KR100916002B1 - 액상샘플 자동 분석장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 단일 용도를 위한 일련의 보울(C)를 구비하는 액상샘플 자동 분석장치는, 저면부, 하나의 개구부를 가지며 상기 저면부에 대향되게 형성된 하나의 상부면 및 상기 개구부의 대략 내부 평면에서 양측으로 연장된 두 개의 대향 어깨부(R1, R2)를 구비하는 다수의 보울을 포함한다. 각각의 보울은 보울(C)의 개구부를 적어도 부분적으로 가리고 상기 어깨부에 고정된 탄성 필름(3)을 통해 서로 나란히 연결된다. 상기 필름(3)은 주입 및/또는 샘플링 수단과 연결되지 않도록 규격 지워진 상기 보울의 개구부에 대해 각각 직각방향으로 형성된 일련의 오리피스(4)를 가진다.

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Description

액상샘플 자동 분석장치{Device for automatic analysis of a liquid sample}

본 발명은 액상샘플 자동 분석장치에 관한 것이다. 더 자세하게로는 소정 물리적 상태에 있는 한 매체의 변경(modification)횟수 판단에 사용할 수 있는 개선된 액상샘플 자동 분석장치에 관한 것이나 이에 한정되지 않는다.

본 장치는 특히 외부 자계장의 영향하에 주기적으로 작동하는 강자성 공(ferromagnetic ball)을 포함한 보울(bowl) 저면에 위치된 혈액 샘플의 처리에 따른 혈액 응고 발생여부 판단과정에 적용될 수 있다. 예를 들면 진폭 및/또는 주파수 변화와 같이 혈액의 물리적 상태의 변화를 알려주는 대표적 요소들인 강자성 공의 움직임의 변화를 적절한 수단으로 검출한다.

상기 장치의 한 예가 쥬니어 인스트루먼트사(Junior Instruments company)에 의해 출원된 특허 WO 99 64839에 개시되어 있다.

상기 특허는 특정 용도를 위한 보울 분배기를 포함하며, 각각의 보울은 공의 구름 이동 경로(rolling path)를 형성하기 위한 내향 굴절 저면부 및 상기 저면부에 대향되게 형성되며 개구부를 가지는 일면을 포함한다. 보울들은 유연한 필름 위에 움직임 가능하게 나란히 고정되며, 상기 필름이 보울의 개구부를 밀폐한다. 보 울이 위치된 필름은 코일형으로 말아져 상기 장치의 저장 및 분배공간에 구비된 한 요소에 연결될 수 있다. 각각의 보울들은 하나씩 검출부로 운반된다.

지지필름이 각 보울의 개구부를 밀폐하고 있으므로, 피펫(pipette)의 통과를 위해서는 칼로 벤 것과 같은 슬릿이 형성되어야 한다. 그리고 나서 필름에 압력을 주어 보울이 분리되어야 한다.

또한, 슬릿이 형성되어 있으므로 피펫 작동은 더욱 정밀해야 하며 필름 오염의 위험도 따른다.

또한, 필름을 사용함으로써 세기가 강한 조명원을 사용해야 하고, 전원으로부터 발생되어 보울을 통과하는 광빔의 균일성(homogeneous)이 슬릿 및 필름에 형성될 수 있는 여러가지 얼룩 등에 의해 저하될 가능성이 있다. 더 나아가, 전원으로부터 생성된 광빔이 외래 매체를 횡단함에 따라 특히 보울의 벽면 및 측면에 대하여 다수의 반사파가 발생되고, 이는 강자성 공의 움직임 분석의 정확도를 저하시킨다.

따라서 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하고자 하는데 있다.

이를 이루기 위해, 본 발명에 따르면, 단일 용도를 위한 일련의 보울을 포함하는 액상샘플 자동 분석장치에 있어서, 상기 보울은 저면부, 상기 저면부에 대향되게 형성되며 개구부를 구비한 하나의 상부면 및 상기 개구부의 대략 내부 평면에서 상기 보울의 양측으로 연장된 두개의 대향 어깨부를 각각 구비하고; 상기 보울의 개구부를 적어도 부분적으로 가리며 상기 어깨부에 고정된 유연한 필름을 통해 보울이 서로 나란히 연결된 액상샘플 자동분석장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 상기 장치는 필름에 상기 보울의 개구부들에 대하여 직각방향으로 형성된 복수개의 오리피스를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 장치는 광전검출을 통해 강자성 공의 움직임을 읽어내기 위해, 광원으로부터의 빛, 즉 예를 들면 적외선이 보울의 상면에 조사되도록 유도하는 광검출부 및 상기 저면부의 하면에 위치된 광전검출기를 포함할 수 있다.

이 경우에, 조사된 광빔의 균일성(homogeneous)을 높이기 위해 필름을 적외선 빛의 확산(diffuse)에 적합한 재질로 형성할 수 있다. 따라서 오리피스의 크기는, 에를 들면 특히 피펫의 크기, 구멍의 위치 및 보울의 소정 유효 체적(effective volume)을 가로지르는 광빔 강도의 희망 균일성(homogeneity)에 따라 결정된다.

본 장치는 보울 저면에서 움직이는 볼의 움직임 검출에 의해 보울에 수용된 샘플의 물리적 상태의 변경 횟수를 판단하며, 상기 오리피스는 볼의 구름 이동 경로를 부분적으로 둘러싸고 있는 장타원형 개구부 형상을 가지며, 그 폭은 공의 직경보다 약간 작다.

바람직하게는, 필름을 이루는 재질은 다공성재질과 같이 소정의 액상 흡수 특성을 가짐으로써 액상샘플의 유출시 적절히 대응하여 동일 검사과정을 거치는 근접한 보울 내의 샘플간의 오염 위험도를 낮추는 것이 좋다.

본 발명에 따르는 장치는, 또한 보울의 릴-오프축(reel-off axis)에 대하여 횡단방향으로 작동하는 피펫을 구비한 피펫스테이션을 포함할 수 있다. 정밀하지 못한 피펫의 움직임을 줄이기 위해, 즉 상기 피펫을 필름 또는 필름의 테두리에 적용함으로써 야기될 수 있는 단차부에서의 이탈과 이로인한 보울 및/또는 돌출부의 후킹 해제를 방지하기 위해, 필름의 오리피스들은 상기 보울의 릴-오프축에 대하여 횡단축을 따라 연장된다.

또한, 본 장치는 분석이 완료된 보울을 커팅(cut)하여 이들을 하나의 컨테이너로 수용하기 위한 커팅부를 포함할 수 있다.

여기서 보울/필름 유닛은 기존의 모델들에도 적용가능하다.

다음으로 첨부도면 및 한정적이지 않은 한 예를 통해 본 발명의 한 실시예를 설명한다. 첨부도면에서,

도 1은 평균크기의 자동분석장치를 보여주는 도면;

도 2는 필름 상면에 위치된 보울의 사시도;

도 3은 보울 및 래크가동시스템이 설치된 필름의 평면도;

도 4는 도 3의 A-A를 따라 도시된 단면도이다.

본 발명의 실시예의 한 예에 따라, 자동분석장치(1)는 대략 100여개의 보울(bowl)이 일렬로 배치된 스트립(2)을 갖는 보울 공급기를 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 보울(C)은 투명 플라스틱 재질로 성형되며, 각각 납작한 병렬파이프 형상의 본체를 구비하며 그 안의 내향만곡저면(FI)이 강자성 공(BE)의 구름 이동 경로(rolling path)를 형성하고 있다. 이 저면(FI)에 대향되는 위치에, 보울(C)은 개구부를 구비하며, 개구부의 양단(BO1, BO2)에서, 각각 본체에 대한 대향측에서 연장되는 원통형돌기부(PC)를 구비한 두 개의 어깨부(R1, R2)가 직각으로 연장 형성된다. 상기 두 개의 돌출부들은 필름의 가로방향 양끝단에 구비되는 두 개의 홀(TR)에 억지 끼움되기 위한 것이다. 어깨부는(R1, R2) 예를 들어 긴 밑변이 보울과 일체로 형성되어 있는 사다리꼴 형태를 가질 수 있다. 다음으로 지지필름(3)의 가로면을 따라 보울의 어깨부(R1, R2) 간격마다 각 어깨부(R1, R2)의 사선면에 대해 직각방향으로 연장되는 사선면을 갖는 일련의 사다리꼴모양의 절개부를 구비한다. 이러한 구성으로 인해, 필름 측면에는 노치부가 형성되며 보울 어깨부(R1, R2)가 돌출부를 형성하게 된다.

필름은 신축성을 가지고 있으며, 종이와 같은 흡수성 재질로 제작된다. 보울의 상면에는 각각 오리피스(4)가 보울의 종방향축을 따라 연장 형성되며, 이는 보울의 진행방향(run-off)축에 대해 횡단방향이다.

도 4에 도시된 바와 같은 장치에서, 보울(2)의 스트립이 레일(5)을 따라 가이드된다. 레일은 수직방향으로 형성된 두 개의 수직날개부(wing)가 양 어깨부(R3, R4)에 직각방향으로 연장되는 U-자형 단면을 가지며, 여기서 어깨부(R1, R2)는 어깨부(R3, R4)에 안착된다. 보울의 스트립은 검사가 완료된 보울이 회수되는 컨테이너(9)의 출구에서 순서적으로 피펫스테이션(6), 검출스테이션(7) 및 커팅스테이션(8)을 거친다.

상기 각 스테이션들의 작동은 중앙유닛 및 스크린(10)/키보드(11)부를 갖춘 주변유닛들에 의해 구성된 프로세서(P)에 의해 제어된다.

필름의 이동은 양끝단에 롤러(13, 14)로 가이드되는 순환벨트(12)를 포함하는 구동메커니즘에 의해 수행된다. 롤러 중 어느 하나는 스텝모터(M)에 의해 구동된다. 순환벨트는 톱니모양을 가지며 톱니부의 각 인입부는 복수개의 보울(예를 들면 4-5개의 보울)의 폭에 대응하는 간격으로 이격된다. 노치부는 일반적인 톱니형 래크에 대응되는 원형의 인볼류트치형(involute)을 가지며, 이로 인해 스트립의 톱니부 사이에서 완전한 기어 연결이 가능하다. 따라서 톱니부가 스트립으로 이루어진 보울들을 정확한 움직임으로 이동시키며, 어떤 예상치 못한 동작에도(예를 들면 노치부와 돌출부간의 연결폭의 차이등으로 인한 움직임) 자동적으로 안정화(centering)하고 이를 보상한다.

피펫스테이션(6)은 자동 높이조절 수직 피펫(15)에 의해 제어되며, 따라서 수평면 내부에서 하부 세척, 또는 피펫 위치, 및 상부 위치 등에 위치되도록 이동한다.

피펫(15)은 타끝단이 수직 스핀들(17)에 회전가능하게 연결된 아암(16)의 일끝단에 고정된다. 아암(16)의 회전동작은 프로세서(P)의 제어를 받는 모터에 의해 수행된다.

위에 설명한 바와 같은 매우 간단한 메커니즘에 의해, 피펫(15)은 피펫스테이션(6)의 피펫구역, 이에 직경방향으로 대향되는 세척구역, 및 상기 피펫구역(6)과 세척구역(18)을 가로지르는 축을 중심으로 상호 대칭관계에 있는 두 개의 샘플링구역(19, 20)으로 순서적으로 이동된다.

샘플링구역(19, 20)은, 두 개의 수직 스핀들(21, 22)을 중심으로 회전하고, 프로세서(P)의 제어를 받는 두 대의 모터에 의해 제어되는 두 개의 회전식 원형 컨베이어(carrousel)(CR1, CR2)내에 포함되는 용기의 이동로 내부에 형성된다.

이중 하나의 회전식 원형 컨베이어(CR1)는 분석의 대상이 되는 혈액샘플을 담기 위한 용기(R1)를 포함하고, 다른 하나의 컨베이어(CR2)는 분석과정에서 필요한 다양한 반응제를 담기 위해 할당된 용기(R2)를 포함한다.

물론, 프로세서(P)는 진행될 분석의 성격에 따라 적절한 방향으로 피펫제어과정이 진행되도록 프로그램되며, 그 중 한 예는 다음과 같을 수 있다:

- 피펫(15)의 사전 세척,

- 회전식 원형 컨베이어(CR1)의 용기(RE1)중 어느 하나에 포함된 샘플의 적정량 준비,

- 준비된 샘플 적정량을 피펫스테이션(6)에 위치된 보울(C)로 주입,

- 피펫(15) 세척,

- 회전식 원형 컨베이어(CR2)의 용기(RE2)중 어느 하나에 포함된 반응제 준비,

- 준비된 반응제를 보울(C)에 주입,

- 회전식 원형 컨베이어(CR1, CR2)에 포함된 각 용기(RE1, RE2)에 부여된 바코드를 독출할 수 있는 바코드 독출기(23)를 통해 검사대상 혈액샘플 및 반응제의 내용물을 자동적으로 파악(identification),

본 예의 상기 독출 작동을 위해, 수직스핀들(25)을 중심으로 선회하는 아암(24)의 일끝단에 한 개의 바코드 독출기(23)가 위치하며, 바코드 독출기(23)는 예 를 들면 다음의 세가지 위치에 위치될 수 있다:

- 회전식 원형 컨베이어(CR1)의 용기들(RE1)의 바코드 독출을 위한 위치(P1),

- 회전식 원형 컨베이어(CR2)의 용기들(RE2)의 바코드 독출을 위한 위치(P2),

- 장치 기능동작 범주내에서 프로세서의 사용을 위한 정보 입력등과 같은 목적을 위해 독출스테이션에서 오퍼레이터에 의해 놓여진 보울 정보를 독출하기 위한 위치(P3).

여기서 측정스테이션(7)은 필름(3) 양면에 보울(C)의 가로방향면에 대하여 직각이 되는 위치에 한쌍의 동축의 전자석(E1, E'1 - E2, E'2 - E3, E'3) (도4)을 각각 포함하는 세군데의 연속적인 측정위치를 포함한다.

측정스테이션(7)은 다음을 포함한다:

- 보울 상부에 위치한 적외선광원(26),

- 광원의 빛에 의해 비추어진 강자성 공의 영상이 주사된 필름에 포함된 보울(C) 하면에 위치한 로드전달 검출바(DTC; 27).

필름의 이동로상에서 복수개의 측정위치가 사용되므로 작동시 더 나은 적응성(flexibility)을 얻을 수 있다.

레일(5)에 고정되어 있는 광원은 보울/필름 유닛의 상면을 통해 더욱 지지가 강화되므로 레일로부터의 이탈이 방지됨을 알 수 있다.

전자석(E1, E'1 - E2, E'2 - E3, E'3)들은 프로세서(P)에 의해 제어를 받는 전원회로(PR)에 의해 여자되어 강자성 공(BE)을 보울(C)의 저면에서 교번적으로 구동시키기 위한 자계파를 생성한다.

카메라(27)가 프로세서(P)에 연결되므로, 적절한 소프트웨어를 사용하면 실시간 영상분석을 할 수 있고, 따라서 강자성 공(BE) 발진(oscillations)의 진폭을 측정하고 측정진폭이 소정 문턱값(예를 들면 초기 진폭의 50%) 이하로 감소할 때 비상시기임을 판단할 수 있다.

물론, 프로세서(P)가 반응제가 보울(C)에 주입되는 시점부터 상기 비상시기 사이의 시간을 카운트하고 이로부터 응고시간을 추론해낼 수 있다.

필름의 운동은 장치의 각 스테이션의 작동시간, 특히 코일에 의해 생성된 자기장파에 동기화된다.

피펫스테이션은 또한 상기 측정스테이션과 동일한 위치에 배치될 수 있다.

물론, 본 발명은 상기 설명한 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

따라서, 예를 들면, 적외선/카메라 광원부가 각각 한쌍의 개별적인 전자석에 의해 여자되는 복수개의 보울을 처리할 수 있는 구역(field)을 형성하여, 진행방향으로 복수개의 단위거리에 해당되는 거리만큼 보울에 대해 작동하고, 프로세서(P)는 각기 다른 보울안의 강자성 공들의 움직임을 동시적으로 검출하도록 프로그램 될 수 있다.

Claims (16)

1. 단일 용도를 위한 일련의 보울(C)를 구비하는 액상샘플 자동 분석장치에 있어서,

   각각의 보울은, 저면부, 하나의 개구부를 가지며 상기 저면부에 대향되게 형성된 하나의 상부면 및 상기 개구부가 위치하는 평면 내부에서 상기 보울의 양측으로 연장된 두개의 대향 어깨부(R1, R2)를 구비하고, 상기 보울(C)의 개구부를 적어도 부분적으로 가리고 상기 어깨부에 고정된 탄성 필름(3)을 통해 서로 나란히 연결되며,

   상기 필름(3)은 주입 또는 샘플링 수단과 연결되지 않도록 규격 지워진 상기 보울의 개구부에 대해 각각 직각방향으로 형성된 일련의 오리피스(4)를 가지는 것을 특징으로 하는 액상샘플 자동 분석장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 보울(C)의 상면을 조명하는 광원을 구비한 광검출스테이션(7); 및 상기 저면부 하면에 위치된 광-전자 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상샘플 자동 분석장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 필름(3)은 조사된 광빔의 균일성을 높이기 위해 적외선 빛을 확산시키는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 액상샘플 자동 분석장치.
4. 제 1 항에 있어서, 오리피스(4)의 크기는 피펫의 크기, 오리피스의 위치 및 상기 보울의 소정 작업체적을 가로지르는 광빔의 세기의 희망 균일성에 기준하여 결정되는 것을 특징으로 하는 액상샘플 자동 분석장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 보울(C)의 저면부는 외부 자기장에 의해 구동되는 공(BE)의 구름 이동 경로(rolling path)를 형성하는 것을 특징으로 하는 액상샘플 자동 분석장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 오리피스(4)는 상기 공(BE)의 구름 이동 경로를 부분적으로 둘러싸고 있는 개구부의 형태를 가지며, 그 폭은 상기 공의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 액상샘플 자동 분석장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 필름을 형성하는 재질은 흡수 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 액상샘플 자동 분석장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 일련의 보울들은 피펫스테이션(6), 검출스테이션(7) 및 분석이 완료된 보울을 커팅하기 위한 스테이션(8)을 순서적으로 지나는 이동로를 따라 진행되는 것을 특징으로 하는 액상샘플 자동 분석장치.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 분석이 완료된 보울(C)은 하나의 컨테이너(9)에 수집되는 것을 특징으로 하는 액상샘플 자동 분석장치.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 어깨부(R1, R2)는 구동벨트의 틈새부 사이에 기어연결 될 수 있는 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 액상샘플 자동 분석장치.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 틈새부들은 일반적인 톱니형 래크에 대응하도록 원형으로 말린 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 액상샘플 자동 분석장치.
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 어깨부(R1, R2)는 긴 밑변이 상기 보울(C)과 일체적으로 형성된 사다리꼴의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 액상샘플 자동 분석장치.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 필름(3)의 가로변들에는, 그 사선면이 어깨부(R1, R2)의 사선면에 대해 직각으로 연장형성된 사다리꼴 절개부가 각 보울의 어깨부(R1, R2)들 사이에 대응하여 형성된 것을 특징으로 하는 액상샘플 자동 분석장치.
14. 제 2 항에 있어서, 상기 검출스테이션(7)의 광원은 적외선 광원(26)이며, 상기 광-전자 검출기는 카메라인 것을 특징으로 하는 액상샘플 자동 분석장치.
15. 제 2 항에 있어서, 레일(5)에 고정된 광원의 지지부가 그 상면을 통해 보울(C)/필름(3)부를 지지하는 것을 특징으로 하는 액상샘플 자동 분석장치.
16. 제 5 항에 있어서, 상기 외부 자기장은, 상기 보울의 가로면들에 대해 직각방향으로 가로 배치된 전자석수단(E1, E'1 - E2, E'2 - E3, E'3)에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 액상샘플 자동 분석장치.

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