KR102407905B1 - 미세유체 검출 시스템 및 미세유체 카트리지 - Google Patents

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랄스 뷔 닐센
마틴 헬러
올레 크링
올가 올디그
벤트 오버비
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Abstract

본 발명은 미세유체 카트리지 및 검출기 어셈블리를 포함한 미세유체 검출 시스템에 관한 것이다. 상기 미세유체 카트리지는 제 1 및 제 2 측면 및 적어도 하나의 유동 채널 및 액체 샘플을 공급하기 위한 상기 유동 채널(들)로의 유입구를 포함하며, 상기 유동 채널(들)은 복수의 제 1 광학 검출 사이트들을 포함한다. 상기 검출기 어셈블리는 상기 미세유체 카트리지를 삽입하기 위한 슬롯 및 빔 경로를 가진 제 1 고정 광원 및 상기 제 1 광학 검출 사이트(들) 중 적어도 하나로부터 광학 신호들을 독출하기 위한 광학 판독기를 포함한다. 상기 검출기 어셈블리 및 상기 미세유체 카트리지는 상기 미세유체 카트리지가 상기 슬롯으로의 제 1 미리 결정된 위치로 삽입될 때, 상기 미세유체 카트리지의 제 1 광학 검출 사이트들 중 하나가 제 1 광원의 빔 경로에 위치되며, 상기 카트리지가 상기 슬롯으로의 제 2 미리 결정된 위치로 삽입될 때, 상기 미세유체 카트리지의 제 1 광학 검출 사이트들 중 다른 하나가 제 1 광원의 빔 경로에 위치되도록 구성된다.

Description

미세유체 검출 시스템 및 미세유체 카트리지{A MICROFLUIDIC DETECTION SYSTEM AND A MICROFLUIDIC CARTRIDGE}
본 발명은 샘플의 광학 검정들을 수행하기에 적합한 미세유체 검출 시스템 및 이러한 미세유체 검출 시스템에 적합한 미세유체 카트리지에 관한 것이다.
미세유체 검출 시스템들 및 이러한 시스템들의 미세유체 카트리지들이 이 기술분야에 잘 알려져 있다. 이러한 미세유체 검출 시스템은 보통 검출기 어셈블리 및 적어도 하나의 미세유체 카트리지를 포함하며, 여기에서 미세유체 카트리지는 샘플, 예로서 미세유체 카트리지의 유동 채널에서의 액체 샘플을 유지하기 위해 형성된다. 미세유체 카트리지는 광학 분석들을 위해 검출기 어셈블리의 슬롯으로 삽입될 수 있다. 이러한 미세유체 검출 시스템들은 일반적으로 매우 빠르게 및 비교적 낮은 비용으로 액체들의 분석을 수행하기 위해 사용된다. 종종 이러한 미세유체 검출 시스템들은 높은 스루풋 분석을 위해 사용된다. 의사에게 또는 심지어 환자의 집에서 수행될 수 있는 표준 분석들의 개발로 인해, 미세유체 검출 시스템을 위한 일반적인 비용이 비교적 낮도록 요구된다.
많은 표준 분석은 샘플이 상이한 파장들을 가진 광학 광원들을 사용하여 여러 개의 테스트들을 겪어야 함을 요구한다.
US 3,910,701호는 테스트 조각으로 광 방출들을 향하게 하도록 배열된 복수의 발광 다이오드들(LED들)을 가진 광 반사, 흡수 및/또는 투과를 측정하기 위한 장치를 개시하며, 상기 다양한 다이오드들은 상이한 파장들의 광을 방출하기 위해 선택되며, 적어도 하나의 광-반응성 센서는 테스트 조각에 의해 반사되고 및/또는 투과되며 발광 다이오드들의 각각에서 비롯된 광을 수용하도록 배치된다. 전기 구동 회로 수단은 상이한 파장들의 복수의 LED들을 교번하여 또는 순차적으로 활성화시키기 위해 제공되며, 따라서 센서에 의해 수용된 반사 또는 투과된 광은 각각의 LED들의 다양한 파장들의 함수이다. 복수의 LED 소스들 및 광 반응성 센서는 카메라 렌즈와 유사한 크기 및 형태의, 독립 모듈 내에 장착되며, 모듈은 기구를 위한 휴대용 하우징에 떼어낼 수 있게 연결된다. 이러한 방식으로, 다수의 상이한 소스 모듈들이 간단히 모듈을 이동시킴으로써 각각의 검출 사이트를 위해 제공될 수 있다.
US 7,791,728호는 복수의 선택 가능한 단일-파장 광원들을 가진 광원을 포함하는 물질을 광학적으로 분석하기 위한 미세유체 분석 시스템, 광원에 광학적으로 결합된 물질 프리젠테이션 부재, 및 상기 물질 프리젠테이션 부재와 연관된 광학 검출 시스템을 개시한다. 상기 광원 및 파장 선택 시스템은 그것에 결합된 복수의 단일-파장 광원들을 가진 광 발생 캐러셀을 포함한다. 상기 캐러셀은 테스트를 위한 원하는 단일-파장 광원의 위치를 위해 회전될 수 있다. 상기 미세유체 분석 시스템은 발광 다이오드들(LED들) 또는 레이저들과 같은 다수의 단일-파장 광원들을 가진 다중-파장 선택기 구조의 사용으로 인해 밀리미터 또는 마이크로리터 규모 볼륨의 유체에 대한 광학 분석을 완료하기에 적합하다.
본 발명의 목적은 매우 빠르고 간단한 방식으로 복수의 분석을 수행하기 위해 적용될 수 있는 미세유체 검출 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 비교적 낮은 비용으로 매우 높은 정확도의 분석을 수행하기 위해 적용될 수 있는 미세유체 검출 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은 안정되며 긴 내구성을 가진 미세유체 검출 시스템을 제공하는 것이다.
실시예에서, 본 발명의 목적은 복수의 상이한 검정들을 수행하기에 적합하며 미세유체 카트리지가 유리하게는 미세유체 검출 시스템의 부분으로서 적용될 수 있는 미세유체 카트리지를 제공하는 것이다.
실시예에서, 그것은 체액들의 샘플들과 같은, 매우 작은 액체 샘플들에 대한 분석을 수행하기 위해 적용될 수 있는 미세유체 검출 시스템을 제공하는 것이며, 여기에서 상기 미세유체 검출 시스템은 동시에 미세유체 검출 시스템의 비용이 비교적 낮으면서 상이한 파장들의 광 빔들의 사용을 수반한 복수의 상이한 검정들을 위해 적용될 수 있다.
이들 및 다른 목적들은 청구항들에서 정의되는 바와 같이 및 이하에서 여기에서 설명되는 바와 같이 본 발명에 의해 해결되었다.
본 발명 및 그것의 실시예들은 다음의 설명으로부터 숙련자에게 명백할 다수의 부가적인 이점들을 가진다는 것이 발견되었다.
본 발명의 미세유체 검출 시스템은 매우 광범위한 상이한 분석에서 적용될 수 있으며 단지 작은 양들의 액체 샘플만이 각각의 분석을 위해 요구되는 매우 소형의 시스템이다. 테스트는 매우 빠른 방식으로 수행될 수 있으며, 따라서 상기 미세유체 검출 시스템은 높은 스루풋 분석을 위해 적용될 수 있다.
용어들 "테스트" 및 "분석"은 상호 교환 가능하게 사용된다.
본 발명의 상기 미세유체 검출 시스템은 미세유체 카트리지 및 검출기 어셈블리를 포함한다.
상기 미세유체 카트리지는 원칙적으로 광학 독출에 적합한 임의의 미세유체 카트리지일 수 있다. 상기 미세유체 카트리지는 제 1 및 제 2 측면 및 적어도 하나의 유동 채널 및 액체 샘플을 공급하기 위한 하나 이상의 유동 채널들로의 적어도 하나의 유입구를 포함한다. 상기 유동 채널 또는 유동 채널들은 복수의 제 1 광학 검출 사이트들을 포함한다.
적절한 미세유체 카트리지들의 예는 예를 들면 복수의 검출 사이트들을 갖기 위해 선택적으로 수정된 WO13189502, US2011045492, US2009317793 또는 US2007286774에서 설명된 이들 미세유체 카트리지들이다. 추가의 선호된 미세유체 카트리지들이 이하에서 설명된다.
검출기 어셈블리는 상기 미세유체 카트리지를 삽입하기 위한 슬롯 및 빔 경로를 가진 제 1 고정 광원 및 상기 제 1 광학 검출 사이트로부터 광학 신호들을 독출하기 위한 광학 판독기를 포함한다. 상기 검출기의 슬롯은 상기 미세유체 카트리지가 상기 슬롯으로 삽입될 때, 상기 미세유체 카트리지의 제 1 광학 검출 사이트들 중 적어도 하나가 상기 제 1 광원의 빔 경로에 위치되도록 형성된다. 실시예에서 상기 제 1 광원은 상이한 파장들을 가진 복수의 상이한 광 빔들을 방출하기 위해 구성된 다중컬러 발광 다이오드(LED) 및 상기 복수의 상이한 광 빔들을 스위칭 온 및 오프하기 위한 회로를 포함한다. 유리하게는 상이한 광 빔들은 바람직하게는 좁은 스펙트럼 폭을 가진다. 이것은 이하에서 추가로 논의될 것이다.
용어 "고정 광원"은 검출기 어셈블리 내에서의 하나의 물리적 위치에서만 동작 가능한 광원을 의미한다. 사용 시 상기 고정 광원은 이러한 단일의 동작 가능한 위치에 있다. 상기 광원은 유리하게는 고장나거나 또는 다른 이유들로 동작 가능하지 않은 광원을 분리함으로써 동작 가능하지 않을 때 교체 광원으로 교체될 수 있다.
광원이 고정 광원이며 이동 가능한 광원이 아니라는 사실은 미세유체 검출 시스템이 종래 기술의 미세유체 검출 시스템들에 비교하여 매우 안정되고 및/또는 강력한 동시에 매우 소형이게 한다.
용어 "빔 경로"는 광의 경로를 의미한다. 빔 경로는 예로서, 하나 이상의 렌즈들 또는 미러들 또는 다른 광학 구성요소들에 의해 조작될 수 있다. 유리하게는 빔 경로의 적어도 일부는 LED 및 빔 경로에 위치된 광학 검출 사이트 사이에서의 자유 공간에 있다.
실시예에서 LED는 부가적인 광학 요소(들)의 사용 없이, 즉 하나 이상의 빔 경로들에 배열된 임의의 광학 구성요소들 없이 상기 제 1 검출 사이트들 중 하나를 직접 조명하도록 배열된다.
용어 "광학 검출 사이트"는 투명 윈도우를 가지며 상기 투명 윈도우를 통해 광학 분석을 겪은 샘플 부분을 포함하거나 또는 이를 포함하도록 구성된 미세유체 카트리지의 하나 이상의 유동 채널들 중 하나의 부분을 의미한다. 광학 검출 사이트는 유리하게는, 적어도 하나의 유동 채널의 섹션의 형태에서의 적어도 하나의 유동 채널 및/또는 바람직하게는 적어도 하나의 유동 채널 중 적어도 하나에 유체 연결한 챔버의 비교적 작은 부분이다.
광학 검출 사이트는 광 빔들에 의해 조사되며 그로부터 신호들이 광학 판독기로 향해지는 사이트로서 결정될 수 있다.
용어 "광학 검출 사이트"는 제 1 광학 검출 사이트의 적어도 하나일 수 있다.
단수형으로 사용된 용어 "광학 검출 사이트"는 또한, 달리 특정되지 않는다면, 복수의 형태의 "광학 검출 사이트들"을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
용어 "제 1 광학 검출 사이트"는 제 1 고정 광원으로부터 조명될 광학 검출 사이트(들)를 나타내는 것으로 의도된다.
용어 "광 빔"은 여기에서 Led로부터 방출된 광의 지향성 투사를 의미하기 위해 사용된다. 광 빔들은 연속적이지 않지만 원하는 분석을 수행하기에 충분한 원하는 지속 기간을 가질 수 있다. 적절한 지속 기간은 약 1 ms에서 약 5 초들까지와 같은, 예로서 10초들까지일 수 있다.
용어 "광선들"은 광 빔의 부분을 나타내기 위해 사용되며, 즉 광 빔은 복수의 레이(ray)들을 포함한다.
검출기 어셈블리에서 슬롯은 미세유체 카트리지에 적응된다. 일반적으로 상기 미세유체 검출 시스템은 번갈아 적어도 하나의 분석을 수행하기 위해 검출기 어셈블리로 삽입될 수 있는 복수의 미세유체 카트리지들을 포함할 것이다.
검출기 어셈블리에서의 슬롯은 실시예에서 상이한 형태들 및/또는 크기들의 미세유체 카트리지들에 적응될 수 있다.
실시예에서, 상기 검출기 어셈블리의 슬롯 및 미세유체 카트리지는 상기 미세유체 카트리지가 슬롯으로 완전히 삽입될 때, 상기 미세유체 카트리지의 제 1 검출 사이트들 중 적어도 하나가 상기 제 1 광원의 빔 경로에 위치되도록 구성된다. 그에 의해, 상기 미세유체 카트리지를 삽입하며 상기 검출기 어셈블리 내에 광학 검출 사이트를 정확하게 배치하는 것은 간단하다.
상기 검출기 어셈블리의 슬롯 및 상기 미세유체 카트리지는 상기 미세유체 카트리지가 상기 슬롯으로의 미리 결정된 위치로 삽입될 때, 상기 미세유체 카트리지의 제 1 검출 사이트들 중 적어도 하나가 상기 제 1 광원의 빔 경로에 위치되도록 구성된다. 상기 미세유체 카트리지는 완전히 삽입될 필요는 없다. 상기 슬롯으로의 상기 미세유체 카트리지의 미리 결정된 위치는 일시적으로 고정된 위치에 미세유체 카트리지를 유지하는 클릭 배열에 의해 결정된다. 그에 의해 상기 미세유체 카트리지는 번갈아 광원, 예로서 동일한 광원의 빔 경로에 있도록 검출기 어셈블리 내에 위치될 수 있는 여러 개의 광학 검출 사이트들을 가질 수 있다.
이러한 클릭 배열들은 잘 알려져 있으며 검출기 어셈블리에 미세유체 카트리지를 배치하기 위한 곳으로 맞물리거나 또는 스냅핑하는 선택된 위치들에 미세유체 카트리지 및/또는 검출기 어셈블리 상에서의 돌출 플랜지들 및/또는 공동들을 포함할 수 있다.
실시예에서, 검출기 어셈블리는 하나 이상의 원하는 위치들에 미세유체 카트리지를 배치하도록 배열된다. 미세유체 카트리지들의 이러한 자동 또는 반-자동 핸들링이 다른 종래 기술의 시스템들에서 잘 알려져 있다.
광학 검출 사이트는 적어도 두 개의 상이한 광 빔들을 위한 투명 윈도우를 가진다. 상기 투명 윈도우는 예를 들면 적어도 하나의 유동 채널의 투명한 벽 섹션의 형태에 있다.
미세유체 카트리지는 유리하게는 적어도 부분적으로 투명 유리 또는 폴리머일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 미세유체 카트리지는 적어도 광학 검출 사이트에서 투명하고 그에 의해 유동 채널 또는 유동 채널들을 형성하는 포일에 의해 커버되는 하나 이상의 채널 형상 공동들을 가진 폴리머 기판을 포함한다.
실시예에서 카트리지는 광학 검출 사이트에 또는 그것에 인접하여 배열된 하나 이상의 통합 렌즈들 및/또는 미러들을 포함한다. 하나 이상의 통합 렌즈들 및/또는 미러들은 빔들을 광학 검출 사이트로 향하게 하고 및/또는 집중시키도록 동작할 수 있다.
하나 이상의 통합 렌즈들 및/또는 미러들 및/또는 다른 광학 구성요소들은 빔들을 유도하기 위해, 빔들을 지향시키기 위해, 빔들을 한정하기 위해, 빔들을 집중시키기 위해 및/또는 빔들을 평행하게 하거나 또는 다른 방식들로 빔들을 조작하기 위해 미세유체 검출 시스템에서의 임의의 원하는 위치에 배열될 수 있다.
제 1 검출 사이트들 중 적어도 하나는 광학 검출 사이트로부터 광학 신호들을 독출하기 위한 투명 윈도우를 가진다. 실시예에서 제 1 검출 사이트들 중 적어도 하나는 적어도 두 개의 상이한 광 빔들을 위한 및 광학 신호들을 독출하기 위한 투명 윈도우를 가진다.
이하에서 추가로 상세히 설명되는 바와 같이, 공동들 및/또는 채널들 및 기판을 위한 커버 및 선택적으로 전기 송신 라인들, 애노드들, 캐소드들 및/또는 다른 구성요소들과 같은 다른 요소들을 가진 기판으로부터 미세유체 카트리지를 제공하는 것이 유리할 수 있으며, 여기에서 기판 및 커버 중 적어도 하나는 투명 재료로 이루어지고, 그에 의해 투명 윈도우를 제공한다.
실시예에서, LED 및 광학 판독기는 카트리지가 검출기 어셈블리의 슬롯으로 삽입될 때 미세유체 카트리지의 반대 측면들 상에 위치된다. 상기 LED는 광학 검출 사이트로 빔들을 향하게 하도록 배열되며 광학 판독기는 흡수되지 않은 또는 반사된 광, 즉 광학 검출 사이트를 통과하는 광의 형태로 신호들을 판독하도록 배열된다. 이러한 배열에서 광학 판독기는 또한 여기된 형광단들로부터 광을 방출한 신호들을 판독하도록 배열될 수 있다.
바람직하게는 LED 및 광학 판독기는 카트리지가 검출기 어셈블리의 슬롯으로 삽입될 때 미세유체 카트리지의 동일한 측면 상에 위치된다. 상기 LED는 광학 검출 사이트로 빔들을 향하게 하도록 배열되며 상기 광학 판독기는 반사된 광 신호들의 형태에서의 신호들 또는 여기된 형광체들로부터의 광을 방출한 신호들을 판독하도록 배열된다.
실시예에서, 광학 판독기는 내부 전반사의 임계각을 초과하는 광의 형태로 신호들을 수집하기 위해 배치된다. 이러한 구성은 결정될 타겟이 형광체들로 마킹되는 초임계각 형광(supercritical angle fluorescence; SAF) 검정들을 수행하기 위해 특히 유리하다. SAF를 사용함으로써, 매우 높은 분해능이 간단하며 효과적인 방식으로 획득될 수 있다. SAF 방법들은 종래 기술에서 사전에, Thomas Ruckstuhl 및 Dorinel Verdes에 의한 "초임계각 형광(SAF) 현미경 검사"(Optics Express, Vol. 12, Issue 18, 페이지 4246-4254 (2004))에서 설명된 바와 같은 간단한 현미경 검사에서 사용되어 왔다. 이들 SAF 구조들 및 방법들은 간단한 방식으로 본 발명의 미세유체 검출 시스템에서 적용되도록 수정될 수 있다.
상기 SAF 방법 및 구조는 면역 검정들을 수행하는데 특히 유용하다.
실시예에서, 광학 판독기는 카트리지가 검출기 어셈블리의 슬롯으로 삽입될 때 제 1 검출 사이트들 중 적어도 하나에서의 액체 샘플로부터 적어도 하나의 흡수 속성을 독출하기 위해 배열된다.
실시예에서 광학 판독기는 카트리지가 검출기 어셈블리의 슬롯으로 삽입될 때 제 1 검출 사이트들 중 적어도 하나에서 액체 샘플로부터 적어도 하나의 반사 속성을 독출하기 위해 배열된다.
실시예에서, 상기 광학 판독기는 상기 카트리지가 상기 검출기 어셈블리의 슬롯으로 삽입될 때 제 1 검출 사이트들 중 적어도 하나에서의 액체 샘플로부터 적어도 하나의 방출 속성을 독출하기 위해 배열된다.
상기 광학 판독기는 원칙적으로 논의가 되고 있는 파장을 감지할 수 있는, 즉 광학 검출 사이트로부터 획득되는 것으로, 예로서 방출되거나 또는 반사되거나 또는 상기 광학 검출 사이트를 통과하는 것으로 예상되는 파장을 가진 광선들을 감지할 수 있는 임의의 종류의 광 검출기일 수 있다.
유리하게는 광학 판독기는 다수의 파장 판독기이다.
실시예에서 판독기는 포토다이오드 어레이 및/또는 광전 증배관 튜브들을 포함한다. 적절한 검출기들은 예로서, 미국 브릿지워터에 소재하는, Hamamatsu Cooperation으로부터 또는 미국 새너제이에 소재하는, Atmel Corporation으로부터 획득될 수 있다.
실시예에서, 광학 판독기는 바람직하게는 전하-결합 디바이스(CCD) 판독기의 형태에서의, 디지털 영상 판독기이다.
유리하게는 CCD 판독기는 3CCD 판독기 또는 컬러 필터 모자이크 CCD 판독기와 같은, 컬러 판독기이다.
3CCD 판독기는 이미지를 적색, 녹색 및 청색 구성요소들로 분리하는 2색성 빔 분리기 프리즘을 포함한 CCD 판독기이다.
컬러 필터 모자이크 CCD 판독기는 베이어(Bayer) 마스크, RGBW 마스크(적색, 녹색, 청색, 백색 필터 어레이), 또는 CYGM 마스크(청록색, 황색, 녹색, 자홍색 필터 어레이)와 같은 컬러 필터를 포함한 CCD 판독기이다.
유리하게는 광학 판독기는 분광계이며, 상기 분광계는 바람직하게는 적어도 두 개의 상이한 광 빔들을 포함한 대역 폭을 갖고 동작하도록 구성된다.
분광계는 또한 종종 분광기로 불리우며 특정 대역 폭에 걸친 광의 강도 또는 편광과 같은, 속성들을 측정하기 위해 사용된다.
바람직하게는 분광계는 가시 광을 포함한 대역 폭에 걸친 광의 강도들을 결정하도록 구성된다.
실시예에서 분광계는 적어도 두 개의 상이한 광 빔들을 포함한 대역 폭에 걸쳐 광의 강도들을 결정하도록 구성된다.
실시예에서 상기 분광계는 적어도 약 20 nm의 대역 폭에 걸쳐, 바람직하게는 800 nm까지와 같은, 적어도, 적어도 약 100 nm의 대역 폭에 걸쳐 광의 강도들을 결정하도록 구성된다. 실시예에서 상기 분광계는 약 5에서 약 1 nm까지와 같은, 약 0.5에서 약 20 nm까지의 스펙트럼 분해능을 가진다.
실시예에서, 상기 광학 판독기는 광학 검출 사이트로부터의 광선들을 수용하도록 배열된 복수의 광 파이버들을 포함한 파이버-옵틱 분광계이다. 상기 파이버-옵틱 분광계는 예를 들면 각각의 파이버들이 그것의 일 단부에서 묶이며 상기 광학 검출 사이트로부터 광선들을 수집하도록 배열되고 파이버들의 또 다른 단부에서 파이버 번들이 둘 이상의 단일 파이버들 또는 파이버들의 서브-번들들로 분리되도록 배열될 수 있고, 각각의 제 2-단부 단일 파이버 또는 서브-번들은 각각의 사전 선택된 파장 범위들 내에서 광의 분석을 위해 분광계에 연결된다.
상기 분광계는 CCD 판독기를 포함할 수 있다.
실시예에서, 제 1 광원의 회로는 서로 독립적으로 복수의 상이한 광 빔들을 스위칭 온 및 오프하기 위해 구성되며, 바람직하게는 상기 검출기 어셈블리는 제 1 광원의 회로를 제어하도록 프로그램된다.
LED는 유리하게는 한 번에 단지 하나의 광 빔이 방출되도록 및 복수의 상이한 광 빔들이 번갈아 스위칭 온 및 오프될 수 있도록 구성된다. 각각의 광 빔들의 지속 기간은 동일하거나 또는 상이할 수 있으며 유리하게는 지속 기간은 10초까지와 같은 수 초들이다.
실시예에서 검출기 어셈블리는 미리 결정된 패턴으로, 복수의 상이한 광 빔들을 한번에 스위칭 온 및 오프하도록 프로그램되며, 상기 미리 결정된 패턴은 유리하게는 수행될 검출 검정에 의존하여 선택된다.
실시예에서 검출기 어셈블리는 한 번에 LED의 상이한 광 빔들 중 단지 하나만이 스위칭 온되도록 복수의 상이한 광 빔들을 스위칭 온 및 오프하도록 프로그램된다.
실시예에서, 상기 복수의 상이한 광 빔들은 2에서 5개까지의 상이한 광 빔들과 같은, 적어도 두 개의 상이한 광 빔들을 포함한다.
일반적으로 광 빔들 각각은 바람직하게는 100 nm 이하의, 좁은 스펙트럼 폭을 갖는 것이 요구된다. 바람직하게는 서로가 독립적인 상이한 광 빔들은 약 50 nm까지의 스펙트럼 폭을 가진다. 이러한 좁은 스펙트럼 폭을 가진 광 빔들을 사용함으로써, 미세유체 검출 시스템은 농도들이 매우 작거나 또는 매우 크며 더욱이 결정이 질적 및 양적 모두일 수 있는 경우에도 상이한 구성요소들 및/또는 높은 분해능을 가진 상이한 형광체들로 표시된 구성요소들을 검출하기 위해 적용될 수 있다.
용어 '대역폭'은 여기에서 '파장 대역폭'을 의미하기 위해 사용된다.
용어 '스펙트럼 폭'은 여기에서 광원으로부터 방출되며 최대 전력 레벨의 절반과 같은 전력 레벨에서 중심 파장을 둘러싸는 광 빔의 파장들의 범위를 의미하기 위해 사용된다.
실시예에서 서로 독립적으로 다중컬러-LED의 복수의 상이한 광 빔들의 각각은 약 25 nm까지의 스펙트럼 폭을 가진다.
실시예에서 서로 독립적으로 다중컬러-LED의 복수의 상이한 광 빔들의 각각은 약 5 nm까지의 스펙트럼 폭을 가진다.
실시예에서 서로 독립적으로 다중컬러-LED의 복수의 상이한 광 빔들의 각각은 약 2 nm까지의 스펙트럼 폭을 가진다.
유리하게는 다중컬러-LED의 복수의 상이한 광 빔들은 단색 광 빔들이다.
원칙적으로 다중컬러-LED는 바람직하게는 분석될 타겟에 적응된, 임의의 중심 파장 및/또는 피크 파장을 가진 광 빔을 포함할 수 있다.
각각의 광 빔들의 중심 파장 및 피크 파장은 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 선택적 분석을 위해, 미세유체 검출 시스템은 시스템 에러들을 배제하기 위해 또는 드리프트 또는 온도 변화들을 고려하기 위해 검정을 수행하기 이전에 교정될 수 있다.
실시예에서 다중컬러-LED의 복수의 상이한 광 빔들은 약 575 nm 내지 약 625 nm의 중심 파장을 가진 광 빔을 포함한다.
실시예에서, 다중컬러-LED의 복수의 상이한 광 빔들은 약 425 nm 내지 약 475 nm, 바람직하게는 약 450 nm의 중심 파장을 가진 광 빔을 포함한다.
실시예에서, 다중컬러-LED의 복수의 상이한 광 빔들은 적색 광 빔 및 청색 광 빔을 포함한다.
실시예에서 다중컬러-LED는 다음의 광 빔들을 포함한다.
적색: 610<λ760.
오렌지색: 590<λ610.
황색: 570<λ<590.
녹색: 500<λ<570.
청색: 450<λ<500.
실시예에서, 다중컬러-LED의 복수의 상이한 광 빔들은 적색, 오렌지색, 황색, 녹색 또는 청색 광 빔들로부터 선택된, 적어도 3개의 단색 광 빔들을 포함한다.
적절한 다중컬러-LED들의 예들은 Marubeni America Corporation, http://tech-led.com/LED die bare chips. shtml에 의해 판매된 이색 LED들(2개 칩들) 및 다중-컬러 LED들(다수의 칩들)이다.
다중컬러-LED는 유리하게는 예로서, 통합 증폭기를 포함함으로써 또는 별개의 증폭기 또는 증폭 구조에 의해 증폭된다.
실시예에서, LED로부터의 빔들은 바람직하게는 제 1 검출 사이트들 중 적어도 하나에서의 스팟 크기가 원하는 좁은 스팟 크기 및 원하는 높은 강도를 갖도록 스팟 크기를 협소화하기 위해 빔 경로를 따라 한정된다.
유리하게는, 미세유체 카트리지는 복수의 광학 검출 사이트들을 가진다.
실시예에서, 미세유체 카트리지의 유동 채널 또는 유동 채널들은 복수의 제 1 광학 검출 사이트들을 포함하고, 상기 검출기 어셈블리 및 상기 미세유체 카트리지는 상기 미세유체 카트리지가 상기 슬롯으로의 제 1 미리 결정된 위치에 삽입될 때, 상기 미세유체 카트리지의 제 1 광학 검출 사이트들 중 하나가 상기 제 1 광원의 빔 경로에 위치되며, 상기 카트리지가 상기 슬롯으로의 제 2 미리 결정된 위치에 삽입될 때 상기 미세유체 카트리지의 제 1 광학 검출 사이트들 중 또 다른 것이 상기 제 1 광원의 빔 경로에 위치되도록 구성되고, 여기에서 상기 슬롯으로의 상기 미세유체 카트리지의 제 1 및 제 2 미리 결정된 위치들의 각각은 바람직하게는 일시적으로 고정된 위치에 상기 미세유체 카트리지를 유지하는 클릭 배열에 의해 결정된다.
상기 클릭 배열은 상기 설명된 바와 같을 수 있다.
유리하게는 상기 미세유체 검출 시스템은 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있는 복수의 고정 광원들을 포함한다.
본 발명에 따른 상기 미세유체 검출 시스템은 또한 일 실시예를 포함하고, 이 실시에예서 상기 미세유체 카트리지의 유동 채널 또는 유동 채널들은 적어도 제 2 광학 검출 사이트를 포함하며, 상기 검출기 어셈블리는 빔 경로를 가진 적어도 제 2 고정 광원을 포함하고, 상기 검출기의 슬롯은 상기 미세유체 카트리지가 상기 슬롯으로 삽입될 때, 상기 미세유체 카트리지의 상기 제 2 광학 검출 사이트가 상기 제 2 광원의 빔 경로에 위치되도록 형성되고, 상기 제 2 광원은 바람직하게는 상이한 파장들을 가진 복수의 상이한 광 빔들을 방출하기 위해 구성된 다중컬러 발광 다이오드(LED) 및 상기 복수의 상이한 광 빔들을 스위칭 온 및 오프하기 위한 회로를 포함한다.
유리하게는, 상기 제 1 광학 검출 사이트(들)로부터의 신호를 판독하기 위해 배열되는 광학 판독기는 상기 제 2 광학 검출 사이트(들)로부터의 광학 신호들을 독출하기 위해 구성된다.
상기 용어들("~하기 위해 배열되는" 및 "~ 하기 위해 구성되는")은 상호 교환 가능하게 사용된다.
실시예에서, 상기 검출기 어셈블리는 상기 제 2 광학 검출 사이트(들)로부터 광학 신호들을 독출하기 위해 구성되는 제 2 광학 판독기를 포함한다.
유리하게는, 상기 미세유체 카트리지의 유동 채널 또는 유동 채널들은 복수의 부가적인 광학 검출 사이트들을 포함하며, 상기 검출기 어셈블리는 각각의 빔 경로들을 가진 복수의 부가적인 고정 광원들을 포함한다. 상기 검출기의 슬롯은 상기 미세유체 카트리지가 상기 슬롯으로 삽입될 때, 상기 미세유체 카트리지의 상기 복수의 부가적인 광학 검출 사이트들이 상기 복수의 부가적인 광원들의 각각의 빔 경로들에 위치되도록 형성된다. 상기 복수의 부가적인 광원들의 각각은 바람직하게는 상이한 파장들을 가진 복수의 상이한 광 빔들을 방출하기 위해 구성된 다중컬러 발광 다이오드(LED) 및 상기 복수의 상이한 광 빔들을 스위칭 온 및 오프하기 위한 회로를 포함한다. 그에 의해 복수의 검정들이 동시에 수행될 수 있다.
상기 검출기 어셈블리는 상기 복수의 광학 검출 사이트들로부터 신호들을 판독하기 위해 하나 또는 복수의 동일한 또는 상이한 판독기들을 포함할 수 있다.
예로서, 입사 광으로 인한, 상이한 LED들로부터 방출된 광 빔들 사이에서 또는 상이한 광 검출 사이트들로부터의 신호들 사이에서의 크로스 토크의 위험을 회피하거나 또는 감소시키기 위해, 상기 미세유체 검출 시스템은 유리하게는 광 가이드들을 포함할 수 있다. 상기 광 가이드는 바람직하게는 광 빔 및/또는 신호들을 한정하도록 배열될 수 있다. 선택적으로, 미세유체 검출 시스템은 상기 광 빔들을 추가로 유도하기 위한 평행화 구성요소들을 포함할 수 있다. 렌즈들 및 미러들은 실시예에서 광을 집중시키고 및/또는 지향시키기 위해 적용될 수 있다.
실시예에서 상기 검출기 어셈블리는 각각의 고정된 광원들로부터의 빔들이 광을 둘 이상의 검출 사이트들로 동시에 송신하는 것을 방지하기 위해 고정 광원들 중 하나 이상을 위한 광 터널을 포함한다. 바람직하게는 상기 광 터널은 고정 광원으로부터 광원의 빔 경로에 배열되지 않은 검출 사이트로 입사 광의 송신을 회피하도록 구조화된다.
실시예에서, 미세유체 카트리지의 유동 채널 또는 유동 채널들은 복수의 상이한 검정들을 수행하기 위해 구성된 복수의 검출 사이트들을 포함한다. 검출 사이트들은 예로서, 이하에서 설명된 바와 같은 임의의 유형의 검출 사이트들을 포함할 수 있다.
복수의 검출 사이트들은 유리하게는 적어도 하나의 전기적 검출 사이트를 포함할 수 있다. 전기적 검출 사이트는 전극들을 통해 전기 신호를 독출하기 위해 구성된 유동 채널(들)에서의 사이트이다. 그러므로 전기적 검출 사이트는 투명할 필요가 없다.
상기 전기적 검출 사이트는 전기적 검출 사이트에서 전기화학 검출을 수행하기 위해 배열된 전극들을 포함한다. 상기 전극들은 미세유체 카트리지 연결 패드들에 연결된 전기 와이어들을 포함한다.
상기 전기 와이어들은 인쇄된 금속 라인들과 같은, 임의의 유형의 전기 송신 라인들의 형태일 수 있다. 다른 선호들이 이하에서 설명된다.
상기 미세유체 카트리지의 연결 패드들은 독출된 전기 접촉을 검출기 어셈블리에 제공하기 위해 구성된다.
상기 검출기 어셈블리는 상기 연결 패드들을 통해 전기적 검출 사이트(들) 밖으로 전기 신호들을 독출하기 위해 적어도 하나의 전기 판독기를 포함한다.
실시예에서, 상기 전기 판독기는 상기 미세유체 카트리지가 상기 슬롯으로 삽입될 때, 상기 미세유체 카트리지 연결 패드들이 전압계 연결 패드들과 전기 연결하도록 슬릿에 배열된 전압계 연결 패드들에 전기적으로 연결된 전압계를 포함한다. 그에 의해, 상기 미세유체 카트리지는 간단한 방식으로, 예로서 상기 설명된 클릭 배열을 추가로 이용하여, 검출기 어셈블리에 대해 정확하게 위치될 수 있다.
유리하게는, 상기 검출기 어셈블리는 디스플레이 및/또는 프린터 및 프로세서와 같은 적어도 하나의 출력 인터페이스를 추가로 포함한다. 상기 프로세서는 임의의 종류의 프로세서, 바람직하게는 검출기 어셈블리로 통합되는 프로그램 가능한 컴퓨터일 수 있다. 실시예에서, 상기 검출기 어셈블리는 와이어를 통해 또는 무선 연결을 통해 컴퓨터에 연결된다.
상기 검출기 어셈블리는 예를 들면, 환자를 식별함으로써, 예를 들면, 환자에 관련된 바코드 또는 칩, 예로서 결과가 중앙 데이터베이스에서의 환자 저널들로 입력되거나 또는 검출기 어셈블리가 어떤 검정들이 환자로부터의 샘플에 대해 수행될지에 관한 지시들을 환자 저널로부터 수신할 수 있음을 보장하는 환자의 손목 상에서의 바코드 또는 환자에서의 칩을 스캔함으로써, 환자 저널들을 포함한 중앙 데이터베이스에 연결될 수 있다.
프로세서는 하나 이상의 원하는 검정들을 수행하기 위한 소프트웨어를 갖고 프로그램될 수 있다.
실시예에서 상기 검출기 어셈블리는 독출된 신호들의 다중화를 수행하도록 프로그램된다.
실시예에서, 상기 미세유체 카트리지는 카트리지를 사용하여 수행될 검정들에 대한 지시들을 포함한 기계 판독 가능한 코드를 포함하며 상기 검출기 어셈블리는 상기 기계 판독 가능한 코드를 판독하며 수행될 검정들에 대한 지시들을 프로세서로 공급하기 위한 코드 판독기를 포함하고, 여기에서 상기 프로세서는 상기 기계 판독 가능한 코드로부터 획득된 지시들에 적어도 부분적으로 기초하여 판독기(들) 및 출력 인터페이스 중 적어도 하나를 제어하도록 프로그램되고, 바람직하게는 상기 적어도 하나의 판독기는 상기 광학 판독기 및 상기 전기 판독기 중 적어도 하나이다.
상기 바 코드는 1D, 2D 또는 3D 바 코드와 같은 임의의 종류의 바 코드일 수 있다.
실시예에서, 상기 검출기 어셈블리는 상이한 검정들에 대한 상이한 바 코드들 코딩을 포함한 복수의 미세유체 카트리지들을 포함한다.
유리하게는 미세유체 카트리지들의 각각의 바 코드들은 각각 미리 결정된 수의 검출 사이트들의 독출을 수행하기 위해 코딩한다.
상기 바 코드 시스템은 예를 들면 어떤 검정들로 클라이언트가 액세스를 가져야 하는지 및/또는 클라이언트가 독출하기 위해 어떤 디스패치 사이트들로부터 액세스해야 하는지를 표시하기 위해 사용될 수 있다.
그에 의해 여러 개의 상이한 검정들을 위해 준비된 미세유체 카트리지들은 상이한 바 코드들을 갖고 판매될 수 있으며, 여기에서 각각의 바코드들은 각각의 검정들의 사용을 허용하기 위해 코딩한다. 그에 의해, 그것은 상이한 검정들 또는 검정 조합들을 위한 상이한 미세유체 카트리지들을 만들도록 요구되지 않으며 많은 상이한 유형들의 미세유체 카트리지를 만드는 대신에 복수의 상이한 검정들을 위한 하나 또는 몇 개의 유형들의 미세유체 카트리지들의 대량 생산은 비용을 상당히 감소시킨다.
실시예에서, 미세유체 카트리지들 중 적어도 하나는 상기 검출 사이트들 중 단지 몇 개로부터 독출들을 수행하기 위한 바 코드 코딩을 포함한다.
검출기 어셈블리는 유리하게는 적절한 소프트웨어를 사용하여 프로그램된다. 상기 소프트웨어는 유리하게는 예로서 알려진 조성들을 가진 샘플들에 대해 수행된 테스트들에 대한 교정을 위해, 결과적인 검출을 분석할 때 사용될 수 있는 중앙 데이터베이스를 포함한다.
실시예에서, 상기 소프트웨어는 사전 선택된 질병들을 식별하는 데이터를 가진 데이터베이스를 포함하며 환자가 이들 질병들 중 하나를 가진다면, 그것은 이러한 환자들로부터의 샘플에 대해 검정들을 수행할 때 식별될 수 있다. 그에 의해 예를 들면 영역에서의 전염되는 질병들의 발생들은 비교적 빠르게 식별될 수 있다.
실시예에서 상기 소프트웨어는 검정이 수행될 수 있는 병원체 미생물들과 같은, 미리 선택된 병원체 성분들을 식별하는 데이터를 가진 데이터베이스를 포함하고, 검정을 수행함으로써, 환자로부터의 샘플에서의 이러한 병원체 성분들의 농도가 매우 빠르게 결정될 수 있으며 환자의 치료 동안 다른 유사한 환자들에 비교되는 치료 경과의 모니터링이 수행될 수 있다.
실시예에서 상기 소프트웨어는 다수의 검정 결과들을 위한 내장된 의사 결정-트리를 수행하며 그에 의해 샘플 상에서 구동된 검정들의 실제 수에 의존하여 적응적 응답을 제공하기 위한 프로그램을 포함한다.
실시예에서 미세유체 카트리지의 배치 정보가 중앙 데이터베이스에 있으며 검출기 어셈블리는 바코드를 통해 또는 배치 번호를 통해 이러한 정보에 액세스할 수 있다. 그에 의해 미세유체 카트리지에 대한 제한된 데이터가 요구된다.
검출기 어셈블리는 바람직하게는 슬롯에서 미세유체 카트리지와 접촉하며 바람직하게는 미세유체 카트리지가 검출기 어셈블리의 슬롯으로 삽입될 때 검출 사이트들 중 적어도 하나에 인접하도록 배열된 온도 제어 요소를 포함할 수 있다.
이러한 온도 제어 요소는 예를 들면 펠티에(peltier) 요소, 박막 가열 요소 및/또는 다른 저항성 가열 요소들을 포함할 수 있다.
실시예에서 상기 검출기 어셈블리는 펌프 챔버가 유동 채널과 유체 접촉하는 미세유체 카트리지의 펌핑 챔버에서 가열 및 냉각 공기를 교번하여 이용함으로써 미세유체 카트리지의 유동 채널에서 펌핑 효과를 수행하도록 구성된다. 펌핑 챔버에 가열 및 냉각 공기를 교번하여 이용함으로써, 펌핑 챔버에서의 압력은 교번하여 증가하고 감소할 것이며 그에 의해 펌핑 효과를 야기한다.
실시예에서 상기 검출기 어셈블리는 유동 채널에서 액체 샘플을 작동시키기 위한 이동 가능한 핀을 포함한다. 이 실시예에서 적용될 수 있는 미세유체 카트리지는 유동 채널의 부분 또는 유동 채널과 유체 연결하는 챔버를 커버하는, 예로서, 포일의 형태에서의 가요성 막을 포함하며 상기 핀은 펌핑 효과를 수행하기 위해 채널 또는 챔버로 프레싱되도록 배열된다.
이러한 펌핑 효과는 원하는 영역들, 예로서 유동 채널의 챔버들을 가득 채우기 위해 및/또는 액체들 및 고체들의 혼합을 수행하기 위해 적용될 수 있다.
실시예에서 상기 검출기 어셈블리는 예로서 유동 채널을 일시적으로 누르며 선택적으로 폐쇄하기 위한 이동 가능한 핀의 형태에서의, 작동기를 포함한다.
상기 작동기는 예로서, 예를 들면 WO2012016107에서 설명된 바와 같은 스텝 모터 구동 작동기이다.
상기 작동기는 유압 저항기와 조합하여, 모든 챔버들과 같은, 하나 이상의 챔버들의 채움을 보장할 수 있는 막 펌프를 형성할 수 있다.
사용 시 액체 샘플이 미세유체 카트리지로 공급되며 상기 미세유체 카트리지는 예로서 수동으로 또는 로봇, 예로서 카셋트-로봇 기능을 사용하여 검출기 어셈블리의 슬롯으로 삽입된다.
선호된 미세유체 디바이스들은 이하에서 추가로 설명될 것이다.
용어 "액체 샘플"은 분산액 및 현탁액과 같은, 고체 부분들을 포함한 액체 샘플을 포함한 샘플을 포함한 임의의 액체를 의미한다. 샘플은 방법을 수행할 때 액체를 포함한다.
원칙적으로 이에 제한되지 않지만, 분산된 입자들과 같은, 입자들을 포함한 액체 샘플들을 포함한 임의의 액체 샘플이 적용될 수 있다. 일 실시예에서, 액체 샘플은 선택적으로 물로 혼합된 으깨진 음식 또는 조직이거나 또는 그것은 그것의 추출물일 수 있다. 따라서, 미세유체 검출 시스템은 예를 들면 조직, 채소들, 고기 등에 대한 양적 및/또는 질적 테스트들을 수행하기 위해 적용될 수 있다.
실시예에서 상기 액체 샘플은 예로서 수성 부유액에 인간 또는 동물 대변들을 포함한다.
실시예에서 상기 액체 샘플은 폐수 또는 천연 자원, 예로서 호수 또는 강으로부터의 물을 포함한다.
실시예에서 상기 액체 샘플은 바람직하게는 적어도 하나의 검정이 수행될 타겟 구성요소에 결합된 형광단들과 같은 마커들을 포함한다. 상기 형광단들은 실시예에서 자분에 결합될 수 있다.
일반적으로, 타겟 구성요소의 보다 간단한 질적 또는 양적 결정을 위한 비교적 특정 방출 파장 및 에너지를 가진 형광단들을 선택하는 것이 요구된다. 특히 방출 파장은 비교적 특정적인 것이 요구되며, 즉 그것은 바람직하게는 결정의 방법에서, 다른 방출들로부터 구별되도록 충분히 좁은 파장 대역을 가져야 한다.
용어 "비교적 특정 파장"은 파장이 테스트에서 다른 방출 파장들로부터 구별될 수 있음을 의미한다.
특히 여러 개의 상이한 형광단들 및 선택적으로 여러 개의 타겟 구성요소들이 있는 상황들에서, 형광단들은 각각의 형광단들로부터의 방출이 서로 구별될 수 있도록 비교적 특정 방출 파장들을 갖는 것이 선호된다.
상기 형광단들은 자분들의 포획 사이트들에 결합하도록 구성될 수 있는 임의의 유형의 형광단들일 수 있다. 형광단들은 숙련자에게 잘 알려져 있으며 상업적으로 이용 가능하다.
양자 점들의 예들은 US 7498177에서 설명되며 Life Tecnologies Europe BV.로부터 이용 가능한 양자 점들은 예를 들면 각각의 방출 파장들: 525, 545, 565, 585, 605, 625, 655 및 IR 705 및 800 nm를 가진 양자 점들의 광범위한 파장 범위에 걸친 방출 파장을 가진 150개 이상의 상이한 제품 구성들을 포함한다. 실시예에서, 스트렙타비딘(StreptAvidin), 비오틴, 항체들 및 다수의 상이한 기능들이 양자 점 제품들의 Invitrogen/life Technologies 포트폴리오에서 활용되었다.
양자 점들의 예들은 또한 PEG 또는 다른 생물학적 호환 가능한 코팅의 기능화된 외부 코어 및 nm로 걸친 방출 파장을 가진, 예를 들면, 각각의 방출 파장들: 530, 550, 580, 590, 600, 610, 620 및 630 nm를 가진 40개 이상의 상이한 제품 구성들을 포함하여, 아칸소 주 72764, 스프링데일, Ocean NanoTech로부터 이용 가능한 양자 점들을 포함한다. Ocean NanoTech로부터의 양자 점들은 상이한 작용기들, 예로서 아민, COOH, 페닐보론산(PBA)을 가진 양자 점들, 뿐만 아니라 양친매성 폴리머 및 PEG 코팅을 가진 양자 점들을 포함한다. Ocean NanoTech로부터 이용 가능한 양자 점들의 다른 예들은, 단 하나의 코어를 가진, 예로서 톨루엔에 제공되며 단지 옥타데실아민 코트를 가진 또는 양친매성 폴리머 및 PEG 코팅을 가진 양자 점들이다.
실시예에서 상기 형광단들은 플루오레세인, 벤젠의 파생물들, 금속-칼코게나이드 형광단들 또는 그것의 조합들과 같은, 양자 점들 또는 방향족 프로브들 및/또는 공액 프로브들이다.
상기 형광단들은 실시예에서 예로서, 미세유체 카트리지의 광학 검출 사이트 내에서, 선택된 포획 사이트들에 결합하도록 구성될 수 있다.
본 발명은 또한 미세유체 검출 시스템의 부분이기에 적합한 선호된 미세유체 카트리지에 관한 것이다. 본 발명의 미세유체 카트리지는 또한 단독으로 또는 종래 기술의 검출기 어셈블리들과 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 미세유체 카트리지는 상기 설명된 바와 같을 수 있다.
본 발명의 미세유체 카트리지는 복수의 상이한 검정들을 수행하기 위해 설계된다. 상기 카트리지는 적어도 하나의 유동 채널 및 액체 샘플을 공급하기 위한 상기 유동 채널(들)로의 유입구를 포함한다. 상기 유동 채널(들)은 전기적 검출 사이트에서 전기화학 검출을 수행하기 위해 배열된 전극들을 포함한 적어도 하나의 전기적 검출 사이트, 및 상기 광학 검출 사이트에서 광학 독출을 위한 투명 윈도우를 가진 적어도 하나의 광학 검출 사이트를 포함한 복수의 검출 사이트들을 포함한다.
지금까지는, 동일한 샘플로부터 광학적 및 전기적 독출을 동시에 수행하기 위해 적용될 수 있는 미세유체 카트리지를 제공하는 것이 결코 제안되지 않았다. 본 발명의 미세유체 검출 시스템은 그에 의해 매우 빠르게 및 동일한 샘플 상에서 수행될 새로운 범위의 조합된 검정들에 대해 펼쳐진 새로운 개념을 제공한다. 이러한 미세유체 카트리지는 양쪽 모두 시간 절약적이며 더욱이 획득된 결과들은 전기 및 광학 테스트가 동시에 및 동일한 샘플에서 수행될 수 있기 때문에 더 정확할 수 있다.
유리하게는 상기 카트리지는 복수의 전기적 검출 사이트들 및/또는 복수의 광학 검출 사이트들을 포함한다.
바람직하게는 하나 이상의 광학 검출 사이트들의 각각은 챔버로 이어지는 유동 채널의 단면적보다, 적어도 약 25%, 예를 들어 적어도 약 50%, 예를 들어 적어도 100% 더 큰 단면적을 가진 챔버의 형태이다.
각각의 챔버들은 동일한 또는 상이한 크기를 가질 수 있다.
유리하게는 광학 검출 사이트들 중 하나 이상은 시약을 포함하며, 바람직하게는 광학 검출 사이트들의 모두는 반응 작용물질을 포함한다. 시약은 원칙적으로 종래 기술로부터 알려진 시약들과 같은, 임의의 시약일 수 있다.
실시예에서 카트리지의 적어도 하나의 광학 검출 사이트는 흡수 검출을 위해 구성된 흡수 광학 검출 사이트이고, 상기 흡수 광학 검출 사이트는 바람직하게는 응집 시약들, 응고 시약들, 항체 및/또는 항원으로부터 선택된 적어도 하나의 시약을 포함한다.
실시예에서 카트리지의 적어도 하나의 광학 검출 사이트는 비색 검출을 위해 구성된 비색 검출 사이트이며, 바람직하게는 비색 검출 사이트는 컬러-형성 시약들로부터 선택된 적어도 하나의 시약을 포함한다.
컬러-형성 시약은 미세유체 카트리지를 사용하기 위해 테스트될 타겟과의 반응 시 컬러 변화를 유도하는 임의의 종류의 시약일 수 있다.
예로서, 컬러-생성 반응을 통해 컬러링된 제품으로 화학적으로 변환됨으로써, 비색 검출을 겪을 수 있는 타겟들은 효소 기질 중간체들 및 공동-인자들을 포함한다. 이러한 타겟들의 비-제한적인 예들은 글루코스, 콜레스테롤, 및 트리글리세리드들을 포함한다. 특히, 체액에서 총 콜레스테롤의 레벨들(즉, 유리 및 에스테르화된 콜레스테롤)은 콜레스테롤 에스테라아제, 콜레스테롤 옥시다아제, n,n-비스(4-술포부틸)-3-메틸아닐린, 디소듐염(TODB), 4-아미노안티피린, 및 겨자무과산화효소와 같은, 산화성 염료를 포함한 컬러-형성 반응 물질들과 유체를 반응시킴으로써 잘-알려진 컬러-형성 검정들에 의해 분광 광도법에 의해 측정될 수 있다.
엄청난 수의 컬러-형성 반응물들은 컬러링된 제품들의 형성을 촉진시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 컬러-형성 반응물들의 예들은 알라닌 아미노 전이 효소(ALT) 및 아스파르트산 아미노기전이효소를 포함한다. 알라닌 아미노 전이 효소(ALT)는 간 기능을 나타내는 반응물이다. 다른 적절한 컬러-형성 반응물들은 알파케토글루타르산, 피브루산 산화 효소, N,N-비스(4-술포부틸)-3-메틸아닐린, 디소듐염(TODB), 4-아미노안티피린, 및 겨자무과산화효소와 같은 산화성 염료를 포함한다.
컬러-생성 비색 검출을 통해 검출될 수 있는 다른 타겟들은 효소-연결 면역 흡수 측정 검사(enzyme-linked immunosorbent assay; ELISA)와 같은, 면역 분석법들에 의해 발견된 타겟들을 포함한다. 통상적인 ELISA에서, 타겟은 구체적으로 항체에 의해 결합되며, 이것은 결과적으로 2차, 효소-연결 항체에 의해 검출된다. 연결된 효소(컬러-형성 반응 물질들)는 컬러-생성 반응을 촉진시킨다. 이러한 효소들은 베타-갈락토시다아제, 알칼리 포스파타제, 및 겨자무과산화효소를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
적절한 컬러-형성 반응물들의 선택은 조사되는 특정한 타겟에 의존할 것이다. 일반적으로, 컬러링된 제품들을 생성하기 위해 직접 또는 간접적으로 타겟과 반응할 수 있는 임의의 컬러-형성 반응물들은 본 발명의 미세유체 카트리지에서의 사용에 적합하다.
실시예에서, 카트리지의 적어도 하나의 광학 검출 사이트는 분광학적 검출을 위해 구성된 분광학적 검출 사이트이며, 바람직하게는 상기 분광학적 검출 사이트는 마커들, 예로서 상기 설명된 형광단들과 같은 형광단들로부터 선택된 적어도 하나의 시약을 포함한다.
실시예에서 상기 카트리지는 디스패치 사이트들을 위한 챔버들 및 선택적으로 부가적인 챔버들, 예로서 WO2012016107에 설명된 바와 같은 펌핑 챔버 및 싱크 섹션을 갖고 유동 채널(들)을 형성하기 위한 적어도 하나의 채널 형상 공동을 가진 고체 기판을 포함한다.
가요성 포일은 유동 채널(들)을 형성하기 위해 고체 기판에 결합된다. 포일은 바람직하게는 용접에 의해 고체 기판에 결합된다.
실시예에서 상기 포일은 모세관 통기, 예로서, 선택된 가스들의 증발을 위한 반 침투성 포일이다.
실시예에서 고체 기판은 적어도 전기적 검출 사이트를 위한 전극들 및 상기 전극들로부터의 독출을 위한 전기 송신 라인들을 탑재한다. 전극들 및 전기 송신 라인들은 유리하게는 대량 생산에서 증가된 강인성을 위해 성형 베이스 상에서의 인쇄된 전극들일 수 있다.
실시예에서 포일은 적어도 전기적 검출 사이트를 위한 전극들 및 상기 전극들로부터의 독출을 위한 전기 송신 라인들을 탑재하는 폴리머이다.
실시예에서 전극들은 바람직하게는 연결성을 용이하게 하기 위해 및 전극들의 강인성을 개선하기 위해 스루 홀들을 갖고, 포일의 양쪽 측면들 상에 제공된다.
유리하게는 전극들 및/또는 전기 송신 라인들은 기상 증착, 스퍼터링 및/또는 인쇄에 의해 적용되며, 바람직하게는 전극들 및/또는 전기 송신 라인들 중 적어도 하나가 인쇄된다.
상기 인쇄는 스크린 인쇄, 그라비어 인쇄 또는 전사 인쇄일 수 있다.
실시예에서 전기 송신 라인들의 적어도 부분은 폴리머에 내장되고, 선택적으로 상기 포일은 그에 의해 전기 송신 라인들의 적어도 부분을 내장하기 위해 전기 송신 라인들의 적어도 부분으로 라미네이팅된 커버 폴리머 막을 포함한다.
폴리머 포일은 예를 들면, 바람직하게는 폴리스틸렌(PS), 폴리카보네이트(PC) 또는 폴리이미드(PI)로부터 선택된, 열가소성 폴리머를 포함할 수 있다.
미세유체 카트리지가 임의의 적절한 재료들, 예로서 종래 기술의 미세유체 카트리지들을 위해 사용된 재료들에서 생성될 수 있다.
미세유체 카트리지는 예를 들면 순환 올레오핀 공중합체들(COC), 아크릴로나이트릴-부타디엔-스틸렌 공중합체, 폴리카보네이트, 폴리디메틸-실록산(PDMS), 폴리에틸렌(PE), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리메틸펜텐, 폴리프로필렌, 폴리스틸렌, 폴리술폰, 폴리테트라-플루오로에틸렌(PTFE), 폴리우레탄(PU), 폴리염화비닐(PVC),염화비닐리덴(PVDC), 불화폴리비닐리덴, 스틸렌-아크릴 공중합체들 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 폴리클로로프렌, 폴리이소부틸렌, 폴리(스틸렌-부타디엔-스틸렌), 실리콘들, 에폭시 수지들, 폴리 에테르 블록 아미드, 폴리에스테르, 아크릴로나이트릴 부타디엔 스틸렌(ABS), 아크릴, 셀룰로이드, 셀룰로오스 아세테이트, 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌 비닐 알코올(EVAL), 불소수지, 폴리아세탈(POM), 폴리아크릴레이트들(아크릴), 폴리아크릴로나이트릴(PAN), 폴리아미드(PA), 폴리아미드-이미드(PAI), 폴리아릴에트르케톤(PAEK), 폴리부타디엔(PBD), 폴리부틸렌(PB), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리사이클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트(PCT), 폴리케톤(PK), 폴리에테르/폴리텐/폴리에틸렌, 폴리에텔에텔케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에틸렌클로리네이트들(PEC), 폴리이미드(PI), 폴리락트산(PLA), 폴리메틸펜텐(PMP), 폴리페닐렌 산화물(PPO), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리프탈아마이드(PPA), 및 그것의 혼합물들로부터 선택된 폴리머들과 같은, 폴리머들로 만든 하나 이상의 요소들로부터 생성될 수 있다.
선호된 폴리머들은 폴리이미드, 예로서 폴리(4,4'-옥소디페닐렌-피로멜리트이미드, 예로서 Kapton®과 같은, 페닐렌-피로멜리트이미드를 포함한다.
실시예에서, 상기 미세유체 카트리지는 하나 이상의 채널들 및 선택적 공동들 및/또는 홀들을 포함하며 하나 이상의 막들로 상기 하나 이상의 채널들 및 선택적 공동들 및/또는 홀들을 커버하는 경화 기판을 제공함으로써 제조된다. 상기 경화 기판은 유리하게는 사출 성형에 의해 생성되지만 다른 성형 방법들이 또한 적용될 수 있다. 상기 막은 폴리머 또는 금속 막 또는 폴리머 및/또는 금속을 포함한 계층화된 막, 예로서 폴리머 코팅 금속 막 또는 금속 스퍼터링된 폴리머 막일 수 있다.
기판 및 막 중 적어도 하나는 바람직하게는 가시적인 영역 내에서, 적어도 하나의 파장에 대해 투명하다. 유리하게는 기판 및 막 중 적어도 하나는 그것이 함께 사용될 예정인 검출기 어셈블리의 상이한 광 빔들 중 적어도 하나에 대해 투명하다.
상기 막은 유리하게는 기판에 용접될 수 있다. 접착이 또한 제공될 수 있다.
설명된 바와 같이 기판 및 막으로부터 미세유체 카트리지를 제공함으로써, 미세유체 카트리지는 기판 측 및 막 측을 가질 것이다.
여기에서 사용될 때 용어 "포함하다/포함하는"은 개방형 용어로서 해석될 것임이 강조되어야 하며, 즉 요소(들), 유닛(들), 정수(들), 단계(들), 구성요소(들) 및 그것의 조합(들)과 같은 구체적으로 서술된 특징(들)의 존재를 특정하기 위해 취해져야 하지만, 하나 이상의 다른 서술된 특징들의 존재 또는 부가를 배제하지 않는다.
범위들 및 선호된 범위들을 포함한 발명들의 모든 특징들은, 이러한 특징들을 조합하지 않기 위한 특정한 이유들이 없다면, 본 발명의 범위 내에서 다양한 방식들로 조합될 수 있다.
본 발명에 따르면, 매우 빠르고 간단한 방식으로 복수의 분석을 수행하기 위해 적용될 수 있는 미세유체 검출 시스템을 제공할 수 있고, 비교적 낮은 비용으로 매우 높은 정확도의 분석을 수행하기 위해 적용될 수 있는 미세유체 검출 시스템을 제공할 수 있으며, 안정되며 긴 내구성을 가진 미세유체 검출 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예와 관련되어 및 도면들을 참조하여 이하에서 보다 완전하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 검출기 어셈블리를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 미세유체 카트리지를 도시하는 도면.
도 3은 측면도에서 미세유체 카트리지를 도시하는 도면.
도 4는 미세유체 카트리지의 대안적인 실시예를 도시하는 도면.
도 5는 미세유체 카트리지의 또 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 6은 LED 및 CCD를 가진 검출을 도시하는 도면.
도 7은 LED 및 CCD를 가진 대안적인 검출을 도시하는 도면.
도 8은 분광계를 가진 검출을 도시하는 도면.
도 9는 전기적 검출을 도시하는 도면.
도 10은 광 터널을 도시하는 도면.
도 11은 전기적 검출을 위해 적응된 미세유체 카트리지를 도시하는 도면.
도면들은 개략적이며 단지 본 발명의 원리들을 도시하도록 의도되고 명료함을 위해 간소화될 수 있다. 전체에 걸쳐, 동일한 참조 번호들은 동일한 또는 대응하는 부분들을 위해 사용된다.
본 발명의 적용 가능성의 추가 범위는 이후 주어진 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위 내에서의 다양한 변화들 및 수정들이 이러한 상세한 설명으로부터 이 기술분야의 숙련자들에게 명백해질 것이므로, 상세한 설명 및 특정 예들은, 본 발명의 바람직한 실시예들을 나타내면서, 단지 예로서 제공된다는 것이 이해되어야 한다.
본 발명은 독립 청구항(들)의 특징들에 의해 정의된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에서 정의된다. 청구항들에서의 임의의 참조 번호들은 그것들의 범위에 대해 비-제한적이도록 의도된다.
몇몇 바람직한 실시예들은 앞서 말한 것에서 도시되었지만, 본 발명은 이것들에 제한되지 않으며, 다음의 청구항들에서 정의된 주제 내에서 다른 방식들로 구체화될 수 있다는 것이 강조되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 검출기 어셈블리(1)를 도시한다. 상기 검출기 어셈블리는 검출기 어셈블리를 시각적으로 설정하기 위해 사용되며 상기 검출기 어셈블리(1) 상에서 수행된 측정들의 결과를 시각적으로 디스플레이하는 스크린(2)을 포함한다.
상기 검출기 어셈블리(1)는 검출기 어셈블리를 설정하며 동작시키기 위해 사용되는 제어 버튼들(3)을 포함한다. 상기 검출기 어셈블리는 또한 컴퓨터 또는 프린터와 같은, 다른 하드웨어와의 연결을 위한 수단을 포함한다.
상기 검출기 어셈블리(1)는 또한 미세유체 카트리지가 삽입될 수 있는 슬롯(4)을 포함한다. 상기 미세유체 카트리지들은 이하에서 추가로 상세히 설명된다. 상기 검출기 어셈블리의 내부는 상기 카트리지가 슬롯으로 삽입될 때 상기 미세유체 카트리지를 고정 위치에서 유지하기 위한 수단을 포함한다.
따라서, 관심 샘플을 포함한 미세유체 카트리지가 검출기 어셈블리(1)의 슬롯(4)으로 삽입될 때, 상기 검출기 어셈블리는 샘플에 대한 측정들을 수행할 수 있다. 상기 측정들은, 예로서 광도계 또는 비색 측정과 같은 광학 측정들일 수 있다. 그것은 또한 전하-결합 디바이스 또는 자기 측정들에 기초한 측정들일 수 있다.
도 2는 본 발명에서의 사용에 적합한 미세유체 카트리지(10)를 도시한다. 이 실시예에서, 미세유체 카트리지(10)는 채널들(11)의 형태로 5개의 공동들을 가진 기판(12)을 포함한다. 각각의 채널(11)은 도시되지 않은 가요성 벽 섹션을 가진 유입구(13) 및 싱크(14)를 포함한다.
상기 미세유체 카트리지(10)는 또한 채널들(11)을 위해 독출 섹션(16)을 제공하는 인덴트를 포함하며, 여기에서 상기 채널들은 투명 윈도우를 포함하며 자분들은 도시되지 않은 자석을 사용하여 일시적으로 고정될 수 있다.
이 실시예에서 각각의 채널(11)은 일시적으로 고정된 자분들 및 일시적으로 고정된 형광단들을 포함한다. 상기 미세유체 디바이스는 유입구 구역인 구역 0, 일시적으로 고정된 형광단들 및 그것들이 액체 샘플과 접촉할 때까지 반응하지 않도록 배열된 자분들(17)을 포함하는 구역 1 및 구역 2, 독출된 구역인 구역 3 및 싱크 구역인 구역 4를 포함한 구역들로 분할된다.
실시예에서 구역 1은 일시적으로 고정된 형광단들을 포함하며 구역 2는 일시적으로 고정된 자분들을 포함한다.
실시예에서 구역 1은 일시적으로 고정된 자분들을 포함하며 구역 2는 일시적으로 고정된 형광단들을 포함한다.
상기 미세유체 카트리지(10)는 원한다면, 구역 1 및 구역 2의 여러 개의 서브구역들을 포함할 수 있다.
사용 시, 액체 샘플은 유입구(13)로 공급되고, 샘플은 가요성 벽 섹션을 사용하여 채널들의 구역 1로 흡입되며, 이것은 나중에 보다 상세히 설명될 것이다. 선택적으로 상기 액체 샘플은 구역 1에서 고정된 요소들(17)을 용해시키거나 또는 재-부유시키기 위해 구역 1에서 진동된다. 그 후 상기 액체 샘플은 구역 2에서 고정된 요소들(17)을 용해시키거나 또는 재-부유시키기 위해 구역 2로의 채널들(11)로 추가로 인출된다. 사전 선택된 잠복기 시간 후, 액체 샘플은 싱크들(14)로 완전히 인출된다. 자분들은 독출 구역(3)에서 고정된다. 게다가, 원한다면, 액체 샘플은 싱크(14)의 가요성 벽을 사용함으로써 채널들(11)로 재도입될 수 있으며 고정된 자분들은 잠재적으로 잡음을 제공할 수 있는 고정되지 않은 형광단들 및 다른 요소들을 제거하기 위해 액체 샘플을 사용하여 플러싱될 수 있다.
도 3은 측면으로부터 보여진 도 1의 미세유체 카트리지(10)를 도시한다. 알려진 미세유체 카트리지들은 원칙적으로 본 발명에서 적용될 수 있지만, 도시된 미세유체 카트리지는 목적을 위해 특별히 설계되며 여기에서 설명된 바와 같이 본 발명에 부가적인 이득들을 제공한다.
상기 미세유체 카트리지(10)는 채널들(11)의 형태로 5개의 공동들을 가진 기판(12)을 포함한다. 채널들(11)은 포일(11a)로 커버된 홈들의 형태로 제공된다. 각각의 채널(11)은 유입구(13)와 연결되며 그것들의 반대 단부에서 채널들(11)은 공통 싱크(14)와 연결된다. 상기 유입구(13)는 웰(well)의 형태를 가진다.
싱크(14)의 가요성 벽 섹션(15)을 누름으로써, 벽이 이동될 것이며 공기는 채널들(11)의 밖으로 눌려질 것이고, 압력이 방출될 때, 가요성 벽 섹션(15)은 그것의 처음 위치로 되돌아갈 것이며 유입구(13)에 배열된 액체 샘플은 원하는 위치로의 채널(11)로 흡입될 것이다. 가요성 벽 섹션을 추가로 조작함으로써, 액체 샘플은 채널들(11)로 추가로 인출될 수 있거나 또는 그것은 채널들에서 진동될 수 있다. 최종적으로 가요성 벽 섹션(15)은 싱크에서 샘플을 수집하기 위해 및 원한다면, 채널들로 샘플을 리-플러싱하기 위해 조작될 수 있다. 가요성 벽 섹션(15)은 그에 의해 미세유체 디바이스에서 액체 샘플을 제어하는 간단하고 값싼 방법을 제공한다.
미세유체 카트리지는 또한 채널들(11)을 위한 독출 섹션(15)을 제공하는 인덴트를 포함한다. 채널들(11)의 독출 섹션들(16)에서, 채널들은 투명 윈도우를 포함하며 자분들이 도시되지 않은 자석을 사용하여 일시적으로 고정될 수 있다. 상기 자석은 또한 판독 섹션(16)을 통해 신호들을 판독하기 위한 판독을 포함하는 검출기 어셈블리에 장착된다.
도 4 및 도 5는 미세유체 카트리지(20)의 대안적인 실시예들을 도시한다.
도 4에서, 상기 미세유체 카트리지(20)는 두 개의 채널들(21)을 갖고 도시되며, 이것은 일 단부에서 유입구(23)와 연결되며 반대 단부에서 싱크들(24)과 연결된다.
두 개의 채널들(21)을 따라 다수의 챔버들(27, 28)이 위치된다. 각각의 챔버는 채널과 연결되며 각각의 챔버는 피분석물을 포함할 수 있고, 이것은 그것이 유입구(23)로부터, 채널들(21)을 통해 싱크(24)로 전달할 때 챔버들을 채울 액체 샘플과 반응할 수 있다.
채널들(21), 유입구(23), 싱크들(24), 및 챔버들(27, 28)은 기판(22)에서 리세스들로서 형성된다. 채널들(21), 싱크들(24), 및 챔버들(27, 28)로의 액세스는 포일(21a)에 의해 폐쇄되며, 따라서 그것들은 단지 유입구(23)를 통해서만 액세스 가능하다.
챔버들(27 및 28)은 채널(21)의 각각의 측면 상에서 쌍들로 위치된다. 챔버들은 동일한 또는 상이한 피분석물들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 채널을 따르는 각각의 쌍은 샘플이 동일한 피분석물을 갖고 두 번 테스트되도록 동일한 피분석물을 포함할 수 있으며, 그에 의해 측정된 결과들의 확실성을 개선한다. 따라서, 도 4에 도시된 미세유체 카트리지(20)는, 예로서 12개의 상이한 피분석물들을 갖고 측정할 수 있으며, 즉 상기 미세유체 카트리지(20)는 채널들(21)을 따라 위치된 12개의 쌍들의 챔버들(27, 28)을 포함한다. 상기 피분석물들은 피분석물들의 조합일 수 있으며, 이것은 광학적, 전기적 또는 자기적 수단들과 같은, 상이한 수단들을 갖고 측정될 수 있다. 따라서, 피분석물들은, 예로서 컬러-형성 반응물들로서 기능하는 고정된 자분들 또는 고정된 효소들일 수 있으며, 이것은 샘플이 챔버에 들어갈 때 액체 샘플과 반응할 것이다.
도 5는 도 4에 도시된 미세유체 카트리지에 실질적으로 대응하는 미세유체 카트리지(20)를 도시한다. 그러나, 싱크들은 이러한 특정한 실시예에서 생략된다. 액체 샘플이 유입구(23)에 위치될 때, 그것은 압력 및 모세관 힘들에 의해 채널들(21) 및 챔버들(27 및 28)로 흐를 것이다.
결과적으로, 상기 미세유체 카트리지는 두 개의 채널들(21)과 연결된 유입구(23)를 포함하며, 이것은 채널들을 따라 챔버들(27, 28)의 쌍과 연결된다. 챔버들(27 및 28)은 광원, 예로서 다중컬러-LED로부터의 광에 대해 투명하다. 이와 같이 챔버들(27 및 28)은 광학 검출 수단과 함께 사용하기에 적합하다.
다음의 도 6 내지 도 9에서, 도 5에 예시된 미세유체 카트리지는 본 발명에 따른 미세유체 검출 시스템을 갖고 수행될 수 있는 몇몇 측정들의 예로서 사용된다.
도 6은 LED(30)가 미세유체 카트리지(20)에서의 챔버를 향해 상당한 단색 광 빔을 방출하는 광학 검출 시스템을 도시한다. 상기 광 빔은 챔버에서의 샘플에 기초를 두며 상이한 파장을 가진 광 빔(32)으로 변환된다. 광 빔(32)은 미세유체 카트리지(20) 아래에서 CCD 검출기(35)에 의해 검출된다.
도 7은 미세유체 카트리지(20)가 LED(30)로부터 방출된 광 빔(31)을 수용하는 또 다른 실시예를 도시한다. 상기 광 빔(31)은 미세유체 카트리지의 챔버에서의 샘플에 의해 반사된다. 상기 반사된 광은 LED(30)와 미세유체 카트리지(20)의 동일한 측면 상에 위치된 CCD 검출기(35)에 의해 검출되는 두 개의 상이한 파장들(32 및 33)을 가진 광으로 분할된다.
도 8은 검출 시스템의 또 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서 검출 시스템은 미세유체 카트리지(20)의 챔버에서의 샘플로부터 반사된 광의 검출을 위해 분광계(36)를 이용한다. 상기 광 빔(31)은 LED(30)로부터 방출되며 미세유체 카트리지(20)에서 유지된 샘플에 의해 반사된다. 상기 반사된 광은 3개의 상이한 파장들(32, 33 및 34)을 가진 광으로서 반사된다. 상기 반사된 광은 분광계(36)에 의해 검출되며 결과적인 곡선은 삽입된 박스(37)에서 도시된다.
도 9는 검출 시스템의 대안적인 실시예를 예시한다. 이것은 어레이 또는 전극들(38)이 미세유체 카트리지(20)에서의 챔버들 중 하나 이상을 통해 전류를 전송하는 시스템이다. 샘플에서의 저항으로 인해, 상기 검출 시스템은 샘플의 특징을 검출할 수 있을 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 광 터널의 원리들을 예시한다. 광 터널은 각각이 다른 두 개의 LED들의 파장들과 상이한 파장을 가진 광을 방출하는, 3개의 LED들(30a, 30b 및 30c)을 포함한다. LED(30a)는 범위: 610<λ<760에서의 광을 방출할 수 있다. 상기 LED(30b)는 범위 570<λ<590에서의 광을 방출할 수 있으며, 최종적으로 LED(30c)는 범위: 450<λ<500에서의 광을 방출할 수 있다.
각각의 LED는 하나 이상의 특정 검출 사이트들로 광을 방출하도록, 및 그것이 요구되지 않는 경우 검출 사이트들로의 입사 광의 투과를 회피하도록 의도되며, 광 터널은 입사 광의 바람직하지 않은 투과가 회피됨을 보장할 파티션 부재들(39)을 갖고 구성된다.
따라서, 각각의 LED(30a, 30b 및 30c)는 파티션 부재들(39)에 의해 둘러싸여지며, 이것은 LED로부터 방출된 광이 단지 광이 의도되는 검출 사이트로만 광을 송신함을 보장할 것이다.
광 터널은 둘 이상의 검출 사이트들을 통해 광을 동시에 송신하는 것을 가능하게 한다. 도 10의 실시예에서 보여지는 바와 같이, LED들(30a, 30b 및 30c)은 미세유체 카트리지(20) 상에서의 3개의 상이한 검출 사이트들을 통해 동시에 광을 송신한다. 결과적인 광 빔들은 CCD 검출기(35)에 의해 검출된다.
도 11은 본 발명에 따른 미세유체 카트리지(40)의 대안적인 실시예를 도시한다. 상기 미세유체 카트리지(40)는 샘플의 도입을 위한 유입구(43)를 포함한다. 상기 유입구(43)는 반대 단부에서 싱크(44)와 연결되는, 채널(41)과 연결된다. 채널(41)의 길이를 따라 광학 검출을 위한 두 개의 검출 사이트들(47) 및 전기적 검출을 위한 추가 두 개의 검출 사이트들(48)이 위치된다.
전기적 검출 사이트들(48)은 전기적 배선(49)에 의해 연결 패드들(50)과 연결되는 전극들을 포함할 수 있다. 전기적 배선은 미세유체 카트리지(40)의 기판(42) 상에서 인쇄될 수 있다.
연결 패드들(50)은 검출 어셈블리에서 대응하는 연결 패드들과 및, 전압계와 같은, 전기 판독기에 연결될 수 있다.
도면들은 단지 본 발명에 따른 제한된 수의 실시예들을 예시하며, 본 발명의 전체 범위는 청구항들에서 정의된다. 그러나, 여러 개의 조합들이 가능하며 광학적 검출은 자기 및/또는 전기적 검출과 조합될 수 있다는 것이 명백하다.
1: 검출기 어셈블리 3: 제어 버튼
4: 슬롯 10: 미세유체 카트리지
11: 채널 11a: 포일
12: 기판 13: 유입구
14: 싱크 15: 가요성 벽 섹션
16: 독출 섹션 17: 자분
20: 미세유체 카트리지 21: 채널
22 기판 23: 유입구
24: 싱크 27, 28: 챔버
30: LED 31, 32: 광 빔
35: CCD 검출기 36: 분광계
38: 전극 39: 파티션 부재
40: 미세유체 카트리지 41: 채널
42: 기판 43: 유입구
44: 싱크 47, 48: 검출 사이트
49: 전기적 배선 50: 연결 패드

Claims (62)

  1. 미세유체 카트리지 및 검출기 어셈블리를 포함한 미세유체 검출 시스템에 있어서,
    상기 미세유체 카트리지는 제 1 및 제 2 측면 및 적어도 하나의 유동 채널 및 액체 샘플을 공급하기 위한 상기 유동 채널(들)로의 유입구를 포함하고, 상기 유동 채널(들)은 복수의 제 1 광학 검출 사이트들을 포함하며,
    상기 검출기 어셈블리는 상기 미세유체 카트리지를 삽입하기 위한 슬롯 및 빔 경로를 가진 제 1 고정 광원 및 상기 제 1 광학 검출 사이트(들) 중 적어도 하나로부터 광학 신호들을 독출하기 위한 광학 판독기를 포함하고, 상기 검출기 어셈블리 및 상기 미세유체 카트리지는 상기 미세유체 카트리지가 상기 슬롯으로의 제 1 미리 결정된 위치로 삽입될 때, 상기 미세유체 카트리지의 상기 제 1 광학 검출 사이트들 중 하나가 상기 제 1 광원의 빔 경로에 위치되며, 상기 카트리지가 상기 슬롯으로의 제 2 미리 결정된 위치로 삽입될 때, 상기 미세유체 카트리지의 상기 제 1 광학 검출 사이트들 중 또 다른 것이 상기 제 1 광원의 빔 경로에 위치되도록 구성되고, 상기 슬롯으로의 상기 미세유체 카트리지의 상기 제 1 및 상기 제 2 미리 결정된 위치들의 각각은 일시적으로 고정된 위치에 상기 미세유체 카트리지를 유지하는 클릭 배열(click arrangement)에 의해 결정되고, 상기 클릭 배열은 상기 제 1 및 상기 제 2 미리 결정된 위치들에서 상기 검출기 어셈블리에 상기 미세유체 카트리지를 배치하기 위한 곳으로 맞물리거나 스냅핑하는 선택된 위치들에 상기 미세유체 카트리지 및/또는 상기 검출기 어셈블리 상의 돌출 플랜지들 및/또는 공동들을 포함하는, 미세유체 검출 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광원은 상이한 파장들을 가진 복수의 상이한 광 빔들을 방출하기 위해 구성된 다중컬러 발광 다이오드(LED) 및 상기 복수의 상이한 광 빔들을 스위칭 온 및 오프하기 위한 회로를 포함하며, 상기 상이한 광 빔들은 좁은 스펙트럼 폭을 갖는, 미세유체 검출 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광학 판독기는 상기 카트리지가 상기 검출기 어셈블리의 상기 슬롯으로 삽입될 때 상기 제 1 검출 사이트들 중 적어도 하나에서의 액체 샘플로부터 적어도 하나의 흡수 속성, 적어도 하나의 반사 속성 및/또는 적어도 하나의 방출 속성을 독출하기 위해 배열되는, 미세유체 검출 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광학 판독기는 디지털 영상 판독기인, 미세유체 검출 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 광원의 회로는 서로 독립적으로 상기 복수의 상이한 광 빔들을 스위칭 온 및 오프하기 위해 구성되는, 미세유체 검출 시스템.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 상이한 광 빔들은 2 내지 5개의 상이한 광 빔들과 같은, 적어도 두 개의 상이한 광 빔들을 포함하며, 상기 검출기 어셈블리는 상기 상이한 광 빔들을 스위칭하도록 프로그램되는, 미세유체 검출 시스템.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 다중컬러-LED의 상기 복수의 상이한 광 빔들은 단색 광 빔들인, 미세유체 검출 시스템.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 다중컬러-LED의 상기 복수의 상이한 광 빔들은 575 nm 내지 625 nm의 중심 파장을 가진 광 빔 및/또는 425 nm 내지 475 nm의 중심 파장을 가진 광 빔을 포함하는, 미세유체 검출 시스템.
  10. 제 1 항, 제 2 항 및 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세유체 카트리지의 상기 유동 채널(들)은 복수의 부가적인 광학 검출 사이트들을 포함하며, 상기 검출기 어셈블리는 각각의 빔 경로들을 가진 복수의 부가적인 고정 광원을 포함하고, 상기 검출기의 슬롯은 상기 미세유체 카트리지가 상기 슬롯으로 삽입될 때, 상기 미세유체 카트리지의 상기 복수의 부가적인 광학 검출 사이트들이 상기 복수의 부가적인 광원들의 각각의 빔 경로들에 위치되도록 형성되고, 상기 복수의 부가적인 광원들의 각각은 상이한 파장들을 가진 복수의 상이한 광 빔들을 방출하기 위해 구성된 다중컬러 발광 다이오드(LED) 및 상기 복수의 상이한 광 빔들을 스위칭 온 및 오프하기 위한 회로를 포함하고,
    상기 광학 판독기는 상기 부가적인 광학 검출 사이트들로부터 광학 신호들을 독출하기 위해 구성되고,
    상기 검출기 어셈블리는 상기 부가적인 광학 검출 사이트들로부터 광학 신호들을 독출하기 위해 구성된 적어도 하나의 부가적인 광학 판독기를 포함하는, 미세유체 검출 시스템.
  11. 제 1 항, 제 2 항 및 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기 어셈블리는 상기 각각의 고정된 광원들로부터의 상기 빔들이 둘 이상의 검출 사이트들로 광을 동시에 송신하는 것을 방지하기 위해 상기 고정된 광원들 중 하나 이상을 위한 광 터널을 포함하는, 미세유체 검출 시스템.
  12. 제 1 항, 제 2 항 및 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세유체 카트리지의 상기 유동 채널(들)은 복수의 상이한 검정들(assays)을 수행하기 위한 복수의 검출 사이트들을 포함하는, 미세유체 검출 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 미세유체 카트리지는 채널 형상 공동을 갖는 고체 기판 및 상기 적어도 하나의 유동 채널을 형성하기 위해 상기 고체 기판에 접합된 폴리머 포일을 포함하고, 상기 포일은 상기 적어도 전기적 검출 사이트를 위한 전극들 및 상기 전극들로부터의 독출을 위한 전기 송신 라인들을 탑재하는 폴리머인, 미세유체 검출 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 검출기 어셈블리는 적어도 하나의 출력 인터페이스 및 프로세서를 포함하고, 상기 미세유체 카트리지는 상기 카트리지를 사용하여 수행될 검정들에 대한 지시들을 포함한 기계 판독 가능한 코드를 포함하며 상기 검출기 어셈블리는 상기 기계 판독 가능한 코드를 판독하며 수행될 상기 검정들에 대한 상기 지시들을 상기 프로세서로 공급하기 위한 코드 판독기를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 기계 판독 가능한 코드로부터 획득된 지시들에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 판독기(들) 및 상기 출력 인터페이스 중 적어도 하나를 제어하도록 프로그램되는, 미세유체 검출 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 검출기 어셈블리는 상이한 검정들을 위한 상이한 바 코드 코딩을 포함한 복수의 미세유체 카트리지들을 포함하는, 미세유체 검출 시스템.
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