KR101683437B1 - 바이오 물질의 체외 진단 장치 - Google Patents

바이오 물질의 체외 진단 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 바이오 물질의 체외 진단 장치는, 케이스; 상기 케이스 내부에 설치되며 가시광선을 발생하는 광원부; 상기 광원부에서 발생된 광원이 조사된 바이오 칩에서 발생한 빛을 집광하는 렌즈부; 상기 렌즈부에 의해 집광 된 빛 중 특정한 파장 대역의 빛만을 통과시키는 광 필터부; 및 상기 광 필터부를 통과한 빛을 감지하는 광 다이오드 센서;를 포함하며, 상기 광 필터부는 통과시키는 빛의 파장 대역이 서로 다른 복수의 필터가 원형으로 이격되도록 배치되며, 상기 광 필터부를 구성하는 복수의 필터 중 어느 하나만 상기 바이오 칩과 상기 광 다이오드 센서 사이에 대응되도록 상기 광 필터부는 하나의 회전축을 기준으로 회전 가능하게 설치된 것을 특징으로 한다.

Description

바이오 물질의 체외 진단 장치{In-vitro diagnostic apparatus for bio-material}
본 발명은 단백질이나 DNA와 같은 바이오 물질을 체외에서 실시간으로 진단함으로써 바이오 물질의 이상 유무를 효율적으로 진단할 수 있는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 인간이나 동물의 질병 발생 여부나 유전자의 이상 여부를 진단하기 위하여, 디엔에이(DNA), 단백질 등과 같은 바이오 물질을 추출하여 유리, 실리콘, 금속, 플라스틱과 같은 재질로 이루어진 바이오 칩에 수용한 상태로 유전자 증폭 과정을 거쳐, 광원을 상기 바이오 칩에 조사한 후 상기 바이오 칩으로부터 발생하는 빛(형광)의 양을 분석함으로써 진단을 하는 방식을 사용한다.
이러한 방식을 채용한 장치의 일 예가 대한민국 등록특허 제0825087호에 개시되어 있다.
그런데 종래의 체외 진단 장치는 분석하고자 하는 바이오 물질 중 특정 성분만을 추출하기 위해 자력에 의해 상호 작용하는 비드(bead) 용액이라는 물질을 사용한다. 상기 비드 용액은 자력에 반응하는 미세 입자가 용액에 분산되어 있는 용액을 의미한다. 이와 같은 비드 용액에 자력을 가하기 위해 종래에는 진단 장치 내에 영구 자석을 설치하였다. 그런데 영구 자석은 항상 자력을 발생하고 있기 때문에 상기 비드가 기능할 필요가 없는 과정에서도 항상 자력이 작용하여 특정 성분 추출에 오차가 발생할 수 있는 문제점이 있다. 또한, 영구 자석은 자력의 세기를 조절할 수 없으므로 유연성이 떨어지는 문제점이 있다.
한편, 분석하고자 하는 바이오 물질의 종류가 달라짐에 따라 바이오 칩의 분석을 위한 광원의 파장을 선택하기 위해 채용되는 광 필터를 수작업으로 교환해 주는 구조이므로 분석되는 바이오 물질의 종류가 달라짐에 따라 필터 교환에 수반되는 시간과 노력이 수반되어야 하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 체외 진단 장치는 미리 준비된 바이오 칩만을 분석할 뿐 자체적으로 바이오 칩에 생체 물질을 혼합 및 투입할 수 없어서 분석 작업이 번거로울 뿐 아니라 분석에 필요한 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서 분석하고자 하는 바이오 물질의 정밀한 추출을 위해 비드와 상호 작용하는 자석 시스템을 개선하는 데 있다.
한편, 본 발명의 다른 목적은 바이오 물질의 종류가 달라지더라도 신속하게 그 바이오 물질에 맞는 광 필터를 교환할 수 있도록 구조가 개선된 체외 진단 장치를 제공하는 데 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 목적은 다양한 바이오 물질의 시료를 용이하게 제조할 수 있는 카트리지 구조를 구비함으로써 하나의 장치 내에서 바이오 시료를 조제하여 실시간으로 진단할 수 있는 체외 진단 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이오 물질의 체외 진단 장치는, 케이스;
상기 케이스 내부에 설치되며 가시광선을 발생하는 광원부;
상기 광원부에서 발생된 광원이 조사된 바이오 칩에서 반사된 빛을 집광하는 렌즈부;
상기 렌즈부에 의해 집광 된 빛 중 특정한 파장 대역의 빛만을 통과시키는 광 필터부; 및
상기 광 필터부를 통과한 빛을 감지하는 광 다이오드 센서;를 포함하는 바이오 물질의 체외 진단 장치에 있어서,
상기 바이오 칩은 상기 케이스에 착탈 가능하게 장착되는 카트리지에 연결되며,
상기 카트리지는 바이오 물질의 용액과 비드 용액을 수용하며,
상기 카트리지 하방에 설치되며, 상기 카트리지에서 추출되는 바이오 물질의 순도를 높이는 상기 비드 용액에 자기력을 작용시키는 자석을 포함하며,
상기 자석은 전자석인 점에 특징이 있다.
상기 전자석에는 상기 카트리지의 하부를 가열할 수 있도록 열선부가 구비된 것이 바람직하다.
상기 광 필터부는 통과시키는 빛의 파장 대역이 서로 다른 복수의 필터가 원형으로 이격되도록 배치되며,
상기 광 필터부를 구성하는 복수의 필터 중 어느 하나만 상기 바이오 칩과 상기 광 다이오드 센서 사이에 선택적으로 대응되도록 상기 광 필터부는 회전축을 중심으로 상기 바이오 칩에 대해 회전 가능하게 설치된 것이 바람직하다.
상기 광 필터부는 상기 케이스에 고정된 제1모터에 의해 회전되며,
상기 광원부는, 원 형태로 이격 되어 배치된 복수의 발광다이오드를 구비하며, 상기 발광다이오드에서 조사된 빛은 하나의 초점에 수렴하도록 배치된 것이 바람직하다.
상기 렌즈부는 상기 광 필터부를 사이에 두고 서로 대칭적으로 배치되는 한 쌍의 렌즈를 포함한 것이 바람직하다.
상기 카트리지는, 다수의 유체를 분산 수용할 수 있도록 분획 된 공간으로 형성된 복수의 샘플 수용실을 구비한 몸체; 및 상기 몸체에 회전 가능하게 결합된 디스크 부재를 포함하며,
상기 디스크 부재는, 상기 몸체의 중심부를 수직으로 관통하도록 상기 몸체에 결합 된 중공관 형상의 실린더부; 및 상기 실린더부의 하부에 배치된 샘플 혼합실;을 포함하며,
각각의 상기 샘플 수용실의 바닥에는 유체 출입용 포트가 구비되며,
상기 샘플 혼합실은, 상기 유체 출입용 포트와 선택적으로 연결되는 유체 통로; 및 상기 샘플 혼합실에서 준비된 바이오 물질을 상기 바이오 칩에 주입할 수 있도록 상기 샘플 혼합실과 상기 바이오 칩을 연결하는 주입 통로;를 포함하며,
상기 실린더부의 내주면을 따라 슬라이딩 승강 가능하게 상기 실린더부에 결합 된 시린지 피스톤을 포함한 것이 바람직하다.
상기 디스크 부재를 상기 몸체에 대해 회전시키는 제2모터; 및
상기 시린지 피스톤을 승강시키는 제3모터;를 구비한 것이 바람직하다.
상기 카트리지는 카트리지 고정 프레임에 수용된 상태로 상기 케이스에 착탈 가능하게 설치된 것이 바람직하다.
상기 카트리지 고정 프레임은 상기 케이스에 구비된 스윙 도어에 구비된 가압 부재에 의해 상기 케이스에 고정된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 바이오 물질의 체외 진단 장치는, 진단하고자 하는 바이오 물질의 정밀한 추출을 위해 비드와 자기적으로 상호 작용하는 자석 시스템에 전자석을 적용함으로써 필요한 경우에만 자력을 발생시키도록 하여 바이오 시료의 추출의 정밀도를 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 바이오 물질의 체외 진단 장치는, 진단하고자 하는 바이오 물질의 종류가 달라지더라도 그 바이오 물질에서 발생하는 빛의 파장을 잘 통과시키는 광 필터를 회전식 광 필터부에 의해 신속하고 용이하게 교환할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예와 같이 카트리지가 복수의 공간으로 분획 된 샘플 수용실을 구비한 몸체와 그 몸체에 대해 회전 가능하게 결합 되며 시린지에 의해 상기 샘플 수용실과 샘플 혼합실 간 바이오 물질을 포함한 유체를 선택적으로 수송하는 디스크 부재를 구비한 경우에는, 상기 샘플 혼합실에서 준비된 바이오 물질을 바이오 칩에 직접 주입할 수 있으므로, 별도로 바이오 칩을 준비하지 않고, 본 발명에 따른 장치 내에서 바이오 칩의 준비부터 진단까지 연속적인 수행이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 바이오 물질의 체외 진단 장치의 외관을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 진단 장치의 스윙 도어가 열린 상태를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 진단 장치의 내부 구조를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 진단 장치에서 카트리지의 회전과 승강 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 카트리지의 내부 구조를 보여주는 부분 절단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 카트리지의 구성 요소를 보여주는 분리 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 카트리지를 구성하는 몸체의 평면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 디스크 부재를 보여주는 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 디스크 부재의 평면도이다.
도 10은 도 8에 도시된 디스크 부재의 저면도이다.
도 11은 도 1에 도시된 진단 장치의 광원부의 구조를 보여주는 도면이다.
도 12는 도 11에 도시된 광 필터부의 상세 구조를 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 바이오 물질의 체외 진단 장치의 외관을 보여주는 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 진단 장치의 스윙 도어가 열린 상태를 보여주는 도면이다. 도 3은 도 1에 도시된 진단 장치의 내부 구조를 보여주는 도면이다. 도 4는 도 1에 도시된 진단 장치에서 카트리지의 회전과 승강 구조를 보여주는 도면이다. 도 5는 도 4에 도시된 카트리지의 내부 구조를 보여주는 부분 절단면도이다. 도 6은 본 발명에 따른 카트리지의 구성 요소를 보여주는 분리 사시도이다. 도 7은 본 발명에 따른 카트리지를 구성하는 몸체의 평면도이다. 도 8은 본 발명에 따른 디스크 부재를 보여주는 도면이다. 도 9는 도 8에 도시된 디스크 부재의 평면도이다. 도 10은 도 8에 도시된 디스크 부재의 저면도이다. 도 11은 도 1에 도시된 진단 장치의 광원부의 구조를 보여주는 도면이다. 도 12는 도 11에 도시된 광 필터부의 상세 구조를 보여주는 도면이다.
도 1 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 바이오 물질의 체외 진단 장치(10, 이하 "체외 진단 장치"라 함)는 단백질이나, DNA와 같은 바이오 물질을 추출하여 PCR을 수행하면서 질병의 유무를 검사하는 장치이다.
상기 체외 진단 장치(10)는, 케이스(20)와, 광원부(30)와, 렌즈부(50)와, 광 필터부(40)와, 광 다이오드 센서(60)와, 카트리지(80)를 포함한다.
상기 케이스(20)는 상기 체외 진단 장치(10)의 외관을 구성하며, 다수의 부재가 결합하여 이루어질 수 있다. 상기 케이스(20)는 내부에 공간이 구비되어 상기 체외 진단 장치(10)를 구성하는 주요 구성요소가 설치될 수 있다. 상기 케이스(20)는 금속 또는 합성수지로 제조될 수 있다. 상기 케이스(20)에는 스윙 도어(22)가 설치된다. 상기 스윙 도어(22)는 상기 케이스(20)에 대해 일축을 기준으로 일정 각도 범위에서 회전 가능하게 설치된다. 상기 스윙 도어(22)는 후술하는 카트리지(80)를 장착하거나 탈거할 때 사용된다. 도 2 또는 도 3을 참조하면, 상기 스윙 도어(22)의 결합 구조를 더욱 용이하게 이해할 수 있다.
상기 스윙 도어(22)에는 가압 부재(24)와 잠금 장치(26)가 설치된다. 상기 가압 부재(24)는 상기 스윙 도어(22)에 결합 되어 후술하는 카트리지 고정 프레임(90)을 가압함으로써 카트리지(80)가 일정한 위치에 고정되도록 하는 역할을 한다. 상기 가압 부재(24)는 상기 스윙 도어(22)에 연동하여 움직인다. 상기 가압 부재(24)는 상기 스윙 도어(22)에 대해서도 일정 각도 범위에서 회전할 수 있도록 구성할 수 있다. 이와 같이 상기 가압 부재(24)가 상기 스윙 도어(22)에 대해서 움직일 수 있도록 구성된 경우, 일종의 링크 결합 구조를 구성함으로써 상기 스윙 도어(22)의 작동시 발생하는 회전 궤적 오차를 상쇄하여 상기 카트리지 고정 프레임(90)을 더욱 견고하게 고정할 수 있는 장점이 있다.
상기 잠금 장치(26)는 스프링과 같은 수단에 의해 탄성력으로 돌출되는 잠금 핀이 상기 케이스(20)에 걸림으로써 상기 체외 진단 장치(10)의 작동 중에 상기 스윙 도어(22)에 예기치 않게 열리는 것을 방지한다.
상기 광원부(30)는 상기 케이스(20) 내부에 설치된다. 상기 광원부(30)는 상기 케이스(20)에 고정된 구조로 설치되어 움직이지 않는다. 상기 광원부(30)는 가시광선을 발생한다. 상기 광원부(30)는 다수의 발광 다이오드를 채용할 수 있다. 본 실시 예에서 상기 발광 다이오드는 4개로 구성된다. 상기 발광 다이오드는 원 형태로 이격되어 배치된다. 상기 발광 다이오드에서 조사된 빛은 하나의 초점에 수렴하도록 배치된다. 각각의 상기 발광 다이오드에서 조사되는 빛의 파장이나 세기를 서로 다르게 하여 상기 광원부(30)에서 발생한 빛이 상호 보정 및 보완되도록 한다. 이와 같은 구조를 채용함으로써 바이오 칩(70)에 조사되는 빛이 양호한 형광 효과를 발현하도록 조절될 수 있다. 상기 바이오 칩(70)에는 분석하고자 하는 바이오 물질이 충전되어 있다. 상기 바이오 칩(70)에 충전된 물질은 열을 가함으로써 중합효소연쇄반응(PCR, polymerase chain reaction)이 일어난다. 상기 바이오 칩(70)에 열을 가하면서 실시간으로 질병 여부를 진단할 수 있다.
상기 렌즈부(50)는 상기 광원부(30)에서 발생된 광원이 조사된 바이오 칩(70)에서 반사된 빛을 집광한다. 상기 렌즈부(50)는 상기 바이오 칩(70)에서 반사되는 빛의 경로 상에 배치된다. 상기 렌즈부(50)는 한 쌍의 렌즈를 포함한다. 상기 한 쌍의 렌즈는 후술하는 광 필터부(40)를 사이에 두고 서로 대칭적으로 배치된다.
상기 광 필터부(40)는 상기 렌즈부(50)에 의해 집광 된 빛 중 특정한 파장 대역의 빛만을 통과시키는 역할을 한다. 상기 광 필터부(40)는 복수의 필터와 그 필터를 수용하는 회전 디스크(42)를 포함한다. 상기 필터(44)는 원형으로 이격되도록 배치된다. 상기 필터(44)들은 통과시키는 빛의 파장 대역이 서로 다른 필터로 구성된다.
상기 회전 디스크(42)는 상기 필터(44)를 수용하는 수용부를 구비한 바퀴 형태의 구조물이다. 본 실시 예에서는 도 12에 도시된 바와 같이 4개의 필터(44)를 수용할 수 있는 수용부를 구비한다. 상기 회전 디스크(42)는 제1모터(46)에 의해 회전될 수 있다. 상기 제1모터(46)의 출력축에 구비된 마찰차가 상기 회전 디스크(42)의 외주면에 접촉된 형태로 결합 되어 있다. 즉, 상기 광 필터부(40)는 상기 케이스(20)에 고정된 제1모터(46)에 의해 회전된다. 따라서, 상기 제1모터(46)의 출력축이 회전하면 상기 마찰차가 상기 회전 디스크(42)를 회전시킴으로써 사용자가 원하는 대역의 필터가 상기 렌즈부(50)를 통과하는 빛의 경로 상에 선택적으로 배치된다. 이와 같이 상기 광 필터부(40)가 상기 바이오 칩(70) 또는 상기 렌즈부(50)에 대해 회전할 수 있도록 구성됨으로써 서로 다른 바이오 물질을 분석하는 경우에 필터를 교환하기가 매우 용이한 장점이 있다. 즉, 상기 광 필터부(40)를 구성하는 복수의 필터(44) 중 어느 하나만 상기 바이오 칩(70)과 후술하는 광 다이오드 센서(60) 사이에 선택적으로 대응되도록, 상기 광 필터부(40)는 회전축(43)을 중심으로 상기 바이오 칩(70)에 대해 회전 가능하게 설치된다.
상기 광 다이오드 센서(60)는 상기 광 필터부(40)를 통과한 빛을 감지하는 센서이다. 상기 광 다이오드 센서(60)는 빛에 의해 전압이 발생 된다. 상기 광 다이오드 센서(60)에서 출력되는 전압에 의해 바이오 물질의 질병 유무를 진단하게 된다.
상기 카트리지(80)는 상기 바이오 칩(70)에서 분석하고자 하는 특정한 바이오 물질을 추출하기 위해 다수의 용액을 수용하는 장치다. 상기 카트리지(80)는 상기 바이오 칩(70)에 연결된다. 상기 카트리지(80)는 상기 케이스(20)에 착탈 가능하게 장착된다.
상기 카트리지(80)는 바이오 물질 용액과 비드 용액 등을 수용한다.
상기 카트리지(80)는 몸체(82)와 디스크 부재(84)를 포함한다.
상기 몸체(82)는 다각 기둥 형상의 구조물로 제조될 수 있다. 상기 몸체(82)는 샘플 수용실(821)을 포함한다. 상기 샘플 수용실(821)은 복수 구비된다. 상기 샘플 수용실(821)은 다수의 유체를 분산 수용할 수 있도록 분획 된 공간으로 형성된다. 각각의 상기 샘플 수용실(821)의 바닥에는 유체 출입용 포트(823)가 구비된다. 상기 유체 출입용 포트(823)는 각각의 샘플 수용실(821)의 바닥을 관통하는 구멍 형태로 구성된다. 상기 몸체(82)의 중심부는 상하로 관통된 튜브 구조를 형성한다. 상기 몸체(82)의 중심부에는 후술하는 디스크 부재(84)의 실린더부(842)가 회전 가능하게 결합 된다. 상기 몸체(82)의 상부에는 상기 샘플 수용실(821)을 덮는 커버가 구비된다.
상기 디스크 부재(84)는 상기 몸체(82)에 회전 가능하게 결합 된다. 상기 디스크 부재(84)는 제2모터(86)에 의해 상기 몸체(82)에 대해 회전된다. 상기 디스크 부재(84)는 회전 부재(88)에 걸려서 회전한다. 상기 회전 부재(88)에는 돌출턱(89)이 구비되고, 상기 디스크 부재(84)의 하면에는 상기 돌출턱(89)에 걸리는 클러치 홈부(85)가 구비된다. 상기 돌출턱(89)과 상기 클러치 홈부(85)가 결합됨으로써 상기 디스크 부재(84)와 상기 회전 부재(88)가 일체로 회전한다. 상기 회전 부재(88)는 제2모터(86)에 벨트와 같은 수단으로 연결된다.
상기 디스크 부재는 실린더부(842)와 샘플 혼합실(844)을 포함한다.
상기 실린더부(842)는 상기 몸체(82)의 중심부를 수직으로 관통하도록 상기 몸체에 결합 된 중공관 형상의 부재이다. 상기 실린더부(842)의 내부에는 시린지 피스톤(850)이 슬라이딩 가능하게 설치된다.
상기 샘플 혼합실(844)은 상기 실린더부(842)의 하부에 배치된다. 상기 샘플 혼합실(844)은 후술하는 유체 통로(846) 또는 주입 통로(848)를 통해 선택적으로 상기 유체 출입용 포트(823)와 연결될 수 있다. 상기 디스크 부재(84)가 회전함에 따라 상기 유체 통로(846) 또는 상기 주입 통로(848)는 선택적으로 복수의 샘플 수용실(821) 중 어느 하나에 구비된 유체 출입용 포트(823)에 선택적으로 연결될 수 있다.
상기 유체 통로(846)는 상기 샘플 혼합실(844) 선택적으로 연결하는 통로이다. 즉, 상기 디스크 부재(84)의 회전에 따라 상기 샘플 수용실(821) 중 어느 하나와 상기 샘플 혼합실(844)이 상기 유체 통로(846)에 의해 연결된다. 즉, 상기 유체 통로(846)는 상기 유체 출입용 포트(823)와 선택적으로 연결된다. 상기 유체 통로(846)는 상기 실린더부(842)에 연결된다.
상기 주입 통로(848)는 상기 샘플 혼합실(844)에서 준비된 바이오 물질을 상기 바이오 칩(70)에 주입할 수 있도록 마련된 통로이다. 상기 주입 통로(848)는 상기 디스크 부재(84)의 회전에 따라 선택적으로 상기 샘플 혼합실(844)과 상기 바이오 칩(70)을 연결한다.
상기 시린지 피스톤(850)은 상기 실린더부(842)의 내주면을 따라 슬라이딩 승강 가능하게 상기 실린더부(842)에 결합 된다. 상기 시린지 피스톤(850)은 로드(852)에 연결된다. 상기 로드(852)는 제3모터(854)에 의해 승강하도록 설치된다. 상기 로드(852)와 상기 제3모터(854)는 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 볼 스크류 장치(857)를 매개로 상기 시린지 피스톤(850)을 상기 실린더부(842)를 따라 승강하도록 연결될 수 있다. 즉, 상기 시린지 피스톤(850)은 상기 제3모터(854)에 의해 승강 된다.
상기 시린지 피스톤(850)의 승강 작용에 따라 발생하는 압력에 의해 상기 샘플 수용실(821)과 상기 샘플 혼합실(844), 또는 상기 샘플 혼합실(844)과 상기 바이오 칩(70) 간에 유체 이동이 가능하다.
상기 카트리지(80)의 하방에는 전자석이 설치된다. 상기 전자석(100)은 전원이 공급될 때만 자력이 발생한다. 상기 전자석(100)은 상기 카트리지(80)에서 추출되는 바이오 물질의 순도를 높이는 비드(bead) 용액에 자기력을 작용시킨다. 상기 전자석(100)은 사용자가 필요한 경우에만 자력을 작동할 수 있도록 함으로써 선택적으로 비드 용액의 작용을 제어할 수 있는 장점이 있다.
상기 전자석(100)에는 상기 카트리지(80)의 하부를 가열할 수 있도록 열선부(미도시)가 구비된 것이 바람직하다. 상기 열선부는 전기 저항열이 발생하도록 히팅 패턴을 상기 전자석(100) 표면에 인쇄 형태로 구성할 수 있다. 상기 열선부는 히팅 패턴에 한정되지 않으며 공지된 다른 구성의 채용도 가능하다. 상기 열선부는 상기 카트리지(100)의 하부에 구비된 샘플 혼합실(844)에 유입되는 용액을 적정한 온도로 가열함으로써 혼합 등의 반응이 잘 일어나도록 하는 작용을 한다.
상기 카트리지(80)는 카트리지 고정 프레임(90)에 수용된 상태로 상기 케이스(20)에 착탈 가능하게 설치된다. 상기 카트리지 고정 프레임(90)은 상기 몸체(82)의 하부를 지지한 상태로 상기 몸체(82)가 움직이지 않도록 고정하는 부재이다. 상기 카트리지 고정 프레임(90)은 상기 케이스(20)에 구비된 스윙 도어(22)에 구비된 가압 부재(24)에 의해 상기 케이스(20)에 고정된다. 상기 카트리지 고정 프레임(90)은 상기 가압 부재(24)에 의해 가해지는 압력을 직접적으로 받는 부재로서, 상기 카트리지(80)가 상기 가압 부재(24)와 직접 결합하는 것을 회피하여 상기 카트리지(80)를 보호하는 역할도 한다.
이하에서는 상술한 바와 같은 구성요소를 포함한 바이오 물질의 체외 진단 장치(10)의 작용 효과를 바이오 물질의 이동 과정을 따라 상세하게 서술하기로 한다.
본 발명에 따른 체외 진단 장치(10)를 사용하여 바이오 물질을 진단하고자 하는 경우에, 먼저 상기 카트리지(80)로부터 진단하고자 하는 바이오 물질을 추출하는 과정이 수행된다. 즉, 상기 카트리지(80)에 구비된 샘플 수용실(821)에는 아래 표와 같이 다수의 용액이 수용된다. 아래 표에 기재된 용액들은 일 예에 해당하며 그 용액들의 구성은 진단하고자 하는 바이오 물질의 종류에 따라 달라질 수 있다. 표 1에서 일련번호는 편의상 도 7에 원문자로 표기된 샘플 수용실(821)과 대응되도록 하였다.
일련번호 명칭
(약어)		 용액명칭 용도
① LB1 LYSIS BUFFER 1 LYSIS BUFFER 1을 넣는 장소
② LB2 LYSIS BUFFER 2 LYSIS BUFFER 2를 넣는 장소
③ ET ETHANOL ETHANOL을 넣는 장소
④ BD BEAD SOLUTION BEAD SOLUTION을 넣는 장소
⑤ WB1 WASHING BUFFER 1 WASHING BUFFER 1을 넣는 장소
⑥ WB2 WASHING BUFFER 2 WASHING BUFFER 2을 넣는 장소
⑦ EB ELUTION BUFFER ELUTION BUFFER를 넣는 장소
⑧ MC1 MIXING CHAMBER 1 LYSIS할 경우 사용하는 MIXING 장소
⑨ MC2 MIXING CHAMBER 2 WASHING할 경우 사용하는 장소
⑩ WAC WASTE CHAMBER 버린 용액을 두는 장소
⑪ WS WORKING SPACE 유체이동 공간. BEAD 및 ELUTION이 이루어지는 공간
⑫ SC SAMPLE CHAMBER 최초에 SAMPLE을 넣는 장소
상기 샘플 수용실(821)로부터 특정 용액을 사용하고자 할 경우에 상기 제2모터(86)가 회전한다. 이에 따라 상기 회전 부재(88)가 회전한다. 상기 회전 부재(88)에 구비된 돌출턱(89)과 상기 디스크 부재(84)에 구비된 클러치 홈부(85)가 상호 결합되어 있으므로 상기 디스크 부재(84)가 회전한다. 상기 디스크 부재(84)가 일정 각도 회전하여 상기 유체 통로(846)가 특정한 상기 샘플 수용실(821)에 구비된 유체 출입용 포트(823)에 연결된다. 이제 상기 제3모터(854)가 작동하여 상기 시린지 피스톤(850)을 상승시킨다. 상기 시린지 피스톤(850)이 상승함에 따라 음압이 발생한다. 이에 따라 상기 샘플 수용실(821)로부터 용액이 상기 유체 통로(846)를 따라 상기 실린더부(842)로 이동한다. 이제 상기 시린지 피스톤(850)의 작동을 멈추고, 상기 제2모터(86)를 작동시켜 상기 디스크 부재(84)를 회전시킨다. 상기 디스크 부재(84)의 유체 통로(846)를 예컨대 ⑪WORKING SPACE에 구비된 유체 출입용 포트(823)에 연결한다. 그리고 상기 시린지 피스톤(850)을 하강시킨다. 상기 시린지 피스톤(850)이 하강함에 따라 상기 실린더부(842)에 있던 용액은 상기 샘플 혼합실(844)을 거쳐 상기 ⑪WORKING SPACE로 이동한다. 이제 다시 상기 디스크 부재(84)를 회전시켜 ⑦ELUTION BUFFER 가 수용된 샘플 수용실(821)과 유체 통로(846)를 일치시킨다. 다시 앞의 과정을 반복함으로써 ⑦ELUTION BUFFER를 상기 ⑪WORKING SPACE 로 이동할 수 있다. 이와 같은 과정을 반복적으로 수행함으로써 필요한 바이오 용액을 추출하게 된다. 그리고 상기 샘플 혼합실(844)에 추출하고자 하는 용액과 비드 용액이 혼합된 용액을 유입한 후 상기 전자석(100)을 작동시켜 특정 성분의 바이오 용액을 고정한 상태에서 상기 시린지 피스톤(850)을 하강함으로써 불필요한 용액 성분을 ⑩WASTE CHAMBER에 버린다. 이제 상기 주입 통로(848)를 상기 바이오 칩(70)에 연결한다. 그리고 상기 전자석(100)의 전류를 끊어 비드 용액의 작용을 제거한 상태에서, 상기 시린지 피스톤(850)을 하강시켜 상기 샘플 혼합실(844)에 수용된 바이오 용액을 상기 바이오 칩(70)에 주입한다.
이와 같은 과정을 통해 준비된 상기 바이오 칩(70)에 열을 가하면서 PCR이 일어나는 과정 중에 실시간 또는 주기적으로 상기 바이오 칩(70)에 가시광선을 조사하여 그 바이오 칩(70)에서 반사되는 빛의 양을 측정한다.
상기 바이오 칩(70)을 분석하는 과정은 다음과 같다.
상기 광원부(30)에서 특정한 파장 대역의 가시광선을 발생시켜 상기 바이오 칩(70)에 조사한다. 상기 바이오 칩(70)에서 반사된 빛은 상기 렌즈부(50)에 의해 집광 되며, 상기 광 필터부(40)에 의해 필터링 된 후 상기 광 다이오드 센서(60)에 도달함으로써 전압이 발생하여 분석이 이루어진다. 이 과정에서 상기 광 필터부(40)가 상기 바이오 칩(70)에 대해 회전 가능하게 설치되어 있으므로 분석하고자 하는 바이오 물질의 종류에 맞는 필터(44)를 용이하게 선택할 수 있는 효과가 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 바이오 물질의 체외 진단 장치는, 진단하고자 하는 바이오 물질의 정밀한 추출을 위해 비드와 자기적으로 상호 작용하는 자석 시스템에 전자석을 적용함으로써 필요한 경우에만 자력을 발생시키도록 하여 바이오 시료의 추출의 정밀도를 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 바이오 물질의 체외 진단 장치는, 진단하고자 하는 바이오 물질의 종류가 달라지더라도 그 바이오 물질에서 발생하는 빛의 파장을 잘 통과시키는 광 필터를 회전식 광 필터부에 의해 신속하고 용이하게 교환할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예와 같이 카트리지가 복수의 공간으로 분획 된 샘플 수용실을 구비한 몸체와 그 몸체에 대해 회전 가능하게 결합 되며 시린지에 의해 상기 샘플 수용실과 샘플 혼합실 간 바이오 물질을 포함한 유체를 선택적으로 수송하는 디스크 부재를 구비한 경우에는, 상기 샘플 혼합실에서 준비된 바이오 물질을 바이오 칩에 직접 주입할 수 있으므로, 별도로 바이오 칩을 준비하지 않고, 본 발명에 따른 장치 내에서 바이오 칩의 준비부터 진단까지 연속적인 수행이 가능한 효과가 있다.
이상, 바람직한 실시 예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시 예가 구체화될 수 있을 것이다.
10 : 바이오 물질의 체외 진단 장치
20 : 케이스
22 : 스윙 도어
24 : 가압 부재
26 : 잠금 장치
30 : 광원부
40 : 광 필터부
42 : 회전 디스크
43 : 회전축
44 : 필터
46 : 제1모터
50 : 렌즈부
60 : 광 다이오드 센서
70 : 바이오 칩
80 : 카트리지
82 : 몸체
84 : 디스크 부재
85 : 클러치 홈부
86 : 제2모터
88 : 회전 부재
89 : 돌출턱
90 : 카트리지 고정 프레임
100 : 전자석
821 : 샘플 수용실
823 : 유체 출입용 포트
842 : 실린더부
844 : 샘플 혼합실
846 : 유체 통로
848 : 주입 통로
850 : 시린지 피스톤
852 : 로드
854 : 제3모터
857 : 볼 스크류 장치

Claims (9)

  1. 케이스;
    상기 케이스 내부에 설치되며 가시광선을 발생하는 광원부;
    상기 광원부에서 발생된 광원이 조사된 바이오 칩에서 반사된 빛을 집광하는 렌즈부;
    상기 렌즈부에 의해 집광 된 빛 중 특정한 파장 대역의 빛만을 통과시키는 광 필터부; 및
    상기 광 필터부를 통과한 빛을 감지하는 광 다이오드 센서;를 포함하는 바이오 물질의 체외 진단 장치에 있어서,
    상기 바이오 칩은 상기 케이스에 착탈 가능하게 장착되는 카트리지에 연결되며,
    상기 카트리지는 바이오 물질의 용액과 비드 용액을 수용하며,
    상기 카트리지 하방에 설치되며, 상기 카트리지에서 추출되는 바이오 물질의 순도를 높이는 상기 비드 용액에 자기력을 작용시키는 자석을 포함하며,
    상기 자석은 전자석이며,
    상기 카트리지는 카트리지 고정 프레임에 수용된 상태로 상기 케이스에 착탈 가능하게 설치되며,
    상기 카트리지 고정 프레임은 상기 케이스에 구비된 스윙 도어에 구비된 가압 부재에 의해 상기 케이스에 고정되고,
    상기 가압 부재는 상기 스윙 도어에 결합 되어 상기 카트리지 고정 프레임을 가압함으로써 상기 카트리지가 일정한 위치에 고정되며,
    상기 스윙 도어에서 탄성적으로 돌출되는 잠금 핀이 상기 케이스에 걸리도록 된 잠금 장치를 구비하며,
    상기 카트리지는 몸체; 및 상기 몸체에 회전 가능하게 결합된 디스크 부재를 포함하며,
    상기 디스크 부재는 디스크 회전 모터에 의해 상기 몸체에 대해 회전되며,
    상기 디스크 부재는 회전 부재에 걸려서 회전하며,
    상기 회전 부재에는 돌출턱이 구비되고, 상기 디스크 부재의 하면에는 상기 돌출턱에 걸리는 클러치 홈부가 구비된 것을 특징으로 하는 바이오 물질의 체외 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자석에는 상기 카트리지의 하부를 가열할 수 있도록 열선부가 구비된 것을 특징으로 하는 바이오 물질의 체외 진단 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광 필터부는 통과시키는 빛의 파장 대역이 서로 다른 복수의 필터가 원형으로 이격되도록 배치되며,
    상기 광 필터부를 구성하는 복수의 필터 중 어느 하나만 상기 바이오 칩과 상기 광 다이오드 센서 사이에 선택적으로 대응되도록 상기 광 필터부는 회전축을 중심으로 상기 바이오 칩에 대해 회전 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 바이오 물질의 체외 진단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광 필터부는 상기 케이스에 고정된 제1모터에 의해 회전되며,
    상기 광원부는, 원 형태로 이격 되어 배치된 복수의 발광다이오드를 구비하며, 상기 발광다이오드에서 조사된 빛은 하나의 초점에 수렴하도록 배치된 것을 특징으로 하는 바이오 물질의 체외 진단 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈부는 상기 광 필터부를 사이에 두고 서로 대칭적으로 배치되는 한 쌍의 렌즈를 포함한 것을 특징으로 하는 바이오 물질의 체외 진단 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 카트리지는, 다수의 유체를 분산 수용할 수 있도록 분획 된 공간으로 형성된 복수의 샘플 수용실을 구비한 몸체; 및 상기 몸체에 회전 가능하게 결합된 디스크 부재를 포함하며,
    상기 디스크 부재는, 상기 몸체의 중심부를 수직으로 관통하도록 상기 몸체에 결합 된 중공관 형상의 실린더부; 및 상기 실린더부의 하부에 배치된 샘플 혼합실;을 포함하며,
    각각의 상기 샘플 수용실의 바닥에는 유체 출입용 포트가 구비되며,
    상기 샘플 혼합실은, 상기 유체 출입용 포트와 선택적으로 연결되는 유체 통로; 및 상기 샘플 혼합실에서 준비된 바이오 물질을 상기 바이오 칩에 주입할 수 있도록 상기 샘플 혼합실과 상기 바이오 칩을 연결하는 주입 통로;를 포함하며,
    상기 실린더부의 내주면을 따라 슬라이딩 승강 가능하게 상기 실린더부에 결합 된 시린지 피스톤을 포함한 것을 특징으로 하는 바이오 물질의 체외 진단 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 디스크 부재를 상기 몸체에 대해 회전시키는 제2모터; 및
    상기 시린지 피스톤을 승강시키는 제3모터;를 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 물질의 체외 진단 장치.
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