KR101739371B1 - 샘플분석 카트리지, 샘플분석 카트리지 리더, 및 샘플분석 카트리지 리더의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 샘플분석 카트리지, 샘플분석 카트리지 리더, 샘플분석 카트리지 리더의 제어방법을 제공한다. 본 발명은, 혈액샘플 내의 화학 및/또는 생화학 물질의 수치에 상응하는 전기신호를 생성하기 위한 전(前)처리 단계로 필요한 시약을 적시에 적량씩 원하는 이동속도로 공급할 수 있는 샘플분석 카트리지, 샘플분석 카트리지 리더, 샘플분석 카트리지 리더의 제어방법을 제공한다.

Description

샘플분석 카트리지, 샘플분석 카트리지 리더, 및 샘플분석 카트리지 리더의 제어방법{Cartridge For Sample Assay And Cartridge Reader For Sample Assay And Control Method Of Catridge Reader For Sample Assay}

본 발명은 미세유체 채널(microfluidic channel)을 이용하여 혈액샘플 내의 화학 및/또는 생화학 물질을 측정하기 위한 카트리지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 혈액샘플 내의 화학 및/또는 생화학 물질의 수치에 상응하는 전기신호를 생성하기 위한 전(前)처리 단계로 필요한 시약을 적시에 적량씩 원하는 이동속도로 공급할 수 있는 카트리지에 관한 것이다.

환자의 체액이나 혈액을 채취하여 질병과 관련된 화학 및 생화학적 물질들을 별도의 중앙검사실에서 검사하는 방법이 일반화 되어 있다.

그러나, 최근에, 환자가 있는 곳에서 직접 의사, 간호사, 임상병리사 또는 환자 자신이 간편, 신속, 정확히 질병요인에 대한 국한된 검사를 실시하는 방법 및 이러한 검사를 수행하고, 그 결과를 중앙 환자관리시스템에 자동으로 송부하여 줄 수 있는 인공지능형 소형 계측기기에 대한 수요가 급속히 증가하고 있다.

이에 따라 시간과 비용이 많이 드는 중앙검사실 분석에서 탈피하여 현장 측정으로 환자에게 필요한 검사를 보다 신속하고 정확히 제공할 수 있는 현장검사(point-of-care testing: POCT)에 대한 연구가 대학이나 연구소, 대기업을 중심으로 활발히 이루어지고 있다.

본 발명의 목적은 혈액샘플 내의 화학 및/또는 생화학 물질을 측정하기 위한 전(前)처리 단계에 필요한 시약을 연속된 스트림(stream)으로 적량씩 적시에 원하는 이동속도로 공급할 수 있는 샘플분석 카트리지, 샘플분석 카트리지 리더, 및 샘플분석 카트리지 리더의 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 양상에 따른 샘플분석 카트리지는, 혈액샘플(blood sample)이 유입되는 유입구; 상기 혈액샘플에 포함된 특정 물질을 검출하는 검출부; 상기 혈액샘플의 이동경로를 제공하는 미소유체 채널(microfluidic channel); 및 상기 특정 물질을 검출하기 위한 액체시약을 공급하는 액체시약방출구조체를 포함하되, 상기 액체시약방출구조체는, 상기 액체시약방출구조체의 일 단부에 위치하고 상기 액체시약을 상기 액체시약방출구조체 밖으로 유출하는 개구부, 상기 액체시약방출구조체의 측벽에 위치하는 통공부, 상기 통공부와 상기 개구부 사이에 위치하고 상기 액체시약이 담겨있는 액체시약용기가 안착되는 안착부를 포함하는 하우징, 및 상기 측벽에 밀착하여 움직이는 이동부재를 포함하며, 상기 이동부재는 상기 이동부재의 위치에 따라서 상기 통공부를 개폐하고 상기 액체시약용기를 파괴하는 것을 특징으로 하는 샘플분석 카트리지이다.

본 발명의 양상에 따른 샘플분석 카트리지 리더는, 샘플분석 카트리지와 연결되는 리더(reader)로서, 상기 리더는 분석부를 포함하며, 상기 분석부는, 상기 검출부로부터 상기 특정 물질의 양에 상응하는 전기 신호를 수신하여, 특정 물질의 양을 분석하는 샘플분석 카트리지 리더이다.

본 발명의 양상에 따른 샘플분석 카트리지와 연결되는 리더의 제어방법은, 상기 이동부재를 이동시켜 상기 액체시약용기를 파괴하는 제 1 이동단계; 상기 이동부재를 이동시켜 상기 통기공을 막음으로써, 상기 하우징 내부의 공기가 상기 하우징의 외부로 빠져나가지 못하게 하는 제 2 이동단계; 상기 이동부재의 이동에 따라 상기 액체시약용기에 포함된 액체시약의 이동을 제어하는 제어단계;를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 샘플분석 카트리지, 샘플분석 카트리지 리더, 및 샘플분석 카트리지 리더의 제어방법에 따르면, 카트리지에서 혈액샘플에 포함된 화학 및/또는 생화학 물질을 측정하기 위하여 필요한 시약을 적시에 적량씩 원하는 이동속도로 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈액샘플 분석 카트리지(blood sample assay cartridge)와 상기 혈액샘플 분석 카트리지와 연결 가능한 리더(reader)의 간략한 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 항체-항원 반응을 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예 따른 액체시약방출구조체를 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체시약방출구조체의 동작방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지 및 리더의 작동 순서를 설명하기 위한 순서도이다.

본 발명의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈액샘플 분석 카트리지(blood sample assay cartridge)와 상기 혈액샘플 분석 카트리지와 연결 가능한 리더(reader)의 간략한 구성을 나타낸 블록도이다.

먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈액샘플 분석 카트리지에 대해 설명한다.

상기 혈액샘플 분석 카트리지(1)는 유입구(10), 채널(20), 검출부(30), 제1 접속부(40), 및 액체시약방출구조체(50)를 포함할 수 있다. 이하에서, 상기 혈액샘플 분석 카트리지(1)는 카트리지로 약칭하는 것으로 한다.

상기 카트리지(1)는 카트리지(1) 내에 유입된 혈액샘플(blood sample)에 포함된 특정 화학적 및/또는 생화학적 물질의 수치에 대응되는 소정의 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 카트리지(1)는 상기 물질의 양(量) 또는 농도에 상응하는 광학적 신호 및/또는 전기적 신호 등과 같이 인식 가능한 유용한 신호를 생성할 수 있다. 이하에서, 상기 혈액샘플은 샘플이라고 약칭할 수 있다.

상기 유입구(10)는 채널(20)의 입구에 해당할 수 있다. 유입구(10)는 상기 샘플이 유입되는 곳이다. 상기 유입구(10)는 상기 샘플의 유입이 용이하도록 소정의 단면적을 가지고 있을 수 있다. 상기 유입구(10)는 채널(20)과 연통할 수 있다.

상기 채널(20)은 유입구(10)와 연결될 수 있다. 상기 채널(20)은 유입구(10)로 유입된 샘플이 이동하는 유로를 제공할 수 있다. 상기 채널(20)은 혈액샘플이 상기 검출부(30)로 이동할 수 있도록 제공될 수 있다. 상기 샘플은 상기 채널(20)내에서 모세관력, 압력, 원심력 등을 동력으로 하여 이동할 수 있다.

상기 채널(20)은, 예를 들어, 미소유체 채널(microfluidic channel)일 수 있다. 상기 미소유체 채널은 샘플이 모세관 현상(capillary)에 의하여 유동할 수 있는 채널을 말할 수 있다.

도면에 도시하지는 않았지만, 필요에 따라, 상기 카트리지(1)는 상기 샘플에 포함되어 있는 특정 물질만을 선택적으로 통과시키는 소정의 필터구조체를 포함할 수 있다. 상기 특정 물질은, 예를 들어, 상기 혈액샘플 분석 카트리지(1)를 이용하여 측정하고자 하는 대상 물질일 수 있다. 상기 필터구조체는 상기 채널(20)의 유로 상에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 상기 유입구(10)와 일체로 형성될 수도 있으며, 상기 유입구(10)와 상기 채널(20)의 사이에 배치될 수도 있다.

상기 검출부(30)는 상기 채널(20)과 연결되어 있다. 샘플은 상기 채널(20)을 통하여 검출부(30)로 유입될 수 있다. 상기 검출부(30)는 샘플에 포함된 특정 화학 및/또는 생화학적 물질의 수치에 따라서 변화하는 소정의 신호를 생성할 수 있다. 상기 소정의 신호는 광학적 신호 및/또는 전기신호를 포함할 수 있다.

상기 검출부(30)는 처리된 샘플을 광학 또는 전기화학적 방법을 이용하여 샘플 내의 특정 화학 및/또는 생화학적 물질의 수치를 측정하기 위한 광학적 및/또는 전기적 신호를 생성할 수 있다.

상기 광학적 및/또는 전기적 신호를 생성하는 방법을 상술하면 다음과 같다.

광학적 방법은 상기 처리된 샘플의 광학적 특성을 이용하는 방법이다. 광학적 방법은 공시액의 색조를 표준액의 색조와 비교하여 정량하는 분석법인 비색법(colorimetry), 어떤 종류의 물질이 빛 전자선 엑스선 방사선 따위를 받았을 때에 내는 고유한 빛을 측정하는 형광법(fluorescence), 및 화학적 반응의 결과로 인하여 생성된 빛을 측정하는 화학발광법(chemiluminescence)을 포함할 수 있다.

전기적 방법은 처리된 샘플의 전기적 특성을 이용하는 방법이다. 예를 들어, 상기 처리된 샘플로부터 전류 및/또는 전압을 생성하는 것을 포함할 수 있다.

이하의 실시예에서는 전기적 방법을 사용할 수 있다.

상기 제1 접속부(40)는 상기 리더(100)의 제 2 접속부(110)와 연결될 수 있다. 상기 제1 접속부(40)는 상기 리더(100)로부터 소정의 신호를 받아 상기 카트리지(1)에 전달할 수 있으며, 또한 상기 카트리지(1)에서 발생하는 소정의 신호를 상기 리더(100)로 전달할 수 있다.

액체시약방출구조체(50)는 상기 검출부(30)에서 특정 물질을 검출하는데 필요한 액체시약을 적시에 적량씩 원하는 이동속도로 공급하는 기능을 제공할 수 있다. 상세한 내용은 후술하기로 한다.

이하에서, 도 1을 참조하여, 상기 카트리지(1)와 연결되는 상기 리더(100)에 대하여 설명한다.

상기 리더(100)는 상기 카트리지(1)에 소정의 신호를 전달할 수 있으며, 상기 카트리지(1)에서 생성된 신호를 수신하여, 이를 처리하고 분석할 수 있다. 상기 카트리지(1)로 전달되는 소정의 신호 및/또는 상기 카트리지(1)에서 생성된 신호는 전기적 신호일 수 있다.

상기 리더(100)는 제2 접속부(110), 분석부(120), 디스플레이부(130), 통신부(140), 입력부(150), 전원부(160) 및 제어부(170)를 포함할 수 있다.

상기 제2 접속부(110)는 상기 카트리지(1)로 소정의 신호를 전달하거나, 상기 카트리지(1)에서 생성되는 신호를 수신할 수 있다.

상기 분석부(120)는 상기 카트리지(1)에서 발생된 신호를 상기 제2 접속부(110)를 통하여 수신하고, 이를 분석할 수 있다. 예를 들어, 상기 분석부(120)는, 상기 수신된 신호를 이용하여, 상기 샘플에 포함되어 있는 특정 물질의 양(量) 또는 농도를 수치화할 수 있다.

상기 디스플레이부(130)는 상기 분석된 결과를 표시할 수 있다. 예를 들어, 상기 특정 물질의 수치를 표시할 수 있다.

상기 통신부(140)는 상기 리더(100)가 외부의 장치와 통신할 수 있는 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 통신부(140)를 통하여, 상기 리더(100)는 각종 정보를 수신할 수 있으며, 또한 상기 분석부(120)에서 분석한 결과를 송신할 수 있다. 상기 통신부(140)는 이동통신 모듈, 유무선 인터넷 모듈 및 근거리 통신 모듈 등을 포함할 수 있다.

상기 입력부(150)는 상기 리더(100)에 대한 사용자의 각 종 입력을 받을 수 있다. 예를 들어, 상기 입력부(150)는 키패드, 키보드, 마우스, 터치스크린 및 터치패드 등으로 구현될 수 있다.

상기 전원부(160)는 상기 카트리지(1) 및 상기 리더(100)로 필요한 전원을 공급할 수 있다.

상기 제어부(170)는 상기 리더(100)의 각 구성요소를 제어할 수 있으며, 상기 리더(100)의 전반적인 동작을 총괄한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지를 도시하고, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 항체-항원 반응을 설명하기 위한 개념도를 도시한다.

카트리지(1)는 유입구(10), 채널(20), 검출부(30), 저장소(34)를 포함하고 있다.

유입구(10)는 채널과의 연결통로를 제공하는 동시에, 필터패트, 예를 들어, 혈액필터(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 혈액필터는 혈액의 혈구를 걸러주고 혈청만을 채널에 주입할 수 있도록 할 수 있다. 즉, 검출하고자 하는 특정 물질이 주로 혈청 내에 존재하는 경우에는 측정을 방해할 수 있는 혈구를 혈액필터를 통하여 사전에 제거할 수 있다.

채널(20)은 연결되는 경로에 따라서 채널(22, 26, 24, 28)을 포함하여 이루어질 수 있다.

예를 들어, 채널(22)은 유입구(10)와 분기점(26)을 연결할 수 있다. 채널(24)은 액체시약방출구조체(50)와 분기점(26)을 연결할 수 있다. 채널(28)은 채널을 유동하는 혈액샘플 및/또는 시약을 흡수, 저장하는 기능을 제공할 수 있다.

저장소(34)는 효소가 접합된 항체(90)를 저장할 수 있다. 항체(82)는 혈액샘플에 포함된 특정 물질(80)과 결합할 수 있다. 효소(81)는 검출부(30)에서 전기신호를 생성할 때, 전자를 생성하는 기능을 제공할 수 있다.

저장소(34)에서의 반응을 도 3a를 참조하여 상술하면 다음과 같다.

저장소(34)에는 일단에 효소(81)가 접합된 Y형상의 항체(82)가 저장되어 있다. 이하 효소(81)와 항체(82)가 결합된 화합물을 효소접합항체(90)라고 부른다. 혈액샘플이 유입구(10)를 통하여 저장소(34)로 진입하면, 효소접합항체(90)와 혈액샘플에 포함된 특정 물질(80)이 결합되게 된다. 이때, 혈액샘플에 포함된 특정 물질(80)이 항원으로 작용하여 효소접합항체(90)와 결합하여 제 1 결합물(90a)을 생성할 수 있다. 다시 말하면, 유입구(10)와 효소접합제 저장소(34) 사이의 채널을 유동하는 혈액샘플에 포함된 특정 물질(80)은 저장소(34)에서 효소접합항체와 항원-항체 반응을 통하여 결합할 수 있다. 기타 혈액샘플에 포함된 다른 물질은 그대로 유동하게 된다.

검출부(30)는 전극(36)과 전극 연결부(38)를 포함할 수 있다.

전극(36)은 혈액샘플에 포함된 특정 물질의 수치에 상응하는 전류를 생성하는 기능을 제공할 수 있다. 전극 연결부(38)는 전극(36)에 전압을 인가하는 기능을 제공할 수 있다.

도 3b를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 전극(36)의 상면에는 고정항체(84)가 배치될 수 있다. 전극(36)의 상면을 유동하는 혈액샘플 내에는 상기 저장소(34)에서 항원-항체 반응에 의하여 특정 물질(80)과 결합된 효소접합항체(90), 즉 제 1 결합물(90a)이 포함될 수 있다. 이때, 특정 물질(80)은 고정항체(84)와 2차적으로 항원-항체 반응을 일으킬 수 있다. 따라서, 고정항체(84), 특정 물질(80), 효소접합항체(90)가 모두 결합하여 제 2 결합물(90b)을 생성할 수 있다.

제어부(170)는 제 2 결합물(90b)에 기질 및/또는 워싱 용액을 포함하는 검출 시료를 투입할 수 있다. 예를 들어, 액체시약방출구조체(50)에 있는 기질 및/또는 워싱 용액을 채널(24)을 따라서 투입할 수 있다. 이때, 검출 시료와 액체시약은 동의어이다. 기질은 효소(81)와 반응할 수 있다. 기질은 예를 들어, p-Aminophenyl phosphate(p-APP) 일 수 있다. 효소(81)와 반응한 p-APP는 p-Aminophenol(p-AP)로 바뀔 수 있다. P-AP에 산화전압이 인가되면 전자를 방출할 수 있다. 상기 산화전압은 상기 리더(100)로부터 상기 제1 및 제2 접속부(40, 110)를 통해 제공될 수 있다.

이에 따라, 상기 산화반응에 의하여 방출되는 전자(e-)에 의해 전기적 신호가 발생된다. 예를 들어, 소정의 전극(36)들 사이에서 상기 방출된 전자(e-)에 의한 전류가 발생할 수 있다. 이러한 전류의 세기를 측정함으로써, 상기 특정 물질(80)의 양 및/또는 농도를 분석할 수 있게 된다. 상기 전기적 신호는 상기 리더(100)로 전송될 수 있으며, 상기 전류의 세기에 대한 분석은 상기 리더(100)의 분석부(120)에서 수행될 수 있다.

즉, 고정항체(84)에 결합되는 특정 물질(80)의 수에 따라서, 기질과 반응하는 효소(81)의 수가 달라지게 되어, 생성되는 전류의 세기가 달라질 수 있다. 그러므로, 혈액샘플에 포함된 특정 물질(80)의 수에 따라서 전류의 세기가 달라지는 것을 통하여 혈액샘플에 포함된 특정 물질(80)의 양 및/또는 농도를 측정할 수 있게 된다.

한편, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 실시예에서는, 상기 검출부(30)에 상기 특정 물질(80)과 효소접합항체(90)가 결합된 제 1 결합물(90a)이 공급되는 것으로 설명하였다.

그러나, 이와는 달리, 다음과 같은 실시예가 가능할 수 있다.

도 3b에서 설명한 바와 같이 상기 검출부(30)는 전극(36) 및 고정항체(84)를 포함할 수 있다는 점은 동일하다.

다른 점은 상기 검출부(30)에 상기 특정 물질(80)이 효소접합항체(90)와 결합하지 않은 상태로 제공되어, 상기 특정 물질(80)이 고정항체(84)와 결합할 수 있다는 점이다. 이어서, 상기 검출부(30)로 효소접합항체(90)가 제공될 수 있으며, 고정항체(84)와 결합된 특정 물질(80)에 효소접합항체(90)가 결합할 수 있다. 이후의 기질을 공급하여 전자를 생성하는 방법은 동일하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예 따른 액체시약방출구조체를 도시한다.

액체시약방출구조체(50)는 검출부(30)로 액체시약 예를 들어, 효소와 반응하는 기질과 워싱(washing)용액을 방출하기 위한 장치를 말한다.

액체시약방출구조체(50)는, 하우징(52), 이동부재(62), 및 가이드부(70)를 포함할 수 있다.

하우징(52)은 내부가 비어있는 중공형으로 이루어질 수 있으며, 상기 하우징(52)의 내부를 따라서 이동부재(62)가 이동할 수 있다.

하우징(52)의 일 단부는 개구되어 있으며 개구는 가이드부(70)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 액체시약이 중력에 의하여 자연스럽게 가이드부로 흘러들어 갈 수 있도록, 상기 개구와 가이드부(70)는 중력방향으로 형성될 수 있다.

하우징(52)은 가이드부(70)의 상방에 안착부(59)를 포함할 수 있다.

상기 안착부(59)는 액체시약용기(68)가 놓일 수 있는 공간을 제공할 수 있다.

상기 안착부(59)의 상단에는 이동부재(62)의 이동을 차단하는 걸림턱(56)이 마련될 수 있다. 즉, 상기 걸림턱(56)에 의하여 상기 이동부재(62)가 더 이상 내려오지 못하도록 차단할 수 있다.

하우징(52)은 상기 걸림턱(56)의 상방에 상기 하우징(52)의 측벽을 관통하는 통기공(58)을 더 포함할 수 있다.

상기 통기공(58)은 하우징(52) 내부의 공기가 하우징(52) 외부와 소통할 수 있도록 한다.

상기 하우징(52)은 상기 통기공(58)의 상방에 마개(60)를 더 포함할 수 있다.

상기 마개(60)는 이동부재(62)가 빠지지 않도록 할 수 있다. 즉, 마개(60)는 상기 하우징(52)의 개구 정도가 상기 이동부재(62)의 상단보다 좁게 형성되도록 함으로써, 이동부재(62)가 벗어나지 못하도록 할 수 있다.

또한 하우징(52)에서 액체시약과 접할 수 있는 내부 표면은 친수성(hydrophilic) 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 옥시전 플라즈마 처리 또는 친수성 코팅을 통하여 하우징(52)의 일 표면이 친수성을 띄도록 처리될 수 있다. 친수성 물질에 따른 효과는 이후에 상술하기로 한다.

한편, 상기 마개(60)는 후술할 가압부(180)가 통과할 수 있는 정도의 폭을 가질 수 있다.

추가적으로, 하우징(52)은 일체형이 아니라 복수의 부분, 예를 들어, 하부 하우징(54)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 하부 하우징(54)은 상기 하부 하우징(54)의 상면의 일 영역을 안착부(59)로 제공함으로써, 액체시약용기(68)를 하우징(52)에 안착시키는 것을 용이하게 할 수 있다. 즉, 하부 하우징(54)이 제공된 상태에서, 액체시약용기(68)를 하부 하우징(54)에 위치시키고, 하우징(52)을 하부 하우징(54)과 결합시킬 수 있다. 이때, 결합은 예를 들어 본딩(bonding)을 할 수 있다.

하부 하우징(54)에서 액체시약과 접할 수 있는 내부 표면도 친수성 처리될 수 있다.

또한, 하우징(52)은 유지턱(57)을 더 포함할 수 있다.

유지턱(57)은 상기 이동부재(62)가 초기에 위치할 자리에 유지될 수 있도록 할 수 있다. 예를 들어, 이동부재(62)의 측면 둘레에 있는 링(66)의 폭보다 유지턱(57)의 폭이 좁게 형성됨으로써, 이동부재(62)가 유지턱(57)에 위치할 수 있도록 할 수 있다.

이동부재(62)는 상기 하우징(52)의 측벽을 따라서 이동하며, 액체시약용기(68)를 깨뜨리고, 액체시약용기(68)에 담겨있는 시약이 검출부(30)로 필요한 양 만큼 적시에 이동할 수 있도록 액체시약을 공급하는 기능을 제공할 수 있다. 동작 방법에 대해서는 이후 상술하기로 한다.

이동부재(62)는 하우징(52)의 측벽을 따라서 유지턱(57)에서 걸림턱(56) 사이를 이동할 수 있다.

이동부재(62)는 충돌부재(64)를 더 포함할 수 있다. 충돌부재(64)는 액체시약용기(68)를 파괴할 수 있도록 액체시약용기(68)와 접하게 되는 면이 뾰족하게 형성될 수 있다. 또한, 상기 파괴는 상기 액체시약용기(68)에 단순히 구멍을 내어 상기 액체시약용기(68)에 포함된 액체시약을 방출시키는 것을 포함할 수 있다.

이동부재(62)는 링(66)을 측면에 포함할 수 있다. 링(66)은 하우징(52)의 측면과 이동부재(62) 사이에 마찰력을 제공할 수 있다. 즉, 이동부재(62)에 외부에서 일정 이상의 힘이 작용하지 않는 경우에는 이동부재(62)는 제자리에 위치하게 될 수 있다. 또한, 링(66)은 이동부재(62)와 상기 통기공(58)의 상대적인 위치에 따라서 통기공(58)을 막을 수 있다. 따라서, 하우징(52) 내부는 가이드부(70)를 제외하고는 외부와 단절될 수 있다.

액체시약용기(68)는 검출부(30)에서의 전기적 신호 생성을 위해 필요한 검출시료, 예를 들어, 기질 및/또는 워싱 용액 등을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이 기질은 상기 효소와 반응하여 전자를 생성할 수 있는 화학 물질을 말하는 것이고, 워싱 용액은 검출부(30)에 존재하는 불순물을 씻어내기 위한 용액을 말하는 것이다.

또한 추가적으로 액체시약용기(68)에는 효소접합항체(90)가 포함될 수 있다. 이 경우에, 검출부(30)에 특정 물질(80)이 고정항체(84)하고만 결합된 상태로 있는 경우에 액체시약용기(68)에 포함된 효소접합항체(90)를 투입하여 제 2 결합물(90b)을 생성할 수 있다. 카트리지(1)는 저장소(34)를 구비되지 않아도 될 수 있다.

액체시약용기(68)는 외부의 습도와 기체의 침투에 대한 내구성이 강한 물질로 제작되며, 유리, 플라스틱, 호일(foil)등이 사용될 수 있다.

액체시약용기(68)의 형태는 봉(rod), 원형, 구(sphere)등 다양한 형상이 될 수 있으며, 상기 안착부(59)는 액체시약용기(68)의 형태에 상응하도록 마련될 수 있다.

가이드부(70)는 하우징(52)에서 방출된 시약이 이동할 수 있는 통로를 제공할 수 있다. 이를 위하여, 가이드부(70)의 일단은 하우징(52)의 일 개구와 연통할 수 있도록 연결되고 가이드부(70)의 타단은 채널(24)을 통하여 액체시약을 검출부(30)로 보낼 수 있도록 제공될 수 있다.

가이드부(70)는 채널(24)과의 연결을 위하여 전체가 미소유체채널로 구성되거나, 채널(24)과 연결되는 부분만 미소유체채널로 구성될 수 있다.

가이드부(70)는 수용부(72)를 포함할 수 있다.

수용부(72)는 가이드부(70)를 따라서 액체시약용기의 파편이 흐르지 않도록 할 수 있다. 즉, 액체시약용기의 파편은 액체시약보다 상대적으로 밀도가 높으므로, 수용부(72)로 가라앉게 되어 검출부(30)로 액체시약용기 파편이 유입되지 않을 수 있다. 또는, 액체시약용기의 파편을 거를 수 있도록 일종의 거름망으로 이루어질 수 도 있다.

한편, 이동부재(62)를 누르는 동작은 리더(100)의 제어부(170)에 의하여 제어될 수 있다. 즉, 제어부(170)는 언제, 얼마나 이동부재(62)를 이동시킬지, 언제 액체시약용기(68)를 파괴할 지, 언제, 얼마만큼씩, 액체시약을 검출부(30)로 유입시킬지 결정할 수 있다.

또한, 리더(100)는 이동부재(62)를 누르는 가압부를 통하여 이동부재(62)를 정해진 방향으로 이동시킬 수 있다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체시약방출구조체의 동작방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 5a은 이동부재(62)가 하우징(52) 측벽을 따라서 이동하면서, 이동부재(62)의 충돌부재(64)가 액체시약용기(68)를 파괴하는 순간을 도시한다.

이러한 과정을 상술하면 다음과 같다.

제어부(170)는, 예를 들어, 선형모터를 통하여 가압부(180)가 이동부재(62)를 밀수 있도록 가압부(180)를 제어할 수 있다. 이동부재(62)는 가압부(180)의 누름에 의하여 유지턱(57)을 벗어나 이동할 수 있다. 즉, 가압부(180)의 누름에 의하여 이동부재(62) 측면을 감싸는 링(66)이 변형함으로써, 이동부재(62)가 유지턱(57)을 벗어나 이동할 수 있다. 이때, 변형된 링(66)은 이동부재(62)와 하우징(52)의 측벽 사이에 마찰력을 제공할 수 있다. 한편, 이동부재(62)의 하부에 위치하고 있는 충돌부재(64)는 액체시약용기(68)와 충돌하게 된다. 따라서, 액체시약용기(68)는 파괴되어 액체시약용기에 포함된 액체시약을 방출하게 된다.

방출된 액체시약은 하우징(52)의 개구를 통하여 가이드부(70)로 진입할 수 있다. 하우징(52)의 표면이 친수성으로 이루어져 있으므로, 가이드부(70)에 진입된 액체시약은 연속된 스트림(stream)을 형성할 수 있다. 즉, 가이드부(70)에 진입된 액체시약은 하나의 덩어리로 이루어지며, 액체시약의 사이 사이에 공기층이 형성되지 않을 수 있다.

친수성 소재의 역할을 상술하면 다음과 같다. 친수성 소재는 액체시약과 친밀도가 높다. 따라서, 액체시약은 친수성 소재 표면을 따라서 큰 덩어리를 이루어 흐르게 됨으로써, 액체시약 사이에 공기층이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 또한 친수성 소재는 공기와 친밀도가 낮다. 따라서, 공기층이 하우징(52) 표면에 부착되어 액체시약 사이에 갇히게 되는 것을 방지할 수 있다.

친수성 표면이 마련됨으로써, 방출된 액체시약이 하나의 스트림을 형성하여 가이드부(70)로 유입됨으로써, 공기층이 채널(24) 및/또는 가이드부(70)를 흐르는 액체시약의 유동을 막는 현상을 방지할 수 있다.

도 5b는 이동부재(62)가 하우징(52) 측벽을 따라서 이동하면서, 방출된 액체시약을 가이드부(70)로 주입하는 것을 도시한다.

상기 설명한 바와 같이 제어부(170)는 가압부(180)를 통하여 이동부재(62)를 이동시킬 수 있다.

따라서, 하우징(52) 내부압을 통하여 액체시약을 가이드부(70)로 이동시킬 수 있다.

한편, 액체시약용기(68)가 파괴된 상태에서, 통기공(58)은 열려있는 상태일 수 있다. 즉, 통기공(58)을 통하여, 하우징(52) 내부의 공기가 외부로 빠져나갈 수 있으므로, 방출된 액체시약이 하나의 스트림을 형성할 수 있도록 할 수 있다.

이를 위하여, 안착부(59)와 통기공(58) 사이의 길이(H2)는 링(66)과 충돌부재(64)의 최하점 사이의 길이(H1)보다 짧게 형성될 수 있다.

도 5c는 이동부재(62)가 하우징(52) 측벽을 따라서 이동하면서, 방출된 액체시약을 검출부(30)로 주입하는 것을 도시한다.

이동부재(62)는 하우징(52) 측벽을 따라서 이동하면서 통기공(58)을 막을 수 있다. 즉, 하우징(52)의 내부가 외부와 차단될 수 있다.

또한, 방출된 액체시약은 가이드부(70)를 따라서 검출부(30)로 이동할 수 있다. 방출된 액체시약에 포함된 워싱 용액은 검출부(30)에 있는 불순물을 제거할 수 있다. 즉, 제 2 결합물(90b)만 검출부(30)에 남아 있도록 워싱 용액을 공급할 수 있다.

워싱 용액으로 검출부(30)를 씻어낸 후에는 액체시약에 포함된 기질이 효소(81)와 반응할 수 있도록 하여야 한다. 즉, 효소와 기질이 반응할 수 있도록, 액체시약에 포함된 기질이 일정 시간 검출부(30)에 머물러 있어야 한다. 통기공(58)이 차단된 상태이므로 이동부재(62)는 이동을 잠시 멈춤으로써, 액체시약이 검출부(30) 상에 머물게 할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체시약방출구조체(50)는 액체시약의 이동 정도를 자유로이 조절할 수 있다.

따라서 검출부(30)에서는 전극(36)에 산화전압을 인가하여, 효소와 반응된 기질로부터 전자를 생성할 수 있다. 그리고 리더(100)의 분석부(120)는 생성된 전자의 정도, 즉 전류의 세기를 기초로 혈액샘플에 포함된 특정 물질(80)의 양을 측정할 수 있다.

한편, 이동부재(62)는 액체시약을 모두 검출부(30)로 방출하고 나면, 걸림턱(56)에 의하여 더 이상의 이동이 차단될 수 있다.

또한, 액체시약방출구조체(50)에는 복수 개의 액체시약용기(68)를 안착시킬 수 있다. 복수 개의 액체시약용기(68)는 직렬로 또는 병렬로 위치할 수 있다. 복수 개의 액체시약용기(68)가 직렬로 위치하는 경우에는 이동부재(62)가 순차적으로 액체시약용기(68)를 파괴할 수 있도록 마련될 수 있다. 또한 복수 개의 액체시약용기(68)가 병렬로 위치하는 경우에는 액체시약용기(68)에 상응하도록 복수 개의 이동부재(62)가 마련될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지 및 리더의 작동 순서를 설명하기 위한 순서도이다.

카트리지(1), 카트리지에 포함된 액체시약방출구조체(50), 리더(100) 간에 혈액샘플에 포함된 특정 물질(80)의 양을 측정하기 위한 방법을 개시한다.

혈액샘플은 유입구(10)를 통하여 카트리지(1)에 유입될 수 있다(S610).

유입된 혈액샘플에 포함된 특정 물질(80)은 저장소(34)에서 효소접합항체(90)와 결합하여 제 1 결합물(90a)을 생성할 수 있다(S620).

제 1 결합물(90a)은 검출부(30)에서 제 2 결합물(90b)을 생성할 수 있다(S630).

카트리지(1)는 리더(100)와 연결될 수 있다(S640).

카트리지(1)와 리더(100)의 연결은 혈액샘플을 카트리지(1)에 유입한 후, 임의의 시점에 연결할 수 있다. 즉, 제 1 결합물 및/또는 제 2 결합물을 생성하기 전에 연결될 수 있다.

리더(100)의 제어부(170)는 가압부(180)를 통하여 이동부재(62)를 이동시켜, 액체시약용기(68)를 파괴할 수 있다(S650).

상술한 바와 같이, 액체시약용기에 담겨 있는 액체시약은 하나의 덩어리 즉, 하나의 스트림을 형성하여 가이드부(70)로 모일 수 있다.

제어부(170)는 가압부(180)를 통하여 이동부재(62)를 더 이동시켜서, 액체시약을 검출부(30)로 이동시킬 수 있다.

이때, 액체시약에 포함된 워싱 용액이 검출부(30)를 씻을 수 있도록, 가압부(180)는 이동부재(62)를 밀 수 있다. 소정의 시간 동안 검출부(30)가 워싱되고 나면, 제어부(170)는 가압부(180)의 이동을 멈춘다. 즉, 액체시약에 포함된 기질이 검출부(30)에 일정시간 머물 수 있으므로, 기질과 효소가 반응할 수 있는 시간을 확보할 수 있다.

제어부(170)는 전극 연결부를 통하여 전극(36)에 산화전압을 인가할 수 있다(S660).

효소와 반응된 기질에 산화전압을 인가하여 전자를 생성할 수 있다.

단, 산화전압을 인가하는 단계는 보다 먼저 수행될 수 있다.

분석부(120)는 검출부(30)에서 측정된 전류의 세기를 기초로 혈액샘플에 포함된 특정 물질(80)의 양을 획득할 수 있다(S670).

제어부(170)는 혈액샘플에 포함된 특정 물질(80)의 양을 디스플레이부(130)에 출력할 수 있다(S680).

한편, 카트리지(1)가 저장소(34)를 구비하지 않은 경우에는, 특정 물질(80)이 고정항체(84)와 검출부(30)에서 먼저 결합할 수 있다. 이후, 액체시약방출구조체(50)에서 유입되는 효소접합항체(90)와 특정 물질(80)이 결합하여 제 2 결합물(90b)을 생성할 수 있다. 기타 단계는 상기 설명한 내용과 동일할 수 있다.

이상의 과정을 통하여, 혈액샘플에 포함된 특정 물질의 양을 측정할 때, 워싱 용액 및/또는 기질을 포함한 액체시약을 적시에 정량씩 공급하여, 특정 물질의 양에 상응하는 전류를 생성하여 특정 물질의 양 및/또는 농도를 측정할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

액체시약방출구조체(50) 제어부(170)
통공부(58) 하우징(52)

Claims (9)

1. 혈액샘플(blood sample)이 유입되는 유입구;
   상기 혈액샘플에 포함된 특정 물질을 검출하는 검출부;
   상기 혈액샘플의 이동경로를 제공하는 미소유체 채널(microfluidic channel); 및
   상기 특정 물질을 검출하기 위한 액체시약을 공급하는 액체시약방출구조체를 포함하되,
   상기 액체시약방출구조체는,
   상기 액체시약방출구조체의 일 단부에 위치하고 상기 액체시약을 상기 액체시약방출구조체 밖으로 유출하는 개구부, 상기 액체시약방출구조체의 측벽에 위치하는 통공부, 및 상기 통공부와 상기 개구부 사이에 위치하고 상기 액체시약이 담겨있는 액체시약용기가 안착되는 안착부를 포함하는 하우징;
   상기 측벽에 밀착하여 움직이고 하단이 상기 측별에 밀착하는 부분의 단면보다 좁은 단면을 가지는는 이동부재; 및
   상기 하우징 측벽에서 미끄러지지 않도록 상기 이동부재의 측면에 링(ring);을 포함하고,
   상기 이동부재는, 상기 이동부재의 위치에 따라서 상기 통공부를 개폐하고 상기 액체시약용기를 파괴하되, 상기 액체시약방출구조체에 복수 개의 액체시약용기가 중력 방향에 수직으로 배치된 경우, 상기 이동부재의 이동 거리에 따라 상기 복수 개의 액체시약용기를 순차적으로 파괴하고,
   상기 통공부와 상기 안착부 사이의 거리는, 상기 링과 상기 이동부재의 최하점 사이의 거리보다 짧게 형성되어, 상기 이동부재를 이동시켜, 상기 통공부를 차단하고, 상기 이동부재를 이동시킨 후 상기 이동부재의 이동을 멈추면 액체시약이 검출부에 머무르도록 제어하는 것을 특징으로 하는 샘플분석 카트리지.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징은,
   상기 통공부가 형성된 상단 하우징과 상기 개구부가 형성된 하단 하우징으로 이루어지는,
   샘플분석 카트리지.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징은,
   상기 측벽의 일부분이 친수성인
   샘플분석 카트리지.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 액체시약용기에서 방출된 상기 액체시약의 이동경로를 제공하는 가이드부를 더 포함하는
   샘플분석 카트리지.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 가이드부는,
   상기 액체시약용기의 파편을 수용하는 수용부를 포함하는
   샘플분석 카트리지.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 샘플분석 카트리지와 연결되는 리더(reader)에 있어서,
   상기 리더는 분석부 및 가압부를 포함하며,
   상기 분석부는,
   상기 검출부로부터 상기 특정 물질의 양에 상응하는 전기 신호를 수신하여, 특정 물질의 양을 분석하며
   상기 가압부는,
   상기 이동부재를 이동시키되, 상기 이동부재의 이동 정보에 따라 상기 액체시약의 이동 정보를 조절하는 것을 특징으로 하는,
   샘플분석 카트리지 리더.
9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 샘플분석 카트리지와 연결되는 리더의 제어방법에 있어서,
   상기 이동부재를 이동시켜 복수 개의 액체시약용기를 순차적으로 파괴하는 제 1 이동단계;
   상기 이동부재를 이동시켜 상기 통공부를 막음으로써, 상기 하우징 내부의 공기가 상기 하우징의 외부로 빠져나가지 못하게 하는 제 2 이동단계; 및
   상기 통공부가 막힌 상태에서 상기 이동부재를 일정 시간 멈추어 상기 액체시약이 검출부에 머무르도록 제어하는 제어단계;를 포함하는,
   샘플분석 카트리지 리더의 제어방법.
   
   
   

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