KR102375927B1 - 생물학적 샘플을 분석하기 위한 장치 및 방법. - Google Patents

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자일스 휴고 윌리엄 샌더스
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안드레 아우구스티누스 베아디시
미힐 클레멘스 레네 트위스크
레네 하인즈 호아킴 잔더
조나단 캐시
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Abstract

시스템은 유동 챔버를 형성하는 제 1 하우징과, 제 1 하우징이 적어도 부분적으로 위치되는 중앙 공간을 형성하는 제 2 하우징을 구비하는 테스트 카트리지를 포함한다. 제 1 하우징은 제 2 하우징에 대해 회전 가능하고, 제 2 하우징은 방사상으로 이격된 복수개의 챔버들을 형성하고, 챔버들 중 하나는 샘플을 수용하기 위한 입구를 포함하고, 챔버들 중 적어도 하나는 액체 시약을 포함하고, 챔버들 중 적어도 하나는 분석 모듈을 포함하고, 제 2 하우징의 챔버들은 각각 중앙 공간으로의 개구를 포함한다. 제 1 하우징은 중앙 공간으로의 하나 이상의 개구를 구비하여 제 1 하우징 및 제 2 하우징의 상대적인 회전에 의해 개구 또는 각각의 개구는 제 2 하우징의 챔버들로의 개구들 중 적어도 하나와 선택적으로 정렬된다. 시스템은 카트리지 주위의 액체 유동 및 카트리지의 움직임을 제어하기 위해 테스트 카트리지를 수용하기 위한 베이스 유닛을 더 포함한다.

Description

생물학적 샘플을 분석하기 위한 장치 및 방법.
아래의 설명은, 생물학적 샘플을 분석하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 샘플에 대해 단일 뉴클레오타이드 다형성(SNP, Single Nucleotide Polymorphism) 유전형 분석(genotyping)을 수행하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 장비는 또한 유전자 발현 및 간단한 후성 유전체 검사(simple epigenetic testing)와 같은 다른 분석법에서도 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 개인의 유전적 및 다른 생물학적 데이터를 사용자 장비상에 안전하게 저장 및 사용하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
과학 분야에서의 시퀀싱 기술 및 획기적인 발전은 유전자 데이터 분석 및 해석 분야에 혁명을 가져왔으며 이러한 서비스를 비용 효율적으로 대중적으로 이용할 수 있게 만들었다. 매일 새로운 유전 형질이 기술되어 인간, 동물, 미생물, 곰팡이 및 생물을 포함한 살아있는 유기체의 건강, 웰빙 및 표현형에 영향을 미치는 유전적 변이의 카탈로그를 지속적으로 생성한다.
분자 수준에서의 개인차를 확인함으로써 의약품 투여 및 치료 선택뿐만 아니라 화장품 및 건강 기능 식품에서 피트니스, 체중 감량 제도 등을 향상시키는 서비스에 이르기까지 다양한 개인 위생 용품을 맞춤으로써 라이프 스타일 개선 및 관리와 같은 의학에서의 더 많은 개인화 계층을 가능하게 하였고, 이 성장하는 소비자 유전학 시장(genomics market)을 수용하기 위해 수많은 민간 기업이 생겨났다. 그럼에도 불구하고 활용되는 기술적 한계로 인해, 실험실 기반 서비스에 대한 이러한 접근 방식, 전송 속도, 비즈니스 모델 및 프라이버시와 같은 상업화를 제한한다.
현재 특정 목적/관심 또는 대중적 관심에 상관없이 자신의 유전학 관련 정보에 접근하고자 하는 개인은 다음의 과정을 거쳐야 한다.
1) 서비스 제공 업체로부터 샘플 수집 키트를 온라인으로 주문함;
2) 키트를 받고 생물학적 샘플(일반적으로 타액)을 수집한 -이 단계에서 고객은 유전 결과와 함께 분석될 설문서를 작성하도록 요청받을 수 있음;
3) 우편을 통해 샘플을 다시 서비스 제공 업체에 전달; 샘플은 다양한 유전 분석 분석법을 사용하여 숙련된 실험실 직원이 처리하게 됨;
4) 4-8 주 후, 고객은 전자적으로 또는 우편을 통해 DNA의 다양한 변이가 나열되어 있는 일반 분석 보고서를 전달 받음. 경우에 따라 서비스 제공 업체는 고객의 유전 정보에 따라 제품을 추천하거나 맞춤형 제품을 제공할 수 있음.
이러한 종래의 접근법은 처리 및 분석을 위해 고객이 자신의 생물학적 샘플을 일반적으로 우편을 통해 원격지로 보낼 필요가 있다. 이는 다음과 관련한여 기밀유지 문제를 야기한다:
1) 생물학적 샘플을 누가 분석하는지, 이것이 어떻게 그리고 어디에서 행해지는지;
2) 유전 정보를 어떻게 그리고 어디에 저장하고, 안전하게 폐기하는지;
3) 고객의 개인 정보가 그들의 유전 정보와 어떻게 연관되어 있는지;
4) 누가 고객의 유전 정보에 접근할 수 있는지;
5) 유전자 분석 보고서를 발표하기 전에 환자는 병력, 생활 습관 등과 관련하여 설문지를 작성해야하며, 이러한 정보를 공유할 경우에 또 다른 문제가 생길 수 있다.
이 시점에서 기밀 유지 문제는 전적으로 유전적 결과에만 관련된 것이 아니라, 즉 고객이 가지고 있는 유전 변종은 무엇인지, 또한 발기 부전, 대머리, 마약 중독, 알코올 중독 등의 유전적 검사를 고려하도록 고객에게 동기를 부여하는 개인적 관심사에도 관련이 있다. 이러한 정보가 건강 보험 제공자, 잠재적 고용주 등에게 제공될 수 있다면, 개인은 유전적으로 "낙인"찍히고 "분류"될 수 있다. 개인적인 삶에 미치는 영향은 엄청날 수 있다.
현재 이용 가능한 대다수의 유전 서비스는 광범위한 게놈 스크리닝(genome screening)을 제공하는데, 예를 들어, 100,000 개 이상의 바이오 마커가 태그된 사전 정의된 플랫폼을 사용하고 모든 유전자 바이오 마커에 대해 모든 클라이언트 샘플을 무작위로 스크리닝 할 수 있다. 이것은 많은 고객이 알고 싶지 않을 수도 있는 유전적 특성 때문에 기본적으로 선별 검사되고 있음을 의미합니다. 예를 들어, 해독에 대한 자신의 성향을 결정하기 위해 검사를 구입한 개인은 또한 알츠하이머 병 및 파킨슨 병과 같은 심각한 신경 퇴행성 질환에 대해 선별 검사를 받게된다. 고객이 처음에는 가지지 않은 우려와 관련된 정보에 대한 고객 액세스 권한을 부여하면 자신의 사회/심리적 균형에 해로운 영향을 미칠 수 있다.
현재 이용 가능한 많은 서비스의 또 다른 단점은 제공된 정보의 상당 부분이 해석할 여유가 없다는 점으로 결과적으로 고객의 일상 생활에 관련성이 없다는 점이다. 일부 서비스는 고객 맞춤형 서비스 또는 제품에 제공되지만 고객의 선택 및 선택의 자유가 손상될 수 있으며 종교적, 정치적, 문화적 심념 등이 포함된 라이프 스타일 선택을 포함하여 개인의 개성과 특이성을 고려하지 않는다. 예를 들어, 붉은 고기 섭취량이 많은 다이어트 계획은 유전적으로 철분을 흡수하지 않는 경향이 있는 사람에게 추천될 수 있고, 채식주의자이거나 단순히 붉은 고기를 싫어는 경우에도 마찬가지이다. 또 다른 예로, 동물에 대한 테스트를 거친 고객의 유전적 특성을 기반으로 맞춤형 개인 위생 용품을 제공하는 서비스가 있을 수 있다. 그러한 제품은 비록 개인의 유전자 프로파일에 맞게 특별히 고안되더라도 동물 복지에 대한 자신의 견해와 상충될 수 있다.
마지막으로, 시간이 매우 중요한 선택-제작 기준인 빠르게 움직이는 세상에서 결과가 제공되는 속도가 중요하다. 현재 생물학적 샘플을 실험실로 원격으로 보내야 한다는 사실은 결과를 얻기 위해 몇 주 또는 몇 달을 기다리리 수 있음을 의미한다. 유전자 검사를 주문하고 결과/추천 제품을 받는 사이에 시간 차이가 길수록 고객이 관련 제품들의 후속 구매를 하지 않을 가능성이 커진다.
상기한 바를 고려할 때, 원격으로 처리되는 생물학적 샘플을 보내는 것은 요구하는 유전 서비스는 특정 조건이나 형질을 처리하기 위해 취해야 할 조치보다 특정 조건이나 형질이 있는지에 관심이 있는 소비자 및/또는 비즈니스 관점에서 별로 매력적이지 않다. 더불어, 현재의 유전 결과는 일반적으로 솔루션 기반보다 문제 기반이다. 이것은 a) 자신의 사적인 환경에서 소비자가 수행할 수 있고, b) 고객의 특정 관심사로 인해 표적 유전자 특성에 기반하며, c) 즉각적이고 실질적인 결과를 제공하고 d) 신속하고 안정적이며 안전하게 전달되는 유전자 테스트를 제공하는 서비스에 대한 욕구를 강조한다.
SNP 유전형 분석(SNP genotyping) 수행을 위한 장비 및 절차의 상대적 복잡성과 비용은 가정이나 소매점과 같은 비 기술적인 환경에서 테스트를 수행하는 데 있어 상당한 장벽이된다.
현재 이용 가능한 SNP 유전형 시스템의 예로는 미국 캘리포니아 써니베일 세페이드(Cepheid)에서 입수할 수 있는 것들이 있다.
스마트 폰과 같은 이동 장치의 기능을 이용하는 생물학적 샘플을 분석하고 검출하기 위한 방법 및 장치가 공지되어 있다.
예를 들어 WO2013010178 및 WO2014113785는 스마트 폰이 도킹되어 스마트 폰의 카메라를 사용하여 검출 이벤트를 나타내는 시각 변화를 모니터링 할 수 있는 기기를 설명한다. 관련 스마트 폰 기반 시스템은 “High-Throughput Optical Sensing Immunoassays on Smartphone”, Anal. Chem., 2016, 88 (16), pp 8302-8308, Li-Ju Wang 등과, “Fluorescent Imaging of Single Nanoparticles and Viruses on a Smart Phone’, ACS Nano 2013, 7 (10), pp 9147-9155, Qingshan Weri 등에서 고려된다.
일 실시 예의 목적은 생물학적 샘플을 분석하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 생물학적 물질의 샘플을 제조하고 분석하기위한 시스템이 제공된다. 시스템은 유동 챔버를 형성하는 제 1 하우징과, 제 1 하우징이 적어도 부분적으로 위치되는 중앙 공간을 형성하는 제 2 하우징을 구비하는 테스트 카트리지를 포함할 수 있다. 제 1 하우징은 제 2 하우징에 대해 회전 가능하고, 제 2 하우징은 방사상으로 이격된 복수개의 챔버들을 형성하고, 챔버들 중 하나는 샘플을 수용하기 위한 입구를 포함하고, 챔버들 중 적어도 하나는 액체 시약을 포함하고, 챔버들 중 적어도 하나는 분석 모듈을 포함하고, 제 2 하우징의 챔버들은 각각 중앙 공간으로의 개구를 포함할 수 있다. 제 1 하우징은 중앙 공간으로의 하나 이상의 개구를 구비하여 제 1 하우징 및 제 2 하우징의 상대적인 회전에 의해 개구 또는 각각의 개구는 제 2 하우징의 챔버들로의 개구들 중 적어도 하나와 선택적으로 정렬될 수 있다. 시스템은 카트리지 주위의 액체 유동 및 카트리지의 움직임을 제어하기 위해 테스트 카트리지를 수용하기 위한 베이스 유닛을 더 포함할 수 있다.
시스템은 유동 챔버를 형성하는 제 1 하우징과, 제 1 하우징이 적어도 부분적으로 위치되는 중심 공간을 형성하는 제 2 하우징을 구비하는 테스트 카트리지를 포함한다. 제 1 하우징이 베이스 유닛에 대해 회전할 수 있는 동안 제 2 하우징이 베이스 유닛에 대해 회전하지 못하도록 베이스 유닛과 테스트 카트리지를 도킹하기 위한 피쳐들을 형성 또는 연결하는 하우징을 갖는 베이스 유닛을 더 포함할 수 있다. 또한, 베이스 유닛은 제 1 하우징에 결합하여 제 2 하우징 내에서 제 1 하우징을 회전시키는 제 1 드라이버, 제 1 하우징의 유동 챔버를 양 및 음으로 가압하는 제 2 드라이버 및 제 1 드라이버 및 제 2 드라이버를 작동하여 챔버들 사이에서 원하는 순서로 액체를 이동시켜, 분석 모듈을 포함하는 챔버로 준비된 샘플을 전달함으로써, 분석 모듈에 의한 분석 결과의 제공을 용이하게 하는 컨트롤러를 포함한다. 분석 모듈을 포함하는 챔버는 상부 표면에 투명 윈도우를 구비하고, 분석 모듈은 투명 윈도우를 통해 테스트 카트리지 위에서 볼 수 있는 시각적으로 검출 가능한 분석 결과를 제공할 수 있다.
제 2 하우징의 챔버들은 부분적으로 중앙 공간을 형성하는 일반적으로 원통형 벽에 의해 형성되고, 챔버들의 개구들은 원통형 벽을 통과하는 개구로서 제공될 수 있다. 제 1 하우징의 유동 챔버 내에서 축 방향으로 이동 가능한 피스톤을 더 포함하고, 제 2 드라이버는 유동 챔버를 양 및 음으로 가압하도록 피스톤과 협동할 수 있다.
제 2 하우징은 폐기 액체를 수용하거나 벤팅하기 위한 적어도 하나의 빈 챔버를 더 형성하고, 테스트 카트리지는 제 2 하우징 아래에 고정되고 또는 각각의 빈 챔버에 유체 연통하는 제 3 하우징을 포함한다. 제 3 유닛은 베이스 유닛에 테스트 카트리지의 도킹을 용이하게 하기 위해 베이스 유닛에 연결되거나 베이스 유닛의 피쳐들과 협동하는 피쳐들을 구비하고, 테스트 카트리지가 베이스 유닛과 도킹될 때, 피스톤이 제 3 하우징 내의 개구를 통해 제 1 하우징의 유동 챔버 내로 축 방향을 따라서 이동 가능하도록 제 3 하우징은 제 2 하우징의 중앙 공간에 정렬하기 위해 관통하는 개구를 더 형성할 수 있다.
테스트 카트리지를 베이스 유닛과 도킹시키는 피쳐들은 베이스 유닛에 대한 제 2 하우징의 회전을 방지하도록 되고, 제 1 하우징의 베이스는 원주 영역 주위에 배열된 기어 톱니를 구비하고, 제 1 드라이버는 제 1 하우징의 기어 톱니와 맞물리는 피니언을 구동하기 위한 회전 모터를 포함하여, 회전 모터에 의한 피니언의 회전이 제 1 하우징을 제 2 하우징 내에서 회전시킬 수 있다. 기어 톱니 및 피니언은 상보적인 경사를 가져서 피니언이 기어 톱니 상에 위치한다. 피니언은 제 1 하우징의 기어 톱니와 정렬될 때 베이스 유닛과 테스트 카트리지의 도킹과 탈착을 허용하는 절개 부를 구비할 수 있다.
제 2 드라이버는 회전 모터와 회전 모터에 의해 구동되는 기어 휠을 포함하고, 기어 휠은 피스톤에 결합된다. 피스톤은 테스트 카트리지가 베이스 유닛에 도킹될 때, 유동 챔버와 축 방향으로 정렬되는 리드 스크류를 포함한다. 리드 스크류는 베이스 유닛에 대해 축 방향으로 움직일 수 있되, 회전되지 못하고, 베이스 유닛은 리드 스크류가 연장하여 통과하는 회전 가능한 나사 너트를 포함하고, 나사 너트는 외주면 주위에 배열되는 톱니를 구비하고, 톱니는 나사 너트의 회전이 리드 스크류의 축 방향 이동을 야기하도록 기어 휠과 회전하도록 결합된다. 피스톤은 유동 챔버 내에 위치되고 리드 스크류에 의해 결합되는 피스톤 헤드를 포함하고, 베이스 유닛에 테스트 카트리지를 도킹하기 전에 리드 스크류는 베이스 유닛 내에 실질적으로 위치되고, 도킹 이후 리드 스크류는 유동 챔버 내로 연장되어 피스톤 헤드를 결합 및 포획할 수 있다.
시스템은 단일 뉴클레오타이드 다형성 유전형 분석을 수행하게 되고, 테스트 카트리지의 챔버들은 용해 버퍼를 함유하는 챔버, 세척 액체 시약을 함유하는 챔버 및 용리 시약을 함유하는 챔버를 포함할 수 있다. 분석 모듈은 DNA 증폭을 수행하고, 증폭을 나타내기 위한 인터페이스를 구비할 수 있다.
분석 모듈의 분석 결과가 스마트 폰의 카메라에 의해 이미지화될 수 있도록, 시스템과 스마트 폰의 도킹을 용이하게 하는 피쳐들을 포함할 수 있다.
제 1 하우징은 유동 챔버 내부에 또는 유동 챔버에 연통하는 다공성 막을 포함하고, 다공성 막은 DNA 물질을 보유할 수 있다. 다공성 막은 실리카 프릿일 수 있다. 제 1 하우징은, 중앙 공간으로의 2 개 이상의 개구들을 포함하고, 개구들 중 적어도 하나는 방해받지 않고, 개구들 중 다른 하나는 다공성 막에 의해 방해받는다. 방해받거나 방해받지 않은 개구들 중 하나가 제 2 하우징의 챔버들로의 개구들 중 하나와 정렬될 때, 방해받거나 방해받지 않은 개구들 중 다른 하나는 정렬되지 않을 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 생물학적 물질의 샘플을 제조하고 분석하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 유동 챔버를 형성하는 제 1 하우징과, 제 1 하우징이 적어도 부분적으로 위치되는 중앙 공간을 형성하는 제 2 하우징을 구비하는 테스트 카트리지를 포함한다. 제 1 하우징은 제 2 하우징에 대해 회전 가능하고, 제 2 하우징은 방사상으로 이격된 복수개의 챔버들을 형성하고, 챔버들 중 하나는 샘플을 수용하기 위한 입구를 포함하고, 챔버들 중 적어도 하나는 액체 시약을 포함하고, 챔버들 중 적어도 하나는 분석 모듈을 포함하고, 제 2 하우징의 챔버들은 각각 중앙 공간으로의 개구를 포함한다. 제 1 하우징은 중앙 공간으로의 하나 이상의 개구를 구비하여 제 1 하우징 및 제 2 하우징의 상대적인 회전에 의해 개구 또는 각각의 개구는 제 2 하우징의 챔버들로의 개구들 중 적어도 하나와 선택적으로 정렬된다. 개구들 중 적어도 하나는 방해받지 않고, 개구들 중 적어도 하나는 DNA 물질을 보유하는 다공성 막에 의해 방해받을 수 있다.
시스템은 유동 챔버를 형성하는 제 1 하우징과, 제 1 하우징이 적어도 부분적으로 위치되는 중심 공간을 형성하는 제 2 하우징을 구비하는 테스트 카트리지를 포함한다. 제 1 하우징이 베이스 유닛에 대해 회전할 수 있는 동안 제 2 하우징이 베이스 유닛에 대해 회전하지 못하도록 베이스 유닛과 테스트 카트리지를 도킹하기 위한 피쳐들을 형성 또는 연결하는 하우징을 갖는 베이스 유닛을 더 포함한다. 또한, 베이스 유닛은 제 1 하우징에 결합하여 제 2 하우징 내에서 제 1 하우징을 회전시키는 제 1 드라이버, 제 1 하우징의 유동 챔버를 양 및 음으로 가압하는 제 2 드라이버 및 제 1 드라이버 및 제 2 드라이버를 작동하여 챔버들 사이에서 원하는 순서로 액체를 이동시켜, 분석 모듈을 포함하는 챔버로 준비된 샘플을 전달함으로써, 분석 모듈에 의한 분석 결과의 제공을 용이하게 하는 컨트롤러를 포함할 수 있다. 다공성 막은 실리카 프릿일 수 있다.
시스템은 방해받거나 방해받지 않은 개구들 중 하나가 제 2 하우징의 챔버들로의 개구들 중 하나와 정렬될 때, 방해받거나 방해받지 않은 개구들 중 다른 하나는 정렬되지 않아 액체가 정렬된 개구만을 통해 유동하게될 수 있다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 카메라를 구비하는 휴대 장비의 사용자에게 제품 추천 사항을 제공하는 방법이 제공된다. 방법은, 사용자로부터 획득된 생물학적 샘플에 대한 테스트를 수행하기 위해 테스트 요소를 사용하는 단계와, -테스트는 테스트 요소의 영역 상에 또는 내에 시각적으로 검출가능한 변화를 초래한디- 영역의 이미지 또는 이미지들을 캡처하기 위해 휴대 장비의 카메라를 사용하는 단계와, 캡처된 이미지 또는 이미지들을 분석하고, 사용자의 하나 이상의 형질들 또는 특징들을 식별하기 위해 휴대 장비의 프로세서를 사용하는 단계와, 각 제품에 대한 맞춤 추천 사항을 획득하기 위해서 형질들 또는 특징들을 복수개의 제품들에 매핑하는 단계와, 제품들, 추천 사항들 및 기계 판독 가능한 코드의 데이터 베이스 또는 다른 제품 식별 정보를 휴대 장비에 유지하는 단계와, 제품상의 제품 식별 정보 또는 기계 판독 가능한 코드를 스캔하기 위해 카메라를 사용하는 단계와, 데이터 베이스를 통해 제품에 대한 추천 사항을 결정하기 위해, 스캔된 코드 또는 제품 식별 정보를 사용하는 단계와, 휴대 장비의 사용자 인터페이스를 통해 추천 사항을 제시하는 단계를 포함할 수 있다..
상기 방법은, 카메라를 사용하는 단계 이전에 테스트를 수행하게되는 장치와 휴대 장비를 도킹하는 단계와, 이어서, 제품 상의 제품 식별 정보 또는 기계 판독 가능한 코드를 스캔하기 위한 카메라를 사용하는 단계를 용이하게 하기 위해 장치로부터 휴대 장비를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
테스트는 뉴클레오타이드 다형성(SNP) 유전형 분석 테스트이고, 캡처된 이미지 또는 이미지들을 분석하고 사용자의 하나 이상의 형질들 또는 특징들을 식별하기 위해 휴대 장비의 프로세서를 사용하는 단계는, 하나 이상의 SNP 유전형을 하나 이상의 형질들 또는 특성들에 매핑하는 단계 및 형질들 또는 특성들을 사용자에게 연관시키는 단계를 포함할 수 있다.
방법은, 클라이언트의 관심 영역에 관련된 테스트 요소 유형의 테스트 요소를 선택하는 단계와, 선택된 테스트 요소 유형을 결정하기 위해 휴대 장비를 사용하는 단계와, 사용자의 하나 이상의 형질 또는 특성을 식별하기 위해 식별된 유형을 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 프로세서를 사용하는 단계 및 형질들 또는 특성들을 매핑하는 단계는, 인터넷과 같은 통신 네트워크를 통해서 모바일 장비와 하나 이상의 서버 사이에서 통신하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 생물학적 물질의 샘플을 분석하는 모듈이 제공된다. 모듈은, 생물학적 물질의 샘플 또는 생물학적 물질의 샘플로부터 유도된 구성 요소를 포함하는 액체를 수용하기 위한 입구와, 입구와 유체 연통하는 트로프와, 분석이 수행되는 웰들의 어레이를 형성하는 베이스 부재 및
베이스 유닛의 상부 표면에 고정되어 트로프 위의 제 1 공간과, 웰들 위의 제 2 공간을 형성하는 시트를 포함할 수 있고, 시트는 적어도 제 2 공간 위의 영역에서 투명하고, 베이스 부재는 제 1 공간으로부터 제 2 공간으로 액체를 전달하는 채널을 더 형성할 수 있다.
입구 및 트로프 사이에 위치되고 액체와 접촉 시 용해되는 동결 건조된 물질을 포함할 수 있다. 트로프는 이중 로브 형상을 갖고, 입구는 제 1 로브들로의 개구 및 제 2 로브들로의 채널 개구와 연통할 수 있다. 모듈은, 웰들 아래의 벤팅 공간 및 웰들의 바닥들과 공간 사이에 고정되는 소수성 막을 형성하여, 액체가 유출되는 것을 실질적으로 방지하면서 공기가 웰들로부터 유출되는 것을 허용할 수 있다. 웰들의 바닥들과 정렬된 위치에서 소수성 막에 고정된 하나 이상의 바이오 마커들을 포함할 수 있다.
각각의 웰은 하나 이상의 경사진 측벽들에 의해 형성되어 각각의 웰은 바닥보다 상부에서 좁아질 수 있다.
웰들을 제 2 공간으로부터 및 서로 부분적으로 격리시키기 위하여, 웰들의 상부에 고정되는 공기 및 액체 투과성 막을 포함할 수 있다. 공기 및 액체 투과성 막은 실질적으로 투명하다.
본 발명의 제 5 양태에 따르면, 생물학적 물질의 샘플을 분석하기 위한 모듈이 제공된다. 모듈은 생물학적 물질의 샘플 또는 생물학적 물질의 샘플로부터 유도된 성분을 포함하는 액체를 수용하기 위한 입구와, 분석이 수행되는 웰들의 어레이를 형성하는 베이스 부재를 포함할 수 있고, 모듈은 웰들의 어레이에 인접한 공간을 형성하고, 공간은 입구와 유체 연통하며, 모듈은 공간으로부터 웰들을 분리하기 위해 어레이에 고정된 공기 및 액체 투과성 막을 더 포함할 수 있다. 모듈은 공간을 형성하도록 베이스 부재에 고정되고, 공기 및 액체 모두에 대해 불투과성인 가요성 시트를 포함할 수 있다.
웰들은 제 1 공간의 반대 측의 제 2 공간으로 개방되고, 소수성 또는 친수성 막이 어레이 위에 고정되어 웰들을 제 2 공간으로부터 분리할 수 있다. 모듈은 전술한 친수성 막과 어레이 사이에 고정되는 소수성 막을 포함할 수 있다.
전술한 모듈은 웰 형상, 막 특성 및 위치, 벤팅 기능, 마이크로 유체 구조물 및 기능 등을 포함하는 다수의 새로운 특징을 포함하며, 이들 모두는 개별적으로 또는 다양한 조합으로 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
본 발명의 제 6 양태에 따르면, 제 4 또는 5 양태에 따른 모듈을 포함하거나 수용하기 위해 구성되고, 생물학적 물질의 샘플을 분석하기 위한 테스트 카트리지가 제공된다. 테스트 카트리지는, 복수개의 챔버들 및 중앙 공간을 형성하는 외부 하우징과, 내부 공간에 위치되어 유동 챔버를 형성하는 내부 하우징을 포함하고, 상기 내부 하우징은 상기 외부 하우징 내에서 회전 가능하다. 외부 하우징은 중앙 공간으로부터 각각의 챔버들로의 개구들을 형성하고, 모듈과 연통하는 또 다른 개구를 형성할 수 있다.
외부 하우징은 내부 하우징의 회전축과 정렬된 제 1 실질적으로 원추형 표면을 형성하고, 내부 하우징은 제 1 실질적으로 원추형 표면에 접하는 제 2 실질적으로 원추형 표면을 형성하고, 개구들은 제 1 실질적으로 원추형 표면에 제공되고, 유동 챔버로의 개구는 제 2 실질적으로 원추형 표면에 형성되고, 테스트 카트리지는 외부 하우징에 형성된 개구들 중 어느 하나와 유동 챔버로의 개구의 정렬을 허용하도록될 수 있다. 테스트 카트리지는 내부 하우징의 제 2 실질적으로 원추형 표면에 대해 외부 하우징에 형성된 개구들을 실링하기 위한 시일 또는 시일들을 포함할 수 있다. 테스트 카트리지는, 제 1 실질적으로 원추형 표면 및 제 2 실질적으로 원추형 표면을 서로에 대해 가압하기 위한 바이어싱 부재를 포함할 수 있다.
테스트 카트리지는 외부 하우징의 챔버들을 덮는 가요성 막 또는 막들을 포함할 수 있고, 테스트 카트리지는, 막 또는 막들을 관통하여 주면 환경으로 벤팅하기 위해 외부 하우징에 대해 축 방향으로 이동 가능한 구성 요소를 더 포함할 수 있다. 구성 요소는, 상기 내부 하우징의 회전시 외부 하우징에 대해 축 방향으로 이동하도록될 수 있다.
도 1은 생물학적 샘플에 대해 SNP 유전형을 수행하기위한 베이스 유닛 및 테스트 카트리지를 포함하는 시스템을 도시한다.
도 2는 카트리지의 다양한 격실들을 식별하는 카트리지의 평면도와 함께 도 1의 테스트 카트리지의 분해도를 도시한다.
도 3은 베이스 유닛을 갖는 카트리지의 도킹 순서 및 방향을 도시한다.
도 4는 도킹된 테스트 카트리지 및 장치가 잠긴 시작 구성에 있는 도 1의 시스템을 도시한다.
도 5 내지 도 9는 다양한 작동 상태의 도 1의 시스템을 도시한다.
도 10은 도 1의 시스템을 사용하여 샘플을 처리하는 다수의 스테이지를 개략적으로 도시한다.
도 11은 구강 면봉을 사용하여 도 1의 테스트 카트리지에 샘플을 도입하는 것을 도시한다.
도 12는 사용자의 스마트 폰이 도킹되는 대안적인 기지국 구성을 도시한다.
도 13은 도 12의 기지국 및 스마트 폰을 포함하는 제품 추천 사항을 제공하기위한 아키텍처를 개략적으로 도시한다.
도 14는 생물학적 샘플에 대해 SNP 유전형을 수행하기위한 대안적인 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 15는 도 14의 시스템의 카트리지의 횡단면도를 도시한다.
도 16은 도 15의 카트리지의 평면도(좌측면)와 우측면(우측면)의 확대도이다.
도 17은 제 1 작동 스테이지에서 카트리지를 통한 액체 및 공기 흐름 경로를 도시하기 위해 첨부된 도 15의 카트리지의 단면도이다.
도 18은 제 2 작동 스테이지에서 카트리지를 통과하는 액체 및 공기 유동 경로를 도시하기 위해 첨부된 도 15의 카트리지의 단면도이다.
도 19는 회전 챔버 내의 2-방 밸브를 추가로 도시하는 도 15의 카트리지의 단면도이다.
도 20은 도 15의 카트리지의 평면도와, 시스템의 다른 구성 요소를 도시하기 위해 첨부된 측면도와, 웰을 포함하는 분석 모듈 및 웰 상의 영역 내로의 유체 입구의 상세 단면도를 도시한다.
도 21은 웰 충전을 달성하기 위한 제 1 메커니즘을 도시하는 도 15의 카트리지의 웰 어레이 영역을 개략적으로 도시한다.
도 22는 웰 충전을 달성하기 위한 제 1 메커니즘을 도시하는 도 15의 카트리지의 웰 어레이 영역을 개략적으로 도시한다.
도 23은 도 15의 카트리지에 선택적으로 부가될 수 있는 챔버 피어싱 구성 요소를 도시한다.
도 24는도 15의 카트리지의 상부 사시도 및 2 개의 직교 단면도를 도시한다.
도 25는 카트리지의 베이스의 상부 사시도로서, 상부 시트에 대한 용접 위치의 식별을 도시한다.
도 26은 카트리지의 베이스의 하부 투시도로서, 하부 소수성 막의 용접 위치의 식별을 도시한다.
가정이나 소매점과 같은 비-기술적인 환경(non-technical environment)에서 사용하기에 적합한 시스템이 이제 설명될 것이다. 따라서 상대적으로 적은 설치 공간을 제공하고 상대적으로 저렴한 시스템으로 사용할 수 있으며 소비자 또는 상점 조수(shop assistant)와 같은 비-기술적인 사람(non-technical person)이 운영 할 수 있다. 물론 이것은 기술적인 환경에서 시스템의 사용을 배제하지 않으며 그렇게 하는 데 많은 이점이 있을 수 있다.
도 1은 베이스 유닛(base unit) 또는 장치(2) 및 베이스 스테이션(base station)과 도킹된 테스트 카트리지(3, test cartridge)를 포함하는 예시적인 SNP 유전자 타이핑 시스템(1, SNP genotyping system)을 도시한다. 이전 구성 요소는 여러 번 재사용 할 수 있지만, 후자 구성 요소는 일회용 및 일회용으로 사용된다. 테스트 카트리지는 이하에서 더 설명되는 바와 같이 베이스 유닛 내로 클립핑(clip)되도록 구성된다. 단지 예시적인 목적으로, 버튼(4)이 베이스 유닛(2)에 통합되어 도시된다. 테스트 카트리지가 베이스 유닛에 끼워진 상태에서, 사용자는 버튼(4)을 누름으로써 테스트를 시작할 수 있다.
도 2는 테스트 카트리지(3)의 분해도를 도시하며, 카트리지는 상부, 멀티 챔버 유닛(5, multi-chamber unit), 폐기 배수구(waste sump)를 제공하고 상부 하우징이 클립핑되는 하부 유닛(6, lower unit) 및 회전 챔버(7)를 포함한다. 도면에 도시된 평면도로부터, 상부 유닛(6)의 내부는 반경 방향으로 연장하는 벽들(8)에 의해 6 개의 챔버(5a-f)로 세분되는 것을 알 수 있다. 상부 유닛은 상부 유닛의 폐쇄된 상부 표면 (10, closed upper surface) 및 원통형 벽 (11, cylindrical wall)에 의해 형성되는 중앙 내부 공간(9, central interior space)을 제공한다. 따라서, 공간(9)은 일반적으로 원통형이며 하단부가 개방되어 있다. 각각의 챔버들(5a-f)는 원통형 벽(11)의 반경 방향으로 연장되는 구멍을 통해 내부 공간(9)과 액체 연통한다(이들 구멍들 중 하나는 참조 부호 12로 표시된다).
도면으로부터 명시되는 바와 같이, 조립된 테스트 카트리지에서 상부 유닛(5)의 내부 공간(9)으로 하부 개구와 정렬되는 원형 개구(13, circular opening)가 하부 유닛(6)에 구비된다. 상부 및 하부 유닛은 폴리 프로필렌, PTFE 또는 COC와 같은 적합한 중합체로 형성된다. 바람직하게는, 상부 유닛은 사용자가 분석 과정에서 특정 단계들을 볼 수 있도록 투명한 폴리머로 제조될 수 있다.
회전 챔버(7)는 상부 벽(15)에 의해 폐쇄된 내부(유동) 공간을 형성하는 일반적으로 원통형 부재(14, cylindrical member)를 포함한다. 이는 도 3과 그 이후의 도면에서 가장 잘 확인할 수 있다. 상부 벽(15)이 공간을 완전히 폐쇄하는 동안, 원형 개구(16)가 원통형 부재(14)의 베이스에 제공된다. 원통형 벽(17)은 내부 공간 내에서 원통형 부재(14)의 베이스로부터 상향 연장된다. 이는 내부 공간을 원통형 벽(17) 내의 원통형 공간, 원통형 벽(17)을 둘러싸는 환형 공간(annular space) 및 원통형 벽(17)의 상부와 원통형 부재(14)의 상부 벽(15) 사이의 원통형 공간(cylindrical space)으로 분리시킨다. 내향 돌출 립(18, inwardly protruding lip)은 원통형 벽(17)의 상부 둘레를 둘러싸고 있다. 회전 챔버(7)의 하부 외주 주위에 경사진(bevelled) 기어 "휠"(19)이 형성되어 기어 휠의 톱니가 대체로 상향 및 외향 방향을 향하게 다.
회전 챔버 내에는 원통형 벽(17)에 의해 형성된 공간 내에서 상하로 움직일 수 있도록 고무(또는 유사한 특성을 갖는 재료)의 플런저 헤드(20, plunger head)가 설치된다. 플런저 헤드(20)는 원통형 벽(17) 내에 실질적으로 기밀(airtight) 및 수밀(water tight)한 시일(seal)을 형성한다. 플런저 헤드(20)는 그 하단부에 포획 피쳐(21, capture feature)를 구비한다.
도면에 도시된 바와 같이, 실리카 섬유/입자("프릿(frit)")(64)의 펠렛(pellet)은 챔버로 들어가는 액체가 프릿과 접촉하도록 회전 챔버 내로 가압된다. 구체적으로, 그리고 예시적으로만, 프릿은 회전 챔버로의 개구 내로 가압된 것으로 도시되어, 상기 개구가 상부 유닛의 챔버들 중 하나의 내로의 개구와 정렬될 때, 액체는 프릿을 통하여 유동하게된다. 실리카 물질(silica material)은 고염도 농도(high salt concentrations)에서 카오트로픽-염-유도 흡착(chaotropic-salt-induced adsorption)을 통해 DNA를 선택적으로 결합하기 위해, 그리고 단백질, 지질, 탄수화물 및 RNA의 흡착을 피하기 위해 넓은 표면을 제공한다. 따라서 용리제(elution agent)(하기 참조)의 역할은 염도 농도를 낮추고 결합된 DNA를 해제한다. DNA를 결합하는 실리카 프릿의 사용은 “Driving Forces for DNA Absorption to Silica Perchlorate Solutions", Kathryn A. Melzak et al, Journal of Colloidal and Interface Science, 181, 635-644 (1996)에 기재되어 있다. 대안적으로, DNA는 실리카 코팅 자성 입자들에 포획될 수 있으며, 자기장의 적용 하에 측벽에 수집함으로써 회전 챔버를 벗어나는 것을 방지한다. DNA에 결합하기 위해 자성 입자 및 자기장을 사용하는 시스템의 예로는 미국 Waltham MA의 Thermo Fisher에서 구할 수 있는 ChargeSwitch가 있다.
조립된 테스트 카트리지(3)에서, 상부 유닛(5)이 하부 유닛(6) 내로 억지 끼워 맞춰진 상태에서, 회전 챔버(7)는 하부 유닛의 개구를 통해 상부 유닛의 내부 중앙 공간(9, interior central space)으로 연장한다. 상기 끼워맞춤은 회전 유닛이 상부 및 하부 유닛 내에서 회전할 수 있도록 되어 있다.
도 2에 도시된 테스트 카트리지의 평면도를 다시 참조하면, 상부 유닛(5)의 6 개의 챔버들(5a-f)은 샘플 분석 절차(sample analysis procedure)의 다양한 스테이지들에 참여하도록 구성된다. 이 예에서 테스트 카트리지는 사람이나 동물에서 얻은 유전 물질의 샘플에서 SNP(Single Nucleotide Polymorphism) 유전형 분석을 수행하는 데 적합하다. 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, SNP 유전형 분석은 사람 또는 동물의 게놈의 하나 이상의 SNP 각각에 다수의 유전적 변이 중 어느 것이 존재하는지를 검출하는 것을 포함한다. 이러한 SNP 변형은 게놈 분석 대상인 사람이나 동물의 상태나 형질에 마커를 제공할 수 있다. SNP 유전형을 수행하기 위해, 챔버들(5a-f)은 다음과 같이 구성된다 :
챔버 1/샘플 챔버(5a, Sample chamber) : 예를 들어 구강 면봉(buccal swab)의 입구 포트를 통해 삽입되는 샘플을 수용하는 입력 챔버. 챔버에는 장비 컨트롤러(하기 참조, device controller)의 제어 하에 있는 히터가 제공된다. 챔버 2/용해 챔버(5b, Lysis chamber) : 용해 버퍼(lysis buffer)를 포함한다. SNP 유전형 분석에서 세포 막을 파괴하고 대상 DNA를 해제하기 위해 용해 버퍼가 제공된다. 챔버 3/세척 챔버(5c, Wash chamber) : 세척 액체 시약(wash liquid reagent)을 포함한다. 이것은 예를 들어 에탄올 일 수 있다. 챔버 4/용리 챔버(5d, Elution chamber) :이 챔버는 탈-이온수 또는 10 mM Tris pH 8.5와 같은 고상으로부터 DNA를 제거하기위한 용리 시약(elution reagent)을 포함한다. 챔버 5/폐기-벤트 챔버(5e, Waste-Vent chamber) : 이 챔버는 사용 전에 비어 있고, 하부 유닛(6) (폐기 섬프(waste sump))과 액체 연통한다. 챔버 6/분석 챔버(5f, Analysis chamber) :이 챔버는 증폭 및 시퀀싱을 수행하도록 구성된 칩 모듈(chip module)을 포함한다. 예를 들어, 칩은 영국 런던에 소재한 DNAe에 의해 개발된 것과 같은 ISFET-기반 검출 시스템을 사용할 수 있다. 칩 모듈은 충전된 시약 챔버들, 미세 유체, 히터 및 제어 전자 장치를 포함하는 다양한 구성 요소들을 포함한다.
도시된 예에서, 분석 챔버는 실제로 상부 유닛(5)의 개방 부(23, open segment)에 막혀있는 별도의 독립적인 구성 요소(22)로 형성된다. 이러한 구성은 수행될 테스트에 따라 상부 유닛(5)이 상이한 칩 모듈을 수용할 수 있기 때문에 유연성(flexibility)을 증가시킬 수 있다. 또한, 칩 모듈은 조립된 상부 유닛보다 더 짧은 보관 수명을 가질 수 있기 때문에, 칩 모듈은 의도된 사용 시간에 근접하게 꽂혀있는 상태로 대량으로 비축될 수 있다. 물론, 칩 모듈은 상부 유닛(5)의 나머지와 일체로 형성될 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 베이스 유닛(2)을 수직하게 취한 단면을 도시한다. 베이스 유닛은 실질적으로 폐쇄된 내부 공간을 한정하는 외부 하우징(24)을 포함한다.
하우징(24)의 상부 표면과 하부 유닛(6)의 하부 표면은 단일 회전 방향으로만 테스트 카트리지(3)를 베이스 유닛(2) 내로 완전히 삽입할 수 있도록 상보적인 피쳐들(complimentary features)을 구비한다.
특정 구성 요소만 하우징(24) 내에 장착된 것으로만 도시되어 있지만, 이하에서 더 논의되는 것을 포함하는 다른 구성 요소들도 존재할 수 있다. 도시된 구성 요소는 경사진 피니언(26, bevelled pinion)에 연결된 제 1 회전 모터(25(first rotary motor ))를 포함한다. 경사진 피니언(26)은 테스트 카트리지(3)가 베이스 유닛(2)의 상부 표면과 동일한 높이에 도킹 할 수 있게 하는 절개 부(cut-away section)를 구비한다. 테스트 카트리지(3)를 베이스 유닛(2)에 삽입하기 위해, 베이스 유닛의 컨트롤러(27)는 경사진 피니언(26)의 절개 부가 유닛의 중심을 향하는 위치로 회전하도록 보장한다. 이는 도 3의 구성이다. 테스트 카트리지가 정확한 방향으로 있을 때, 테스트 카트리지는 경사진 피니언(26)과 간섭되지 않고 베이스 유닛 내로 하강할 수 있다.
경사진 피니언(26)의 작은 회전으로 인해 회전 챔버(7) 주위에 형성된 경사진 기어 휠(19) 위로 움직이게 되어 경사진 피니언과 기어 휠이 맞물리게된다. 경사진 피니언(26)의 임의의 추가적인 회전은 하부 유닛과 베이스 유닛 하우징의 결합에 의해 회전 가능하게 유지되는 상부 유닛 및 하부 유닛 내에서 회전 챔버(7)의 회전을 야기할 수 있다. 경사진 피니언(26)이 기어 휠(19)과 맞물리는 한, 테스트 카트리지에 가해지는 임의의 상향 힘(upward force)은 저항된다. 이러한 상태가 도 4에 도시된다. 피니언(26)과 기어 휠 사이의 기어 비는 피니언 절개(cut-away)에도 불구하고, 회전 챔버가 360도 이상 회전할 수 있게 한다.
도 3을 더 참조하면, 베이스 유닛(2)은 제 1 기어 휠(29)에 연결된 제 2 회전 모터(28)를 포함하는 것으로 볼 수 있다. 제 1 기어 휠(29)은 제 2 기어 휠(30)을 동축으로 관통하는 리드 스크류(31, lead screw)와 나사 결합되는 제 2 기어 휠(30)과 맞물린다. 리드 스크류(31)는 포획 헤드(32, capture head)를 구비한다. 모터 스핀들의 제 1 방향으로의 회전은 리드 스크류(31)가 위로 이동하게 하고 반대의 제 2 방향으로의 회전은 리드 스크류가 아래로 이동하게 한다. 제 1 및 제 2 모터는 모두 컨트롤러(27)에 의해 제어되고, 컨트롤러(27)는 예를 들어 제어 코드를 저장하는 메모리를 갖는 디지털 프로세서 일 수 있다(모든 구성 요소의 전원은 온보드 배터리 또는 AC/DC 전원 공급 장치를 통해 제공될 수 있음). 테스트 카트리지(3)가 베이스 유닛(2)과 도킹된 상태에서, 컨트롤러는 예를 들어 히터 및 칩 모듈(22)의 프로세서와 함께 테스트 카트리지의 하나 이상의 구성 요소와 전기 또는 무선 통신한다. 컨트롤러(27)는 또한 몇몇 외부 모니터링/분석 시스템과 통신하기위한 수단을 제공한다. 일 실시 예에서, 컨트롤러는 예를 들어 BluetoothTM 또는 WiFiTM 무선 인터페이스를 사용하여 사용자의 스마트 폰과 무선으로 통신할 수 있이다. 대안 적으로, USB 등과 같은 유선 통신 인터페이스가 있을 수 있다. 컨트롤러는 동일한 인터페이스를 통해 명령을 수신할 수도 있다.
여기에 설명된 시스템은 챔버들 사이에서 액체를 이동하고 챔버들 내부에서 액체를 포함할 경우에, 상당한 유연성을 제공한다.
다음과 같은 특징이 특히 중요하며 독립적으로 또는 조합되어 사용될 수 있다.
● 상부 하우징의 챔버로부터 액체를 수용하고 원하는 시간 동안 회전 하우징 내에 액체를 수용할 수 있다(반응 단계(reaction step)를 분리시킴에 따라서).
● 회전 챔버는 상부 하우징의 챔버의 개구가 회전 챔버로의 개구와 정렬되지 않도록 회전될 수 있다
● 여러 시약들이 특정 프로토콜의 특정 지점에서 함께 혼합된다. (오랜 기간 동안 함께 혼합된 시약이나 희석이 필요한 경우 또는 시약을 보관하는 것이 바람직하지 않은 경우).
● 이는 회전 챔버 또는 상부 하우징의 하나 이상의 챔버들에서 수행될 수 있다.
● 회전 챔버 내부에 고체 상(solid phase) (실리카 프릿)을 제공한다는 것은 챔버가 단지 단순한 '시약 운반(reagent transport)'요소가 아니라 공정에서 능동적인 기능적 참여자가 된다는 것을 의미한다.
● 피스톤과 회전 챔버의 상호 작용은 예를 들어 액체를 회전 챔버 및 상부 하우징 사이에서 반복적으로 펌핑함으로써 혼합 작용이 통합 되도록한다.
● 완전히 확장되지 않은 경우 피스톤의 상호 작용은 회전 챔버와 상부 하우징의 챔버 사이의 체적의 100 % 미만을 분배하는 데 사용될 수 있으며 반대의 경우도 마찬가지이다.
● 회전 챔버는 2 개 이상의 개구들을 구비할 수 있다.
● 실제로, 도면에 도시된 예는 2 개의 그러한 개구를 포함한다.
● 이들은 원주 방향으로 이격되어 상부 하우징의 챔버 내의 개구들과 선택적으로 정렬된다.
예시로서, 예시적인 동작 시퀀스의 몇 단계들이 이제 설명될 것이다.
이미 언급된 바와 같이, 도 4는 베이스 유닛(2)과 맞물리는 테스트 카트리지(3)를 도시하고, 경사진 피니언(26)은 회전 챔버(7)의 경사진 기어 휠(19)과 결합하도록 회전된다. 이러한 배향에서, (회전 챔버(7)의) 원통형 부재(14)에 형성된 반경 방향으로 연장되는 개구(33)는 폐기/벤트 챔버(5e) 내로의 구멍(12)과 정렬된다. 이제 리드 스크루(31)가 위로 연장하도록 제 2 모터(28)가 작동된다. 리드 스크류의 상향 이동은 캡처 헤드(26)가 회전 챔버(7) 내에서 플런저 헤드(20)와 접촉하여 위쪽으로 이동하게 한다. 플런저 헤드의 상향 방향 운동은 벤팅된 고정 챔버(vented static chamber)를 통해 회전 챔버로부터 공기가 배출되게 한다. 플런저 헤드(20)가 립(18)에 의해 제공되는 단단한 정지 부(hard stop)에 이르면, 리드 스크류의 캡처 헤드(32)는 플런저 헤드의 베이스에 형성된 상보적인 포획 피쳐들(21, capture feature) 내로 푸시된다. 이러한 구성은 도 5에 도시된다.
도시되지는 않았지만, 베이스 유닛에는 챔버 내의 시약들의 온도를 높이기 위해 히터 또는 히터들이 제공될 수 있다. 온도를 높이면 샘플에서 추출한 DNA의 수율(yield of DNA)을 높일 수 있다.
이제 도 6을 참조하면, 회전 챔버로의 개구(33)가 용해 챔버(5b)로 통하는 구멍(12)과 정렬되도록 회전 챔버(7)를 회전시키기 위해 경사진 피니언(26)이 회전된다.
이어서, 제 2 모터(28)의 회전에 의해 리드 스크류(31)는 아래쪽으로 후퇴하게 된다. 이러한 구성은 도 7에 도시되어 있으며, 리드 스크류의 하향 운동은 회전 챔버(7)의 베이스서 플런저 헤드(20)가 포획 헤드(32)에 의해 아래쪽으로 병진 이동되는 것으로 도시된다. 플런저 헤드(20)의 하향 운동은 액체가 용해 챔버(5b)로부터 회전 챔버(7) 내에 한정된 환형 공간으로 유입되도록 하는 음압을 발생시킨다.
도 7로부터 액체는 회전 챔버(7) 내의 환형 공간만을 충전하고 플런저 헤드(20)와 리드 스크류(31)가 움직이는 원통형 내부 공간으로 넘치지 않는다는 것이 명백 할 것이다. 따라서, 상향 연장하는 원통형 벽(17)은 "위어(weir)"로서 작용하여, 내부 공간 및 리드 스크류 및 캡처 헤드의 오염을 방지한다. 이렇게 하면 베이스 유닛의 오염의 오염의 발생을 방지하여 추가적인 테스트 카트리지들로 재사용할 수 있게 한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 경사진 피니언(26)은 회전되어 회전 챔버(7)를 회전시켜 그것의 개구(33)를 샘플 챔버(5a)의 개구(12)와 정렬시킨다. 이어서, 제 2 모터(28)의 회전에 의해, 리드 스크류(31)는 상방으로 확장된다. 리드 스크류의 상향 이동은 플런저 헤드(20)가 회전 챔버(7) 내에서 상향으로 병진 이동되도록 한다. 플런저 헤드의 상향 운동은 양압을 발생시켜 용해 액체(lysis liquid)가 회전 챔버(7)로부터 샘플 챔버(5a) 내로 배출되도록 한다. 이는 도 9에 도시된다.
전술한 바로 부터, 회전 챔버의 회전과 플런저의 이동을 순차적으로 조합하여 회전 챔버(7)로부터 고정 챔버들(5a-f, static chambers)로 또는 그 반대로 시약을 이송시키고, 상기 회전 챔버를 통해 고정 챔버들 사이에서 시약들을 이송함으로써 샘플 처리(sample processing)를 위한 워크 플로우(workflows)가 구축될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 10은 샘플을 테스트 카트리지에 도입하기위한 구강 면봉(34, buccal swab)의 사용을 도시한다. 면봉의 수집 단부(35, collection end)는 샘플 챔버(5a)의 외벽에 제공되는 접근 포트(37, access port) 내로 가압된다. 면봉의 수집 단부가 완전히 삽입되면, 사용자는 핸들(36)을 스냅 오프한다.
도 11에 도시된 일 실시 예에서, 유전 물질 샘플을 수집하기 위해 구강 면봉을 사용한다고 가정하면, 샘플 처리를 위한 워크 플로우는 다음과 같다 :
● 입력(Input)-샘플 헤드가 샘플 챔버로 도입된다. 샘플 챔버를 실링하기 위해 헤드를 스냅 오프한다. 샘플 처리 시스템은 베이스 유닛에 배치된다. 회전 챔버는 공기로 벤팅된다. 도 11a.
● 용해(Lyse) - 회전 챔버가 회전되어 용해 시약(lysis reagent)이 들어있는 챔버에 연결된다. 용해 시약은 시약 챔버에서 회전 챔버로 이송된다. 회전 챔버는 샘플 챔버에 연결되도록 회전한다. 용해 시약은 회전 챔버에서 샘플 챔버로 이송된다. 샘플 챔버의 시약은 셀 내부에서 DNA를 제거하기 용이하도록 고온으로 가열된다. DNA가 포함된 용해 시약이 샘플 챔버에서 회전 챔버로 옮겨진다. 회전 챔버는 폐기 챔버에 연결되도록 회전한다. DNA가 포함된 용해 시약은 DNA 수집 물질과 접촉한다. 상층액(supernatant)은 회전 챔버에서 폐기 챔버로 이송된다. 도 11b.
● 세척(Wash) - 회전 챔버를 회전시켜 세척 시약이 들어있는 챔버에 연결한다. 세척 시약은 시약 챔버에서 회전 챔버로 이송된다. 회전 챔버는 폐기 챔버에 연결되도록 회전한다. 세척 시약은 DNA 수집 물질과 접촉한다. 상층액은 회전 챔버에서 폐기 챔버로 이송된다. 도 11c.
● 용리(Elute) - 회전 챔버가 회전되어 용리 시약(elution reagent)이 들어있는 챔버에 연결된다. 용리 시약은 시약 챔버에서 회전 챔버로 이송된다. 회전 챔버는 회전하여 프릿을 포함하는 개구를 분석 챔버에 연결된다. 용리 시약은 DNA 수집 물질(다공성 프릿)을 통과하여 DNA를 용액으로 방출한다. DNA가 포함된 용리 시약은 회전 챔버에서 분석 챔버로 이송된다. 도 11d.
● 증폭(Amplify) - DNA가 포함된 용리 시약을 고온으로 가열하여 DNA를 증폭시킨다. 증폭은 등온 또는 열 순환(PCR과 같은)의 공지된 여러 가지 방법 중 하나를 사용할 수 있다. 특정 DNA 증폭 프로토콜에서 작동하도록 설계된 다수의 프라이머 및 프로브 세트가 칩 모듈의 각 부분 표본(aliquot)에 존재할 수 있다. 최적의 작동(예를 들어, 효율 및 속도면에서)을 위해, 프라이머는 짧은 앰플리콘들(amplicons)을 생성하는 방식으로 설계될 수 있다. 도 11e.
전술 한 실시 예에서, 분석 챔버는 전기 화학적 검출 메커니즘(예를 들어, ISFET-기반 센서들)에 의존하는 칩 모듈에 의해 제공된다.
테스트 카트리지의 분석 챔버는 전기-화학적 기반 검출 기술(electrochemical-based detection techniques) (예를 들어, 미국, Carlsbad CA, Genmark Dx에서 사용가능한)을 사용하거나 검출 기술로 매칭된 프로브-타겟 대 매칭되지 않는 프로브-타겟의 열적 안정성을 사용할 수 있다.
다른 실시 예에서, 분석 챔버는 형광에 기초한 검출 기술을 이용한다. 예를 들어,이 공정은 SYBR Green과 같은 삽입 염료(intercalating dye)를 사용하거나 다음의 인터넷 출판물에 설명된대로 사용할 수 있다: http://www.bio-rad.com/webroot/web/pdf/lsr/literature/Bulletin_10014647.pdf. 대안적인 접근법은 프로브 기반 접근법의 사용을 포함한다. 예를 들어: https://www.thermofisher.com/uk/en/home/life-science/pcr/real-time-pcr/real-time-pcr-assays/snp-genotyping-taqman-assays.html
전술 한 예시적인 SNP 유전형 분석 시스템(1)은 회전 챔버(7)에 2 개의 개구를 사용하고, 하나는 방해받지 않고 다른 하나는 실리카 프릿(64)에 의해 방해된다. 그러나, 그보다 더 많거나 적은 개구가 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서 실리카 프릿에 의해 방해받는 회전 챔버 내로 단지 하나의 개구만을 사용할 수 있다.
이러한 시스템은 카메라와 같은 이미징 메커니즘을 필요로 한다. 카메라가 베이스 유닛에 통합되어 분석 챔버의 일부분의 이미지(예를 들어 투명한 윈도우를 통해)를 포착하도록 배열될 수 있는 반면, 매력적인 대안은 베이스 스테이션과 함께 외부 사용자 장비의 도킹을 허용하는 것이며, 여기서 사용자 장비는 그 자신의 카메라 및 관련 프로세싱 구성 요소를 갖는다. 도 12는 베이스 유닛(50)이 스마트 폰 도킹 스테이션(51)을 구비하는 예시적인 시스템을 도시한다. 사용자의 스마트 폰(52)은 도킹 스테이션을 통해 베이스 스테이션과 도킹된다. 테스트 카트리지(53)는 베이스 유닛의 카트리지 수용 포트(54, cartridge reception port)에 삽입된 것으로 도시된다.
제 2 실시 예의 테스트 카트리지 및 베이스 유닛은 제 1 실시 예의 각각의 구성 요소와 유사한 기능을 가지지만, 분석 챔버로의 시각적인 접근을 허용하기 위한 수정이 요구된다. 물론, 당업자는 기본적인 작동 원리를 변경하지 않고 시스템의 스타일 및 형태의 변경을 용이하게 실현할 수 있을 것이다.
이제 도킹 스테이션(51)을 고려하면, 이것은 적어도 테스트 카트리지가 광학 검출 위치(optical detection position)로 회전될 때 스마트 폰(52)의 하부에 있는 카메라를 분석 모듈과 광학적으로 결합시키는 광학계들 또는 적어도 시선(line of sight)을 포함한다. 도킹 스테이션 및 광학계는 모양 및 크기와 카메라 위치가 다른 여러 가지 스마트 폰(예를 들어, 조정 가능한 광학계들 및/또는 다른 구성의 어댑터 사용)과 함께 사용할 수 있다.
도킹 스테이션에는 베이스 유닛과 스마트 폰 간의 양방향 통신을 가능하게 하는 전자-기계식 인터페이스(electromechanical interface)가 포함될 수 있습니다. 예를 들어 Lightning?? 수 커넥터 포트는 iPhone??과 인터페이스 하는데 사용될 수 있다. 대안적으로, 스마트 폰과 베이스 유닛은 무선으로 통신할 수 있다.
스마트 폰에 설치된 분석 제어 응용 프로그램(소프트웨어 응용 프로그램)을 사용하면 스마트 폰을 사용하여 베이스 유닛의 작동을 제어하고 분석 프로세스를 제어할 수 있다. 스마트 폰 카메라로 캡처된 이미징 데이터는 스마트 폰 내에서 분석되거나 "클라우드"에서 서비스를 사용하여 분석될 수 있다. 이미 위에서 언급했듯이, 비양심적인 당사자에게 누출되는 데이터의 실제 위협뿐만 아니라 사용자가 서비스를 신뢰하도록 해야하고 이를 이용하도록 해야하기 때문에 개인화된 유전 기반 서비스를 제공하는데 있어 사용자 개인 정보 보호는 매우 중요하다. 23andme ??가 제공하는 것과 같은 기존의 개인화된 유전자 기반 서비스는 결과가 사용자에게 반환되기 전에 분석이 수행되고 결과가 해석되는 원격 시설로 유전 물질의 샘플을 보내는 사용자에게 의존한다. 프라이버시 보호 장치에도 불구하고 사용자는 결과 및 분석이 통제 범위를 훨씬 넘어설 경우 이러한 서비스들을 조심해야한다. 도 12에 도시된 바와 같은 본 발명의 실시 예는 이 문제를 해결하기 위해 사용될 수 있다.
다양한 범주의 사용자에게 조언과 권고를 제공하는 것을 목표로 하는 개인화된 유전 기반 서비스를 고려해야 한다. 이러한 범주에는 영양 상태(체중 감소, 알레르기, 편식 등 보다 정제된 하위 범주로 나뉠 수 있음), 운동, 수면 등이 포함될 수 있다. 이들 카테고리 각각에 대해 사용자 특성을 분류하는 데 사용할 수 있는 하나 이상의 SNP가 식별된다. 범주, SNP 및 형질에 대한 많은 예가 과학 문헌에서 알려져 있으며, 거의 매일 식별되고 있다. 칩 모듈과 같은 분석 챔버(5f)는 서비스의 각 카테고리에 대해 구성된다. 다시 말해, 영양 카테고리에 사용되는 분석 챔버는 영양 관련 SNP를 테스트하도록 구성된다. 테스트 카트리지의 다른 챔버는 모든 분석 챔버 유형에 일반적이지 않은 경우 이 특정 분석 챔버에 맞게 구성될 수 있다. 분석이 슈퍼마켓 또는 백화점과 같은 소매 전제에서 수행되어야 하는 경우에, 사용자는 사용 가능한 카트리지의 범위로부터 적절하게 구성된 테스트 카트리지를 구매할 수 있다. 가정에서 사용하기 위해 테스트 카트리지는 웹 상점을 통해 구입하여 사용자의 집으로 배달하거나 상점에서 구입하여 집에 가져와 사용할 수 있다.
분석을 수행하기 위해 사용자는 구입 한 테스트 카트리지를 베이스 유닛에 삽입하고 스마트 폰을 도킹 한다. 그런 다음 사용자는 스마트 폰에서 관련 앱(app)을 연다(사전 설치된 것으로 가정). 앱이 스마트 폰이 도킹되어 있음을 자동으로 감지한다. 일부 형태의 인증은 테스트 카트리지에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 카메라를 사용하여 테스트 카트리지에 있는 바코드 또는 기타 기계 판독 가능한 코드를 읽을 수 있다. 인증은 앱에서 사용할 수 있는 알고리즘을 사용하거나 클라우드와 통신하여 수행할 수 있다. 또는 인증은 테스트 카트리지와 베이스 스테이션 사이의 통신에 의존할 수 있으며 선택적으로 스마트 폰을 포함할 수도 있다.
일단 인증되면 사용자는 스마트 폰의 터치 스크린에 표시된 "버튼"을 탭하여 테스트를 시작할 수 있다. 물론, 앱은 그래픽 사용자 인터페이스, 메뉴 선택 등의 임의의 적합한 형태를 제공하도록 구성될 수 있다. 도킹 스테이션을 통해 스마트 폰은 베이스 유닛과 통신하여 SNP 유전형 분석 절차의 다양한 단계들을 수행하기 위해 제 1 모터 및 제 2 모터, 히터 등을 작동하게 된다. 절차 중 적절한 시점에 신호가 스마트 폰으로 전송되어 스마트 폰이 카메라를 작동하게 된다. 어떤 경우에는 검사가 끝나면 단일 이미지만 캡처할 수 있지만 절차의 전반에 걸쳐 여러 이미지를 캡처하여 검사 결과에 대한 특이성을 높일 수 있다.
앱에는 캡처 한 이미지를 처리하고 분석하는 알고리즘이 제공된다. 다시 말하지만, 이것은 클라우드 내에서 처리를 사용할 수 있다. 클라우드가 사용되는 경우 클라우드와 스마트 폰 간에 교환되는 데이터는 암호화를 사용하여 보호된다. 또한 데이터와 사용자 간의 직접 연관을 방지하기 위해 데이터를 익명으로 처리할 수 있다. 분석 결과는 일련의 사용자-특정 형질들(user-specific traits)일 수 있다. 이러한 형질들은 일련의 추천 사항들에 매핑될 수 있다. 영양 상태의 경우, 하위 카테고리의 체중 감량을 가정할 때, 추천 사항 세트는 각각 추천 사항들에 매핑된 식품 데이터 베이스를 포함할 수 있다. 데이터 베이스는 스마트 폰 앱에 로드된다(예를 들어, 클라우드에서 다운로드).
이러한 실시 예를 더 고려하면, 식품 데이터 베이스는 각 제품에 대해 제품 포장에 사용된 바코드와 일치하는 바코드를 포함할 수 있다. 제품 바코드의 데이터 베이스는 예를 들어 슈퍼마켓 등에서 광범위하게 사용될 수 있다. 스마트 폰의 앱은 내장 카메라를 사용하는 바코드 판독기를 사용하여 수행될 수 있다. 테스트가 완료되고 데이터베이스가 스마트 폰에 설치(또는 업데이트)된 후 사용자는 스마트 폰/앱을 사용하여 구매 전후에 제품 바코드를 스캔할 수 있다. 앱은 제품을 인식하고 맞춤형 제품 추천 사항을 나타낸다. 예를 들어, 사용자는 스마트 폰 GUI를 통해 제품의 체중 감량을 추천하거나 추천하지 않을 수도 있다. 앱은 비슷한 대체 제품을 추천할 수 있다. 앱이 변경을 시행하는 대신 구매/소비 행동을 변경하도록 사용자를 유도하거나 "뉘앙스(nudge)"하도록 앱을 구성할 수 있다. 여기에는 예를 들어 재정적 보상 또는 기타 보상의 사용이 포함될 수 있다.
스마트 폰을 사용하여 유전자 검사의 결과를 캡처 및 분석하고 스마트 폰을 사용하여 제품 바코드를 캡처하고 제품에 대한 조언을 제공하는 것으로 알려져 있지만 이러한 두 기능을 결합하여 놀라운 시너지 효과를 얻을 수 있다. 이는 단일 사용자가 제어하므로 사용자가 신뢰할 수 있는 장치 내에서 개인화된 데이터를 포함할 수 있는 능력에 있다. 다시 사용자가 제어할 수 있는 클라우드 사용에 따라 원시 테스트 데이터가 카메라를 통해 스마트 폰으로 읽어 들여 분석되고 거기에서 분석된 결과가 스마트 폰 내에 유지된다. 제품 바코드가 카메라를 통해 스마트 폰으로 직접 읽히므로 분석된 데이터는 스마트 폰을 통해 전 제품에 적용될 수 있다. 물론 앱이 적절히 구성되었다고 가정하면 사용자는 자신의 맞춤 데이터를 타사 및 다른 장치와 공유하도록 선택할 수 있다. 일 실시 예에서, 스마트 폰은 피트니스(손목) 밴드와 같은 착용식 장치와 데이터를 공유할 수 있으며, 착용식 장치는 자체 바코드 판독기를 갖는다. 제품 바코드는 웨어러블 장치, 스마트 폰과 웨어러블 장치간에 교환되는 데이터 및 스마트 폰 또는 웨어러블 장치에서 제공되는 제품 추천 사항에 의해 읽혀질 수 있다. 스마트 폰과 웨어러블 장치 간의 통신이 사용자 인터페이스(예 : Bluetooth ™ 인터페이스)를 통한 보안 링크를 통해 이루어지는 경우, 사용자는 항상 자신의 개인 데이터에 대한 제어권을 보유한다. 본 발명의 실시 예는 이전에 공지된 시스템 및 방법, 즉 사용자 디바이스(스마트 폰) 외부에서 개인적이고 민감한 유전자 데이터를 전송할 필요성에서 발생하는 명확한 기술적 문제를 극복한다.
도 13은 이러한 접근법에 따라 동작하도록 구성된 시스템을 개략적으로 도시한다. 사용자 스마트 폰(55)은 장치의 도킹 격실(57, docking compartment)을 통해 장치(56)와 도킹된다. 도킹 격실은 스마트 폰의 카메라(58)를 장치에 고정된 테스트 카트리지의 결과 영역으로 향하게 하는 광학계를 포함한다. 전술한 바와 같이, 테스트 장치는 스마트 폰과 통신하고 기기 내에서 수행되는 동작을 제어하는 컨트롤러(59)를 포함한다. 이 장치는 또한 프로세서에 의한 실행을 위한 코드 및 데이터, 예를 들어 파라미터 데이터 및 결과 데이터 모두를 저장할 수 있는 메모리(60)를 포함한다. 스마트 폰은 특별히 구성된 프로세서, 예를 들어 메모리(61)에 저장된 코드를 사용하여 구성되며, 스마트 폰의 도킹을 검출하고 카메라를 동작시켜 결과 이미지를 캡처한다. 또한 프로세서는 카트리지 유형을 결정할 수 있습니다. 즉, 수행되는 테스트의 성격을 식별할 수 있다(예를 들어, 영양 상태, 운동 등). 프로세서는 캡처된 이미지를 더 분석하여 결과를 사용자 특성 또는 형질에 매핑합니다. 예를 들어, 알레르기 타입 카트리지/테스트의 경우, 프로세서는 결과 이미지에서 사용자가 견과류 알레르기를 앓고 있음을 나타낸다.
스마트 폰은 마이크로 프로세서(63)에 의해 동작되고, 예를 들어 특정 슈퍼마켓에 의해 재고되는 모든 제품을 리스팅하는 것과 같은 제품 데이터베이스(62)를 유지한다. 데이터 베이스는 각 제품에 대해 연관된 바코드를 포함한다. 테스트가 수행되고 사용자 특성/형질이 결정되면 데이터베이스에 결정된 제품 추천 사항이 채워진다. 상기 알레르기 예에서, 견과류를 포함한 모든 제품에 대한 엔트리는 "구매하지 마십시오"라는 추천 사항으로 태그될 수 있다. 독에서 스마트 폰을 제거하고 제품 바코드를 스캔하면 스마트 폰 내의 제품 데이터베이스를 검사하여 해당 제품의 추천 사항을 확인할 수 있다. 그런 다음 추천 사항을 사용자에게 표시할 수 있다(예 : 디스플레이 및 신호음, 진동 경고 등). 물론, 스마트 폰은 처리 동작의 일부를 서버에 위임하고 및/또는 현재 데이터를 얻기 위해, 예를 들어 인터넷을 통해 하나 이상의 네트워크 서버와 통신하도록 구성될 수 있다.
당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 상술 한 실시 예들에 대한 다양한 수정이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 일 실시 예는 베이스 유닛과 인터페이스하기 위해 스마트 폰 이외의 모바일 장치, 예를 들어 스마트 시계, 피트니스 밴드(Fitbit ??) 등을 사용할 수 있다. 전술한 실시 예가 SNP 유전형 분석과 관련되어 있지만, 본 발명의 개념은 RNA의 시험, 사람의 미생물의 구성 요소, 식물, 진균의 시험 등을 포함하는 생물학적 샘플을 시험하는 다른 방법에도 적용될 수 있다.
바이오 마커를 검출하고 본 발명의 구현 예와 함께 사용하기에 적합한 대안 방법의 예는 전도도/pH, 전기 화학적, 굴절률, 종점, 열적 안정성을 포함한다. 다른 증폭 방법의 예로는 등온 순환(Isothermal cycling) 및 열 순환(Thermal cycling)이 있다. 다른 판독 값(SNP 이외의)의 예로는 RNA 프로필, DNA 메틸화(DNA methylation)가 있습니다.
도 14는 유전 물질 샘플에서 SNP를 검출하기 위해 사용자의 스마트 폰과 함께 사용하기위한 대체 시스템을 개략적으로 도시한다. 시스템은 베이스 유닛(65)을 다시 포함하고, 광학계(66, optics), PCB(67), 회전 스테퍼 모터(68) 및 주입기(69, syringe)를 포함하는 다수의 구성 요소가 위치한다. 이 시스템에서, 광학계(66)는 테스트 카트리지(70)(도면의 일부만이 도면에 도시 됨)가 상부로부터 베이스 유닛 내로 삽입될 수 있도록 (도면에서 보았을 때) 우측으로 미끄러질 수 있다. 일단 삽입되면, 광학계는 테스트 카트리지의 분석 챔버(71) 위에 위치하도록 왼쪽으로 미끄러진다. 그 다음, 시스템은 초기화되어, PCR 스테퍼 드라이버(PCR stepper driver)가 분석 챔버(71)의 하부 표면에 대해 상향으로 펠티어 모듈(72) (PCR 수행에 사용됨)을 가압하게 한다. 광학계가 수직 방향으로 움직일 수 없기 때문에, 분석 챔버는 펠티어 모듈과 광학계 사이에서 압착되어 분석 챔버의 웰들 속으로 액체를 밀어 넣는다(자세한 내용은 아래에 제시됨).
전술한 시스템에 대한 또 다른 변형 예에서, 유동 챔버(flow through chamber, 도 3)에 위치한 플런저를 사용하는 대신에, 베이스 유닛(65) 내의 주입기(69)는 시험 내에서 유동 챔버에 양 또는 음의 압력을 가하도록 구성된다 카트리지를 일련의 연통 채널들을 통해 공급할 수 있다. 이에 대해서는 아래에서 자세히 설명합니다.
도 14는 스마트 폰의 카메라가 광학계(66) 바로 위에 위치하도록 베이스 유닛(65)과 도킹된 스마트 폰(73)을 도시한다. 전술한 바와 같이, 스마트 폰에 설치된 적절한 소프트웨어, 예를 들어 소프트웨어 앱에 의해, 스마트 폰은 분석 챔버(71) 내에서 생성된 이미지 결과를 포착하는데 사용될 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 스마트 폰은 시험 절차를 제어하기 위해 무선으로 또는 독 또는 케이블을 통해 베이스 유닛의 컨트롤러(예를 들어, PCB(67) 상에 위치됨)와 통신할 수 있다.
도 15는 도 14의 변형된 시스템에 따른 테스트 카트리지(70)의 단면을 도시한다. 도 16은 위(왼쪽)와 아래(오른쪽)의 테스트 카트리지의 분해도이다. 다시, 회전 챔버(74)는 일반적으로 멀티 챔버 유닛(75) 내에 자리한다. 회전 챔버는 유동 챔버를 형성하는 원통형 부재(82)를 포함한다. 테스트 카트리지(70)가 베이스 유닛(65)과 도킹될 때, 멀티 챔버 유닛(75)은 회전할 수 없지만, 회전 챔버(74)는 회전 스테퍼 모터(68)의 제어하에 회전할 수 있다. 회전 챔버(74) 및 멀티 챔버 유닛(75)은 상부 벽 구성 요소(76)와 잠금 너트(77) 사이에 고정된다.
스프링(78)은 회전 챔버(74)의 절두 원추형 표면을 멀티 챔버 유닛(75)의 대향 내면에 대하여 가압한다. 메인 개구(79)(실리카 프릿을 함유함)는 회전 챔버(48)의 절두 원추형(frustoconical) 표면과 접촉하고, 유동 챔버를 통해 유동한다. 다수의 구멍들(96)이 각각의 챔버와 정렬된 멀티 챔버 유닛의 내부 표면 주위에 형성된다. 이들 구멍 각각은 회전 챔버의 절두 원추형 표면에 대한 실링을 제공하는 탄성 중합체의 O- 링(80, elastomeric O-ring)이 제공된다. 상기 구멍들은 절두 원추형 표면의 개구(79)가 멀티 챔버 유닛의 구멍들과 선택적으로 정렬될 수 있도록 구성되며, O-링 실링은 멀티 챔버 유닛의 정렬되지 않은 구멍으로부터의 누출을 방지한다. 도시된 테스트 카트리지(70)에서, 분석 챔버는 존재하지 않는다.오히려 분석 챔버는 사용 직전에 빈 슬롯에 꽂혀 있다.
테스트 카트리지(70)의 구성은 도 2를 참조하여 기술된 것과 다르지만, 많은 기능성은 동일하다.
상기에서 간략히 언급한 바와 같이, 회전 챔버와 멀티 챔버 유닛의 챔버들 사이에서 유체를 이동시키기 위해 회전 챔버의 피스톤을 직접 사용하기보다는, 변형된 시스템은 베이스 유닛의 주입기(펌프)를 사용하여 액체를 공압식으로 이동시킨다. 이것은 도 17과 18에 설명되어 있다. 도 17은 멀티 챔버 유닛(75)의 챔버들 중 하나 내에 존재하는 액체(81)를 도시하며,이 챔버의 구멍은 회전 챔버(74)에 제공된 구멍들 중 하나와 정렬된다. 공기는 일련의 화살표로 표시된 경로를 통해 베이스 유닛의 주입기에 의해 도시된다. 이 경로는 원통형 부재(82) 내의 베이스 유닛과 유동 챔버 사이의 회전 가능한 커플링을 포함한다. 이러한 음압은 액체가 멀티 채널 유닛의 챔버들로부터 정렬된 구멍들을 통해 원통형 부재(82) 내의 유동 챔버 내로 유입되게 한다. 도 18은 결과 상태를 도시하고, 도면의 우측으로부터 시작하는 제 1 세트의 화살표들에 의해 지시된 바와 같이, 유동 챔버에 양압이 인가된다. 액체는 이제 도면의 좌측에서 종결되는 제 2 세트의 화살표들에 의해 지시되는 바와 같이 유동 챔버로부터 멀티 챔버 유닛의 정렬된 챔버로 역류하기 시작한다.
회전 챔버(74)가 액체로 채워지는 경우, 액체가 상방으로 튀어서 베이스 유닛에 연결되는 공기 유동 경로 내로 떨어질 위험이 있을 수 있다. 도 19에 도시된 바와 같이, 회전 챔버는 원통형 부재(82)의 상단을 향해 자리하는 2-방향 밸브(83, two way valve)를 구비할 수 있다. 이 밸브는 공기가 양 방향, 즉 챔버 안팎으로 가압되는 상태에서 통과할 수 있도록 하지만, 챔버의 상부로 이동하는 것을 방지한다. 밸브는 예를 들어 "덕-빌 우산(duck-bill umbrella)"밸브 일 수 있습니다.
도 20은 분석 챔버(71)가 설치된 테스트 카트리지(70)의 단면의 평면도이다. 분석 챔버(71)는 PCR 반응이 일어나고 가시적인 결과가 생성되는 웰들의 어레이(84, array of wells)를 포함한다. 충분히 높은 액체 주입 압력(high liquid injection pressure)이 없는 경우, 표면을 가로 질러 액체를 단순히 유동시킴으로써 웰들을 충전하는 것은 일반적으로 충분하지 않다. 오히려 웰들 속으로 액체를 짜내기(squeeze) 위한 압력을 가할 필요가 있다. 이를 달성하기 위해, 웰들의 베이스(85)는 공기가 통과하지만 액체를 통과시키지 않는 재료에 의해 형성된다. 일단 테스트 카트리지(70)가 베이스 유닛에 설치되면, 광학계(66)는 미끄러져 웰들의 어레이를 덮기 위해 제자리로 슬라이딩 되어 분석 챔버(71)에서 액체가 이송되도록 하고, 선형 액추에이터(86)가 펠티어 모듈(72)과 결합되어 분석 챔버의 하부를 상측으로 가압하여 분석 챔버의 상부를 광학계의 하부에 대해 가압한다. 이는 만족스러운 충전 레벨(fill level)을 달성하기 위해 웰들 위의 액체에 압력을 가하여 웰들 안으로 밀어 넣는다. 이러한 클램핑 압력(clamping pressure)은 또한 분석 챔버(71)의 베이스와 펠티어 모듈(72) 사이의 양호한 열 접촉을 보장한다.
웰들을 충전하기 위해 웰들 위에 압력을 가하는 이러한 메커니즘은 도 21에서 더 자세히 도시된다. 웰들 위의 액체 및 공기 불투과성 막(a, liquid and air impermeable membrane) 및 웰들 아래의 액체 불투과성 및 공기 투과성(소수성) 레이어(d, liquid impermeable and air permeable (hydrophobic) layer)뿐만 아니라, 공기 및 액체 투과성 레이어(c, air and liquid permeable layer)는 레이어(a) 아래의 웰들의 상부에 직접 고정되고 웰들 사이의 표면에 실링된다. 이러한 레이어(c)의 목적은 두 가지이다. 첫째로 레이어(a)와 레이어(c) 사이의 체적이 충전되는 동안 웰들이 충전되지 않도록 웰 충전(well filling)에 대한 저항을 제공한다. 이것은 충전되는 동안 웰들 사이에 운반되는 물질의 위험을 최소화한다. 두 번째로, 웰들이 채워지면 레이어(c)는 웰들 사이의 "크로스-토크(cross-talk)"에 약간의 저항을 제공할 수 있다. 레이어(c)는 액체 압력이 소정의 요구 수준을 초과하지 않는 한 액체의 통과를 방지하기에 충분한 메쉬 크기로 비교적 소수성(hydrophobic) 일 수 있다. 크로스-토크는 또한 광학계에 의한 표면에 대한 레이어(a)의 클램핑으로 인해 감소된다. 어떤 경우에는 레이어(c)는 생략될 수 있다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 하나 이상의 바이오 마커들(예, 프라이머/프로브)이 분석을 수행하기 위해 웰 내에 제공되거나 웰에 이용 가능하게될 것이다. 일 실시 예에서, 바이오 마커(들)는 소수성 레이어(d)의 상부 표면에 얼룩 지거나 고정될 수 있다.
도 22는 웰들을 충전하기 위한 대안적인 메커니즘을 도시하며, 여기서 충전은 웰의 바닥으로부터 된다. 이 경우, 레이어(a) 이외에, 공기와 액체를 투과할 수 있는 레이어(c)가 웰들의 위와 아래에 제공되어 웰들 사이에 실링된다. 공기가 웰들 위의 공간으로부터 벤팅되도록하기 위해, 레이어(a)의 작은 영역은 공기에 대해 투과성을 갖되 액체에 대해서는 불투과성인 레이어(d)로 제공된다. 공기에 대해 투과성이지만 액체에 대해 불투과성(소수성)인 물질의 추가 레이어는 하부 레이어(c)과 웰들의 베이스 사이에 샌드위치될 수 있는 것으로 또한 예상된다. 이러한 배열에서, 레이어(c)는 액체를 흡수하여 소수성 레이어와 접촉하게 할 수 있다. 이후, 압력 하에서 액체는 소수성 막을 통해 웰들로 강제적으로 유입된다.
어떤 경우, 액체가 챔버로 출입할 수 있도록 멀티 챔버 유닛의 각 챔버들에 공기 유동 채널들(air flow channels)을 제공할 필요가 있다. 그러나, 이러한 채널은 오염을 피하기 위해 사용시에만 형성되는 것이 바람직하다. 도 23은이를 달성하기 위한 하나의 가능한 메커니즘(도 15 내지 도 20 및 도 24의 분석 챔버에 대한 변형 실시 예)을 나타내고, 챔버들 각각의 상부에 포일 또는 다른 파손 가능한 구성 요소의 제공에 의존한다. 중간 구성 요소(87, intermediate component)는 멀티 챔버 유닛(75) 위에 위치하며 멀티 챔버 유닛에 대해 축 방향을 따라서 작은 이동 정도를 갖는다. 그러나, 구성 요소(87) 및 멀티 챔버 유닛(75)은 서로에 대해 회전할 수 없다. 상부 벽 구성 요소(76)는 중간 구성 요소(87) 상에 하향 힘을 가할 수 있는 하나 이상의 캠(88)을 포함하도록 변형된다. 테스트 카트리지(70)가 베이스 유닛(65)에 설치되고 회전 챔버가 상부 벽 구성 요소(76, upper wall component)와 함께 회전될 때, 캠(88)은 구성 요소(87)를 멀티 챔버 유닛(75) 상으로 가압하도록 작용한다. 이것은 차례로 각각의 챔버와 정렬된 한 쌍의 관통 암들(89, piercing arms)이 챔버상의 포일 커버(foil covers)를 관통하여 챔버를 주변 환경으로 벤팅시킨다. 회전 챔버가 추가로 회전함에 따라 관통 암들(89)이 계속적으로 상승될 수 있지만, 벤팅 경로들은 개방된 채로 유지된다.
도 24는 분석 챔버(71)를 보다 상세히 도시한다. 챔버는 전술한 바와 같은 웰들(84)의 어레이 및 중앙 채널에 의해 결합된 한 쌍의 단부 로브들을 제공하는 "뼈(bone)"형상의 트로프(90 trough)를 포함한다. 로브들 중 하나에 있는 입구 개구(91)는 분석 챔버로의 메인 개구(92)와 연통한다. 이 메인 개구는 사용시에 멀티 챔버 유닛의 채널을 통해 회전 챔버의 개구(79)와 연통되는 개구이다. 분석 챔버(71)가 멀티 챔버 유닛에 꽃혀있을 때, 개구(92)는 채널과 연통한다. 채널은 도 15에서 참조 부호 97로 식별된다. 로브들 중 다른 하나의 출구 개구(93)는 웰들에 인접한 웰 주입 개구(94, well injection opening)와 연통한다. 도면은 입구 개구(91)에 존재하는 냉동 건조된(lyophilized) (또는 동결 건조된) 입자(95)를 도시한다. 이 입자(95)는 액체가 메인 챔버 개구(92)로부터 트로프(90)로 유동함에 따라 액체에 용해되는 소위 "마스터 믹스(mastermix)"를 포함한다. 다른 실시 예에서, 마스터 믹스는 분석 챔버의 다른 곳에서 건조된 성분으로서 제공될 수 있거나 또는 멀티 챔버 유닛(75)의 다른 챔버에서 액체 형태로 제공될 수 있다.
도 24에는 도시되지 않았지만, 분석 챔버(71)는 챔버(71)의 둘레 주위에서 용접되는 투명한 플라스틱 시트(plastic sheet)에 의해 덮힌다. 플라스틱 시트는 챔버(71)의 상부에 추가로 용접되어 서로로부터 격리된 웰들의 어레이(84) 및 트로프(90)위에 포켓들을 제공한다. [용접 위치는 도 25의 적색으로 도시됨] 이것은 액체가 개구(91, 93)를 통해 하나의 포켓으로부터 다른 포켓으로만 통과할 수 있게 한다. 또한, 트로프(90)의 베이스는 약간 기울어져 있어서 사용시와 같이, 챔버(71)의 상부가 수평 일 때, 트로프(90)의 출구 로브(outlet lobe)의 베이스는 트로프의 입구 단부(inlet end)의 베이스보다 낮다. 중앙에 위치되는 트로프(90)의 허리는 또한 입구 측으로부터 출구 측으로의 액체 유동에 대한 제한을 제공하고, 양측의 하부에 대해 약간 상승된다. 이러한 배열은 트로프가 충전되면서 액체에 기포가 형성되는 것을 방지하고 혼합을 개선하는 것을 돕는다. 사용시, 펠티어 모듈(72)이 상향으로 가압될 때(도 20), 챔버(71) 상부의 플라스틱 막은 광학계(66)의 하부에 대해 가압되어 막을 챔버의 표면에 대해 가압한고 웰들을 충전하도록 압력을 생성한다.
도 20(삽입)에 도시된 웰들의 어레이의 부분 단면도를 다시 참조하면, 수직 단면에서 웰들은 경사진 벽들(inclined walls)에 의해 한정되어 웰들의 베이스의 영역은 웰들의 상부의 영역보다 클 수 있다. 이 구조는 챔버의 사출 성형을 용이하게 하지만, 측벽들 상에 재료의 축적을 감소시키거나 피하는 것이 유리한 것으로 밝혀졌다.
도 26은 빨간색의 공기와 액체가 투과하지 않는 막이 카트리지의 베이스에 용접된 것을 도시한다. 웰 어레이의 하부의 양측, 즉 추가 시트 아래에 한 쌍의 공극들(voids)이 제공된다는 것도 주목해야한다. 이미 기술된 바와 같이, 웰들의 베이스는 제 1 공기 투과성(소수성) 막으로 덮여 있으며, 전체 웰에 더해 공극 영역들은 탄성 중합체의 추가적인 막에 의해 덮여있다. 웰들을 충전하는 동안 웰들에서 나온 공기는 제1 소수성 막을 빠져나와 제 2 추가 막에 둘러싸인 공간을 충전한다. 이러한 공기는 열 순환 동안 웰 어레이에 걸쳐 더 균일한 열 분배를 허용하는 절연 매체(insulating medium)의 역할을 한다.
증발을 막기 위해 열 순환 동안 웰들 내용물에서 공기를 분리해야 한다. 펠티어와 광학계 사이의 분석 챔버의 클램핑은 밸브의 역할을 하여 웰들 하부와 공기 공극들 사이의 공기 경로를 차단한다. 도 26에서 용접 라인의 위치는 펠티어 유닛과 웰의 베이스 사이에 우수한 실링을 허용하는데 중요하다(해당 구역에 용접이 존재하는 경우 실링은 좋지 않음).
상기 설명을 더 명확하게하기 위해, 작동 중 광학 모듈은 웰 영역의 상부 표면을 가로 질러 실링하여, 웰들 사이의 액체 연통을 방지한다. 펠티어 모듈은 웰들 하부를 가로 질러 실링되어 웰들과 공극들 사이의 공기 연통을 방지한다. 두 경우 모두 용접 라인이 있는 구역에서 밸브 연결을 피하는 것이 선호된다.
통상의 기술자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 상술한 실시 예들에 대한 다양한 수정이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 분석 챔버(71)의 베이스를 2 개의 별개의 구성 요소, 즉 웰들이 형성되고 상대적으로 높은 열 전도성을 갖는 재료로 제조되는 제 1 구성 요소와, 상기 제 1 구성 요소를 둘러싸고 상대적으로 낮은 열 전도성을 갖는 재료로 제조되는 제 2 구성 요소로 형성하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 배열은 분석 중에 수행되는 빠른 가열 및 냉각 사이클을 지원할 수 있습니다. 선택적으로, 또는 부가적으로, 절연 트랙들(isolation tracks)이 어레이의 열 절연 정도를 제공하기 위해 웰 어레이 주위에 제공될 수 있다. 분석 챔버에 대한 또 다른 변형 실시 예에서, 각각의 웰은 상향 돌출된 립(lip) 또는 림(rim)에 의해 그 상부 개구에서 둘러싸일 수 있다. 림은 액체 및 공기 불투과성 막(a)에 접촉하는 구역들을 제공할 수 있고. 상기 막이 광학계에 가압되어 눌려질 때 제공될 수 있다. 이는 각 웰 주위의 실링 압력을 증가시킨다.
1 SNP 유전형 분석 시스템
2 베이스 유닛
3 테스트 카트리지
4 버튼
5 상부 멀티-챔버 유닛
5a-f 챔버들
6 하부 유닛
7 회전 챔버
8 방사상으로 연장하는 벽들
9 내부 공간
10 폐쇄된 상부 공간
11 원통형 벽
12 방사상으로 연장하는 구멍들
13 원형 개구
14 원통형 부재
15 상부 벽
16 원형 개구
17 원통형 벽
18 내측으로 돌출하는 립
19 경사진 기어 휠
20 플런저 헤드
21 캡처 피처
22 구성 요소(칩 모듈)
23 상부 유닛의 개방 부
24 외부 하우징
25 제 1 회전 모터
26 경사진 피니언
27 컨트롤러
28 제 2 회전 모터
29 제 1 기어 휠
30 제 2 기어 휠
31 리드 스크류
32 캡처 헤드
33 방사상으로 연장하는 개구
34 구강 면봉
35 구강 면봉 수집 단부
36 구강 면봉 핸들
37 접근 포트
50 베이스 유닛(제 2 실시 예)
51 도킹 스테이션
52 스마트 폰
53 테스트 카트리지
54 카트리지 수용 포트
55 스마트 폰
56 장치
57 도킹 격실
58 카메라
59 컨트롤러
60 장치 메모리
61 스마트 폰 메모리
62 제품 데이터 베이스
63 스마트 폰 프로세서
64 실리카 프릿
65 베이스 유닛
66 광학계
67 PCB
68 회전 스테퍼 모터
69 주입기
70 테스트 카트리지
71 분석 챔버
72 펠티어 모듈
73 스마트 폰
74 회전 챔버
75 멀티-챔버 유닛
76 상부 벽 구성 요소
77 로킹 너트
78 스프링
78a 스프링 포켓
79 챔버를 통해 유동하는 개구
80 O-링
81 액체
82 원통형 부재
83 2-방향 밸브
84 웰들의 어레이
85 웰 베이스
86 선형 액추에이터
87 중앙 구성 요소
88 캠들
89 피어싱 암들
90 트로프
91 입구 개구
92 메인 개구
93 출구 개구
94 웰 주입 개구
95 동결 건조된 입자
96 멀티 챔버 유닛의 구멍들
97 멀티 챔버 유닛에 구비되는 채널

Claims (48)

  1. DNA 또는 RNA를 포함하는 생물학적 물질의 샘플을 준비하고 상기 샘플에 대해 PCR을 수행하기 위한 시스템(1)에 있어서,
    테스트 카트리지(70)로서,
    유동 챔버를 규정하는 제 1 하우징(74), 및
    상기 제 1 하우징(74)이 적어도 부분적으로 내부에 위치되는 중앙 공간을 규정하는 제 2 하우징(75)으로서, 상기 제 1 하우징은 상기 제 2 하우징에 대해 회전 가능하고, 상기 제 2 하우징은 원주 방향으로 이격된 복수 개의 챔버들을 규정하고, 상기 챔버들 중 하나의 챔버는 샘플을 수용하기 위한 입구를 구비하고, 상기 챔버들 중 적어도 하나의 챔버는 액체 시약을 포함하고, 상기 챔버들 중 적어도 하나의 챔버는, 상기 제 2 하우징(75)으로 연결되거나 상기 제 2 하우징(75)과 일체로 형성된 분석 챔버(71)이고, 상기 분석 챔버는 상기 PCR을 수행하기 위한 분석 챔버이고, 상기 제 2 하우징의 상기 챔버들은 각각 상기 중앙 공간으로의 개구를 구비하고,
    상기 제 1 하우징은 상기 중앙 공간으로의 하나 이상의 개구(79)를 구비하여 상기 개구 또는 각각의 개구는 상기 제 1 하우징 및 상기 제 2 하우징의 상대적인 회전에 의해 상기 제 2 하우징의 챔버들로의 개구들 중 적어도 하나의 개구와 선택적으로 정렬될 수 있는, 상기 테스트 카트리지(70), 및
    베이스 유닛으로서,
    상기 제 2 하우징(75)이 상기 베이스 유닛에 대해 회전할 수 없는 한편 상기 제 1 하우징이 상기 베이스 유닛에 대해 회전할 수 있도록 상기 베이스 유닛과 상기 테스트 카트리지(70)를 도킹하기 위한 피쳐들을 규정 또는 하우징에 상기 피쳐들을 연결되게 하는 상기 하우징,
    상기 분석 챔버의 가열을 제공하기 위해 상기 분석 챔버 아래에 위치되게 배열된 히터 모듈(72),
    상기 제 2 하우징(75) 내에서 상기 제 1 하우징(74)을 회전시키기 위해 상기 제 1 하우징에 결합하기 위한 제 1 드라이버,
    상기 제 1 하우징(74)의 상기 유동 챔버를 양 및 음으로 가압하기 위한 제 2 드라이버,
    상기 챔버들 사이에서 원하는 순서로 액체들을 이동시켜, 상기 분석 챔버로 준비된 샘플을 전달함으로써, 상기 분석 챔버에 의한 분석 결과를 제공하게 하기 위해 상기 제 1 드라이버 및 상기 제 2 드라이버를 작동시키기 위한 컨트롤러, 및
    상기 분석 챔버(71)에서 생성된 시각적으로 검출 가능한 분석 결과들을 위로부터 이미징하기 위해 상기 분석 챔버 위의 위치로 슬라이딩 가능한 광학 모듈(66)
    을 포함하는, 상기 베이스 유닛
    을 포함하고,
    상기 분석 챔버(71)는, 상기 분석 챔버(71)의 주변부 주위에 고정된 플라스틱 투명 시트에 의해 커버되고, 상기 분석 챔버는, 상기 투명 시트를 통해 상기 테스트 카트리지 위에서 볼 수 있는 시각적으로 검출 가능한 분석 결과를 제공하도록 구성되고,
    상기 분석 챔버(71)는 웰들의 어레이를 포함하고, 상기 웰들의 어레이 내에서 PCR이 수행될 수 있고, 상기 웰들의 어레이 내에서 시각적인 결과들은 각각의 웰에서 하나 이상의 바이오 마커로부터 생성되고, 상기 웰들의 베이스(85)들은, 공기를 통과하게 하지만 액체에 불투과성인 물질(d)에 의해 제공되고, 분석을 위한 준비된 샘플을 수용하기 위해 상기 웰들 위에 공간을 규정하도록 상기 플라스틱 투명 시트는 상기 웰들 위에 있고,
    상기 베이스 유닛은, 상기 분석 챔버(71)의 바닥을 위 방향으로 편향시켜 수직 방향으로 움직일 수 없는 상기 광학 모듈의 바닥에 대해 상기 분석 챔버(71)의 상부를 가압하여 상기 웰들 위의 액체에 압력을 가하며 만족스러운 충전 레벨을 달성하기 위해 상기 웰들 안으로 상기 액체를 강제하기 위해 상기 히터 모듈(72)과 결합된 선형 액추에이터(86)를 더 포함하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 하우징은 폐기 액체를 수용하거나 벤팅하기 위한 적어도 하나의 빈 챔버(empty chamber)를 더 형성하는 시스템
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    샘플을 수용하기 위한 상기 입구는 면봉의 샘플 헤드를 수용하는 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 시스템은 단일 뉴클레오타이드 다형성 유전형 분석을 수행하게 되고, 상기 테스트 카트리지의 상기 챔버들은 용해 버퍼를 함유하는 챔버, 세척 액체 시약을 함유하는 챔버 및 용리 시약을 함유하는 챔버를 포함하는 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 분석 챔버(71)는, DNA 증폭을 수행하도록 구성되고 증폭을 나타내기 위한 인터페이스를 구비하는 시스템.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 분석 챔버의 분석 결과가 스마트 폰의 카메라에 의해 이미지화될 수 있도록, 상기 시스템과 상기 스마트 폰을 도킹하게 하는 피쳐들을 포함하는 시스템.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 하우징은 상기 유동 챔버 내부에 또는 상기 유동 챔버와 연통하는 다공성 막을 포함하고, 상기 다공성 막은 DNA 물질을 보유하도록 구성된 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 다공성 막은 실리카 프릿인 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 하우징은, 상기 중앙 공간으로의 2개 이상의 개구들을 포함하고, 상기 개구들 중 적어도 하나의 개구는 방해받지 않고, 상기 개구들 중 다른 하나의 개구는 상기 다공성 막에 의해 방해받는 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    방해받거나 방해받지 않은 상기 개구들 중 하나가 상기 제 2 하우징의 상기 챔버들로의 개구들 중 하나와 정렬될 때, 방해받거나 방해받지 않은 상기 개구들 중 다른 하나는 정렬되지 않는 시스템.
  11. DNA 또는 RNA를 포함하는 생물학적 물질의 샘플을 분석하기 위한 모듈(71)에 있어서,
    베이스 부재로서,
    상기 생물학적 물질의 상기 샘플 또는 상기 생물학적 물질의 상기 샘플로부터 유도된 성분을 포함하는 액체를 수용하기 위한 입구, 및
    웰들의 어레이로서, 상기 웰들의 어레이 내에서 PCR이 수행될 수 있고, 상기 웰들의 어레이 내에서 시각적 결과들은 각각의 웰에서 하나 이상의 바이오 마커들로부터 생성되고, 상기 웰들의 베이스(85)들은 공기를 통과하게 하지만 액체에 불투과성인 물질(d)에 의해 제공되는, 상기 웰들의 어레이
    를 규정하는 상기 베이스 부재, 및
    상기 베이스 부재의 주변부 주위에 고정된 플라스틱 투명 시트로서, 상기 액체를 수용하기 위해 상기 웰들 위에 공간을 규정하도록 상기 플라스틱 투명 시트는 상기 웰들 위에 있는, 상기 플라스틱 투명 시트
    를 포함하는 모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 웰들의 바닥들과 정렬된 위치들에서 소수성 막에 고정된 하나 이상의 바이오 마커들을 포함하는 모듈.
  13. 생물학적 물질의 샘플을 분석하기 위한 테스트 카트리지에 있어서,
    상기 테스트 카트리지는, 제 11 항 또는 제 12 항에 기재된 모듈을 포함하거나 상기 모듈을 수용하도록 구성되고,
    상기 테스트 카트리지는 복수 개의 챔버들 및 중앙 공간을 규정하는 외부 하우징, 및 내부 공간에 위치되고 유동 챔버를 규정하는 내부 하우징을 포함하고, 상기 내부 하우징은 상기 외부 하우징 내에서 회전 가능한 테스트 카트리지.
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