KR102474238B1 - 생체시료 분석용 카트리지 및 이를 이용한 생체시료 분석 시스템 - Google Patents
생체시료 분석용 카트리지 및 이를 이용한 생체시료 분석 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
생체시료 분석용 카트리지 및 생체시료 분석 시스템이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석용 카트리지는, 생체시료 또는 버퍼(buffer)를 수용하는 수용 챔버; 상기 수용 챔버와 유로를 통해 연결되며, 상기 유로를 통해 유입된 생체시료 또는 버퍼가 처리되는 처리 챔버; 및 상기 유로를 폐쇄하거나 개방하는 밸브 구조체를 포함하고, 상기 밸브 구조체는, 외부에서 로드(rod)가 삽입되도록 상기 카트리지의 상면 또는 하면 측에 개구를 가지며 상기 카트리지의 두께 방향으로 연장되어, 일 단부가 상기 수용 챔버와 연통되고 타 단부가 상기 처리 챔버와 연통되는 로드 삽입 홀; 가요성을 가지며 상기 로드 삽입 홀의 개구에 마련되어 상기 개구를 폐색시키는 가요성 멤브레인; 및 상기 로드 삽입 홀의 내부에 마련되어 상기 로드 삽입 홀의 상기 일 단부와 상기 타 단부 사이를 폐색시킴으로써 상기 유로를 폐쇄하는 유로 폐쇄용 멤브레인을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석용 카트리지는, 생체시료 또는 버퍼(buffer)를 수용하는 수용 챔버; 상기 수용 챔버와 유로를 통해 연결되며, 상기 유로를 통해 유입된 생체시료 또는 버퍼가 처리되는 처리 챔버; 및 상기 유로를 폐쇄하거나 개방하는 밸브 구조체를 포함하고, 상기 밸브 구조체는, 외부에서 로드(rod)가 삽입되도록 상기 카트리지의 상면 또는 하면 측에 개구를 가지며 상기 카트리지의 두께 방향으로 연장되어, 일 단부가 상기 수용 챔버와 연통되고 타 단부가 상기 처리 챔버와 연통되는 로드 삽입 홀; 가요성을 가지며 상기 로드 삽입 홀의 개구에 마련되어 상기 개구를 폐색시키는 가요성 멤브레인; 및 상기 로드 삽입 홀의 내부에 마련되어 상기 로드 삽입 홀의 상기 일 단부와 상기 타 단부 사이를 폐색시킴으로써 상기 유로를 폐쇄하는 유로 폐쇄용 멤브레인을 포함한다.
Description
본 발명은 생체시료 분석용 카트리지 및 이를 이용한 생체시료 분석 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 생체시료에서 타깃 핵산을 검출하는 생체시료 분석용 카트리지 및 이를 이용한 생체시료 분석 시스템에 관한 것이다.
최근, 사스(SARS: Severe Acute Respiratory Syndrom), 메르스(MERS: Middle East Respiratory Syndrome), 코로나 19(COVID-19: Corona Virus Disease 19) 등과 같은 신종 전염병이 지속적으로 발생함에 따라, 생체시료에서 특정 핵산을 신속하고 정확하게 검출하는 기술에 대한 관심과 요청이 급증하고 있다.
그러나, 한국 공개특허공보 제10-2015-0088682호에 개시된 바와 같이, 기존 기술은 버퍼 저장부들 간의 유로를 고체 상태의 무극성 상변화 물질로 폐색시키고, 이러한 상변화 물질을 가열하여 액체 상태로 변화시키는 방식으로 해당 유로를 개방시키기 때문에, 버퍼의 이동 시간이 지연되고 버퍼의 이동 방향을 제어하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 한국 공개특허공보 제10-2018-0098089호에 개시된 바와 같이, 기존 기술은 핵산 추출 과정을 복잡한 고가의 기계 장치인 핵산 추출 카트리지를 통해 수행하고, 추출된 핵산을 별도의 PCR 패널에 주입하여 증폭시키기 때문에, 핵산의 추출 및 증폭 과정을 수행하는데 많은 시간과 비용이 요구될 뿐만 아니라, 바이러스 감염 여부 진단을 위한 생체시료 분석과 같이 핵산의 추출과 증폭, 타깃 핵산 검출 과정 등이 각각의 진단 대상자별로 독립적인 카트리지를 이용하여 진행되어야 하는 생체시료 분석에는 적용될 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 생체시료와 버퍼의 이동 시간을 단축하고 미리 정해진 생체시료 분석 프로세스에 따라 생체시료와 버퍼의 이동 방향을 정확히 제어함은 물론, 핵산의 추출과 증폭, 전기화학 반응을 통한 타깃 핵산의 검출 등 생체시료 분석에 필요한 일련의 프로세스들을 통합적으로 수행하는 생체시료 분석용 카트리지 및 이를 이용한 생체시료 분석 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석용 카트리지는, 판 형태를 가진 카트리지로서, 생체시료 또는 버퍼(buffer)를 수용하는 수용 챔버; 상기 수용 챔버와 유로를 통해 연결되며, 상기 유로를 통해 유입된 생체시료 또는 버퍼가 처리되는 처리 챔버; 및 상기 유로를 폐쇄하거나 개방하는 밸브 구조체를 포함하고, 상기 밸브 구조체는, 외부에서 로드(rod)가 삽입되도록 상기 카트리지의 상면 또는 하면 측에 개구를 가지며 상기 카트리지의 두께 방향으로 연장되어, 일 단부가 상기 수용 챔버와 연통되고 타 단부가 상기 처리 챔버와 연통되는 로드 삽입 홀; 가요성을 가지며 상기 로드 삽입 홀의 개구에 마련되어 상기 개구를 폐색시키는 가요성 멤브레인; 및 상기 로드 삽입 홀의 내부에 마련되어 상기 로드 삽입 홀의 상기 일 단부와 상기 타 단부 사이를 폐색시킴으로써 상기 유로를 폐쇄하는 유로 폐쇄용 멤브레인을 포함하고, 상기 유로 폐쇄용 멤브레인은, 상기 가요성 멤브레인을 신장시키면서 상기 로드 삽입 홀의 내부로 삽입되는 로드에 의해 천공되도록 구성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 처리 챔버는, 상기 밸브 구조체의 유로 폐쇄용 멤브레인에 의해 상기 유로가 폐쇄된 상태에서 상기 수용 챔버의 내부 압력보다 낮은 음압의 내부 압력을 가지도록 구성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 밸브 구조체의 로드 삽입 홀은, 상기 로드 삽입 홀에 삽입된 로드에 의해 상기 로드 삽입 홀의 상기 일 단부와 상기 타 단부 사이가 폐색되도록 구성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 밸브 구조체의 로드 삽입 홀은, 상기 로드 삽입 홀에 삽입된 로드의 말단부가 안착되는 안착 홈을 포함하고, 상기 밸브 구조체는, 탄성을 가지며 상기 안착 홈의 홈 입구에 마련되어 상기 로드의 말단부와 밀착되는 탄성 멤브레인을 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 밸브 구조체의 가요성 멤브레인은, 가요성 또는 신축성을 가진 고분자 합성수지로 형성되고, 상기 밸브 구조체의 유로 폐쇄용 멤브레인은, 금속 소재로 형성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 수용 챔버는, 내부 공간과 연통되는 주입구가 형성되어 상기 주입구를 통해 주입되는 생체시료를 수용하는 시료 수용 챔버; 및 세포 용해용 버퍼를 수용하는 제1 버퍼 수용 챔버를 포함하고, 상기 처리 챔버는, 세포의 기계적 분해를 위한 비드들을 수용하는 제1 처리 챔버를 포함하고, 상기 밸브 구조체는, 상기 시료 수용 챔버와 상기 제1 처리 챔버 간의 유로를 개폐하는 제1 밸브 구조체; 및 상기 제1 버퍼 수용 챔버와 상기 제1 처리 챔버 간의 유로를 개폐하는 제2 밸브 구조체를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 처리 챔버는, 외부면에 진동 전달 수단이 접촉되는 제1 접촉부와 열 전달 수단이 접촉되는 제2 접촉부가 형성되고, 내부면에 요철이 형성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 처리 챔버는, 자성 입자들을 수용하는 제2 처리 챔버를 더 포함하고, 상기 수용 챔버는, 세정용 버퍼를 수용하는 제2 버퍼 수용 챔버; 및 핵산 용리용 버퍼를 수용하는 제3 버퍼 수용 챔버를 더 포함하고, 상기 밸브 구조체는, 상기 제1 처리 챔버와 상기 제2 처리 챔버 간의 유로를 개폐하는 제3 밸브 구조체; 상기 제2 버퍼 수용 챔버와 상기 제2 처리 챔버 간의 유로를 개폐하는 제4 밸브 구조체; 및 상기 제3 버퍼 수용 챔버와 상기 제2 처리 챔버 간의 유로를 개폐하는 제5 밸브 구조체를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 처리 챔버는, PCR(Polymerase Chain Reaction)용 중합효소를 수용하는 제3 처리 챔버를 더 포함하고, 상기 수용 챔버는, 희석용 버퍼를 수용하는 제4 버퍼 수용 챔버를 더 포함하고, 상기 밸브 구조체는, 상기 제2 처리 챔버와 상기 제3 처리 챔버 간의 유로를 개폐하는 제6 밸브 구조체; 및 상기 제4 버퍼 수용 챔버와 상기 제3 처리 챔버 간의 유로를 개폐하는 제7 밸브 구조체를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 카트리지는, 전극과 상기 전극 상에 도포되어 타깃 핵산과 반응하는 반응 물질을 수용하는 적어도 하나의 반응 챔버를 더 포함하고, 상기 밸브 구조체는, 상기 제3 처리 챔버와 상기 적어도 하나의 반응 챔버 간의 유로를 개폐하는 적어도 하나의 제8 밸브 구조체를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석 시스템은 상기 카트리지를 이용하여 생체시료를 분석하는 시스템으로서, 상기 카트리지가 거치되어 안착되는 거치대; 상기 거치대에 안착된 상기 카트리지의 밸브 구조체에 대응하여 배치되는 개폐 로드; 및 상기 개폐 로드를 상기 밸브 구조체의 로드 삽입 홀에 삽입시켜 상기 로드 삽입 홀의 내부에 마련된 상기 유로 폐쇄용 멤브레인을 천공하거나 상기 로드 삽입 홀의 상기 일 단부와 상기 타 단부 사이를 폐색시키고, 상기 로드 삽입 홀에 삽입된 상기 개폐 로드를 상기 로드 삽입 홀로부터 인출하여 상기 로드 삽입 홀의 상기 일 단부와 상기 타 단부 사이를 연통시키는 로드 구동부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 판 형태의 카트리지에 생체시료나 버퍼를 수용하는 수용 챔버와 음압의 처리 챔버가 형성되고, 이러한 수용 챔버와 처리 챔버 간의 압력차에 의해 상기 수용 챔버에 수용된 생체시료나 버퍼가 상기 처리 챔버로 이동됨으로써, 생체시료와 버퍼의 이동 시간을 단축하고 전체 생체시료 분석 프로세스를 신속화할 수 있다.
또한, 상기 처리 챔버와 타 챔버들을 연결하는 각각의 유로에 다중 멤브레인 구조를 가진 밸브 구조체가 형성되고, 이러한 밸브 구조체에 의해 상기 처리 챔버의 음압 상태가 유지 또는 해제되거나 각각의 유로가 개방 또는 폐쇄됨으로써, 미리 정해진 생체시료 분석 프로세스에 따라 생체시료와 버퍼의 이동 방향을 정확히 제어할 수 있다.
또한, 생체시료에서의 핵산 추출, PCR을 통한 핵산의 증폭, 전기화학적 반응을 통한 타깃 핵산의 검출 등을 포함하는 일련의 생체시료 분석 프로세스가 하나의 카트리지에서 통합적으로 수행됨으로써, 생체시료 분석에 요구되는 시간과 비용을 절감할 수 있으며, 바이러스 감염 여부 진단을 위한 생체시료 분석과 같이 각각의 진단 대상자별로 독립적인 카트리지를 이용하여 진행되어야 하는 생체시료 분석에 용이하게 적용될 수 있다.
나아가, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 다양한 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 자명하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석용 카트리지를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 생체시료 분석용 카트리지의 A-A′선 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석용 카트리지의 유로 개폐 방식을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석용 카트리지를 이용한 세포 분해 과정들을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석용 카트리지를 이용한 핵산 추출 과정들을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석 시스템의 가압부를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석용 카트리지를 이용한 타깃 핵산의 증폭 및 검출 과정을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 생체시료 분석용 카트리지의 A-A′선 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석용 카트리지의 유로 개폐 방식을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석용 카트리지를 이용한 세포 분해 과정들을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석용 카트리지를 이용한 핵산 추출 과정들을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석 시스템의 가압부를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석용 카트리지를 이용한 타깃 핵산의 증폭 및 검출 과정을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 기술적 과제에 대한 해결 방안을 명확화하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우 그에 관한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이들은 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 후술되는 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석용 카트리지가 사시도로 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석용 카트리지(100)는 전체적으로 판 형태를 가지며, 기본 몸체를 이루는 기판(102)과 상기 기판(102)에 형성된 홈을 이용하여 마련되는 챔버들(110, 120a 내지 120d, 130, 150, 160, 170)을 포함한다.
예컨대, 상기 카트리지(100)는 수용 챔버(110, 120a 내지 120d), 처리 챔버(130, 150, 160) 및 반응 챔버(170)를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 수용 챔버(110, 120a 내지 120d)는 내부 공간에 생체시료(biological sample)를 수용하는 시료 수용 챔버(110)와, 내부 공간에 소정 버퍼(buffer)를 수용하는 버퍼 수용 챔버(120a 내지 120d)를 포함할 수 있다.
상기 시료 수용 챔버(110)는 그 외부에 내부 공간과 연통되는 주입구(112)가 형성되어, 해당 주입구(112)를 통해 주입되는 유동성 생체시료를 내부 공간에 수용하도록 구성된다. 시료 수용 챔버(110)에 수용되는 생체시료에는 혈액, 타액, 세포 또는 바이러스 등이 포함될 수 있다.
상기 버퍼 수용 챔버(120a 내지 120d)는 생체시료 분석 프로세스에 따라 필요한 버퍼를 수용하도록 구성된다. 이러한 버퍼 수용 챔버(120a 내지 120d)는 제1 내지 제4 버퍼 수용 챔버를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 버퍼 수용 챔버(120a)는 그 내부 공간에 세포 용해용 버퍼(lysis buffer)를 수용하도록 구성될 수 있다. 제2 버퍼 수용 챔버(120b)는 세정용 버퍼(washing buffer)를 수용하도록 구성될 수 있다. 제3 버퍼 수용 챔버(120c)는 그 내부 공간에 핵산 용리용 버퍼(elution buffer)를 수용하도록 구성될 수 있다. 제4 버퍼 수용 챔버(120d)는 희석용 버퍼(dilution buffer)를 수용하도록 구성될 수 있다.
상기 처리 챔버(130, 150, 160)는 유로를 통해 수용 챔버와 연결되며, 상기 유로를 통해 유입된 생체시료 또는 버퍼가 처리되도록 구성된다. 특히, 상기 처리 챔버(130, 150, 160)는 상기 수용 챔버의 내부 압력보다 낮은 음압의 내부 압력을 가지도록 구성될 수 있다.
이러한 처리 챔버(130, 150, 160)는 제1 내지 제3 처리 챔버를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 처리 챔버(130)는 음압 상태의 내부 공간에 세포의 기계적 분해를 위한 다수의 비드(bead)(132)를 수용하도록 구성된다. 제2 처리 챔버(150)는 음압 상태의 내부 공간에 핵산 추출을 위한 다수의 자성 입자(152)를 수용하도록 구성된다. 제3 처리 챔버(160)는 음압 상태의 내부 공간에 PCR(Polymerase Chain Reaction)용 중합효소를 수용하도록 구성된다.
상기 반응 챔버(170)는 그 내부 공간에 전극(172)과 상기 전극(172) 상에 도포되어 타깃 핵산과 반응하는 반응 물질을 수용하도록 구성된다. 상기 전극(172)은 기판(102)에 패터닝되는 방식으로 마련될 수 있으며, 작동 전극(working electrode)과 기준 전극(reference electrode)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라 상기 전극(172)은 시료의 유입을 감지하기 위한 인식 전극(recognition electrode) 등을 더 포함할 수 있다. 상기 카트리지(100)는 이러한 반응 챔버(170)를 1 또는 2 이상 포함할 수 있다. 상기 카트리지(100)가 복수의 반응 챔버(170)를 포함하는 경우, 복수의 반응 챔버(170)는 핵산 분배용 유로(180)를 통해 상기 제3 처리 챔버(160)와 연결될 수 있다.
한편, 상기 카트리지(100)는 챔버들 간을 연결하는 각각의 유로에 형성되어 해당 유로를 개폐하는 밸브 구조체(140)를 포함한다. 아래에서 다시 설명하겠지만, 상기 밸브 구조체(140)는 다중의 멤브레인 구조를 가지며, 챔버들 간의 유로를 폐쇄하거나 개방하도록 구성된다.
도 2에는 도 1에 도시된 생체시료 분석용 카트리지의 A-A′선 단면도가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 시료 수용 챔버(110)는 그 외부에 내부 공간과 연통되는 주입구(112)가 형성되어, 해당 주입구(112)를 통해 주입되는 유동성 생체시료(S)를 내부 공간에 수용한다.
상기 제1 버퍼 수용 챔버(120a)는 카트리지(100)의 몸체를 이루는 기판(102)의 상면에 형성된 홈과, 상기 기판(102)의 상면을 커버하는 가요성 멤브레인(144)으로 구성될 수 있다. 이러한 챔버 구조는 상기 제2 내지 제4 버퍼 수용 챔버(120b 내지 120d)에도 동일하게 적용될 수 있다. 이와 같이 구성된 제1 버퍼 수용 챔버(120a)는 그 내부 공간에 세포 용해용 버퍼(B1)를 수용한다.
상기 제1 처리 챔버(130)는 상기 기판(102)의 저면에 형성된 홈과, 상기 기판(102)의 저면을 커버하는 가요성 멤브레인(104)으로 구성될 수 있다. 이러한 챔버 구조는 상기 제2 및 제3 처리 챔버(150, 160)에도 동일하게 적용될 수 있다.
이와 같이 구성된 제1 처리 챔버(130)는 음압 상태의 내부 공간에 세포의 기계적 분해를 위한 다수의 비드(bead)(132)를 수용한다. 이 경우, 비드(132)는 유리나 세라믹 등 경질 소재로 구성될 수 있다. 또한, 제1 처리 챔버(130)는 그 외부면에 진동 발생 수단이 접촉되는 제1 접촉부(134)와 가열 수단이 접촉되는 제2 접촉부(136)가 형성되고, 그 내부면에 요철(138)이 형성될 수 있다.
한편, 상기 시료 수용 챔버(110)와 상기 제1 처리 챔버(130) 간의 유로, 및 제1 버퍼 수용 챔버(120a)와 상기 제1 처리 챔버(130) 간의 유로에 각각 마련되는 밸브 구조체(140)는, 로드 삽입 홀(142), 가요성 멤브레인(flexible membrane)(144) 및 유로 폐쇄용 멤브레인(146)를 포함한다.
상기 로드 삽입 홀(142)은 외부에서 로드(rod)가 삽입되도록 상기 카트리지(100)의 상면 또는 하면 측에 개구를 가지며, 상기 카트리지(100)의 두께 방향으로 연장되어, 그 일 단부가 수용 챔버(110)의 내부 공간과 연통되고, 그 타 단부가 처리 챔버(130)의 내부 공간과 연통되도록 구성된다.
상기 가요성 멤브레인(144)은 가요성과 신축성을 가지며, 상기 로드 삽입 홀(142)의 개구에 마련되어 해당 개구를 폐색시킨다. 특히, 상기 가요성 멤브레인(144)은 외부에서 로드 삽입 홀(142)의 내부로 로드가 삽입되는 경우에도 해당 로드에 의해 천공되거나 파열되지 않고, 해당 로드를 따라 로드 삽입 홀(142)의 내부로 신장되도록 구성된다. 이를 위해, 상기 가요성 멤브레인(144)은 높은 가요성과 신축성을 가진 고분자 합성수지로 형성될 수 있다. 실시예에 따라, 상기 가요성 멤브레인(144)은 기판(102)의 상면을 커버하는 멤브레인과 일체로 형성될 수 있다.
상기 유로 폐쇄용 멤브레인(146)은 상기 로드 삽입 홀(142)의 내부에 마련되어 상기 로드 삽입 홀(142)의 일 단부와 타 단부 사이를 폐색시킴으로써, 수용 챔버(110)와 처리 챔버(130) 간의 유로를 폐쇄하고, 처리 챔버(130)의 내부 음압 상태를 유지시킨다. 이러한 유로 폐쇄용 멤브레인(146)은, 상기 가요성 멤브레인(144)을 신장시키면서 로드 삽입 홀(142)의 내부로 삽입되는 로드에 의해 천공되도록 구성된다. 이를 위해, 상기 유로 폐쇄용 멤브레인(146)은 가요성이 없거나 낮은 소재로 형성될 수 있다. 예컨대, 유로 폐쇄용 멤브레인(146)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등과 같은 금속 소재로 형성될 수 있다.
상기와 같이 밸브 구조체(140)의 로드 삽입 홀(142)에 로드가 삽입되면, 삽입된 로드에 의해 상기 로드 삽입 홀(142)의 일 단부와 타 단부 사이가 폐색된다. 그 결과, 수용 챔버(110)와 처리 챔버(130) 간의 유로가 폐쇄된다. 반면, 상기 밸브 구조체(140)의 로드 삽입 홀(142)에 삽입된 로드가 로드 삽입 홀(142) 내부의 유로 폐쇄용 멤브레인(146)을 천공시킨 후 상기 로드 삽입 홀(142)로부터 인출되면, 상기 로드 삽입 홀(142)의 일 단부와 타 단부는 연통된다. 그 결과, 수용 챔버(110)와 처리 챔버(130) 간의 유로가 개방된다.
일 실시예에 있어서, 상기 밸브 구조체(140)의 로드 삽입 홀(142)은 해당 로드 삽입 홀(142)에 삽입된 로드의 말단부가 안착되는 안착 홈(142a)을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 밸브 구조체(140)는 상기 안착 홈(142a)의 홈 입구(홈 개구)에 마련되는 탄성 멤브레인(148)을 더 포함할 수 있다. 이러한 탄성 멤브레인(148)은 탄성과 가요성을 가진 고분자 합성수지로 형성되어, 상기 로드 삽입 홀(142)에 삽입된 로드의 말단부와 밀착되도록 구성될 수 있다.
이러한 밸브 구조체(140)는 상기 카트리지(100)의 챔버들 간을 연결하는 유로마다 마련될 수 있다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석 시스템이 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 생체시료 분석 시스템은 상술한 카트리지(100)를 이용하여 생체시료를 분석하도록 구성된다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석 시스템(2)은 거치대(10), 로드 구동부(20), 진동부(30), 가열부(40) 및 제어부(50)를 포함할 수 있다.
상기 거치대(10)는 상기 카트리지(100)가 거치되어 안착되도록 구성된다. 이를 위해, 상기 거치대(10)는 상기 카트리지(100)와 형합하는 안착 홈을 포함할 수 있다.
상기 로드 구동부(20)는 상기 거치대(10)에 안착된 카트리지(100)의 밸브 구조체(140)에 대응하여 배치되는 개폐 로드(22)를, 밸브 구조체(140)의 로드 삽입 홀(142)에 삽입시켜 상기 로드 삽입 홀(142)의 내부에 마련된 유로 폐쇄용 멤브레인(146)을 천공하거나 상기 로드 삽입 홀(142)의 상기 일 단부와 상기 타 단부 사이를 폐색시키고, 상기 로드 삽입 홀(142)에 삽입된 개폐 로드(22)를 로드 삽입 홀(142)로부터 인출하여 상기 로드 삽입 홀(142)의 일 단부와 타 단부 사이를 연통시키도록 구성된다.
상기 진동부(30)는 상기 거치대(10)에 안착된 카트리지(100)의 제1 처리 챔버(130)에 대응하여 배치되는 진동 전달 수단(32)을 제1 처리 챔버(130)의 제1 접촉부(134)에 접촉시키고, 상기 진동 전달 수단(32)을 통해 상기 제1 처리 챔버(130)에 진동을 전달함으로써, 상기 제1 처리 챔버(130)에서의 세포 분해 프로세스를 진행시키도록 구성된다. 예컨대, 상기 진동부(30)는 초음파를 이용하여 진동을 발생시키도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 진동 전달 수단(32)은 초음파 진동을 전달하는 호른(horn)으로 구성될 수 있다.
상기 가열부(40)는 상기 거치대(10)에 안착된 카트리지(100)의 제1 처리 챔버(130)에 대응하여 배치되는 열 전달 수단(42)을 제1 처리 챔버(130)의 제2 접촉부(136)에 접촉시키고, 상기 열 전달 수단(42)을 통해 상기 제1 처리 챔버(130)에 열을 전달함으로써, 상기 제1 처리 챔버(130)에서의 세포 분해 프로세스를 진행시키도록 구성된다. 예컨대, 상기 가열부(40)는 열선을 이용하여 열을 발생시키도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 열 전달 수단(42)은 열선에서 발생된 열을 전달하는 메탈 포스트(metal post)로 구성될 수 있다.
상기 제어부(50)는 생체신호 분석 시스템(2)의 전반적인 동작을 제어하도록 구성된다. 즉, 상기 제어부(50)는 미리 정해진 생체신호 분석 프로세스에 따라 상기 로드 구동부(20), 진동부(30) 및 가열부(40)의 동작을 제어하도록 구성된다. 실시예에 따라, 상기 제어부(50)는 상기 카트리지(100)의 반응 챔버(170)에서 진행되는 전기화학적 반응에 따라 상기 반응 챔버(170)의 전극(172)을 통해 출력되는 전류 값을 측정하고, 측정된 전류 값의 크기 또는 측정된 전류 값의 변화 패턴에 따라 타깃 핵산의 존재 여부나 타깃 핵산의 양을 판단하도록 구성될 수도 있다.
도 4 내지 도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석용 카트리지의 유로 개폐 방식이 도시되어 있다.
우선, 도 4에 도시된 바와 같이, 개폐 로드(22)가 밸브 구조체(140)의 개구를 커버하는 가요성 멤브레인(144)을 신장시키며 밸브 구조체(140)의 로드 삽입 홀(142)에 삽입되면, 로드 삽입 홀(142) 내부에 마련된 유로 폐쇄용 멤브레인(146)은 상기 개폐 로드(22)에 의해 천공된다.
그 다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 밸브 구조체(140)의 로드 삽입 홀(142)에 삽입된 개폐 로드(22)가 로드 삽입 홀(142)로부터 인출되면, 시료 수용 챔버(110)에 연결된 로드 삽입 홀(142)의 일 단부와, 제1 처리 챔버(130)에 연결된 로드 삽입 홀(142)의 타 단부는 상호 연통된다. 그 결과, 시료 수용 챔버(110)와 제1 처리 챔버(130) 간의 유로가 개방된다. 동일한 방식으로 제1 버퍼 수용 챔버(120a)와 제1 처리 챔버(130) 간의 유로가 개방된다.
이와 같이, 수용 챔버들(110, 120a)과 제1 처리 챔버(130) 간의 유로들이 개방되면, 시료 수용 챔버(110)에 수용되어 있던 생체시료(S)와 제1 버퍼 수용 챔버(120a)에 수용되어 있던 세포 용해용 버퍼(lysis buffer)(B1)는, 제1 처리 챔버(130)의 음압에 의해 제1 처리 챔버(130)의 내부 공간으로 이동된다.
그 다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 밸브 구조체(140)의 외부로 인출되었던 개폐 로드(22)가 다시 밸브 구조체(140)의 로드 삽입 홀(142)에 삽입되어 개폐 로드(22)의 말단부가 로드 삽입 홀(142)의 안착 홈(142a)에 안착되면, 수용 챔버들(110, 120a)과 제1 처리 챔버(130) 간의 유로들은 다시 폐쇄된다. 그 결과, 제1 처리 챔버(130)는 밀폐된다.
이와 같이, 제1 처리 챔버(130)가 밀폐된 상태에서, 진동 전달 수단(32)이 제1 처리 챔버(130)의 제1 접촉부(134)에 접촉되어 제1 처리 챔버(130)를 진동시키는 한편, 열 전달 수단(42)이 제1 처리 챔버(130)의 제2 접촉부(136)에 접촉되어 제1 처리 챔버(130)를 가열시키면, 제1 처리 챔버(130)에 수용된 생체시료의 세포들이 비드들과의 충돌에 의해 기계적으로 분해되고 세포 용해용 버퍼와의 반응에 의해 화학적으로 용해된다.
도 7에는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석용 카트리지를 이용한 세포 분해 과정들이 도시되어 있다.
도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 카트리지(100)의 시료 수용 챔버(110)에 생체시료가 주입되어 수용되면, 세포 분해 프로세스가 개시된다. 시료 수용 챔버(110)와 제1 처리 챔버(130) 간의 유로를 개폐하는 제1 밸브 구조체(140a), 제1 처리 챔버(130)와 제1 버퍼 수용 챔버(120a) 간의 유로를 개폐하는 제2 밸브 구조체(140b), 및 제1 처리 챔버(130)와 제2 처리 챔버(150) 간의 유로를 개폐하는 제3 밸브 구조체(140c)는 세포 분해 프로세스가 개시되기 전에 모두 해당 유로를 폐쇄하고 있는 상태이다. 즉, 제1 밸브 구조체(140a), 제2 밸브 구조체(140b) 및 제3 밸브 구조체(140c)의 내부에 각각 마련된 유로 폐쇄용 멤브레인(146)이 모두 천공되기 전이기 때문에, 제1 처리 챔버(130)의 내부 압력은 음압 상태로 유지된다.
그 다음, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 카트리지(100)의 외부에 위치한 개폐 로드들이 제1 밸브 구조체(140a)와 제2 밸브 구조체(140b)에 각각 삽입되어 해당 밸브 구조체의 내부에 마련된 유로 폐쇄용 멤브레인(146)을 천공시킨다.
그리고 개폐 로드들이 해당 밸브 구조체로부터 인출되어, 시료 수용 챔버(110)와 제1 처리 챔버(130) 간의 유로 및 제1 처리 챔버(130)와 제1 버퍼 수용 챔버(120a) 간의 유로가 개방된다.
그 결과, 시료 수용 챔버(110)에 수용되어 있던 생체시료와 제1 버퍼 수용 챔버(120a)에 수용되어 있던 세포 용해용 버퍼는, 제1 처리 챔버(130)의 음압에 의해 제1 처리 챔버(130)의 내부 공간으로 이동된다.
그 다음, 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 개폐 로드들이 다시 제1 밸브 구조체(140a)와 제2 밸브 구조체(140b)에 각각 삽입되어, 시료 수용 챔버(110)와 제1 처리 챔버(130) 간의 유로 및 제1 처리 챔버(130)와 제1 버퍼 수용 챔버(120a) 간의 유로를 폐쇄하면, 제1 처리 챔버(130)에서 상술한 바와 같은 세포 분해 프로세스가 진행된다.
도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석용 카트리지를 이용한 핵산 추출 과정들이 도시되어 있다.
도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 처리 챔버(130)에서 세포 분해 프로세스가 완료되면, 제3 밸브 구조체(140c)에 개폐 로드가 삽입되어 제3 밸브 구조체(140c)의 내부에 마련된 유로 폐쇄용 멤브레인(146)을 천공시킨다.
그리고 제1 밸브 구조체(140a), 제2 밸브 구조체(140b) 및 제3 밸브 구조체(140c)에 삽입되었던 개폐 로드들이 인출되어, 제1 처리 챔버(130)와 제2 처리 챔버(150) 간의 유로가 개방된다.
그 결과, 제1 처리 챔버(130)에 수용되어 있던 세포 분해 결과물은 제2 처리 챔버(150)의 음압에 의해 제2 처리 챔버(150)의 내부 공간으로 이동된다.
그 다음, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 개폐 로드가 다시 제3 밸브 구조체(140c)에 삽입되어 제1 처리 챔버(130)와 제2 처리 챔버(150) 간의 유로를 폐쇄하면, 제2 처리 챔버(150)에서 핵산 추출 프로세스가 진행된다. 즉, 세포 분해 결과물에 포함된 핵산들이 제2 처리 챔버(130)에 수용되어 있던 자성 입자들에 부착되어 추출되는 프로세스가 진행된다.
그 다음, 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이, 제2 처리 챔버(150)에서 핵산 추출 프로세스가 완료되면, 제2 처리 챔버(150)와 제2 버퍼 수용 챔버(120b) 간의 유로를 개폐하는 제4 밸브 구조체(140d)에 개폐 로드가 삽입되어 제4 밸브 구조체(140d)의 내부에 마련된 유로 폐쇄용 멤브레인(146)을 천공시킨다.
그리고 제3 밸브 구조체(140c) 및 제4 밸브 구조체(140d)에 삽입되었던 개폐 로드들이 인출되어, 제2 버퍼 수용 챔버(120b)와 제2 처리 챔버(150) 간의 유로 및 제2 처리 챔버(150)와 제1 처리 챔버(130) 간의 유로가 개방된다.
그 결과, 제2 버퍼 수용 챔버(120b)에 수용되어 있던 세정용 버퍼(washing buffer)가 제2 처리 챔버(150)를 거쳐 제1 처리 챔버(130)로 이동하게 된다. 이 경우, 제2 처리 챔버(150)에 수용되어 있던 핵산을 제외한 잔여물들은 세정용 버퍼와 함께 제1 처리 챔버(130)로 이동하게 된다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석 시스템(2)은, 제2 버퍼 수용 챔버(120b)와 후술되는 제3 버퍼 수용 챔버(120c) 또는 제4 버퍼 수용 챔버(120d)를 가압하여 펌핑하는 가압부를 더 포함할 수 있다.
도 9에는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석 시스템(2)의 가압부(60)가 도시되어 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 가압부(60)는 생체시료 분석 시스템(2)의 거치대(10)에 안착된 카트리지(100)의 제2 버퍼 수용 챔버(120b)에 대응하여 배치되는 가압 수단(62)을, 제2 버퍼 수용 챔버(120b)의 상면에 접촉시켜 제2 버퍼 수용 챔버(120b)을 가압함으로써, 제2 버퍼 수용 챔버(120b)에 수용된 세정용 버퍼(B2)를 제2 처리 챔버(150) 측으로 토출시키도록 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 가압 수단(62)은 제2 버퍼 수용 챔버(120b)의 내부 구조와 형합하는 로드(rod)로 구성될 수 있다. 또한, 상기 생체시료 분석 시스템(2)의 제어부(50)는 미리 정해진 생체신호 분석 프로세스에 따라 가압부(60)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다.
도 10에는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체시료 분석용 카트리지를 이용한 타깃 핵산의 증폭 및 검출 과정이 도시되어 있다.
도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 제2 처리 챔버(150)에서 핵산 추출이 완료되면, 제3 밸브 구조체(140c) 및 제4 밸브 구조체(140d)에 각각 개폐 로드가 삽입되어 해당 유로를 폐쇄한다. 또한, 제2 처리 챔버(150)와 제3 버퍼 수용 챔버(120c) 간의 유로를 개폐하는 제5 밸브 구조체(140e), 및 제2 처리 챔버(150)와 제3 처리 챔버(160) 간의 유로를 개폐하는 제6 밸브 구조체(140f)에 각각 개폐 로드가 삽입되어 제5 밸브 구조체(140e)와 제6 밸브 구조체(140f)의 내부에 각각 마련된 유로 폐쇄용 멤브레인(146)을 천공시킨다.
그리고 제5 밸브 구조체(140e)와 제6 밸브 구조체(140f)에 삽입되었던 개폐 로드들이 인출되어, 제3 버퍼 수용 챔버(120c)와 제2 처리 챔버(150)와 간의 유로 및 제2 처리 챔버(150)와 제3 처리 챔버(160) 간의 유로가 개방된다.
그 결과, 제3 버퍼 수용 챔버(120c)에 수용되어 있던 핵산 용리용 버퍼(elution buffer)는 제3 처리 챔버(160)의 음압에 의해 제2 처리 챔버(150)를 거쳐 제3 처리 챔버(160)의 내부 공간으로 이동된다. 이 경우, 제2 처리 챔버(150)의 자성 입자에 부착되어 있던 핵산들은 핵산 용리용 버퍼와 함께 제3 처리 챔버(160)로 이동하게 된다.
실시예에 따라, 제3 버퍼 수용 챔버(120c)에 수용되어 있던 핵산 용리용 버퍼(elution buffer)는 상술한 생체시료 분석 시스템(2)의 가압부(60)에 의해 토출되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 가압부(60)는 제3 버퍼 수용 챔버(120c)에 대응하여 배치된 가압 수단(62)을, 제3 버퍼 수용 챔버(120c)의 상면에 접촉시켜 제3 버퍼 수용 챔버(120c)을 가압함으로써, 제3 버퍼 수용 챔버(120c)에 수용된 세정용 버퍼를 제2 처리 챔버(150) 측으로 토출시키도록 구성될 수 있다.
그 다음, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 개폐 로드가 다시 제6 밸브 구조체(140f)에 삽입되어 제2 처리 챔버(150)와 제3 처리 챔버(160) 간의 유로를 폐쇄하면, 제3 처리 챔버(160)에서 PCR(Polymerase Chain Reaction) 프로세스가 진행된다. 즉, 제3 처리 챔버(160)에 수용되어 있던 PCR용 중합효소에 의해 타깃 핵산들이 증폭되는 프로세스가 진행된다.
그 다음, 도 10의 (c)에 도시된 바와 같이, 제3 처리 챔버(160)에서 PCR 프로세스가 완료되면, 제3 처리 챔버(160)와 제4 버퍼 수용 챔버(120d) 간의 유로를 개폐하는 제7 밸브 구조체(140g), 및 제3 처리 챔버(160)와 반응 챔버(170) 간의 유로를 개폐하는 제8 밸브 구조체(140h, 140i)에 각각 개폐 로드가 삽입되어 제7 밸브 구조체(140g) 및 제8 밸브 구조체(140h, 140i)의 내부에 각각 마련된 유로 폐쇄용 멤브레인(146)을 천공시킨다.
그리고 제7 밸브 구조체(140g)와 제8 밸브 구조체(140h, 140i)에 삽입되었던 개폐 로드들이 인출되어, 제4 버퍼 수용 챔버(120d)와 제3 처리 챔버(160) 간의 유로 및 제3 처리 챔버(160)와 반응 챔버(170) 간의 유로가 개방된다.
그 결과, 제4 버퍼 수용 챔버(120d)에 수용되어 있던 희석용 버퍼(dilution buffer)가 제3 처리 챔버(160)를 거쳐 각각의 반응 챔버(170)로 이동하게 된다. 이 경우, 제3 처리 챔버(160)에 수용되어 있던 증폭된 핵산들은 희석용 버퍼와 함께 각각의 반응 챔버(170)로 이동하게 된다.
이를 위해, 상술한 생체시료 분석 시스템(2)의 가압부(60)는 가압 수단(62)을 제4 버퍼 수용 챔버(120d)에 접촉시켜 제4 버퍼 수용 챔버(120d)를 가압함으로써, 제4 버퍼 수용 챔버(120d)에 수용되어 있던 희석용 버퍼를 제3 처리 챔버(160) 측으로 토출시킬 수 있다.
각각의 반응 챔버(170)에 증폭된 핵산들이 유입되면, 제3 처리 챔버(160)와 반응 챔버(170) 간의 유로를 개폐하는 제8 밸브 구조체(140h, 140i)에 각각 개폐 로드가 삽입되어 해당 유로를 폐쇄한다. 실시예에 따라, 각각의 반응 챔버(170)에서는, 타깃 핵산의 2차 증폭을 위한 2차 PCR이 진행되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 각각의 반응 챔버(170)는 2차 PCR용 중합효소를 더 수용할 수 있다. 또한, 각각의 반응 챔버(170)는 증폭된 타깃 핵산과 반응 물질 간의 전기화학적 반응을 진행시키고, 해당 반응에 따라 변화되는 전류를 전극(172)을 통해 출력할 수 있다.
한편, 상술한 생체시료 분석 시스템(2)의 제어부(50)는 각각의 반응 챔버(170)의 전극(172)을 통해 출력되는 전류 값을 측정하고, 측정된 전류 값의 크기 또는 측정된 전류 값의 변화 패턴에 따라 타깃 핵산의 존재 여부나 타깃 핵산의 양을 판단하도록 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 판 형태의 카트리지에 생체시료나 버퍼를 수용하는 수용 챔버와 음압의 처리 챔버가 형성되고, 이러한 수용 챔버와 처리 챔버 간의 압력차에 의해 상기 수용 챔버에 수용된 생체시료나 버퍼가 상기 처리 챔버로 이동됨으로써, 생체시료와 버퍼의 이동 시간을 단축하고 전체 생체시료 분석 프로세스를 신속화할 수 있다.
또한, 상기 처리 챔버와 타 챔버들을 연결하는 각각의 유로에 다중 멤브레인 구조를 가진 밸브 구조체가 형성되고, 이러한 밸브 구조체에 의해 상기 처리 챔버의 음압 상태가 유지 또는 해제되거나 각각의 유로가 개방 또는 폐쇄됨으로써, 미리 정해진 생체시료 분석 프로세스에 따라 생체시료와 버퍼의 이동 방향을 정확히 제어할 수 있다.
또한, 생체시료에서의 핵산 추출, PCR을 통한 핵산의 증폭, 전기화학적 반응을 통한 타깃 핵산의 검출 등을 포함하는 일련의 생체시료 분석 프로세스가 하나의 카트리지에서 통합적으로 수행됨으로써, 생체시료 분석에 요구되는 시간과 비용을 절감할 수 있으며, 바이러스 감염 여부 진단을 위한 생체시료 분석과 같이 각각의 진단 대상자별로 독립적인 카트리지를 이용하여 진행되어야 하는 생체시료 분석에 용이하게 적용될 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 실시예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.
지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 기술적 범위에서 다양한 변형 실시예들이 구현될 수 있음을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 앞서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 할 것이다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 사상의 범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 생체시료 분석용 카트리지 110 : 시료 수용 챔버
120a: 제1 버퍼 수용 챔버 120b: 제2 버퍼 수용 챔버
120c: 제3 버퍼 수용 챔버 120d: 제4 버퍼 수용 챔버
130 : 제1 처리 챔버 140 : 밸브 구조체
142 : 로드 삽입 홀 144 : 가요성 멤브레인
146 : 유로 폐쇄용 멤브레인 148 : 탄성 멤브레인
150 : 제2 처리 챔버 160 : 제3 처리 챔버
170 : 반응 챔버
120a: 제1 버퍼 수용 챔버 120b: 제2 버퍼 수용 챔버
120c: 제3 버퍼 수용 챔버 120d: 제4 버퍼 수용 챔버
130 : 제1 처리 챔버 140 : 밸브 구조체
142 : 로드 삽입 홀 144 : 가요성 멤브레인
146 : 유로 폐쇄용 멤브레인 148 : 탄성 멤브레인
150 : 제2 처리 챔버 160 : 제3 처리 챔버
170 : 반응 챔버
Claims (11)
- 판 형태를 가진 생체시료 분석용 카트리지로서,
생체시료 또는 버퍼(buffer)를 수용하는 수용 챔버;
상기 수용 챔버와 유로를 통해 연결되며, 상기 유로를 통해 유입된 생체시료 또는 버퍼가 처리되는 처리 챔버; 및
상기 유로를 폐쇄하거나 개방하는 밸브 구조체를 포함하고,
상기 밸브 구조체는,
외부에서 로드(rod)가 삽입되도록 상기 카트리지의 상면 또는 하면 측에 개구를 가지며 상기 카트리지의 두께 방향으로 연장되어, 일 단부가 상기 수용 챔버와 연통되고 타 단부가 상기 처리 챔버와 연통되는 로드 삽입 홀;
가요성을 가지며 상기 로드 삽입 홀의 개구에 마련되어 상기 개구를 폐색시키는 가요성 멤브레인; 및
상기 로드 삽입 홀의 내부에 마련되어 상기 로드 삽입 홀의 상기 일 단부와 상기 타 단부 사이를 폐색시킴으로써 상기 유로를 폐쇄하는 유로 폐쇄용 멤브레인을 포함하고,
상기 유로 폐쇄용 멤브레인은, 상기 가요성 멤브레인을 신장시키면서 상기 로드 삽입 홀의 내부로 삽입되는 로드에 의해 천공되도록 구성되고,
상기 로드 삽입 홀은, 상기 로드 삽입 홀에 삽입된 로드에 의해 상기 로드 삽입 홀의 상기 일 단부와 상기 타 단부 사이가 폐색되도록 구성되고,
상기 수용 챔버는, 내부 공간과 연통되는 주입구가 형성되어 상기 주입구를 통해 주입되는 생체시료를 수용하는 시료 수용 챔버; 및 세포 용해용 버퍼를 수용하는 제1 버퍼 수용 챔버를 포함하고,
상기 처리 챔버는, 세포의 기계적 분해를 위한 비드들을 수용하는 제1 처리 챔버를 포함하고,
상기 밸브 구조체는, 상기 시료 수용 챔버와 상기 제1 처리 챔버 간의 유로를 개폐하는 제1 밸브 구조체; 및 상기 제1 버퍼 수용 챔버와 상기 제1 처리 챔버 간의 유로를 개폐하는 제2 밸브 구조체를 포함하는 생체시료 분석용 카트리지. - 제1항에 있어서,
상기 처리 챔버는, 상기 유로 폐쇄용 멤브레인에 의해 상기 유로가 폐쇄된 상태에서 상기 수용 챔버의 내부 압력보다 낮은 음압의 내부 압력을 가지도록 구성된 것을 특징으로 하는 생체시료 분석용 카트리지. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 로드 삽입 홀은, 상기 로드 삽입 홀에 삽입된 로드의 말단부가 안착되는 안착 홈을 포함하고,
상기 밸브 구조체는, 탄성을 가지며 상기 안착 홈의 홈 입구에 마련되어 상기 로드의 말단부와 밀착되는 탄성 멤브레인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체시료 분석용 카트리지. - 제1항에 있어서,
상기 가요성 멤브레인은, 가요성 또는 신축성을 가진 고분자 합성수지로 형성되고,
상기 유로 폐쇄용 멤브레인은, 금속 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 생체시료 분석용 카트리지. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 처리 챔버는, 외부면에 진동 전달 수단이 접촉되는 제1 접촉부와 열 전달 수단이 접촉되는 제2 접촉부가 형성되고, 내부면에 요철이 형성된 것을 특징으로 하는 생체시료 분석용 카트리지. - 제1항에 있어서,
상기 처리 챔버는, 자성 입자들을 수용하는 제2 처리 챔버를 더 포함하고,
상기 수용 챔버는, 세정용 버퍼를 수용하는 제2 버퍼 수용 챔버; 및 핵산 용리용 버퍼를 수용하는 제3 버퍼 수용 챔버를 더 포함하고,
상기 밸브 구조체는, 상기 제1 처리 챔버와 상기 제2 처리 챔버 간의 유로를 개폐하는 제3 밸브 구조체; 상기 제2 버퍼 수용 챔버와 상기 제2 처리 챔버 간의 유로를 개폐하는 제4 밸브 구조체; 및 상기 제3 버퍼 수용 챔버와 상기 제2 처리 챔버 간의 유로를 개폐하는 제5 밸브 구조체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체시료 분석용 카트리지. - 제8항에 있어서,
상기 처리 챔버는, PCR(Polymerase Chain Reaction)용 중합효소를 수용하는 제3 처리 챔버를 더 포함하고,
상기 수용 챔버는, 희석용 버퍼를 수용하는 제4 버퍼 수용 챔버를 더 포함하고,
상기 밸브 구조체는, 상기 제2 처리 챔버와 상기 제3 처리 챔버 간의 유로를 개폐하는 제6 밸브 구조체; 및 상기 제4 버퍼 수용 챔버와 상기 제3 처리 챔버 간의 유로를 개폐하는 제7 밸브 구조체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체시료 분석용 카트리지. - 제9항에 있어서,
상기 카트리지는, 전극과 상기 전극 상에 도포되어 타깃 핵산과 반응하는 반응 물질을 수용하는 적어도 하나의 반응 챔버를 더 포함하고,
상기 밸브 구조체는, 상기 제3 처리 챔버와 상기 적어도 하나의 반응 챔버 간의 유로를 개폐하는 적어도 하나의 제8 밸브 구조체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체시료 분석용 카트리지. - 제1항, 제2항, 제4항, 제5항, 또는 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 카트리지를 이용하여 생체시료를 분석하는 생체시료 분석 시스템으로서,
상기 카트리지가 거치되어 안착되는 거치대;
상기 거치대에 안착된 상기 카트리지의 밸브 구조체에 대응하여 배치되는 개폐 로드; 및
상기 개폐 로드를 상기 밸브 구조체의 로드 삽입 홀에 삽입시켜 상기 로드 삽입 홀의 내부에 마련된 상기 유로 폐쇄용 멤브레인을 천공하거나 상기 로드 삽입 홀의 상기 일 단부와 상기 타 단부 사이를 폐색시키고, 상기 로드 삽입 홀에 삽입된 상기 개폐 로드를 상기 로드 삽입 홀로부터 인출하여 상기 로드 삽입 홀의 상기 일 단부와 상기 타 단부 사이를 연통시키는 로드 구동부를 포함하는 생체시료 분석 시스템.
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2020
- 2020-09-14 KR KR1020200117853A patent/KR102474238B1/ko active IP Right Grant
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