KR102309372B1 - 내장형 모듈식 분석 카트리지 및 프로그램가능한 시약 전달 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단일 디바이스 내에서 단일 샘플 소스 상의 다수의 대칭 또는 비대칭 테스트들을 실행할 수 있는 다양한 내장형(self-contained) 분석 카트리지를 구성하는 모듈식 시스템에 관한 것이다. 상기 카트리지는 차례로, 이산된 제조 물품으로서 분석학적 테스트의 하나 또는 그 초과의 작업들을 실행하도록 작동가능한 2 또는 그 초과의 모듈들의 용이하게 가역적인 조립체로서 구현된다. 프로그램 가능한 시약 전달 시스템은, 하나 또는 그 초과의 습식 셀들(개별적으로 패키징된 시약들) 및 0 또는 그 초과의 건식 셀들(교정된 스페이서들)을 갖는 하나 또는 그 초과의 직렬화된 시약 클러스터들을 포함하며; 여기서, 상기 습식 셀들은 미리 정해진 시간적인 방출 순서에 대응하는 선형 시리즈로 배열되며, 상기 건식 셀들은 단일 기구가 하나 초과의 테스트 프로토콜을 동시에 구동할 수 있도록 동기화될 비대칭 방출 순서들을 갖는 2 또는 그 초과의 테스트 프로토콜들을 가능케 하는 방식을 습식 셀들 사이에 개재된다.
Description
본 발명의 분야는 액체 또는 반-고체 환경을 요구하는 하나 또는 그 초과의 분석 테스트 수행하도록 작동되고 휴대가능한 것으로 간주되는 내장형(self-contained) 일회용 유체-작동식 분석 장치들에 관한 것이다. 본 발명에 관한 용례들은 환경 테스트(environmental testing), 식품 안전(food safety), 국가 방어(national defense), 조사 도구(research tool)들, 시약 개발(drug development), 및 의료 진단(medical diagnostic)들과 같은 분석 테스팅을 사용하는 분야들에서 실현된다.
미세유체 장치(microfluidic device)는 적합한 기판 내에 자연법칙에 따라 배열되는(physically disposed) 고정된 구성의 연속 유동 유체의 제어 네트워크에 의해 가능해지는 고상 혼합 장치이다. 이러한 유체 제어 네트워크는 외부 사용자의 보조 없이 제어된 방식으로 소량 용적의 분석 재료를 혼합할 수 있게 하며 그렇게 함으로써 많은 복잡한 분석 절차들의 자동화 가능성에 대한 잠재성을 보유할 수 있게 한다. 넓은 범위의 미세유체 장치들은 간단한 혼합 매니폴드(manifold)들로부터 완전 통합된 내장형 분석 시스템들까지의 범위로 존재한다. 장치의 각각의 유형은 장치의 내장(self-containment) 정도, 장치가 수행할 수 있는 테스트의 품질과 유형들, 장치의 유체 관리, 및 장치의 제작 방법에 따라 다양하다. 본 발명의 대상은 액체 또는 반-고체 환경 내에서 하나 또는 그 초과의 정량적(quantitative) 또는 정성적(qualitative) 분석 테스트들을 용이하게 하도록 작동할 수 있는 휴대가능한 내장형 유체 제어 카트리지들로서 구현된 완전 통합형 분석 시스템들에 아주 가깝게 관련되어 있다.
휴대성 및 내장에 대한 요건들을 만족시키기 위해서, 이들 장치들은 샘플 수집 지점이 있는 현장으로 쉽게 이동할 수 있고 거기서 쉽게 작동할 수 있어야 한다. 이들 장치들은 또한 외부 보조 없이 하나 또는 그 초과의 분석 재료들에 대한 제어된 혼합을 저장, 분배 및 촉진시킬 수 있어야 하며 분석 테스트 과정 중에 사용된 소모 용액들의 총 용적들을 유지할 수 있어야 한다. 그와 같은 장치들은 일반적으로, 유체 제어 네트워크의 필수 유체 제어 구조물들을 형성하기 위해서 발전된 리소그래피(lithography) 기술들 또는 적층형 프로그레시브 스텐실 층(laminating progressive stencil layer)들에 의해 조립된 제작물의 전혀 분리할 수 없는 전체적으로 내장형인 물품들로서 제작된다. 이들 구조물들은 그 후에 테스트를 수행하는데 필요한 필수 분석 재료들로 채워지며, 그 후에 폐쇄 시스템을 형성하도록 장치가 밀봉된다. 몇 가지를 제외하면, 이는 불가분의(inseparable) 구성 부품들을 갖는 장치를 생성하는 연속 제작 공정이다. 그와 같은 장치들은 일반적으로, 높은 압력의 영역들로부터 낮은 압력의 영역으로 장치를 통한 유체의 이동을 유도하는 장치 내에 압력 경도력(pressure gradient force)을 형성함으로써 작동된다. 작동가능한 압력 경도력은 비례하는 양만큼 유출구로부터 빼내면서 가스 또는 혼합되지 않은 액체를 하나 또는 그 초과의 유입구들에 추가하는 공압식, 유압식 또는 정량식(peristaltic) 펌프들에 의해서, 또는 유체 제어 네트워크 내에 통합된 블리스터 패키징(blister packaging)으로부터 재료를 방출함으로써 발생하는 압력의 상승에 의해서 직접적으로 발생할 수 있다. 그와 같은 힘은 또한, 플런저 시스템들, 스퀴즈 벌브(squeeze blub)들, 및 원심기들의 사용을 통한 간접적인 수단(indirect means)에 의해 발생될 수 있으며, 전기장 내의 대전 분자들의 전기화학적 모티브의 특징(electrochemomotive property)들을 개발하는 것도 가능하다. 이들 장치들은 일반적으로, 길이 및 직경이 다양한 개별 교정 경로들을 따라 다수 유체들을 동시 방출함으로써, 및/또는 장치 주위에 효과적으로 위치되는 하나 또는 그 초과의 유체 저장조들에 작동가능한 원동력을 선택적으로 형성하는 것에 의해 각각의 유체를 시간 순서로 방출함으로써 유체들의 혼합을 제어한다. 요약하면, 상이한 분석 시약들은 상이한 유동 및 혼합 비율들을 나타내며 일반적으로 대(large) 용적들에서 간과되는 모세관 작용 및 표면 장력과 같은 약한 힘들이 소(small) 용적들의 유체 역학에서 주요 힘들이 된다. 유사하게, 상이한 테스트들은 상이한 시간 순서들로 투여되는 상이한 유형들 및 상이한 용적들의 시약들을 요구한다. 작동가능한 유체 제어 네트워크를 시간적 제어 방식으로 총량의 재료들을 저장, 혼합 및 유지하도록 설계하는 행위는 특히 주어진 테스트에 대해 아주 전문화된 장치를 제공하며, 이는 새로운 장치가 각각의 테스트 또는 테스트들의 조합에 요구된다는 것을 의미한다.
장치가 채택하는 장치의 유체 제어 경로들 및 작동 모드를 어떻게 구성하는지에 따라서 장치가 수행할 수 있는 테스트의 수 및 테스트의 유형들을 결정한다. 하나 초과의 테스트를 수행하도록 구성되는 장치들은 균질한(homogeneous) 테스팅 플랫폼 또는 이질성(heterogeneous) 테스팅 플랫폼으로서 분류될 수 있으며, 이들 두 분류들 간의 차이 또는 이들 두 분류들 내에서의 차이는 "테스트"가 그의 샘플 소스, 그것이 측정한 편차, 또는 이들 모두에 의해 언급되는가에 따라서 약간의 혼동을 초래할 수 있다. 명료함을 목적으로, 본 발명에서 사용될 수 있는 바와 같이 "하나의 테스트", "다수의 테스트", 또는 "하나 또는 그 초과의 테스트"는 "하나 또는 그 초과 유형의 테스트와 서로 교체될 수 있도록 의도된다. 균질한 테스팅 플랫폼은 다음 두 방식들; 그것이 테스트 프로토콜을 일정하게 유지하고 테스트될 샘플을 다양하게 할 수 있거나, 그것이 샘플을 일정하게 유지하고 그의 투여 용적 또는 투여 순서를 변경함이 없이 테스트 프로토콜에 사용되는 시약의 유형을 다양하게 할 수 있는 방식들 중의 하나 이상에서 다수의 테스트들을 수행할 수 있다. 제 1 예에서 다수의 샘플 소스들이 동일한 화합물에 대해 테스트되며, 제 2 예에서 단일 샘플 소스가 다수의 화합물에 대해 테스트된다. 두 샘플들에서 "테스트"를 어떻게 규정하는지에 무관하게, 각각의 유체의 투여 용적들 및 투여의 시간 순서가 일정하게 유지되며 이는 하나의 유체 제어 네트워크가 테스트의 유형에 대해 교정될 수 있게 하며 모든 테스트가 균일한 형태로 동시에 시행될 수 있게 하는데 바람직한 다수의 테스트들에 대해 균형잡힌 재현을 가능하게 한다. 시스템의 균형으로 인해, 이들 유체들을 이동시키기 위한 원동력을 가동시키는 수단(포트(port)들, 전극들, 플런저(plunger)들 등)은 장치의 전체 치수를 또한 보존하면서 장치의 다수의 반복에 대해 주기적으로 놓일 수 있다. 이는 차례로, 다수의 장치들이 공통의 분석 기구에 의해 작동될 수 있게 하며, 그렇게 함으로써 높은 상업적 가치를 가진다. 본 발명에서 사용된 바와 같은 용어 "분석 기구(analytical instrument)"는 장치로부터 얻어진 데이터를 작동시켜 분석하는 것을 특히 가능하게 하는 제 2 기구를 총칭하여 지칭하려는 것이다. 다른 한편으로, 이질성 테스팅 플랫폼들은 시약들의 상이한 유형들, 용적들, 및 시간에 따른 방출 순서를 포함한 상이한 유형들의 테스트들을 포함한다. 테스트의 다양성으로부터 더 큰 상업적 가치를 유도하지만, 이들이 균질한 테스팅 플랫폼들에 비교해서 설계하고 작동시키는데 몇십 배(orders of magnitudes) 더 어렵게 하는 이들의 비대칭성으로 인해, 이들은 단일 샘플 소스에 대해 수행될 수 있다. 몇몇 동시 가동되는 이질성 테스팅 플랫폼들이 존재하지만, 이들의 상업적 유용성은 일반적으로 소수(small number)의 테스트들로 제한된다. 상업적으로 적절한 수의 테스트들을 수행하는 이질성 테스팅 플랫폼들은 일반적으로 서로 독립적으로 가동되는 상이하게 구성된 유체 제어 네트워크들을 요구한다. 이는 일반적으로, 유체들을 시스템 내에 이동시키는데 필요한 원동력을 가동시키기 위한 수단(포트들, 전극들, 플런저들 등)의 예측가능한 배치를 불가능하게 한다. 이는 차례로, 상이한 분석 기구들에 대한 필요성 또는 이들 시스템들을 작동시키기 위한 복잡한 어댑터들의 사용을 초래하며, 이들 어느 것도 상업적으로 바람직하지 않다.
전혀 분리할 수 없는 전체적으로 내장형으로 설계하고 작동시키는 것이 어려운 것 이외에도, 대부분의 이들 장치들은 낮은 오류 공차를 가지며 제작하기가 어렵다. 예를 들어, 다수의 분석 시약들을 소유하는 장치의 유통 기한은 이들 시약들에 의해 가장 짧은 기대 수명을 갖는 것으로 규정될 것이다. 제조 관점으로부터, 양립가능한 유통 기한과 저장 조건들을 갖는 것들로 임의의 단일 장치에 대한 테스트들 전략적으로 짝을 이룸으로써 각각의 장치의 가능한 기대 수명을 최대화하는 것이 바람직할 것이다. 그렇게 하는 것이 그와 같은 장치의 완전한 이용을 제한하는 동등한 수의 테스트들을 수행하는데 필요한 장치의 수를 다양화한다. 장치가 구성 부품들로 분리되지 않기 때문에, 장치의 개별 요소들은 개별적인 오류 테스트를 받지 않을 수 있으며, 이는 연속 제작 공정과 관련될 때 임의의 단일 요소가 사양과 일치시키는데 실패하는 경우에 전체 장치를 희생하는 비용을 증가시키는, 장치를 조립할 때의 프로파일 위험의 증가를 초래한다. 유사하게, 결함 구성요소들을 교환할 능력 없이, 전체 제조 부지들은 분석 시약, 센서, 또는 다른 재료가 그의 기대 수명에 도달할 때, 또는 제조 후 오기능(malfunction post-manufacture) 또는 조기 만료(expire prematurely)가 발견될 때 위험에 놓이게 된다.
이전에 언급한 바와 같이, 단일 샘플 소스로부터 가능한 한 많은 유형들의 테스트들을 수행하고 공통의 분석 기구를 사용하여 시스템의 테스팅 성능을 다양화화하기 위해 장치들의 상이한 반복들을 사용하는 것이 상업적으로 바람직하다. 그렇게 하기 위해서, 각각의 장치 반복은 공통의 분석 기구와 작동가능하게 인터페이스되도록 보존된 작동 메커니즘과 전체 치수 모두를 가져야 한다. 이는 테스트들의 환경에 따라서, 유체 제어 네트워크가 수행될 테스트들의 총수에 대한 전체 반응 용적들을 수용하도록 확대 또는 감소되어야 하며 더 많은 테스트가 시스템에 통합되어야 할 때 테스트 당 전체 반응물(reactant) 용적들이 물리적 공간을 풀어주도록 감소되어야 함을 의미한다. 유체 제어 네트워크의 물리적 레이아웃이 자기 제한적인 디자인 이슈를 부각시키지만, 테스트의 전체 반응물 용적, 특히 샘플 용적은 더 큰 시스템을 뚜렷하게 나타내는 것을 중단하기 이전에 단지 아주 많이 감소될 수 있다. 그러므로, 적은 풍부한 타겟들이 희석 환경들에 존재하는 상황들에서, 대부분의 생체분석들에서의 경우에서처럼 적절한 샘플 크기가 의도대로 테스트되어야 한다. 따라서, 유체 제어 시스템들은 장치가 수행할 수 있는 테스트들의 총수를 제한하는 커다란 반응물 용적들을 취급하기 위해서 확대되어야 한다. 이는 또한, 상업적으로 바람직하지 않다. 그러므로, 주어진 테스트들을 수행하는데 필요한 유체 제어 네트워크를 간략화함으로써 물리적 점유공간을 감소시키는 것이 상업적으로 바람직하다.
완전한 목록은 아니지만, 상업적으로 생존가능한 미세유체 카트리지 디자인은 정밀도, 감도 및 재현성으로 적절한 샘플 크기에 대한 다수 유형들의 테스트들을 수행할 수 있어야 한다. 유체 제어 네트워크는 중요한 개조 없이 새로운 테스트 및 테스트 조합들에 적응할 수 있도록 간략화 및 표준화되어야 한다. 작동 모드 및 전체 장치 치수는 다수의 장치들이 단일 분석 기구에 의해 작동될 수 있어야 하며 장치는 상업적 규모들로 쉽게 제작되고 개선된 오류 테스팅 및 오류 공차들을 쉽게 제공하여야 한다.
휴대성 및 내장에 대한 요건들을 만족시키기 위해서, 이들 장치들은 샘플 수집 지점이 있는 현장으로 쉽게 이동할 수 있고 거기서 쉽게 작동할 수 있어야 한다. 이들 장치들은 또한 외부 보조 없이 하나 또는 그 초과의 분석 재료들에 대한 제어된 혼합을 저장, 분배 및 촉진시킬 수 있어야 하며 분석 테스트 과정 중에 사용된 소모 용액들의 총 용적들을 유지할 수 있어야 한다. 그와 같은 장치들은 일반적으로, 유체 제어 네트워크의 필수 유체 제어 구조물들을 형성하기 위해서 발전된 리소그래피(lithography) 기술들 또는 적층형 프로그레시브 스텐실 층(laminating progressive stencil layer)들에 의해 조립된 제작물의 전혀 분리할 수 없는 전체적으로 내장형인 물품들로서 제작된다. 이들 구조물들은 그 후에 테스트를 수행하는데 필요한 필수 분석 재료들로 채워지며, 그 후에 폐쇄 시스템을 형성하도록 장치가 밀봉된다. 몇 가지를 제외하면, 이는 불가분의(inseparable) 구성 부품들을 갖는 장치를 생성하는 연속 제작 공정이다. 그와 같은 장치들은 일반적으로, 높은 압력의 영역들로부터 낮은 압력의 영역으로 장치를 통한 유체의 이동을 유도하는 장치 내에 압력 경도력(pressure gradient force)을 형성함으로써 작동된다. 작동가능한 압력 경도력은 비례하는 양만큼 유출구로부터 빼내면서 가스 또는 혼합되지 않은 액체를 하나 또는 그 초과의 유입구들에 추가하는 공압식, 유압식 또는 정량식(peristaltic) 펌프들에 의해서, 또는 유체 제어 네트워크 내에 통합된 블리스터 패키징(blister packaging)으로부터 재료를 방출함으로써 발생하는 압력의 상승에 의해서 직접적으로 발생할 수 있다. 그와 같은 힘은 또한, 플런저 시스템들, 스퀴즈 벌브(squeeze blub)들, 및 원심기들의 사용을 통한 간접적인 수단(indirect means)에 의해 발생될 수 있으며, 전기장 내의 대전 분자들의 전기화학적 모티브의 특징(electrochemomotive property)들을 개발하는 것도 가능하다. 이들 장치들은 일반적으로, 길이 및 직경이 다양한 개별 교정 경로들을 따라 다수 유체들을 동시 방출함으로써, 및/또는 장치 주위에 효과적으로 위치되는 하나 또는 그 초과의 유체 저장조들에 작동가능한 원동력을 선택적으로 형성하는 것에 의해 각각의 유체를 시간 순서로 방출함으로써 유체들의 혼합을 제어한다. 요약하면, 상이한 분석 시약들은 상이한 유동 및 혼합 비율들을 나타내며 일반적으로 대(large) 용적들에서 간과되는 모세관 작용 및 표면 장력과 같은 약한 힘들이 소(small) 용적들의 유체 역학에서 주요 힘들이 된다. 유사하게, 상이한 테스트들은 상이한 시간 순서들로 투여되는 상이한 유형들 및 상이한 용적들의 시약들을 요구한다. 작동가능한 유체 제어 네트워크를 시간적 제어 방식으로 총량의 재료들을 저장, 혼합 및 유지하도록 설계하는 행위는 특히 주어진 테스트에 대해 아주 전문화된 장치를 제공하며, 이는 새로운 장치가 각각의 테스트 또는 테스트들의 조합에 요구된다는 것을 의미한다.
장치가 채택하는 장치의 유체 제어 경로들 및 작동 모드를 어떻게 구성하는지에 따라서 장치가 수행할 수 있는 테스트의 수 및 테스트의 유형들을 결정한다. 하나 초과의 테스트를 수행하도록 구성되는 장치들은 균질한(homogeneous) 테스팅 플랫폼 또는 이질성(heterogeneous) 테스팅 플랫폼으로서 분류될 수 있으며, 이들 두 분류들 간의 차이 또는 이들 두 분류들 내에서의 차이는 "테스트"가 그의 샘플 소스, 그것이 측정한 편차, 또는 이들 모두에 의해 언급되는가에 따라서 약간의 혼동을 초래할 수 있다. 명료함을 목적으로, 본 발명에서 사용될 수 있는 바와 같이 "하나의 테스트", "다수의 테스트", 또는 "하나 또는 그 초과의 테스트"는 "하나 또는 그 초과 유형의 테스트와 서로 교체될 수 있도록 의도된다. 균질한 테스팅 플랫폼은 다음 두 방식들; 그것이 테스트 프로토콜을 일정하게 유지하고 테스트될 샘플을 다양하게 할 수 있거나, 그것이 샘플을 일정하게 유지하고 그의 투여 용적 또는 투여 순서를 변경함이 없이 테스트 프로토콜에 사용되는 시약의 유형을 다양하게 할 수 있는 방식들 중의 하나 이상에서 다수의 테스트들을 수행할 수 있다. 제 1 예에서 다수의 샘플 소스들이 동일한 화합물에 대해 테스트되며, 제 2 예에서 단일 샘플 소스가 다수의 화합물에 대해 테스트된다. 두 샘플들에서 "테스트"를 어떻게 규정하는지에 무관하게, 각각의 유체의 투여 용적들 및 투여의 시간 순서가 일정하게 유지되며 이는 하나의 유체 제어 네트워크가 테스트의 유형에 대해 교정될 수 있게 하며 모든 테스트가 균일한 형태로 동시에 시행될 수 있게 하는데 바람직한 다수의 테스트들에 대해 균형잡힌 재현을 가능하게 한다. 시스템의 균형으로 인해, 이들 유체들을 이동시키기 위한 원동력을 가동시키는 수단(포트(port)들, 전극들, 플런저(plunger)들 등)은 장치의 전체 치수를 또한 보존하면서 장치의 다수의 반복에 대해 주기적으로 놓일 수 있다. 이는 차례로, 다수의 장치들이 공통의 분석 기구에 의해 작동될 수 있게 하며, 그렇게 함으로써 높은 상업적 가치를 가진다. 본 발명에서 사용된 바와 같은 용어 "분석 기구(analytical instrument)"는 장치로부터 얻어진 데이터를 작동시켜 분석하는 것을 특히 가능하게 하는 제 2 기구를 총칭하여 지칭하려는 것이다. 다른 한편으로, 이질성 테스팅 플랫폼들은 시약들의 상이한 유형들, 용적들, 및 시간에 따른 방출 순서를 포함한 상이한 유형들의 테스트들을 포함한다. 테스트의 다양성으로부터 더 큰 상업적 가치를 유도하지만, 이들이 균질한 테스팅 플랫폼들에 비교해서 설계하고 작동시키는데 몇십 배(orders of magnitudes) 더 어렵게 하는 이들의 비대칭성으로 인해, 이들은 단일 샘플 소스에 대해 수행될 수 있다. 몇몇 동시 가동되는 이질성 테스팅 플랫폼들이 존재하지만, 이들의 상업적 유용성은 일반적으로 소수(small number)의 테스트들로 제한된다. 상업적으로 적절한 수의 테스트들을 수행하는 이질성 테스팅 플랫폼들은 일반적으로 서로 독립적으로 가동되는 상이하게 구성된 유체 제어 네트워크들을 요구한다. 이는 일반적으로, 유체들을 시스템 내에 이동시키는데 필요한 원동력을 가동시키기 위한 수단(포트들, 전극들, 플런저들 등)의 예측가능한 배치를 불가능하게 한다. 이는 차례로, 상이한 분석 기구들에 대한 필요성 또는 이들 시스템들을 작동시키기 위한 복잡한 어댑터들의 사용을 초래하며, 이들 어느 것도 상업적으로 바람직하지 않다.
전혀 분리할 수 없는 전체적으로 내장형으로 설계하고 작동시키는 것이 어려운 것 이외에도, 대부분의 이들 장치들은 낮은 오류 공차를 가지며 제작하기가 어렵다. 예를 들어, 다수의 분석 시약들을 소유하는 장치의 유통 기한은 이들 시약들에 의해 가장 짧은 기대 수명을 갖는 것으로 규정될 것이다. 제조 관점으로부터, 양립가능한 유통 기한과 저장 조건들을 갖는 것들로 임의의 단일 장치에 대한 테스트들 전략적으로 짝을 이룸으로써 각각의 장치의 가능한 기대 수명을 최대화하는 것이 바람직할 것이다. 그렇게 하는 것이 그와 같은 장치의 완전한 이용을 제한하는 동등한 수의 테스트들을 수행하는데 필요한 장치의 수를 다양화한다. 장치가 구성 부품들로 분리되지 않기 때문에, 장치의 개별 요소들은 개별적인 오류 테스트를 받지 않을 수 있으며, 이는 연속 제작 공정과 관련될 때 임의의 단일 요소가 사양과 일치시키는데 실패하는 경우에 전체 장치를 희생하는 비용을 증가시키는, 장치를 조립할 때의 프로파일 위험의 증가를 초래한다. 유사하게, 결함 구성요소들을 교환할 능력 없이, 전체 제조 부지들은 분석 시약, 센서, 또는 다른 재료가 그의 기대 수명에 도달할 때, 또는 제조 후 오기능(malfunction post-manufacture) 또는 조기 만료(expire prematurely)가 발견될 때 위험에 놓이게 된다.
이전에 언급한 바와 같이, 단일 샘플 소스로부터 가능한 한 많은 유형들의 테스트들을 수행하고 공통의 분석 기구를 사용하여 시스템의 테스팅 성능을 다양화화하기 위해 장치들의 상이한 반복들을 사용하는 것이 상업적으로 바람직하다. 그렇게 하기 위해서, 각각의 장치 반복은 공통의 분석 기구와 작동가능하게 인터페이스되도록 보존된 작동 메커니즘과 전체 치수 모두를 가져야 한다. 이는 테스트들의 환경에 따라서, 유체 제어 네트워크가 수행될 테스트들의 총수에 대한 전체 반응 용적들을 수용하도록 확대 또는 감소되어야 하며 더 많은 테스트가 시스템에 통합되어야 할 때 테스트 당 전체 반응물(reactant) 용적들이 물리적 공간을 풀어주도록 감소되어야 함을 의미한다. 유체 제어 네트워크의 물리적 레이아웃이 자기 제한적인 디자인 이슈를 부각시키지만, 테스트의 전체 반응물 용적, 특히 샘플 용적은 더 큰 시스템을 뚜렷하게 나타내는 것을 중단하기 이전에 단지 아주 많이 감소될 수 있다. 그러므로, 적은 풍부한 타겟들이 희석 환경들에 존재하는 상황들에서, 대부분의 생체분석들에서의 경우에서처럼 적절한 샘플 크기가 의도대로 테스트되어야 한다. 따라서, 유체 제어 시스템들은 장치가 수행할 수 있는 테스트들의 총수를 제한하는 커다란 반응물 용적들을 취급하기 위해서 확대되어야 한다. 이는 또한, 상업적으로 바람직하지 않다. 그러므로, 주어진 테스트들을 수행하는데 필요한 유체 제어 네트워크를 간략화함으로써 물리적 점유공간을 감소시키는 것이 상업적으로 바람직하다.
완전한 목록은 아니지만, 상업적으로 생존가능한 미세유체 카트리지 디자인은 정밀도, 감도 및 재현성으로 적절한 샘플 크기에 대한 다수 유형들의 테스트들을 수행할 수 있어야 한다. 유체 제어 네트워크는 중요한 개조 없이 새로운 테스트 및 테스트 조합들에 적응할 수 있도록 간략화 및 표준화되어야 한다. 작동 모드 및 전체 장치 치수는 다수의 장치들이 단일 분석 기구에 의해 작동될 수 있어야 하며 장치는 상업적 규모들로 쉽게 제작되고 개선된 오류 테스팅 및 오류 공차들을 쉽게 제공하여야 한다.
본 발명의 대상은 복수의 가능한 분석 카트리지(analytical cartridge)들을 생성하기 위한 모듈식 시스템의 용도, 공통의 연속 유동 유체 제어 네트워크로부터 유도되는 모듈식 분석 카트리지를 생성하는 방법, 분석 업무의 하나 또는 그 초과의 단계들을 수행하도록 작동할 수 있게 만들어질 수 있는 복수의 가능한 모듈 유형들, 내장형 장치로서 분석 업무를 수행하도록 작동할 수 있는 복수의 가능한 모듈식 조립체들, 분석 카트리지 내에 개별적으로 패키지된 시약들의 용도, 분석 카트리지 내의 직렬화된 시약 클러스터(serialized reagent cluster)의 용도, 분석 업무에 대한 분배 가능한 재료의 방출 순서를 프로그램하는 방법, 및 둘 또는 그 초과의 분석 작업들에 대한 다양한 분배 가능한 재료들의 방출 순서들을 일시적으로 동기화하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 특정 양태들은 유체 제어 시스템의 다양한 양태들에 관한 것이다. 본 개시의 내용 내에서, 용어들 "유제 제어 네트워크", "유체 제어 구조물", 및 "유체 제어 경로"는 다음과 같이 사용된다. "유체 제어 경로"는 두 개의 구조물들 사이에 유체 재료의 전달을 가능하게 하는 경로를 규정하는 구조물들을 나타내며, "유체 제어 구조물"은 저장조, 분석 챔버들 등과 같은 유체 제어 네트워크를 포함하는 다양한 구조적 요소들에 관련이 있으며, "유제 제어 네트워크"는 분석 재료의 제어된 혼합을 가능하게 할 수 있으며 특히 다양한 유체 제어 경로들의 물리적 배치(physical disposition)를 전제적으로 포함하고 지칭하는 유체 제어 시스템을 나타낸다. 유사하게, 용어 "작동 모드", "작동 메커니즘", 및 "작동 방법"은 다음과 같이 사용된다. "작동 모드"는 다양한 모듈들 또는 모듈식 조립체들 내에 사용되는 경도력의 유형, 예를 들어, 원심력, 기압 경도력, 또는 전기화학적 원동력 등을 언급하며, "작동 메커니즘"는 경도력을 형성하는데 사용되는 수단, 예를 들어 선형 작동기들, 원심기들, 공압 펌프 또는 정량 펌프, 또는 전류의 유동 등을 언급하며, 그리고 "작동 방법"은 어떻게 카트리지가 작동되는지를 언급하며 일반적으로, 자동, 수동, 또는 예정된 단계적 공정을 자동화하도록 구성되는 프로그램화되거나 기계화된 컴퓨터 보조 장치에 의해서, 및/또는 파지할 수 있고 이와는 달리 장치를 작동시킬 수 있는 인간의 손의 사용에 의해서 용이하게 될 수 있는 자동과 수동의 조합을 나타낸다.
상이한 유형들의 모듈들을 서로 연결하고, 유체들의 이동을 제어하며 특정 테스트의 상황들이 지시될 때 카트리지의 작동에 필수적인 다양한 작업들을 수행하기 위해서 많은 물품들이 사용될 수 있다는 것이 이해된다. 그와 같은 물품들은 협동하는 기계적 부착물, 협동하는 슬라이드 및 슬라이드 가이드들, 클립들, 어플리케(applique)들 또는 특정 모듈들의 조립체를 카트리지 유형들로 유도할 수 있는 다른 수단; 공동들, 블래더(bladder)들, 및/또는 패키지형 시약 셀들에 의해 이용가능한 유체들을 수용, 저장 및/또는 만들 수 있는 수단; 유체들의 전달 및 가능한 분리를 용이하게 하는 튜브들 또는 채널들 또는 다른 기하학적 형상의 구성들의 형태인 모듈들 내에 그리고 모듈들 사이로 유체 전달을 가능하게 하는 수단; 기계식 시일들, 가스켓들, 살균(sterile) 시일 배리어, 또는 자가 치유 스토퍼들과 같은 상호연결된 모듈들의 협력 유체 전달 경로들 사이의 상호관련성 및 그 사이로의 유체들의 전달을 개선하는 수단; 스위치들, 튜브들, 밸브들, 초크 지점들, 디버터(diverter)들, 관통 장치들, 션트(shunt)들, 포트들, 배기구들, 가스켓들, 압축 형성부(form)들, 및/또는 자화 또는 자기 재료와 같은 유체 제어를 개선하는 수단; 건식 시약들, 박막들, 체(sieve)들, 필터들, 또는 모듈이 원심분리될 수 있게 하는 피쳐(feature)들과 같은 건식용 샘플을 준비하기 위한 기계적 또는 화학적 수단; 예컨대, 전기적, 화학적 및/또는 광학적 건식 과정과 관련된 데이터의 획득을 보조하는 수단; 센서들, 계량기들, 필터들, 광전자 증배관(photomultiplier)들, 편광자(polarizer)들, 또는 광 차단(light blocking), 반사 또는 투과 재료들, 구조물들 또는 어플리케들; 전기 회로들, 전기 전도성 재료, 또는 전기 저장 장치, 예컨대 배터리들 또는 커패시터들과 같은 모듈 또는 모듈 조립체 내에서 또는 이들에 대해 발생되는 전류에 의해 장치의 작동을 추가로 가능하게 하는 수단; 플런저들, 선택 모듈 구성들, 선형 작동기(linear actuator)들, 슬라이드들 또는 다른 유형들의 모션 지시 또는 부여 장치들과 같은 다른 모듈들 내에 또는 이들에 대한 안내 경로들에 의해 제시되는 대로 모듈이 다른 모듈에 대해 이동하게 하는 수단;의 명백한 구성들일 수 있다.
본 발명의 하나의 양태는 액체 또는 반-고체 환경에서 하나 또는 둘 이상의 건식 테스트를 수행하도록 가동되는 매우 다양한 건식 카트리지들을 생성하는 것이 가능하게 된 모듈형 시스템을 제공하는 것이다. 이러한 모듈형 시스템의 다양한 양태들은 최종 조립 상태에서 다수의 가능한 모듈형 조립체들에 대한 보존된 전체 크기 및 작동 메커니즘(mechanism-of-operation)을 가능하게 한다. 이는 공통하는 건식 기구가 상기 시스템으로부터 유도된 다수의 유형들의 카트리지들을 작동하는 것을 가능하게 한다. 모듈형 시스템의 다른 양태들은 기능적으로 내장형 유닛으로서 건식 프로세스의 하나 또는 둘 이상의 단계들을 수행하도록 가동되게 하는 것이 가능하게 된 별개의 모듈들로서 제조되도록 유체 제어 구조물들의 자체 그룹들을 제공한다. 이는 또한 상업적으로 의미 있는 규모들의 생산에서 다양한 모듈들을 제조하는 확장성을 개선하면서 덜 전문화된 모듈들로부터 세정실과 같은 전문화된 설비들을 요구하는 모듈들의 제조 비용과 커플링 할 수 없는 세그먼트화된 제조 프로세스를 제공한다. 이러한 시스템의 다른 양태들은 또한 최종 조립된 장치의 개선된 오류-공차를 제공하면서 최종 조립된 장치와 관계없이 별개의 모듈들의 오류-테스팅을 제공한다. 예를 들면, 모듈이 테스트 초기 전에 임의의 지점에서 동작 사양들을 충족하지 못하는 경우, 모듈은 상기 장치로부터 용이하게 연결해제될 수 있고 과도한 어려움 또는 전체 장치를 희생시킬 필요 없이 기능화 모듈로 대체될 수 있다. 또한 이러한 모듈형 시스템의 다른 양태들은 고유의 작동 메커니즘을 가능하게 한다. 특정 모듈형 조립체들에서 모듈은 다른 모듈 내부에 위치 설정될 수 있고 상기 모듈에 대해 이동되도록 이루어질 수 있다. 이러한 시스템에 의해 가능하게 된 다수의 유형들의 카트리지들이 모듈들 내 및 모듈들 사이에서 유체의 이동을 유도하도록 공기압에 의해 구동된 압력 구배들을 이용하지만, 이러한 유형의 모듈형 구성을 갖는 특정 실시예들은 또한 본 시스템에 의해 제공되는 부가 양태들을 작동시키기 위하여 두 개의 대상들의 서로에 대한 내측으로의 이동에 의해 전달된 압축력에 영향을 주도록 기계적 힘을 이용할 수 있다. 본 모듈형 시스템의 다른 양태들은 공통 유체 제어 네트워크로부터 또한 최종 조립 장치의 작동을 가능하게 할 수 있는 특정 모듈형 조립체 내로 유도된 다수의 협동 모듈들의 확실한 조립 패턴을 지향하는 수단을 제공한다. 이는 하나 또는 둘 이상의 장소들에서 장치를 오조립할 가능성을 제공하는 모듈형 시스템을 이용할 때 바람직할 수 있다. 이 같은 수단은 모듈들, 및/또는 어플리케(applique)들 사이의 협동하는 기계적인 부착의 하나 또는 둘 이상의 물리적 요소들, 또는 건식 장치의 유형 및 건식 장치의 특정 작동 매개변수들에 대한 정보를 추가로 보유할 수 있는 적절한 모듈형 조립체들의 시각적 표시들을 제공하는 다른 시각적 요소들의 특정 배치 및 상호관계를 포함할 수 있다. 이 같은 수단은 또한 적절히 조립될 때 카트리지 내지 카트리지를 작동하도록 설계된 건식 기구의 작동에 관련된 정보의 통신을 추가로 가능하게 할 수 있는 회로를 폐쇄하는 것이 가능하게 된 협동 모듈들을 중심으로 배치된 전기 회로들의 부분(division)들일 수 있다. 본 발명의 다른 양태들은 마무리된 장치 형태의 표준 전제 크기 및 작동 메커니즘에 순응하면서 특정 분석 작업의 요건들을 충족하도록 개별 모듈들 사이의 물리적 크기들 및 구성들을 변화하기 위한 성능에서 발견된다. 이는 통상적인 분석 기구에 의존하면서 매우 다양한 분석의 작업들을 수행하는데 있어서 본 모듈형 시스템의 고 적응성을 제공한다.
본 발명의 다른 양태는 폐쇄 시스템으로서 분석 테스트를 수행하도록 가동되는 모듈형 분석 장치를 생성하기 위한 방법을 제공한다. 상기 방법은 샘플 상에 수행될 하나 또는 둘 이상의 분석 테스트들을 선택하는 단계를 설명하며, 이 단계들은 다른 것들 중에서 유체 제어 경로들에 의해 작동가능하게 상호 연결되는 필요한 유체 제어 구조물들을 처리하는(account for) 선택 분석 테스트를 수행하도록 가동되는 연속 유동 유체 제어 네트워크를 설계하는 단계; 유체 제어 네트워크를 원래의 유체 제어 네트워크를 재조립 및 재구성하도록 충분한 협동 모듈성을 보유하는 다수의 개별 제조 물품들로서 제조하기에 유리한 기능 그룹으로 나누는 단계이다. 기능적 부분(division) 내에 포함될 유체 제어 구조물들의 선택은 각각의 테스트의 상황에 따라 변화될 수 있지만 유사한 기능을 갖는 유체 제어 구조물들의 기능적 부분을 생성하는 것이 제조 및 작동 관점으로부터 유리할 수 있다는 것이 실현된다. 예를 들면, 단지 분석 챔버들만을 보유하는 기능적 부분은 상기 챔버들이 무균 상태로 유지되어야 하는 분석 시약을 홀딩하도록 제조되는 경우 별개의 제조 물품으로서 유리하게 될 수 있다. 이러한 예에서, 단일 모듈은 무균 환경에서 가동되게 될 수 있으며, 분석 테스트를 수행하기 위해 요구된 다른 요소들을 가지는 부가 모듈들과 연결될 수 있는 분리된 설비에 밀봉되어 전달될 수 있다. 그러나, 유체 제어 구조물들의 상이한 조합들이 앞에서 언급된 모듈 실시예에서 폐기물 저장소의 포함과 같은 특정 상황들에 대해 유리한 것으로서 단일 모듈 내에 배치될 수 있는 것이 실현된다.
본 발명의 다른 양태는 상기 테스트들을 수행하기 위해 요구된 필요한 분석 재료의 포함에 의해 분석 테스트의 하나 또는 둘 이상의 단계들을 수행하도록 또한 가동되게 될 수 있는 다수의 가능한 모듈들을 제공한다. 가능한 실시예들의 후술하는 선택은 다양한 작동 맥락들에서 분명해지는 다수의 가능한 모듈 실시예들의 다양한 양태들을 예시하기 위해 제공된다. 가능한 실시예들의 포함 또는 배제는 어떠한 방식으로도 제한되는 것으로 의도되지 않지만 오히려 선택된 모듈 실시예들의 다양한 양태들의 더 넓은 개념으로 알리기(communicate) 위해 제공된다. 이러한 모듈들의 하나의 양태는 하나 또는 둘 이상의 분석 작업들을 수행하는 것이 가능하게 된 통상적인 유체 제어 네트워크로부터 기능적으로 감소되고 개별화되는 하나 또는 둘 이상의 유체 제어 구조물들의 포함일 수 있다. 용어 "기능적으로 감소된(functionally reduced)"의 사용은 하나 또는 둘 이상의 유체 제어 구조물들, 이들의 대응하는 유체 제어 경로들, 및 임의의 다른 필수 장비 또는 재료들의 선택 유체 제어 네트워크의 통합된 기능적 부분 내로의 통합을 알리고자 하는 것이다. 유사하게, 용어 "개별화된(individualized)"은 가동 기능적 부분이 유체 제어 네트워크로부터 물리적으로 분리되고 개별 모듈의 맥락에서 분리되지 않은 가동 상태로 배치되는 것을 알리고자 하는 것이다. 예를 들면, 이 같은 유체 제어 구조물은 분석 테스트 도중 소모된 분석 시약, 샘플, 또는 폐기물 용액들을 저장, 분배, 및/또는 유지하는 것이 가능하게 된 하나의 유형의 저장소일 수 있다. 다른 예는 다양한 재료들을 제어된 방식으로 혼합하도록 이루어진 혼합 챔버 및/또는 분석 챔버일 수 있거나 수행되는 테스트에 관한 정보의 수집을 가능하게 하는 장소로서 기능할 수 있다. 모듈의 다른 양태는 다른 유체 제어 구조물들, 전기 저장 장치들, 센서들을 구현할 수 있거나 단순히 장치의 전체 크기 및/또는 작동 모드를 보존하도록 기능할 수 있는 모듈 부조립체들을 수용하도록 이루어진 실질적으로 고체 구조물, 구획부, 또는 슬롯으로서 구현되는 기능적 구조물을 보유할 수 있다. 다른 예들은 두 개 또는 세 개 이상의 기능들을 이중 혼합/샘플 저장소와 같은 단일 구조물 내로 통합하는 다중 사용 구조물들을 포함할 수 있다. 유체 제어 구조물들의 다수의 유형들 및 구성들이 실시되고 이 같은 구조물들의 포함은 수행되는 테스트의 상황에 의존한다. 각각의 모듈은 또한 유동 셀 분석법을 수행하는 것이 가능하게 된 유동 통공, 전기 충전 재료들의 전기 영동 분리를 가능하게 하는 전류를 설정하기 위한 전극들, 또는 압력 구배가 모듈들 내 그리고 모듈들 사이에 설정되는 것을 가능하게 하는 다양한 모듈들로부터의 가스 또는 액체의 부가 또는 공제를 가능하게 하는 포트들과 같은 상이한 유형들의 분석 작업들을 가능하게 하는 장비를 포함할 수 있다. 모듈들의 다른 양태들은 또한 모듈 조립체의 작동을 가능하게 하도록 기능할 수 있는 두 개 또는 세 개 이상의 모듈들 사이에 특정 조립 패턴을 지향시키기 위해 사용될 수 있는 기계적 수단을 포함할 수 있다. 이러한 모듈들의 다른 양태들은 하나 또는 둘 이상의 선택 협동 모듈들과 협동해서 상기 모듈 주위에 배치된 협동하는 기계적 부착물의 하나 또는 둘 이상의 요소들을 보유할 수 있다. 예를 들면, 협동하는 기계적 부착물의 요소는 치형 및 그루브 클립의 치형부일 수 있으며; 여기서 치형부는 하나의 모듈 상에 위치 설정되고 그루브는 협동 모듈 상에 위치 설정되고 양 구성요소의 위치 설정은 각각의 모듈에 대해 선택적이다. 다른 예는 슬라이드/슬라이드 가이드 조립체일 수 있고; 여기서 슬라이드는 하나의 모듈 상에 존재하고 슬라이드-가이드는 협동 모듈 상에 존재하고 박스-슬라이드, 배럴-슬라이드 또는 삼각형-슬라이드와 같은 조립체의 기하학적 구성은 협동 모듈에 대해 선택적이다. 이러한 모듈들의 특정 실시예들에서, 하나 또는 둘 이상의 유체 제어 경로들은 모듈의 하나 또는 둘 이상의 측면들에 개방하도록 배치된다. 이러한 개구는 모듈형 실시예의 유형에 따라 유입구들 및/또는 유출구들일 수 있다. 이러한 유체 제어 경로들의 다른 양태는 유입구들 또는 유출구들의 물리적 배치가 협동 모듈들의 유체 제어 경로들과 조화되거나 협동되어야 한다. 또한, 이러한 모듈들의 특정 실시예들은 모듈 내에 놓이는 유체 제어 구조물들 내에 재료들을 포함하도록 밀봉될 성능을 보유하여야 한다. 이러한 밀봉부의 양태는 모듈들 사이의 유체 연통을 허용하도록 가역적이어야 한다는 것이다. 이를 달성하는 다수의 방법들이 있다. 예를 들면, 제 1 모듈은 유체 제어 경로 내에서 작동가능하게 리세스된(recessed) 관통 장치를 보유하도록 제조될 수 있어 접착제 배리어가 이의 개구 위에 배치되는 것을 허용하고 이어서 제 2 협동 모듈은 가동 직경을 가지고 접착제 배리어에 의해 또한 밀봉될 수 있는 제 2 모듈로부터 연장하는 돌기를 보유하도록 제조될 수 있다. 두 개의 모듈들이 사전 작동 구성으로 조립될 때 두 개의 경로는 작동 가능하게 대향될 수 있지만 상호 연결되지 않으며 분석 작업을 수행하기 위해 작동될 때 제 2 모듈의 접착제 배리어가 제 1 모듈의 유체 제어 경로 내에서 리세스된 관통 장치에 의해 관통되는 동안 제 2 모듈로부터의 돌기는 제 1 모듈의 접착제 배리어를 관통하도록 제조될 수 있다. 대안적으로, 제 1 모듈은 자가-치유 스토퍼(self-healing stopper) 및 노출된 관통 장치의 제 2 모듈을 보유하도록 제조될 수 있다. 이러한 구성에서 두 개의 모듈들은 수행될 관통의 작동 매개변수들에 따라 관통 장치를 한번 또는 두 번 이상 삽입 및 제거하는 방식으로 작동될 수 있다. 다시, 이들은 하나 또는 둘 이상의 밀봉된 모듈들 사이에 유체 연통을 설정하고 본 발명의 특정 실시예들의 작동을 위해 반드시 요구될 수 있는 작동 양태에 대한 내용을 제공하기 위한 단지 몇 개의 가능한 수단이다.
본 발명은 또한 분석 카트리지 내에 개별적으로 사전 패키징된 시약들의 사용을 제공한다. 본 발명의 이러한 양태에서, 분석 시약들의 선택 용적은 "습식 셀(wet cell)들"로서 지칭되는 개별 제조 물품들로서 구현된다. 습식 셀들은 블리스터 패키징 및 사전 적재된 시약들이 장치로부터 물리적으로 분리 가능하고 유체 제어 네트워크 내로 통합되지 않으며 고정된 저장소의 충전 용적이 아닌 그렇지 않으면 습식 셀들이 배치될 습식 셀들의 패키징에 의해 형성된 내부 용적을 갖는다는 점에서 블리스터 패키징 및 사전 적재된 시약들과 상이하다. 습식 셀들은 시약 클러스터들 내로 상호 연결될 수단에 의해 제조될 수 있는 내장형 개별 제조 물품들이다. 이 같은 수단은 스냅(snap)들, 나사식(threaded) 커넥터들, 접착제(adhesive)들을 포함할 수 있거나 단순히 함께 그룹화될 수 있다. 개별적으로 사전 패키징된 시약들을 이용하는 다수의 장점들 및 용도가 있다. 선택 용적들의 시약들은 대략으로 제조될 수 있고 나중에 그리고 장소들에서 분석 장치 내로 포함될 수 있고 시약들이 개별적으로 패키징될 수 있기 때문에 시약들은 휴지 유체들에서 확산을 방지할 것이 요구되는 복잡한 유체 함유 전략들을 제거하고 단순화된 시약 방출 메커니즘을 제공하는 동안 상이한 모듈들의 다양한 모듈 조립체들 내에서 코-로컬라이징(co-localize)하는 것을 허용한다. 상기 시약들은 폐기물을 줄이고 시약들이 오작용하거나 시약들의 기대 수명의 기한에 도달하는 경우 용이하게 상호 교체될 수 있고, 선택 시약들의 저장 수명을 연장하기 위해 광감성(photosensitive) 시약들을 캡슐화하도록 광 불투과성 재료들과 같이 특별히 패키징될 수 있다. 이러한 습식 셀들의 부가 양태들은 분석 재료의 단일 사용 및 다중 사용 용적들이 테스트의 상황이 조정될 수 있을 때 습식 셀 내에 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 직렬화된(serialized) 시약 클러스터로서 물리적으로 구현된 프로그램가능한 시약 전달 시스템을 제공한다. 이러한 직렬화된 시약 클러스터(reagent cluster)의 양태는 분석 테스트의 작동 프로토콜을 분석 테스트를 수행하기 위해 요구된 분배 가능한 재료를 포함하는 습식 셀들의 소정의 물리적 배열로 변환될 수 있다. 상기 습식 셀들은 분석 테스트에 의해 이용된 제 1, 제 2, 제 3, 등의 시약에 대응하는 선형 시리즈(linear series)로 배열된다. 이러한 시리얼 배열은 시간적 제어 방식으로 상기 시리즈의 각각의 셀 내로 순차적으로 캐뉼러(cannula)의 선형 삽입을 제공하여 각각의 셀의 내용물이 상기 캐뉼러를 통하여 분배되는 것을 허용한다. 이러한 직렬화된 시약 클러스터의 다른 양태들은 전술된 바와 같이 서로에 대해 두 개의 모듈들의 이동에 의해 제공된 압축력의 발생, 다른 모듈 부조립체들을 수용하기 위해 슬롯을 보유하도록 제공될 수 있는 모듈, 또는 나중에 논의될 이중 기능 플런저 시스템을 가지는 주사기형 분석 시스템 내의 이 같은 시스템의 사용과 같이, 본 발명의 다른 양태들에 의해 제공된 작동 메커니즘을 이용하기 위해 제공된다.
본 발명의 다른 양태는 압축 형성부(compression form)에 관한 것이다. 본 시스템의 작동을 위한 작동 메커니즘에 따라, 특정 실시예들이 압축 형성부의 사용을 요구할 수 있다. 압축 형성부는 시약 조립체의 형성시 캐뉼러에 대해 직렬화된 시약 클러스터를 수용하고 작동되게 배향하는 것이 가능하게 된 개구들을 보유하도록 제조된 구조물이다. 압축 형성부의 기능은 공간을 제공하고 이 공간 내의 시약 클러스터의 셀들은 상기 시리즈 내의 각각의 셀을 압축하도록 가동되는 시약 클러스터의 단부로의 압축력(compressive force)의 인가에 의해 압축될 수 있다. 이러한 압축 형성부의 특정 실시예들은 압축력에 의해 직렬화된 시약 클러스터의 압축에 의해 작용될 때 상기 개구의 벽들의 변형을 저지하는 강성 재료로부터 제조될 수 있다. 압축 형성부의 다른 실시예들은 압축 형성부 및 직렬화된 시약 클러스터 모두가 압축력에 의해 압축될 때 하나 또는 둘 이상의 직렬화된 시약 클러스터들의 변형을 저지하도록 또한 가동되는 작동가능한 압축 및 탄성의 성질들을 보유하는 재료로부터 제조될 수 있다. 이 같은 압축 형성부는 또한 장치 내의 분배 가능한 재료들의 유출물을 흡수하기 위한 작동 가능한 흡수 성질들을 보유할 수 있다. 또한, 이러한 시약 조립체의 특정 실시예들은 다른 실시예에서 상기 장치 주위 다른 곳에 캐뉼러를 위치시키는 것이 더욱 유리하지만 캐뉼러를 직접 보유하고 위치 설정할 수 있다. 직렬화된 시약 클러스터의 다른 양태는 본 발명에 의해 가능하게 된 장치의 유체 제어 네트워크를 상당히 단순화하는 단일 유체 연통 경로를 따라 다수의 유체들을 연통하기 위한 능력을 위해 제공되며, 이는 이어서 더 많은 테스트에 대해 더 많은 공간을 자유롭게 한다.
본 발명의 다른 양태는 습식 셀(wet cell)들 및 건식 셀(dry cell)들 둘 다를 처리하는 직렬화된 시약 클러스터의 사용을 통하여 하나 또는 그 초과의 분석 테스트들 또는 그 초과의 분석 테스트들의 작동 프로토콜을 프로그래밍하기 위한 방법을 제공한다. 분배 가능한 내용물이 부족한 건식 셀들은 습식 셀들 사이의 물리적 분리를 생성함으로써 배양 주기(incubation cycle)들을 제공하는 기능을 하며; 건식 셀의 내부 용적에 의해 제공된 분리가 많을수록 배양 주기가 더 길어진다. 처리 주기들 사이의 배향 주기들을 허용함으로써, 건식 셀들은 다수의 직렬화된 시약 클러스터들이 일시적으로 동기화되는 것을 허용하여 다수의 분석 테스트들이 병렬로 수행되는 것을 가능하게 한다. 이는 개별적으로 또는 집합적으로 점증적인 또는 연속적인 방식으로 시약 클러스터들을 작동시킴으로써 달성된다. 이러한 방법 및 장치의 사용은 하나 또는 둘 이상의 분석 테스트들이 유체 제어 네트워크의 물리적 구성과 주로 관계없는 방식으로 구성되는 것을 허용한다. 이는 상응하는 작동 프로토콜들, 또는 다양한 분석 시약들의 투여 유형들, 용적들, 및 타이밍들에서 상이한 매우 다양한 작동 프로토콜들 포함하는 상이한 유형들의 테스트들을 수행하는 높은 정도의 적응성을 제공한다.
본 발명의 다른 양태는 또한 상기 테스트들을 수행하기 위해 요구된 필수 분석 재료의 포함에 의해 단일 장치의 맥락에서 하나 또는 둘 이상의 분석 테스트들을 수행하도록 작동하게 될 수 있는 다수의 가능한 모듈형 조립체들을 제공한다. 가능한 실시예들의 다음 선택들은 다양한 맥락에서 본 발명을 예시하기 위해 제공되었다. 가능한 실시예들의 포함 또는 배제는 어떠한 방식으로도 제한하는 것을 의도하지 않고 오히려 본 발명의 더 넓은 맥락을 알리도록 기능하도록 의도된다. 다수의 가능한 모듈형 조립체가 실시되고 액체, 반-고체, 부유된 고체, 또는 이들의 조합 중 어느 하나에서 독립적인 시스템으로서 하나 또는 둘 이상의 분석 테스트들을 수행하는 것을 가능하게 하고; 상기 시스템들은 하나 또는 둘 이상의 분석 테스트들, 주사기 기반 시스템들, 전기 영동 시스템들, 셀 배양 시스템들, 등을 수행하도록 가동되는 폐쇄형 연속-유동 시스템들을 보유하는 두 개 또는 세 개 이상의 모듈들의 모듈형 조립체일 수 있다.
본 발명의 다양한 분야들이 실현되며 유체 기반 분석 또는 반 고체 또는 부유 고체들 환경들에서의 분석을 이용하는 기술 분야들을 포함한다. 본원에 제공된 실시예들은 몇몇의 선택된 내용들로 본 발명의 일반적인 실용성을 예시하고자 하는 것이며 본 발명의 각각의 가능한 모듈 구성, 카트리지 실시예 또는 모든 가능한 실용성들의 포괄적인 리스트로서 의도되지 않는다. 본원에 설명된 기능적 요소들의 개수 및 유형은 제한으로서 의도되지 않는데 이는 특정 분석 과정들이 강요되고 모든 기능적 구조들, 변형들 또는 가능한 구성들이 본원에 설명되는 것은 아니기 때문에 기능적 구조들의 상이한 개수들 및 유형들을 포함하는 것이 바람직할 수 있기 때문이다.
본 발명의 특정 양태들은 유체 제어 시스템의 다양한 양태들에 관한 것이다. 본 개시의 내용 내에서, 용어들 "유제 제어 네트워크", "유체 제어 구조물", 및 "유체 제어 경로"는 다음과 같이 사용된다. "유체 제어 경로"는 두 개의 구조물들 사이에 유체 재료의 전달을 가능하게 하는 경로를 규정하는 구조물들을 나타내며, "유체 제어 구조물"은 저장조, 분석 챔버들 등과 같은 유체 제어 네트워크를 포함하는 다양한 구조적 요소들에 관련이 있으며, "유제 제어 네트워크"는 분석 재료의 제어된 혼합을 가능하게 할 수 있으며 특히 다양한 유체 제어 경로들의 물리적 배치(physical disposition)를 전제적으로 포함하고 지칭하는 유체 제어 시스템을 나타낸다. 유사하게, 용어 "작동 모드", "작동 메커니즘", 및 "작동 방법"은 다음과 같이 사용된다. "작동 모드"는 다양한 모듈들 또는 모듈식 조립체들 내에 사용되는 경도력의 유형, 예를 들어, 원심력, 기압 경도력, 또는 전기화학적 원동력 등을 언급하며, "작동 메커니즘"는 경도력을 형성하는데 사용되는 수단, 예를 들어 선형 작동기들, 원심기들, 공압 펌프 또는 정량 펌프, 또는 전류의 유동 등을 언급하며, 그리고 "작동 방법"은 어떻게 카트리지가 작동되는지를 언급하며 일반적으로, 자동, 수동, 또는 예정된 단계적 공정을 자동화하도록 구성되는 프로그램화되거나 기계화된 컴퓨터 보조 장치에 의해서, 및/또는 파지할 수 있고 이와는 달리 장치를 작동시킬 수 있는 인간의 손의 사용에 의해서 용이하게 될 수 있는 자동과 수동의 조합을 나타낸다.
상이한 유형들의 모듈들을 서로 연결하고, 유체들의 이동을 제어하며 특정 테스트의 상황들이 지시될 때 카트리지의 작동에 필수적인 다양한 작업들을 수행하기 위해서 많은 물품들이 사용될 수 있다는 것이 이해된다. 그와 같은 물품들은 협동하는 기계적 부착물, 협동하는 슬라이드 및 슬라이드 가이드들, 클립들, 어플리케(applique)들 또는 특정 모듈들의 조립체를 카트리지 유형들로 유도할 수 있는 다른 수단; 공동들, 블래더(bladder)들, 및/또는 패키지형 시약 셀들에 의해 이용가능한 유체들을 수용, 저장 및/또는 만들 수 있는 수단; 유체들의 전달 및 가능한 분리를 용이하게 하는 튜브들 또는 채널들 또는 다른 기하학적 형상의 구성들의 형태인 모듈들 내에 그리고 모듈들 사이로 유체 전달을 가능하게 하는 수단; 기계식 시일들, 가스켓들, 살균(sterile) 시일 배리어, 또는 자가 치유 스토퍼들과 같은 상호연결된 모듈들의 협력 유체 전달 경로들 사이의 상호관련성 및 그 사이로의 유체들의 전달을 개선하는 수단; 스위치들, 튜브들, 밸브들, 초크 지점들, 디버터(diverter)들, 관통 장치들, 션트(shunt)들, 포트들, 배기구들, 가스켓들, 압축 형성부(form)들, 및/또는 자화 또는 자기 재료와 같은 유체 제어를 개선하는 수단; 건식 시약들, 박막들, 체(sieve)들, 필터들, 또는 모듈이 원심분리될 수 있게 하는 피쳐(feature)들과 같은 건식용 샘플을 준비하기 위한 기계적 또는 화학적 수단; 예컨대, 전기적, 화학적 및/또는 광학적 건식 과정과 관련된 데이터의 획득을 보조하는 수단; 센서들, 계량기들, 필터들, 광전자 증배관(photomultiplier)들, 편광자(polarizer)들, 또는 광 차단(light blocking), 반사 또는 투과 재료들, 구조물들 또는 어플리케들; 전기 회로들, 전기 전도성 재료, 또는 전기 저장 장치, 예컨대 배터리들 또는 커패시터들과 같은 모듈 또는 모듈 조립체 내에서 또는 이들에 대해 발생되는 전류에 의해 장치의 작동을 추가로 가능하게 하는 수단; 플런저들, 선택 모듈 구성들, 선형 작동기(linear actuator)들, 슬라이드들 또는 다른 유형들의 모션 지시 또는 부여 장치들과 같은 다른 모듈들 내에 또는 이들에 대한 안내 경로들에 의해 제시되는 대로 모듈이 다른 모듈에 대해 이동하게 하는 수단;의 명백한 구성들일 수 있다.
본 발명의 하나의 양태는 액체 또는 반-고체 환경에서 하나 또는 둘 이상의 건식 테스트를 수행하도록 가동되는 매우 다양한 건식 카트리지들을 생성하는 것이 가능하게 된 모듈형 시스템을 제공하는 것이다. 이러한 모듈형 시스템의 다양한 양태들은 최종 조립 상태에서 다수의 가능한 모듈형 조립체들에 대한 보존된 전체 크기 및 작동 메커니즘(mechanism-of-operation)을 가능하게 한다. 이는 공통하는 건식 기구가 상기 시스템으로부터 유도된 다수의 유형들의 카트리지들을 작동하는 것을 가능하게 한다. 모듈형 시스템의 다른 양태들은 기능적으로 내장형 유닛으로서 건식 프로세스의 하나 또는 둘 이상의 단계들을 수행하도록 가동되게 하는 것이 가능하게 된 별개의 모듈들로서 제조되도록 유체 제어 구조물들의 자체 그룹들을 제공한다. 이는 또한 상업적으로 의미 있는 규모들의 생산에서 다양한 모듈들을 제조하는 확장성을 개선하면서 덜 전문화된 모듈들로부터 세정실과 같은 전문화된 설비들을 요구하는 모듈들의 제조 비용과 커플링 할 수 없는 세그먼트화된 제조 프로세스를 제공한다. 이러한 시스템의 다른 양태들은 또한 최종 조립된 장치의 개선된 오류-공차를 제공하면서 최종 조립된 장치와 관계없이 별개의 모듈들의 오류-테스팅을 제공한다. 예를 들면, 모듈이 테스트 초기 전에 임의의 지점에서 동작 사양들을 충족하지 못하는 경우, 모듈은 상기 장치로부터 용이하게 연결해제될 수 있고 과도한 어려움 또는 전체 장치를 희생시킬 필요 없이 기능화 모듈로 대체될 수 있다. 또한 이러한 모듈형 시스템의 다른 양태들은 고유의 작동 메커니즘을 가능하게 한다. 특정 모듈형 조립체들에서 모듈은 다른 모듈 내부에 위치 설정될 수 있고 상기 모듈에 대해 이동되도록 이루어질 수 있다. 이러한 시스템에 의해 가능하게 된 다수의 유형들의 카트리지들이 모듈들 내 및 모듈들 사이에서 유체의 이동을 유도하도록 공기압에 의해 구동된 압력 구배들을 이용하지만, 이러한 유형의 모듈형 구성을 갖는 특정 실시예들은 또한 본 시스템에 의해 제공되는 부가 양태들을 작동시키기 위하여 두 개의 대상들의 서로에 대한 내측으로의 이동에 의해 전달된 압축력에 영향을 주도록 기계적 힘을 이용할 수 있다. 본 모듈형 시스템의 다른 양태들은 공통 유체 제어 네트워크로부터 또한 최종 조립 장치의 작동을 가능하게 할 수 있는 특정 모듈형 조립체 내로 유도된 다수의 협동 모듈들의 확실한 조립 패턴을 지향하는 수단을 제공한다. 이는 하나 또는 둘 이상의 장소들에서 장치를 오조립할 가능성을 제공하는 모듈형 시스템을 이용할 때 바람직할 수 있다. 이 같은 수단은 모듈들, 및/또는 어플리케(applique)들 사이의 협동하는 기계적인 부착의 하나 또는 둘 이상의 물리적 요소들, 또는 건식 장치의 유형 및 건식 장치의 특정 작동 매개변수들에 대한 정보를 추가로 보유할 수 있는 적절한 모듈형 조립체들의 시각적 표시들을 제공하는 다른 시각적 요소들의 특정 배치 및 상호관계를 포함할 수 있다. 이 같은 수단은 또한 적절히 조립될 때 카트리지 내지 카트리지를 작동하도록 설계된 건식 기구의 작동에 관련된 정보의 통신을 추가로 가능하게 할 수 있는 회로를 폐쇄하는 것이 가능하게 된 협동 모듈들을 중심으로 배치된 전기 회로들의 부분(division)들일 수 있다. 본 발명의 다른 양태들은 마무리된 장치 형태의 표준 전제 크기 및 작동 메커니즘에 순응하면서 특정 분석 작업의 요건들을 충족하도록 개별 모듈들 사이의 물리적 크기들 및 구성들을 변화하기 위한 성능에서 발견된다. 이는 통상적인 분석 기구에 의존하면서 매우 다양한 분석의 작업들을 수행하는데 있어서 본 모듈형 시스템의 고 적응성을 제공한다.
본 발명의 다른 양태는 폐쇄 시스템으로서 분석 테스트를 수행하도록 가동되는 모듈형 분석 장치를 생성하기 위한 방법을 제공한다. 상기 방법은 샘플 상에 수행될 하나 또는 둘 이상의 분석 테스트들을 선택하는 단계를 설명하며, 이 단계들은 다른 것들 중에서 유체 제어 경로들에 의해 작동가능하게 상호 연결되는 필요한 유체 제어 구조물들을 처리하는(account for) 선택 분석 테스트를 수행하도록 가동되는 연속 유동 유체 제어 네트워크를 설계하는 단계; 유체 제어 네트워크를 원래의 유체 제어 네트워크를 재조립 및 재구성하도록 충분한 협동 모듈성을 보유하는 다수의 개별 제조 물품들로서 제조하기에 유리한 기능 그룹으로 나누는 단계이다. 기능적 부분(division) 내에 포함될 유체 제어 구조물들의 선택은 각각의 테스트의 상황에 따라 변화될 수 있지만 유사한 기능을 갖는 유체 제어 구조물들의 기능적 부분을 생성하는 것이 제조 및 작동 관점으로부터 유리할 수 있다는 것이 실현된다. 예를 들면, 단지 분석 챔버들만을 보유하는 기능적 부분은 상기 챔버들이 무균 상태로 유지되어야 하는 분석 시약을 홀딩하도록 제조되는 경우 별개의 제조 물품으로서 유리하게 될 수 있다. 이러한 예에서, 단일 모듈은 무균 환경에서 가동되게 될 수 있으며, 분석 테스트를 수행하기 위해 요구된 다른 요소들을 가지는 부가 모듈들과 연결될 수 있는 분리된 설비에 밀봉되어 전달될 수 있다. 그러나, 유체 제어 구조물들의 상이한 조합들이 앞에서 언급된 모듈 실시예에서 폐기물 저장소의 포함과 같은 특정 상황들에 대해 유리한 것으로서 단일 모듈 내에 배치될 수 있는 것이 실현된다.
본 발명의 다른 양태는 상기 테스트들을 수행하기 위해 요구된 필요한 분석 재료의 포함에 의해 분석 테스트의 하나 또는 둘 이상의 단계들을 수행하도록 또한 가동되게 될 수 있는 다수의 가능한 모듈들을 제공한다. 가능한 실시예들의 후술하는 선택은 다양한 작동 맥락들에서 분명해지는 다수의 가능한 모듈 실시예들의 다양한 양태들을 예시하기 위해 제공된다. 가능한 실시예들의 포함 또는 배제는 어떠한 방식으로도 제한되는 것으로 의도되지 않지만 오히려 선택된 모듈 실시예들의 다양한 양태들의 더 넓은 개념으로 알리기(communicate) 위해 제공된다. 이러한 모듈들의 하나의 양태는 하나 또는 둘 이상의 분석 작업들을 수행하는 것이 가능하게 된 통상적인 유체 제어 네트워크로부터 기능적으로 감소되고 개별화되는 하나 또는 둘 이상의 유체 제어 구조물들의 포함일 수 있다. 용어 "기능적으로 감소된(functionally reduced)"의 사용은 하나 또는 둘 이상의 유체 제어 구조물들, 이들의 대응하는 유체 제어 경로들, 및 임의의 다른 필수 장비 또는 재료들의 선택 유체 제어 네트워크의 통합된 기능적 부분 내로의 통합을 알리고자 하는 것이다. 유사하게, 용어 "개별화된(individualized)"은 가동 기능적 부분이 유체 제어 네트워크로부터 물리적으로 분리되고 개별 모듈의 맥락에서 분리되지 않은 가동 상태로 배치되는 것을 알리고자 하는 것이다. 예를 들면, 이 같은 유체 제어 구조물은 분석 테스트 도중 소모된 분석 시약, 샘플, 또는 폐기물 용액들을 저장, 분배, 및/또는 유지하는 것이 가능하게 된 하나의 유형의 저장소일 수 있다. 다른 예는 다양한 재료들을 제어된 방식으로 혼합하도록 이루어진 혼합 챔버 및/또는 분석 챔버일 수 있거나 수행되는 테스트에 관한 정보의 수집을 가능하게 하는 장소로서 기능할 수 있다. 모듈의 다른 양태는 다른 유체 제어 구조물들, 전기 저장 장치들, 센서들을 구현할 수 있거나 단순히 장치의 전체 크기 및/또는 작동 모드를 보존하도록 기능할 수 있는 모듈 부조립체들을 수용하도록 이루어진 실질적으로 고체 구조물, 구획부, 또는 슬롯으로서 구현되는 기능적 구조물을 보유할 수 있다. 다른 예들은 두 개 또는 세 개 이상의 기능들을 이중 혼합/샘플 저장소와 같은 단일 구조물 내로 통합하는 다중 사용 구조물들을 포함할 수 있다. 유체 제어 구조물들의 다수의 유형들 및 구성들이 실시되고 이 같은 구조물들의 포함은 수행되는 테스트의 상황에 의존한다. 각각의 모듈은 또한 유동 셀 분석법을 수행하는 것이 가능하게 된 유동 통공, 전기 충전 재료들의 전기 영동 분리를 가능하게 하는 전류를 설정하기 위한 전극들, 또는 압력 구배가 모듈들 내 그리고 모듈들 사이에 설정되는 것을 가능하게 하는 다양한 모듈들로부터의 가스 또는 액체의 부가 또는 공제를 가능하게 하는 포트들과 같은 상이한 유형들의 분석 작업들을 가능하게 하는 장비를 포함할 수 있다. 모듈들의 다른 양태들은 또한 모듈 조립체의 작동을 가능하게 하도록 기능할 수 있는 두 개 또는 세 개 이상의 모듈들 사이에 특정 조립 패턴을 지향시키기 위해 사용될 수 있는 기계적 수단을 포함할 수 있다. 이러한 모듈들의 다른 양태들은 하나 또는 둘 이상의 선택 협동 모듈들과 협동해서 상기 모듈 주위에 배치된 협동하는 기계적 부착물의 하나 또는 둘 이상의 요소들을 보유할 수 있다. 예를 들면, 협동하는 기계적 부착물의 요소는 치형 및 그루브 클립의 치형부일 수 있으며; 여기서 치형부는 하나의 모듈 상에 위치 설정되고 그루브는 협동 모듈 상에 위치 설정되고 양 구성요소의 위치 설정은 각각의 모듈에 대해 선택적이다. 다른 예는 슬라이드/슬라이드 가이드 조립체일 수 있고; 여기서 슬라이드는 하나의 모듈 상에 존재하고 슬라이드-가이드는 협동 모듈 상에 존재하고 박스-슬라이드, 배럴-슬라이드 또는 삼각형-슬라이드와 같은 조립체의 기하학적 구성은 협동 모듈에 대해 선택적이다. 이러한 모듈들의 특정 실시예들에서, 하나 또는 둘 이상의 유체 제어 경로들은 모듈의 하나 또는 둘 이상의 측면들에 개방하도록 배치된다. 이러한 개구는 모듈형 실시예의 유형에 따라 유입구들 및/또는 유출구들일 수 있다. 이러한 유체 제어 경로들의 다른 양태는 유입구들 또는 유출구들의 물리적 배치가 협동 모듈들의 유체 제어 경로들과 조화되거나 협동되어야 한다. 또한, 이러한 모듈들의 특정 실시예들은 모듈 내에 놓이는 유체 제어 구조물들 내에 재료들을 포함하도록 밀봉될 성능을 보유하여야 한다. 이러한 밀봉부의 양태는 모듈들 사이의 유체 연통을 허용하도록 가역적이어야 한다는 것이다. 이를 달성하는 다수의 방법들이 있다. 예를 들면, 제 1 모듈은 유체 제어 경로 내에서 작동가능하게 리세스된(recessed) 관통 장치를 보유하도록 제조될 수 있어 접착제 배리어가 이의 개구 위에 배치되는 것을 허용하고 이어서 제 2 협동 모듈은 가동 직경을 가지고 접착제 배리어에 의해 또한 밀봉될 수 있는 제 2 모듈로부터 연장하는 돌기를 보유하도록 제조될 수 있다. 두 개의 모듈들이 사전 작동 구성으로 조립될 때 두 개의 경로는 작동 가능하게 대향될 수 있지만 상호 연결되지 않으며 분석 작업을 수행하기 위해 작동될 때 제 2 모듈의 접착제 배리어가 제 1 모듈의 유체 제어 경로 내에서 리세스된 관통 장치에 의해 관통되는 동안 제 2 모듈로부터의 돌기는 제 1 모듈의 접착제 배리어를 관통하도록 제조될 수 있다. 대안적으로, 제 1 모듈은 자가-치유 스토퍼(self-healing stopper) 및 노출된 관통 장치의 제 2 모듈을 보유하도록 제조될 수 있다. 이러한 구성에서 두 개의 모듈들은 수행될 관통의 작동 매개변수들에 따라 관통 장치를 한번 또는 두 번 이상 삽입 및 제거하는 방식으로 작동될 수 있다. 다시, 이들은 하나 또는 둘 이상의 밀봉된 모듈들 사이에 유체 연통을 설정하고 본 발명의 특정 실시예들의 작동을 위해 반드시 요구될 수 있는 작동 양태에 대한 내용을 제공하기 위한 단지 몇 개의 가능한 수단이다.
본 발명은 또한 분석 카트리지 내에 개별적으로 사전 패키징된 시약들의 사용을 제공한다. 본 발명의 이러한 양태에서, 분석 시약들의 선택 용적은 "습식 셀(wet cell)들"로서 지칭되는 개별 제조 물품들로서 구현된다. 습식 셀들은 블리스터 패키징 및 사전 적재된 시약들이 장치로부터 물리적으로 분리 가능하고 유체 제어 네트워크 내로 통합되지 않으며 고정된 저장소의 충전 용적이 아닌 그렇지 않으면 습식 셀들이 배치될 습식 셀들의 패키징에 의해 형성된 내부 용적을 갖는다는 점에서 블리스터 패키징 및 사전 적재된 시약들과 상이하다. 습식 셀들은 시약 클러스터들 내로 상호 연결될 수단에 의해 제조될 수 있는 내장형 개별 제조 물품들이다. 이 같은 수단은 스냅(snap)들, 나사식(threaded) 커넥터들, 접착제(adhesive)들을 포함할 수 있거나 단순히 함께 그룹화될 수 있다. 개별적으로 사전 패키징된 시약들을 이용하는 다수의 장점들 및 용도가 있다. 선택 용적들의 시약들은 대략으로 제조될 수 있고 나중에 그리고 장소들에서 분석 장치 내로 포함될 수 있고 시약들이 개별적으로 패키징될 수 있기 때문에 시약들은 휴지 유체들에서 확산을 방지할 것이 요구되는 복잡한 유체 함유 전략들을 제거하고 단순화된 시약 방출 메커니즘을 제공하는 동안 상이한 모듈들의 다양한 모듈 조립체들 내에서 코-로컬라이징(co-localize)하는 것을 허용한다. 상기 시약들은 폐기물을 줄이고 시약들이 오작용하거나 시약들의 기대 수명의 기한에 도달하는 경우 용이하게 상호 교체될 수 있고, 선택 시약들의 저장 수명을 연장하기 위해 광감성(photosensitive) 시약들을 캡슐화하도록 광 불투과성 재료들과 같이 특별히 패키징될 수 있다. 이러한 습식 셀들의 부가 양태들은 분석 재료의 단일 사용 및 다중 사용 용적들이 테스트의 상황이 조정될 수 있을 때 습식 셀 내에 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 직렬화된(serialized) 시약 클러스터로서 물리적으로 구현된 프로그램가능한 시약 전달 시스템을 제공한다. 이러한 직렬화된 시약 클러스터(reagent cluster)의 양태는 분석 테스트의 작동 프로토콜을 분석 테스트를 수행하기 위해 요구된 분배 가능한 재료를 포함하는 습식 셀들의 소정의 물리적 배열로 변환될 수 있다. 상기 습식 셀들은 분석 테스트에 의해 이용된 제 1, 제 2, 제 3, 등의 시약에 대응하는 선형 시리즈(linear series)로 배열된다. 이러한 시리얼 배열은 시간적 제어 방식으로 상기 시리즈의 각각의 셀 내로 순차적으로 캐뉼러(cannula)의 선형 삽입을 제공하여 각각의 셀의 내용물이 상기 캐뉼러를 통하여 분배되는 것을 허용한다. 이러한 직렬화된 시약 클러스터의 다른 양태들은 전술된 바와 같이 서로에 대해 두 개의 모듈들의 이동에 의해 제공된 압축력의 발생, 다른 모듈 부조립체들을 수용하기 위해 슬롯을 보유하도록 제공될 수 있는 모듈, 또는 나중에 논의될 이중 기능 플런저 시스템을 가지는 주사기형 분석 시스템 내의 이 같은 시스템의 사용과 같이, 본 발명의 다른 양태들에 의해 제공된 작동 메커니즘을 이용하기 위해 제공된다.
본 발명의 다른 양태는 압축 형성부(compression form)에 관한 것이다. 본 시스템의 작동을 위한 작동 메커니즘에 따라, 특정 실시예들이 압축 형성부의 사용을 요구할 수 있다. 압축 형성부는 시약 조립체의 형성시 캐뉼러에 대해 직렬화된 시약 클러스터를 수용하고 작동되게 배향하는 것이 가능하게 된 개구들을 보유하도록 제조된 구조물이다. 압축 형성부의 기능은 공간을 제공하고 이 공간 내의 시약 클러스터의 셀들은 상기 시리즈 내의 각각의 셀을 압축하도록 가동되는 시약 클러스터의 단부로의 압축력(compressive force)의 인가에 의해 압축될 수 있다. 이러한 압축 형성부의 특정 실시예들은 압축력에 의해 직렬화된 시약 클러스터의 압축에 의해 작용될 때 상기 개구의 벽들의 변형을 저지하는 강성 재료로부터 제조될 수 있다. 압축 형성부의 다른 실시예들은 압축 형성부 및 직렬화된 시약 클러스터 모두가 압축력에 의해 압축될 때 하나 또는 둘 이상의 직렬화된 시약 클러스터들의 변형을 저지하도록 또한 가동되는 작동가능한 압축 및 탄성의 성질들을 보유하는 재료로부터 제조될 수 있다. 이 같은 압축 형성부는 또한 장치 내의 분배 가능한 재료들의 유출물을 흡수하기 위한 작동 가능한 흡수 성질들을 보유할 수 있다. 또한, 이러한 시약 조립체의 특정 실시예들은 다른 실시예에서 상기 장치 주위 다른 곳에 캐뉼러를 위치시키는 것이 더욱 유리하지만 캐뉼러를 직접 보유하고 위치 설정할 수 있다. 직렬화된 시약 클러스터의 다른 양태는 본 발명에 의해 가능하게 된 장치의 유체 제어 네트워크를 상당히 단순화하는 단일 유체 연통 경로를 따라 다수의 유체들을 연통하기 위한 능력을 위해 제공되며, 이는 이어서 더 많은 테스트에 대해 더 많은 공간을 자유롭게 한다.
본 발명의 다른 양태는 습식 셀(wet cell)들 및 건식 셀(dry cell)들 둘 다를 처리하는 직렬화된 시약 클러스터의 사용을 통하여 하나 또는 그 초과의 분석 테스트들 또는 그 초과의 분석 테스트들의 작동 프로토콜을 프로그래밍하기 위한 방법을 제공한다. 분배 가능한 내용물이 부족한 건식 셀들은 습식 셀들 사이의 물리적 분리를 생성함으로써 배양 주기(incubation cycle)들을 제공하는 기능을 하며; 건식 셀의 내부 용적에 의해 제공된 분리가 많을수록 배양 주기가 더 길어진다. 처리 주기들 사이의 배향 주기들을 허용함으로써, 건식 셀들은 다수의 직렬화된 시약 클러스터들이 일시적으로 동기화되는 것을 허용하여 다수의 분석 테스트들이 병렬로 수행되는 것을 가능하게 한다. 이는 개별적으로 또는 집합적으로 점증적인 또는 연속적인 방식으로 시약 클러스터들을 작동시킴으로써 달성된다. 이러한 방법 및 장치의 사용은 하나 또는 둘 이상의 분석 테스트들이 유체 제어 네트워크의 물리적 구성과 주로 관계없는 방식으로 구성되는 것을 허용한다. 이는 상응하는 작동 프로토콜들, 또는 다양한 분석 시약들의 투여 유형들, 용적들, 및 타이밍들에서 상이한 매우 다양한 작동 프로토콜들 포함하는 상이한 유형들의 테스트들을 수행하는 높은 정도의 적응성을 제공한다.
본 발명의 다른 양태는 또한 상기 테스트들을 수행하기 위해 요구된 필수 분석 재료의 포함에 의해 단일 장치의 맥락에서 하나 또는 둘 이상의 분석 테스트들을 수행하도록 작동하게 될 수 있는 다수의 가능한 모듈형 조립체들을 제공한다. 가능한 실시예들의 다음 선택들은 다양한 맥락에서 본 발명을 예시하기 위해 제공되었다. 가능한 실시예들의 포함 또는 배제는 어떠한 방식으로도 제한하는 것을 의도하지 않고 오히려 본 발명의 더 넓은 맥락을 알리도록 기능하도록 의도된다. 다수의 가능한 모듈형 조립체가 실시되고 액체, 반-고체, 부유된 고체, 또는 이들의 조합 중 어느 하나에서 독립적인 시스템으로서 하나 또는 둘 이상의 분석 테스트들을 수행하는 것을 가능하게 하고; 상기 시스템들은 하나 또는 둘 이상의 분석 테스트들, 주사기 기반 시스템들, 전기 영동 시스템들, 셀 배양 시스템들, 등을 수행하도록 가동되는 폐쇄형 연속-유동 시스템들을 보유하는 두 개 또는 세 개 이상의 모듈들의 모듈형 조립체일 수 있다.
본 발명의 다양한 분야들이 실현되며 유체 기반 분석 또는 반 고체 또는 부유 고체들 환경들에서의 분석을 이용하는 기술 분야들을 포함한다. 본원에 제공된 실시예들은 몇몇의 선택된 내용들로 본 발명의 일반적인 실용성을 예시하고자 하는 것이며 본 발명의 각각의 가능한 모듈 구성, 카트리지 실시예 또는 모든 가능한 실용성들의 포괄적인 리스트로서 의도되지 않는다. 본원에 설명된 기능적 요소들의 개수 및 유형은 제한으로서 의도되지 않는데 이는 특정 분석 과정들이 강요되고 모든 기능적 구조들, 변형들 또는 가능한 구성들이 본원에 설명되는 것은 아니기 때문에 기능적 구조들의 상이한 개수들 및 유형들을 포함하는 것이 바람직할 수 있기 때문이다.
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도 1a는 모듈(1), 저장소(11), 박스형 슬라이드 가이드(12)들, 플랜지(13), 캐뉼러(14) 및 공압 포트(15)를 포함하는 가능한 모듈을 예시한다.
도 1b는 모듈(1), 캐뉼러(14) 및 눌린 상태(16) 및 이완된 상태(17)에 있는 벌브 조립체를 포함하는 도 1a에 설명된 모듈의 대안적인 실시예를 예시한다.
도 2는 모듈(2), 저장소(21), 원통형 슬라이드 가이드(22)들, 플랜지(23), 캐뉼러(24) 및 공압 포트(25)를 포함하는 가능한 모듈을 예시한다.
도 3은 모듈(3), 개방 슬롯(31), 원통형 슬라이드(32), 박스 슬라이드(33) 및 박스형 슬라이드 가이드(들)(34)를 포함하는 가능한 모듈을 예시한다.
도 4는 모듈(4), 폐쇄 구조물(41), 원통형 슬라이드(42) 및 박스 슬라이드(43)를 포함하는 가능한 모듈을 예시한다.
도 5는 모듈(5), 박스형 슬라이드(들)(51), 혼합 챔버(52)들, 유입구(들)(53 및 54), 유출구(들)(55 및 56), 그리고 모듈의 대향 측에 대칭으로 존재할 수 있지만 시각적 명료함을 위해 도시되지 않은 기계적 부착 지점(57)을 포함하는 가능한 모듈을 예시한다.
도 6은 조립체(2:5)를 형성하는 경로(61)의 루트에 의한 모듈(들)(2 및 5) 사이의 제 1 부착, 조립체(2:5:3:4)를 형성하는 경로(들)(62 및 63)의 루트에 의한 조립체(2:5)와 모듈(3 및 5)들 사이의 제 2 및 제 3 부착, 최종 조립체(2:5:3:4:1)를 형성하는 조립체(2:5:3:4)와 모듈(1) 사이의 제 4 부착을 포함하는 도 1 내지 도 5에 예시된 이러한 모듈들의 조립 패턴을 분해 사시도로 예시한다. 다양한 슬라이드 가이드들이 작동 가능한 최종 형태로의 부가적인 모듈들의 조립에 조합의 특별성을 주는 것에 주목해야 한다. 예컨대, 모듈(3 및 4)들과 모듈(5)의 상호 연결은 모듈(2)이 조립되는 것을 불가능하게 할 것이다. 이는 상기 모듈들이 특정한 방식으로 모듈(2)에 존재하는 슬라이드 가이드들 안으로 삽입되는 것을 요구하는 모듈(3 및 4)에 존재하는 슬라이드 가이드들의 원통형 특성으로 인한 것이다.
도 7a는 모듈(1 내지 5)들, 일반적으로 화살표 70 내지 73으로 표현된 상호 연결의 4 개의 경로들 및 포트(들)(74 및 75)를 포함하는 5 모듈 조립체의 상호 연결 및 작동을 설명하는 4 개의 부품의 복합적 예시의 제 1 예시이다.
도 7b는 휴지중인(resting) 조립된 상태의 모듈(1 내지 5)들을 예시한다.
도 7c는 이러한 모듈 내의 다양한 내부 구조물들의 가상의 배향 및 구성을 예시하는 도 7b에 묘사된 바와 같은 모듈(1 내지 5)들의 투시도이다.
도 7d는 모듈(3 및 4)들이 모듈(5)(파선)에 대하여 내방으로 어떻게 이동할 수 있는지를 예시하는 화살표(76 및 77)들을 포함하는 도 7의 최종 부품이다. 이러한 이동은 모듈(3 및 4)들과 위치되는 임의의 재료들의 압축을 초래할 것이다.
도 8은 도 7c에 예시되지만 설명되지는 않은 가능한 시약 모듈을 제공한다. 상기 모듈은 일련의 캐뉼러(81), 압축 형성부(82), 그리고 분배 가능한 내용물의 존재를 나타내는 기하학적 형상을 갖는 습식 셀(83), 분배 가능한 내용물의 부재를 나타내는 검은 박스들의 건식 셀(84), 6 개의 분석 프로토콜(85.1 내지 85.6)들을 수행하도록 배향되고 가동의 4 스테이지(들)(86.1 내지 86.4)로 일시적으로 동기화되는(86) 다양한 일련의 시약 클러스터(85)들, 명료함의 목적을 위해 개방 박스로서 표시되는 모듈 하우징(87) 및 시약 모듈(88)로의 다양한 요소들의 작동 가능한 조립을 포함한다.
도 9는 유체 연통의 복수의 경로들을 소유하는 가능한 반응기 모듈(90)을 예시한다. 유체 연통의 제 1 경로는 유입구(91)에서 배향되어 일련의 혼합 챔버(95)들을 통하여 연장하고 유출구(92)에서 종료되고, 유체 연통의 제 2 경로는 유입구(들)(93)에서 배향되어 개별 혼합 챔버(95)들을 통과하고 유출구(94)에서 종료된다.
도 10은 도 8에 설명된 시약 모듈과 도 9의 반응기 모듈이 이전에 도 7d에서 설명된 바와 같으며 항목들(100 내지 104)을 위해 제공된 반응기 모듈에 대하여 내방으로 시약 모듈을 이동시킴으로써 어떻게 작동할 수 있는지를 예시한다. 항목(100)은 다른 이미지들에서 이전에 설명된 몇몇의 확인된 그리고 미확인된 요소들 외에 휴지 상태인 상기 반응기와 시약 모듈의 작동 가능한 인터페이싱을 예시한다. 요소가 숫자에 의해 나타나지만 본 이미지에서는 확인되지 않는 상황들에서는, 특정 요소를 묘사하는 도면을 나타내는 요소와 연관된 수치적 식별자의 처음 숫자를 참조한다; 예컨대, 항목 81 은 도 8 에 위치될 것이다. 상기 요소들은 한 측에서 반응기 모듈의 유입구(93)들과 정렬되는 캐뉼러(81) 및 압축 형성부(82) 그리고 다른 측에 일련의 시약 클러스터(들)(85.1 내지 85.6)를 포함한다. 반응기 모듈은 이전에 설명된 바와 같이 시약 모듈의 슬라이드 가이드(34)들 그리고 반응기 모듈의 박스형 슬라이드(51)들에 의해 제공되는 바와 같이 이동 가능한 구성으로 시약 모듈 내측에 놓이는 것에 주의해야 한다. 항목(101)은 반응기 모듈에 대한 시약 모듈의 제 1 점증적 전진을 예시한다. 이는 캐뉼러가 셀(86.1)들의 제 1 시간적 차례로 캐뉼러 관통 그리고 개별 혼합 챔버들로의 임의의 분배 가능한 내용물들의 방출을 초래한다. 항목(102 내지 104)들은 유출구(94)를 통하여 소비된 재료의 대응하는 배출(105)에 따른 시간적 순서(86.2 내지 86.4)의 점증적 전진 및 순차적 방출을 예시한다.
도 11은 다양한 시약 클러스터들의 대안적인 접근 방법을 예시한다. 도 10과 유사하게, 항목(110 내지 113)들은 시약 클러스터들이 슬라이드 플런저(110.1) 또는 스크류 플런저(110.2)에 의해 캐뉼러(81) 상으로 어떻게 가압되는지를 예시한다.
도 12는 플런저 디프레서(121), 플런저 샤프트(122), 통기된 가요성 다이어프램(123)을 갖는 양방향성 플런저, 시약 모듈(124), 이중 기능 샘플/반응기 모듈(125), 나사 가공된 수형 커넥터(126) 및 캡(127)을 포함하는 다른 가능한 모듈형 조립체(120)를 예시한다. 상기 시약 모듈은 통기된 시약 모듈 하우징(124.1), 일련의 시약 클러스터(124.2) 및 캐뉼러 그리고 시약 하우징(124.3)을 더 포함한다.
도 13은 도 12에 설명된 실시예의 작동에 관계된 선택 양태들을 예시한다. 항목(130)은 장치(120), 샘플 소스(130.1) 및 폐쇄 상태의 플런저 기기를 묘사한다. 항목(131)은 플런저 디프레서(121)의 상방 당김(upward pulling) 운동(131.1), 플런저 시스템과 시약 모듈(131.2) 사이의 팽창, 진공(131.3)의 형성 및 이중 기능 샘플/반응기 모듈 안으로의 샘플(131.4)의 이동을 예시한다. 항목(item)(132)은 장치에 대한 캡(124)의 적용(132.2)을 예시하고 이러한 구성에서 시약 모듈의 개구(132.2)가 가시적인 것을 나타낸다.
도 13b는 도 13a에 설명된 장치의 작동에 관계된 부가적인 양태들을 예시한다. 항목(133)은 플런저 디프레서(120)의 압축(depression)(133.1), 고정 통기 다이어프램(133.2)과 플런저(133.3)로의 이중 기능 플런저 시스템의 분리 그리고 시약 모듈(132.2)에 대한 개구를 묘사한다. 항목(134)은 플런저 시스템(134.1)의 연속된 전진이 시약 모듈(134.3) 내에 제공되는 캐뉼러에 맞닿는 시약 클러스터(134.2)에 맞닿아 플런저를 가압하는 것을 예시하며 이는 셀의 내용물들을 이중 기능 샘플/반응기 모듈(134.4)로 순차적으로 분배한다.
도 14는 개별 모듈들로서 제작되도록 작동 가능한 기능적 분할들로의 가상의 유체 제어 네트워크의 분할 방법을 제공한다. 항목(140)은 샘플(S), 저장소, 혼합 챔버(M), 폐기물 용기(W), 및 분석 시약들의 저장을 위한 4 개의 저장소(r1, r2, r3, r4)들, 뿐만 아니라 유체 연통의 제 1 경로(실선 화살표) 및 유체 연통의 제 2 경로(파선 화살표)로 이루어지는 분석 업무를 수행하기 위해 작동 가능한 가상의 폐쇄된 연속 유동 유체 제어 네트워크를 제공한다. 상기 네트워크에서 나타내는 실선 또는 파선의 파형 화살표들은 예시는 현재 네트워크를 통하여 유체들을 (예컨대 고압에서) 미는 수단의 배치를 알리는 반면, 네트워크를 등지는 실선 또는 파선 파형 화살표들의 예시는 본 네트워크를 통하여 유체를 (예컨대 저압에서) 당기는 수단의 배치를 알린다. 항목(141)은 본 네트워크의 4 개의 가능한 기능적 분할(A, B, C, D)들을 예시한다. 항목(142)은 본 네트워크가 어떻게 더 기능적으로 감소되고 4 개의 가능한 기능적 분할들(A', B', C', D')을 제공하는지를 예시한다.
도 1b는 모듈(1), 캐뉼러(14) 및 눌린 상태(16) 및 이완된 상태(17)에 있는 벌브 조립체를 포함하는 도 1a에 설명된 모듈의 대안적인 실시예를 예시한다.
도 2는 모듈(2), 저장소(21), 원통형 슬라이드 가이드(22)들, 플랜지(23), 캐뉼러(24) 및 공압 포트(25)를 포함하는 가능한 모듈을 예시한다.
도 3은 모듈(3), 개방 슬롯(31), 원통형 슬라이드(32), 박스 슬라이드(33) 및 박스형 슬라이드 가이드(들)(34)를 포함하는 가능한 모듈을 예시한다.
도 4는 모듈(4), 폐쇄 구조물(41), 원통형 슬라이드(42) 및 박스 슬라이드(43)를 포함하는 가능한 모듈을 예시한다.
도 5는 모듈(5), 박스형 슬라이드(들)(51), 혼합 챔버(52)들, 유입구(들)(53 및 54), 유출구(들)(55 및 56), 그리고 모듈의 대향 측에 대칭으로 존재할 수 있지만 시각적 명료함을 위해 도시되지 않은 기계적 부착 지점(57)을 포함하는 가능한 모듈을 예시한다.
도 6은 조립체(2:5)를 형성하는 경로(61)의 루트에 의한 모듈(들)(2 및 5) 사이의 제 1 부착, 조립체(2:5:3:4)를 형성하는 경로(들)(62 및 63)의 루트에 의한 조립체(2:5)와 모듈(3 및 5)들 사이의 제 2 및 제 3 부착, 최종 조립체(2:5:3:4:1)를 형성하는 조립체(2:5:3:4)와 모듈(1) 사이의 제 4 부착을 포함하는 도 1 내지 도 5에 예시된 이러한 모듈들의 조립 패턴을 분해 사시도로 예시한다. 다양한 슬라이드 가이드들이 작동 가능한 최종 형태로의 부가적인 모듈들의 조립에 조합의 특별성을 주는 것에 주목해야 한다. 예컨대, 모듈(3 및 4)들과 모듈(5)의 상호 연결은 모듈(2)이 조립되는 것을 불가능하게 할 것이다. 이는 상기 모듈들이 특정한 방식으로 모듈(2)에 존재하는 슬라이드 가이드들 안으로 삽입되는 것을 요구하는 모듈(3 및 4)에 존재하는 슬라이드 가이드들의 원통형 특성으로 인한 것이다.
도 7a는 모듈(1 내지 5)들, 일반적으로 화살표 70 내지 73으로 표현된 상호 연결의 4 개의 경로들 및 포트(들)(74 및 75)를 포함하는 5 모듈 조립체의 상호 연결 및 작동을 설명하는 4 개의 부품의 복합적 예시의 제 1 예시이다.
도 7b는 휴지중인(resting) 조립된 상태의 모듈(1 내지 5)들을 예시한다.
도 7c는 이러한 모듈 내의 다양한 내부 구조물들의 가상의 배향 및 구성을 예시하는 도 7b에 묘사된 바와 같은 모듈(1 내지 5)들의 투시도이다.
도 7d는 모듈(3 및 4)들이 모듈(5)(파선)에 대하여 내방으로 어떻게 이동할 수 있는지를 예시하는 화살표(76 및 77)들을 포함하는 도 7의 최종 부품이다. 이러한 이동은 모듈(3 및 4)들과 위치되는 임의의 재료들의 압축을 초래할 것이다.
도 8은 도 7c에 예시되지만 설명되지는 않은 가능한 시약 모듈을 제공한다. 상기 모듈은 일련의 캐뉼러(81), 압축 형성부(82), 그리고 분배 가능한 내용물의 존재를 나타내는 기하학적 형상을 갖는 습식 셀(83), 분배 가능한 내용물의 부재를 나타내는 검은 박스들의 건식 셀(84), 6 개의 분석 프로토콜(85.1 내지 85.6)들을 수행하도록 배향되고 가동의 4 스테이지(들)(86.1 내지 86.4)로 일시적으로 동기화되는(86) 다양한 일련의 시약 클러스터(85)들, 명료함의 목적을 위해 개방 박스로서 표시되는 모듈 하우징(87) 및 시약 모듈(88)로의 다양한 요소들의 작동 가능한 조립을 포함한다.
도 9는 유체 연통의 복수의 경로들을 소유하는 가능한 반응기 모듈(90)을 예시한다. 유체 연통의 제 1 경로는 유입구(91)에서 배향되어 일련의 혼합 챔버(95)들을 통하여 연장하고 유출구(92)에서 종료되고, 유체 연통의 제 2 경로는 유입구(들)(93)에서 배향되어 개별 혼합 챔버(95)들을 통과하고 유출구(94)에서 종료된다.
도 10은 도 8에 설명된 시약 모듈과 도 9의 반응기 모듈이 이전에 도 7d에서 설명된 바와 같으며 항목들(100 내지 104)을 위해 제공된 반응기 모듈에 대하여 내방으로 시약 모듈을 이동시킴으로써 어떻게 작동할 수 있는지를 예시한다. 항목(100)은 다른 이미지들에서 이전에 설명된 몇몇의 확인된 그리고 미확인된 요소들 외에 휴지 상태인 상기 반응기와 시약 모듈의 작동 가능한 인터페이싱을 예시한다. 요소가 숫자에 의해 나타나지만 본 이미지에서는 확인되지 않는 상황들에서는, 특정 요소를 묘사하는 도면을 나타내는 요소와 연관된 수치적 식별자의 처음 숫자를 참조한다; 예컨대, 항목 81 은 도 8 에 위치될 것이다. 상기 요소들은 한 측에서 반응기 모듈의 유입구(93)들과 정렬되는 캐뉼러(81) 및 압축 형성부(82) 그리고 다른 측에 일련의 시약 클러스터(들)(85.1 내지 85.6)를 포함한다. 반응기 모듈은 이전에 설명된 바와 같이 시약 모듈의 슬라이드 가이드(34)들 그리고 반응기 모듈의 박스형 슬라이드(51)들에 의해 제공되는 바와 같이 이동 가능한 구성으로 시약 모듈 내측에 놓이는 것에 주의해야 한다. 항목(101)은 반응기 모듈에 대한 시약 모듈의 제 1 점증적 전진을 예시한다. 이는 캐뉼러가 셀(86.1)들의 제 1 시간적 차례로 캐뉼러 관통 그리고 개별 혼합 챔버들로의 임의의 분배 가능한 내용물들의 방출을 초래한다. 항목(102 내지 104)들은 유출구(94)를 통하여 소비된 재료의 대응하는 배출(105)에 따른 시간적 순서(86.2 내지 86.4)의 점증적 전진 및 순차적 방출을 예시한다.
도 11은 다양한 시약 클러스터들의 대안적인 접근 방법을 예시한다. 도 10과 유사하게, 항목(110 내지 113)들은 시약 클러스터들이 슬라이드 플런저(110.1) 또는 스크류 플런저(110.2)에 의해 캐뉼러(81) 상으로 어떻게 가압되는지를 예시한다.
도 12는 플런저 디프레서(121), 플런저 샤프트(122), 통기된 가요성 다이어프램(123)을 갖는 양방향성 플런저, 시약 모듈(124), 이중 기능 샘플/반응기 모듈(125), 나사 가공된 수형 커넥터(126) 및 캡(127)을 포함하는 다른 가능한 모듈형 조립체(120)를 예시한다. 상기 시약 모듈은 통기된 시약 모듈 하우징(124.1), 일련의 시약 클러스터(124.2) 및 캐뉼러 그리고 시약 하우징(124.3)을 더 포함한다.
도 13은 도 12에 설명된 실시예의 작동에 관계된 선택 양태들을 예시한다. 항목(130)은 장치(120), 샘플 소스(130.1) 및 폐쇄 상태의 플런저 기기를 묘사한다. 항목(131)은 플런저 디프레서(121)의 상방 당김(upward pulling) 운동(131.1), 플런저 시스템과 시약 모듈(131.2) 사이의 팽창, 진공(131.3)의 형성 및 이중 기능 샘플/반응기 모듈 안으로의 샘플(131.4)의 이동을 예시한다. 항목(item)(132)은 장치에 대한 캡(124)의 적용(132.2)을 예시하고 이러한 구성에서 시약 모듈의 개구(132.2)가 가시적인 것을 나타낸다.
도 13b는 도 13a에 설명된 장치의 작동에 관계된 부가적인 양태들을 예시한다. 항목(133)은 플런저 디프레서(120)의 압축(depression)(133.1), 고정 통기 다이어프램(133.2)과 플런저(133.3)로의 이중 기능 플런저 시스템의 분리 그리고 시약 모듈(132.2)에 대한 개구를 묘사한다. 항목(134)은 플런저 시스템(134.1)의 연속된 전진이 시약 모듈(134.3) 내에 제공되는 캐뉼러에 맞닿는 시약 클러스터(134.2)에 맞닿아 플런저를 가압하는 것을 예시하며 이는 셀의 내용물들을 이중 기능 샘플/반응기 모듈(134.4)로 순차적으로 분배한다.
도 14는 개별 모듈들로서 제작되도록 작동 가능한 기능적 분할들로의 가상의 유체 제어 네트워크의 분할 방법을 제공한다. 항목(140)은 샘플(S), 저장소, 혼합 챔버(M), 폐기물 용기(W), 및 분석 시약들의 저장을 위한 4 개의 저장소(r1, r2, r3, r4)들, 뿐만 아니라 유체 연통의 제 1 경로(실선 화살표) 및 유체 연통의 제 2 경로(파선 화살표)로 이루어지는 분석 업무를 수행하기 위해 작동 가능한 가상의 폐쇄된 연속 유동 유체 제어 네트워크를 제공한다. 상기 네트워크에서 나타내는 실선 또는 파선의 파형 화살표들은 예시는 현재 네트워크를 통하여 유체들을 (예컨대 고압에서) 미는 수단의 배치를 알리는 반면, 네트워크를 등지는 실선 또는 파선 파형 화살표들의 예시는 본 네트워크를 통하여 유체를 (예컨대 저압에서) 당기는 수단의 배치를 알린다. 항목(141)은 본 네트워크의 4 개의 가능한 기능적 분할(A, B, C, D)들을 예시한다. 항목(142)은 본 네트워크가 어떻게 더 기능적으로 감소되고 4 개의 가능한 기능적 분할들(A', B', C', D')을 제공하는지를 예시한다.
도 1a는 제 1 모듈(1)에 존재할 수 있는 다양한 기능적 요소들을 예시하며 상기 모듈은 샘플 튜브(14), 포트(15 및 15.1 내지 15.5) 및 모듈의 기판 내에 에워싸이는 공동(cavity)(11 및 11.1 내지 11.4) 그리고 2 개의 협동하는 모듈(cooperating module)들로부터 기계적 부착물들을 수용할 수 있는 가역적 기계적 부착물(12 및 13)들 및 분석용 검체(19.1 내지 19.2)를 준비하기 위해 사용될 수 있는 기계적 요소의 2 개의 독립적인 쌍들을 포함한다. 공동(11)을 참조하면, 상기 공동은 사용된 또는 사용되지 않은 분석 시약들 또는 샘플과 같은 유체 재료의 용적을 저장하는데 사용될 수 있다. 상기 유체 재료는 재료의 소스와 유체 연통하는 공급 튜브(14)를 놓음으로써 이러한 공동에 보관될 수 있고 그 후 포트(15)에 의해 공동으로부터 가스 또는 다른 재료를 빼낼 수 있다. 이는 공동 안으로 끌어들여지는 유체 재료에 초래되는 공동에 걸친 압력 구배를 성립할 것이다. 하지만, 다른 선택들이 이용 가능하며 특정 분석 시험에서 더욱 바람직할 수 있다. 예컨대, 상도 1a는 제 1 모듈(1)에 존재할 수 있는 다양한 기능적 요소들을 예시하며 상기 모듈은 샘플 튜브(14), 포트(15) 및 모듈의 기판 내에 에워싸이는 공동(cavity)(11) 그리고 2 개의 협동하는 모듈(cooperating module)들로부터 기계적 부착물들을 수용할 수 있는 가역적 기계적 부착물(12 및 13)들의 2 개의 독립적인 쌍들을 포함한다. 공동(11)을 참조하면, 상기 공동은 사용된 또는 사용되지 않은 분석 시약들 또는 샘플과 같은 유체 재료의 용적을 저장하는데 사용될 수 있다. 상기 유체 재료는 재료의 소스와 유체 연통하는 공급 튜브(14)를 놓음으로써 이러한 공동에 보관될 수 있고 그 후 포트(15)에 의해 공동으로부터 가스 또는 다른 재료를 빼낼 수 있다. 이는 공동 안으로 끌어들여지는 유체 재료에 초래되는 공동에 걸친 압력 구배를 성립할 것이다. 하지만, 다른 선택들이 이용 가능하며 특정 분석 시험에서 더욱 바람직할 수 있다. 예컨대, 상기 공동은 공동의 모든 내용물들을 추출함으로써 그리고 관통 가능한 배리어에 의해 상기 공동을 밀봉함으로써 진공(도시되지 않음) 하에 설정될 수 있다. 그 후 일 단부에서 재료 소스와 상기 공급 튜브를 인터페이싱하고 다른 단부에 의해 상기 시일에 구멍을 내는 것에 의해 챔버의 내부 압력이 평형을 향하여 이동하기 때문에 유체 재료를 상기 공동 안으로 유동하도록 유도한다. 대안적으로, 도 1b는 모듈(1)의 상기 공동과 작동식으로 인터페이스된 스퀴즈 벌브(16)와 관련하여 이러한 공동에 걸쳐 압력 구배를 성립하기 위한 또 다른 작동 방법을 예시한다. 공동의 내용물들은 스퀴즈 벌브(16)를 수동으로 압축함으로써 비워질 수 있고 그 후 샘플 튜브(14)가 재료 소스와 인터페이스되고 그 후 스퀴즈 벌브를 방출함으로써 유체 재료는 스퀴즈 벌브가 그의 원래 상태(17)로 자체가 복원될 때 공동 안으로 끌어들여진다. 본 발명의 내용으로부터 이탈함이 없이 상기 공동을 충전하기 위해 상기 공동에 걸쳐 압력 구배를 성립하기 위한 수많은 방법들이 있다. 본원에 나열된 방법들은 단지 예시의 목적을 위해 선택된 소수의 예들이다. 모듈에 존재할 수 있는 일부 기계적 피처들은 양측에 협동하는 모듈로부터 슬라이드(도시되지 않음)를 수용하기 위한 슬라이드 가이드(12)들의 상 그리고 협동하는 모듈의 그루브 안으로 피팅되도록 구성될 수 있거나 협동 모듈의 그루브와 인터페이스할 수 있는 치형부와 같은 클립의 요소를 소유하도록 만들어질 수 있는 돌출 플랜지(13)와 같은 가역적 기계적 부착물의 다양한 실시예들이다. 이는 단일 모듈이 4 개의 모듈들의 조립체를 생성하기 위해 3 개의 부가적인 모듈들을 수용하기 위해 어떻게 구성되는지의 예이다. 2 또는 그 초과의 모듈들을 갖는 분석 카트리지들은 상이한 분석 업무들에 대하여 바람직할 수 있고 본 발명의 내용 내에서 여전히 완전할 수 있는 것이 이해되어야 한다.
도 2는 제 2 모듈(2)에 존재할 수 있는 다양한 기능적 요소들을 예시하며 상기 모듈은 샘플 튜브(24), 포트(25) 및 모듈의 기판 내에 에워싸이는 공동(21) 그리고 2 개의 협동하는 모듈들로부터 기계적 부착물들을 수용할 수 있는 가역적 기계적 부착물(12 및 23)들의 2 개의 독립적인 쌍들을 포함한다.
도 3은 제 3 모듈(3)에 존재할 수 있는 다양한 기능적 요소들을 예시한다. 상기 모듈은 슬롯(31), 슬롯 내에 협동하는 모듈을 수용하기 위하여 모듈 내부의 슬라이드 가이드들 세트의 쌍들로서 구현되는 가역적 기계적 부착물(34)들의 제 1 쌍 그리고 각각의 슬라이드의 상이한 협동하는 모듈의 명백한 부착을 제공하는 기하학적으로 별개의 슬라이드(32 및 33)로서 구현되는 가역적 기계적 부착물들의 제 2 세트를 포함한다.
도 4는 제 4 모듈(4)에 존재할 수 있는 다양한 기능적 요소들을 예시한다. 상기 모듈은 유체 제어 네트워크와 관계된 기능적 구조물들이 없을 수 있으며 대신 장치의 최종 조립된 형태에 대한 특정 전체 치수를 전하는데 요구되는 특정 기하학적 형상을 제공한다. 이러한 모듈은 또한 분석 카트리지에 에너지를 저장, 제공 또는 조절하기 위해 의도되는 배터리, 커패시터, 저항기 또는 다른 전기 장치(도시되지 않음)를 수납하는데 사용될 수 있다.
도 5는 제 5 모듈(5)에 존재할 수 있는 다양한 기능적 요소들을 예시한다. 상기 모듈은 모듈의 주변을 중심으로 배열되는 일련의 유입구(53 및 54)들 및 유출구(55 및 56)들, 일련의 혼합 챔버(52)들, 일 단부에서 협동하는 모듈을 연결하기 위한 그루브(57)의 형태의 가역적 기계적 부착물의 요소, 게다가 각각의 측을 따라 협동하는 모듈들에 가역적 연결을 제공하기 위한 슬라이드(51)들의 4 개의 세트들을 포함하는 유체 제어 네트워크를 소유한다. 부가적인 모듈들을 수용하기 위한 부가적인 요소들은 상기 모듈을 중심으로 존재할 수 있지만 예시의 시각적 명료함을 위해 포함되지 않는다. 마찬가지로, 유체 제어 네트워크의 구성은 단지 예시의 목적을 위한 것이다. 많은 가능한 구성들이 수행되는 것이 의도되는 분석 과정들의 유형(들) 및 양에 의존하여 이용될 수 있다. 현재 묘사된 유체 제어 네트워크의 작동 양태는 혼합 챔버(52)들을 통하는 유체 연통의 복수의 경로들이다. 주요 경로는 유입구(54)로부터 비롯되고, 각각의 혼합 챔버들을 통과하며, 유출구(55)에서 종료된다. 보조 경로(들)는 개별 유입구(53)들에서 비롯되고, 개별 혼합 챔버를 통과하며, 개별 유출구(56)들에서 종료된다. 본 구성에서, 샘플은 제 1 경로를 통하여 각각의 혼합 챔버들로 끌어당겨질 수 있는 반면 복수의 보조 경로들은 혼합 챔버로 복수의 분석 시약들을 유입하는데 사용될 수 있다.
도 6은 5 개의 모듈들을 소유하는 카트리지가 어떻게 조립될 수 있는지를 예시한다. 이러한 도면은 이전에 명시된 바와 같이 각각의 모듈이 이전에 명시된 바와 같은 다양한 가역적 기계적 부착물들에 의해 어떻게 조립될 수 있는지를 나타내는 파선(62 내지 64)들에 의해 상호 연관되는 제 1 모듈(1), 제 2 모듈(2), 제 3 모듈(3), 제 4 모듈(4) 및 제 5 모듈(5)을 예시한다. 본 예에서 묘사된 조립 순서는 경로(61)를 따르는 모듈(들)(5 와 2) 사이의 제 1 연결이 경로(62)를 따르는 모듈(들)(3 내지 5), 그리고 모듈(들)(4 내지 5)의 연결을 가능하게 하기 위해 반드시 성립되어야만 하고 이에 의해 3 개의 모듈 조립을 생성하는 점에서 명백하다. 이러한 것은 모듈(1)을 위한 경로(들)(63 및 64)가 모듈 조립체(2, 3, 4 및 5)에 연결되는 것을 나타낸다. 이러한 특별한 실시예는 다수의 모듈 조립체에 특정 모듈들의 특정 조립체로의 조립을 지시하는 물리적 요소들이 어떻게 부여될 수 있는지를 알리기 위한 예로서 선택되었다. 이는 유사한 물리적 구성을 갖지만 이러한 선택적 수단 없이 부적절하게 조립될 수 있는 상이한 분석 시험들을 소유하는 모듈들로 구성되는 분석 장치들의 어레이를 위해 바람직할 것이다. 해당하는 다른 구조적 요소들 중에서 이러한 예시는 유체 제어 경로들이 바람직하게는 협동하는 모듈들의 제어 경로들과 인터페이스할 수 있는 개방 시스템을 형성하는 모듈의 둘레를 중심으로 종료하도록 구성되는 방식이다. 부가적으로, 묘사된 바와 같은 직선형 유체 제어 경로(53 및 56)들은 혼합 챔버(52)들로의 직접적인 접근을 허용하는데 바람직할 수 있고 이는 더 작은 직경의 장치가 상기 경로들을 통하여 삽입될 수 있는 것을 가능하게 할 수 있고 카트리지 조립에 앞서 모듈 안으로의 분석 시약들의 유입을 자동화하는 수단을 제공할 수 있다.
도 7은 도 1 내지 도 6에 이전에 제시된 것과 같은 다양한 슬라이드/슬라이드-가이드의 유틸리티(utility)를 강조하는 공압식 및 기계식 모두의 작업 매커니즘을 수용하는 가능한 다섯 개의 모듈형 카트리지 조립체의 작동 및 조립을 예시하는 네 개의 부분 예시(a, b, c, 및 d)이다. 일반적으로 보존된 전체 크기 및 작업 매커니즘을 가지는 진단 카트리지의 유틸리티는 복수의 가능한 카트리지 구성들의 작업을 단일 분석 장치 유형으로 통합하는 것에 대해 유리하다. 따라서, 유사한 수들 및 형태들의 모듈들을 보유하는 장치는 최종 타겟 조립체를 위한 정확한 모듈들을 선택함에 대해 불명확함(ambiguity)을 촉진시킬 수 있다. 본 예시는 특정한 모듈들을 위한 명백한(unambiguous) 조립 패턴을 촉진시키도록 협동적일 뿐만 아니라 선택적이기도한 방식으로의 다양한 기계식 부착들의 사용을 도시한다. 이러한 조립 개요의 유틸리티는 단지 예시적인 목적을 위한 것이다. 동일한 결과를 달성할 수 있는 대안적인 구성들은 존재하며, 카트리지 유형들에 걸친 기계적 조립의 불명확한 요소들의 사용은 일부 상황들에서 유리할 수 있다. 또한, 다섯 개의 모듈형 조립체에 대한 가중 신뢰성(weighted reliance)은 중간 복합성(intermediate complexity)의 모듈형 카트리지를 선택되었고, 본 카트리지 치수에 대해 본 발명을 반드시 수반하거나 달리 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 발명의 모듈 방식(modularity)이 요구되는 사용의 분야 및 검사들의 유형들 및 양에 따른, 작동가능한 진단 카트리지들의 많은 가능한 구성들에 적합(lend)하고 환경 지시물(circumstances dictate)로서 두 개 또는 그 초과의 모듈들을 보유하는 모듈형 조립체들을 사용하는 것은 바람직할 수 있다는 것이 구현된다.
도 7a는 도 1 내지 도 5에 이전에 제시된 것과 같은 다섯 개의 모듈들 및 도 6에 도시되는 것과 같은 조립 패턴을 예시한다. 본 예시적인 구성에서 이러한 카트리지의 조립은 폐기물 모듈(waste module)(2)과 반응기 모듈(5)의 경로(70)에 의한 상호연결로 시작될 것이며, 도 6을 참조하면 이러한 구성에서 폐기물 모듈은 각각의 시약(reagent) 모듈을 수용하기 위해 요구되는 (슬라이드(slide)들의 형태의) 부착 지점들을 제공하며, 이는 경로(71)에 의해 시약 모듈(4)에 상호연결될 것이고 이후에 경로(72)에 의해 시약 모듈(3)에 상호연결될 것이다. 이러한 구성에서 두 개의 시약 모듈들 및 반응기 모듈은 샘플 모듈을 수용하기 위해 요구되는 부착 지점들을 제공한다.
도 7b는 조립된 상태의 다섯 개의 모듈들에 대한 평면도를 도시하고, 특히 반응기 모듈에 걸쳐 압력 구배(pressure gradient)를 설정하는데 사용을 위한 샘플 모듈(74) 및 폐기물 모듈(75) 상에 위치되는 두 개의 포트들을 강조한다. 이러한 압력 구배는, 가스 또는 액체를 포트(75)로부터 동시에 추출하는 동안에 가스 또는 액체를 포트(74)를 통해 부가함으로써 샘플 모듈 내에 내재되는 샘플의 운동을 반응기 모듈들 내로 그리고 이를 통해 유도하기 위해 제 1 작업 메커니즘으로 사용될 수 있다.
도 7c는 각각의 모듈의 내측 구조물들에 대한 투시도(transparency view)이며, 각각의 가능한 모듈의 유체 제어 경로들이 하나 또는 그 초과의 선택 분석 업무를 위해 특정된 폐쇄된-연속적인 유동 유체 제어 네트워크를 형성하기 위해 작동가능하게 상관(interrelate)되는 방법을 예시하고자 한다.
도 7d는 모듈(3 및 4)들이 모듈(1, 2, 3, 4, 및 5)들에 의해 제공되는 슬라이드들/슬라이드 가이드들을 따라 모듈(5)에 대해 안쪽으로 이동하도록 만들어질 수 있는 방법을 예시한다. 이러한 운동은 도 3에 설명되는 것처럼 모듈(3 또는 4) 내에 존재하는 슬롯 내에 유지되는 내용물을 압축함으로써 제 2 작업 매커니즘을 제공하고, 일반적으로 모듈(3 및 4)에 의한 모듈(5)의 캡슐화(encapsulation)(파선들)를 추정하도록 예시되는 것과 같은 운동에 의해 분명할 것이다. 이러한 예에서, 모듈(3 및 4)들의 내부로의 운동은, 이들이 모듈(3 및 4)들 모두에 의해 제공되는 윈도우(window)들을 위한 것이 아니라면 (반원형 컷아웃(cut out)들) 완벽하게 모듈(5)의 혼합 챔버(mixing chamber)들을 가로막는다. 이러한 윈도우들의 사용은 분석 반응에 관한 정보를 획득하는데 유리할 것이며, 그 경우에 각각의 혼합 챔버 내로의 가로막는 것이 없는 도면이 유익하였다.
도 8은 모듈 및 상응하는 시약 조립체의 가능한 구성을 예시한다. 단지 예시적인 목적들을 위하여, 상기 모듈은 여섯 개의 구획 압축 형성부(compartment compression form)(82) 위에 작동가능하게 위치되는 여섯 개의 캐뉼러(cannula)(81) 및 선택 내부 용적을 가지는 복수의 개별화된 셀(individualized cell)들을 포함하는 것으로 도시된다. 상기 셀들은 건조 셀(85)들(분배 가능한 내용물이 없는 흑색 박스들) 및 습윤 셀(wet cell)들(86)(분배 가능한 내용물을 심볼화하는 기하학적 형상을 포함하는 백색 박스들)로 구성된다. 상기 셀들은 이후에 여섯개의 가상 분석 프로토콜(hypothetical analytical protocol)들(85.1, 85.2, 85.3, 85.4, 85.5, 85.6)에 상응하여 직렬로(in series) 배열된다. 각각의 셀 시리즈(series)들은 이후에 압축 형성부로 삽입되며, 여기서 각각의 프로토콜의 제 1 단계에 상응하는 셀이 캐뉼러에 가장 가깝게 배향된다. 상기와 같이 하는 것은 각각의 셀들 시리즈들을 일시적으로 동기화된 스테이지(86.1, 86.2, 86.3, 86.4)들 내로 배향시킨다. 캐뉼러(81), 압축 틀(82) 및 일련 배열들의 시약(85)들을 포함하는 시약 조립체는 이후에 조립된 시약 모듈(88)을 형성하기 위해 (단순성을 위해 박스형 라인으로 도시되는) 상기 조립체를 수용하기 위한 작동가능한 슬롯을 보유하는 모듈(87) 내로 삽입된다. 다시 임의의 수의 분석 제작물들은 이러한 방법론(methodology)을 이용하여 프로그래밍될 수 있으며; 본원에서 제시되는 예들은 하나의 가능한 구성을 예시한다.
도 9는 일련의 혼합 챔버(95)들 통과하는 유체 연통의 복수의 유동 경로들을 보유하는 가능한 반응기 모듈(90)을 예시한다. 이러한 예의 목적들을 위해, 제 1 유동 경로들은 각각의 혼합 챔버를 통과하는 유입구(91)에서 시작되고 유출구(92)에서 끝나며, 제 2 유동 경로는 각각의 개별적인 하나의 혼합 챔버를 통과하는 유입구(93)들에서 시작하고 유출구(94)에서 끝난다. 단순성을 위해, 이러한 예시는 예시된 유체 제어 네트워크를 갖는 유동 제어 장치의 사용을 도시하지 않지만, 이러한 장치들(예를 들어, 초크 지점(choke point)들, 밸브들, 능동형 및/또는 수동형 어느 하나의 다이어프램 밸브(diaphragm valve)들)는 본 발명의 대상이 되는 다양한 유형들의 모듈들 내에 존재할 수 있다.
도 10은 별개의 시간적 제어 방식의 분석 과정들에 대해 액츄에이션의 고른 형태를 이용하는 가능한 시약 조립체가 어떻게 개별적인 시약들을 제조할 수 있는지를 설명하기 위해 예시들의 배열, 아이템(들)(100, 101, 102, 103, 104)을 포함한다. 아이템(100)은, 도 9에 이전에 설명된 유출구(94) 및 유체 제어 네트워크 뿐만 아니라 도 8에 이전에 설명된 여섯 개의 분석 반응들의 네 개의 일시적으로 동기화된 스테이지(86.1, 86.2, 86.3, 86.4)들을 도시한다. 아이템(105)은 유출구(94)를 통한 사용된 용액들의 배출을 나타낸다. 이러한 예의 목적들을 위해, 혼합 챔버들에 걸친 압력 구배는, 혼합 챔버의 내부 압력을 감소시키기 위해 유출구(94)의 압력을 하강시키는 동안 반응기 모듈에 맞닿는 시약 모듈을 압축함으로써 설정될 것이다. 아이템(101)이 예시할 때, 반응기 모듈에 맞닿는 시약 모듈의 압축은 직렬화된 시약 클러스터(serialized reagent cluster)를 압축시키며, 이에 의해 각각의 셀의 내부 압력을 상승시키고 각각의 시약 시리즈(86.1)들의 제 1 셀 내로의 캐뉼러의 삽입을 하게 한다. 유출구(94)에서의 하강된 압력과 연계하여, 이것은 압력 구배를 캐뉼러를 통해 그리고 혼합 챔버들 내로 아래로 유동하기 위해 셀들 내에 유지되는 임의의 분배 가능한 내용물의 유동을 촉진시킬 것이다. 혼합 챔버들 'xN'을 걸쳐 좌에서 우로 읽는 것은 가상 분석 시약에 의해 다음에 오는 개별적인 챔버들을 나타낸다. 이미지(101, 102, 103, 및 104)(들)는, 시약 모듈이 반응기 모듈 내로 압축될 때 각각의 시약 배열의 연속적인 방출을 예시한다.
아이템 101/86.1 : x1=배양(incubation), x2=정사각형, x3=원형, x4=배양, x5=삼각형, x6=원형.
아이템 102/86.2 : x1=별, x2=배양, x3=배양, x4=배양, x5=별, x6=삼각형.
아이템 103/86.3 : x1=원형, x2=배양, x3=정사각형, x4=원형, x5=원형, x6=배양.
아이템 104/86.4 : x1=정사각형, x2=별, x3=배양, x4=정사각형, x5=정사각형, x6=배양.
각각의 연속적인 시약의 투여가 사용된 시약(들)(105)을 혼합 챔버 밖으로 그리고 포트(94)를 통해 그리고 (도시되지 않은) 폐기물 모듈 내로 변위시키기 위해 필수 포지티브 압력을 제공하지만, 다수의 대안예들이 폐기 재료를 수집하는 것에 대해 또한 명백하다는 것을 주목해야 한다. 예를 들어, 혼합 챔버들 및 다른 유체 제어 경로들로부터 분리된, 반응기 모듈의 내부 구조물은 사용된 용액들을 저장하기 위한 전용일 수 있다. 또한, 다수의 폐기물 모듈들은 상이한 유체 제어 네트워크들을 위한 배출 유출구들의 대안적인 구성들을 가능하게 하기 위해 반응기 모듈의 주변부의 둘레에 위치될 수 있다. 이전에 언급된 것과 같이, 이러한 예는 단지 예시적이다. 임의의 수의 반응들, 시약 구성들 및 유체 제어 건축물이 환경 지시물로서 상이한 분석 과정들을 수행하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 본 예시는 셀 상에 캐뉼러의 가압을 도시하지만, 도 11에 예시되는 것과 같은 유사한 결과가 캐뉼러 상에 셀들을 가압시킴으로써 달성될 수 있다.
도 11은 나사식 스크류(threaded screw) 또는 플런저(plunger)가 셀 배열체를 캐뉼러 상에 누르기 위해 어떻게 이용될 수 있는지를 예시하는 그림(110, 111, 112, 113)의 네 개의 부분 복합적인 예시이며, 이는 도 10에 제시된 반대의 모션(motion)이다. 아이템(110)은 플런저(110.1), 나사식 스크류(110.2) 또는 (도시되지 않은) 사람 손가락과 같은 다른 유사한 유형의 선형 작동기의 추가를 갖는 도 8에 이전에 설명된 것과 같은 캐뉼러(81), 압축 틀(82), 습윤 셀(83)들, 건조 셀(84)들, 시약 모듈(87) 및 셀 시리즈들을 도시한다. 아이템(111)은 플런저(110.1) 또는 나사식 스크류(110.2)에 대해 적용된다면 적용가능한 힘 또는 비틀림 모션이 압축 틀을 통해 그리고 캐뉼러 상에 셀 시리즈들을 어떻게 가압할 것인지를 설명한다. 아이템(112 및 113)은 다수의 시약들이 동일한 모션에 의해 어떻게 제어될 수 있는지를 도시한다. 이러한 구성의 사용은 하나 또는 그 초과 검사 프로토콜들을 수행함에 있어서 부가적인 가요성을 제공하는데 유리할 수 있다. 또한, 이전에 제시된 바와 같은 프로그래밍 가능한 시약 운반 시스템 내의 직렬화된 시약들의 사용은 더 간소화된 유체 제어 분석 시스템에 사용될 수 있다.
도 12a는 간소화된 유체 제어 시스템을 보유하는 가능한 두 개의-모듈형 분석 카트리지(120)를 예시한다. 상기 카트리지는 플런저 디프레서(plunger depressor)(121), 플런저 샤프트(122), 배기식 가요성 다이어프램을 갖는 양방향 플런저(123), 시약 모듈(124), 샘플 용적을 측정하기 위한 눈금(graduation)들을 갖는 이중의 기능 샘플/반응기 모듈(125), 나사식 수형 커넥터(126), 및 나사식 캡(127)을 포함한다. 이전 도면들에 제시되는 것과 같이, 캐뉼러를 갖는 압축 틀 내에 시약 셀 시리즈들을 위치시키는 동안에 시약 모듈은 배기되고 분석 카트리지 내로 삽입되도록 디자인된다. 이러한 구성은 다수의 소스들로부터 유도되는 액체 샘플에 대한 단일 검사를 수행하는데 사용될 수 있다.
도 13a는 도 12에 설명되는 장치(120)가 샘플을 수집하기 위해 어떻게 작동할 수 있는지를 예시한다. 아이템(130)은, 작동가능하게 눌린 위치(130.2)에 있는 양방향 플런저를 갖는 장치가 어떻게 액체 샘플(130.1)과 인터페이싱(interface)할 수 있는지를 예시한다. 아이템(131)은, 플런저(121) 상에서 상향으로 당기는 것(131.1)이 샘플의 이동을 이중의 기능 샘플/반응기 모듈(131.4) 내로 유도할 것인 진공부(131.3)를 유발시키는 양방향 플런저(131.2)의 배기된 다이어프램을 어떻게 수축시킬 것인지를 예시한다. 아이템(132)은, 일단 적합한 샘플이 수집되었다면, 나사 캡(124)이 어떻게 장치에 고정(123.1)될 수 있는지를 예시한다. 또한, 예시는 플런저의 리프팅이 시약 모듈(132.2)의 개구를 드러나게 하는 것을 강조한다.
도 13b는 장치(120)가 샘플에 대한 검사를 수행하도록 어떻게 작동될 수 있는지를 예시한다. 아이템(133)은, 양방향 플런저의 디프레션(depression)(133.1)이 배기된 가요성 다이어프램(133.2)을 장치의 내부 벽에 맞닿아 가압되는 정적 위치의 다이어프램을 남기는 플런저(133.3)로부터 어떻게 분리시키는지를 예시한다. 플런저(133.3)가 시약 구획(133.6)의 개구 내로 놓이는 시약 셀 시리즈들과 인터페이싱할 때, 가요성 다이어프램(133.2) 상에서 예시되는 통기구들은 도표에 의해 형성되는 상측 구획(133.4)과 하측 구획(133.5) 사이의 대기의 균일화(equalization)를 제공한다. 아이템(134)은, 플런저(134.1)를 추가적으로 누르는 것이 플런저가 어떻게 시약 모듈 내로 들어감을 유발하고 연속적으로 각각의 시약 셀(134.3)을 혼합 구획(134.4) 내로 내용물들을 방출시키는 캐뉼러 상에 압축시킬 것인지를 예시한다. 게다가 본 예시는 다양한 모듈형 구성들을 제한하는 것으로 의도되지 않으며, 시약 셀들의 구성들은 상이한 검사 프로토콜들에 대한 특별한 장점들을 가지는 것으로 고려된다. 내용물을 장치 내에 밀봉함에 있어서 비-배기된 다이어프램의 유틸리티는 장치로부터의 내용물들의 유출(spillage)을 막기 위해 바람직할 것인 적용예들을 위해 실현된다.
도 14는 연속 유동 모듈형 진단 카트리지를 어떻게 생성하는지를 예시한다. 항목(140)은 샘플 저장소(S), 및 유동 경로 점으로 된 화살표들에 의해 정의되는 투여의 정의된 시간적인 배열을 가지는 네 개의 별개의 분석 시약 용기(r1, r2, r3, r4)들과 관련된 분석 업무를 수행할 수 있는 가능한 폐쇄된 유체 제어 네트워크를 예시한다. 각각의 시약은 혼합 챔버(M) 그리고 폐기 저장소(W)에 도달하도록 이동해야 한다. 아이템(141)은, 유체 제어 네트워크가 개별적인 모듈들로 제조될 수 있는 기능적인 그루핑(grouping)(A, B, C, D)들로 어떻게 분할될 수 있는지에 관한 본 발명의 양태를 예시한다. 아이템(142)은, 동일한 유체 제어 네트워크가 재구성되고 기능적으로 감소된 기능적인 그루핑(A', B', C', D')으로 분할될 수 있는지에 관한 본 발명의 다른 양태를 예시한다.
본 예시들은 단지 예시적인 것이고, 본 발명이 이용될 수 있는 단지 몇몇의 가능한 문맥들을 제공하며, 상기 예시들은 본 발명에 대한 모든 가능한 적용예들의 범주를 어떠한 방식으로도 제한하려 하지 않는다.
도 2는 제 2 모듈(2)에 존재할 수 있는 다양한 기능적 요소들을 예시하며 상기 모듈은 샘플 튜브(24), 포트(25) 및 모듈의 기판 내에 에워싸이는 공동(21) 그리고 2 개의 협동하는 모듈들로부터 기계적 부착물들을 수용할 수 있는 가역적 기계적 부착물(12 및 23)들의 2 개의 독립적인 쌍들을 포함한다.
도 3은 제 3 모듈(3)에 존재할 수 있는 다양한 기능적 요소들을 예시한다. 상기 모듈은 슬롯(31), 슬롯 내에 협동하는 모듈을 수용하기 위하여 모듈 내부의 슬라이드 가이드들 세트의 쌍들로서 구현되는 가역적 기계적 부착물(34)들의 제 1 쌍 그리고 각각의 슬라이드의 상이한 협동하는 모듈의 명백한 부착을 제공하는 기하학적으로 별개의 슬라이드(32 및 33)로서 구현되는 가역적 기계적 부착물들의 제 2 세트를 포함한다.
도 4는 제 4 모듈(4)에 존재할 수 있는 다양한 기능적 요소들을 예시한다. 상기 모듈은 유체 제어 네트워크와 관계된 기능적 구조물들이 없을 수 있으며 대신 장치의 최종 조립된 형태에 대한 특정 전체 치수를 전하는데 요구되는 특정 기하학적 형상을 제공한다. 이러한 모듈은 또한 분석 카트리지에 에너지를 저장, 제공 또는 조절하기 위해 의도되는 배터리, 커패시터, 저항기 또는 다른 전기 장치(도시되지 않음)를 수납하는데 사용될 수 있다.
도 5는 제 5 모듈(5)에 존재할 수 있는 다양한 기능적 요소들을 예시한다. 상기 모듈은 모듈의 주변을 중심으로 배열되는 일련의 유입구(53 및 54)들 및 유출구(55 및 56)들, 일련의 혼합 챔버(52)들, 일 단부에서 협동하는 모듈을 연결하기 위한 그루브(57)의 형태의 가역적 기계적 부착물의 요소, 게다가 각각의 측을 따라 협동하는 모듈들에 가역적 연결을 제공하기 위한 슬라이드(51)들의 4 개의 세트들을 포함하는 유체 제어 네트워크를 소유한다. 부가적인 모듈들을 수용하기 위한 부가적인 요소들은 상기 모듈을 중심으로 존재할 수 있지만 예시의 시각적 명료함을 위해 포함되지 않는다. 마찬가지로, 유체 제어 네트워크의 구성은 단지 예시의 목적을 위한 것이다. 많은 가능한 구성들이 수행되는 것이 의도되는 분석 과정들의 유형(들) 및 양에 의존하여 이용될 수 있다. 현재 묘사된 유체 제어 네트워크의 작동 양태는 혼합 챔버(52)들을 통하는 유체 연통의 복수의 경로들이다. 주요 경로는 유입구(54)로부터 비롯되고, 각각의 혼합 챔버들을 통과하며, 유출구(55)에서 종료된다. 보조 경로(들)는 개별 유입구(53)들에서 비롯되고, 개별 혼합 챔버를 통과하며, 개별 유출구(56)들에서 종료된다. 본 구성에서, 샘플은 제 1 경로를 통하여 각각의 혼합 챔버들로 끌어당겨질 수 있는 반면 복수의 보조 경로들은 혼합 챔버로 복수의 분석 시약들을 유입하는데 사용될 수 있다.
도 6은 5 개의 모듈들을 소유하는 카트리지가 어떻게 조립될 수 있는지를 예시한다. 이러한 도면은 이전에 명시된 바와 같이 각각의 모듈이 이전에 명시된 바와 같은 다양한 가역적 기계적 부착물들에 의해 어떻게 조립될 수 있는지를 나타내는 파선(62 내지 64)들에 의해 상호 연관되는 제 1 모듈(1), 제 2 모듈(2), 제 3 모듈(3), 제 4 모듈(4) 및 제 5 모듈(5)을 예시한다. 본 예에서 묘사된 조립 순서는 경로(61)를 따르는 모듈(들)(5 와 2) 사이의 제 1 연결이 경로(62)를 따르는 모듈(들)(3 내지 5), 그리고 모듈(들)(4 내지 5)의 연결을 가능하게 하기 위해 반드시 성립되어야만 하고 이에 의해 3 개의 모듈 조립을 생성하는 점에서 명백하다. 이러한 것은 모듈(1)을 위한 경로(들)(63 및 64)가 모듈 조립체(2, 3, 4 및 5)에 연결되는 것을 나타낸다. 이러한 특별한 실시예는 다수의 모듈 조립체에 특정 모듈들의 특정 조립체로의 조립을 지시하는 물리적 요소들이 어떻게 부여될 수 있는지를 알리기 위한 예로서 선택되었다. 이는 유사한 물리적 구성을 갖지만 이러한 선택적 수단 없이 부적절하게 조립될 수 있는 상이한 분석 시험들을 소유하는 모듈들로 구성되는 분석 장치들의 어레이를 위해 바람직할 것이다. 해당하는 다른 구조적 요소들 중에서 이러한 예시는 유체 제어 경로들이 바람직하게는 협동하는 모듈들의 제어 경로들과 인터페이스할 수 있는 개방 시스템을 형성하는 모듈의 둘레를 중심으로 종료하도록 구성되는 방식이다. 부가적으로, 묘사된 바와 같은 직선형 유체 제어 경로(53 및 56)들은 혼합 챔버(52)들로의 직접적인 접근을 허용하는데 바람직할 수 있고 이는 더 작은 직경의 장치가 상기 경로들을 통하여 삽입될 수 있는 것을 가능하게 할 수 있고 카트리지 조립에 앞서 모듈 안으로의 분석 시약들의 유입을 자동화하는 수단을 제공할 수 있다.
도 7은 도 1 내지 도 6에 이전에 제시된 것과 같은 다양한 슬라이드/슬라이드-가이드의 유틸리티(utility)를 강조하는 공압식 및 기계식 모두의 작업 매커니즘을 수용하는 가능한 다섯 개의 모듈형 카트리지 조립체의 작동 및 조립을 예시하는 네 개의 부분 예시(a, b, c, 및 d)이다. 일반적으로 보존된 전체 크기 및 작업 매커니즘을 가지는 진단 카트리지의 유틸리티는 복수의 가능한 카트리지 구성들의 작업을 단일 분석 장치 유형으로 통합하는 것에 대해 유리하다. 따라서, 유사한 수들 및 형태들의 모듈들을 보유하는 장치는 최종 타겟 조립체를 위한 정확한 모듈들을 선택함에 대해 불명확함(ambiguity)을 촉진시킬 수 있다. 본 예시는 특정한 모듈들을 위한 명백한(unambiguous) 조립 패턴을 촉진시키도록 협동적일 뿐만 아니라 선택적이기도한 방식으로의 다양한 기계식 부착들의 사용을 도시한다. 이러한 조립 개요의 유틸리티는 단지 예시적인 목적을 위한 것이다. 동일한 결과를 달성할 수 있는 대안적인 구성들은 존재하며, 카트리지 유형들에 걸친 기계적 조립의 불명확한 요소들의 사용은 일부 상황들에서 유리할 수 있다. 또한, 다섯 개의 모듈형 조립체에 대한 가중 신뢰성(weighted reliance)은 중간 복합성(intermediate complexity)의 모듈형 카트리지를 선택되었고, 본 카트리지 치수에 대해 본 발명을 반드시 수반하거나 달리 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 발명의 모듈 방식(modularity)이 요구되는 사용의 분야 및 검사들의 유형들 및 양에 따른, 작동가능한 진단 카트리지들의 많은 가능한 구성들에 적합(lend)하고 환경 지시물(circumstances dictate)로서 두 개 또는 그 초과의 모듈들을 보유하는 모듈형 조립체들을 사용하는 것은 바람직할 수 있다는 것이 구현된다.
도 7a는 도 1 내지 도 5에 이전에 제시된 것과 같은 다섯 개의 모듈들 및 도 6에 도시되는 것과 같은 조립 패턴을 예시한다. 본 예시적인 구성에서 이러한 카트리지의 조립은 폐기물 모듈(waste module)(2)과 반응기 모듈(5)의 경로(70)에 의한 상호연결로 시작될 것이며, 도 6을 참조하면 이러한 구성에서 폐기물 모듈은 각각의 시약(reagent) 모듈을 수용하기 위해 요구되는 (슬라이드(slide)들의 형태의) 부착 지점들을 제공하며, 이는 경로(71)에 의해 시약 모듈(4)에 상호연결될 것이고 이후에 경로(72)에 의해 시약 모듈(3)에 상호연결될 것이다. 이러한 구성에서 두 개의 시약 모듈들 및 반응기 모듈은 샘플 모듈을 수용하기 위해 요구되는 부착 지점들을 제공한다.
도 7b는 조립된 상태의 다섯 개의 모듈들에 대한 평면도를 도시하고, 특히 반응기 모듈에 걸쳐 압력 구배(pressure gradient)를 설정하는데 사용을 위한 샘플 모듈(74) 및 폐기물 모듈(75) 상에 위치되는 두 개의 포트들을 강조한다. 이러한 압력 구배는, 가스 또는 액체를 포트(75)로부터 동시에 추출하는 동안에 가스 또는 액체를 포트(74)를 통해 부가함으로써 샘플 모듈 내에 내재되는 샘플의 운동을 반응기 모듈들 내로 그리고 이를 통해 유도하기 위해 제 1 작업 메커니즘으로 사용될 수 있다.
도 7c는 각각의 모듈의 내측 구조물들에 대한 투시도(transparency view)이며, 각각의 가능한 모듈의 유체 제어 경로들이 하나 또는 그 초과의 선택 분석 업무를 위해 특정된 폐쇄된-연속적인 유동 유체 제어 네트워크를 형성하기 위해 작동가능하게 상관(interrelate)되는 방법을 예시하고자 한다.
도 7d는 모듈(3 및 4)들이 모듈(1, 2, 3, 4, 및 5)들에 의해 제공되는 슬라이드들/슬라이드 가이드들을 따라 모듈(5)에 대해 안쪽으로 이동하도록 만들어질 수 있는 방법을 예시한다. 이러한 운동은 도 3에 설명되는 것처럼 모듈(3 또는 4) 내에 존재하는 슬롯 내에 유지되는 내용물을 압축함으로써 제 2 작업 매커니즘을 제공하고, 일반적으로 모듈(3 및 4)에 의한 모듈(5)의 캡슐화(encapsulation)(파선들)를 추정하도록 예시되는 것과 같은 운동에 의해 분명할 것이다. 이러한 예에서, 모듈(3 및 4)들의 내부로의 운동은, 이들이 모듈(3 및 4)들 모두에 의해 제공되는 윈도우(window)들을 위한 것이 아니라면 (반원형 컷아웃(cut out)들) 완벽하게 모듈(5)의 혼합 챔버(mixing chamber)들을 가로막는다. 이러한 윈도우들의 사용은 분석 반응에 관한 정보를 획득하는데 유리할 것이며, 그 경우에 각각의 혼합 챔버 내로의 가로막는 것이 없는 도면이 유익하였다.
도 8은 모듈 및 상응하는 시약 조립체의 가능한 구성을 예시한다. 단지 예시적인 목적들을 위하여, 상기 모듈은 여섯 개의 구획 압축 형성부(compartment compression form)(82) 위에 작동가능하게 위치되는 여섯 개의 캐뉼러(cannula)(81) 및 선택 내부 용적을 가지는 복수의 개별화된 셀(individualized cell)들을 포함하는 것으로 도시된다. 상기 셀들은 건조 셀(85)들(분배 가능한 내용물이 없는 흑색 박스들) 및 습윤 셀(wet cell)들(86)(분배 가능한 내용물을 심볼화하는 기하학적 형상을 포함하는 백색 박스들)로 구성된다. 상기 셀들은 이후에 여섯개의 가상 분석 프로토콜(hypothetical analytical protocol)들(85.1, 85.2, 85.3, 85.4, 85.5, 85.6)에 상응하여 직렬로(in series) 배열된다. 각각의 셀 시리즈(series)들은 이후에 압축 형성부로 삽입되며, 여기서 각각의 프로토콜의 제 1 단계에 상응하는 셀이 캐뉼러에 가장 가깝게 배향된다. 상기와 같이 하는 것은 각각의 셀들 시리즈들을 일시적으로 동기화된 스테이지(86.1, 86.2, 86.3, 86.4)들 내로 배향시킨다. 캐뉼러(81), 압축 틀(82) 및 일련 배열들의 시약(85)들을 포함하는 시약 조립체는 이후에 조립된 시약 모듈(88)을 형성하기 위해 (단순성을 위해 박스형 라인으로 도시되는) 상기 조립체를 수용하기 위한 작동가능한 슬롯을 보유하는 모듈(87) 내로 삽입된다. 다시 임의의 수의 분석 제작물들은 이러한 방법론(methodology)을 이용하여 프로그래밍될 수 있으며; 본원에서 제시되는 예들은 하나의 가능한 구성을 예시한다.
도 9는 일련의 혼합 챔버(95)들 통과하는 유체 연통의 복수의 유동 경로들을 보유하는 가능한 반응기 모듈(90)을 예시한다. 이러한 예의 목적들을 위해, 제 1 유동 경로들은 각각의 혼합 챔버를 통과하는 유입구(91)에서 시작되고 유출구(92)에서 끝나며, 제 2 유동 경로는 각각의 개별적인 하나의 혼합 챔버를 통과하는 유입구(93)들에서 시작하고 유출구(94)에서 끝난다. 단순성을 위해, 이러한 예시는 예시된 유체 제어 네트워크를 갖는 유동 제어 장치의 사용을 도시하지 않지만, 이러한 장치들(예를 들어, 초크 지점(choke point)들, 밸브들, 능동형 및/또는 수동형 어느 하나의 다이어프램 밸브(diaphragm valve)들)는 본 발명의 대상이 되는 다양한 유형들의 모듈들 내에 존재할 수 있다.
도 10은 별개의 시간적 제어 방식의 분석 과정들에 대해 액츄에이션의 고른 형태를 이용하는 가능한 시약 조립체가 어떻게 개별적인 시약들을 제조할 수 있는지를 설명하기 위해 예시들의 배열, 아이템(들)(100, 101, 102, 103, 104)을 포함한다. 아이템(100)은, 도 9에 이전에 설명된 유출구(94) 및 유체 제어 네트워크 뿐만 아니라 도 8에 이전에 설명된 여섯 개의 분석 반응들의 네 개의 일시적으로 동기화된 스테이지(86.1, 86.2, 86.3, 86.4)들을 도시한다. 아이템(105)은 유출구(94)를 통한 사용된 용액들의 배출을 나타낸다. 이러한 예의 목적들을 위해, 혼합 챔버들에 걸친 압력 구배는, 혼합 챔버의 내부 압력을 감소시키기 위해 유출구(94)의 압력을 하강시키는 동안 반응기 모듈에 맞닿는 시약 모듈을 압축함으로써 설정될 것이다. 아이템(101)이 예시할 때, 반응기 모듈에 맞닿는 시약 모듈의 압축은 직렬화된 시약 클러스터(serialized reagent cluster)를 압축시키며, 이에 의해 각각의 셀의 내부 압력을 상승시키고 각각의 시약 시리즈(86.1)들의 제 1 셀 내로의 캐뉼러의 삽입을 하게 한다. 유출구(94)에서의 하강된 압력과 연계하여, 이것은 압력 구배를 캐뉼러를 통해 그리고 혼합 챔버들 내로 아래로 유동하기 위해 셀들 내에 유지되는 임의의 분배 가능한 내용물의 유동을 촉진시킬 것이다. 혼합 챔버들 'xN'을 걸쳐 좌에서 우로 읽는 것은 가상 분석 시약에 의해 다음에 오는 개별적인 챔버들을 나타낸다. 이미지(101, 102, 103, 및 104)(들)는, 시약 모듈이 반응기 모듈 내로 압축될 때 각각의 시약 배열의 연속적인 방출을 예시한다.
아이템 101/86.1 : x1=배양(incubation), x2=정사각형, x3=원형, x4=배양, x5=삼각형, x6=원형.
아이템 102/86.2 : x1=별, x2=배양, x3=배양, x4=배양, x5=별, x6=삼각형.
아이템 103/86.3 : x1=원형, x2=배양, x3=정사각형, x4=원형, x5=원형, x6=배양.
아이템 104/86.4 : x1=정사각형, x2=별, x3=배양, x4=정사각형, x5=정사각형, x6=배양.
각각의 연속적인 시약의 투여가 사용된 시약(들)(105)을 혼합 챔버 밖으로 그리고 포트(94)를 통해 그리고 (도시되지 않은) 폐기물 모듈 내로 변위시키기 위해 필수 포지티브 압력을 제공하지만, 다수의 대안예들이 폐기 재료를 수집하는 것에 대해 또한 명백하다는 것을 주목해야 한다. 예를 들어, 혼합 챔버들 및 다른 유체 제어 경로들로부터 분리된, 반응기 모듈의 내부 구조물은 사용된 용액들을 저장하기 위한 전용일 수 있다. 또한, 다수의 폐기물 모듈들은 상이한 유체 제어 네트워크들을 위한 배출 유출구들의 대안적인 구성들을 가능하게 하기 위해 반응기 모듈의 주변부의 둘레에 위치될 수 있다. 이전에 언급된 것과 같이, 이러한 예는 단지 예시적이다. 임의의 수의 반응들, 시약 구성들 및 유체 제어 건축물이 환경 지시물로서 상이한 분석 과정들을 수행하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 본 예시는 셀 상에 캐뉼러의 가압을 도시하지만, 도 11에 예시되는 것과 같은 유사한 결과가 캐뉼러 상에 셀들을 가압시킴으로써 달성될 수 있다.
도 11은 나사식 스크류(threaded screw) 또는 플런저(plunger)가 셀 배열체를 캐뉼러 상에 누르기 위해 어떻게 이용될 수 있는지를 예시하는 그림(110, 111, 112, 113)의 네 개의 부분 복합적인 예시이며, 이는 도 10에 제시된 반대의 모션(motion)이다. 아이템(110)은 플런저(110.1), 나사식 스크류(110.2) 또는 (도시되지 않은) 사람 손가락과 같은 다른 유사한 유형의 선형 작동기의 추가를 갖는 도 8에 이전에 설명된 것과 같은 캐뉼러(81), 압축 틀(82), 습윤 셀(83)들, 건조 셀(84)들, 시약 모듈(87) 및 셀 시리즈들을 도시한다. 아이템(111)은 플런저(110.1) 또는 나사식 스크류(110.2)에 대해 적용된다면 적용가능한 힘 또는 비틀림 모션이 압축 틀을 통해 그리고 캐뉼러 상에 셀 시리즈들을 어떻게 가압할 것인지를 설명한다. 아이템(112 및 113)은 다수의 시약들이 동일한 모션에 의해 어떻게 제어될 수 있는지를 도시한다. 이러한 구성의 사용은 하나 또는 그 초과 검사 프로토콜들을 수행함에 있어서 부가적인 가요성을 제공하는데 유리할 수 있다. 또한, 이전에 제시된 바와 같은 프로그래밍 가능한 시약 운반 시스템 내의 직렬화된 시약들의 사용은 더 간소화된 유체 제어 분석 시스템에 사용될 수 있다.
도 12a는 간소화된 유체 제어 시스템을 보유하는 가능한 두 개의-모듈형 분석 카트리지(120)를 예시한다. 상기 카트리지는 플런저 디프레서(plunger depressor)(121), 플런저 샤프트(122), 배기식 가요성 다이어프램을 갖는 양방향 플런저(123), 시약 모듈(124), 샘플 용적을 측정하기 위한 눈금(graduation)들을 갖는 이중의 기능 샘플/반응기 모듈(125), 나사식 수형 커넥터(126), 및 나사식 캡(127)을 포함한다. 이전 도면들에 제시되는 것과 같이, 캐뉼러를 갖는 압축 틀 내에 시약 셀 시리즈들을 위치시키는 동안에 시약 모듈은 배기되고 분석 카트리지 내로 삽입되도록 디자인된다. 이러한 구성은 다수의 소스들로부터 유도되는 액체 샘플에 대한 단일 검사를 수행하는데 사용될 수 있다.
도 13a는 도 12에 설명되는 장치(120)가 샘플을 수집하기 위해 어떻게 작동할 수 있는지를 예시한다. 아이템(130)은, 작동가능하게 눌린 위치(130.2)에 있는 양방향 플런저를 갖는 장치가 어떻게 액체 샘플(130.1)과 인터페이싱(interface)할 수 있는지를 예시한다. 아이템(131)은, 플런저(121) 상에서 상향으로 당기는 것(131.1)이 샘플의 이동을 이중의 기능 샘플/반응기 모듈(131.4) 내로 유도할 것인 진공부(131.3)를 유발시키는 양방향 플런저(131.2)의 배기된 다이어프램을 어떻게 수축시킬 것인지를 예시한다. 아이템(132)은, 일단 적합한 샘플이 수집되었다면, 나사 캡(124)이 어떻게 장치에 고정(123.1)될 수 있는지를 예시한다. 또한, 예시는 플런저의 리프팅이 시약 모듈(132.2)의 개구를 드러나게 하는 것을 강조한다.
도 13b는 장치(120)가 샘플에 대한 검사를 수행하도록 어떻게 작동될 수 있는지를 예시한다. 아이템(133)은, 양방향 플런저의 디프레션(depression)(133.1)이 배기된 가요성 다이어프램(133.2)을 장치의 내부 벽에 맞닿아 가압되는 정적 위치의 다이어프램을 남기는 플런저(133.3)로부터 어떻게 분리시키는지를 예시한다. 플런저(133.3)가 시약 구획(133.6)의 개구 내로 놓이는 시약 셀 시리즈들과 인터페이싱할 때, 가요성 다이어프램(133.2) 상에서 예시되는 통기구들은 도표에 의해 형성되는 상측 구획(133.4)과 하측 구획(133.5) 사이의 대기의 균일화(equalization)를 제공한다. 아이템(134)은, 플런저(134.1)를 추가적으로 누르는 것이 플런저가 어떻게 시약 모듈 내로 들어감을 유발하고 연속적으로 각각의 시약 셀(134.3)을 혼합 구획(134.4) 내로 내용물들을 방출시키는 캐뉼러 상에 압축시킬 것인지를 예시한다. 게다가 본 예시는 다양한 모듈형 구성들을 제한하는 것으로 의도되지 않으며, 시약 셀들의 구성들은 상이한 검사 프로토콜들에 대한 특별한 장점들을 가지는 것으로 고려된다. 내용물을 장치 내에 밀봉함에 있어서 비-배기된 다이어프램의 유틸리티는 장치로부터의 내용물들의 유출(spillage)을 막기 위해 바람직할 것인 적용예들을 위해 실현된다.
도 14는 연속 유동 모듈형 진단 카트리지를 어떻게 생성하는지를 예시한다. 항목(140)은 샘플 저장소(S), 및 유동 경로 점으로 된 화살표들에 의해 정의되는 투여의 정의된 시간적인 배열을 가지는 네 개의 별개의 분석 시약 용기(r1, r2, r3, r4)들과 관련된 분석 업무를 수행할 수 있는 가능한 폐쇄된 유체 제어 네트워크를 예시한다. 각각의 시약은 혼합 챔버(M) 그리고 폐기 저장소(W)에 도달하도록 이동해야 한다. 아이템(141)은, 유체 제어 네트워크가 개별적인 모듈들로 제조될 수 있는 기능적인 그루핑(grouping)(A, B, C, D)들로 어떻게 분할될 수 있는지에 관한 본 발명의 양태를 예시한다. 아이템(142)은, 동일한 유체 제어 네트워크가 재구성되고 기능적으로 감소된 기능적인 그루핑(A', B', C', D')으로 분할될 수 있는지에 관한 본 발명의 다른 양태를 예시한다.
본 예시들은 단지 예시적인 것이고, 본 발명이 이용될 수 있는 단지 몇몇의 가능한 문맥들을 제공하며, 상기 예시들은 본 발명에 대한 모든 가능한 적용예들의 범주를 어떠한 방식으로도 제한하려 하지 않는다.
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Claims (48)
- 미세유체 모듈들(microfluidic modules)의 시스템으로서,
제 1 미세유체 모듈을 포함하는 하나 이상의 미세유체 모듈들을 포함하고, 각각의 미세유체 모듈은 기본 모듈 타입의 보유 요소들(basic module type possessing elements)을 특징으로 하며, 상기 기본 모듈 타입의 보유 요소들은 동일한 기본 모듈 타입의 협동 미세유체 모듈을 보완하여 상기 협동 미세유체 모듈과 협동하고,
상기 기본 모듈 타입은:
(i) 제 1 표면을 갖는 기판;
(ii) 상기 기판 내에 위치된 유체 제어 구조물;
(iii) 적어도 제 1 단부 및 제 2 단부를 포함하는 유동 경로로서, 상기 제 1 단부는 상기 유체 제어 구조물로 연결되는, 유동 경로;
(iv) 상기 유동 경로의 제 2 단부로 연결되며 상기 제 1 표면 상에 위치되는 유체 연결부;
(v) 연결된(linked) 협동 미세유체 모듈들의 상기 유체 연결부들이 서로 연결되어 이에 의해 상기 연결된 협동 미세유체 모듈들 사이의 유체 연통을 가능하게 하도록, 상기 동일한 기본 모듈 타입의 연결된 협동 미세유체 모듈로 연결하는 일치된(coincident) 인터페이스를 수립하도록 구성되는 제 1 커플링 요소로서, 상기 제 1 커플링 요소의 적어도 일부는 상기 제 1 표면 상에 위치된, 제 1 커플링 요소; 및
(vi) 상기 동일한 기본 모듈 타입의 연결된 협동 미세유체 모듈로 연결되며 그리고 상기 연결된 협동 미세유체 모듈들의 동일선상의(collinear) 축을 수립하며 그리고 상기 동일선상의 축을 따라 상기 연결된 협동 미세유체 모듈들 사이의 병진운동을 가능하게 하는, 동일선상의 인터페이스를 수립하도록 구성되는, 제 2 커플링 요소로서, 상기 제 2 커플링 요소의 적어도 일부는 상기 제 1 표면 상에 위치되고, 상기 동일선상의 축을 따른 서로를 향한 상기 연결된 협동 미세유체 모듈들 사이의 병진 운동이 상기 연결된 협동 미세유체 모듈들 사이의 유체 연통을 야기하는, 제 2 커플링 요소를 포함하는,
미세유체 모듈들의 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
제 2 미세유체 모듈을 추가로 포함하고, 상기 제 2 미세유체 모듈의 기판은 상기 제 1 미세유체 모듈에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여지기에(enveloped) 충분한 높이, 폭, 및 깊이를 갖는,
미세유체 모듈들의 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 미세유체 모듈의 기판은 상기 제 1 미세유체 모듈의 상기 제 1 표면에 대향하는(opposite) 제 2 표면을 포함하고,
상기 제 1 미세유체 모듈의 상기 유체 제어 구조물은 구동가능한 액체 분배 장치를 포함하고, 상기 구동가능한 액체 분배 장치는:
(i) 상기 제 1 미세유체 모듈의 제 1 표면으로 개방된 공동을 갖는 슬롯, 및 상기 제 1 미세유체 모듈의 제 2 표면과 공통 벽을 공유하는 뒷면(backplane); 및
(ii) 압축가능한 기판을 포함하고,
상기 압축가능한 기판은:
(ii.1) 상기 제 1 미세유체 모듈의 제 1 표면과 일치하는(coincident) 분배를 위한 표면;
(ii.2) 상기 분배를 위한 표면에 대향하고 상기 뒷면과 일치하는 구동을 위한 표면; 및
(ii.3) 선형 열(linear series)로 배열되는 하나 이상의 셀을 포함하는 직렬화된 시약 클러스터(serialized reagent cluster)로서, 상기 하나 이상의 셀은, 액체들을 패키징하기 적합한 가요성인 관통가능한 재료 내에 개별적으로 캡슐화된 패키징된 액체 시약 저장소를 포함하는 습식 셀, 및 길이를 갖는 건식 셀로 구성되는 그룹 중의 적어도 하나를 포함하는, 직렬화된 시약 클러스터를 포함하고,
상기 직렬화된 시약 클러스터는 상기 구동을 위한 표면과 상기 분배를 위한 표면과 함께 그리고 상기 구동을 위한 표면과 상기 분배를 위한 표면 사이에서 선형 열로 배열되어서, 상기 구동을 위한 표면을 통해, 상기 직렬화된 시약 클러스터의 하나 이상의 셀을 통해, 상기 분배를 위한 표면으로 기계적 힘을 전달하도록 배열되는 기계적 연결(mechanical linkage)이 수립되는,
미세유체 모듈들의 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 미세유체 모듈의 상기 유체 제어 구조물은 내부 저장소를 포함하고,
상기 제 1 미세유체 모듈의 상기 기판은 제 2 표면 및 하나 이상의 추가 표면을 더 포함하고,
상기 제 1 미세유체 모듈의 상기 유동 경로는 상기 제 1 미세유체 모듈의 내부 저장소를 상기 제 1 미세유체 모듈의 제 1 표면, 상기 제 2 표면, 및 상기 하나 이상의 추가 표면과 연결시키는,
미세유체 모듈들의 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 미세유체 모듈의 상기 유체 제어 구조물은 내부 저장소를 포함하고,
상기 제 1 미세유체 모듈의 상기 기판은 상기 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면을 추가로 포함하고,
상기 제 1 미세유체 모듈의 상기 유동 경로는 상기 제 1 미세유체 모듈의 내부 저장소를 상기 제 1 미세유체 모듈의 제 1 표면, 및 상기 제 2 표면과 연결시키는,
미세유체 모듈들의 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 미세유체 모듈의 상기 유체 제어 구조물은 내부 저장소를 포함하고,
상기 제 1 미세유체 모듈의 상기 기판은 상기 제 1 표면에 인접한 제 2 표면을 추가로 포함하고,
상기 제 1 미세유체 모듈의 상기 유동 경로는 상기 제 1 미세유체 모듈의 내부 저장소를 상기 제 1 미세유체 모듈의 제 1 표면, 및 상기 제 2 표면과 연결시키는,
미세유체 모듈들의 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 기본 모듈 타입의 상기 제 1 커플링 요소는 슬라이드, 및 슬라이드 가이드로 구성되는 그룹 중의 적어도 하나인,
미세유체 모듈들의 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 기본 모듈 타입의 제 1 커플링 요소는 클립-및-그루브 커플링을 위한 클립 및 그루브로 구성되는 그룹 중의 적어도 하나인,
미세유체 모듈들의 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 기본 모듈 타입의 제 2 커플링 요소는 프리즘 조인트(prismatic joint)의 슬라이드, 및 프리즘 조인트의 슬라이드 가이드로 구성되는 그룹 중의 적어도 하나인,
미세유체 모듈들의 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 미세유체 모듈의 상기 유체 제어 구조물은:
선형 열(linear series)로 배열되는 하나 이상의 셀을 포함하는 직렬화된 시약 클러스터(serialized reagent cluster)로서, 상기 하나 이상의 셀이, 액체들을 패키징하기 적합한 가요성인 벽의 관통가능한 재료 내에 개별적으로 캡슐화된 패키징된 액체 시약 저장소를 포함하는 습식 셀, 및 길이를 갖는 건식 셀로 구성되는 그룹 중의 적어도 하나를 포함하는, 직렬화된 시약 클러스터를 포함하고,
상기 직렬화된 시약 클러스터는 구동을 위한 표면과 분배를 위한 표면과 함께 그리고 상기 구동을 위한 표면과 상기 분배를 위한 표면 사이에서 선형 열로 배열되어서, 상기 구동을 위한 표면을 통해, 상기 직렬화된 시약 클러스터의 하나 이상의 셀을 통해, 상기 분배를 위한 표면으로 기계적 힘을 전달하도록 배열되는 기계적 연결(mechanical linkage)이 수립되고,
상기 제 1 미세유체 모듈의 제 1 커플링 요소 및 제 2 커플링 요소를 통해 상기 제 1 미세유체 모듈로 연결된 동일한 기본 모듈 타입의 연결된 협동 미세유체 모듈을 향한 상기 제 1 미세유체 모듈의 병진 운동이, 상기 연결된 협동 미세유체 모듈을 향하여 상기 직렬화된 시약 클러스터의 상기 하나 이상의 습식 셀 및 하나 이상의 건식 셀을 순차적으로 병진운동시키고, 이에 의해 상기 직렬화된 시약 클러스터의 하나 이상의 습식 셀로부터 상기 연결된 협동 미세유체 모듈로의 유체의 순차적인 전달을 야기하는,
미세유체 모듈들의 시스템.
- 제 10 항에 있어서,
상기 유동 경로는 날카로운 팁(sharpened tip)을 포함하는,
미세유체 모듈들의 시스템.
- 제 10 항에 있어서,
상기 직렬화된 시약 클러스터는 적어도 2개의 셀을 포함하고,
상기 직렬화된 시약 클러스터의 2개의 셀 중 적어도 하나는 습식 셀이고,
상기 직렬화된 시약 클러스터의 2개의 셀 중 적어도 하나는 건식 셀이고, 이러한 건식 셀은, 상기 제 1 미세유체 모듈의 제 1 커플링 요소 및 제 2 커플링 요소를 통해 상기 제 1 미세유체 모듈로 연결된 동일한 기본 모듈 타입의 연결된 협동 미세유체 모듈을 향한 상기 제 1 미세유체 모듈의 병진 운동에 의해 야기되는 상기 적어도 하나의 습식 셀로부터의 유체들의 전달 이전에 소정의 시간 간격(time interval)을 야기하도록, 상기 직렬화된 시약 클러스터 내의 적어도 하나의 습식 셀에 대해 배열되는,
미세유체 모듈들의 시스템.
- 제 12 항에 있어서,
상기 소정의 시간 간격은 상기 직렬화된 시약 클러스터의 적어도 하나의 건식 셀의 길이에 따라 정해지는,
미세유체 모듈들의 시스템.
- 제 3 항에 있어서,
상기 직렬화된 시약 클러스터는 적어도 2개의 셀을 포함하고,
상기 직렬화된 시약 클러스터의 2개의 셀 중 적어도 하나는 습식 셀이고,
상기 직렬화된 시약 클러스터의 2개의 셀 중 적어도 하나는 건식 셀이고, 이러한 건식 셀은, 상기 제 1 미세유체 모듈의 제 1 커플링 요소 및 제 2 커플링 요소를 통해 상기 제 1 미세유체 모듈로 연결된 동일한 기본 모듈 타입의 연결된 협동 미세유체 모듈을 향한 상기 제 1 미세유체 모듈의 병진 운동에 의해 야기되는 상기 적어도 하나의 습식 셀로부터의 유체들의 전달 이전에 소정의 시간 간격을 야기하도록, 상기 직렬화된 시약 클러스터 내의 적어도 하나의 습식 셀에 대해 배열되는,
미세유체 모듈들의 시스템.
- 제 14 항에 있어서,
상기 소정의 시간 간격은 상기 직렬화된 시약 클러스터의 적어도 하나의 건식 셀의 길이에 따라 정해지는,
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