 디스크 중심 공극을 나타내고 도면 부호130는 피 또는 세포로부터 DNA샘플 또는 RNA로부터 R-T(Reverse Transcription:역 전사)에 의한 DNA샘플 혹은 피로부터 혈청(serum)을 준비하기 위한 프렙(Preparation)공정을 포함하는 프렙챔버(Preparation chamber)이고, 131는 PCR(Polymer Chain Reaction)공정 위한 PCR챔버이고, 132는 혼성화(hybridization)공정 또는 항원항체반응을 위한 챔버로 상기 PCR공정에 의해 증폭된 DNA을 분석 및 진단 하기 위한 켑쳐프로브(capture probe) 혹은 immuno assay가 어레이 형태로 기질에 부착되어 있는 분석사이트(assay)이고 133는 세정공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버(Trash chamber)이다.
도면 부호 140는 상기 PCR공정에 필요한 폴리머라아제, 프라이머를 비롯한 각종 효소(enzyme)들을 포함하는 버퍼용액을 포함하는 챔버이고, 141 ,142 및 143는 상기 혼성화공정에 필요한 각종 효소를 포함하는 챔버이다.
상기 각각의 공정(프렙공정 , PCR공정 , 혼성화공정 및 항원항체 반응, 세정공정)의 시작시점과 종료 시점에서의 밸브의 개폐 제어는 상기 제어용 디스크(200)상에 설치된 전자석들(4a, 4b, 4c)에 인가된 전원 제어에 의해 이루어지고, 유체이 동은 디스크의 회전력에 의한 원심력에 의한다.
도면부호 55는 모터(102)에 고정연결된 회전전극으로 표면이 도체물질로 코팅되어져 있다.
도면 부호 110은 전원부로 직류 전압을 공급한다. 마이너스(-)단자는 모터(102)몸체에 연결되어 접지된다. 프러스(+)단자는 브러쉬(108,109)에 연결되어 상기 회전전극(55)에 프러스(+)전압을 공급한다.
상기 회전 전극(55) 와 브러쉬(108,109)간 마찰접촉에 의해, 제어용 디스크(200)상의 제어부(63) 및 무선 송신 혹은 송 수신 혹은 수신 장치(107)에 플러스(+) 전원을 공급하며, 마이너스(-) 전원은 접지된 모터(102)와 연결된 모터 축(57) 과 보조 기판(201)을 통해 제어용 디스크(200)에 공급된다.
도면 부호 240 과 241은 각각 상기 플러스(+) 전원 과 마이너스(-) 전원에 연결된 전원 단자이다.
도면 부호 181은 바이오 디스크(100) 혹은 통상의 Optical disc(예:음악 CD, CD-R, 게임 CD, DVD등)을 올려놓기 위한 턴 테이블(turn table)로, 디스크의 중심공극(170)을 통해 턴 테이블에 로딩된다. 반면 제어용 디스크(200)는 턴 테이블(181)에 고정 결합된다. 턴 테이블에 고정 결합된 제어용 디스크(200)와 턴 테이블에 로딩된 바이오 디스크간에는 1mm 내외의 간격(182)이 있다.
도면 부호 188는 메모리 내장형 카드IC로 Lab On a Chip을 위한 프로토콜, 분석 알고리즘, 판독을 위한 표준 제어값 및 분석사이트에 대한 위치 정보, 생물정보학(bioinformatics)정보, 자기 진단(self diagonasis)에 관련된 정보를 포함한 다. 또한 바이오 드라이버의 장치 드라이버 소프트 웨어 및 임상분석을 위한 환자교육정보를 포함할 수 있으며 개조될 수 있다. 또한 진단 결과에 따른 전문 의사 및 병원과 연결될수 있는 웹 사이트 와 각종 링크들을 포함할 수 있다. 또한 개인 암호화 정보가 저장될수 있어, 타인이 함부로 사용할수 없도록 할 수 있다.
상기 카드 IC(188)는 스마트 IC카드 형태가 선호된다. 상기 카드IC(188) 정보는 무선 송수신를 통해 중앙제어장치에 제공되어 지며, 원격 진단 및 분석, 개인 암호화를 위해 활용되어진다.
도면 부호 240a 및 241a는 각각 바이오 디스크(100)상에 있는 전원연결부로 도체로 표면 코팅되어 있으며, 상기 전원단자(240,241) 와 연결되어 바이오 디스크(100)상에 전원을 공급한다.
도 1h 내지 도 1i는 도 1g의 브러쉬(108,109) 와 회전전극(55)간의 마찰접촉에 의해 상기 제어용 디스크(200)에 전원을 공급하기 위한 보조기판(201)의 일 실시예이다. 본 발명에서의 보조 기판은 양면 PCB가 선호된다.
도 1h는 보조 기판의 윗면을 나타내고 도 1i는 보조 기판의 아래면을 나타낸다. 91은 접지 패턴이고 92는 플러스(+) 전원 패턴이다.
도 1h에서 모터(102)는 접지되어 있고, 모터에 연결되어 있는 모터축(57)도 결과적으로 접지된다. 모터축(57)을 보조 기판(201)의 구멍(203)에 삽입 체결하는 과정(조립 과정)에서 상기 접지 패턴(91)은 저절로 마이너스 전원이 된다.
또한 상기 접지 패턴(91)은 쓰루 홀(through hole, via)에 의해 보조 기판(201)의 아랫면의 접지패턴(91)과 연결되어 있다.
도 1i는 플러스 전원을 보조 기판(201)에 공급키 위한 일실시예로 보조기판의 아랫면을 나타낸다. 상기 전원장치(110)에 의해 공급된 플러스(+)전원은 브러쉬(108,109)와의 마찰 접촉에 의해 상기 회전전극(55)에 플러스(+)전압을 공급하고, 다시 회전 전극(55)의 말단부는 상기 보조 기판(201)의 아랫면에 형성된 플러스 전원 패턴(92)과 전기적으로 연결되어 플러스(+) 전원을 공급한다.
상기 보조 기판(201)상의 플러스 전원 패턴(92)의 플러스 전원 과 접지 패턴(91)의 마이너스 전원은 제어용 디스크(200)에 전기적으로 연결되어, 제어용 디스크(200)에 전원을 공급하게 된다.
도 1j는 도 1g의 바이오 디스크(100)을 제어 구동키 위해, 도 1g의 제어용 디스크(200)가 턴 테이블(181)에 고정 결합되어 내장된 바이오 드라이버 장치의 일 실시예이다.
상기 제어용 디스크(200)상의 플러스 전원 과 마이너스 전원은 도 1d에서 예시된 도체 아암(13)을 통해 바이오 디스크(100)에 연결 공급된다. 도체 아암(13)으로 구성된 플러스 전원 단자(240) 과 마이너스 단자(241)의 한쪽 말단부는 제어용 디스크(200)의 플러스 전원과 마이너스 전원에 연결 고정되며; 다른 말단부는 바이오 디스크(100) 로딩시, 바이오 디스크(100)상에 도전체로 표면 코팅되어 있는 전원 연결부(240a, 241a)와 각각 밀착 연결된다.
회전하고 있는 제어용 디스크(200)상의 제어부(63)에 전원공급을 공급하기 위한 브러쉬(109,108); 이것에 전원을 공급하기 위한 전원장치(110); 300는 바이오 드라이버를 지지하고 있는 몸체이다. 바이오 드라이브 밑면에는 회로기판(140)이 상기 바이오 드라이브 몸체(300)에 이음 체결되어있고, 회로 기판위에 바이오 드라이버를 제어하기 위한 중앙제어 장치(101 및; 저장장치 혹은 출력장치(111)가 상기 회로 기판(140)위에 배치 설계되여 있다. 상기 중앙제어 장치(101)는 상기 디스크(100,200)의 회전 혹은 정지를 위해 모터(102)를 제어할뿐만 아니라, 광 픽업 장치(103)의 이동을 제어한다.
또한 상기 중앙제어장치(101)는 현재 바이오 드라이버에 로딩(loading)된 디스크가 통상의 Optical disc(예:음악 CD, CD-R, 게임 CD, DVD등)인지 바이오 디스크(100)인지를 판단하여, 통상의 Optical 디스크인 경우는 디스크로 부터 읽은 내용을 상기 광 픽업장치(103)로부터 저장장치 혹은 출력장치(111)로 전송하거나, 쓸 내용을 광 픽업 장치(103)로 보내고, 재생/기록(Read/Write) 에 필요한 각종 제어 신호들을 상기 각부에 제공하는 등의 Optical 디스크를 위한 통상의 동작을 하고, 바이오 디스크인 경우 Lab On a Chip 제어를 위한 각종 제어 명령신호를 상기 제어용 디스크(200)에 위치한 비접촉 인터페이스(106,107) 혹은 카드IC(188)를 통해 보낸다.
상기 제어 명령을 전달 받은 제어용 디스크(200)의 제어부(63)는 Lab On a Chip을 제어 하기 위한 각종 제어 신호를 공급하며,
바이오 디스크의 밸브의 개폐를 제어하기 위해 제어용 디스크(200)상의 전자석(4a,4b,4c)의 전원을 제어하여 밸브의 개폐를 제어한다. 상기 제어용 디스크(200)상의 전자석(4a,4b,4c)은 바이오 디스크(100)과 매우 가까이 근접해 있어 바이오 디스크내에 내장된 박막형 원기둥 자석(70a,70b,70c)에 반발력과 인력을 효과적을 발휘할 수 있다. 턴 테이블에 고정 결합된 제어용 디스크(200)와 턴 테이블에 로딩된 바이오 디스크간에는 1mm 내외의 높이 간격(182)이 있다
106과 107은 각각 비 접촉 인터페이스를 위한 수신부 혹은 송신부 혹은 송수신부이다.
상기 바이오 디스크(100)상의 광학, 전기화학, 커패시턴스 혹은 임피던스 장치를 포함하는 변환기에 의해 얻어진 상기 분석사이트(132)에 대한 판독 결과를 상기 비접촉 인터페이스(1015,107)인 적외선 인터페이스 혹은 광 인터페이스(optical interface) 혹은 무선 인터페이스을 통해 외부의 중앙 제어장치(101) 혹은 저장장치(111)로 보내거나, 바이오 디스크(100) 상에 내장된 카드IC(188)에 의해 바이오 디스크(100)상의 광학, 전기화학, 커패시턴스 혹은 임피던스 장치를 포함하는 변환기에 의해 얻어진 상기 분석사이트(132)에 대한 판독 결과를 무선 송수신 수단에 의해 외부의 중앙 제어 장치(101) 혹은 저장장치 혹은 출력장치(111)로 보낸다.
도 2a 내지 도 2b는 상기 제어용 디스크(200) 와 바이오 디스크(100)가 합쳐져 한 개의 일체형 바이오 디스크(700)로 구성된 경우를 나타낸다. 700a는 일체형바이오 디스크의 바이오 디스크 부분을 나타내고 700b는 일체형바이오 디스크의 제어용 디스크 부분을 나타낸다.
이 경우 상기 일체형 바이오 디스크(700)는 실리콘 웨이퍼 재료가 선호된다.
실리콘 웨이퍼 재료는 상기 제어부(63), 카드 IC(188), 비접촉 인터페이스(107), 상기 밸브 제어를 위한 전극판 혹은 전자석 및 각종 회로패턴을 포함한 전자회로를 실리콘 웨이퍼상에 monolithic 형태의 집적회로(Integrated Circuit) 설계가 구성이 용이할 뿐만 아니라, 상기 챔버 및 채널 형성도 photolithography 및 에칭공정에 의해 용이하게 구현 가능하다.
이들 반도체 공정에 의한 웨이퍼상의 집적 회로(integrated circuit) 설계 및 photolithography 및 제반 에칭 공정은 당해 업자의 공지 기술이다.
상기 일체형 바이오 디스크(700)는 윗기질(1)과 중간기질(2)과 아래기질(3)으로 구성되며 이들 기질에는 상기 photolithography 및 제반 에칭공정에 의해 유체가 흐를 수 있는 상기 유로(channel) 및 버퍼(buffer) 용액을 저장할 수 있는 챔버(130,131,132,133,140,141,142,143)와 상기 유로를 연결시키는 유공이 형성된다. 전원공급을 공급하기 위한 브러쉬(109,108)와 상기 브러쉬(108,109)가 마찰 접촉하기 위한 환형 전극판(223)이 일체형 바이오 디스크의 제어용 디스크 부분(700b)에 설치되어 있다. 170은 디스크 중심 공극이다. 171a와 171b는 인터페이스 부로, 700b의 제어부(63)가 700a상의 밸브 및 전자 회로에 제어신호를 공급키 위한 복수개의 제어신호 연결부(173)와 전원 공급을 위한 전원 연결부(33a,33b)를 포함한다. 상기 실시예에서 연결부(173,33a,33b)의 상호 연결은 인터페이스부(171a,171b)에서의 via 혹은 through hole에 의해 상호 연결되었으나, 상기 인터페이스부(171a, 171b)부는 꼭 디스크 중심 공극 근처의 위치에 국한할 필요 없이 디스크상의 필요한 위치에서 via나 through hole에 의해 상호 연결될 수 있다. Via나 through hole설계는 당해 업자의 공지 기술이다.
도면 부호 555는 선택사항으로 상기 광학, 전기화학, 커패시턴스 혹은 임피던스 장치를 포함하는 탐지기에 의해 상기 분석사이트(132)의 판독을 위한 투명한 물질(예: 유리)로 구성된 개구부이다.
도 2b에는 상기 일체형 바이오 디스크(700)를 제어구동키 위한 바이오드라이버 장치의 일실시예가 나타나 있다. 상기 제어부(63)는 광학, 전기화학, 커패시턴스 혹은 임피던스 장치를 포함하는 변환기에 의해 얻어진 분석사이트(132)에 대한 판독 결과를 비접촉 인터페이스(106,107)인 적외선 인터페이스 혹은 광 인터페이스(optical interface) 혹은 무선 인터페이스을 통해 외부의 중앙 제어 장치(101) 혹은 저장장치(111)로 보내거나 카드 IC(188)에 의해 일체형 바이오 디스크(700)상의 광학, 전기화학, 커패시턴스 혹은 임피던스 장치를 포함하는 변환기에 의해 얻어진 상기 분석사이트(132)에 대한 판독 결과를 무선 송수신 수단에 의해 중앙 제어 장치(101) 혹은 저장장치 혹은 출력장치(111)로 보낸다.
106과 107은 각각 비 접촉 인터페이스를 위한 수신부 혹은 송신부 혹은 송수신부이다. 또한 상기 중앙제어 장치(101)는 상기 비 접촉 인터페이스(106,107) 혹은 카드 IC(188)를 통해 상기 일체형 바이오 디스크(700)에 제어 명령을 상기 제어부(63)에 전달할 수 있다.
상기 비 접촉 인터페이스(106,107)는 적외선 인터페이스인 경우 적외선 센서에 의해 이루어 지며, 광인터페이스 인 경우는 포토(photo) 센서에 의해 이루어 진다. 또한 무선 인터페이스는 스트립 라인 안테나와 변복조 장치에 의해 이루어 진다.
회전하고 있는 상기 일체형 바이오 디스크(700) 상의 제어부(63)에 전원공급을 공급하기 위한 브러쉬(109,108) 와 상기 브러쉬(109,108)에 전원을 공급하기 위 한 전원장치(110). 300는 바이오 드라이버를 지지하고 있는 몸체이다. 바이오 드라이브 밑면에는 회로기판(140)이 상기 드라이브 몸체(300)에 이음체결되어있고, 회로 기판위에 바이오 드라이버를 제어하기 위한 중앙제어장치(101), 저장장치 및 출력장치(111)가 상기 회로 기판(140)위에 설계되여 있다. 상기 중앙제어 장치(101)는 상기 일체형 바이오 디스크(700) 회전 혹은 정지시 모터(102)를 회전 정지 시킬뿐만 아니라, 광 픽업 장치(103)의 이동을 제어하고, 상기 일체형 바이오 디스크(700) 회전시작시 위쪽 회전자(104)와 아래쪽 회전자(turn table)(105)가 상기 일체형 바이오디스크(700)의 중심공극(170) 부근에 밀착 회전토록 제어한다. 또한 상기 중앙제어장치(101)는 통상의 Optical 디스크(예:음악 CD, CD-R, 게임 CD, DVD등) 인지 일체형 바이오 디스크인지를 판단하여, 통상의 Optical 디스크인 경우는 디스크로 부터 읽은 내용을 광 픽업장치(103) 로부터 저장장치 혹은 출력장치(111)로 전송하거나, 쓸 내용을 광 픽업 장치(103)로 보내고, Read/Write에 필요한 각종 제어 신호들을 상기 각부에 제공하는등의 Optical 디스크를 위한 통상의 동작을 하고, 일체형 바이오 디스크인 경우 Lab On a Chip 제어을 위한 각종 제어 명령신호를 상기 일체형 바이오 디스크(700)에 위치한 비접촉 인터페이스(106,107) 혹은 카드IC(188)를 통해 보낸다. 이때 상기 광학 장치를 포함하는 변환기에 의한 분석사이트(132)의 판독은 상기의 광 픽업장치(103)와는 별도의 광학 분석 판독 장치(99a,99b)에 의해 이루어 진다. 즉 통상의 광학 디스크(optical disc)상의 정보 판독은 광 픽업장치(103)에 의해 이루어 지며, non-optical 디스크인 일체형 바이오 디스크(bio-disc)의 분석사이트의 정보 판독 은 별도의 광학 분석 판독 장치(99a,99b)에 의해 이루어 진다.
즉 통상의 광학 디스크(optical disc)상의 정보 판독은 광 픽업장치(103)에 의해 이루어 지며, non-optical 디스크인 일체형 바이오 디스크(700)의 분석사이트의 정보 판독은 별도의 전기 화학 탐지장치, 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정 장치에 의해 이루어 진다.
도면 부호 188는 카드IC로 Lab Oh a Chip을 위한 프로토콜, 분석 알고리즘, 판독을 위한 표준 제어값 및 분석 사이트에 대한 위치 정보, 생물정보학(bioinformatics)정보, 자기 진단(self diagonasis)에 관련된 정보를 포함한다. 또한 장치 드라이버 소프트 웨어 및 임상분석을 위한 환자교육정보를 포함할 수 있으며 개조될 수 있다. 또한 진단 결과에 따른 전문 의사 및 병원과 연결될수 있는 웹 사이트 와 각종 링크들을 포함할 수 있다. 또한 개원 암호화 정보가 저장될수 있어, 타인이 함부로 사용할 수 없도록 할 수 있다.
상기 카드IC(188)는 RAM 혹은 ROM이 내장된 것을 선호된다. 상기 카드IC(188) 정보는 무선송수신 수단을 통해 상기 중앙제어장치(101)에 제공되어지며, 원격 진단 및 분석, 개인 암호화를 위해 활용되어진다.
도 2c는 상기 일체형 바이오 디스크(700)에 설치된 상기 분석사이트(132)에 의해 발생된 분석종 특이적 신호의 탐지를 인터디지테이티드 어레이 전극(interdigitated array)을 사용한 전기 화학, 커패시턴스 및 임피던스 측정 장치에 의해 구현하는 실시예들을 나타낸다. 이는 국내 특허 출원 "핵산 및 올리거뉴클레오티드의 상보적 이중결합의 특정 서열에 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이 용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치" (2001,01,27 10-2001-0003956) 및 PCT 출원 "핵산 및 올리거뉴클레오티드의 상보적 이중가닥 또는 단일가닥에 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치" (2002.01.27 PCT/KR02/00126)에 잘 예시되어 있다.
도면부호 371,372,373,374는 각각 상이한 분석종 특이적(analyte specificity)을 갖는 절단 가능한 신호요소 내지는 capture antibody를 갖는 복수개의 분석 사이트(assay site)들이다.
도면 부호 271은 상기 각각의 분석 사이트에 어떤 대역폭을 갖는 교류신호를 인가하기 위한 주파수 발생장치들이다. 이들 발생된 교류 신호는 상기 인터디지테이티드 어레이의 입력 단자에 가하여, 주파수 응답 특성을 측정하므로서 상기 각 분석 사이트의 전기 화학, 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정을 한다.
이들 각 분석 사이트로부터 출력되는 주파수 특성은 멀티프렉서(68)의해 제어부(63)로 차례 차례 선택 입력되어 제어부(63)에 의해 상기 각 분석 사이트들에 대한 전기화학 혹은 커패시턴스 및 임피던스가 측정되어 진다. 상기 멀티프렉서(68)의 제어는 선택신호(64)라인에 의해 이루어 진다.
상기 도 2c의 전기 화학, 커패시턴스 및 임피던스 측정장치는 상기 제어부(63)와 함께 상기 일체형 바이오 디스크(700)에 집적화된다.
도 1c 및 도 1g 예시된 바이오 디스크 장치에 상기 도2c의 인터디지테이티드 어레이 전극(interdigitated array)을 사용한 전기 화학 탐지장치, 커패시턴스 및 임피던스 측정 장치가 적용된 경우는 상기 멀티프렉스(68)와 주파수 발생장치(271) 을 바이오 디스크(100)상에 배치 설계되며 카드IC(188)와 함께 집적화될 수 있다.
도 2d는 통상의 Optical 디스크(900) 와 상기 일체형 바이오 디스크(700)가 통합된 통한 바이오 디스크(1000)의 일실시예 이다. 상기 통합 바이오 디스크(1000)의 Optical 디스크(900) 부분에는 분석 알고리즘, 생물정보학(bioinformatics)정보, 자기 진단(self diagonasis)에 관련된 정보를 포함한다. 또한 원격지점에 진단정보를 저장할 수 있는 소프트웨어와 장치 드라이버에 관한 소프트웨어를 포함할 수 있다. 소프트웨어는 임상분석을 위한 환자교육정보를 포함할 수 있으며 개조될 수 있다. 상기 소프트웨어는 진단결과에 따른 전문 의사 및 병원과 연결될수 있는 웹 사이트 와 각종 링크들을 포함할수 있다. 또한 상기 Optical 디스크(900)에는 음악CD,게임CD, CD-R, DVD등의 콘텐츠(contents)가 실릴 수 있다. 상기 Optical 디스크(900)는 상기 광 픽업장치(103) 장치에 의해 판독되며, 일체형 바이오 디스크(700) 부분의 분석사이트(132)의 판독은 상기의 광 픽업장치(103)와는 별도의 광학, 전기화학, 커패시턴스 및 임피던스 측정 장치를 포함하는 변환기와 결합된 분석 판독 장치에 의해 이루어진다. 즉 통상의 광학 디스크(optical disc)(900)상의 정보 판독은 광 픽업장치(103)에 의해 이루어 지며, non-optical 디스크인 일체형 바이오 디스크(bio-disc)(700)의 분석사이트의 정보 판독은 별도의 분석 판독 장치에 의해 이루어 진다. 또한 상기 통합 바이오 디스크(1000) 부분에 있어서 ,통상의 optical disc(900) 부분은 CD-RW 혹은 DVD-RW와 같은 recordable한 공 CD 혹은 공 DVD로서 제공될 수 있다.
또한 상기 통합 바이오 디스크(1000)에 있어서, Optical disc(900) 면의 판 독과 일체형 바이오 디스크(700) 면의 판독은, 상기 광 픽업장치(103)와 상기 광학, 전기화학, 커패시턴스 혹은 임피던스 장치를 포함하는 탐지기에 의한 분석 판독 장치를 시간적으로 같은 시점에, 혹은 다른 시점에 사용하여 이루어질 수 있는 것이 특징이다.
도 3a는 상기 도 1f 및 도1j의 실시예서 현재 로딩(loading)된 디스크가 통상의 음악 CD, CD-R, 게임 CD, DVD등 의 Optical Disc인지, 아니면 non-optical 디스크인 바이오 디스크(100)인지를 상기 제어부(63)가 판단하기 위한 바이오 디스크 감지(Bio-Disc Detection) 방법의 일 실시예이다.
상기 도체아암(13) 과 연결홈(33)을 사용하여 바이오디스크(100)상에 배치된 저항 R1과 R2에 의해 생성된 일정 전압 또는 분압 전압(Bio-disc detection signal이라 칭함)을 상기 제어용 디스크(200)의 제어부(63)가 측정함으로써 이루어진다. 통상의 Optical 디스크에는 상기 저항R1과 R2가 배치되어 있지 않으므로 상기의 일정 전압이 발생치 않는다. 이후 상기 제어부(63)는 비접촉 인터페이스(106,107) 혹은 카드 IC(188)를 통해 외부의 중앙 제어 장치(101)에 Bio-disc detection signal을 무선송신토록 함으로서, 현재 로딩된 디스크가 바이오 디스크임을 상기 중앙제어장치(101)에 통보해줄 수 있다.
통상의 Optical Disc인 경우는 통상의 방식대로 동작하고, 바이오 디스크인 경우 상기 제어부(63)는 Lab On a Chip을 위한 각종 제어신호를 바이오 디스크(100)에 보낸다.
도 3b는 상기 바이오 디스크(100) 혹은 일체형 바이오 디스크(700) 및 통합 바이오 디스크(1000)가, 비접촉 인터페이스(106,107) 혹은 카드 IC(188)를 사용하여, 현재 바이오 드라이버에 로딩(loading)된 디스크가 바이오 디스크임을 상기 중앙 제어장치(101)에 통보하는 또 다른 일 실시예이다.
상기 바이오 디스크의 로딩(loading)시점에서 제어부(63)가 전원이 온(ON)되는 순간 바이오 디스크는 상기 비접촉 인터페이스(106,107) 혹은 카드 IC(188)를 통해 외부의 중앙 제어 장치(101)에 바이오 디스크가 새로이 로딩되었음을 알리는 신호를 무선송신토록 함으로서, 현재 로딩된 디스크가 바이오 디스크임을 상기 중앙제어장치(101)에 통보해줄 수 있다. 그러나 통상의 Optical 디스크는 상기의 제어부(63)를 구비하고 있지 않으므로 통보가 불가능하다.
또 다른 실시예로서, 디스크 상의 특정 위치에 그루브 패턴(groove pattern) 혹은 데이터 패턴에 의해 현재 바이오 드라이버에 로딩(loading)된 디스크가 바이오 디스크(100,700,1000)임을 상기 중앙제어 장치(101)에 통보할수 있다.
즉, 현재 로딩된 디스크의 특정 위치의 데이터 내지 그루브 패턴을 상기 광 픽업장치(103)가 판독함으로서, 현재 바이오 드라이버에 로딩(loading)된 디스크가 통상의 음악 CD,CD-R 게임 CD, DVD등 의 Optical Compact Disc인지 바이오 디스크(100,700,1000)인지를 판단할 수 있다.
사용자는 샘플의 진단 혹은 분석을 위해 상기 바이오 디스크(100 혹은 700 혹은 1000)를 바이오 드라이버에 로딩(loading) 한다.
도 4a 내지 도 6d는 상기 광학 분석판독 장치(99a,99b)에 있어서, 상기 바이오 디스크에 설치된 분석 사이트(132)에서 발생된 분석종 특이적 신호의 탐지를 광 학적 측정 장치에 의해 구현하는 여러 실시예들을 나타낸다.
도 4a는 상기 광학 장치를 포함하는 변환기에 의해 상기 분석 사이트(132)의 판독을 금속구의 광 투과방법에 의해 구현한 일실시예를 나타낸다. 이것은 통상의 Optical 디스크에 있어서, CD상의 물리적 피트에 의해 형성된 오목 및 볼록부의 차등적 반사 방법에 의한 판독방법과 구별된다(다르다).
도4a의 왼쪽 그림은 상기 바이오디스크(100)에 구속된 신호요소(557)가 기질표면상에 남아 있는 경우 이고, 오른쪽 그림은 구속신호요소(557)가 대부분 이탈제거되어 이탈신호 요소를 제공하는 경우를 나타낸다.
상기 구속 신호 요소 및 이탈 신호요소는 선 출원된 국내 특허 출원 " 핵산 및 올리거뉴클레오티드의 상보적 이중결합의 특정 서열에 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치" (2001,01,27 10-2001-0003956) 및 PCT출원 "핵산 및 올리거뉴클레오티드의 상보적 이중가닥 또는 단일가닥에 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치" (2002.01.27 PCT/KR02/00126)에 잘 예시되어 있다.
도 4a는 상기 광학 분석판독 장치(99a,99b)가 상기 구속신호 요소 및 이탈신호요소에 입사되는 레이저빔 장치(99a)와 차등적 투과신호를 탐지하는 광학탐지기(99b)에 의해 구성된 일 실시예 이다.
도 4b는 상기 광학 장치를 포함하는 변환기에 의해 상기 분석 사이트의 판독방법을 금속구의 광 투과 방법에 구현한 또 다른 일실시예를 나타낸다.
도4b의 왼쪽 그림은 상기 바이오 디스크에 구속 신호요소(557)가 기질 표면 상에 남아 있는 경우 이고, 오른쪽 그림은 구속신호요소(557)가 대부분 이탈제거되어 이탈 신호요소를 제공하는 경우를 나타낸다.
도 4b는 상기 광학 분석판독 장치(99a,99b)가 상기 구속신호 요소 및 이탈신호요소에 입사되는 레이저빔 발생 장치(99a)와 차등적 투과신호를 탐지하는 광학탐지기(99b)에 의해 구현된 일실시예 이다. 도면 부호 555는 상기 광학탐지기(99b)의 판독을 위한 투명 개구부이다.
도 5a는 상기 4b의 광 투과 방법에 있어서 상기 광학 탐지기(99b)을 윗기질(1)에 집적화 시킨 일실시예를 나타낸다. 이 경우 복수개의 분석 사이트에 대해서는 일대일 대응하여 상기 광학 탐지기(99b)가 어레이 형태로 배열된다. 이러한 배열 방식은 통상의 광 픽업장치(103)에 1개의 광 송신부 와 1개의 광 수신부 모두가 함께 모듈 형태로 되어 있는 것 과 구분된다. 이러한 모듈 형태는 추가분의 광 반사 경로 때문에, 광의 경로(optical traveling path)가 길어져 광 수신부의 감도가 떨어지는 단점이 있다.
도 5b는 상기 광학 탐지기(99b)의 어레이(array)가 바이오 디스크의 원주방향으로 배열 내장된 바이오 디스크의 일 실시예를 나타낸다. 바이오 디스크의 회전에 따라, 바이오 디스크에 내장된 복수개의 분석 사이트마다 일대일 대응한 광학 탐지기(99b)에 의해 차례로 판독이 가능하다.
도 6a는 상기 광 투과 방법에 있어서 상기 레이저빔 발생 장치(99a) 과 광학 탐지기(99b) 모두를 아래 기질(3)내에 집적화 시킨 일실시예를 나타내고, 도 6c는 상기 레이저빔 발생 장치(99a)가 아래 기질(3)내에 내장시키고, 광학 탐지기(99b) 는 위 기질(1)내에 집적화 시킨 일실시예를 나타낸다. 이 경우 상기 복수개의 분석 사이트에 일대일 대응하여 상기 레이저 발생 장치(99a)와 광학 탐지기(99b)가 어레이 형태로 집적화 배열된다. 이 경우 광학 탐지기에 의한 감도는 더욱 좋아진다.
도 6a 및 6c의 왼쪽 그림은 상기 바이오 디스크에 구속 신호요소(557)가 기질 표면상에 남아 있는 경우 이고, 오른쪽 그림은 구속신호요소(557)기 대부분 이탈 제거되어 이탈 신호요소를 제공하는 경우를 나타낸다.
도 6b는 상기 도 6a의 레이저 발생 장치(99a) 와 광학 탐지기(99b)의 어레이가 바이오 디스크의 원주방향으로 집적화되어 내장 배열된 일 실시예를 나타내고, 도 6d는 상기 도 6c의 레이저 발생 장치(99a) 와 광학 탐지기(99b)의 어레이가 바이오 디스크의 원주방향으로 집적화되어 내장 배열된 일 실시예를 나타낸다. 한 개의 분석사이트에 대해 한개의 레이저 발생장치와 한개의 광학탐지기가 조합되어 한 사이트(site)에 대한 광학 분석 판독장치를 구성할 수 있다.
또한 상기 도 6b의 예시에서, 한 개의 분석사이트에 대해 복수개의 레이저 발생장치와 복수개의 광학탐지기가 집적화되어, 하나의 분석 사이트에 대한 광학 판독장치를 구성할 수 있다. 이 경우 보다 높은 감도를 가지고 분석 사이트들을 판독할 수 있는 장점이 있다.
상기 도 6a 내지 도 6d의 광학 분석 판독 방법은 디스크의 회전 없이, 바이오 디스크내의 분석 사이트(132)의 판독을 직접 그리고 동시적으로 할 수 있는 광학 분석 판독 장치를 제공한다. 즉 비 주사(non-scanning)방식의 광투과식 측정방식의 일종으로서 비광학적 바이오 디스크의 분석 판독 방법을 제공한다. 따라서, 개개의 분석 사이트로의 접근(access) 과정과 이를 위한 사전위치(predetermined location) 정보 및 디스크 회전이 요구되지 않는 장점이 있다.
이는 통상의 optical 디스크가 정보의 판독을 위해 사전 위치(predetermined location)로의 광 픽업장치 이동과 및 디스크 회전이 필요한 광 주사(laser scanning)방식 과는 크게 다르다.
도 7a 내지 도 7g는 상기 바이오 디스크(100,700,1000)에 설치된 상기 분석사이트(132)에 의해 발생된 분석종 특이적 신호의 탐지를 기질(701)상에 배치된 인터디지테이티드 어레이(interdigitated array) 전극(702,703) 과 상기 절단 가능한 신호요소의 말단부에 금속구(40) 혹은 HRP(HorseRadish Peroxidase)(41)가 부착된 프로브에 의해 구현된 전기화학 탐지 장치, 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정장치의 일실시예을 보인다. 또한 기존의 면역 크로마토그라피 기법(immuno chromatographic reaction)에 주로 쓰이는 항원-항체 반응을 이용한 전기화학 탐지 장치, 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정장치의 일실시예을 보인다.
도 7a는 인터디지테이티드 어레이(interdigitated array) 전극(702,703)에 의해 구현된 전기화학 탐지기, 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정장치의 일실시예를 보인다.
제어부(63)로부터 어떤 대역폭을 갖는 교류신호를 인터디지테이티드 어레이의 두 단자(704,705)에 가하여, 주파수 응답 특성을 측정하므로서 커패시턴스 및 임피던스 측정이 가능하다. 또한 H2O2 용액하 HRP(HorseRadish Peroxidase)에 의한 산화 환원반응(REDOX 반응)의해 유기된 전압 및 전류를 상기 제어부(63)가 측정 하므로서 전기화학 탐지가 가능하다. 상기 인터디지테이디드에 의한 측정장치는 선 출원된 국내 특허 출원 " 핵산 및 올리거뉴클레오티드의 상보적 이중결합의 특정 서열에 특이적으로 반응하는 절단기법을 이용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치" (2001,01,27 10-2001-0003956) 및 PCT출원 "핵산 및 올리거뉴클레오티드의 상보적 이중가닥 또는 단일가닥에 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치" (2002.01.27 PCT/KR02/00126)에 잘 예시되어 있다.
도 7b 내지 도 7c는 상기 바이오 디스크(100,700,1000)에 설치된 상기 분석사이트(132)에 의해 발생된 분석종 특이적 신호의 탐지를 기질(701)상에 배치된 인터디지테이티드 어레이(interdigitated array) 전극(702,703) 과 HRP(HorseRadish Peroxidase)(41)가 부착된 프로브에 의해 구현된 전기화학 탐지장치, 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정장치의 일실시예를 보인다. 산화 및 환원의 연쇄 반응에 의해 발생된 전자들에 의해 인터디지테이티드 어레이(interdigitated array)의 전극(702,703)에 전류 및 전압이 유기된다.
인터디지테이티드 어레이(interdigitated array) 전극(702,703)의 디지트(digit) 개수를 증가시킬수록 탐지기의 감도는 증가한다.
상기 분석 사이트(132)는 기질(701)의 표면이 아민처리된후, 바이오틴(50) 표지된 절단 가능한 신호요소가 기질 표면에 직접 닿지 않도록 하기 위해, 반응성 없는 분자(예: (CH2)n : alkane chain) 모노레이어(monolayer)을 표면에 형성한 후, 상기 바이오틴(50) 표지된 절단 가능한 신호요소를 표면에 침착하여 준비된다.
샘플주입후 혼성화 반응을 일으키지 않고 단일가닥을 유지하고 있는 절단 가능한 프로브들은 nuclease 효소와의 접촉에 의한 절단과정과 세정 과정후에 제거되므로, 혼성화를 이룬 이중가닥(43)만이 표면에 구속 신호요소로서 남아 있게 된다. 이후, 스트렙아비딘(51) 표지된 HRP도입으로 상기 바이오틴 표지된 구속 신호 요소와 스트렙아비딘-바이오틴 결합을 이룬다.
이후, H2O2 용액하 HRP(HorseRadish Peroxidase)에 의한 산화환원반응(REDOX 반응)의해 인터디지테이티드 어레이에 유기된 전압 및 전류를 상기 제어부(63)가 측정하므로서 전기화학 탐지가 가능하고, 이것은 이탈 신호에 대한 차등적 전기화학 신호를 탐지 장치에 제공한다.
도7c의 왼쪽 그림은 상기 바이오디스크(100,700,1000)의 구속 신호요소가 기질(701)표면상에 남아 있어서 H2O2 용액하에서 산화 환원 반응이 잘 일어나는 경우 이고, 오른쪽 그림은 상기 절단과정 및 세정과정 후에 구속신호요소가 대부분 이탈 제거된 경우로 산화 환원 반응이 일어나지 않는 경우를 나타낸다. 이들은 차등적 전기화학 신호를 탐지 장치에 제공한다
도 7d 및 도 7e는 상기 바이오 디스크(100,700,1000)에 설치된 상기 분석 사이트(132)에 의해 발생된 분석종 특이적 신호의 탐지를 기질(701)상에 배치된 인터디지테이티드 어레이(interdigitated array) 전극(702,703) 과; HRP(HorseRadish Peroxidase)(41)와 금속구(40)가 섞어 부착된 프로브에 의해 구현된 전기화학 탐지 장치, 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정장치의 또 다른 일실시예를 보인다. 상기 HRP(41)에 의한 산화 및 환원의 연쇄 반응에 의해 발생된 전자들이 상기 금속구(40)에 전달되어 인터디지테이티드 어레이(interdigitated array)의 전극(702,703)에 전류 및 전압이 유기시킨다. 상기 HRP 표지된 프로브와 금속구 표지된 프로브간의 혼합비율에 의해 탐지기의 감도는 조절될수 있다. 상기 금속구는 상기 산화 및 환원의 연쇄반응에 의해 발생된 전자를 이동시키는 매개체 역할을 하여 탐지 장치의 감도를 증가 시킨다. 상기 바이오틴(50) 표지된 절단 가능한 신호요소에 의해 준비된 분석 사이트(132)있어서, 샘플주입후 혼성화 반응을 일으키지 않고 단일가닥을 유지하고 있는 절단 가능한 프로브들은 nuclease 효소와의 접촉에 의한 절단과정과 세정 과정후에 제거되므로, 혼성화를 이룬 이중가닥(43)만이 표면에 구속 신호요소로서 남아 있게 된다. 이후, 스트렙아비딘(51) 표지된 HRP 및 스트렙아비딘(51) 표지된 금속구의 도입으로 상기 바이오틴 표지된 구속 신호요소와 스트렙아비딘-바이오틴 결합을 이룬다.
이후, H2O2 용액하 HRP(HorseRadish Peroxidase)에 의한 산화환원반응(REDOX 반응)의해 유기된 전압 및 전류를 상기 제어부(63)가 측정하므로서 전기화학 탐지가 가능하고, 이것은 이탈 신호에 대한 차등적 전기화학 신호를 탐지 장치에 제공한다.
상기 도 7d는 상기 산화환원 반응에 대한 개념도로서, 상기 절단 가능한 신호요소의 말단부에는 바이오틴(50)이 표지되어 있고, 상기 HRP(41) 와 금속구(40) 각각에는 스트렙아비딘(51)이 표지되어 있어 상기 구속 신호요소와 HRP(41)의 접촉, 혹은 상기 구속 신호요소와 금속구(40)와의 접촉에 의한 스트렙아비딘-바이오틴 결합이 발생한다.
도7e의 왼쪽 그림은 상기 바이오디스크(100,700,1000)에 HRP(41)와 금속구(40) 표지된 구속신호요소가 기질(701)표면상에 남아 있어서 H2O2 용액하에서 산화 환원 반응이 잘 일어나는 경우 이고, 오른쪽 그림은 상기 절단 및 세정과정 후 구속신호요소가 내부분 이탈제거된 경우이어서 산화환원반응이 일어나지 않는 경우를 나타낸다. 이들은 차등적 전기화학 신호를 탐지장치에 제공한다
도 7f는 상기 바이오 디스크(100,700,1000)에 설치된 상기 분석사이트(132)에 의해 발생된 분석종 특이적 신호의 탐지를 기질(701)상에 배치된 인터디지테이티드 어레이(interdigitated array) 전극(702,703)과; conjugate antibody(471) 와 분석하고자 하는 샘플(antigen 혹은 analyte)(472)간의 결합에 의한 conjugate-항원의 결합체 와; 상기 분석사이트(132)내의 기질(701)상의 고정되어 있는 capture antibody(473)와; 상기 conjugate-항원 결합체와 상기 capture antibody와의 항원-항체 반응에 의해 구현된 전기화학 탐지 장치 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정장치의 일실시예를 보인다.
본 발명에서는 상기 conjugate antibody는 일반적으로 발색용 입자(474)로서 금 또는 라텍스(latex)가 선호된다.
Conjugate-항원의 결합체 형성후, 항원-항체 반응이 일어난 것은 구속 신호 요소를 제공하며; Conjugate-항원의 결합체 형성후, 항원-항체 반응이 일어나지 않은 경우는 이탈 신호요소를 작용된다. 이들에 대해 주파수 응답특성을 측정하므로서 상기 각 분석 사이트에 대한 커패시턴스 및 임피던스 측정이 가능하다.
도7g의 왼쪽 그림은 세정과정후, 상기 바이오디스크(100,700,1000)에 항원-항체 반응에 의해 구속신호요소(gold 혹은 latex)가 기질(701)표면상에 남아있는 경우이고, 오른쪽 그림은 세정과정 후 대부분 이탈제거된 경우를 나타낸다. 이들은 차등적 커패시턴스 및 임피던스 신호를 탐지 장치에 제공한다
도 8a 내지 8f는 본 발명의 바이오 디스크의 일실시예이다.
도 8a 및 8c는 바이오 디스크(100,700,1000)상에 Lab On a Chip이 배치된 일실시예이다.
도면 부호 170은 디스크의 중심 공극이고, 171은 상기 제어용디스크(200)와의 인터페이스를 위한 연결부를 제공한다.
도면 부호130는 피 또는 세포 또는 RNA로부터 DNA샘플 혹은 혈청(serum)을 준비하기 위한 프렙(Preparation)공정을 포함하는 프렙챔버(Preparation chamber)이고, 131 및 131a는 PCR(Polymer Chain Reaction)공정 위한 PCR챔버로 PCR 공정에 필요한 폴리머라아제, 프라이머를 비롯한 각종 효소(enzyme)들을 포함하는 버퍼용액을 저장하고 있는 챔버이고, 132는 혼성화(hybridization) 공정 또는 항원-항체반응을 위한 챔버로 증폭된 DNA을 분석 및 진단 하기 위한 바이오틴 표지된 켑쳐프로브(capture probe) 혹은 immuno assay가 어레이 형태로 기질에 부착되어 있는 분석사이트(Assay)이고 133는 세정공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레 쉬 챔버들(Trash chamber)이다.
상기 주요공정(프렙 공정, PCR공정, 혼성화 공정 혹은 항원-항체 반응, 세정공정)은 상기 바이오 디스크상에 나선형으로 연결되어 배치되어 있다. 이는 상기 각 공정에 필요한 유체들이 원심력에 의해 이동 연결을 용이케 한다. 또한 상기 주요 공정을 지원하기 위한 시약들을 가지고 있는 챔버들이 나선형으로 주변에 배치되어 있다.
도면 부호 129는 washing buffer가 들어 있는 챔버 이고, 129a는 증류수가 들어 있는 챔버이다. 144는 혼성화 버퍼(hybridization buffer)를 저장하기 위한 챔버 이고, 136은 DNA을 적당한 크기로 자르기 위한 fragmentation공정을 위한 DNAse가 들어 있는 챔버이다. 141, 142 및 143는 혼성화에 필요한 각종 효소를 포함하는 챔버들이다.
141은 단일가닥을 절단하기 위한 nuclease 효소를 저장하기 위한 챔버이고, 142는 스트렙아비딘 표지된 금속 미소구를 저장하기 위한 챔버 이다. 143은 PBS(Phosphate Buffered Saline)용액을 저장하기 위한 챔버이다.
도면 부호 150,151,152,153,154,155,156,157,158160,161,162는 밸브이다.
이들 바이오 디스크(100,700,1000)상의 유체 이동은 디스크 회전에 의한 원심력 와 밸브 개폐에 의한다.
도면 부호 177은 상기 바이오 디스크(100,700,1000)에 매몰 내장되어 있는 전자석으로 내장매몰 시키는 대신 상기 프렙챔버(130)의 위 혹은 아래에 두어 동작시켜도 된다.
상기 주요 공정(프렙 공정, PCR 공정, 혼성화 공정 및 항원-항체 반응, 세정공정)의 시작시점과 종료 시점에서의 밸브 개폐 제어는 상기 바이오 디스크내의 박막형 원기둥 자석의 상하측에 설치된 전자석들의 온(on)오프(off)을 제어하는 상기 제어부(63)에 의한다. 도면 번호 128는 증류수가 들어 있는 챔버이고, 135는 트레쉬 챔버이다.
도 8a는 한 개의 PCR챔버를 가진 Lab On a Chip이 배치된 바이오 디스크의 일실시예이고, 도 8b는 상기 PCR챔버를 복수개로 구성한 경우에 대한 바이오 디스크의 일 실시예이다.
도 8b에서 상기 복수개의 PCR챔버(131a) 각각에는 서로 다른 종류의 프라이머가 들어가든지, 같은 종류의 프라이머가 들어 갈수 있다. 또는 상기 복수개의 PCR챔버 각각에는 복수개의 프라이머가 들어 갈수 있다.
상기 복수개의 PCR챔버들로부터 각각 증폭된 DNA는 챔버131b에서 합쳐진다.
도 8c는 바이오 디스크(100,700,1000)상에 항원-항체 반응에 의해 구현된 Lab On a Chip이 배치된 바이오 디스크의 일실시예이다.
도면 부호130는 주입구를 통해 주입된 피로부터 혈청(serum)을 준비하기 위한 프렙(Preparation)공정을 포함하는 프렙챔버(Preparation chamber)이고, 132는 항원-항체반응을 위한 챔버로 시료(antigen 혹은 analyte)을 분석 및 진단하기 위한 immuno assay가 어레이 형태로 기질에 부착되어 있는 분석사이트(Assay site)이다. 분석사이트에는 상기의 capture antibody가 고정되어 있다. 133는 세정공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버들(Trash chamber)이다.
상기 주요공정(프렙 공정, 항원-항체 반응, 세정공정)은 상기 바이오 디스크상에 나선형으로 연결되어 배치되어 있다. 이는 상기 각 공정에 필요한 유체들이 원심력에 의해 이동 연결을 용이케 한다. 또한 상기 주요 공정을 지원하기 위한 시약들을 가지고 있는 챔버들이 나선형으로 주변에 배치되어 있다.
도면 부호 129는 washing buffer가 들어 있는 챔버 이다.
142a는 conjugate antibody를 저장하기 위한 conjugate 챔버 이다. 일반적으로 conjugate antibody는 발색용 입자로서 금 또는 라텍스(latex)를 갖는다. 도면 부호 150,152,153,156는 밸브이다.
이들 바이오 디스크(100,700,1000)상의 유체 이동은 디스크 회전에 의한 원심력 와 밸브 개폐에 의한다.
도면 부호 177a은 상기 바이오 디스크(100,700,1000)에 매몰 내장되어 있는 여과용 필터로 피로부터 혈청을 뽑아낸다.
도면 8d 및 도 8e는 상기 도8a, 도 8b 및 도 8c의 주요 공정에 따른 챔버에 대한 바이오 디스크의 단면도 이다.
상기의 주요 공정의 밸브를 위한 박막형 원기둥 자석(150,151,153,156)은 각각 전자석(4d와 5d, 4a와5a, 4b와5b, 4c와 5c)에 의해 형성된 자력에 의해 독립적으로 개폐제어 된다. 121은 샘플주입구 이다.
도면 부호130는 피 또는 세포 또는 RNA로부터 DNA샘플 혹은 혈청(serum)을 준비하기 위한 프렙(Preparation)공정을 포함하는 프렙챔버(Preparation chamber)이다. 이 프렙 챔버에는 DNA추출을 위해 DNA와 친화력(affinity)을 갖는 강자성체 비드(bead) 와 셀(cell)을 깨뜨리기 위한 Lysis 버퍼 용액이 들어 있다.
131은 PCR(Polymer Chain Reaction)공정 위한 PCR챔버로 PCR 공정에 필요한 폴리머라아제, dNTP를 비롯한 프라이머(Primer)등 각종 효소(enzyme)들을 포함하는 버퍼용액을 저장하고 있는 챔버이고, 132는 혼성화(hybridization) 공정 또는 항원-항체반응을 위한 챔버로 상기 PCR공정에 의해 증폭된 DNA을 분석 및 진단 하기 위한 켑쳐프로브(capture probe) 혹은 immuno assay가 어레이 형태로 기질에 부착되어 있는 분석사이트(Assay)이고 133는 세정공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버(Trash chamber)이다. 피로부터 혈청(serum)을 준비하기 위해 프렙 챔버(130)에 여과용 필터(177a)가 사용된다.
상기 도 8a 및 도 8b의 Lab On a Chip에 대한 주요 공정의 일 실시예는 다음과 같다.
＜ 프렙 공정＞
상기 프렙 챔버(130)에는 샘플로부터 DNA을 추출하기 위한 챔버로 프렙 공정의 일실시예는 다음과 같다.
1) blood 10 ㎕(EDTA,ACD Tube) 혹은 5 ㎕(Heparin Tube)을 상기 프렙 챔버(130)에 설치된 샘플 주입구(121)를 통해 주입한다. 상기 프렙 챔버(130)에는 셀(cell)을 깨뜨려 DNA을 추출하기 위한 Lysis 버퍼용액과 추출된 DNA와 친화력(affinity)을 갖는 강자성체 비트(bead)가 들어 있다
2) 5분간 incubation한후, DNA는 cell로부터 추출되어 DNA와 친화력을 갖는 상기 강자성체 비드에 칩착된다.
3) 상기 도 8a의 전자석(177)을 온(on)하여 상기 강자성체 비드을 정치시킨 후, 1~3 분간 대기
4) 서서히 바이오 디스크를 회전시키면서 밸브 161 개방하여 셀(cell) 파괴시 생긴 찌거기(debris)를 .트레쉬 챔버(135)로 씻어 흘려 보낸다. 밸브161을 닫고 바이오 디스크 회전을 멈춘다.
5) 상기 전자석177을 오프(off) 시킨다.
6) 밸브 150을 개방하고 서서히 바이오 디스크를 회전시키면서 .상기 챔버129의 washing buffer을 상기 프렙챔버(130)에 유입시킨다.
7) 상기 3)~6) 과정을 2회 반복한후, 마지막으로
서서히 바이오 디스크를 회전시키면서 밸브 161 개방하여 .트레쉬 챔버(135)로 씻어 흘려 보낸다. 밸브161을 닫고 바이오 디스크 회전을 멈춘다.
8) 상기 전자석177을 오프(off) 시킨후, 디스크 천천히 회전시키면서 밸브151을 개방하여 챔버 129a의 증류수를 프렙챔버(130)으로 유입시킨다.
9) 프렙 챔버(130)내에 내장되어 있는 히터(960)를 이용하여 고온가열하여 상기 강자성체 비드(bead)에 붙어 있는 DNA을 이탈시키든지 resuspension buffer을 사용하여 resuspension시킨다.
＜ PCR 공정＞
상기 PCR 챔버(131혹은 131a)는 DNA을 증폭하기 위한 챔버로 일실시예는 다음과 같다.
1) 바이오 디스크를 서서히 회전시키면서, 밸브 152을 열어 상기 프렙 공정 에 의해 프렙 챔버(130)내의 강 자성체 비드로부터 이탈된 DNA을 상기 PCR 챔버(131)로 이동시키다.
2) 상기 PCR 챔버로의 DNA 이동 완료후, 밸브 152을 닫은후, 바이오 디스크를 멈춘다.
3) PCR 챔버(131)내에 내장되어 있는 히터961과 온도센서(520)을 이용하여 PCR cycle을 약 30회 반복하여 DNA을 증폭시킨다.
4) 1∼2분간 Cooling한다.
도 8b의 경우는, 이후 상기 복수개의 PCR챔버(131a)에서 증폭된 DNA을 디스크를 천천히 회전시키면서 밸브152a을 개방하여 챔버 131b로 이동시킨다.
＜ Fragmentation공정＞
Fragmentation공정은 선택사항으로 상기 PCR공정에서 증폭된 DNA을 혼성화에 적당한 크기로 자르기 위한 공정으로 일실시예는 다음과 같다.
1) 바이오 디스크를 서서히 회전시키면서 밸브(158)을 개방하여 챔버 136에 들어 있는 DNAse을 PCR챔버(131,131b)로 유입시켜 DNA을 fragmentation한다.
2) 밸브158을 닫은후, 바이오 디스크를 멈춘다.
3) 1∼2분간 인큐베이션한 후, 상기 히터 961을 고온으로 가열하여 DNAse의 기능을 정지 시킴으로서, fragmentation반응을 중지 시킨다. 또한 이때 고온으로 DNA는 변성(denature)되어 단일 가닥을 이룬다.
상기 fragmentation에 의한 DNA길이 조절은 상기 단계 (3)의 인큐베이션 시간에 의해 조절된다. 도8b의 경우에서는 복수개의 PCR 챔버에 해당하는 복수개의 챔버131b을 사용하여 복수개의 챔버 131b마다 독립된 히터(독립된 인큐베이션 시간)를 두어 fragmentation함으로서 서로 다른 길이를 갖는 DNA의 fragmentation이 가능하다.
＜ 혼성화 공정＞
혼성화 공정은 상기의 적당한 크기로 fragmented된 단일가닥 혹은 PCR공정후 고열 처리에 의해 단일가닥을 이룬 DNA을, 상기 분석사이트(132)에 미리 준비된 바이오틴 표지된 캡쳐 프로브와 혼성화(hybridization) 반응을 일으키기 위한 공정으로 일실시예는 다음과 같다.
1) 바이오 디스크를 서서히 회전시키면서 밸브153을 개방하여 상기 단일 가닥의 DNA을 분석사이트(132)내로 이동시킨다.
2) DNA가 바이오 디스크의 분석사이트에 골고루 퍼진 후에는 밸브 153을 닫은 후, 디스크 회전을 멈추고, 바이오 디스크을 실온에서 3-5분간 정체상태로 배양을 한다. 또한 외부 전극 패턴 962와 전극판 963을 이용한 전계제어 또는 히터 962에 의한 열(heat)제어에 의해 하이브리드 반응을 조절한다. (하이브리드 반응).
상기 전극 패턴 962는 단독으로는 히터로서 작동하지만. 전극판 963과 조합하여서는 수직 방향의 전계를 발생시키기 위한 전극판 역할도 한다.
3) 바이오 디스크는 회전을 시키면서 밸브 157을 개방하여 하이브리드 용액(Hybridization buffer) 을 분석 사이트(132)로 주입하면서, 첨가세정하든가 겸하여 디스크의 상하로 분포배치된 외부의 전계를 가해 세정한다(제1세정 과정). 이후 밸브 157을 닫는다. 상기 세정 과정동안 밸브156을 개방한다. 세정이 끝난후 다시 밸브 156을 닫는다.
4) 이후, 디스크를 서서히 회전 시키면서 밸브 154을 개방하여 단일가닥을 절단하기 위한 nuclease 효소 용액을 분석사이트(132)에 도입하면서 디스크 회전에 의해 분산되도록 한다. 밸브 154을 닫은후, 디스크는 1-2분간 정체 상태로 배양을 한다(절단 과정).
5) 그다음 디스크를 서서히 회전시키면서 밸브 160을 개방하여 온도 80도 하 에서 PBS용액 첨가 세정하든가, 겸하여 디스크 회전 및 외부 전계에 의한 세정을 한후, 밸브 160을 닫는다.
6) 밸브155을 개방하여 표면에 스트렙아비딘 표지된 금속 미소구 현탁액(suspension)을 디스크에 도입시키면서 , 금속 입자가 골고루 분포되도록 부드럽게 회전을시킨다( "구속 프로브-라벨" 형성과정). 이때 상기 바이오틴 표지된 캡쳐 프로브 와 스트렙아비딘 표지된 금속 미소구(40)간에 바이오틴-스트렙아비딘이 결합구조가 만들어 진다. 이후 밸브 155을 닫는다.
상기 온도 및 전계 발생은 외부 전극 패턴 962와 전극판 963을 이용한다. 전극 패턴 962는 단독으로는 히터로서 작동하지만 전극판 963과 조합하여서는 수직 방향의 전계를 발생시키기 위한 전극판 역할도 한다.
7) 그 다음 디스크가 강하게 회전을 하는 동안에 밸브 162를 개방하여 챔버 128의 증류수을 첨가하여 세정하든지, 겸하여 전계를 가해 세정하든지 한다.(제 2 세정 과정).
세정과정동안 밸브 156을 개방한다.
＜ Detection 공정＞
이후 절단 가능한 신호요소가 침착된 미리 결정된 부위(site)를 검사하도록 프로그램된, 상기 광학, 전기화학, 커패시턴스 혹은 임피던스 장치를 포함하는 변환기와 결합된 탐지기에 의해 바로 판독을 한다.
이후, 상기 판독 결과에 따른 진단 결과 와 처방이 컴퓨터 모니터 상에 표시되고, 자동 혹은 수동으로 해당 전문의사 와 인터넷 망을 통해 원격 접속되고, 상기 진단 데이터 와 결과가 필요시 전문의사에게 원격 전송된다. 이후 환자는 전문의사의 처방을 기다린다.
상기 절단 과정, 제1 세정 과정 및 제 2 세정 과정, 원격 진단 과정은 선출원 특허인 국내 특허 출원 "핵산 및 올리거뉴클레오티드의 상보적 이중결합의 특정 서열에 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치" (2001,01,27 10-2001-0003956) 및 PCT출원 "핵산 및 올리거뉴클레오티드의 상보적 이중가닥 또는 단일가닥에 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치" (2002.01.27 PCT/KR02/00126)에 잘 예시되어 있다.
도8d는 상기 인터디지테이티드 어레이(701)를 이용한 전기 화학 탐지 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정장치가 분석 사이트(132)내에 내장된 일실시예이고, 도8e는 상기 광학 장치를 포함하는 변환기와 결합된 광학 분석 탐지 장치(99a,99b)가 상기 실리콘 웨이퍼상에 반도체 공정에 의해 집적(integration)화 된 일 실시예이다.
상기 도 8e의 광학분석 탐지 장치에는 도 5a, 도 5b, 도 6a 및 도 6b의 광학 적 탐지기가 다양하게 변형되어 적용될 수 있다.
상기 도 8c의 Lab On a Chip에 대한 주요 공정의 일 실시예는 다음과 같다.
＜ 프렙 공정＞
상기 프렙 챔버(130)에는 피로부터 혈청을 추출하기 위한 챔버로 프렙 공정의 일실시예는 다음과 같다.
1) blood 10 ㎕(EDTA,ACD Tube)을 상기 프렙 챔버(130)에 설치된 샘플 주입구(121)를 통해 주입한다. 상기 프렙 챔버(130)의 출구 쪽에는 여과용 필터(177a)가 들어 있다
2) 밸브 152을 개방하고 서서히 바이오 디스크를 회전시키면서 .상기 챔버130의 피를 여과용 필터(177a)을 통과하여 conjugate 챔버(142a)에 유입시킨다.
3) 마지막으로, 디스크 회전을 멈춘후 밸브 152닫는다.
＜ 항원-항체 반응＞
도8c의 conjugate 챔버(142a)내에는 발색용 입자로서 금 또는 라텍스(latex)가 표지된 conjugate antibody가 저장되어 있고 분석사이트(132)내에는 기질상에 capture antibody가 고정되어 있다.
이 공정은 상기 프렙 공정에서 추출된 혈청내의 항원이 conjugate 챔버(142a)내에서 conjugate antibody와 결합하여, "conjugat-항원의 결합체" 를 형성한 후, 분석 사이트(132)내에서 상기 conjugate-항원 결합체와 capture antibody간에 항원-항체 반응을 하는 공정으로 일실시예는 다음과 같다.
1) 상기 conjugate 챔버(142a)로 유입된 항원과 conjugate antibody간에 "conjugate-항원의 결합체" 를 형성토록 1∼2분간 인큐베이션 한다.
2) 밸브 153을 개방하고 서서히 바이오 디스크를 회전시키면서 .상기 챔버142a내의 "conjugate-항원의 결합체"를 상기 분석사아트(132)내로 이동시킨다.
3) 디스크 회전을 멈춘후 밸브 153닫는다.
4) 바이오 디스크을 실온에서 3-5분간 정체상태로 배양을 하여 상기 "conjugate-항원의 결합체" 와 capture antibody간에 항원-항체 반응이 일어나도록 놔둔다.
5) 그 다음 디스크가 회전을 하는 동안에 밸브 150,153 과156를 개방하여 챔버 129의 washing 버퍼을 첨가하여 분석사이트(132)을 세정한다.
＜ Detection 공정＞
이후 구속 혹은 이탈 신호요소가 침착된 미리 결정된 부위(site)를 검사하도록 프로그램된, 상기 광학, 전기화학, 커패시턴스 혹은 임피던스 장치를 포함하는 변환기와 결합된 탐지기에 의해 분석 사이트(132)을 판독을 한다.
이후, 상기 판독 결과에 따른 진단 결과 와 처방이 컴퓨터 모니터 상에 표시되고, 자동 혹은 수동으로 해당 전문의사 와 인터넷 망을 통해 원격 접속되고, 상기 진단 데이터 와 결과가 필요시 전문의사에게 원격 전송된다. 이후 환자는 전문의사의 처방을 기다린다.
도8f는 상기 프렙 공정, PCR공정 및 혼성화 공정에 필요한 히터와 전계 발생 장치에 대한 일실시예 이다. 도 8d및 8e의 도면부호 960,961 및 962는 전극 패턴으 로 구성된 히터이다.
전극 패턴 962는 단독으로는 히터로서 작동하지만 전극판 963과 조합하여 수직 방향의 전계를 발생시키기 위한 전극판 역할도 한다.
상기 온도 제어 및 전계제어는 상기 제어부(63)에 의해 제어된다. 962는 히터를 위한 전극 패턴으로, 입력 단자(962a,962b)에 전압을 가하여 전극패턴(962)에 전류가 흐르도록 함으로서 상기 전극 패턴(962)이 저항선 혹은 열선으로 작용토록 한다.
상기 제어부(63)는 상기 전극 패턴(962)의 입력 단자(962a,962b)에 전류를 공급하고 온도센서(520)에 의해 현재 전극패턴(962)에 의해 발생된 온도을 측정하여 전류량을 제어함으로써 온도조절을 한다. 또한 상기 전극 패턴(962)을 전극판(963) 과 조합하여 전계를 발생하기 위해서는 상기 전극패턴(962)의 두 입력단자(962a,962b)에 같은 전압을 인가하여 하나의 입력단자로서 취급하고, 전극판(963)을 다른 전압 인가 단자로 취급함으로서 이루어 질수 있다. 즉 전극패턴(962)와 전극판(963)간에 교류전압을 인가하여 교류 전계를 발생시킨다. DNA는 음전하(negative charge)을 띠고 있으므로, 상기 제어부(63)에 의한 전극판(963)과 전극패턴(962)사이에 인가된 교류 전압은 상기 전극 패턴(962)와 전극판 (963)간에 교류 전계를 발생시켜 DNA의 혼성화 강도 조절(stringency control)을 할 수 있을 뿐만 아니라, SNP(Single Nucleotide Polymorphism) 감지 능력을 향상시킨다.
SNP 감지에 대해서는 선 출원된 국내 특허 출원 " 핵산 및 올리거뉴클레오티드의 상보적 이중결합의 특정 서열에 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵 산 혼성분석 방법 및 장치" (2001,01,27 10-2001-0003956) 및 PCT출원 "핵산 및 올리거뉴클레오티드의 상보적 이중가닥 또는 단일가닥에 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치" (2002.01.27 PCT/KR02/00126) 에 잘 예시되어 있다.
상기 실시 예 도 8d 및 8e의 온도센서(520)는 정밀한 온도 제어가 필요한 PCR 공정에만 사용하였으나, 온도 감지가 필요한 공정에 모두 사용할 수도 있다.
바이오 디스크가 바이오 드라이브에 로딩이 되면 자동으로 분석을 시작한다.
그러나 샘플 주입구에 샘플이 주입 안된 채, 로딩된 경우는 다시 eject 및/또는 경고 메시지를 사용자에게 보낸다.
상기 샘플 주입여부는 상기 프렙챔버(130)내에 임피던스 측정장치를 더 구비함으로서 확인 가능하다. 즉 샘플 주입이 된 경우와 안된 경우는 임피던스 특성이 서로 다르므로, 샘플 주입여부를 알 수 있다.
이것에 대한 일실시예는 상기 분석사이트(132)에 사용했던 인터디지테이티드 어레이에 의한 임피던스 측정 장치이다.
만약 바이오 디스크에 의한 샘플의 진단 혹은 분석 중, 사용자에 의한 바이오 드라이버로부터 바이오 디스크의 eject(un-loading) 혹은 stop요구시, 바이오 드라이버는 무시한 채 분석 및 진단을 계속 진행한다. 이때 경고 메시지(warning message)를 사용자에게 알려주든가 패스워드를 요구한다.
패스워드가 맞는 경우 사용자의 eject(un-loading) 혹은 stop요구를 받아 들인다.
진단 및 분석 완료시에는 사용자의 eject 요구를 받아들여 바이오 드라이버로부터 바이오 디스크를 빼낼 수 있도록 한다.
또한 상기 카드 IC(188)의 메모리에는 몇 번 사용했던 디스크 인지에 대한 정보 및 유효기간 정보 및 진단하고자 하는 질병 종류가 저장되어 있다.
즉 1회용 바이오 디스크를 사용 중, 혹은 완료시 eject 했을 때, 상기 카드IC(188)의 메모리에 그것에 대한 이력(history)을 기록 하여, 추후 재 로딩(loading)하였을 때 진단 불가용 바이오 디스크임을 사용자에게 알려 준다.
또한 유효기간이 지난 바이오 디스크에 대해서도 진단 불가용 바이오 디스크임을 사용자에게 알려 준다.
도면 9a및 9b는 프렙공정, PCR공정 및 전기영동을 함께할 수 있는 바이오 디스크의 또 다른 일 실시예이다.
도 9a는 프렙공정과 PCR공정을 포함한 PCR용 바이오 디스크를 나타낸다.
도면 부호 170은 디스크의 중심 공극이고, 171은 상기 제어용디스크(200)와의 연결을 위한 인터페이스부를 제공한다.
도면 부호130는 피 또는 세포 또는 RNA로부터 DNA샘플을 준비하기 위한 프렙(Preparation)공정을 포함하는 프렙챔버(Preparation chamber)이고, 131a는 PCR(Polymer Chain Reaction)공정 위한 PCR챔버로 PCR 공정에 필요한 폴리머라아제, 프라이머를 비롯한 각종 효소(enzyme)들을 포함하는 버퍼용액을 저장하고 있는 챔버이고, 88a는 PCR product를 출력하는 출력 챔버(out chamber)이다.
도면 부호 129는 washing buffer가 들어 있는 챔버 이고, 129a는 증류수가 들어 있는 챔버이다. 144a는 Ladder Marker을 저장하기 위한 챔버 이고, 141a는 Positive 혹은 Negative Control이 들어 있는 챔버이다. 이들 각각에 대한 출력 챔버(88b,88c)가 있다.
142a 및 143a는 stain을 비롯한 전기영동에 필요한 각종 용액를 포함하는 챔버들이다. 이들 각각에 대한 출력 챔버(88d,88e)가 있다.
도면 부호 150,151,152,153,154a,155a,156a,157a는 밸브이다.
상기 출력 챔버(88a)는 피켓 혹은 주사위에 의한 PCR product 채취하여 수동조작에 의한 전기영동(electrophoresis)이 가능토록 하는 출입구(outlet)가 있을 수 있다.
도 9b는 전기영동을 포함한 전기영동용 디스크의 일 실시예를 나타낸다.
상기 전기 영동(Electrophoresis)용 디스크는 상기 PCR용 바이오 디스크와 합쳐져 자동화된 전기영동이 가능한 바이오 디스크 장치를 제공한다.
상기 전기 영동(Electrophoresis)용 디스크는 상기 PCR용 바이오 디스크의 밑면에 위치한다.
상기 전기 영동(Electrophoresis)용 디스크에는 전압을 아가로스겔(agarosdegel) 및/또는 아크릴아마이드 겔(polyacrylamide gel)로 구성된 겔판(Gel plate)(555c)에 인가하기 위한 전극(555a,555b)이 구비되어 있다.
상기 PCR product, ladder marker, positive/negative 컨트롤 및 stain의 출력 챔버 (88a,88b,88c,88d,88e)들은 전기 영동(Electrophoresis) 디스크의 입력챔버(99a,99b,99c,99d,99e)들과 일대일 연결되어, 상기 밸브 152a,157a,154a,155a,156a 개방시 상기 출력 챔버의 내용물들이 .전기영동용 디스크의 입력챔버로 유입되고 상기 전극.(555a,555b)에 전압이 인가되어 전기영동이 진행된다.
일정시간이 지나 전기영동을 멈추기 위해 상기 인가된 전압이 제거된다.
상기 전압제어 및 밸브제어는 상기 제어부(63)에 의한다.
상기 제어용 디스크(200)는 상기 PCR용 디스크와 전기영동용 디스크간의 연결은 인터페이스부(171)에 의한다.
또한 상기 전기 영동용 디스크를 구비한 바이오 디스크 장치는 UV(Ultra Violet) 조사장치와 카메라를 더 구비하여 상기 겔 판(555c)에 생성된 밴드를 측정 저장, 전송하는 것이 가능하다.
또한 본 발명의 도 10a 내지 도 10b의 분석 장치는 상기 immuno assay(면역학적 검증장치) 와 핵산 프로브(probe) 반응 분석 을 동시에 분석 하기 위해, 바이오 디스크상에 동시배치가 가능하다. 170은 디스크의 중심 공극이다
도 10a는 각 방향(angular direction)으로 항원항체 반응을 위한 immuno 분석 섹터 와 핵산 프로브의 반응분석을 위한 분석 섹터가 분리된 것을 나타내고, 도 10b는 거리 방향(radial direction)으로 항원항체 반응을 위한 immuno 분석 섹터 와 핵산 프로브의 반응분석을 위한 분석 섹터가 분리된 것을 나타낸다.
상기 immuno assay(면역학적 검증장치)와 핵산 프로브(probe) 반응 분석 을 동시에 분석 동시에 검사함으로서, 질병 분석의 신뢰도를 배가 시킬수 있을뿐만 아니라 적절한 조합에 의해 분석지역(site) 수를 줄일 수 있다.
도 11a 및 11b는 바이오 드라이버 장치의 외관에 대한 일실시예로, 751은 상기 바이오 드라이버 장치의 케이스이고, 750은 상기 바이오 디스크(100,700,1000)를 로딩하기 위한 트레이(tray)이다. 또한 본 발명의 바이오 디스크 드라이버 장치는 통상의 Optical 디스크 재생을 위한 재생 및 탐색버튼(745), 정지버튼(746)을 갖는다.
도11a는 발광다이오드를 사용하여 바이오드라이버 장치의 진행상태를 표시해주는 일 실시예를 나타낸다.
현재 로딩된 된 디스크가 바이오 디스크임을 표시하는 발광 다이오드(741), 현재의 분석 경과를 표시해주는 경과표시 발광다이오드(742)를 구비한다. 도면부호 743은 통상의 Optical 디스크가 로딩되었음을 표시하기 위한 발광 다이오드 이다. 발광 다이오드는 일실시예로서 다른 표시 장치가 사용될 수 있다.
도11b는 액정표시 장치(760)를 사용하여 바이오드라이버 장치의 진행상태를 표시해주는 일 실시예를 나타낸다.
상기 주요공정(프렙 공정, PCR 공정, 혼성화 공정 및 항원-항체 반응) 에 따른 진행률을 퍼센트(%) 혹은 막대 그라프(bar graph)형식으로 표시해 줄 수 있다.
또는 컴퓨터 모니터를 사용하여 바이오 드라이버 장치의 진행상태를 표시해줄수 있다. 상기 주요공정(프렙 공정, PCR 공정, 혼성화 공정 및 항원-항체 반응)에 따른 진행률을 퍼센트(％) 혹은 막대 그라프(bar graph), 파이 그라프(pie graph) 형식으로 표시해 줄 수 있다.
본 발명은 구체예와 실시예로 본 발명을 설명하고 있으나 이에 본 발명을 국 한시키고자 함은 아니다. 또한, 여기에서 설명을 하는 것에 추가하여 다양한 변형 및 변화가 가능함을 당해 업자는 인지할 것이다. 이와 같은 변형 또한 첨부된 특허청구범위의 범위에 속한다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 광학 혹은 비 광학 디스크를 이용한 바이오 디스크 및 바이오 드라이버의 장치 및 방법은 각종 진단 분석 장치, 핵산 혼성 분석 장치 및 면역학적 검증등을 포함하는 Lab On a Chip구성에 적합하다 특히 상기 바이오드라이버 장치 및 방법은 상기 바이오 디스크 판독 뿐만 아니라 통상적인 CD-ROM 및 DVD 판독기등 광학 디스크 장치와 호환성이 있어 통상의 음악CD, CD-R, 게임 CD, DVD등 과 같은 통상의 Optical Disc 의 .판독 및 재생 기능도 겸하고 있어 가격 경쟁 뿐만 아니라 사용상에 많은 편리성을 제공한다. 또한 상기 바이오 드라이버 장치는 컴퓨터에 연결되어 기존의 인터넷망을 이용하여 원격진단을 용이케 한다.

Claims (72)

  1. 기질 표면에 유체가 흐를 수 있는 유로(channel), 버퍼 용액을 저장할 수 있는 챔버(chamber), 상기 유로를 연결시키는 유공 및 바이오 물질이 어레이된 분석사이트(assay site)를 포함하는 고체기질과, 상기 유공을 개폐시키기 위한 밸브(valve)를 포함하며, 상기 분석사이트는 광투과식 측정장치 혹은 전기화학 측정장치 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정장치를 포함하는 변환기와 결합된 탐지장치(detector)에 의해 판독되는 것을 특징으로 하는 비광학(non-optical) 바이오 디스크.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 바이오물질은 DNA, RNA, PNA 또는 단백질(Protein)에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 비광학 바이오 디스크.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 챔버는 피 또는 세포 또는 RNA로부터 DNA샘플을 준비하기 위한 적어도 한 개 이상의 프렙 챔버(Preparation chamber); 상기 준비된 DNA 샘플을 PCR(Polymer Chain Reaction) 증폭하기 위한 적어도 한 개 이상의 PCR 챔버; 상기 PCR 챔버에서 증폭된 DNA와 혼성화(hybridization)하기 위한 분석 및 진단용 프로브(probe)가 어레이 형태로 기질에 부착되어 있는 적어도 한 개 이상의 혼성화 챔버(hybridization chamber); 및, 세정공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버(Trash chamber)로 구성된 것을 특징으로 하는 비광학 바이오 디스크.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 프렙 챔버에는 세포(cell)를 깨뜨려 DNA을 추출하기 위한 용해(Lysis) 버퍼용액과; 추출된 DNA와 친화력(affinity)을 갖는 강자성체 비드(bead)가 들어 있는 것을 특징으로 하는 비광학 바이오 디스크.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 PCR챔버는 복수개로 구성하여 상기 복수개의 PCR챔버 각각에 서로 다른 종류의 프라이머가 들어가든지; 혹은 같은 종류의 프라이머가 들어 가든지; 혹은 상기 복수개의 PCR챔버 각각에 복수개의 프라이머가 들어가는 것을 특징으로 하는 비광학 바이오 디스크.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 챔버는 피 또는 세포로부터 혈청(serum)샘플 혹은 항원 내지 항체를 준비하기 위한 적어도 한 개의 프렙챔버(Preparation chamber); 상기 준비된 항원 내지 항체와 항원-항체반응을 하기 위한 면역(immuno) 프로브(probe)가 어레이 형태로 기질에 부착되어 있는 적어도 한 개 이상의 항원-항체 반응 챔버(Ag-Ab reaction chamber); 및, 세정공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버(Trash chamber)로 구성된 것을 특징으로 하는 비광학 바이오 디스크.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 챔버는 콘쥬게이트 항체(conjugate antibody)를 저장하기 위한 콘쥬게이트(conjugate) 챔버 및 여과용 필터을 더 구비한 것을 특징으로 하는 비광학 바이오 디스크.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 콘쥬게이트 항체는 발색용 입자로서 금 또는 라텍스(latex)를 갖는 것을 특징으로 하는 비광학 바이오 디스크.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 밸브는 유공에 위치한 초소형 구슬(micro bead) 및; 공심(air core) 혹은 비 자성체 코어(non-magnetic core) 혹은 무보빈 코일(bobbinless coil)에 의한 전자석으로 구성된 것을 특징으로 하는 비광학 바이오 디스크.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 초소형 구슬은 박막형 원기둥 자석인 것을 특징으로 하는 비광학 바이오 디스크.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 광투과식 측정장치는 분석사이트내 구속신호 요소 및 이탈신호요소에 레이저빔을 입사시키기 위한 레이저빔 장치와 이들 신호요소들간의 차등적 광 투과신호를 탐지하는 광학탐지기로 구성된 것을 특징으로 하는 비광학 바이오 디스크.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 적어도 한 개 이상의 광학 탐지기가 상기 복수개의 분석 사이트에 일대일 대응하여 바이오 디스크상에 원주 방향으로 어레이 형태로 집적화 배열된 것을 특징으로 하는 비광학 바이오 디스크.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 적어도 한개 이상의 레이저빔 장치와 한 개 이상의 광학 탐지기 모두가 상기 복수개의 분석 사이트에 일대일 대응하여 바이오 디스크상에 원주 방향으로 어레이 형태로 집적화 배열된 것을 특징으로 하는 비광학 바이오 디스크.
  14. 제 1항에 있어서, 디스크 회전 없이, 비 주사(non-scanning)방식으로 상기 분석사이트를 판독하는 것을 특징으로 비광학 바이오 디스크.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 전기화학 측정장치, 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정장치는 상기 분석 사이트의 기질상에 배치된 인터디지테이티드 어레이(interdigitated array) 전극 과 구속 신호요소의 말단부에 HRP(HorseRadish Peroxidase) 또는 금속구가 부착된 프로브로 이루지는 것을 특징으로 하는 비광학 바이오 디스크.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 인터디지테이티드 어레이 전극(interdigitated array)을 사용한 전기화학 측정장치, 커패시턴스 및 임피던스 측정 장치는 멀티프렉서 또는 주파수 발생장치에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 비광학 바이오 디스크.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 비광학 바이오 디스크는 바이오디스크의 프로토콜, 분석 알고리즘, 판독을 위한 표준 제어값 혹은 분석 사이트(site)에 대한 위치 정보, 생물정보학정보, 자기 진단(self diagonasis)에 관련된 정보 혹은 장치 드라이버 소프트 웨어 및 임상분석을 위한 환자교육정보, 진단 결과에 따른 전문 의사 및 병원과 원격으로 연결될 수 있는 웹 사이트 와 각종 링크 혹은 개인 암호화 정보가 저장하기 위한 메모리 혹은 저장수단 또는 카드IC를 더 구비한 것을 특징으로 하는 비광학 바이오 디스크.
  18. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 따른 비 광학 또는 광학 바이오 디스크; 상기 바이오 디스크에 필요한 전원 혹은 제어 신호를 공급키 위한 제어부를 구비한 제어용 디스크; 및, 상기 바이오 디스크 와 제어용 디스크간을 연결키 위한 인터페이스부를 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 인터페이스부는 제어신호를 공급키 위한 복수개의 제어신호 연결부 및/또는 전원 공급을 위한 전원 연결부를 구비하여 바이오 디스크와 전기적으로 연결 되는 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 인터페이스부는 바이오 디스크상의 도체로 코팅된 연결홈들과 제어용 디스크상의 도체아암들이 서로 연결되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
  21. 제 18항에 있어서, 상기 제어용 디스크로의 전원 공급은 외부 전원장치와 연결된 브러쉬와 상기 제어용 디스크상의 환형 전극판간의 마찰접촉에 의해 이루어 지는 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
  22. 제 18항에 있어서, 상기 제어용 디스크는 PCB(Printed Circuit Board) 혹은 실리콘 웨이퍼상에 집적된 회로에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
  23. 제 18항에 있어서, 상기 바이오 디스크내의 유체 이동은 상기 제어용 디스크에 기계적으로 맞물려 연결되어 동시 회전하는 바이오 디스크에 유도된 원심력과 상기 밸브 개폐에 의한 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
  24. 제 18항에 있어서, 상기 제어용 디스크는 상기 탐지장치에 의해 얻어진 상기 분석 사이트에 대한 판독 결과를 적외선, 광 혹은 무선 인터페이스을 통해 외부의 중앙 제어 장치 혹은 저장장치 혹은 출력 장치로 보내기 위한 비접촉 인터페이스를 더 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
  25. 제 18항에 있어서, 상기 바이오 디스크와 제어용 디스크는 합쳐져 한 개의 일체형 바이오 디스크로 구성된 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 일체형 바이오 디스크는 실리콘 웨이퍼 재료을 사용하여 카드IC, 비접촉 인터페이스, 상기 제어부, 상기 밸브의 제어를 위한 전극판 혹은 전자석 및 각종 회로 패턴을 포함한 전자회로 및 상기 챔버 및 유로를 실리콘 웨이퍼상에 광학석판인쇄술(photolithography) 및 에칭공정에 의해 모노리스(monolithic) 형태의 집적 회로(Integrated Circuit) 로 설계한 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
  27. 제 25항에 있어서, 상기 일체형 바이오 디스크는 통상의 광학(Optical) 디스크(CD-RW,DVD-RW,CD 또는 DVD)와 합쳐져 통합 바이오 디스크로 구성된 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
  28. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 따른 비 광학 또는 광학 바이오 디스크에 필요한 전원 혹은 제어 신호를 공급키 위한 제어부를 구비한 제어용 디스크; 상기 제어용 디스크를 회전시키기 위한 모터; 상기 제어용 디스크상의 제어부에 전원을 공급하기 위한 전원 공급 수단; 상기 제어부의 제어신호 또는 전원신호를 상기 바이오 디스크에 공급키 위한 인터페이스부; 상기 모터의 회전을 제어하기 위한 중앙제어장치; 및 바이오 드라이버를 지지하고 있는 몸체를 포함하는 바이오 드라이버 장치.
  29. 제 28항에 있어서, 상기 분석 사이트를 판독키 위한 광 투과식 측정장치를 포함하는 변환기와 결합된 탐지장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
  30. 제 28항에 있어서, 상기 분석 사이트에 대한 판독 결과를 외부의 중앙 제어 장치 혹은 저장 혹은 출력장치로 보내거나 상기 중앙제어장치로부터의 명령을 받기 위한 비접촉 인터페이스 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
  31. 제 28항에 있어서, 중앙제어장치 및 저장 혹은 출력장치가 설계 되여 있는 회로기판이 상기 바이오 드라이버 몸체에 이음 체결되어있고, 상기 중앙제어장치는 상기 바이오 디스크 및 제어용 디스크의 회전 혹은 정지시 모터를 회전 혹은 정지시킬 뿐만 아니라, 디스크 회전 시작시 제어용 디스크와 바이오 디스크를 상기 인터페이스부에 의해 기계적 혹은 전기적으로 연결하여 동시 회전토록 하는 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
  32. 제 31항에 있어서, 상기 출력장치는 USB(Universal Serial Bus) 혹은 IEEE1394 의 통신 규격을 갖는 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
  33. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항 에 따른 비 광학 또는 광학 바이오 디스크; 상기 바이오 디스크 혹은 통상의 광학(optical) 디스크를 올려 놓기 위한 턴 테이블; 및, 상기 바이오 디스크에 전원 혹은 제어 신호를 공급키 위한 제어부를 구비한 제어용 디스크를 포함하며, 상기 제어용 디스크는 상기 턴 테이블에 고정결합되어 상기 턴테이블에 로딩된 바이오 디스크를 제어하는 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
  34. 제 33항에 있어서, 상기 제어용 디스크는 상기 바이오 디스크에 내장된 박막형 자석을 제어하기 위한 전자석을 더 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
  35. 제 33항에 있어서, 상기 턴 테이블에 고정 결합된 제어용 디스크와 턴 테이블에 로딩된 바이오 디스크간에는 0.1 - 5mm 의 높이 간격이 있는 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
  36. 제 33항에 있어서 상기 제어용 디스크는 회전전극과 브러쉬간의 마찰접촉에 의해 외부로부터 전원을 공급 받아서, 상기 바이오 디스크에 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
  37. 제 33항에 있어서, 상기 제어용 디스크는 PCB(Printed Circuit Board) 혹은 실리콘 웨이퍼상에 집적된 회로에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
  38. 제 33항에 있어서, 상기 제어용 디스크는 상기 탐지장치에 의해 얻어진 상기 분석 사이트에 대한 판독 결과를 적외선, 광 혹은 무선 인터페이스을 통해 외부의 중앙 제어 장치 혹은 저장장치 혹은 출력 장치로 보내기 위한 비접촉 인터페이스를 더 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
  39. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 따른 비 광학 또는 광학 바이오 디스크 혹은 통상의 광학(optical) 디스크를 올려 놓기 위한 턴 테이블; 상기 턴테이블에 고정 결합되어, 상기 바이오 디스크에 필요한 전원를 공급하고, 상기 바이오 디스크에 내장된 밸브을 제어하기 위한 제어부 와 전자석을 구비한 제어용 디스크; 상기 턴테이블을 회전시키기 위한 모터; 상기 제어용 디스크상의 제어부에 전원공급을 공급하기 위한 전원공급수단; 상기 모터의 회전을 제어하기 위한 중앙제어장치; 및, 바이오 드라이버를 지지하고 있는 몸체를 포함하는 바이오 드라이버 장치.
  40. 제 39항에 있어서, 상기 전원 공급 수단은 회전 전극 와 브러쉬간 마찰접촉에 의해, 플러스(+) 전원을 공급하며, 마이너스(-) 전원은 접지된 모터 혹은 접지된 모터 축과의 전기적 연결을 통해 제어용 디스크에 공급하는 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
  41. 제 39항에 있어서, 상기 분석 사이트를 판독키 위한 광투과식 측정장치를 포함하는 변환기와 결합된 탐지장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
  42. 제 39항에 있어서, 상기 분석 사이트에 대한 판독 결과를 외부의 중앙 제어 장치 혹은 저장 혹은 출력장치로 보내거나 상기 중앙제어장치로부터의 명령을 받기 위한 비접촉 인터페이스 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
  43. 제 39항에 있어서, 중앙제어 장치 및 저장수단 혹은 출력장치가 설계되여 있는 회로기판이 상기 바이오 드라이버 몸체에 이음 체결되어있고, 상기 중앙제어 장치는 상기 바이오 디스크 및 제어용 디스크의 회전 혹은 정지시 모터를 회전 정지토록 하는 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
  44. 제 28항 또는 제 39항에 있어서, 통상의 광학(Optical) 디스크를 판독하기 위한 광 픽업 장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
  45. 제 44항에 있어서, 상기 바이오 드라이버장치에 로딩(loading)된 디스크가 통상의 음악 CD, CD-R, 게임 CD, DVD등의 광학(Optical) 디스크인지, 아니면 바이오 디스크인지를 상기 제어부가 판단하기 위한 바이오 디스크 감지(Bio-Disc Detection) 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
  46. 제 45항에 있어서, 상기 바이오 디스크 감지(Bio-Disc Detection) 수단은 바이오 디스크상에 배치된 분압 수단에 의해 생성된 일정 전압을 상기 제어용 디스크의 제어부가 측정 하고, 이후 상기 제어부는 바이오 디스크 감지 신호(Bio-disc detection signal)을 비접촉 인터페이스를 통하여 중앙 제어 장치에 무선송신토록 함으로서, 현재 로딩된 디스크가 바이오 디스크임을 상기 중앙제어장치에 통보하는 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
  47. 제 45항에 있어서, 상기 광 픽업장치가 바이오 디스크상의 특정 위치에 그루브 패턴(groove pattern) 혹은 데이터 패턴을 판독하여 현재 바이오 드라이버에 로딩(loading)된 디스크가 바이오 디스크임을 중앙제어 장치가 인식하도록 하는 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
  48. 제 45항에 있어서, 상기 중앙제어장치는 통상의 광학(Optical) 디스크인지 바이오 디스크인지를 판단하여, 통상의 광학 디스크인 경우는 디스크로 부터 읽은 내용을 상기 광 픽업장치로부터 저장장치 혹은 출력장치로 전송하거나, 쓸 내용을 광 픽업 장치로 보내고, 읽기/쓰기(Read/Write) 에 필요한 각종 제어 신호들을 상기 각부에 제공하는 등의 광학 디스크를 위한 통상의 동작을 하고, 바이오 디스크인 경우 바이오 디스크의 제어를 위한 각종 제어 명령신호를 비접촉 인터페이스를 통해 보내는 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버장치.
  49. 제 45항에 있어서, 바이오 디스크의 로딩(loading)시점에서 바이오 디스크상의 비접촉 인터페이스 혹은 카드 IC를 통해, 상기 중앙 제어 장치에 바이오 디스크가 새로이 로딩되었음을 무선 송신토록 함으로서, 현재 바이오 드라이버에 로딩(loading)된 디스크가 바이오 디스크임을 중앙제어 장치가 인식하도록 하는 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
  50. 기질 표면에 유체가 흐를 수 있는 유로(channel), 버퍼 용액을 저장할 수 있는 챔버(chamber), 상기 유로를 연결시키는 유공을 포함하는 고체기질과, 상기 유공을 개폐시키기 위한 밸브(valve)를 포함하며, 상기 챔버는 피 또는 세포 또는 RNA로부터 DNA샘플을 준비하기 위한 적어도 한 개이상의 프렙챔버(Preparation chamber) 및; 준비한 DNA 샘플을 PCR 증폭하는 데 필요한 폴리머라아제, 프라이머를 비롯한 각종 효소(enzyme)들을 포함하는 버퍼용액을 저장하고 있는 적어도 한 개 이상의 PCR챔버; 및, 상기 PCR 챔버에서 얻어진 PCR 산물들을 모으기 위한 복수개의 출력 챔버(out chamber)들이 상기 고체 기질상에 연결 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 PCR 바이오 디스크 장치
  51. 제 50항에 있어서, 상기 출력 챔버는 피펫 혹은 주사위에 의한 PCR 산물을 채취 가능토록 하는 출입구(outlet)를 제공하는 것을 특징으로 하는 PCR 바이오 디스크 장치
  52. 제 50항에 있어서, 상기 고체기질은 래더 마커(ladder marker)를 저장하기 위한 래더(ladder) 챔버 및; 양성 대조군(positive control) 및 음성 대조군(negative control) 샘플을 저장하기 위한 컨트롤(control) 챔버 및 스테인(stain) 챔버를 더 구비한 것을 특징으로 하는 PCR 바이오 디스크 장치.
  53. 제 50항에 있어서, 상기 PCR 바이오 디스크 장치는 전기 영동(Electrophoresis)용 디스크와 합쳐져 일체화된 것을 특징으로 하는 PCR 바이오 디스크 장치.
  54. 제 53항에 있어서, 상기 전기 영동(Electrophoresis)용 디스크는 아가로스 겔(agarosdegel) 또는 아크릴아마이드 겔(polyacrylamide gel)로 구성된 겔 판(Gel plate)에 전압을 인가하기 위한 전극을 더 구비한 것을 특징으로 하는 PCR 바이오 디스크 장치.
  55. 제 50항에 있어서, 상기 PCR 바이오 디스크장치는 UV(Ultra Violet) 조사장치와 카메라를 더 구비하여 밴드(band)를 측정, 저장 및 전송하는 것을 특징으로 하는 PCR 바이오 디스크 장치.
  56. 피 또는 세포 또는 RNA로부터 DNA샘플을 준비하기 위한 프렙(Preparation) 공정단계; 준비된 DNA을 증폭하기 위한 PCR 공정단계; 상기 PCR공정에 의해 얻어진 PCR 산물들을 출력 챔버(out chamber)에 모으는 단계; 전기영동용 디스크로 상기 출력 챔버의 내용물을 이동시키는 단계; 전기영동용 전극에 전압을 가한 채 인큐베이션시키는 단계(gel running단계); 및 밴드(band)를 측정 혹은 저장 혹은 전송하는 단계를 포함하는, 제 53항에 따른 PCR 바이오 디스크 장치를 이용한 핵산 분석 방법.
  57. 피 또는 세포 또는 RNA로부터 DNA샘플을 준비하기 위한 프렙(Preparation)공정단계; 준비된 DNA 샘플을 증폭하기 위한 PCR 공정단계; 상기 PCR공정에 의해 얻어진 DNA를 분석사이트에 어레이된 분석 및 진단용 프로브(probe)와 혼성화하기 위한 혼성화(hybridization) 공정단계; 및 광투과식 측정장치, 전기화학, 커패시턴스 혹은 임피던스 측정장치를 포함하는 변환기와 결합된 탐지기에 의해 분석사이트를 판독하는 단계를 포함하는, 제3항에 따른 비광학 바이오 디스크를 이용한 핵산 분석 방법.
  58. 제 56항 또는 제 57항에 있어서, 상기 프렙공정은 혈액(blood)을 상기 프렙 챔버에 설치된 샘플 주입구를 통해 주입하는 단계; 상기 혈액의 세포(cell)로부터 추출된 DNA을 상기 프렙 챔버내의 강자성체 비드에 칩착시키기 위한 인큐베이션(incubation) 단계; 상기 강자성체 비드을 정치 시킨 후, 서서히 바이오 디스크를 회전시키면서 셀(cell) 파괴시 생긴 찌거기(debris)를 트레쉬 챔버로 씻어 흘려 보내는 단계; 및, 상기 강자성체 비드(bead)에 붙어 있는 DNA을 이탈 혹은 재현탁(resuspension)시켜주는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 핵산 분석 방법.
  59. 제 56항 또는 제 57항에 있어서, 상기 PCR공정은 바이오 디스크를 서서히 회전시키면서, 상기 프렙 공정에 의해 얻어진 DNA을 상기 PCR 챔버로 이동시키는 단계; 및, 상기 PCR 챔버로의 DNA 이동 완료후, PCR 챔버내에 내장되어 있는 히터과 온도센서을 이용하여 PCR 사이클을 수 회 반복하여 DNA을 증폭시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 분석 방법.
  60. 제 59항에 있어서, 상기 PCR공정후에, 바이오 디스크를 서서히 회전시키면서 DNAse를 PCR챔버로 유입시키는 단계; 고온으로 가열하여 DNAse의 기능을 정지(인큐베이션 정지) 및 단일가닥의 DNA을 만드는 단계(denaturing step)를 포함하는 단편화(fragmentation) 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 분석 방법.
  61. 제 60항에 있어서, 상기 복수개의 PCR 챔버마다 일대일 대응한 독립된 히터(독립된 인큐베이션 시간)를 두어 단편화(fragmentation)함으로서 서로 다른 길이를 갖는 DNA의 단편화(fragmentation)가 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 핵산 분석 방법.
  62. 바이오 디스크를 서서히 회전시키면서, 상기 여과용 필터를 통해 피로부터 혈청 내지 항원을 분리하는 단계; 바이오 디스크를 회전시켜 상기 콘쥬게이트(conjugate) 챔버로 항원을 유입시킨후, 항원과 콘쥬게이트 항체(conjugate antibody)간에 "콘쥬게이트-항원의 결합체" 를 형성토록 1∼2분간 인큐베이션 하는 단계와; 서서히 바이오 디스크를 회전시키면서 상기 "콘쥬게이트-항원의 결합체" 를 상기 항원-항체 반응 챔버내로 이동시키는 단계와; 바이오 디스크를 정체상태로 배양을 하여 상기 "콘쥬게이트-항원의 결합체" 와 포획 항체(capture antibody)간에 항원-항체 반응이 일어나도록 배양하는 단계와; 디스크가 회전을 하는 동안에 세척(washing) 버퍼을 첨가하여 분석 사이트을 세정하는 단계를 포함하는, 제 7항에 따른 비광학 바이오 디스크를 이용한 면역 분석 방법.
  63. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분석 사이트는 면역 분석(immuno assay) 과 핵산 프로브(probe) 분석을 동시에 분석 하기 위해, 각 방향(angular direction) 또는 거리 방향(radial direction)으로 면역 분석(immuno assay) 섹터 와 핵산 프로브(probe) 분석 섹터가 분리된 것을 특징으로 하는 비광학 바이오 디스크.
  64. 제 28항 또는 제39항에 있어서, 프렙 챔버에 샘플이 주입 안된 채, 바이오 디스크가 로딩된 경우는 이탈(eject) 되거나 경고 메시지를 사용자에게 보내는 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
  65. 제 3항 또는 제 6항에 있어서, 샘플 주입여부 판별을 위해, 상기 프렙 챔버내에 임피던스 측정장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 비광학 바이오 디스크.
  66. 제 65항에 있어서, 상기 임피던스 측정장치는 인터디지테이티드 어레이에 의한 것을 특징으로 하는 비광학 바이오 디스크.
  67. 제 28항 또는 제 39항에 있어서, 샘플의 진단 혹은 분석 중, 사용자에 의한 바이오 드라이버 장치로부터 바이오 디스크의 이탈(eject)(un-loading) 혹은 중지(stop) 요구시, 바이오 드라이버 장치는 이를 무시한 채 분석 및 진단을 계속 진행하고, 선택사항으로 경고 메시지(warning message)를 사용자에게 알려주거나 또는 패스워드를 요구하여 패스워드가 맞는 경우에만 사용자의 이탈(eject)(un-loading) 혹은 중지(stop) 요구를 받아 들이는 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
  68. 제 28항 또는 제 39항에 있어서, 바이오 디스크가 몇 번 사용했던 디스크 인지에 대한 정보 및 유효기간 정보 및 진단하고자 하는 질병 종류가 저장되어 있는 메모리 수단를 더 구비하여, 바이오 디스크 로딩(loading) 때마다 사용자에게 진단 불가 여부 및 상기 정보 제공을 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
  69. 제 28항 또는 제 39항에 있어서, 상기 바이오 드라이버 장치는 통상의 광학(Optical) 디스크 재생을 위한 재생 및 탐색버튼, 정지버튼 및; 현재 로딩된 된 디스크가 바이오 디스크임을 표시하는 발광 다이오드(LED)를 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
  70. 제 28항 또는 제 39항에 있어서, 상기 바이오 드라이버 장치는 액정표시 장치를 구비하여 바이오 드라이버 장치의 주요공정(프렙 공정, PCR 공정, 혼성화 반응공정 혹은 항원-항체 반응) 에 따른 진행률을 퍼센트(％) 혹은 막대 그라프(bar graph)형식으로 표시해 주는 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
  71. 제 28항 또는 제 39항에 있어서, 상기 바이오 드라이버 장치는 모니터 표시 장치를 구비하여 바이오 드라이버 장치의 진행상태를 상기 주요공정(프렙 공정, PCR 공정, 혼성화 반응공정 혹은 항원-항체 반응) 에 따른 진행률을 퍼센트(％) 혹은 막대 그라프(bar graph), 파이 그라프(pie graph) 형식으로 표시해 주는 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
  72. 제 28항 또는 제 39항에 있어서, 상기 바이오 드라이버 장치는 통상의 광학(Optical) 디스크 재생을 위한 재생 및 탐색버튼, 정지버튼 및; 현재 로딩된 된 디스크가 바이오 디스크임을 표시하는 표시장치를 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
KR1020047015027A 2002-03-27 2003-03-27 바이오 디스크 및 바이오 드라이버 장치 및 이들을 이용한분석방법 KR100830926B1 (ko)

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