KR101876360B1 - 교류 주파수를 제어하는 임피던스 테스팅 - Google Patents
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Abstract
제어기는, 주파수 소스가 교류 전류의 상이한 비-제로 주파수를 상이한 시간에 미세유체 채널 내의 전기 센서에 선택적으로 인가하도록 제어하는 제어 신호를 출력한다.
Description
본 출원은 출원인이 니콜라스 맥기네스(Nicholas McGuinness) 등이고, 발명의 명칭이 "MICROFLUIDIC SENSING DEVICE"이며 2014 년 1 월 30 일에 출원된 동시-계류중인 PCT/US2014/13748 호에 대한 우선권을 주장하는데, 이것의 전체 개시 내용은 본 명세서에 원용에 의해 통합된다.
질병 및 그 외의 건강과 관련된 이슈들을 식별하기 위하여, 혈액 샘플과 같은 유체 샘플이 임상 진단을 위해 자주 채취되고 분석된다. 이러한 진단을 위하여, 많은 상이한 테스트들이 유체에 수행되는데, 이를 위하여 여러 상이한 유체 샘플들이 필요하다. 예를 들어, 이러한 유체 테스팅은 흔히 셀 또는 입자의 크기를 식별하는 것과 이러한 셀 또는 입자의 개수를 식별하는 것을 수반한다. 많은 상이한 테스트들을 수행하려면 흔히 다수의 상이한 유체 테스팅 시스템이 필요하다. 벤치탑(benchtop) 테스팅 시스템과 같은 이러한 현존하는 유체 테스팅 시스템들은 크기가 크고 번거로우며 사용하기가 어렵다.
도 1 은 현존하는 유체 테스팅 시스템의 개략도이다.
도 2 는 도 1 의 유체 테스팅 시스템의 예시적인 전기 센서의 개략도이다.
도 3 은 유체 테스팅의 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 4 는 다른 유체 테스팅 시스템의 개략도이다.
도 5 는 유체 테스팅을 위한 다른 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 6a 는 유체 테스팅을 위한 다른 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 6b 는 예시적인 연속 교류 주파수 스캔 프로파일을 예시하는 도면이다.
도 6c 는 예시적인 간헐적 교류 주파수 스캔 프로파일을 예시하는 도면이다.
도 7 은 다른 예시적인 유체 테스팅 시스템의 개략도이다.
도 8 은 예시적인 카세트의 사시도이다.
도 9a 는 외관이 변경된 도 8 의 카세트의 단면도이다.
도 9b 는 일부가 생략되거나 투명하게 도시된 도 9a 의 카세트의 사시도이다.
도 9c 는 일부가 생략되거나 투명하게 도시된 도 9a 의 카세트의 상면도이다.
도 10a 는 예시적인 미세유체 카세트 및 펀넬(funnel)을 지지하는 예시적인 카세트 보드의 상면도이다.
도 10b 는 도 10a 의 카세트 보드의 저면도이다.
도 11 은 도 10a 의 카세트 보드의 일부의 부분 단면도이다.
도 12 는 도 8 및 도 9a 의 카세트의 미세유체 칩의 다른 예의 상면도이다.
도 13 은 도 12 의 미세유체 칩의 예시적인 감지 영역의 부분적인 확대 상면도이다.
도 14 는 예시적인 미세유체 채널 내의 예시적인 전기 센서를 도시하는, 예시적인 미세유체 칩의 부분 상면도이다.
도 15 는 예시적인 셀에 대한 미세유체 채널의 예시적인 협색(constriction)의 부피를 예시하는 도면이다.
도 16 은 전기장의 생성과 전기장을 통과할 셀의 상대 크기를 예시하는, 예시적인 전기 센서를 포함하는 예시적인 미세유체 채널의 도면이다.
도 17 은 도 8 및 도 9a 의 카세트에서 사용가능한 다른 예시적인 미세유체 칩의 부분 상면도이다.
도 18 은 예시적인 미세유체 채널부를 예시하는, 도 8 및 도 9a 의 카세트에서 사용가능한 다른 예시적인 미세유체 칩의 부분 상면도이다.
도 19 는 미세유체 채널부 내의 예시적인 펌프 및 센서를 예시하는, 도 18 의 미세유체 칩의 부분 상면도이다.
도 20 은 도 8 및 도 9a 의 카세트에서 사용가능한 다른 예시적인 미세유체 칩의 부분 상면도이다.
도 21 은 예시적인 임피던스 감지 회로의 개략도이다.
도 22 는 도 7 의 유체 테스팅 시스템에 의하여 수행되는 예시적인 멀티-쓰레딩 방법을 예시하는 도면이다.
도 2 는 도 1 의 유체 테스팅 시스템의 예시적인 전기 센서의 개략도이다.
도 3 은 유체 테스팅의 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 4 는 다른 유체 테스팅 시스템의 개략도이다.
도 5 는 유체 테스팅을 위한 다른 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 6a 는 유체 테스팅을 위한 다른 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 6b 는 예시적인 연속 교류 주파수 스캔 프로파일을 예시하는 도면이다.
도 6c 는 예시적인 간헐적 교류 주파수 스캔 프로파일을 예시하는 도면이다.
도 7 은 다른 예시적인 유체 테스팅 시스템의 개략도이다.
도 8 은 예시적인 카세트의 사시도이다.
도 9a 는 외관이 변경된 도 8 의 카세트의 단면도이다.
도 9b 는 일부가 생략되거나 투명하게 도시된 도 9a 의 카세트의 사시도이다.
도 9c 는 일부가 생략되거나 투명하게 도시된 도 9a 의 카세트의 상면도이다.
도 10a 는 예시적인 미세유체 카세트 및 펀넬(funnel)을 지지하는 예시적인 카세트 보드의 상면도이다.
도 10b 는 도 10a 의 카세트 보드의 저면도이다.
도 11 은 도 10a 의 카세트 보드의 일부의 부분 단면도이다.
도 12 는 도 8 및 도 9a 의 카세트의 미세유체 칩의 다른 예의 상면도이다.
도 13 은 도 12 의 미세유체 칩의 예시적인 감지 영역의 부분적인 확대 상면도이다.
도 14 는 예시적인 미세유체 채널 내의 예시적인 전기 센서를 도시하는, 예시적인 미세유체 칩의 부분 상면도이다.
도 15 는 예시적인 셀에 대한 미세유체 채널의 예시적인 협색(constriction)의 부피를 예시하는 도면이다.
도 16 은 전기장의 생성과 전기장을 통과할 셀의 상대 크기를 예시하는, 예시적인 전기 센서를 포함하는 예시적인 미세유체 채널의 도면이다.
도 17 은 도 8 및 도 9a 의 카세트에서 사용가능한 다른 예시적인 미세유체 칩의 부분 상면도이다.
도 18 은 예시적인 미세유체 채널부를 예시하는, 도 8 및 도 9a 의 카세트에서 사용가능한 다른 예시적인 미세유체 칩의 부분 상면도이다.
도 19 는 미세유체 채널부 내의 예시적인 펌프 및 센서를 예시하는, 도 18 의 미세유체 칩의 부분 상면도이다.
도 20 은 도 8 및 도 9a 의 카세트에서 사용가능한 다른 예시적인 미세유체 칩의 부분 상면도이다.
도 21 은 예시적인 임피던스 감지 회로의 개략도이다.
도 22 는 도 7 의 유체 테스팅 시스템에 의하여 수행되는 예시적인 멀티-쓰레딩 방법을 예시하는 도면이다.
도 1 은 예시적인 유체 테스팅 시스템(20)을 개략적으로 도시한다. 이하 설명되는 바와 같이, 유체 테스팅 시스템(20)은 단일 유체 샘플에 다수의 상이한 테스트를 수행하는 단일 플랫폼을 제공한다. 테스팅 시스템(20)이 단일 유체 샘플을 사용하여 테스트되는 유체의 다수의 상이한 특성 또는 파라미터에 대한 데이터를 생성하기 때문에, 시스템(20)은 이러한 테스팅 및 진단이 단일 테스팅 시스템으로써 수행되게 한다. 더욱이, 테스팅 시스템(20)은 채취되어야 하는 유체 샘플 또는 혈액 샘플을 개수를 감소시키고, 이러한 테스팅의 결과로 얻어지는 잠재적으로 위험한 의학적 폐기물의 양을 감소시킨다.
유체 테스팅 시스템(20)은 기판(32), 미세유체 채널(36), 전기 센서(38), 주파수 소스(62) 및 주파수 제어기(64)를 포함한다. 채널(36)은 테스트되는 유체 샘플의 유체를 디렉팅하고 가이드하는 유체 채널 또는 통로를 포함한다. 일 구현형태에서, 채널(36)이 미세유체 칩의 기판 내에 형성되고, 입구(미도시)로부터 연장하여 전기 센서(38)를 가로질러 유체 샘플의 일부를 디렉팅한다. 일 구현형태에서, 채널(36)은 유체를 순환시키기 위하여 유체를 미세유체 칩의 저장소로 다시 디렉팅한다. 다른 구현형태에서, 미세유체 채널(36)은 유체를 방출 저장소 또는 방출 포트로 다시 디렉팅한다. 또 다른 구현형태에서, 채널(36)은 다른 유체 목적지로 연장된다.
전기 센서(38)는 채널(36) 내의 기판(32) 상에 형성된 미세-제작 디바이스를 포함한다. 도시된 예에서, 센서(38)는 채널(36)을 통과하여 흐르는 유체 및/또는 유체의 셀/입자의 성질, 파라미터 또는 특성을 표시하고 측정하는 전기 신호를 출력하거나 전기 신호가 변경되게 하도록 설계된 미세-디바이스를 포함한다. 도시된 예에서, 센서(38)는 전기 센서로서 사용된다. 전기 센서는 전기 신호의 변화에 기초하여, 채널을 통과하여 흐르는 상이한 크기의 입자 또는 셀에 의하여 유발되는 전기적 임피던스를 직접적으로 반영하는 신호를 출력한다. 일 구현형태에서, 센서(38)는 채널(36)의 표면 내에 형성되거나 표면 내에 통합된 전기적으로 충전된 전극 및 전기적으로 접지된 전극을 포함한다. 일 구현형태에서, 전기 센서(38)는 임의의 시점에서 센서(38)에 반대이거나 센서(38)를 통과해서 지나가는 셀 또는 입자의 개수 또는 양을 표시하는 신호를 출력한다. 전기 센서(38)는 이러한 개개의 셀 또는 입자의 특성, 예컨대 셀 또는 입자의 크기 또는 기타 등등을 표시하는 신호를 출력한다.
주파수 소스(62)는 교류 전류의 상이한 비-제로 주파수의 적어도 하나의 소스를 포함한다. 일 구현형태에서, 주파수 소스(62)는 개개의 전기 센서(38)에 대해 전용인 개개의 주파수 소스를 포함한다. 다른 구현형태에서, 주파수 소스(62)는 교류 전류의 상이한 비-제로 주파수를 상이한 전기 센서(38)에 선택적으로 인가하거나, 교류 전류의 상이한 비-제로 주파수를 상이한 전기 센서(38)에 동시에 공급하는 단일 주파수 소스를 포함한다.
일 구현형태에서, 주파수 소스(62)는 석영 또는 표면 탄성파(surface acoustic wave; SAW) 발진기, 수치 제어 발진기 및 디지털-아날로그 컨버터와 같은 주파수 기준을 포함하는 다이렉트 디지털 합성기를 포함한다. 다른 구현형태에서, 주파수 소스(62)는 아날로그 또는 위상-잠금 루프(phase-locked loop; PLL) 주파수 소스를 포함한다. 일 구현형태에서, 주파수 소스(62)는 개개의 셀의 크기를 용이하게 결정하기 위하여 교류 전류의 제 1 의 더 낮은 비-제로 주파수를 전기 센서(38)에 인가하고, 다른 성질을 용이하게 결정하기 위하여 교류 전류의 제 2 의 더 높은 비-제로 주파수를 전기 센서(38)에 인가하도록 설계된다. 일 구현형태에서, 주파수 소스(62)는 센서(38)의 각각을 통과하는 셀 또는 입자의 개수의 카운팅을 용이하게 하도록 그 외의 비-제로 주파수를 인가하도록 설계된다.
주파수 제어기(64)는 전기 센서(38)로 교류 전류의 그 외의 비-제로 주파수를 인가하는 것을 제어한다. 일 구현형태에서, 주파수 제어기(64)는 전기 센서(38)에 인가된 교류 전류의 상이한 비-제로 주파수를 사용자가 용이하게 선택하게 한다. 주파수 제어기(64)는 처리 유닛(66) 및 메모리(68)를 포함한다. 처리 유닛은 메모리(68) 내에 포함된 명령을 따라 동작하여 주파수 소스(62)의 동작을 지시하는 제어 신호를 출력한다. 본 출원의 목적을 달성하기 위하여, "처리 유닛"이라는 용어는 메모리에 포함된 명령들의 시퀀스를 수행하는 현재 개발되었거나 장래에 개발될 처리 유닛을 의미할 것이다. 명령들의 시퀀스를 실행하면 처리 유닛이 제어 신호를 생성하는 것과 같은 동작을 수행하게 한다. 명령들은 처리 유닛에 의해 실행되기 위하여 판독 전용 메모리(ROM), 대량 저장 디바이스, 또는 프로그램 로직 또는 로직 인코딩을 포함하는 몇 가지 다른 영구 저장소 또는 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체로부터 랜덤 액세스 메모리(RAM)로 로딩될 수 있다. 다른 구현형태들에서, 유선 회로부가 설명된 기능들을 구현하도록 머신 판독가능 명령 대신에 또는 이것과 조합되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 제어기(64)는 주문형 집적회로(ASICs)의 일부로서 구현될 수도 있다. 특별히 그렇지 않다고 표시되지 않으면, 제어기(64)는 하드웨어 회로부와 머신 판독가능 명령의 임의의 특정 조합으로도, 처리 유닛에 의하여 실행되는 명령들에 대한 임의의 특정 소스로서 한정되지 않는다.
일 구현형태에서, 제어기(64)는 전기 센서(38)로 인가되는 교류 전류의 주파수를 전기 센서(38)의 실시간의 현재 성능에 기초하여 자동으로 동적 조절하여 시스템(20)의 성능을 개선한다. 예를 들어, 일 구현형태에서, 제어기(64)는 교류 전류의 제 1 비-제로 주파수를 전기 센서(38)로 인가하는 제어 신호를 출력한다. 교류 전류의 제 1 비-제로 주파수가 인가되는 도중에 전기 센서(38)로부터 수신되는 신호에 기초하여, 제어기(64)는 전기 센서(38)로 인가되는 교류 전류의 후속하여 인가된 주파수의 값을 조절한다. 제어기(64)는, 주파수 소스(62)가 교류 전류의 제 2 비-제로 주파수를 전기 센서(38)로 인가하도록 제어 신호를 출력하는데, 주파수 소스(62)에 의하여 전기 센서(38)로 인가되는 교류 전류의 제 2 비-제로 주파수의 값은 교류 전류의 제 1 비-제로 주파수가 인가되는 도중에 전기 센서(38)로부터 수신된 신호에 기초한다.
일 구현형태에서, 제어기(64)는 교류 전류의 상이한 비-제로 주파수를 선택적으로 인가하여 유체 샘플에 상이한 테스트를 수행한다. 주파수 소스(62)가 교류 전류의 상이한 비-제로 주파수를 전기 센서(38)로 인가하도록 제어기(64)가 유도하는 결과로서, 전기 센서(38)는 상이한 테스트를 수행하여 유체, 또는 그 안에 포함된 셀들의 상이한 성질 또는 특성을 표시할 수 있는 상이한 신호들을 출력한다. 이러한 상이한 테스트들은 유체 샘플이 하나의 테스팅 디바이스로부터 다른 디바이스로 전달될 필요가 없이 단일 유체 테스팅 플랫폼 상의 단일 유체 샘플에 수행된다. 결과적으로, 유체 샘플의 무결성이 유지되고, 다수의 상이한 테스트를 수행하는 비용 및 복잡성이 감소되며, 잠재적으로 생물학적 위해성 폐기물의 양도 역시 감소된다.
도 2 는 전기 센서(38) 중 적어도 하나의 예인 전기 센서(138)를 개략적으로 도시한다. 도 2 에 도시되는 바와 같이, 전기 센서(138)는 하부 전극(141, 143) 및 충전되거나 액티브인 상부 전극(145)을 포함한다. 액티브 상부 전극(145)은 하부 전극들(143) 사이에 샌드위치된다. 하부 전극(143)은 액티브 상부 전극(145)을 공유하는데, 전기장이 액티브 상부 전극(145)과 두 개의 하부 전극(141, 143) 각각 사이에 형성된다. 도시된 예에서, 하부 전극(141, 143)은 전기적으로 접지된다. 다른 구현형태에서, 하부 전극은 접지되지 않을 수도 있고, 반대로 플로팅 하부 전극일 수도 있다. 유체가 전극(141, 143, 145)을 거쳐 그리고 전기장을 통과하여 흐름에 따라, 유체 내의 입자 또는 셀들이 전기장의 임피던스에 영향을 준다. 이러한 임피던스가 감지되어 셀 또는 입자의 특성을 식별한다.
도 2 에 더 도시되는 바와 같이, 주파수 소스(62)는 액티브 전극(145)에 전기적으로 커플링되거나 연결되어 교류 전류의 제어된 비-제로 주파수를 액티브 상부 전극(145)으로 인가한다. 다른 구현형태들에서, 전기 센서(38)는 상이한 구성 또는 디자인을 가지고, 셀이 전기장을 통과하여 지나가는 데에 응답하여 교란되는 적어도 하나의 전기장이 생성된다.
도 3 은 전기 센서를 사용하여 유체의 셀 또는 입자의 상이한 특성을 감지하기 위한 예시적인 방법(200)의 도면이다. 일 구현형태에서, 방법(200)은 도 1 에 대해 위에서 설명된 시스템(20)에 의하여 수행된다. 블록 204 로 표시되는 바와 같이, 메모리(68)에 포함된 명령에 따라 제어기(64)는 제어 신호를 출력하여 주파수 소스(62)가 교류 전류의 제 1 비-제로 주파수를 전기 센서(38)로 인가하게 한다. 결과적으로, 제 1 전기장이 유체 채널(36) 내에 확립된다.
블록 206 으로 표시되는 바와 같이, 프로세서(66)는, 전기 센서(38)의 액티브 전극 또는 액티브 전극들로 인가되는 교류 전류의 제 1 주파수에 의하여 생성되는, 전기 센서(38)의 제 1 전기장을 통과하는 유체 샘플 또는 혈액 샘플의 흐름에 응답하여 발생하는 임피던스의 변화를 표시하는 신호를 수신한다. 프로세서(66)는 이러한 신호를 사용하여 전기장을 통과하여 흐르는 유체의 제 1 특성을 추정하거나 결정한다. 이러한 제 1 특성은 메모리(68)에 저장되고 및/또는 추가적 분석 또는 진단을 위해서 전달된다.
블록 208 로 표시되는 바와 같이, 메모리(68)에 포함된 명령에 따라서 제어기(64)는 제어 신호를 출력하여, 주파수 소스(62)가 교류 전류의 제 1 비-제로 주파수와 상이한 교류 전류의 제 2 비-제로 주파수를 전기 센서(38)로 인가하게 한다. 결과적으로, 제 2 전기장이 유체 채널(36) 내에 확립된다.
블록 210 으로 표시되는 바와 같이, 프로세서(66)는 전기 센서(38)의 제 2 전기장을 통과하는 유체 샘플 또는 혈액 샘플의 흐름에 응답하여 발생하는 임피던스의 변화를 표시하는 신호를 수신한다. 프로세서(66)는 이러한 신호를 사용하여 전기장을 통과하여 흐르는 유체의 제 2 특성을 추정하거나 결정하는데, 제 2 특성은 제 1 특성과 상이하다. 이러한 제 2 특성은 메모리(68)에 저장되고 및/또는 추가적 분석 또는 진단을 위해서 전달된다.
일 구현형태에서, 전기 센서(38)로 인가되는 교류 전류의 제 1 및 제 2 비-제로 주파수가, 전기 센서(38)를 통과하여 흐르는 유체의 상이한 특성을 검출하거나 이에 응답하도록 선택된다. 예를 들어, 일 구현형태에서, 교류 전류의 제 1 비-제로 주파수는 전기 센서(38)에 걸쳐 정렬하는 유체 내에 포함된 개개의 셀 또는 입자의 크기의 검출을 향상시키는 범위에 속하는 낮은 주파수이다. 이러한 구현형태에서, 교류 전류의 제 2 비-제로 주파수는 개개의 셀의 다른 특성의 검출을 향상시키는 더 높은 범위에 속하는 높은 주파수이다. 결과적으로, 교류 전류의 상이한 주파수에서 작동되는 단일 전기 센서(38)를 사용해서 개개의 셀에 대한 더 많은 양의 정보가 추출된다. 일 구현형태에서, 교류 전류의 제 1 비-제로 주파수는 N 내지 10 MHz까지의 주파수이다.
또 다른 구현형태에서, 교류 전류의 제 1 및 제 2 비-제로 주파수는 특정 시간 윈도우 동안 전기 센서(38)를 통과하여 흐르는 유체 내의 개개의 셀 또는 입자를 카운팅하는 동안 신뢰성을 향상시키도록 선택된다. 교류 전류의 다수의 상이한 비-제로 주파수에서 임피던스 변화를 감지함으로써, 셀이 통과하는 채널(36)의 미세유체 디자인에 영향을 더 적게 받는 결과가 획득될 수 있다. 결과적으로, 셀 타입을 정렬하고 구별하는 데에 있어서 더 큰 오차 허용이 획득된다.
도 4 는 유체 테스팅 시스템(20)의 예시적인 구현형태인 유체 테스팅 시스템(320)을 개략적으로 도시한다. 유체 테스팅 시스템(320)은 유체 테스팅 디바이스(330) 및 분석기(333)를 포함한다. 유체 테스팅 시스템(320)은, 유체 테스팅 시스템(320)이 메모리 입력부(350), 디스플레이(352) 및 메모리(364)를 포함하는 것으로 추가적으로 도시된다는 것 외에는 유체 테스팅 시스템(20)과 유사하다. 유체 테스팅 시스템(20)의 엘리먼트 또는 컴포넌트에 대응하는, 유체 테스팅 시스템(320)의 다른 엘리먼트 또는 컴포넌트들에는 유사한 번호가 부여된다.
입력부(350)는 사람이 커맨드, 선택 또는 데이터를 프로세서(66)로 입력할 수 있는 사용자 인터페이스를 포함한다. 입력부(350)의 예는 키보드, 터치스크린(일 구현형태에서 디스플레이(570)의 터치스크린), 터치패드, 마우스부, 푸시버튼 또는 슬라이더 바, 토글 스위치, 연관된 음성화 인식 프로그램을 가지는 마이크로폰 및 기타 등등을 포함하지만 그것들로 제한되지는 않는다. 일 구현형태에서, 입력부(350)는 채널(36) 내에 배치된 유체 샘플에 대해 실행될 상이한 테스트에 대응하는 교류 전류의 상이한 주파수들이 용이하게 입력되게 한다.
디스플레이(352)는 데이터가 시각적으로 제공되는 모니터 또는 스크린을 포함한다. 일 구현형태에서, 디스플레이(352)는 사용자가 상이한 테스트 또는 교류 전류의 상이한 비-제로 주파수를 용이하게 선택하게 한다. 일 구현형태에서, 디스플레이(352)는 입력부(350)로서의 역할을 하는 터치 스크린을 포함한다.
메모리(364)는 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 포함한다. 메모리(364)는, 메모리(364)가 애플리케이션 프로그램 모듈(368)을 포함하는 것으로 구체적으로 도시된다는 것을 제외하면 메모리(64)와 유사하다. 애플리케이션 프로그램 모듈(368)은 시스템(320)과 사용자 사이의 상호작용을 입력부(350) 및 디스플레이(352)를 통해 지시하는, 메모리(364)에 저장된 머신 판독가능 명령, 코드, 프로그래밍된 로직 또는 로직 인코딩을 포함한다. 애플리케이션 프로그램(368)은 도 5 에 도시된 방법(400)을 수행하는 것을 보조한다.
도 5 의 블록 404 로 표시되는 바와 같이, 애플리케이션 프로그램 모듈(368)은 프로세서(66)가, 사용자가 시스템(320)에 의하여 수행될 특정 유체 테스트를 선택하도록 독려하게 한다. 일 구현형태에서, 애플리케이션 프로그램 모듈(368)은 프로세서(66)가, 사용자가 선택하도록 상이한 테스트의 상이한 명칭을 디스플레이하거나 선택할 특성 또는 셀/입자 파라미터를 디스플레이하게 한다. 예를 들어, 프로세서(66)는 입력부(350)를 사용하여 사용자가 선택하도록 셀 카운트, 셀 크기 또는 몇 가지 다른 파라미터를 디스플레이할 수도 있다.
일 구현형태에서, 특정 유체 테스트를 선택하도록 사용자를 독려하기 이전에, 모듈(368)은 프로세서(66)가, 전기 센서(38)를 제공하는 유체 테스팅 디바이스를 점검하여 어떤 유체 테스트 또는 어떤 주파수 범위가 이용한지 또는 어떤 것에 대하여 유체 테스팅 디바이스가 제공할 수 있는지를 결정 또는 식별하게 지시한다. 이러한 구현형태에서, 모듈(368)은 유체 테스팅 디바이스(330)에 의하여 제공될 수 없는 유체 테스트들을 사용자에게 제공되는 유체 테스트의 가능한 선택의 목록 또는 메뉴로부터 자동으로 제거한다. 또 다른 구현형태에서, 모듈(368)은 유체 테스트의 풀 메뉴를 제공하지만, 현재의 유체 테스팅 디바이스(330)가 분석기(333)에 연결될 경우에 현재 이용가능하거나 선택가능하지 않은 그러한 특정 유체 테스트를 사용자에게 통지한다.
도 5 에서 블록 406 으로 표시되는 바와 같이, 프로세서(66)는 애플리케이션 프로그램 모듈(368)에 포함된 명령에 따라서, 전기 센서(38)에 인가될 교류 전류의 주파수에 대한 값 또는 값들을 수행될 유체 테스트에 대한 수신된 선택에 기초하여 선택한다. 일 구현형태에서, 프로세서(66)는 인가될 교류 전류의 특정 주파수를 식별한다. 다른 구현형태에서, 프로세서(26)는 전기 센서(38)로 인가될 주파수들의 특정 범위를 식별한다. 다른 구현형태에서, 프로세서(26)는 선택된 셀/입자 파라미터에 대한 선택된 유체 테스트를 수행하기 위하여 전기 센서(38)로 순차적으로 인가될 교류 전류의 복수 개의 상이한 주파수를 식별한다.
블록 406 이 생략되는 다른 구현형태에서, 애플리케이션 프로그램 모듈(368)은 사용자에 의하여 선택될 수 있는 테스팅에 대해 상이한 이용가능한 주파수 또는 주파수들 범위를 프로세서(66)가 디스플레이하게 한다. 예를 들어, 프로세서(66)는 다수의 상이한 이용가능한 주파수 범위를 디스플레이하거나, 사용자가 특정 주파수 값을 입력하거나 식별하도록 독려할 수 있다. 이러한 구현형태에서, 사용자는 유체 테스팅 도중에 전기 센서(38)로 인가될 교류 전류의 주파수, 교류 전류의 주파수들의 범위 또는 교류 전류의 복수 개의 다르거나 개별적인 주파수를 직접적으로 입력한다. 예를 들어, 모듈(368)은, 블록 404 에서 사용자에 의하여 선택된 특정 유체 테스트에 대한 결과의 정확도가 선정의된 시간 기간 동안 그리고 선정의된 순서로 3 개의 상이한 선결정된 주파수를 전기 센서(38)로 인가함으로써 향상될 수 있다고 결정할 수 있다.
블록 408 로 표시되는 바와 같이, 애플리케이션 프로그램 모듈(368)은, 주파수 소스(62)가 교류 전류의 선택되거나 식별된 주파수(또는 범위 또는 다수의 상이한 값)를 미세유체 채널(36) 내의 전기 센서(38)로 인가하게 하는 제어 신호를 프로세서(66)가 출력하게 지시한다. 위에서 언급된 바와 같이, 일 구현형태에서는 단일 주파수가 인가된다. 일 구현형태에서는, 단일의 변동하는 주파수가 인가되는데, 주파수는 값들의 선정의된 선택된 범위 내에서 요동할 수 있다. 또 다른 구현형태에서, 교류 전류의 복수 개의 상이한 선정의된 주파수들이 테스팅 도중에 순차적으로 인가된다.
도 5 에서 블록 410 으로 표시되는 바와 같이, 분석기(333)는 교류 전류의 선택된 주파수가 인가되는 것에 응답하여 전기 센서(38)로부터 신호를 수신하는데, 신호는 테스트되는 유체 샘플 또는 혈액 샘플의 특성 또는 파라미터를 표시하거나 이에 대응한다. 위에서 언급된 바와 같이, 하나의 사용자에 의하여 선택된 유체 테스트에서, 교류 전류의 인가된 주파수에 응답하여 전기 센서(38)로부터 수신된 신호가 반영되는 임피던스의 변화는 전기 센서(38) 인근에 있는 유체의 셀 또는 입자의 크기를 표시한다. 사용자에 의하여 선택된 다른 유체 테스트에서, 교류 전류의 인가된 주파수에 응답하여 전기 센서(38)로부터 수신된 신호가 반영되는 임피던스의 변화는 전기 센서(38) 인근에 있는 유체의 셀 또는 입자의 개수를 표시한다. 사용자에 의하여 선택된 또 다른 유체 테스트에서, 교류 전류의 인가된 주파수에 응답하여 전기 센서(38)로부터 수신된 신호가 반영되는 임피던스의 변화는 다른 에어크루 식스(aircrew six)가 셀 또는 입자의 파라미터라는 것을 표시한다. 테스트되는 특정 파라미터에 대해 가장 적합한 교류 전류의 그러한 특정 주파수들을 자동으로 식별하고 나서 식별된 주파수 또는 주파수들을 테스트 도중에 전기 센서(38)로 자동으로 인가함으로써, 유체 테스팅 시스템(320)은 더 정확하고 신뢰가능한 결과를 제공한다.
도 6a 는 유체 샘플을 테스트할 경우 유체 테스팅 시스템(320)에 의하여 수행될 수 있는 방법의 다른 예인 방법(500)의 흐름도이다. 일 구현형태에서, 유체 테스팅 시스템(320)은, 도 5 에서 도시되고 설명된 방법(400) 또는 후술되는 방법(500) 중 하나를 수행하면서, 사용자가 동작의 상이한 모드를 선택하도록 독려한다. 방법(500)이 개개의 파라미터 특성을 테스팅할 때에 주파수들의 범위 또는 스펙트럼에 걸쳐 교류 전류의 상이한 주파수들의 스캔을 이용한다는 것을 제외하고는, 방법(500)은 방법(400)과 유사하다.
블록 504 로 표시되는 바와 같이, 애플리케이션 프로그램 모듈(368)은, 사용자가 시스템(320)에 의하여 수행될 특정 유체 테스트를 선택하도록 프로세서(66)가 독려하도록 지시한다. 일 구현형태에서, 애플리케이션 프로그램 모듈(368)은 프로세서(66)가, 사용자가 선택하도록 상이한 테스트의 상이한 명칭을 디스플레이하거나 선택할 특성 또는 셀/입자 파라미터를 디스플레이하게 한다. 예를 들어, 프로세서(66)는 입력부(350)를 사용하여 사용자가 선택하도록 셀 카운트, 셀 크기 또는 몇 가지 다른 파라미터를 디스플레이할 수도 있다.
일 구현형태에서, 특정 유체 테스트를 선택하도록 사용자를 독려하기 이전에, 모듈(368)은 프로세서(66)가, 전기 센서(38)를 제공하는 유체 테스팅 디바이스를 점검하여 어떤 유체 테스트 또는 어떤 주파수 범위가 이용한지 또는 어떤 것에 대하여 유체 테스팅 디바이스가 제공할 수 있는지를 결정 또는 식별하게 지시한다. 이러한 구현형태에서, 모듈(368)은 유체 테스팅 디바이스(330)에 의하여 제공될 수 없는 유체 테스트들을 사용자에게 제공되는 유체 테스트의 가능한 선택의 목록 또는 메뉴로부터 자동으로 제거한다. 또 다른 구현형태에서, 모듈(368)은 유체 테스트의 풀 메뉴를 제공하지만, 현재의 유체 테스팅 디바이스(330)가 분석기(333)에 연결될 경우에 현재 이용가능하거나 선택가능하지 않은 그러한 특정 유체 테스트를 사용자에게 통지한다.
도 6a 에서 블록 506 으로 표시되는 바와 같이, 프로세서(66)는 애플리케이션 프로그램 모듈(368)에 포함된 명령에 따라서, 전기 센서(38)와의 테스팅 도중에 망라되거나 커버되어야 하는 교류 전류의 주파수들의 범위를 수행될 유체 테스트에 대한 수신된 선택에 기초하여 선택한다. 교류 전류의 인가된 주파수에서의 요동에 대한 오차 허용을 제공하는 범위인, 블록 406 에 대해서 위에서 설명된 범위와 대조되게, 블록 506 에서 식별되고 선택된 범위는 선정의된 스캔 프로파일에 따라서 교류 전류의 다수의 상이한 주파수가 전기 센서(38)로 인가되어야 할 범위이다. 블록 508 에서 범위는 테스팅 도중에 전기 센서(38)로 인가될 교류 전류의 일련의 상이한 주파수에 대한 종단점을 식별한다. 스캔 프로파일은 범위의 종단점들 사이의 특정 AC 주파수 값과 전기 센서(38)로 인가되는 그들의 타이밍을 표시한다.
일 구현형태 또는 사용자가 선택한 동작 모드에서, 프로세서(66)는 블록 504 에서 사용자에 의하여 선택된 유체 테스트에 가장 적합한 특정 범위를 식별하고, 스캔 프로파일은 상이한 범위 각각에 대해 동일한 디폴트 프로파일이다. 다른 구현형태 또는 사용자가 선택한 동작 모드에서, 프로세서(66)는 선택된 유체 테스트에 대해 가장 적합한 특정 스캔 범위를 자동으로 식별하는데, 사용자는 스캔 프로파일을 선택하도록 독려된다. 다른 구현형태 또는 사용자가 선택한 동작 모드에서, 모듈(368)에 포함된 명령에 따라서, 프로세서(66)는 블록 504 에서 사용자에 의하여 선택된 특정 유체 테스트에 대해 가장 적합한 범위뿐만 아니라, 블록 504 에서 사용자에 의하여 선택된 특정 유체 테스트에 대한 특정 범위용 특정 스캔 프로파일도 자동으로 식별한다. 또 다른 구현형태 또는 사용자가 선택가능한 동작 모드에서, 사용자는 특정 스캔 프로파일을 선택하도록 독려되고, 프로세서(66)는, 선택된 스캔 프로파일이 특정 선택된 유체 테스트에 대한 것이라면 가장 적합한 스캔 범위를 식별한다. 일 구현형태에서, 메모리(364) 또는 원격 메모리는 상이한 이용가능하거나 선택가능한 유체 테스트에 대한 상이한 스캔 프로파일 내의 상이한 스캔 프로파일 또는 유체 테스트가 수행될 수 있는 유체/셀/입자 파라미터를 식별하는 룩업 테이블을 포함한다.
도 6b 및 도 6c 는 상이한 스캔 프로파일들의 다양한 예를 도시한다. 도 6b 에 도시된 바와 같이, 일 구현형태에서, 범위의 종단점들(520, 530) 사이의 상이한 주파수들을 적용하는 것은 끊김이 없거나(unceasing), 인터럽트가 없거나(uninterrupted), 끊기지 않거나(unbroken) 또는 연속 방식으로 선정의된 어떤 시간 기간 동안 상승하거나 하강하는 연속 방식으로 이루어질 수 있다. 예시적인 주파수 스캔 프로파일(540)로 표시되는 바와 같이, 사용자가 선택한 하나의 동작 모드에서, 시스템(320)은 종단점들(520, 530) 사이에서 선형으로 증가한다. 예시적인 주파수 스캔 프로파일(542)로 표시되는 바와 같이, 사용자가 선택한 하나의 동작 모드에서, 시스템(320)은 연속 아치형 방식으로 인가된 주파수를 변경한다. 예시적인 주파수 스캔 프로파일(544)로 표시되는 바와 같이, 사용자가 선택한 하나의 동작 모드에서, 시스템(320)은 인가된 주파수를 다수의 중간 선형 증가 세그먼트를 거쳐 연속 방식으로 변경한다.
또 다른 동작 모드 또는 다른 구현형태에서, 도 6c 에 도시되는 바와 같이, 범위는 상부 및 하부 경계를 식별하는데, 유체 테스팅 시스템(333)은 서로 이격된 선정의된 시간에 종단점들(620, 630) 사이의 교류 전류의 일련의 상이한 주파수를 인가한다. 예를 들어, 시간 T0 에서, F0의 주파수가 인가된다. 시간 T1 에서, F1의 주파수가 인가된다. 시간 T2 에서, F2의 주파수가 인가되는 등이다.
비록 도 6c 가 종단점들(620, 630) 사이의 교류 전류의 5 개의 상이한 주파수가 인가되는 예시적인 스캔 프로파일(640)을 도시하지만, 다른 구현형태들 또는 다른 사용자가 선택가능한 모드에서는 이러한 상이한 주파수의 더 많거나 더 적은 수가 인가될 수 있다. 비록 도 6c 가 실질적으로 균일한 시간 기간만큼 주기적으로 시간이 이격되는 상이한 주파수가 인가되는 것을 도시하지만, 다른 구현형태들에서 또는 다른 사용자가 선택가능한 모드에서, 상이한 주파수는 비-균일하게 이격된 간격에서 인가될 수 있다. 비록 도 6c 가 별개의 시간 각각에서 교류 전류의 인가된 주파수의 값이 균일한 방식으로 점증적으로 증가되는, 선형 함수에 맞춰서 상이한 주파수를 인가하는 것을 도시하지만(F1 과 F2 사이의 증가분은 F2 와 F3 사이의 증가분과 동일함, 기타 등등), 다른 구현형태들에서 또는 다른 사용자가 선택가능한 모드에서는, 상이한 주파수는 불균일한 방식 또는 비선형적으로 증가되어 인가될 수 있다(F1 과 F2 사이의 증가분은 F2 와 F3 사이의 증가분과 상이함, 기타 등등).
블록 506 이 생략되는 다른 구현형태에서, 애플리케이션 프로그램 모듈(368)은 사용자에 의하여 선택될 수 있는 테스팅에 대해 상이한 주파수 범위를 프로세서(66)가 디스플레이하게 한다. 예를 들어, 일 구현형태에서, 프로세서(66)는 다수의 상이한 이용가능한 주파수 범위를 디스플레이하거나 사용자가 특정 주파수 범위를 입력하거나 식별하도록 독려할 수 있다. 일 구현형태에서, 프로세서(66)는 테스트되는 특정 유체 또는 셀 특성에 대한 선택된 유체 테스트에 대해 가장 적합한 주파수 범위에 대해 추천된 복수 개의 대안들을 식별하는데, 그러면 프로세서(66)는 사용자가 대안들 중 시스템이 추천한 서브세트로부터 선택하도록 독려한다. 예를 들어, 스캔 범위의 세트들 A, B, C, D, E, 및 F 중에서, 프로세서(66)는 범위 C, D 및 E가 테스트되는 특정 유체 테스트 또는 특정 유체 특성에 대하여 가장 적합하다고 결정할 수 있다. 그러면 사용자(66)는 범위 C, D 및 E 중에서 선택할 수 있다.
일 구현형태에서, 프로세서(66)는 또한 선택하도록 디스플레이하거나 사용자가 해당 주파수에 대한 스캔 프로파일을 입력하도록, 예컨대 스캔 프로파일(540, 542, 544, 640)과 같은 스캔 프로파일 또는 다른 스캔 프로파일이 따라와야 하는지에 대해 입력하도록 독려한다. 일 구현형태에서, 프로세서(66)는 특정 스캔 프로파일을 추천하지만, 사용자가 선택하게 한다. 일 구현형태에서, 프로세서(66)는 사용자가 선택할 수 있는 추천된 스캔 프로파일만을 제공한다. 이러한 구현형태에서, 사용자는 유체 테스팅 도중에 전기 센서(38)로 인가될 스캔 주파수들의 범위 및 교류 전류의 스캔 프로파일을 직접적으로 입력한다.
블록 508 로 표시되는 바와 같이, 애플리케이션 프로그램 모듈(368)은, 주파수 소스(62)가 선택되거나 식별된 스캔 주파수 범위 및 스캔 프로파일을 미세유체 채널(36) 내의 전기 센서(38)로 인가하게 하는 제어 신호를 출력하도록 프로세서(66)에게 지시한다.
도 6a 에서 블록 510 으로 표시되는 바와 같이, 분석기(333)는 교류 전류의 선택된 스캔 주파수 범위 및 스캔 프로파일이 인가되는 것에 응답하여 전기 센서(38)로부터 신호를 수신하는데, 신호는 테스트되는 유체 샘플 또는 혈액 샘플의 특성 또는 파라미터를 표시하거나 이에 대응한다. 위에서 언급된 바와 같이, 사용자가 선택한 하나의 유체 테스트에서, 스캔 범위 내이며 스캔 프로파일에 따르는 인가된 상이한 주파수에 응답하여 전기 센서(38)로부터 수신된 신호가 반영된 임피던스의 변화는 전기 센서(38)에 인접한 유체의 셀 또는 입자의 크기를 표시한다. 위에서 언급된 바와 같이, 사용자가 선택한 다른 유체 테스트에서, 스캔 범위 내이며 스캔 프로파일에 따르는 인가된 상이한 주파수에 응답하여 전기 센서(38)로부터 수신된 신호가 반영된 임피던스의 변화는 전기 센서(38)에 인접한 유체의 셀 또는 입자의 개수를 표시한다. 사용자가 선택한 또 다른 유체 테스트에서, 스캔 범위 내이며 스캔 프로파일에 따라 인가된 주파수에 응답하여 전기 센서(38)로부터 수신된 신호가 반영되는 임피던스의 변화는 셀 또는 입자의 다른 특성 또는 파라미터를 표시한다. 테스트되는 특정 파라미터에 대해 가장 적합한 특정 스캔 범위 및 일부 구현형태에서는 스캔 프로파일을 자동으로 식별하고 나서 식별된 스캔 주파수 범위 및 스캔 프로파일을 테스트 도중에 전기 센서(38)로 자동으로 인가함으로써, 유체 테스팅 시스템(320)은 더 정확하고 신뢰가능한 결과를 제공한다.
도 7 은 예시적인 미세유체 진단 또는 테스팅 시스템(1000)을 도시한다. 시스템(1000)은 휴대용 전자 디바이스에 의하여 구동되는, 임피던스-기초 시스템을 포함하고, 이러한 시스템에 의하여 혈액 샘플과 같은 유체의 샘플이 분석된다. 본 개시물의 목적을 달성하기 위하여, "유체"라는 용어는 셀, 입자 또는 다른 생물학적 물질과 같은, 유체 내에 있거나 유체에 의하여 운반되는 분석물질을 포함한다. 유체의 임피던스 란 유체 및/또는 유체 내의 임의의 분석물질의 임피던스를 가리킨다. 구성 요소들이 개략적으로 예시되는 시스템(1000)은 미세유체 카세트(1010), 카세트 인터페이스(1200), 모바일 분석기(1232) 및 원격 분석기(1300)를 포함한다. 전체적으로, 미세유체 카세트(1010)는 유체 샘플을 수용하고 유체 샘플의 감지된 특성에 기초하여 신호를 출력한다. 인터페이스(1200)는 모바일 분석기(1232)와 카세트(1010) 사이의 중재부로서의 역할을 한다. 인터페이스(1200)는 카세트(1010)에 착탈식으로 연결되고, 카세트(1010) 상의 펌프와 센서를 작동시키기 위해 모바일 분석기(1232)로부터 카세트(1010)로 전력이 용이하게 송전되게 한다. 인터페이스(1200)는 또한 모바일 분석기(1232)에 의해 카세트(1010) 상의 펌프와 센서를 용이하게 제어하게 한다. 모바일 분석기(1232)는 인터페이스(1200)를 통해서 동작 카세트(1010)를 제어하고 테스트되는 유체 샘플에 관련되어 카세트(1010)에 의하여 생성되는 데이터를 수신한다. 모바일 분석기(1232)는 데이터를 분석하고 출력을 생성한다. 모바일 분석기(1232)는 더 나아가, 더 상세한 분석 및 처리를 위하여 원격 분석기(1300)로 처리된 데이터를 송신한다. 시스템(1000)은 혈액 샘플과 같은 유체 샘플에 대한 휴대용 진단 플랫폼을 제공한다.
도 8 내지 도 21 은 미세유체 카세트(1010)를 상세하게 도시한다. 도 8 내지 도 10 에 도시되는 바와 같이, 카세트(1010)는 카세트 보드(1012), 카세트 보디(1014), 멤브레인(1015) 및 미세유체 칩(1030)을 포함한다. 도 10a 및 도 10b 에 도시되는 카세트 보드(1012)는 그 안에 또는 그 위에 유체 칩(1030)이 탑재되는 패널 또는 플랫폼을 포함한다. 카세트 보드(1012)는 미세유체 칩(1030)의 전기 커넥터로부터 카세트 보드(1012)의 단부에 있는 전기 커넥터(1016)로 연장되는 전도성 라인 또는 트레이스(1015)를 포함한다. 도 8 에 도시된 바와 같이, 전기 커넥터(1016)는 외부 카세트 보디(1014) 상에 노출된다. 도 7 에 도시되는 바와 같이, 노출된 전기 커넥터(1016)는 인터페이스(1200) 내의 대응하는 전기 커넥터와 전기적으로 접촉하게 위치되도록 인터페이스(1200) 내로 삽입되게 설계되어, 미세유체 칩(1030)과 카세트 인터페이스(1200) 사이에 전기적 연결을 제공한다.
카세트 보디(1014)는 카세트 보드(1012) 및 미세유체 칩(1030)을 커버하고 보호하도록 카세트 보드(1012)를 부분적으로 둘러싼다. 카세트 보디(1014)는 카세트(1010)의 매뉴얼 조작을 용이하게 하여, 인터페이스(1200)와 분리가능하게 상호연결되도록 카세트(1010)를 매뉴얼 포지셔닝하는 것의 용이하게 이루어지게 한다. 또한, 카세트 보디(1014)는 수신된 유체 샘플을 미세유체 칩(1030)으로 디렉팅하면서 유체 또는 혈액 샘플을 획득하는 동안에 사람의 손가락을 포지셔닝하고 이에 대해 실링한다.
도시된 예에서, 카세트 보디(1014)는 손가락 그립부(1017), 샘플 수용 포트(1018), 체류 통로(residence passage; 1020), 샘플 홀딩 챔버(1021), 칩 펀넬(chip funnel; 1022), 통기구(vent; 1023) 및 방출 저장소(discharge reservoir; 1024)를 포함한다. 손가락 그립부(1017)는 전기 커넥터(1016)가 위치되는 카세트(1010)의 단부에 반대인 보디(1014)의 박형부(thin portion)를 포함한다. 손가락 그립부(1017)는 연결된 카세트(1010)를 파지하는 것 또는 카세트 인터페이스(1200)(도 7 에 도시됨)의 수용 포트(1204)내로 카세트(1010)가 삽입되는 것이 용이하게 이루어지게 한다. 도시된 예에서, 손가락 그립부(1017)는 2 인치 이하의 폭(W), 2 인치 이하의 길이(L) 및 0.5 인치 이하의 두께를 가진다.
샘플 수용 포트(1018)는 혈액 샘플과 같은 유체 샘플이 그 안에 수용되는 개구를 포함한다. 도시된 예에서, 샘플 수용 포트(1018)는, 손가락 그립부(1017)와 카세트 보드(1012)의 노출된 부분 사이에서 연장되는 상승된 플랫폼 또는 마운드(1026)의 상단면(1027)에 형성되는 마우스부(mouth; 1025)를 가진다. 마운드(1026)는 카세트(1010)의 직관적인 사용을 위하여 샘플 수용 포트(1018)의 위치를 명확하게 식별한다. 일 구현형태에서, 상단면(1027)은, 샘플이 얻어지는 사람의 손가락의 하단에 대해 향상된 시일(seal)을 형성하도록, 사람의 손가락의 하부 오목면과 매칭하거나 거의 매칭하도록 휘거나 오목하게 된다. 모세관 작용이 혈액을 손가락으로부터 뽑아내고, 이것이 샘플을 형성한다. 일 구현형태에서, 혈액 샘플은 5 내지 10 마이크로리터이다. 다른 구현형태들에서, 포트(1018)는 대안적 위치에 위치되거나 마운드(1026)가 예를 들어 도 9a 에서 도시되는 바와 같이 생략된다. 비록 도 9a 가 도 8 에 도시되는 보디(1014)와 비교할 때 카세트 보디(1014)에 대해서 다소 상이한 외부 구성을 가지는 카세트(1010)를 도시하지만, 도 9a 에 도시되는 카세트 보디(1014)에서는 마운드(1026)가 생략되며, 도 8 및 도 9a 에 도시되는 그러한 잔여 엘리먼트 또는 컴포넌트들은 도 8 및 도 9a 에 도시되는 카세트 보디들 양자 모두에서 발견된다.
도 9a 내지 도 9c 에 도시되는 바와 같이, 체류 통로(1020)는 샘플 입력 포트(1018)와 샘플 홀딩 챔버(1021) 사이에서 연장되는 유체 채널, 도관(conduit), 튜브 또는 다른 통로를 포함한다. 체류 통로(1020)는 샘플 입력 포트(1018)와 샘플 홀딩 챔버(1021) 사이에서 꼬임과 회전이 가득한 복잡한 방식, 간접적 또는 비선형 방식으로 연장되어, 샘플 입력 포트(1018)를 통해서 입력된 수신된 샘플이 칩(1030)으로 이동하거나 흘러가는 시간을 길게 한다. 체류 통로(1018)는 테스트되는 유체 샘플 및 유체 시약이 칩(1030)에 도달하기 이전에 혼합될 수 있는 공간을 제공한다. 도시된 예에서, 체류 통로(263)는 회전형(circuitous)이어서, 포트(1018)와 칩(1030) 사이의 카세트 보디(1012)의 공간 내에 원형 또는 나선형 통로 감김을 포함한다. 다른 구현형태에서, 체류 통로(20)는 샘플 입력 포트(1018)와 칩(1030) 사이의 공간에서 지그재그 방식으로 꼬이고, 방향을 바꾸고, 지그재그로 움직이고, 구불구불하고(snake), 휘어지고(serpentine) 및/또는 왔다갔다(meander)한다.
도시된 예에서, 체류 통로(1020)는 미세유체 칩(1030)을 향해 하향 방향으로(중력 방향으로) 연장된 후에 미세유체 칩(1030)로부터 멀어지게 상향 방향으로(중력 반대 방향으로) 연장된다. 예를 들어 도 9a 및 도 9b 에 도시되는 바와 같이, 업스트림부(1028)는, 샘플 홀딩 챔버(1021)에 인접하고 직접적으로 연결되는 체류 통로(1020)의 다운스트림 단부 부분(1029) 아래로 수직으로 연장된다. 비록 업스트림부가 단부 부분(1029) 이전에 입력 포트(1018)로부터 유체를 수용하지만, 단부 부분(1029)은 수직 방향으로 입력 포트(1018)에 물리적으로 더 근접한다. 결과적으로, 업스트림부로부터 흐르는 유체는 중력에 반하여 다운스트림 또는 단부 부분(1029)으로 흐른다. 후술되는 바와 같이, 몇 가지 구현형태들에서, 체류 통로(1020)는 테스트되는 유체 샘플 또는 혈액 샘플과 반응하는 시약(1025)을 포함한다. 몇 가지 상황에서, 이러한 반응은 잔여물 또는 낙진(fallout)을 생성할 것이다. 예를 들어, 용해(lysis)를 거친 혈액과 같은 유체 샘플은 용해된 셀 또는 용해물을 가질 것이다. 체류 통로(1020)의 단부 부분(1029)이 체류 통로(1020)의 업스트림부(1028) 위에서 연장되기 때문에, 유체 샘플과 시약(1025)의 반응으로 얻어지는 이러한 잔여물 또는 낙진은 안정화되고, 이러한 업스트림부(1028) 내에 포획되거나 보유된다. 다르게 말하면, 체류 통로(1020)를 통과하여 미세유체 칩(1030)으로 지나가는 이러한 잔여물 또는 낙진의 양이 감소된다. 다른 구현형태들에서, 체류 통로(1020)는 자신의 전체 경로를 통해 샘플 홀딩 챔버(1021)를 향해 하향 방향으로 연장된다.
샘플 홀딩 챔버(1021)는 테스트되는 유체 샘플 또는 혈액 샘플이 칩(1030) 위에 쌓이는 챔버 또는 내부 볼륨을 포함한다. 칩 펀넬(1022)은 챔버(1021)의 더 큰 면적을 칩(1030)의 더 작은 유체 수용 면적에 맞춤(funnel)하도록 칩(1030)을 향해 아래로 갈수록 좁아지는 누두(funneling) 디바이스를 포함한다. 도시된 예에서, 샘플 입력 포트(1018), 체류 통로(1020), 샘플 홀딩 챔버(1021) 및 칩 펀넬(1022)은 유체 또는 혈액 샘플이 칩(1030)에 진입하기 이전에 시약과 혼합될 수 있는 내부 유체 준비 구역을 형성한다. 일 구현형태에서, 유체 준비 구역은 20 내지 250 μL의 총부피를 가진다. 다른 구현형태들에서, 이러한 내부 캐비티에 의하여 제공되는 유체 준비 구역은 다른 부피를 가질 수도 있다.
도 9a 에서 점으로 표시되는 바와 같이, 일 구현형태에서, 카세트(1010)는 포트(1018) 내로 테스트될 샘플 유체가 삽입되기 이전에 유체 시약(1025)으로 사전에 충진된다. 유체 시약(1025)은 테스트될 유체와 상호작용하여 테스트될 유체의 선택된 특성 또는 선택된 특성의 그룹을 분석하는 미세유체 칩(130)의 능력을 향상시키는 조성물을 포함한다. 일 구현형태에서, 유체 시약(1025)은 테스트되는 유체를 희석시키는 조성물을 포함한다. 일 구현형태에서, 유체 시약(1025)은 테스트되는 유체 또는 혈액에 용해를 수행할 조성물을 포함한다. 또 다른 구현형태에서, 유체 시약(264)은 테스트되는 유체의 선택된 부분을 태깅(tagging)하는 것을 용이하게 만드는 조성물을 포함한다. 예를 들어, 일 구현형태에서, 유체 시약(1025)은 자기 비드, 금 비드 또는 라텍스 비드를 포함한다. 다른 구현형태들에서, 유체 시약(1025)은, 샘플 유체가 미세유체 칩(1030)에 의하여 수용되고 처리되고 분석되기 이전에 샘플 입력 포트(1018) 내에 위치된 샘플 유체와 상호작용하거나 이것을 변경하는, 테스트될 샘플 유체와 별개인 다른 액체 또는 고체 조성물 또는 액체를 포함한다.
통기구(1023)는 샘플 홀딩 챔버(1021)와 카세트 보디(1014)의 외부 사이에서 소통하는 통로를 포함한다. 도 8 에 도시된 예에서, 통기구(1023)는 마운트(1026)의 측면을 통해 연장된다. 통기구(1023)는 모세관 작용을 통해서 샘플 홀딩 챔버(1021) 내에 유체를 유지하기에 충분할 만큼 작지만, 홀딩 챔버(1021) 내의 공기가 홀딩 챔버(1021)가 유체로 충진될 때에 탈출하게 할 만큼 충분히 크다. 일 구현형태에서, 그들의 통기구들 각각은 50 내지 200 마이크로미터의 개구 또는 직경을 가진다.
방출 저장소(1024)는 칩(1030)으로부터 방출된 유체를 수용하도록 구현되는 캐비티 또는 챔버를 보디(1014) 내에 포함한다. 방출 저장소(1024)는 칩(1030)을 통과했고 처리되거나 테스트된 바 있는 유체를 보유하기 위한 것이다. 방출 저장소(1024)는 동일한 유체가 여러 번 테스트되지 않도록 하기 위해 처리되거나 테스트된 유체를 수용한다. 도시된 예에서, 방출 저장소(1024)는 칩(1030) 아래의 보디(1014) 내에 형성되거나, 칩 펀넬(1022) 및 샘플 홀딩 챔버(1021)의 측면과 반대인 칩(1030)의 측면에 형성되어 칩(1030)이 칩 펀넬(1022)과 방출 저장소(1024) 사이에서 샌드위치되게 한다. 일 구현형태에서, 방출 저장소(1024)는 보디(1014) 내에 완전히 보유되고 접근불가능하여(절삭, 시추 또는 보디(1014)의 다른 영구적 파괴 또는 손상과 같이 보디(1014)를 파손하면 접근 가능), 저장하기 위해서 또는 카세트(1010)의 처치와 함께 후속하여 위생 처치되도록 처리되거나 테스트된 유체를 보디(112) 내에 잠근다. 또 다른 구현형태에서, 방출 저장소(1024)는 문 또는 격막(septum)을 통해서 액세스가능해서, 처리되거나 테스트된 유체가 테스트된 유체의 추가적인 분석을 위해 저장소(1020)로부터 인출되게 하고, 별개의 컨테이너 내에 테스트된 유체를 저장하게 하며, 또는 카세트(1010)를 계속 사용하는 것을 가능하게 하기 위하여 저장소(1024)를 비우게 한다.
몇 가지 구현형태들에서, 미세유체 저장소(1024)는 생략된다. 이러한 구현형태에서, 미세유체 칩(1030)에 의하여 테스트되거나 처리된 유체 샘플 또는 혈액 샘플의 부분들은 미세유체 칩(1030)의 입력측 또는 입력부로 다시 재순환된다. 예를 들어, 일 구현형태에서, 미세유체 칩(1030)은 칩 펀넬(1022)을 통해 유체를 수용하는 미세유체 저장소를 미세유체 칩(1030)에 의하여 제공되는 센서 또는 센서들의 입력측에 포함한다. 테스트된 유체 샘플 또는 혈액 샘플의 부분들은 미세유체 칩(1030)의 센서 또는 센서들의 입력측에 있는 미세유체 저장소로 다시 반환된다.
멤브레인(1015)은 포트(1018)의 마우스부(1025)를 완전히 가로지르고 완전히 덮도록 연장되도록 제자리에 접착식이나 다른 방식으로 고정되는 무공성(imperforate), 액체 비투과성 패널, 재료의 필름 또는 다른 층을 포함한다. 일 구현형태에서, 멤브레인(1015)은 카세트(1010)의 내부 볼륨 및 이것의 의도된 콘텐츠가 타협되거나 조작되었는지 식별하는 조작 표시자(tamper indicator)로서의 역할을 한다. 카세트(1010)의 샘플 준비 구역이 위에서 설명된 시약(1025)과 같은 시약으로 사전 충진되는 구현형태에서, 멤브레인(1015)은 유체 시약(1025)을 유체 준비 구역 내에, 포트(1018), 체류 통로(1020), 유체 홀딩 챔버(1021) 및 칩 펀넬(1022) 내에서 실링한다. 몇 가지 구현형태들에서, 멤브레인(1015)은 통기구(1023)를 가로질러 추가적으로 연장된다. 몇 가지 구현형태에서, 멤브레인(1015)은 추가적으로 가스 또는 공기에 대해 비투과성이다.
도시된 예에서, 멤브레인(1015)은 적어도 유체 샘플이 샘플 입력 포트(1018) 내에 침착될 때까지 카세트(1010) 내에 유체 시약(1025)을 실링 또는 보유한다. 이러한 때에, 멤브레인(1015)은 마우스부(1018)를 통해 유체 샘플이 삽입될 수 있도록 벗겨지거나, 찢어지거나, 구멍이 날 수 있다. 다른 구현형태들에서, 멤브레인(1015)은 마우스부(1018)를 통해 유체 또는 혈액 샘플을 침착시키도록 바늘이 관통하는 격막을 포함할 수 있다. 멤브레인(1015)은 카세트(1010)의 일부로서 유체 시약(1025)을 사전 패키징하는 것이 용이하게 이루어지게 하며, 유체 약제(1025)는 테스트될 유체 샘플의 후속 침착 시에 사용될 준비가 되어 있다. 예를 들어, 제 1 유체 시약(1025)을 보유하는 제 1 카세트(1010)는 제 1 유체의 샘플의 제 1 특성을 테스트하도록 사전설계될 수 있는 반면에, 제 1 유체 시약(1025)과 상이한 제 2 유체 시약(1025)을 보유하는 제 2 카세트(1010)는 제 2 유체의 샘플의 제 2 특성을 테스트하도록 사전 설계되거나 사전 제작될 수 있다. 다르게 말하면, 상이한 카세트(1010)는 그 안에 보유된 유체 시약(1025)의 타입 또는 양에 따라서 상이한 특성을 테스팅하도록 특정하게 설계될 수 있다.
도 10a, 도 10b 및 도 11 은 미세유체 칩(1030)을 예시한다. 도 10a 는 카세트 보드(1012), 칩 펀넬(1022) 및 미세유체 칩(1030)의 상측을 도시한다. 도 10a 는 칩 펀넬(1022)과 카세트 보드(1012) 사이에서 샌드위치된 미세유체 칩(1030)을 도시한다. 도 10b 는 세트 보드(1012) 및 미세유체 칩(1030)의 하측을 도시한다. 도 11 은 칩 펀넬(1022) 아래의 미세유체 칩(1030)의 단면도이다. 도 11 에 도시되는 바와 같이, 미세유체 칩(1030)은 실리콘과 같은 재료로 형성된 기판(1032)을 포함한다. 미세유체 칩(1030)은 기판(1032) 내에 형성되고 유체 샘플(몇 가지 테스트에서는 시약 포함)을 수용하려고 칩 펀넬(1022) 아래에서 칩(1030)까지 연장되는 미세유체 저장소(1034)를 포함한다. 도시된 예에서, 미세유체 저장소는 1 mm 미만이고 공칭적으로 0.5 mm의 폭(W)을 가지는 마우스부 또는 상단 개구를 가진다. 저장소(1030)는 0.5 mm 내지 1 mm이고 공칭적으로 0.7 mm인 깊이(D)를 가진다. 이하 설명되는 바와 같이, 미세유체 칩(1030)은 영역(1033) 내에서 칩(1030)의 하단부를 따라 펌프 및 센서를 포함한다.
도 12 및 도 13 은 미세유체 칩(1030)의 예시적인 구현형태인 미세유체 칩(1130)의 확대도이다. 미세유체 칩(1130)은 유체 펌핑, 임피던스 감지 및 온도 감지의 기능들 각각을 저-전력 플랫폼 상에 통합한다. 미세유체 칩(1130)은 방출 저장소(1024)가 생략되는 카세트 보디(1014)를 가지는 카세트(1010)와 함께 사용되도록 특히 설계된다. 이하 설명되는 바와 같이, 미세유체 칩(1133)은 테스트된 유체 샘플의 일부를 미세유체 칩(1133)의 센서의 입력 또는 업스트림측으로 다시 재순환시킨다. 도 12 에 도시되는 바와 같이, 미세유체 칩(1030)은 그 안에 미세유체 저장소(1034)(위에서 설명된)가 형성되는 기판(1032)을 포함한다. 추가적으로, 미세유체 칩(1130)은 다수의 감지 영역(735)을 포함하는데, 각각의 감지 영역은 미세유체 채널(1136), 미세-제작된 통합 센서(1138), 및 펌프(1160)를 포함한다.
도 13 은 도 12 에 도시되는 칩(1130)의 감지 영역(1135) 중 하나를 예시하는 확대도이다. 도 13 에 도시되는 바와 같이, 미세유체 채널(1136)은 유체 샘플의 흐름을 위하여 기판(1032) 내에서 연장되거나 그 안에 형성되는 통로를 포함한다. 채널(1136)은 펌프 보유 중앙부(1162) 및 센서 보유 브랜치부(1164, 1166)의 쌍을 포함한다. 브랜치부(1164, 1166)의 각각은 미세유체 저장소(1134)를 향해서 넓어지는 펀넬형 마우스부를 포함한다. 중앙부(1162)는 저장소(1134)를 향해 개방된 더 좁은 마우스부를 가지고 저장소(1134)로부터 연장된다. 중앙부(1162)는 펌프(1160)를 포함한다.
센서 보유 브랜치부(1164, 1166)는 중앙부(162)의 반대측으로부터 갈라지거나 분기되어 저장소(1134)까지 다시 연장된다. 브랜치부(1164, 1166) 각각은 유체가 통과하는 좁아지는 부분, 쓰로트(throat) 또는 협색(1140)을 포함한다. 본 개시물의 목적을 달성하기 위하여, "협색"은 적어도 하나의 치수가 좁아지는 임의의 부분을 의미한다. "협색"은 (A) 채널의 타측을 향해 돌출하는 돌기를 가지는 채널의 일측에 의하여, (B) 채널의 타측을 향해 돌출하는 적어도 하나의 돌기를 가지는 채널의 양측 - 이러한 다수의 돌기는 서로 정렬되거나 채널을 따라서 어긋날 수 있음- 에 의하여 또는 (C) 어떤 것이 채널을 통해 흐를 수 있는지 흐를 수 없는지에 대해서 구별하기 위하여 채널의 두 개의 벽들 사이에서 돌출하는 적어도 하나의 열 또는 필라에 의하여 형성될 수 있다.
일 구현형태에서, 브랜치부(1164, 1166)는 서로 유사하다. 다른 구현형태에서, 브랜치부(1164, 1166)는 상이한 유체 흐름 특성을 가능하게 하도록 서로 상이하게 성형되거나 치수결정된다. 예를 들어, 부분(1164, 1166)의 협색(1140) 또는 다른 영역들은 서로 상이하게 크기가 결정됨으로써, 가능할 경우 제 1 크기의 입자 또는 셀들이 부분(1164, 1166)의 다른 것과 비교할 때 부분(364, 366)의 어느 하나를 통해서 더 용이하게 통과하도록 할 수 있다. 부분(1164, 1166)이 중앙부(1162)의 반대면들로부터 발산하기 때문에, 부분(1164, 1166)의 양자는 유체가 사전에 임의의 다른 부분으로 빠지는 것(siphoned)이 없이 유체를 부분(1162)으로부터 직접적으로 수용한다.
미세-제작 통합 센서(1138) 각각은 협색(1140) 내에서 기판(1032) 상에 형성된 미세-제작 디바이스를 포함한다. 일 구현형태에서, 센서(1138)는 협색(1140)을 통과하여 흐르는 유체 및/또는 유체의 셀/입자의 성질, 파라미터 또는 특성을 표시하는 전기 신호를 출력하거나 전기 신호가 변경되게 하도록 설계된 미세-디바이스를 포함한다. 일 구현형태에서, 센서(1138)의 각각은 유체 내에 포함된 셀 또는 입자의 성질을 검출하고 및/또는 센서(1138)를 통과하는 유체 내의 셀 또는 입자의 개수를 검출하는 셀/입자 센서를 포함한다. 예를 들어, 일 구현형태에서, 센서(1138)는 협색(1140)을 통과하여 흐르고 협색(1140) 양단의 또는 내부의 전기장의 임피던스에 영향을 주는 상이한 크기의 입자 또는 셀에 의하여 발생되는 전기적 임피던스의 변화에 기초하여 신호를 출력하는 전기 센서를 포함한다. 일 구현형태에서, 센서(1138)는 협색(40) 내부에서 채널(1136)의 표면 내에 형성되거나 표면 내에 통합된 전기적으로 충전된 상측 전극 및 하측 전극을 포함한다. 일 구현형태에서, 하부 전극은 전기적으로 접지된다. 다른 구현형태에서, 하부 전극은 플로팅 하부 전극을 포함한다. 본 개시물의 목적을 달성하기 위하여, "플로팅" 하부 전극이란 모든 연결 어드미턴스가 제로인 전극을 가리킨다. 다르게 말하면, 플로팅 전극은 다른 회로 또는 접지에 연결되지 않고 단절된다.
도 14 내지 도 16 은 센서(1138)의 하나의 예를 도시한다. 도 14 에 도시되는 바와 같이, 일 구현형태에서, 센서(1138)는 하부 전극(1141, 1143) 및 충전되거나 액티브인 상부 전극(1145)을 포함하는 전기 센서를 포함한다. 하부 전극은 접지되거나 플로팅 상태이다. 액티브 전극(1145)은 접지 전극들(143) 사이에서 샌드위치된다. 전기 센서(1138)를 형성하는 전극(1141, 1143 및 1145)은 채널(1136) 내에 형성된 협색(1140) 내부에 위치된다. 협색(1140)은 협색(1140)의 업스트림 및 다운스트림인 채널(36)의 양자 모두의 인접한 영역 보다 더 작은 단면적을 가지는 채널(1136)의 영역을 포함한다.
도 15 는 협색(1140)의 하나의 예시적인 크기 결정 또는 치수 결정을 예시한다. 협색(1140)은 협색(1140)을 통과하여 지나가며 테스트되는 중인 개개의 입자 또는 셀들의 면적과 유사한 단면적을 가진다. 테스트되는 셀(1147)이 6 μm의 일반적이거나 평균 최대 치수를 가지는 일 구현형태에서, 협색(1140)은 100 μmㅂ의 단면적을 가진다. 일 구현형태에서, 협색(1140)은 1000 μm3의 감지 부피를 가진다. 예를 들어, 일 구현형태에서, 협색(1140)은 10 μm의 길이, 10 μm의 폭 및 10 μm의 높이를 가지는 영역을 형성하는 감지 부피를 가진다. 일 구현형태에서, 협색(1140)은 30 μm 이하의 너비를 가진다. 협색(1140)의 크기를 결정하거나 치수를 결정하면, 임의의 시점에 협색(1140)을 통과할 수 있는 입자 또는 개개의 셀의 개수를 제한하여, 협색(1140)을 통과하여 지나는 개개의 셀 또는 입자의 테스팅이 용이하게 이루어지게 한다.
도 16 은 전기 센서(1138)의 전극에 의하여 전기장을 형성하는 것을 예시한다. 도 16 에 도시되는 바와 같이, 하부 전극(1143)은 액티브 또는 상부 전극(1145)을 공유하는데, 전기장이 액티브 상부 전극(1145)과 두 개의 하부 전극(1141, 1143) 각각 사이에 형성된다. 일 구현형태에서, 하부 전극(1141, 1143)은 접지되었을 가능성이 있다. 다른 구현형태에서, 하부 전극(1141, 1143)은 플로팅 하부 전극을 포함한다. 유체가 전극(1141, 1143, 1145)을 거쳐 그리고 전기장을 통과하여 흐름에 따라, 유체 내의 입자, 셀 또는 다른 분석물질들이 전기장의 임피던스에 영향을 준다. 이러한 임피던스가 셀 또는 입자의 특성을 식별하거나 전기장을 통과하여 지나는 셀 또는 입자의 개수를 카운트하기 위하여 감지된다.
펌프(1160)는 유체를 미세유체 채널(1136)을 통하여 그리고 협색(1140)을 통하여 센서(1138) 중 하나를 가로질러 이동시키기 위한 디바이스를 포함한다. 펌프(1160)는 미세유체 저장소(1134)로부터 채널(1136) 내로 유체를 끌어들인다. 펌프(1160)는 더 나아가, 협색(1140)을 통과했고 센서(1138)를 가로질러 지나간 유체를 다시 저장소(1134)로 순환시킨다.
도시된 예에서, 펌프(1160)는 펌핑 상태 또는 온도 조절 상태 중 하나로 작동가능한 저항을 포함한다. 저항(60)은 인접한 유체를 유체의 핵형성 에너지(nucleation energy) 위로 가열시키기 위하여 충분한 양의 열을 방출할 수 있는 전기적으로 저항성 재료로 제조된다. 저항(1160)은 더 나아가, 저항(1160)에 인접한 유체를 유체의 핵형성 에너지 아래의 온도까지 가열하여 이러한 유체가 기화되지 않고 더 높은 온도까지 가열되게 하기 위하여, 더 낮은 양의 열을 방출할 수 있다.
펌프(1160)를 형성하는 저항이 펌핑 상태에 있으면, 저항을 통과하여 지나는 전류의 펄스는 저항이 열을 발생시키도록 함으로써, 인접한 유체를 인접한 유체의 핵형성 에너지 위의 온도로 가열하여 협색(1140)을 가로질러 그리고 다시 저장소(34) 내로 유체를 강제로 가속하는 증기포(vapor bubble)를 생성한다. 기포가 소멸되면, 음의 압력이 미세유체 저장소(1134)로부터 채널(1136) 내로 유체를 끌어들여 소멸된 기포의 이전의 부피를 점유한다.
펌프(1160)를 형성하는 저항이 온도 조절 상태 또는 유체 가열 상태에 있으면, 인접한 유체의 온도는 유체의 핵형성 에너지 아래의 제 1 온도까지 상승하고, 인접한 유체의 온도가 일정하거나 핵형성 에너지 미만의 온도의 선정의된 범위 내에서 일정하게 유지되도록 동작 상태를 유지 또는 조절한다. 이에 반해, 저항(1160)이 펌핑 상태로 작동되는 경우, 저항(1160)은 저항(1160)에 인접한 유체의 온도가 일정한 온도 또는 온도의 선정의된 범위 내에 일정하게 속하는 범위에서 유지되지 않고(온도의 선정의된 범위 내에서 상승하고 하강함), 유체의 핵형성 에너지 보다 높은 온도까지 신속하고 연속적으로 증가된다.
또 다른 구현형태에서, 펌프(1160)는 다른 펌핑 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다른 구현형태들에서, 펌프(1160)는 인가된 전류에 응답하여 형상 또는 진동을 변경하여 격판을 이동시키고 이를 통하여 인접한 유체를 협색(1140)을 통과하여 다시 저장소(1134)로 이동시키는 압전성 디바이스를 포함할 수 있다. 또 다른 구현형태에서, 펌프(1160)는 미세유체 채널(1136)과 유체 통신 상태인 다른 미세유체 펌핑 디바이스를 포함할 수 있다.
도 13 에서 화살표로 표시되는 바와 같이, 펌프(1160)를 유체 펌핑 상태로 작동시키면 유체 샘플을 화살표(1170)로 표시되는 방향에서 중앙부(1162)를 통과해서 이동시킨다. 유체 샘플은 협색(1140)을 통과하고 센서(1138)를 거쳐 흐르는데, 여기에서 유체 샘플 내의 셀들이 전기장(도 16 에 도시됨)에 영향을 주고, 임피던스가 이러한 셀 또는 입자의 특성을 식별하기 위하여 및/또는 시간의 특정 간격 도중에 센서(1138)의 감지 부피를 통과해서 흐르는 셀의 개수를 카운트하기 위하여 측정되거나 검출된다. 협색(1140)을 통과하여 지난 이후에, 유체 샘플의 일부는 계속하여 화살표(1171)로 표시되는 바와 같이 미세유체 저장소(1134)로 다시 흘러간다.
도 12 에 의하여 더욱 도시되는 바와 같이, 미세유체 칩(1130)은 온도 센서(1175), 전기적 콘택 패드(1177) 및 멀티플렉서 회로부(1179)를 더 포함한다. 온도 센서들(1175)은 감지 영역(1135) 사이에서 다양한 위치에 위치된다. 온도 센서(1175) 각각은 미세유체 채널(1136) 내의 유체 샘플의 일부의 온도를 표시하는 신호를 직접적으로 또는 간접적으로 출력하기 위한 온도 감지 디바이스를 포함한다. 도시된 예에서, 온도 센서(1135) 각각은 채널(36) 외부에 위치되어 채널(1136) 내의 샘플 유체의 온도를 간접적으로 감지한다. 다른 구현형태들에서, 온도 센서(1175)는 저장소(1134) 내의 샘플 유체의 온도를 직접적으로 감지하기 위하여 미세유체 저장소(1134) 내에 위치된다. 또 다른 구현형태에서, 온도 센서(1175)는 채널(1136) 내에 위치된다. 또 다른 구현형태에서, 온도 센서(240)는 다른 위치에 위치될 수 있는데, 이러한 다른 위치에서의 온도는 테스트되는 샘플 유체의 온도와 상관된다. 일 구현형태에서, 온도 센서(1135)는 테스트되는 샘플 유체의 온도에 대한 통계적 값, 예컨대 테스트되는 샘플 유체의 평균 온도를 식별하도록 그룹으로서 수집되고 통계적으로 분석되는 신호를 출력한다. 일 구현형태에서, 칩(1130)은 저장소(1134) 내의 다수의 온도 센서(1175), 채널(1136) 내의 다수의 온도 센서(1175) 및/또는 저장소(1134) 및 채널(1136)에 의하여 제공되는 유체 수용 볼륨 외부의, 칩(1130)의 기판 내의 다수의 온도 센서를 포함한다.
일 구현형태에서, 온도 센서(1175)의 각각은 전기 저항 온도 센서를 포함하고, 여기에서 센서의 저항은 온도 변화에 응답하여 변동함으로써, 센서의 현재 전기 저항을 표시하는 신호가 인접한 환경의 현재 온도를 표시하거나 이것에 대응하게 한다. 다른 구현형태들에서, 센서(1175)는 다른 타입의 미세제작된 또는 극미세 온도 감지 디바이스를 포함한다.
전기적 콘택 패드(1177)는 3 mm 미만으로 그리고 공칭적으로 2 mm 미만으로 서로 이격되는 미세유체 칩(1130)의 단부 부분들에 위치되어, 콤팩트한 길이를 가지는 미세유체 칩(1130)이 카세트(1010)의 크기를 콤팩트하게 하도록 한다. 전기적 콘택 패드들(1177)이 미세유체 및 감지 영역(1135)을 샌드위치하고, 센서(1138), 펌프(1160) 및 온도 센서(1175)로 전기적으로 연결된다. 전기적 콘택 패드(1177)는 더 나아가 카세트 보드(1012)의 전기 커넥터(1016)에 전기적으로 연결된다(도 9b, 도 9c, 도 10a 및 도 10b 에 도시됨).
멀티플렉서 회로부(1179)는 전기적 콘택 패드(1177)와 센서(1138), 펌프(1160) 및 온도 센서(1175) 사이에 전기적으로 커플링된다. 멀티플렉서 회로부(1179)는 칩(430) 상의 개개의 전기적 콘택 패드(1177)의 개수보다 더 많은 숫자의 센서(1138), 펌프(1160) 및 온도 센서(1175)를 제어하고 및/또는 이들과 통신하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 칩(1130)이 n개의 콘택 패드를 가짐에도 불구하고, n보다 많은 개수의 상이한 독립적 컴포넌트와 통신하는 것이 가능하다. 결과적으로, 소중한 공간 또는 부동산이 보존되어, 그 안에서 칩(1130)이 이용되는 칩(1130) 및 카세트(1010)의 크기를 줄이는 것이 가능해진다. 다른 구현형태들에서, 멀티플렉서 회로부(1179)는 생략될 수도 있다.
도 17 은 미세유체 칩(1030)의 다른 예시적인 구현형태인 미세유체 칩(1230)의 일부의 확대도이다. 미세유체 칩(1130)과 유사하게, 미세유체 칩(1430)은 미세유체 칩(1130)에 대하여 예시되고 위에서 설명된 온도 센서(1175), 전기적 콘택 패드(1177) 및 멀티플렉서 회로부(1179)를 포함한다. 미세유체 칩(1130)과 유사하게, 미세유체 칩(1230)은 전기 센서(1138) 및 펌프(1160)를 포함하는 센서 영역을 포함한다. 미세유체 칩(1230)은 전체에 걸쳐 산재된 온도 센서(1175)를 더 포함한다. 미세유체 칩(1230)은, 미세유체 칩(1230)이 상이한 크기 또는 치수의 미세유체 채널을 포함한다는 것을 제외하고는 미세유체 칩(1130)과 유사하다. 도시된 예에서, 미세유체 칩(1230)은 U형 미세유체 채널(1236A 및 1236B)(총괄하여 미세유체 채널(1236)이라고 지칭됨)을 포함한다. 미세유체 채널(1236A)은 제 1 폭을 가지는 반면에 미세유체 채널(1236B)은 제 1 폭보다 작은 제 2 폭을 가진다.
미세유체 채널(1236)이 상이한 폭 또는 상이한 단면적을 가지기 때문에, 채널(1236)은 테스팅하기 위한 유체 샘플 내의 상이한 크기의 셀 또는 입자를 수용한다. 하나의 이러한 구현형태에서, 상이한 크기의 채널(1236) 내의 상이한 센서들(1138)은 교류 전류의 상이한 주파수에서 작동되어 상이한 크기의 채널(1236) 내의 상이한 크기의 셀에 상이한 테스트를 수행한다. 이러한 구현형태들 중 다른 것에서, 상이한 크기의 채널(1236)은 상이한 크기의 채널(1236)을 통과하여 지나는 상이한 크기의 셀, 입자 또는 다른 분석물질의 상이한 특성을 검출하기 위하여 상이한 타입 또는 상이하게 설계된 전기 센서(1138)를 포함한다.
도 18 및 도 19 는 미세유체 칩(1030)의 예시적인 다른 구현형태인 미세유체 칩(1330)의 일부를 도시하는 확대도이다. 미세유체 칩(1130)과 유사하게, 미세유체 칩(1430)은 미세유체 칩(1130)에 대하여 예시되고 위에서 설명된 온도 센서(1175), 전기적 콘택 패드(1177) 및 멀티플렉서 회로부(1179)를 포함한다. 미세유체 칩(1330)은, 미세유체 칩(1330)이 변동하는 폭의 미세유체 채널부(1336A, 1336B 및 1336C)(총괄하여 채널(1336) 이라고 지칭됨)를 포함한다는 점에서 미세유체 칩(1230)과 유사하다. 미세유체 칩(1330)은 미세유체 칩(1230)과 비교할 때 상이한 기하학적 구조를 가진다. 미세유체 칩(1230)에서와 같이, 미세유체 칩(1330)은 다양한 감지 영역을 포함하고, 감지 영역은 전기 센서(1138) 및 펌프(1160)를 포함한다.
도 18 에서, 채널(1336)을 더 양호하게 도시하기 위하여 센서(1138) 및 펌프(1160)가 생략된다. 도 18 에 도시되는 바와 같이, 채널부(1336A)는 채널부(1336B)의 폭보다 더 큰 폭을 가진다. 채널부(1336B)는 채널부(1336C)의 폭보다 더 큰 폭을 가진다. 채널부(1336A)는 미세유체 저장소(1134)로부터 연장된다. 채널부(1336B)는 채널부(1336A)로부터 연장되고 다시 미세유체 저장소(1134)까지 계속된다. 채널부(1336C)는 채널부(1336B)로부터 분기하고, 채널부(1336B)로 복귀한다. 도 19 에 도시되는 바와 같이, 펌프(1160)는 채널부(1336A) 내에 위치된다. 센서(1138)는 채널부(1336B) 및 채널부(1336C) 내에 위치된다. 결과적으로, 단일 펌프(1160)는 상이한 크기의 채널들 내에 보유된 각각의 센서(1138)에 걸쳐 채널부(1336B 및 1336C) 양자 모두를 통과해서 유체 샘플을 펌핑한다. 펌핑된 유체 전부 내의 셀들은 채널부(1336B) 내의 센서(1138)를 거쳐 지나고 이것에 의하여 감지된다. 더 좁은 채널부(1336C)를 통과하여 지나가기에 충분히 작은 셀들은 채널부(1336C) 내의 센서(1138)를 통과해서 지나가고 이것에 의하여 감지된다. 결과적으로, 센서(1138) 및 채널부(1336C)는 펌프(1160)에 의하여 펌핑되는 셀 및 유체의 서브세트 또는 전체보다 적은 것을 감지한다.
도 20 은 미세유체 칩(1030)의 다른 예시적인 구현형태인 미세유체 칩(1430)의 일부의 확대도이다. 미세유체 칩(1430)은 도 9a 에 도시되는 방출 저장소(1024)와 같은 방출 저장소를 포함하는, 카세트(1010)와 같은 카세트와 함께 사용되도록 특히 설계된다. 미세유체 칩(1130)과 유사하게, 미세유체 칩(1430)은 미세유체 칩(1130)에 대하여 예시되고 위에서 설명된 온도 센서(1175), 전기적 콘택 패드(1177) 및 멀티플렉서 회로부(1179)를 포함한다.
도 20 은 미세유체 칩(1430)의 하나의 예시적인 감지 영역(1435)을 도시하는데, 미세유체 칩(1430)은 다수의 이러한 감지 영역(1435)을 포함한다. 미세유체 감지 영역(1435)은 미세유체 채널(1436), 유체 센서(1138), 펌프(1460) 및 방출 통로(1462)를 포함한다. 미세유체 채널(1436)은 기판(1032) 내에 형성되고 입구부(1466) 및 브랜치부(1468)를 포함한다. 입구부(1466)는 미세유체 저장소(1134)로부터 연장되는 펀넬형 마우스부를 가진다. 입구부(466)는 셀 또는 입자를 포함하는 유체의 채널(1436) 내로의 그리고 브랜치부(1468) 각각을 통한 유입이 가능해지게 한다.
브랜치부(1468)는 중앙부(1466)의 반대면들로부터 연장된다. 브랜치부(1468) 각각은 연관된 방출 통로(1462)에서 종결된다. 도시된 예에서, 브랜치부(1468)의 각각은 그 안에 센서(1138)가 위치하는 협색(1140)을 포함한다.
펌프(1460)는 방출 통로(1462)를 통해 유체를 하재(下在) 방출 저장소(1024)(도 9a 에 도시됨)로 펌핑하기 위하여 방출 통로(1462)에 근접하게 그리고 공칭적으로 이에 반대하여 위치된다. 펌프(1460)는 위에서 설명된 펌프(1160)와 유사한 저항을 포함한다. 펌핑 상태에서, 펌프(1460)는 전류를 수신하고 인접한 유체를 유체의 핵형성 에너지 위의 온도로 가열하여, 유체 펌프(1460)와 방출 통로(1462) 사이에서 방출 통로(1462)를 통해 유체를 방출 저장소(1024) 내로 밀어내는 증기포를 생성한다. 증기포가 소멸되면 유체 샘플이 미세유체 저장소(1134)로부터, 중앙부(1466)를 통해 그리고 브랜치부(1468) 내의 센서(1138)를 거쳐 끌어당겨진다.
방출 통로(1462)는 펌프(460)에 인접한 통로(1436)의 일부로부터 방출 저장소(156)로 연장된다. 방출 통로(1462)는 방출 통로(1462)를 통해 채널(1436)로 다시 들어가는 방출 저장소(1024) 내의 유체의 역방향 또는 역류를 방지한다. 일 구현형태에서, 방출 통로(1462)의 각각은 유체가 펌프(1460)에 의하여 방출 저장소(1024) 내로 펌핑되는 노즐을 포함한다. 다른 구현형태에서, 방출 통로(1462)는 단방향성 밸브를 포함한다.
다시 도 7 을 참조하면, 가끔 "리더기" 또는 "동글"이라고 불리는 카세트 인터페이스(1200)는 카세트(1010)와 모바일 분석기(1232)를 상호연결하거나 이들 사이의 인터페이스로서의 역할을 한다. 카세트 인터페이스(1200)는 미세유체 카세트(1010)의 컴포넌트들에 대하여 전용이거나 맞춤화되거나 특히 적응되는 컴포넌트 또는 회로부를 포함한다. 카세트 인터페이스(1200)는 적합한 컴퓨터 판독가능 명령 및 애플리케이션 프로그램 인터페이스가 로딩되는 일반적 휴대용 전자 디바이스를 사용할 수 있게 하는데, 휴대용 전자 디바이스는 카세트(1010)의 컴포넌트의 제어를 가능하게 하기 위하여 특히 사용되는 하드웨어 또는 펌웨어를 생략할 수도 있다. 결과적으로, 카세트 인터페이스(220)는 애플리케이션 프로그램 및 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스의 업로드로써 간단하게 업데이트된 다수의 상이한 휴대용 전자 디바이스(1232)를 사용할 수 있게 한다. 카세트 인터페이스(1200)는 특정 미세유체 카세트(1010)만을 사용하도록 특히 지정되거나 맞춤화되지 않은 모바일 분석기(1232)를 사용할 수 있게 한다. 상기 다른 방법에서, 카세트 인터페이스(1200)는 상이한 카세트 인터페이스(1200)를 연결함으로써 상이한 테스팅 능력을 가지는 다수의 상이한 카세트(1010)와 함께 모바일 분석기(1232)를 사용할 수 있게 한다.
카세트 인터페이스(220)는 카세트(1010)의 전자 컴포넌트를 사용하는 특정 용도에 전용이거나 이에 맞게 맞춤화되는 회로부 및 전자 컴포넌트를 가진다. 카세트 인터페이스(1200)가 카세트(1010) 자체가 가지는 이러한 전자 컴포넌트가 아니라 카세트(1010)의 전자 컴포넌트를 제어하도록 특히 전용화된 전자 회로부 및 컴포넌트를 많이 가지고 있기 때문에, 카세트(1010)는 더 적은 전자 컴포넌트로 제조될 수 있고, 카세트(1010)의 비용, 복잡성 및 크기가 감소되게 한다. 결과적으로, 카세트(1010)는 이것의 기초 비용이 더 낮기 때문에 사용 후에 더 쉽게 폐기될 수 있다. 이와 유사하게, 카세트 인터페이스(1200)가 카세트(210)에 분리가능하도록 연결되기 때문에, 카세트 인터페이스(1200)는 다수의 교환된 카세트(1010)와 함께 재사용가능하다. 카세트 인터페이스(1200)에 의하여 포함되고 특정 카세트(1010)의 전자 컴포넌트를 제어하는 특정 용도에 전용이거나 이에 맞도록 맞춤화되는 전자 컴포넌트는 상이한 환자 또는 샘플 도너로부터의 상이한 유체 샘플 또는 유체 샘플에 유체 또는 혈액 테스트를 수행할 경우 상이한 카세트(1010) 각각과 함께 재사용가능하다.
도시된 예에서, 카세트 인터페이스(1200)는 전기 커넥터(1204), 전기 커넥터(1206) 및 펌웨어(1208)(개략적으로 인터페이스(1200)의 외부 하우징 외부에 도시됨)를 포함한다. 전기 커넥터(1204)는 카세트 인터페이스(1200)를 카세트(1010)의 전기 커넥터(1016)에 직접적으로 분리가능하게 전기적으로 연결시키는 디바이스를 포함한다. 일 구현형태에서, 전기 커넥터(1204)에 의하여 제공되는 전기적 연결이 미세유체 칩(1030, 1130, 1230, 1330, 1430)의 전자 컴포넌트, 예컨대 전기 센서(1138) 또는 미세유체 펌프(1160)에 급전하기 위하여 전력이 전송되게 한다. 일 구현형태에서, 전기 커넥터(1204)에 의하여 제공되는 전기적 연결이, 미세유체 칩(1030, 1130, 1230, 1330, 1430)의 컴포넌트를 제어할 수 있도록 데이터 송신을 제공하는 전기 신호의 형태로 미세유체 칩(1030, 1130, 1230, 1330, 1430)으로 전력이 전송되게 한다. 일 구현형태에서, 전기 커넥터(1204)에 의하여 제공되는 전기적 연결이, 미세유체 칩(1030, 1130, 1230, 1330, 1430)으로부터 모바일 분석기(1232)로의 데이터의 송신, 예컨대 센서 또는 센서들(38)로부터의 신호의 송신을 가능하게 하도록, 전기 신호의 형태로 전력의 전송을 가능하게 한다. 일 구현형태에서, 전기 커넥터(1204)는 미세유체 칩(1030, 1130, 1230, 1330, 1430)의 급전의 각각과 미세유체 칩(1030, 1130, 1230, 1330, 1430)으로의 그리고 그로부터의 데이터 신호의 송신을 가능하게 한다.
도시된 예에서, 전기 커넥터(1204)는 암(female) 포트 내에 위치되는 복수 개의 전기적 콘택 패드를 포함하는데, 전기적 콘택 패드는 카세트(1010)의 대응하는 패드(1016)와 접촉하는 것이다. 또 다른 구현형태에서, 전기 커넥터(1204)는 복수 개의 전기 프롱(prongs) 또는 핀, 복수 개의 전기적 핀 또는 프롱 리셉터클, 또는 양자 모두의 조합을 포함한다. 일 구현형태에서, 전기 커넥터(1204)는 USB 커넥터 코드의 일단부를 수용하기 위한 범용 시리얼 버스(USB) 커넥터 포트를 포함하는데, USB 커넥터 코드의 타단부는 카세트(210)에 연결된다. 또 다른 구현형태들에서, 전기 커넥터(1204)는 생략될 수 있고, 이러한 경우 카세트 인터페이스(1200)는 인터페이스(1200)와 카세트(1010) 사이에서 무선으로 통신하기 위한 적외선, RF, 블루투스 또는 다른 무선 기술과 같은 무선 통신 디바이스를 포함한다.
전기 커넥터(1204)는 카세트(1010)로의 카세트 인터페이스(1200)의 분리가능한 전기적 연결을 가능하게 함으로써, 카세트 인터페이스(1200)가 카세트(1010)로부터 분리될 수 있게 하여 카세트 인터페이스(1200)를 다수의 상호 교체가능한 카세트(1010)와 함께 그리고 혈액과 같은 분석된 유체가 있는 미세유체 카세트(1010)의 처분 또는 저장과 함께 사용할 수 있게 한다. 전기 커넥터(1204)는 모듈화를 가능하게 하여, 카세트 인터페이스(1200) 및 연관된 회로부가 카세트(1010)가 저장 또는 처분을 위해서 분리된 동안에도 반복적으로 재사용될 수 있게 한다.
전기 커넥터(1206)는 카세트 인터페이스(1200)를 모바일 분석기(1232)로 분리가능하게 연결할 수 있게 한다. 결과적으로, 전기 커넥터(1206)는 다수의 상이한 휴대용 전자 디바이스(1232)와 함께 카세트 인터페이스(1200)를 사용할 수 있게 한다. 도시된 예에서, 전기 커넥터(1206)는 USB 커넥터 코드(1209)의 일단부를 수용하기 위한 범용 시리얼 버스(USB) 커넥터 포트를 포함하는데, USB 커넥터 코드(1209)의 타단부는 모바일 분석기(1232)에 연결된다. 다른 구현형태들에서, 전기 커넥터(1206)는 모바일 분석기(1232)의 대응하는 혈액 커넥터와 접촉하는 복수 개의 별개의 전기적 콘택 패드를 포함하는데, 예컨대 이러한 경우 인터페이스(1200) 및 모바일 분석기(1232) 중 하나는 인터페이스(1200) 및 모바일 분석기(1232) 중 다른 것 안으로 직접적으로 플러그인 된다. 다른 구현형태에서, 전기 커넥터(1206)는 프롱 또는 프롱 수용 리셉터클을 포함한다. 또 다른 구현형태들에서, 전기 커넥터(1206)는 생략될 수 있고, 이러한 경우 카세트 인터페이스(1200)는 인터페이스(1200)와 모바일 분석기(1232) 사이에서 무선으로 통신하기 위해 적외선, RF, 블루투스 또는 다른 무선 기술을 사용하는 무선 통신 디바이스를 포함한다.
펌웨어(1208)는 카세트 인터페이스(1200)에 의하여 소지되고 특히 미세유체 칩(1030, 1130, 1230, 1330, 1430)의 전자 컴포넌트 및 회로부 및 카세트(1010)의 제어를 위해 특히 전용화되는 전자 부품 및 회로부를 포함한다. 도시된 예에서, 펌웨어(1208)는 전기 센서(1138)를 제어하기 위한 제어기의 일부로서의 역할을 한다.
도 7 에 의하여 개략적으로 도시되는 바와 같이, 펌웨어(1208)는 주파수 소스(1212), 제 1 합성 또는 베이스 신호를 센서(1138)로부터 수신하고 베이스 신호로부터 임피던스 신호를 추출하기 위한 임피던스 추출기(1214) 및 임피던스 신호가 모바일 분석기(1232)에 송신될 때에 또는 송신될 때까지 임피던스 신호를 저장하기 위한 버퍼(1216)를 지원하는 적어도 하나의 인쇄 회로 보드(1210)를 포함한다. 예를 들어, 일 구현형태에서, 임피던스 추출기(1214)는 피시험 디바이스(특정 센서(1138))의 임피던스에 의하여 야기되는 위상에서의 실제 천이가 이용될 수 있도록 주파수 성분을 추출하기 위하여 무선 주파수(RF) 성분을 이용하는 아날로그 직교 진폭 변조(QAM)를 수행한다.
도 21 은 주파수 소스(1212) 및 임피던스 추출기(1214)를 제공하는 예시적인 임피던스 감지 회로(1500)의 개략도이다. 회로 블록(1510)에서, 신호들은 미세유체 채널(1136)(피시험 디바이스(DUT)) 내의 상부 및 하부 전극으로부터 측정된다. 회로 블록(1512)에서, 회로부는 상부 및 하부 전극(피시험 디바이스)을 통과하는 전류를 전압으로 변환한다. 회로 블록(1514)에서, 회로부는 믹서 이전 및 이후 각각에서 정확한 위상 및 진폭을 가지도록 전압 신호를 컨디셔닝한다. 회로 블록(1516)에서, 회로부는 입력 및 출력 전압 신호를 실수 및 허수 부분으로 나눈다. 회로 블록(1518)에서, 회로부는 각각의 신호의 진폭을 복구한다. 회로 블록(1520)에서, 회로부는 고-주파수 신호를 필터링한다. 회로 블록(1522)에서, 회로부는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호는 예컨대 필드 프로그램가능 게이트 어레이를 가지는 버퍼(1216)에 의하여 버퍼링된다.
일 구현형태에서, 펌웨어(1208)는 주파수 소스 제어기 및 버퍼(1216)로서의 역할을 하는 필드 프로그램가능 게이트 어레이를 포함한다. 다른 구현형태에서, 펌웨어(1208)는 주파수 소스 제어기, 임피던스 추출기(1214) 및 버퍼(1216)로서의 역할을 하는 주문형 집적회로(ASIC)를 포함한다. 각각의 경우에, 센서(1138)로부터의 원시 또는 베이스 임피던스 신호는 필드 프로그램가능 게이트 어레이 또는 ASIC 중 어느 하나에 의하여 사용되기 이전에 아날로그-디지털 컨버터에 의하여 증폭되고 변환된다. 펌웨어(1208)가 필드 프로그램가능 게이트 어레이 또는 ASIC을 포함하는 구현형태에서, 필드 프로그램가능 게이트 어레이 또는 ASIC은 추가적으로 미세-유체 칩(1010) 상의 다른 전자 컴포넌트, 예컨대 미세유체 칩 상의 미세유체 펌프(1130)(저항과 같음), 온도 센서(1175) 및 다른 전자 컴포넌트에 대한 드라이버로서의 역할을 수행할 수 있다.
모바일 분석기(1232)는 카세트(1010)로부터 데이터를 수신하기 위한 모바일 또는 휴대용 전자 디바이스를 포함한다. 모바일 분석기(1232)는 카세트 인터페이스(1200)를 통해 간접적으로 카세트(1010)에 분리가능하게 또는 착탈식으로 연결된다. 모바일 분석기(1232)는 카세트(1010)로부터 수신된 데이터를 사용하여 다양한 기능을 수행한다. 예를 들어, 일 구현형태에서, 모바일 분석기(1232)는 데이터를 저장한다. 도시된 예에서, 모바일 분석기(1232)는 데이터를 추가적으로 조작 또는 처리하고, 데이터를 디스플레이하며, 근거리 네트워크 또는 광역 네트워크(네트워크(1500))를 거쳐 추가적 스토리지 및 처리를 제공하는 원격 분석기(1300)로 데이터를 송신한다.
도시된 예에서, 모바일 분석기(1232)는 전기 커넥터(1502), 전력원(1504), 디스플레이(1506), 입력부(1508), 프로세서(1510), 및 메모리(1512)를 포함한다. 도시된 예에서, 전기 커넥터(1502)는 전기 커넥터(1206)와 유사하다. 도시된 예에서, 전기 커넥터(1502)는 USB 커넥터 코드(1209)의 일단부를 수용하기 위한 범용 시리얼 버스(USB) 커넥터 포트를 포함하는데, USB 커넥터 코드(1209)의 타단부는 카세트 인터페이스(1200)에 연결된다. 다른 구현형태들에서, 전기 커넥터(1502)는 인터페이스(1200)의 대응하는 전기적 커넥터와 접촉하는 복수 개의 별개의 전기적 콘택 패드를 포함하는데, 예컨대 이러한 경우 인터페이스(1200) 및 모바일 분석기(1232) 중 하나는 인터페이스(1200) 및 모바일 분석기(1232) 중 다른 것 안으로 직접적으로 플러그인 된다. 다른 구현형태에서, 전기 커넥터(1206)는 프롱 또는 프롱 수용 리셉터클을 포함한다. 또 다른 구현형태들에서, 전기 커넥터(1502)는 생략될 수 있고, 이러한 경우 모바일 분석기(1232) 및 카세트 인터페이스(1200)는 인터페이스(1200)와 모바일 분석기(1232) 사이에서 무선 통신을 가능하게 하기 위한 적외선, RF, 블루투스 또는 다른 무선 기술을 사용하는 무선 통신 디바이스를 각각 포함한다.
전력원(1504)은 카세트 인터페이스(1200) 및 카세트(1010)로 전력을 공급하기 위하여 모바일 분석기(1232)에 의하여 소지되는 전력원을 포함한다. 전력원(1504)은 카세트 인터페이스(1200)의 다양한 전자 컴포넌트 및 카세트(1010)로 공급되는 전력의 특성(전압, 전류)을 제어하는 다양한 전력 제어 전자 부품을 포함한다. 카세트 인터페이스(1200) 및 카세트(1010) 양자 모두에 공급되는 전력이 모바일 분석기(1232)에 의하여 공급되기 때문에, 카세트 인터페이스(1200) 및 카세트(1010)의 크기, 비용 및 복잡성이 감소된다. 다른 구현형태들에서, 카세트(1010) 및 카세트 인터페이스(1200)에 대한 전력은 카세트 인터페이스(1200)에 위치된 배터리에 의하여 공급된다. 또 다른 구현형태에서, 카세트(1010)에 대한 전력은 카세트(1010)에 의하여 소지되는 배터리에 의하여 제공되고, 인터페이스(1200)에 대한 전력은 카세트 인터페이스(1200)에 대한 개별 전용 배터리에 의하여 공급된다.
디스플레이(1506)는 데이터가 시각적으로 제공되는 모니터 또는 스크린을 포함한다. 일 구현형태에서, 디스플레이(1506)는 카세트(1010)로부터 수신되는 데이터에 기초하여 그래픽 플롯(graphic plot)을 제공하는 것을 가능하게 한다. 몇 가지 구현형태들에서, 디스플레이(1506)는 생략될 수 있거나 발광 다이오드, 청각적 디바이스 또는 카세트(1010)로부터 수신되는 신호 또는 데이터에 기초하여 결과를 표시하는 다른 엘리먼트와 같은 다른 데이터 통신 엘리먼트로 대체될 수 있다.
입력부(1508)는 사람이 커맨드, 선택 또는 데이터를 모바일 분석기(1232)로 입력하기 위하여 사용할 수 있는 사용자 인터페이스를 포함한다. 도시된 예에서, 입력부(1508)는 디스플레이(1506)에 제공된 터치 스크린을 포함한다. 일 구현형태에서, 입력부(1508)는 키보드, 토글 스위치, 푸시 버튼, 슬라이더 바, 터치패드, 마우스부, 연관된 음성 인식 프로그램을 가지는 마이크로폰 등등을 포함하지만 이들로 제한되지는 않는 다른 입력 디바이스를 추가적으로 또는 대안적으로 포함할 수 있다. 일 구현형태에서, 입력부(1506)는 모바일 분석기(1232) 상에서 실행되는 애플리케이션 프로그램에 의하여 제공되는 독려에 따라서 상이한 유체 테스트들 또는 특정 유체 테스트의 모드들의 입력을 가능하게 한다.
프로세서(1510)는 센서(1138)의 동작 및 센서(1138)로부터 데이터를 획득하는 것을 제어하는 제어 신호를 생성하도록 설계된 적어도 하나의 처리 유닛을 포함한다. 프로세서(1510)는 펌프(1160) 및 온도 센서(1175)의 동작을 제어하는 제어 신호를 더 출력한다. 도시된 예에서, 프로세서(572)는 칩(230)으로부터 수신된 데이터를 더 분석하여 메모리(1512)에 저장되고, 디스플레이(1506)에 표시되며 및/또는 네트워크(1500)를 거쳐 원격 분석기(1300)로 송신되는 출력을 생성한다.
메모리(1512)는 프로세서(1510)의 동작을 지시하기 위한 명령을 포함하는 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체를 포함한다. 도 7 에 의하여 개략적으로 도시되는 바와 같이, 메모리(1512)는 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520) 및 애플리케이션 프로그램(1522)을 포함하거나 저장한다. 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520)는 루틴, 프로토콜 및 툴의 라이브러리를 포함하는데, 이들은 카세트(1010)를 사용하는 다양한 기능 또는 테스트를 수행하기 위한 빌딩 블록으로서의 역할을 한다. 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520)는 "빌딩 블록" 또는 모듈들의 라이브러리 및 어셈블리에 접근하여 카세트(1010)를 사용해서 다양한 기능 또는 테스트 중 선택된 것을 수행하는 프로그래밍된 로직 또는 머신-판독가능 명령을 포함한다. 예를 들어, 일 구현형태에서, 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520)는, 예컨대 교류 전류의 상이한 주파수를 인가함으로써 펌웨어(1208)가 전기 센서(1138)를 선택된 동작 상태에 진입하게 하도록 지시하기 위한 루틴을 포함하는 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스 라이브러리를 포함한다. 도시된 예에서, 라이브러리는 온도 센서(1175)로부터의 테스트되는 유체의 감지된 온도에 응답하여 펌웨어(1208)가 유체 펌프(1160)를 동작시키거나 이러한 펌프(1160) 또는 전기 센서(1138)의 동작을 동적으로 조절하도록 지시하기 위한 루틴을 역시 포함한다. 일 구현형태에서, 모바일 분석기(1232)는 복수 개의 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520)를 포함하는데, 각각의 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520)는 특정 전체 유체 또는 분석물질 테스트에 대해서 특별히 설계되고 이들에 대해 전용이다. 예를 들어, 하나의 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520)는 세포학적 테스트를 수행하는 것에 지향될 수 있다. 다른 애플리케이션 프로그램 인터페이스(1520)는 응고 테스트를 수행하는 것에 지향될 수 있다. 이러한 구현형태에서, 다수의 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520)는 루틴, 프로토콜 및 툴의 라이브러리를 공유할 수 있다.
애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520)는 상이한 애플리케이션 프로그램의 지시에 따라 카세트(1010)를 사용하는 테스팅이 수행될 수 있도록 한다. 다르게 말하면, 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520)는 다양한 상이한 애플리케이션 프로그램들 중 임의의 것에 의하여 사용될 수 있는 펌웨어(1208)에 대한 커맨드들의 범용 프로그래밍 세트를 제공한다. 예를 들어, 모바일 분석기(1232)의 사용자는 다수 개의 상이한 애플리케이션 프로그램들 중 임의의 것을 다운로드 또는 설치할 수 있는데, 상이한 애플리케이션 프로그램들 각각은 카세트(1010)를 사용한 테스트를 수행하기 위하여 애플리케이션 프로그램 인터페이스(1520)를 이용하도록 설계된다. 위에서 언급된 바와 같이, 펌웨어(1208)는 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520)와 카세트(1010), 특히 미세유체 칩(1030, 1130, 1230, 1330, 1430)에서 발견되는 실제 하드웨어 또는 전자 부품 사이에서 인터페이싱한다.
애플리케이션 프로그램(1522)은 사용자가 메모리(1512)에 저장된 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520) 또는 다수의 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520)와 상호작용하게 하는 메모리(1512)에 저장된 중요한 프로그램을 포함한다. 애플리케이션 프로그램(1522)은 디스플레이(1506)에 출력을 제공하고 입력부(1508)를 통해 입력을 수신한다. 애플리케이션 프로그램(1522)은 입력부(1508)를 통해 수신된 입력에 응답하여 애플리케이션 프로그램 인터페이스(1520)와 통신한다. 예를 들어, 일 구현형태에서, 특정 애플리케이션 프로그램(1522)은 사용자에게 다양한 상이한 테스팅 옵션 중에서 어떤 것이 카세트(1010)를 사용해서 실행되어야 하는지를 선택하게 독려하는 그래픽 사용자 인터페이스를 디스플레이(1506)에 제공한다. 선택에 기초하여, 애플리케이션 프로그램(1522)은 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520)의 선택된 것과 상호작용하여 카세트(1010)의 전자 부품을 사용해서 선택된 테스팅 동작을 수행하도록 펌웨어(1208)에게 지시한다. 선택된 테스팅 동작을 사용해서 카세트(1010)로부터 수신된 감지된 값들은 펌웨어(1208)에 의하여 수신되고 선택된 애플리케이션 프로그램 인터페이스(1520)에 의하여 처리된다. 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520)의 출력은 일반적인 데이터로서, 다양한 상이한 애플리케이션 프로그램 중 임의의 것에 의하여 사용될 수 있도록 포매팅되는 데이터이다. 애플리케이션 프로그램(1522)은 기초 총칭 데이터를 제공하고 및/또는 베이스 데이터의 추가적 조작 또는 처리를 수행하여 최종 출력을 디스플레이(1506)를 통해 사용자에게 제공한다.
비록 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520)가 애플리케이션 프로그램(1522)과 함께 메모리(1512)에 저장되는 것으로 예시되지만, 몇 가지 구현형태들에서, 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520)는 원격 서버 또는 원격 컴퓨팅 디바이스에 저장되고, 여기에서 모바일 분석기(1232)에 설치된 애플리케이션 프로그램(1522)은 근거리 네트워크 또는 광역 네트워크(네트워크(1500))를 거쳐 원격 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520)에 접근한다. 몇 가지 구현형태들에서, 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520)는 메모리(1512)에 국지적으로 저장되는 반면에 애플리케이션 프로그램(1522)은 서버(1300)와 같은 원격 서버에 저장되고 근거리 네트워크 또는 광역 네트워크, 예컨대 네트워크(1500)를 거쳐 액세스된다. 또 다른 구현형태들에서, 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520) 및 애플리케이션 프로그램(1522) 양자 모두는 원격 서버 또는 원격 컴퓨팅 디바이스에 저장되고 근거리 네트워크 또는 광역 네트워크를 거쳐 접근된다(가끔 클라우드 컴퓨팅이라고 지칭됨).
도시된 예에서, 시스템(1000)은 멀티플렉서 회로부(1179) 및 연관된 멀티플렉서 회로부를 인터페이스(1200) 또는 모바일 분석기(1232)에 제공함으로써 멀티플렉서 회로부를 이용하여, 칩(1130)의 크기를 감소시킬 수 있게 한다. 시스템(1000)은 칩(1130)의 상이하게 제어된 디바이스, 예컨대 유체 센서(1138), 펌프(1140) 및 온도 센서(1175) 중에서 칩(1130)의 총 송신 대역폭을 적합하게 할당함으로써 칩(1130) 크기를 감소시킬 수 있게 한다. 송신 대역폭은 포트(1204 및 1177)의 커넥터들을 거쳐 그리고 이들 사이에서 신호를 송신하기 위한 총 용량을 포함한다. 프로세서(1510)는, 제어 신호가 출력되고 포트(1204)의 커넥터와 포트(1177)의 커넥터를 거쳐 다양한 제어된 디바이스 유체 센서(1138), 펌프(1160) 및 온도 센서(1175)로 전송되는 타이밍 및 속도 및 제어된 디바이스가 데이터 신호에 대하여 폴링되거나 또는 데이터가 제어된 디바이스로부터 수신되는 타이밍 및 속도를 제어함으로써 총 송신 대역폭을 할당한다. 이러한 대역폭을 모든 제어된 디바이스(1138, 1160, 1175) 사이에서 또는 유체 센서, 온도 센서 및 펌프와 같은 제어된 디바이스의 상이한 타입 또는 클래스 사이에서 균등하게 지정하는 대신에, 프로세서(1510)는 메모리(1512)에 포함된 명령에 따라서 상이한 제어된 디바이스들 중에서 송신 대역폭을 상이하게 할당한다.
총 송신 대역폭을 제어된 디바이스(1138, 1160, 1175)에 걸쳐 상이하게 할당하는 것은 제어된 디바이스의 클래스 또는 상이한 제어된 디바이스에 의하여 수행되는 일반적인 기능에 기초한다. 예를 들어, 일 구현형태에서, 총 송신 대역폭의 제 1 부분은 센서(1138)로 할당되고, 총 송신 대역폭의 제 1 부분과 상이한 제 2 부분은 온도 센서(1175)로 할당되며 총 송신 대역폭의 제 1 부분 및 제 2 부분과 상이한 제 3 부분은 펌프(1160)로 할당된다. 일 구현형태에서, 센서(1138)로 할당된 총 송신 대역폭의 제 1 부분은 상이한 개개의 센서(1138) 사이에서 균일하게 또는 균등하게 배분되고, 온도 센서(1175)로 할당된 총 송신 대역폭의 제 2 부분은 상이한 개개의 온도 센서(1175) 사이에서 균일하게 또는 균등하게 배분되며, 펌프(1160)로 할당된 총 송신 대역폭의 제 3 부분은 상이한 개개의 제어된 디바이스(1160) 사이에서 균일하게 또는 균등하게 배분된다.
다른 구현형태에서, 총 송신 대역폭의 제 1 부분, 제 2 부분 및 제 3 부분은 각각 제어된 디바이스의 각각의 클래스(1138, 1175, 1160)의 개개의 제어된 디바이스들 사이에서 불균일하게 또는 불균등하게 배분된다. 일 구현형태에서, 상이한 유체 센서(1138)는 상이하게 동작하여 유체 샘플에 대한 상이한 테스트를 형성한다. 예를 들어, 센서(1138)가 전기 센서를 포함하는 일 구현형태에서, 유체 센서(1138) 중 하나에는 교류 전류의 제 1 주파수가 제공되는 반면에 유체 센서(1138) 중 다른 것에는 교류 전류의 제 2 의 상이한 주파수가 제공됨으로써, 두 개의 센서가 감지되는 셀 또는 입자의 특성의 상이한 파라미터를 표시하는 신호를 출력하게 한다. 이러한 구현형태에서, 프로세서(1510)는 상이한 센서들의 각각에 교류 전류의 상이한 테스트에 기초하거나 상이한 센서에 인가되는 상이한 주파수에 기초하여 상이한 퍼센티지 또는 부분을 할당한다.
일 구현형태에서, 개개의 제어된 디바이스 사이에서 총 송신 대역폭을 할당 또는 배분하는 것은, 동일한 클래스 디바이스에 있는 다른 제어된 디바이스에 대한 개개의 제어된 디바이스 자체의 특성에 더 기초한다. 예를 들어, 일 구현형태에서, 상이한 센서(1138)는 상이한 크기의 협색 내에 위치된다. 이러한 상이한 크기의 협색은 결과적으로 협색 내에서 또는 이것을 통과하여 흐르는 유체 내의 셀 또는 입자의 상이한 농도, 셀 또는 입자들이 협색을 통과해서 흐르는 상이한 주파수, 또는 협색, 즉 센서(1138)가 위치되는 유체 채널(1136)의 일부의 기하학적 구조에 걸친 상이한 유체 유속을 초래한다. 일 구현형태에서, 셀 또는 입자가 이러한 센서들을 거쳐 흐르는 더 큰 유체 유속 또는 더 큰 주파수를 가지는 협색 내에 위치되는 센서들(1138)에는, 셀 또는 입자가 이러한 센서를 거쳐 흐르는 더 낮은 유체 유속 또는 더 낮은 주파수를 가지는 협색 내에 위치된 동일한 클래스의 이러한 센서들 중 다른 것과 비교할 때, 센서들의 해당 클래스에 배분된 총 송신 대역폭의 더 많은 퍼센티지가 할당된다.
이와 유사하게, 몇 가지 구현형태들에서, 상이한 펌프(1160)가 상이하게 설계된 미세유체 채널(1136), 즉 상이한 기하학적 구조를 가지는 채널(1136)의 상이한 부분에 위치된다. 결과적으로, 상이한 펌프(1160)에서 이루어져야 하는 유체 흐름 또는 펌핑 수요도 역시 달라질 수 있다. 이러한 구현형태에서, 더 큰 펌핑 수요를 가지는 그러한 특정 펌프(1160)에는 더 적은 펌핑 수요를 가지는 채널(1136) 내에 위치되는 같은 클래스의 그러한 펌프 중 다른 것과 비교할 때, 해당 클래스의 펌프로 배분된 총 송신 대역폭의 더 큰 퍼센티지가 할당된다. 예를 들어, 일 구현형태에서, 더 긴 미세유체 채널 또는 더 복잡한 미세유체 채널을 통해 유체를 이동시키는 펌프에는 총 송신 대역폭의 더 큰 퍼센티지가 제공됨으로써, 더 짧은 미세유체 채널 또는 덜 복잡한 미세유체 채널을 통해 유체를 이동시키는 다른 펌프와 비교할 때 더 빈번한 펄스 및 더 빈번한 펌핑이 가능하게 한다.
일 구현형태에서, 프로세서(1510)는 프로세서(1510)가 적어도 2 μs당 한 번의 주파수로 센서(1138)의 각각으로부터 데이터를 폴링하고 수신하도록 총 송신 대역폭을 할당한다. 이러한 구현형태에서, 프로세서(1510)는 펄스를 적어도 매 100 μs 당 적어도 한 번 내지 50 μs 당 한 번의 주파수로 저항을 포함하는 펌프(1160)로 송신한다. 이러한 구현형태에서, 프로세서(1510)는 온도 센서(1175)로부터 10 ms 당 적어도 한번 내지 1 ms 당 한 번의 주파수로 데이터 신호를 폴링하고 수신한다. 또 다른 구현형태에서, 다른 총 송신 대역폭 할당 기법이 채용된다.
일 구현형태에서, 프로세서(1510)는 신호 품질/해상도에 기초하여 상이한 제어된 디바이스(138) 사이에서의 대역폭 할당을 탄력적이거나 동적으로 조절한다. 예를 들어, 센서(1138)에 의한 임피던스 감지를 위해 할당된 대역폭의 제 1 양이 셀 또는 다른 분석물질이 너무 빨리 센서(1138)를 통과하기 때문에 불충분해서 신호 품질/해상도가 선결정된 저장된 신호 품질/해상도 임계를 만족시키지 못한다면, 프로세서(1510)는 자동으로 또는 사용자에게 대역폭 할당 증가를 제안하고 사용자로부터 인가받는 것에 응답하여 특정 센서(1138)로의 대역폭 할당을 증가시킨다. 반대로, 특정 센서(1138)가 펌핑 속도에 기인하여 더 낮은 유체 또는 셀 유속을 가짐으로써 할당된 대역폭이 만족스러운 신호 품질/해상도를 얻기 위한 양을 초과한다면, 프로세서(1510)는 자동으로, 또는 대역폭 할당 감소를 사용자에게 제안하고 사용자로부터 인가받는 것에 응답하여, 특정 센서로의 대역폭 할당을 감소시키는데, 여기에서 프로세서(1510)는 이제 자유가 된 대역폭을 센서(1138) 중 다른 것으로 할당한다.
센서(1138)가 전기 센서를 포함하는 예시된 예에서, 애플리케이션 프로그램(1522) 및 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520)는 프로세서(1510)가 칩(1130) 상의 센서(1138) 각각에 인가되는 교류 전류의 주파수를 제어하게 지시하도록 협력한다. 각각의 개개의 센서(1138)에 대하여, 프로세서(1510)는 교류 전류의 상이한 비-제로 주파수를 개개의 센서(1138)로 인가하도록 지시된다. 일 구현형태에서, 프로세서(1510)는 전기 센서(1138)로 인가되는 교류 전류의 주파수를 전기 센서(1138)의 실시간의 현재 성능에 기초하여 동적으로 조절하여 시스템 성능을 개선한다. 예를 들어, 일 구현형태에서, 제어기(1510)는 교류 전류의 제 1 비-제로 주파수를 선택된 전기 센서(1138)로 인가하는 제어 신호를 출력한다. 교류 전류의 제 1 비-제로 주파수가 인가되는 도중에 선택된 전기 센서(1138)로부터 수신되는 신호에 기초하여, 제어기(1510)는 전기 센서(1138)로 인가되는 교류 전류의 후속하여 인가된 주파수의 값을 조절한다. 프로세서(1510)는, 주파수 소스(1212)가 교류 전류의 제 2 비-제로 주파수를 선택된 전기 센서(1138)로 인가하도록 제어 신호를 출력하는데, 주파수 소스(1212)에 의하여 선택된 전기 센서(1138)로 인가되는 교류 전류의 제 2 비-제로 주파수의 값은 교류 전류의 제 1 비-제로 주파수가 인가되는 도중에 전기 센서(1138)로부터 수신된 신호에 기초한다.
일 구현형태에서, 프로세서(1510)는 교류 전류의 상이한 비-제로 주파수를 선택적으로 인가하여 유체 샘플에 상이한 테스트를 수행한다. 주파수 소스(1212)가 교류 전류의 상이한 비-제로 주파수를 전기 센서(1138)로 인가하도록 프로세서(1510)가 유도하는 결과로서, 전기 센서(1138)는 상이한 테스트를 수행하여 유체, 또는 그 안에 포함된 셀들의 상이한 성질 또는 특성을 표시할 수 있는 상이한 신호들을 출력한다. 이러한 상이한 테스트들은 유체 샘플이 하나의 테스팅 디바이스로부터 다른 디바이스로 전달될 필요가 없이 단일 유체 테스팅 플랫폼 상의 단일 유체 샘플에 수행된다. 결과적으로, 유체 샘플의 무결성이 유지되고, 다수의 상이한 테스트를 수행하는 비용 및 복잡성이 감소되며, 잠재적으로 생물학적 위해성 폐기물의 양도 역시 감소된다.
일 구현형태에서, 애플리케이션 프로그램(1522)은 사용자가 시스템(1000)이 수행할 특정 유체 테스트를 선택하게 독려하도록 프로세서(1510)에게 지시한다. 일 구현형태에서, 애플리케이션 프로그램(1522)은 프로세서(1510)가, 사용자가 선택하도록 상이한 테스트의 상이한 명칭을 디스플레이(1506) 상에 디스플레이하거나 선택할 특성 또는 셀/입자 파라미터를 디스플레이하게 한다. 예를 들어, 프로세서(1510)는 입력부(1508)를 사용하여 사용자가 선택하도록 셀 카운트, 셀 크기 또는 몇 가지 다른 파라미터를 디스플레이할 수도 있다.
일 구현형태에서, 특정 유체 테스트를 선택하도록 사용자를 독려하기 이전에, 애플리케이션 프로그램(1522)은 프로세서(1510)가, 전기 센서(1138)를 제공하는 유체 테스팅 디바이스를 점검하여 어떤 유체 테스트 또는 어떤 주파수 범위가 이용한지 또는 어떤 것에 대하여 유체 테스팅 디바이스가 제공할 수 있는지를 결정 또는 식별하게 지시한다. 이러한 구현형태에서, 프로그램(1522)은 특정 카세트(1010)에 의하여 제공될 수 없는 유체 테스트들을 사용자에게 제공되는 유체 테스트의 가능한 선택의 목록 또는 메뉴로부터 자동으로 제거한다. 또 다른 구현형태에서, 애플리케이션 프로그램(1522)은 유체 테스트의 풀 메뉴를 제공하지만, 현재의 카세트(1010)가 분석기(1232)에 연결될 경우에 현재 이용가능하거나 선택가능하지 않은 그러한 특정 유체 테스트를 사용자에게 통지한다.
프로세서(1510)는 애플리케이션 프로그램(1522)에 포함된 명령에 따라서, 전기 센서(1138)와의 테스팅 도중에 망라되거나 커버되어야 하는 교류 전류의 주파수들의 스캔 범위를 수행될 유체 테스트에 대한 수신된 선택에 기초하여 선택한다. 스캔 범위는 교류 전류의 다수의 상이한 주파수가 선정의된 스캔 프로파일에 따라서 전기 센서(38)로 인가되어야 하는 범위이다. 스캔 범위는 테스팅 도중에 전기 센서(1138)로 인가될 교류 전류의 일련의 상이한 주파수에 대한 종단점을 식별한다. 일 구현형태에서, 1 kHz 내지 10 MHz의 스캔 범위가 센서(1138)에 인가된다.
스캔 프로파일은 범위의 종단점들 사이의 특정 AC 주파수 값과 전기 센서(1138)로 인가되는 그들의 타이밍을 표시한다. 예를 들어, 스캔 프로파일은 스캔 범위의 종단점들 사이의 연속의 끊김이 없는 일련의 AC 주파수 값을 포함할 수 있다. 대안적으로는, 스캔 프로파일은 스캔 범위의 종단점들 사이의 일련의 간헐적 AC 주파수 값을 포함할 수 있다. 상이한 주파수들의 개수 이들 사이의 시간 간격 스페이싱 및/또는 주파수 값 자체의 증분은 상이한 스캔 프로파일에서 균일하거나 불균일할 수 있다.
일 구현형태 또는 사용자가 선택한 동작 모드에서, 프로세서(1510)는 식별된 스캔 범위 및 스캔 프로파일을 수행하여 수행되는 특정 테스팅에 대한 최대 신호-대-잡음비를 제공하는 주파수를 식별한다. 유체 샘플이 추가되고 유체 샘플의 일부가 감지 구역에 도달하고 감지 구역에서 검출된 이후에, 연관 펌프(1160)가 비활성화되어 분석물질(셀 또는 입자)이 인접한 센서(1138)의 감지 구역 내에서 정적이거나 정지되게 한다. 이러한 시간에, 프로세서(1510)가 스캔을 수행한다. 스캔 도중에, 최대 신호-대-잡음비가 얻어지게 하는, 특정 센서(1138)로 인가된 교류 전류의 주파수가 프로세서(1510)에 의하여 식별된다. 그 이후에, 특정 센서(1138)를 거쳐 유체를 펌핑하는 펌프(1160)가 다시 한 번 활성화되고 유체 샘플이 교류 전류의 식별된 주파수가 센서(1138)로 인가되면서 센서(1138)를 사용하여 테스트된다. 다른 구현형태에서, 교류 전류의 선결정된 공칭 주파수가 수행되는 특정 유체 테스트에 기초하여 식별되고, 여기에서 공칭 주파수 주위의 다수의 주파수들이 센서(1138)로 인가된다.
일 구현형태 또는 동작의 사용자가 선택한 모드에서, 프로세서(1510)는 사용자에 의하여 선택된 유체 테스트에 가장 적합한 특정 범위를 식별하고, 스캔 프로파일은 상이한 범위 각각에 대해 동일한 디폴트 프로파일이다. 다른 구현형태 또는 동작의 사용자가 선택한 모드에서, 프로세서(1510)는 선택된 유체 테스트에 대해 가장 적합한 특정 스캔 범위를 자동으로 식별하는데, 사용자는 스캔 프로파일을 선택하도록 독려된다. 다른 구현형태 또는 사용자가 선택한 동작 모드에서, 애플리케이션 프로그램(1522)에 의하여 제공되는 명령에 따라서, 프로세서(1510)는 사용자에 의하여 선택된 특정 유체 테스트에 대해 가장 적합한 범위뿐만 아니라, 사용자에 의하여 선택된 특정 유체 테스트에 대한 특정 범위용 특정 스캔 프로파일도 자동으로 식별한다. 또 다른 구현형태 또는 사용자 선택가능한 동작 모드에서, 사용자는 특정 스캔 프로파일을 선택하도록 독려되고, 프로세서(1510)는, 선택된 스캔 프로파일이 특정 선택된 유체 테스트에 대한 것이라면 가장 적합한 스캔 범위를 식별한다. 일 구현형태에서, 메모리(1512) 또는 메모리(1604)와 같은 원격 메모리는 상이한 이용가능하거나 선택가능한 유체 테스트에 대한 상이한 스캔 프로파일 내의 상이한 스캔 프로파일 또는 유체 테스트가 수행될 수 있는 유체/셀/입자 파라미터를 식별하는 룩업 테이블을 포함한다.
센서(1138)가 전기 센서를 포함하는 하나의 구현형태에서, 애플리케이션 프로그램 인터페이스(1520) 및 애플리케이션 프로그램(1522)은 협동하여 교류 전류의 상이한 주파수를 카세트(1010)의 동일한 미세유체 칩(1130) 상의 상이한 센서(1138)에 인가하도록 프로세서(1510)에게 지시한다. 일 구현형태에서, 프로세서(1510)는 상이한 전기 센서(38)로 인가된 교류 전류의 상이한 비-제로 주파수에 대한 사용자 선택을 제공한다. 주파수 소스(1512)가 교류 전류의 상이한 비-제로 주파수를 상이한 전기 센서(1138)로 인가하도록 프로세서(1510)가 지시하기 때문에, 상이한 전기 센서(1138)는 상이한 테스트를 수행하여 유체, 또는 그 안에 포함된 셀들의 상이한 성질 또는 특성을 표시할 수 있는 상이한 신호들을 출력한다. 이러한 상이한 테스트들은 유체 샘플이 하나의 테스팅 디바이스로부터 다른 디바이스로 전달될 필요가 없이 단일 유체 테스팅 플랫폼 상의 단일 유체 샘플에 수행된다. 결과적으로, 유체 샘플의 무결성이 유지되고, 다수의 상이한 테스트를 수행하는 비용 및 복잡성이 감소되며, 잠재적으로 생물학적 위해성 폐기물의 양도 역시 감소된다.
도시된 예에서, 애플리케이션 프로그램(1522) 및 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520)는 또한 협력하여 카세트(1010)에 의하여 테스트되는 유체 샘플의 온도를 프로세서(1510)가 조절하도록 지시한다. 애플리케이션 프로그램(1522), 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520) 및 프로세서(1510)는 유체 펌핑 및 유체 온도 조절 양자 모두를 획득하기 위한 펌프(1160)로서 역할을 하는 저항의 이중 목적 기능이 가능하게 하는 제어기로서의 역할을 한다. 특히, 프로세서(1510)는 충분한 양의 전류가 펌프(1160)를 통과하여 지나감으로써 펌프(1160)의 저항이 미세유체 채널(1136, 1236, 1336, 1436) 내의 인접한 유체를 유체의 핵형성 에너지 위의 온도로 가열하게 하는 제어 신호를 출력함으로써 저항을 유체 펌핑 상태로 작동시킨다. 결과적으로, 인접한 유체는 기화되어 증기포가 이전에 형성되었던 유체의 부피보다 더 큰 부피를 가지는 증기포를 생성한다. 이처럼 부피가 커지면 채널 내에서 기화되지 않은 잔여 유체를 밀어내서 유체를 센서(1138) 또는 다수의 센서들(1138)을 거쳐 이동하게 한다. 증기포가 소멸되면, 유체는 저장소(1134)로부터 채널 내로 끌어들여져서 소멸된 증기포의 이전 부피를 점유하게 된다. 프로세서(1510)는 펌프(1160)의 저항을 간헐적이거나 주기적인 방식을 펌핑 상태로 작동시킨다. 일 구현형태에서, 프로세서(1510)는 펌프(1160)를 주기적 방식으로 펌핑 상태로 작동시켜서 미세유체 채널 내의 유체가 연속적으로 이동하거나 연속적으로 순환하게 한다.
펌프(1160)의 저항이 유체의 핵형성 에너지 위의 온도로 펌핑 상태로 작동되지 않는 그러한 시간 기간 동안에, 프로세서(1510)는 적어도 유체가 센서(1138)에 인접하거나 반대로 연장되고 있고 센서(1138)에 의하여 감지되고 있는 그러한 기간 시간 동안에 펌프(1160)의 동일한 저항을 사용하여 유체의 온도를 조절한다. 저항(1160)이 펌핑 상태에 있지 않는 그러한 기간 시간 동안에, 프로세서(1510)는 펌프(1160)의 저항을 인접한 유체가 기화되지 않고 가열되는 온도 조절 상태에서 선택적으로 작동시킨다. 프로세서(1510)는 충분한 양의 전류가 펌프(1160)의 저항을 통과하여 지나감으로써 펌프(1160)의 저항이 미세유체 채널 내의 인접한 유체를 인접한 유체를 기화시키지 않으면서 유체의 핵형성 에너지 아래의 온도로 가열하게 하는 제어 신호를 출력함으로써, 펌프(1160)의 저항을 유체 가열 또는 온도 조절 상태로 작동시킨다. 예를 들어, 일 구현형태에서, 제어기는 저항을 동작 상태에서 작동시킴으로써, 인접한 유체의 온도는 유체의 핵형성 에너지 아래의 제 1 온도까지 상승하게 하고, 인접한 유체의 온도가 일정하거나 핵형성 에너지 미만의 온도의 선정의된 범위 내에서 일정하게 유지되도록 동작 상태를 유지 또는 조절하게 한다. 이에 반해, 펌프의 저항(1160)이 펌핑 상태로 작동되는 경우, 펌프(1160)는 펌프(1160)에 인접한 유체의 온도가 일정한 온도 또는 온도의 선정의된 범위 내에 일정하게 속하는 범위에서 유지되지 않고(온도의 선정의된 범위 내에서 상승하고 하강함), 유체의 핵형성 에너지 보다 높은 온도까지 신속하고 연속적으로 증가된다.
일 구현형태에서, 프로세서(1510)는 펌프(1160)의 저항의 공급을, 온도 조절 상태에 있는 경우 저항이 이진 방식으로 작동하도록(인접한 유체의 온도는 자신의 핵형성 에너지 위의 온도로 가열되지 않음) 제어한다. 펌프(1160)의 저항이 온도 조절 상태에서 이진 방식으로 동작하는 구현형태에서, 펌프(1160)의 저항은 "온" 또는 "오프"이다. 펌프(1160)의 저항이 "온"인 경우, 선결정된 양의 전류가 펌프(1160)의 이러한 저항이 선결정된 양의 열을 선결정된 속도로 방출하도록 펌프(1160)의 저항을 통과한다. 펌프(1160)의 저항이 "오프"인 경우, 전류는 저항을 통과하지 않게 되어 저항이 임의의 추가적 열을 생성하거나 방출하지 않게 된다. 이러한 이진 온도 조절 동작 모드에서, 프로세서(1510)는 이것의 클리닉(clinic) 채널 내의 유체에 인가되는 열의 양을 펌프(1160)의 저항을 "온" 및 "오프" 상태 사이에서 선택적으로 스위칭함으로써 제어한다.
다른 구현형태에서, 온도 조절 상태에 있는 경우 프로세서(1510)는 펌프(1160)의 저항을 복수 개의 상이한의 하나 "온" 동작 상태 중 하나에서 제어하거나 설정한다. 결과적으로, 프로세서(1510)는 열이 펌프(1160)의 저항에 의하여 생성되고 방출되는 속도를 선택적으로 변경시키고, 열 방출 속도는 복수 개의 상이한 이용가능한 비-제로 열 방출 속도들 중에서 선택된다. 예를 들어, 일 구현형태에서, 프로세서(1510)는 열이 펌프(1160)의 저항에 의하여 조절되는 속도를 펌프(1160)의 특성을 조절함으로써 선택적으로 변동시키거나 제어한다. 조절될 수 있는 펌프(1160)의 특성의 예(온-오프 상태 외의 특성)는 비-제로 펄스 주파수, 저항을 거쳐 공급되는 전압 및 전류의 펄스폭을 조절하는 것을 포함하지만 이들로 제한되지는 않는다. 일 구현형태에서, 프로세서(1510)는 열이 펌프(1160)의 저항에 의하여 방출되는 속도를 제어 또는 조절하도록 다수의 상이한 특성들을 선택적으로 조절한다.
사용자가 선택가능한 하나의 동작 모드에서, 프로세서(1510)는 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(1520) 및 애플리케이션 프로그램(52)으로부터의 명령에 따라서, 선정의되거나 선결정된 스케줄에 따라서 펌프(1160)의 저항을 선택적으로 작동시켜서 유체의 핵형성 에너지 아래에서 유체의 일정한 온도를 유지하거나, 유체의 온도를 핵형성 에너지 아래의 온도들의 선결정된 범위 안에서 일정하게 유지한다. 일 구현형태에서, 선결정된 스케줄은 선결정된 주기적 스케줄 또는 시간 스케줄이다. 예를 들어, 유체 테스팅 시스템(1000)의 특정 온도 특성과 관련된 이력 데이터를 수집함으로써, 유체 테스팅 시스템(1000) 내의 특정 유체 샘플의 온도가, 테스트되는 유체의 타입, 펌프(1160)의 저항이 펌핑 상태로 작동되는 속도/주파수, 개개의 증기포가 생성되는 펌핑 사이클 동안에 온도 레귤레이터(60)에 의하여 방출되는 열의 양, 유체 테스팅 시스템(1000)의 다양한 컴포넌트들의 열적 성질, 열전도성, 펌프(1160)의 저항과 센서(1138)의 간격, 샘플 입력 포트(1018) 내로 또는 테스팅 시스템(1000) 내로 처음에 침착될 경우의 유체 샘플의 초기 온도 및 기타 등등과 같은 인자들에 따라서 예측가능한 방식 또는 패턴으로 온도 변화를 겪는다는 것이 발견될 수 있다. 유체 샘플이 시스템(1000) 내에서 온도 변화 또는 온도 손실을 겪는 종래에 발견된 예측가능한 방식 또는 패턴에 기초하여, 프로세서(1510)는, 발견된 온도 변화 또는 손실의 패턴에 맞추도록 또는 유체의 핵형성 에너지 아래의 일정한 온도를 유지하거나 유체의 온도를 핵형성 에너지의 아래의 온도들의 선정의된 범위 내에서 일정하게 유지하도록, 펌프(1160)의 저항이 위에서 기술된 바와 같이 온 또는 오프에 있도록 선택적으로 제어하고 및/또는 펌프(1160)의 저항이 "온" 상태에 있는 경우 펌프(1160) 또는 다수의 펌프(1160)의 저항의 특성을 선택적으로 조절하는 제어 신호를 출력한다. 이러한 구현형태에서, 펌프(1160)의 프로세서(1510)가 저항을 온도 조절 상태에서 작동시키거나 프로세서(1510)가 저항의 동작 특성을 선택적으로 조절하여 펌프(1160)의 저항의 열 방출 속도를 조절하는 선정의된 주기적 타이밍 스케줄은 메모리(1512) 내에 저장되거나 주문형 집적회로와 같은 집적 회로의 일부로서 프로그램된다.
일 구현형태에서, 프로세서(1510)가 펌프(1160)를 온도 조절 상태로 작동시키거나 프로세서(1510)가 펌프(1160)의 동작 상태를 온도 조절 상태에서 조절하는 선정의된 타이밍 스케줄은 유체 샘플을 테스팅 시스템(1000) 내로 삽입하는 것에 기초하거나 이것에 의하여 트리거링된다. 다른 구현형태에서, 선정의된 타이밍 스케줄은 펌프(1160)의 저항에 의한 유체 샘플의 펌핑과 연관된 이벤트에 기초하거나 이것에 의하여 트리거링된다. 또 다른 구현형태에서, 선정의된 타이밍 스케줄은 센서(1138)로부터의 신호 또는 데이터의 출력 또는 센서(1138)가 유체를 감지하고 데이터를 출력하는 스케줄 또는 주파수에 기초하거나 이것에 의하여 트리거링된다.
사용자가 선택가능한 다른 동작 모드에서, 프로세서(1510)는 테스트되는 유체의 온도를 표시하는 온도 센서(1175)로부터의 신호에 기초하여, 펌프(1160)의 저항을 온도 조절 상태로 선택적으로 작동시키고 온도 조절 상태에 있는 동안 펌프(1160)의 저항을 상이한 동작 상태로 선택적으로 작동시킨다. 일 구현형태에서, 프로세서(1510)는 테스트되는 유체의 온도를 표시하는 온도 센서(1175)로부터 수신되는 수신된 신호에 기초하여, 펌프(1160)의 저항을 펌핑 상태와 온도 조절 상태 사이에서 스위칭한다. 일 구현형태에서, 프로세서(1510)는 테스트되는 유체의 온도를 이러한 신호에 기초하여 결정한다. 일 구현형태에서, 프로세서(1510)는 센서(1175) 또는 두 개 이상의 센서(1175)로부터 연속적으로 또는 주기적으로 수신되는 신호를 표시하는 유체 온도에 기초하여 프로세서(1510)가 온도 조절 상태에 있는 펌프(1160)의 저항의 동작 특성을 연속적으로 또는 주기적으로 조절하는 폐루프 방식으로 동작한다.
일 구현형태에서, 프로세서(1510)는 온도 센서(1175)로부터 수신되는 신호들의 값을 펌프(1160)의 대응하는 동작 상태 및 저항의 이러한 동작 상태가 개시된 특정 시간, 저항의 이러한 동작 상태가 종료된 시간 및/또는 펌프(1160)의 저항의 지속기간의 지속 시간과 상관시키거나 인덱싱한다. 이러한 구현형태에서, 프로세서(1510)는 신호 및 그들의 연관된 저항 동작 상태 정보를 표시하는 인덱스된 유체 온도를 저장한다. 저장된 인덱스된 정보를 사용하여, 프로세서(1510)는 저항 펌프(1160)의 상이한 동작 상태와 마이크로폰 채널 내에 있는 유체의 결과적인 온도 변화 사이의 현재의 관련성을 결정하거나 식별한다. 결과적으로, 프로세서(1510)는 미세유체 채널 내의 특정 유체 샘플 또는 특정 타입의 유체의 온도가 온도 조절 상태에 있는 저항 펌프(1160)의 동작 상태의 변화에 어떻게 응답하는지를 식별한다. 일 구현형태에서, 프로세서(1510)는 디스플레이된 정보를 제공하여 운영자가 테스팅 시스템(1000)의 컴포넌트의 노화 또는 유체가 펌프(1160)의 저항의 동작 특성의 변화에 어떻게 반응하는지에 영향을 줄 수 있는 다른 인자를 고려하여 테스팅 시스템(1000)의 동작을 조절할 수 있게 한다. 다른 구현형태에서, 프로세서(1510)는 온도 조절 상태에 있는 펌프(1160)의 저항의 동작을 저항의 상이한 동작 상태에 대한 식별된 온도 응답에 기초하여 어떻게 제어할지를 자동으로 조절한다. 예를 들어, 일 구현형태에서, 프로세서(1510)는 펌프(1160)의 저항이 "온" 과 "오프" 상태 사이에서 작동되거나 상이한 "온" 동작 상태들 사이에서 작동되는 선결정된 스케줄을 유체 샘플과 저항 사이에의 식별되고 저장된 열적 응답 관련성에 기초하여 조절한다. 다른 구현형태에서, 프로세서(1510)는 프로세서(1510)가 실시간으로 온도 센서(1175)로부터 수신된 온도 신호에 어떻게 응답하는지를 제어하는 공식 또는 공식들을 조절한다.
비록, 도시된 예에서, 모바일 분석기(1232)가 태블릿 컴퓨터를 포함하는 것으로 도시되었지만, 다른 구현형태들에서, 모바일 분석기(1232)는 스마트 폰 또는 랩탑 또는 노트북 컴퓨터를 포함한다. 또 다른 구현형태에서, 모바일 분석기(1232)는 데스크탑 컴퓨터 또는 올인원 컴퓨터와 같은 고정식 컴퓨팅 디바이스로 대체된다.
원격 분석기(1300)는 모바일 분석기(1232)에 대하여 원격으로 위치된 컴퓨팅 디바이스를 포함한다. 원격 분석기(1300)는 네트워크(1500)를 거쳐 액세스가능하다. 원격 분석기(1300)는 추가적 처리 파워/속도, 추가적 데이터 스토리지, 데이터 리소스를 제공하고, 몇 가지 상황에서는 애플리케이션 또는 프로그램 업데이트를 제공한다. 원격 분석기(1300)(개략적으로 도시됨)는 통신 인터페이스(1600), 프로세서(1602) 및 메모리(1604)를 포함한다. 통신 인터페이스(1600)는 네트워크(1500)를 거치는 원격 분석기(1300)와 모바일 분석기(1232) 사이의 통신을 가능하게 하는 송신기를 포함한다. 프로세서(1602)는 메모리(1604)에 포함되는 명령을 수행하는 처리 유닛을 포함한다. 메모리(1604)는 프로세서(1602)의 동작을 지시하는 머신 판독가능 명령, 코드, 프로그램 로직 또는 로직 인코딩을 포함하는 비-일시적-컴퓨터-판독가능 매체를 포함한다. 메모리(1604)는 시스템(1000)에 의하여 수행되는 유체 테스팅으로부터의 데이터 또는 결과를 더욱 저장한다.
도 7 에 의하여 더욱 도시되는 바와 같이, 메모리(1512)는 버퍼 모듈(1530), 데이터 처리 모듈(1532) 및 플로팅 모듈(1534)을 더 포함한다. 모듈(1530, 1532 및 1534)은 프로세서(1510)가 도 22 에 도시되는 바와 같은 멀티-쓰레디드 유체 파라미터 처리 방법을 수행하도록 협력하여 지시하는 프로그램, 루틴 등을 포함한다. 도 22 는 프로세서(1510)에 의한 단일 데이터 수신기 쓰레드(1704)의 수신 및 처리 동작을 예시하고 기술한다. 일 구현형태에서, 멀티-쓰레디드 유체 파라미터 처리 방법(1700)은 다수의 데이터 세트가 동시에 수신되는 다수의 동시 데이터 수신기 쓰레드의 각각에 대해 프로세서(1510)에 의하여 동시에 수행된다. 예를 들어, 일 구현형태에서, 프로세서(1510)는 전기적 파라미터, 열적 파라미터 및 광학적 파라미터에 대한 데이터의 세트를 나타내는 데이터 신호를 동시에 수신한다. 수신되는 상이한 파라미터에 대한 각각의 데이터 세트 또는 일련의 신호에 대하여, 프로세서(1510)는 방법(1700)을 동시에 수행한다. 동시에 수신되고, 버퍼링되며, 분석되는 이러한 데이터 세트 모두는 이제 모바일 분석기(1232) 상에 도시되거나 그렇지 않으면 제공되거나 디스플레이된다.
혈액 샘플과 같은 유체 샘플의 테스팅 동안에, 프로세서(1510)는 적어도 하나의 유체 특성을 나타내는 신호가 프로세서(1510)에 의하여 수신되는 데이터 수신기 쓰레드(1704)를 연속적으로 실행한다. 일 구현형태에서, 데이터 수신기 쓰레드(104)를 만족하며 프로세서(1510)에 의하여 수신되는 신호는 기본적인(foundational) 데이터를 포함한다. 본 개시물의 목적을 달성하기 위하여, "기본적인 데이터", "기본적인 신호", "기본적인 유체 파라미터 데이터" 또는 "기본적인 유체 파라미터 신호"라는 용어는 증폭, 노이즈 필터링 또는 제거, 아날로그-디지털 변환 및, 임피던스 신호의 경우에는 직교 진폭 변조(QAM)와 같은, 이러한 신호의 사용을 가능하게 하는 변경을 거친 유체 센서(1138)로부터의 신호를 지칭한다. QAM은 피시험 디바이스(특정 센서(1138))의 임피던스에 의하여 야기되는 위상에서의 실제 천이가 식별되도록 주파수 성분을 추출하기 위하여 무선 주파수(RF) 성분을 이용한다.
일 구현형태에서, 데이터 수신기 쓰레드(1704)의 실행 도중에 프로세서(1510)에 의하여 연속적으로 수신되는 신호는 전기장 영역을 통과하여 흐르는 유체의 흐름으로부터 결과적으로 얻어지는 전기적 임피던스의 변화를 표시하는 전기적 임피던스 신호를 포함한다. 데이터 수신기 쓰레드(1704)의 실행 도중에 프로세서(1510)에 의하여 연속적으로 수신되는 신호는 기본적인 데이터를 포함하고, 이것은 이러한 신호가 위에서 설명된 바와 같은 이러한 신호의 후속 사용 및 처리를 가능하게 하는 다양한 변경을 거쳤다는 것을 의미한다. 일 구현형태에서, 프로세서(1510)에 의하여 수행되는 데이터 수신기 쓰레드(1704)는 기본적인 임피던스 데이터 또는 기본적인 임피던스 신호를 적어도 500 kHz의 속도에서 수신한다.
데이터 수신기 쓰레드(1704)에 따라 기본적인 유체 파라미터 신호를 수신하는 동안, 버퍼 모듈(1530)은 선결정된 시간 양의 기본적인 신호를 반복적으로 버퍼링하거나 일시적으로 저장하도록 프로세서(1510)에게 지시한다. 도시된 예에서, 버퍼 모듈(1530)은 1 초의 간격 또는 시간 기간 도중에 수신되는 기본적인 유체 파라미터 신호들 모두를 메모리(1512)와 같은 메모리 또는 다른 메모리에 반복적으로 버퍼링하거나 일시적으로 저장하도록 프로세서(1510)에게 지시한다. 다른 구현형태들에서, 선결정된 시간 양의 기본적인 신호는 더 짧은 시간 기간 도중에 또는 더 긴 시간 기간 도중에 수신되는 모든 기본적인 유체 파라미터 신호를 포함한다.
신호의 각각의 선결정된 시간 양의 버퍼링이 완료되면, 데이터 처리 모듈(1532)은 기본적인 유체 파라미터 신호의 연관되고 방금 완료된 시간 양 동안 버퍼링되는 기본적인 유체 파라미터 신호 각각에 대해 실행되는 데이터 처리 쓰레드를 개시하고 실행하도록 프로세서(1510)에게 지시한다. 도 3 의 예에 도시되는 바와 같이, 임피던스 신호와 같은 기본적인 유체 파라미터 신호가 제 1 선결정된 시간 기간(1720) 동안 카세트 인터페이스(1200)로부터 수신되고 버퍼링된 이후에, 데이터 처리 모듈(1532)은 시간 1722 에서 시간 기간 1720 도중에 수신된 기본적인 유체 파라미터 신호의 각각이 처리되거나 분석되는 제 1 데이터 처리 쓰레드(724)를 개시하도록 프로세서(1510)에게 지시한다. 본 개시물의 목적을 달성하기 위하여, 기본적인 유체 파라미터 신호에 대한 "처리" 또는 "분석"이라는 용어는 증폭, 노이즈 감소 또는 제거 또는 변조와 같은 작동 이외에 공식 등의 적용을 통해서 기본적인 유체 파라미터 신호를 추가적으로 처리하여 테스트되는 유체의 실제 성질을 결정 또는 추정하는 것을 지칭한다. 예를 들어, 기본적인 유체 파라미터 신호를 처리 또는 분석하는 것은 이러한 신호를 사용하여 어느 시점 또는 특정 시간 기간 동안에 유체 내의 개개의 셀의 개수를 추정 또는 결정하거나, 셀의 크기 등의 셀 또는 유체의 다른 물리적 성질을 추정 또는 결정하는 것을 포함한다.
이와 유사하게, 유체 테스팅 디바이스로부터의 유체 파라미터 신호가 제 1 시간 기간(1720)에 연속하여 후속하는 제 2 선결정된 시간 기간(1726) 동안에 수신되고 버퍼링된 이후에, 데이터 처리 모듈(1532)은 시간(1728)에서, 기간(1726) 도중에 수신되는 기본적인 유체 파라미터 신호들 각각이 처리되고 분석되는 제 2 데이터 처리 쓰레드(1730)를 개시하도록 프로세서(1510)에게 지시한다. 도 22 에 데이터 처리 쓰레드(1732)(데이터 처리 쓰레드 M)로 표시되고 도시되는 바와 같이, 신호의 설명된 사이클을 버퍼링하고 이러한 시간 양 또는 시간 기간의 만료 시에 해당 시간 기간 도중에 수신된 신호에 작용하거나 이것을 처리하기 위하여 연관된 데이터 쓰레드를 개시하는 설명된 사이클은, 데이터 수신기 쓰레드(1704)가 카세트 인터페이스(1200)로부터 유체 파라미터 데이터 신호를 계속하는 수신하는 동안에 연속적으로 반복된다.
각각의 데이터 처리 쓰레드가 완료되면, 처리된 신호 또는 데이터 결과는 도 22 에 도시된 바와 같이 데이터 플로팅 쓰레드(1736)로 전달 또는 전송된다. 도시된 예에서, 시간(1740)에서 시간 기간(1720) 동안 수신된 유체 파라미터 신호의 처리가 완료되면, 이러한 처리 또는 분석으로부터 얻어지는 결과 또는 프로세스 데이터는 데이터 플로팅 쓰레드(1736)로 전송되고, 여기에서 결과들은 플로팅 모듈(1534)의 지시 하에 데이터 플로팅 쓰레드(1736)에 의하여 수행되는 진행중인 플로팅에 통합된다. 이와 유사하게, 시간(1742)에서 시간 기간(1726) 동안 수신된 유체 파라미터 신호의 처리가 완료되면, 이러한 처리 또는 분석으로부터 얻어지는 결과 또는 프로세스 데이터는 데이터 플로팅 쓰레드(1736)로 전송되고, 여기에서 결과들은 플로팅 모듈(1534)의 지시 하에 데이터 플로팅 쓰레드(1736)에 의하여 수행되는 진행중인 플롯에 통합된다.
도 22 에 도시되는 바와 같이, 각각의 데이터 처리 쓰레드(1724, 1730)는 기본적인 신호의 선결정된 시간 양을 처리하기 위하여 시간의 최대량을 소비하는데, 신호의 선결정된 시간 양을 처리하기 위한 이러한 시간의 최대 양은 선결정된 시간 양 자체보다 더 크다. 도 22 에 도시되는 바와 같이, 유체 테스팅 도중에 수신된 유체 파라미터 신호의 처리를 멀티쓰레딩(multithreading) 처리함으로써, 모바일 분석기(1232)는 수신되는 다수의 신호를 실시간으로, 그리고 플로팅 모듈(1534)에 의하여 실시간으로 결과를 플로팅하는 것을 병렬적으로 가능하게 함으로써 모바일 분석기로서의 역할을 하여, 임의의 긴 지연을 감소하는 것을 방지한다. 프로세서(1510)는 플로팅 모듈(1534)에 포함된 명령에 따라서, 데이터 수신기 쓰레드(1704)가 계속하여 유체 파라미터 신호를 수신하고 버퍼링하는 동안 디스플레이(1506) 상에 데이터 플로팅 쓰레드의 결과를 디스플레이한다.
프로세서(1510)는 더 나아가 데이터 처리 쓰레드(1724, 1730, …1732)에 의하여 생성된 데이터를 네트워크(1500)를 거쳐 원격 분석기(1300)로 송신한다. 일 구현형태에서, 프로세서(1510)는 연관된 데이터 처리 쓰레드에서 수행된 처리의 결과를 포함하는 데이터를 데이터 처리 쓰레드의 실행 도중에 생성된 데이터 처리 쓰레드의 결과로서 연속 방식으로 원격 분석기(1300)로 송신한다. 예를 들어, 데이터 처리 쓰레드(1740) 도중에 시간(1740)에 생성된 결과는 데이터 처리 쓰레드(1730)가 끝난 시간(1742)까지 대기하는 대신에 원격 분석기(1300)로 즉시 전송된다. 다른 구현형태에서, 프로세서(1510)는 특정 데이터 처리 쓰레드가 완료되거나 끝난 이후에 데이터의 배치로서 데이터를 송신한다. 예를 들어, 일 구현형태에서, 프로세서(1510)는 데이터 처리 쓰레드(1724)의 모든 결과를 배치로서 시간(1740)에 원격 분석기(1300)로 송신하는데, 이러한 시각은 이러한 결과가 데이터 플로팅 쓰레드(1736)에 송신되는 시간과 동일하다.
원격 분석기(1300)의 프로세서(1602)는 메모리(1604)에 의하여 제공되는 명령에 따라서 수신된 데이터를 분석한다. 프로세서(1602)는 자신의 분석의 결과, 분석된 데이터를 다시 모바일 분석기(1232)로 송신한다. 모바일 분석기(1232)는 원격 분석기(1300)로부터 수신된 분석된 데이터를 디스플레이(1506) 상에 디스플레이하거나 그렇지 않으면 제공하거나, 결과들을 시각적 또는 청각적인 다른 방식으로 통신한다.
일 구현형태에서, 원격 분석기(1300)는 분석기(1232)에 의하여 이미 분석되거나 처리된 데이터를 모바일 분석기(1232)로부터 수신하는데, 여기에서 모바일 분석기(1232)는 카세트(1010)로부터 수신되는 기본적인 유체 파라미터 신호 또는 기본적인 유체 파라미터 데이터의 처리의 몇 가지 형태를 이미 수행했거나 실시한 바 있다. 예를 들어, 일 구현형태에서, 모바일 분석기(1232)는 제 1 레벨의 분석 또는 처리를 기본적인 유체 파라미터 데이터 또는 신호에 수행한다. 예를 들어, 센서를 통과하여 지나가는 셀의 개수를 제공하는 임피던스 분석이 모바일 분석기에서 완료된다. 이러한 처리의 결과가 이제 원격 분석기(1300)로 송신된다. 원격 분석기(1300)는 제 2 레벨의 분석 또는 처리를 모바일 분석기(1232)로부터 수신된 결과에 적용한다. 제 2 레벨의 분석은 추가적 공식, 통계적 계산 등을 모바일 분석기(1232)로부터 수신된 결과에 적용하는 것을 포함할 수 있다. 원격 분석기(1300)는 모바일 분석기(1232)에서 몇 가지 형태의 처리 또는 분석을 이미 겪은 바 있는 데이터의 추가적이고 더 복잡하며 더 많은 시간을 또는 처리 전력을 소비하는 부담스런 처리 또는 분석을 수행한다. 원격 분석기(1300)에서 수행되는 이러한 추가적 분석의 예에는 응고 속도 계산 및 또한 다양한 모바일 분석기로부터 수집된 데이터를 분석하여 경향을 찾아내고 의미 있는 제안을 제공하는 것을 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 원격 분석기(1232)는 큰 지리적 지역에 걸쳐 여러 환자로부터의 데이터를 수집함으로써 전염병 연구를 가능하게 하고 질병의 확산을 식별하게 할 수 있다.
비록 본 개시물이 예시적인 구현형태를 참조하여 설명되었지만, 당업자들은 청구된 기술 요지의 사상 및 범위에서 벗어나지 않으면서 형태 및 세부사항에 있어서 변경이 가해질 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 상이한 예시적인 구현형태들이 장점들을 제공하는 특징을 포함하는 것으로 기술되었지만, 설명된 특징들은 설명된 예시적인 구현형태 또는 다른 대안적 구현형태에서 서로 교환되거나 또는 서로 결합될 수 있다는 것이 이해된다. 본 개시물의 기술이 상대적으로 복잡하기 때문에, 기술의 모든 변경예가 예견가능한 것은 아니다. 예시적인 구현형태에 대해서 기술되고 후속하는 청구항에서 진술되는 본 발명의 개시 내용은 가능한 한 광의로 해석될 것이 명백하게 의도된다. 예를 들어, 그렇지 않다고 구체적으로 지적되지 않으면, 하나의 특정 구성 요소에 대해 진술하는 청구항은 복수 개의 이러한 특정 구성 요소들도 역시 망라한다.
Claims (15)
- 장치로서,
미세유체 채널;
유체를 상기 미세유체 채널을 통하여 이동시키는 펌프;
상기 미세유체 채널 내에 전기장을 형성하고 상기 미세유체 채널 내의 전기장 내에서의 유체의 임피던스를 표시하는 신호를 출력하는, 상기 미세유체 채널 내의 전기 센서;
주파수 소스; 및
제어기로서, 상기 장치가
상기 전기 센서의 감지 구역에서 유체가 검출된 이후에 상기 펌프를 비활성화하고,
복수의 제 1 비-제로 주파수를 상기 전기 센서에 인가하여 주파수들의 범위에 걸쳐 스캔하고,
상기 주파수들의 범위에 걸쳐 스캔한 후에 상기 펌프를 활성화하고,
교류 전류의 제 2 비-제로 주파수를 상기 전기 센서에 인가하는 것을 제어하도록 제어 신호를 출력하는, 제어기
를 포함하고,
상기 전기 센서에 인가되는 교류 전류의 제 2 비-제로 주파수의 값은 교류 전류의 복수의 제 1 비-제로 주파수가 인가되는 도중에 상기 전기 센서로부터 수신되는 신호에 기초하는, 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 비-제로 주파수는, 상기 복수의 제 1 비-제로 주파수의 신호-대-잡음 성능에 기초하여 선택되는 주파수를 포함하는, 장치. - 삭제
- 제 3 항에 있어서,
상기 제어기는 복수의 제 1 비-제로 주파수를 상기 전기 센서에 인가할 때에 주파수들의 범위에 걸쳐 복수 회 스캔하는, 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 제어기는 복수의 제 1 비-제로 주파수를 상기 전기 센서에 인가할 때에 주파수들의 범위에 걸쳐 연속 스캔하는, 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 제어기는 복수의 제 1 비-제로 주파수를 상기 전기 센서에 인가할 때에 주파수들의 범위에 걸쳐 간헐적으로 스캔하는, 장치. - 미세전자 채널 내의 전기 센서의 감지 구역에서 유체가 검출된 이후에 상기 미세전자 채널을 통해 유체를 이동시키도록 배열된 펌프를 비활성화하는 단계;
복수의 제 1 비-제로 주파수를 상기 전기 센서에 인가하여 주파수들의 범위에 걸쳐 스캔하는 단계;
상기 주파수들의 범위에 걸쳐 스캔한 후에 상기 펌프를 활성화하는 단계; 및
교류 전류의 제 2 비-제로 주파수를 상기 전기 센서에 인가하는 단계
를 포함하고,
상기 전기 센서에 인가되는 교류 전류의 제 2 비-제로 주파수의 값은 교류 전류의 복수의 제 1 비-제로 주파수가 인가되는 도중에 상기 전기 센서로부터 수신되는 신호에 기초하는, 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 교류 전류의 제 2 비-제로 주파수는 상기 복수의 제 1 비-제로 주파수의 신호-대-잡음 성능에 기초하여 선택되는 주파수를 포함하는, 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 방법은,
주파수들의 범위에 걸쳐 스캔하도록, 상기 전기 센서에 인가되고 있는 교류 전류의 주파수를 연속적으로 조절하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 명령을 포함하는 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체를 포함하는 장치로서,
상기 명령은 프로세서로 하여금:
미세전자 채널 내의 전기 센서의 감지 구역에서 유체가 검출된 이후에 상기 미세전자 채널을 통해 유체를 이동시키도록 배열된 펌프를 비활성화하고;
복수의 제 1 비-제로 주파수를 상기 전기 센서에 인가하여 주파수들의 범위에 걸쳐 스캔하고;
상기 주파수들의 범위에 걸쳐 스캔한 후에 상기 펌프를 활성화하고;
교류 전류의 제 2 비-제로 주파수를 상기 전기 센서에 인가하도록 지시하기 위한 것이고,
상기 전기 센서에 인가되는 교류 전류의 제 2 비-제로 주파수의 값은 교류 전류의 복수의 제 1 비-제로 주파수가 인가되는 도중에 상기 전기 센서로부터 수신되는 신호에 기초하는, 장치. - 삭제
- 삭제
- 제 11 항에 있어서,
상기 명령은, 사용자에 의한 테스트의 선택에 기초하여 복수 개의 이용가능한 스캔 프로파일 중에서 스캔 프로파일을 자동으로 선택하도록 지시하기 위한 것이고, 선택된 스캔 프로파일에 따라서 복수 개의 비-제로 주파수가 상기 전기 센서에 인가되는, 장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 명령은 복수 개의 비-제로 주파수를 상기 전기 센서에 인가할 때에 연속 스캔 프로파일을 적용하기 위한 것인, 장치.
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