KR20050085471A - 남성 수정능 분석 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
정액 샘플 내에서 전진의 정자 운동성 및 활동 정자의 밀도를 분석하는 방법 및 장치를 개시한다. 상기 장치는 샘플 저장기, 다운스트림 수집 구역 및 그들 사이에 뻗어 있는 마이크로채널을 포함하는 미세유체공학 구조물을 포함한다. 마이크로채널은 채널 내에서 단일 방향 운동으로 샘플 정자를 제한하기위한 크기로 제작되는데, 이러한 샘플 저장기 내에 위치한 정액 샘플 내 정자는 마이크로채널을 따라서 수집 구역을 향하여 및 수집 구역으로 들어가고 이동한다. 또한 마이크로채널 또는 수집 구역 내에서 표지된 정자의 존재를 검출하기 위한 검출기, 및 (i) 검출기 신호를 수신하고, (ii) 수신된 검출기 신호를 기초로 하여, 정액 샘플 내 정자 운동성 및 밀도를 결정하고, (iii) 정자 운동성 및 밀도에 관련된 정보를 표시하기 위해 검출기에 작동적으로 연결된 전자 유닛을 포함한다.
Description
본 발명은 남성 수정능을 분석하는 방법 및 장치, 특히 전진 방향의 정자 운동성, 및 활동 정자의 밀도를 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
미국 및 다른 산업화된 국가의 커플들은 어떤 의학적 개입이 없으면 15-20% 정도가 아이를 임신하는데 실패한다. 남성 인자 불임이 직접적으로 약 1/3의 원인이고 임신 실패의 절반 이상의 기여 인자이다. 대부분의 적절한 의학적 개입을 계획하기 위해, 남성 정액 샘플의 상태가 정확히 측정되어야 한다. 남성 불임에 대한 세계 보건 기구 기준에 따르면, 남성 불임을 좌우하는 제 1차적 인자는 정액부피, 및 정자 세포 밀도, 운동성, 전방 진행, 및 형태이다. 이들 기준은 독립적이지 않다. 예를 들어, 전방 진행하는 정자를 고밀도로 함유하는 정액 샘플은 또한 높은 운동성 및 허용가능하게 낮은 비율의 형태학상 결점을 지닌다. 따라서, 정액 샘플 내 전방 진행하는 정액 세포의 밀도를 정확하게 측정하고 이들 결과를 국제 의학 표준과 비교함으로써, 남성 인자 불임은 실패한 임신의 원인에서 제외되거나, 현재의 의학적 실행에 따라서 동정되고 치료될 수 있다.
현재, 거의 모든 정액 샘플은 주요 병원, 의료 센터, 및 의사 추천의 부차적 불임 클리닉의 연구소 부설에서 분석된다. 숙련된 기술자가 대부분의 정액 분석을 수행한다. 샘플은 현미경 아래에서 관찰되고 정액 세포 조성물의 몇몇 양태가 예를 들어, 밀도, % 운동성, % 형태학적 비정상, 및 전방 진행과 같이 정량화된다. 이 때, 정액 세포 계산을 수행하는 단독 시판되는 제품이 또한 영국 및 미국에서 이용가능하다.
임신하는데 실패하는 커플들에 대한 정액 샘플의 분석은 현재 몇가지 인자로써 제한된다. 많은 커플들은 어려움과 스트레스 요인들이 오랜 기간 동안 지속될 때까지 불임 문제에 대한 의학적 어드바이스를 구하기를 꺼려한다. 일단 의학적 어드바이스를 구한다해도, 남자는 특히 당혹감과 프라이버시의 결핍 때문에 정액 분석 시도를 꺼린다. 숙련된 직원 및 연구실 실험은 고비용의 불임 경영의 원인이다. 저비용 및 정액 분석에 관한 사적인 대안들, 예를 들어 영국으로부터 이용가능한 가정에서 할 수 있는 세포 계산 분석법은 정액 샘플 내 정액 세포와 다른 세포 타입을 구별하지 못하고 샘플 내 정액 세포의 어떠한 운동성 특성을 분석하지 못한다. 따라서, 이러한 한계를 실질적으로 극복하는 정자 계산 및 운동성을 분석하기 위한 가정에서 할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
도 1은 투시도로서, 본 발명의 한 구체예에 따라서 구성된 분석 장치를 도시한다;
도 2A-2F는 (2A)본 발명에 따라서 구성된 미세유체공학 조립체의 하부 플레이트의 평면도, (2B)중앙 검출 저장기 및 입력 포트를 마이크로채널로 연결하기 위한 웰을 도시하는 도 2A의 A-A 라인을 지나는 단면도, (2C),미세유체공학 조립체의 상부 플레이트의 평면도, (2D),상부 플레이트에서 형성된 미세유체공학 채널 및 반대편 저장기의 말단부의 상세, 및 (2E)상부 플레이트에서 형성된 미세유체공학 채널 및 저장기 윤곽선의 상세; 및 (2F) 상부 및 하부 플레이트를 쌓아 올린 전체 조립체를 도시한다;
도 3은 도 2A 및 2C의 단면 라인 3-3을 따라서 얻은, 본 발명의 분석 장치의 광학 요소의 단면도이다;
도 4는 에스테르가 결합된 형광 보고자를 이용하여 샘플 정자를 표지하는 단계를 도해한다;
도 5A-5C는 3개의 상이한 시지점에서, 도 1의 장치가 작동하는 동안 샘플 이동 및 분포의 상태를 도해한다;
도 6은 분석 작동 동안 도 1의 장치에 의해 산출된 전형적인 정자-농도 함수를 도시한다;
도 7은 도 1의 장치 내 제어 유닛에 의해 수행되는 작동의 유동 다이어그램이다;
도 8A-8C는 (8A 및 8B) 본 발명의 제 2의 일반적 구체예의 미세유체공학 구조물 및 관련 검출기의 평면도, 및 (8C) 2개의 검출기로부터 기록된 전형적인 광학 검출 신호를 도시한다;
도 9는 도 8의 2개의 검출기 장치 내 제어 유닛에 의해 수행되는 작동의 유동 다이어그램이다;
도 10은 본 발명의 제 3의 일반적 구체예의 미세유체공학 구조물 및 관련 검출기의 평면도이다;
도 11A 및 11B는 도 10의 구체예에 있어서 대표 회로(11A) 및 검출된 신호(11B)를 도시한다;
도 12A 및 12B는 본 발명의 장치의 다양한 출력 디스플레이를 도시한다.
발명의 상세한 설명
A. 정의
하기 용어는 달리 나타내지 않는다면, 본 출원에서 다음 의미를 가진다.
"마이크로채널"은 나팔관을 통하는, 생체 내 상황과 유사한 방식으로 채널을 통한 정자 이동을 용이하게 하는 폭과 깊이 디멘션을 갖는 채널을 의미한다. 개개의 전방 진행 세포를 계산하기 위해서, 채널을 좁혀서 정자를 일렬 이동으로 제한할 것이다. 전형적으로 마이크로채널은 각각 약 10-100 마이크론의 폭과 깊이 디멘션을 가진다. 마이크로채널은 예를 들어, 원형 또는 직사각형과 같은 어떠한 단면의 형상일 수 있고, 길이가 몇 cm에 이를 수 있다.
"표지 화합물"은 정자 세포의 표면이나 내부에 결합되거나 혼합될 수 있는 어떤 화합물을 나타내며, 그 결과 정자 세포는 검출가능한 표지, 바람직하게는 형광 표지를 함유한다.
"운동성"은 운동의 능력을 나타내며, "정자 운동성"은 특히 유체 배지를 통한 이동을 허용하는 정자 세포의 특성이다.
"전방 진행"은 직선 방식으로 이동하는 정자의 능력을 나타낸다.
"활동 정자"는 운동성있고 전방으로 진행하는 정자 세포를 나타낸다.
"정자 갯수"는 하나의 검출 유닛에 의해 식별되고 계산된 활동 정자 세포의 수를 나타내며 갯수가 발생한 양에 의해 "정자 농도"와 관련된다.
"정자 밀도"는 집합 정액 샘플 내 활동 정자 세포의 밀도를 나타내며 20× 106 정자 세포/cm3와 동일하거나 그 이상을 지니는 수정능 샘플의 세계 보건 기구 표준에 따르는 남성 수정능의 척도이다.
B. 분석 장치
본 단락은 3가지 일반적 구체예에 관한 장치를 도시하는 본 발명의 분석 장치를 설명한다. 제 1의 구체예에서, 도 1-7 및 12에 관하여 도시된, 정액 샘플 내 전방의 정자 운동성 및 활동 정자의 밀도는 수집 저장기 내로 기지의 길이의 미세유체공학 채널을 통한 샘플-수용 저장기로부터의 정자 이동 속도 및 수에 의해 결정되며, 시간에 따르는 정자의 축적이 측정된다. 도 1, 4, 8, 9, 및 12와 관련하여 설명된 제 2의 구체예는 정자가 업스트림 및 다운스트림 저장기 사이 채널을 따라서 이동함에 따라서 개별 정자를 검출하기 위해, 미세유체공학 채널을 따라 떨어져서 간격이 유지된 위치에서 한 쌍의 광학 검출 조립체를 사용한다. 제 3의 구체예는 도 1 및 10-12로 도해하고, 정자 운동성 및 활동 정자의 밀도를 결정하는 미세유체공학 세트에 있어서 전기적 임피던스의 시간-의존성 변화에 따른다.
도 1은 정액 내 전진 방향의 정자 운동성 및 활동 정자의 밀도를 측정하기 위하여, 본 발명에 따라 구성된 완비된 장치(20)를 도해한다. 우선 (i) 정자 운동성 특성이 결정될 내부 미세유체공학 구조물, (ii) 상기 미세유체공학 구조물 내에서 정자의 이동 및/또는 축적을 검출하기 위한 검출 시스템, 및 (iii) 검출된 신호를 기초로 하여 정자 특성을 결정하기 위하여, 상기 검출 시스템에 작동적으로 연결된 전자 유닛을 구비하는 외부 케이스(22)를 나타낸다. 이들 구성요소의 구성 및 작동이 하기에서 설명될 것이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 케이스(22)는 설명되는 바와 같이, 상기 장치 내 미세유체공학 시스템의 샘플-수용 저장기와 내부적으로 연결되는 샘플-수용 개구(24)를 한정한다. 또한, 총 사정된 정액 부피를 수집하기 위한 큐벳 또는 샘플-수집 홀더(26), 및 샘플 제조를 나타낸다. 큐벳은 최소 정액 부피, 예를 들어, 적당한 남성 수정능에 대한 WHO 표준에 의해 필요하다고 결정된, 1.5 mL 부피를 표시하는 부피-표시기로 나타낼 수 있다. 큐벳은 유체를 홀더로부터 장치 내 미세유체공학 구조물로 전달하기 위해, 장치의 개구(24)에 직접 삽입될 수 있거나, 추가적 샘플 제제 용기가 더 작은 부피의 총 사정 정액 부피, 총 샘플의 희석액, 또는 상기 총 샘플과 기타 액체나 고체 화학물질과의 혼합물을 함유하도록 제공될 수도 있다.
샘플-수용 웰에 삽입되는 큐벳은 집합체 샘플 홀더라 칭하고 큐벳의 전체 바닥면, 또는 바닥면 내에 세팅된 일부 소형 기하학적 형상으로 구성되는 바닥구멍을 가질수도 있는데, 이것은 날카로운 접근(예를 들어 주사 바늘과 같은 것) 포트에 의해 쉽게 뚫리게 되어 있다. 바닥면은 고무나 왁스로 이루어져 샘플의 누수없이 구멍 뚫기가 가능할 수 있다. 샘플은 모세관 현상에 의해 유체 경로 속으로 끌어들여 질 수 있다. 샘플 홀더는 표지 화합물 및/또는 소화 효소와 같은 고체 및/또는 액체 화합물로 사전 로딩되거나 코팅될 수 있다. 콜라게나제 또는 트립신과 같은 소화 효소가 정액 샘플의 자연적인 단백질 가수 분해 붕괴를 촉진하는데 사용될 수 있다. 염화 나트륨 및 과당과 같은 화학물질이 첨가되어 정액 샘플의 생체 외 존속을 증가시킬 수 있다. 큐벳은 또한 전형적으로 하기 논의되는 바와 같이, 형광 보고자와 같은 검출가능한 보고자를 이용하여 정자를 표지하기 위한 정자 표지 시약을 포함할 수 있다.
샘플 홀더는 액체 시약으로 미리 채워질 수 있거나, 또는 이들은 분리 유체 디스펜서에 있어서 홀더 내 샘플에 첨가하기 위해 사용자에게 공급될 수 있다. 액체 시약은 이에 한정되지는 않지만 주로 과당, 염화나트륨, 염화칼슘, 염화마그네슘, 및 염화칼륨으로 구성되고, HEPES 완충에 의해 생리학적 pH로 유지되는, 물 중의 당 및 염의 등-오스몰(약 290 mOsm)용액을 포함할 수 있다.
홀더 내에 미리 채워진 용액 또는 고체 시약은 표지 화합물을 함유할 수 있거나, 표지 화합물이 로딩 저장기 또는 눈금실린더 내에 고체 형태로 포함될 수 있다. 농도나 양자 수득률, 및 정자 위 또는 정자 내부의 높은 형광으로 인하여, 활성 축적, 분할, 또는 에스테라제 활성으로 인한 증가된 농도로 인하여, 또는 지질 삽입이나 환경의 변화로 인한 양자 수득률의 증가로 인하여 표지 화합물은 용액 내에서 약한 형광성이다.
일단 샘플 홀더가 장치 내로 삽입되면, 날카로와진 접근 포트가 집합체 샘플 홀더의 바닥을 뚫는데 사용됨으로써 상기 집합 샘플은 분석 장치 내에서 유체 경로에 접근하게 된다. 택일적으로, 큐벳 내 시약으로 한번 혼합된 샘플을 개구 안으로 쏟아 붓고, 그로부터 예를 들어, 효소-용해가능 플러그를 용해하거나 사용자에 의해 봉인을 제거함으로써 미세유체공학 구조물로 들어갈 수 있다.
또한 도면에서 사용자에게 분석 결과를 디스플레이하기 위한 디스플레이 창(28)을 나타낸다. 정보를 표시하는 두가지 전형적인 유형은 도 12A 및 12B에 관하여 하기 논의된다. 장치(20)는 바람직한 구체예에서, 작고, 손으로 잡을 수 있는, 휴대가능 장치로서 제작된다.
C. 수집 저장기 내 정액 검출을 기재로 한 장치
본 단락은 본 발명의 제 1의 구체예에 따라서 구성된 수집 저장기 장치의 구성요소를 설명한다. 도 2A-2F와 관련하여, 도 2F에서 도시되며, 하부 플레이트(32)(도 2A)로 구성된 미세유체공학 구조물(30)은 정렬된 상부 플레이트(34)(도 2C)에 결합된다. 도 2A 및 2B에서 최대로 도시되는 바와 같이, 하부 플레이트(32)는 그것의 상부 면에 형성된 눈물-방울 형상의 오목부(36), 플레이트의 업스트림 말단부에서, 구조 내 수집 저장기의 일부를 형성하는 중앙 원통형 저장기 오목부(38), 및 다운스트림 오목부(40)를 포함한다. 또한 하부 플레이트에서 두가지가 같이 결합될 때 하부 및 상부 플레이트를 정렬하는데 사용되는 원형 정열 오목부(42), 및 도시되는 바와 같이, 구조물(30) 상의 광학 요소를 정렬하는데 사용되는 탭(44)이 형성된다.
상부 플레이트(34)의 구조를 고려하고, 도 2C-2E와 관련하여, 샘플-수용 개구(46)는 플레이트의 업스트림 말단에 형성된다. 플레이트의 아랫 면에 형성된 미세유체공학 채널(48)은 2개의 분리 채널 부분을 가진다: 업스트림 급송 오목부(50)로부터 중앙 저장기 오목부(52)까지 연결하는 업스트림 구역(48a), 및 오목부(52)를 다운스트림 배수 오목부(54)로 연결하는 다운스트림 구역(48). 오목부(50, 54), 및 일부가 접해있는 채널 구역(48a, 48b) 각각은 도 2D의 확대도로서 나타낸다. 오목부(50)(도 2E의 확대도로서 나타냄)는 하부 플레이트의 저장기 오목부(38)만큼의 동일한 원형 디멘션을 가지며, 그것과 함께 조립된 구조에 있어서, 원통형 수집 저장기(60)(도 2F)를 형성하는데, 이것은 하기 논의되는 바와 같이 표지된 정자를 검출을 위해 수집할 것이다. 전형적인 구체예에서, 수집 저장기는 원통 반경 0.1 내지 1 mm, 및 깊이 0.1 내지 1 mm를 가져서 0.001 내지 1 mm3의 기지의 부피를 생산한다.
채널 구역(48b)에 있어서, 오목부(52)의 단지 다운스트림에만 우회로(56)(도 2E)의 활동 정자 다운스트림의 흐름을 제한하도록 기능하고, 그로써 저장기를 지나서 활동 정자의 이동을 제한하도록 작용하는 채널 우회로(56)가 존재한다.
상기 언급되는 바와 같이, 이러한 구체예에서, 2개의 마이크로채널 구역(48a, 48b)를 의미하는 상기 마이크로채널은 각각 10-100 마이크론, 바람직하게는 15-60 마이크론 범위의 폭과 깊이 디멘션을 가진다. 마이크로채널은 반원 또는 직사각형과 같은 어떤 단면의 형상일 수 있으며, 길이가 몇 cm에 이를 수 있다. 기능적으로, 상기 마이크로채널, 및 특히, 마이크로채널 구역(48a)은 활동 정자가 업스트림의 채널을 통하여 다운스트림 방향으로 진행하도록 허용하지만, 상기 정자가 상기 채널 내에서 그들의 이동 방향을 바꿀 가능성이 매우 낮은 충분히 제한된 공간 내에서 진행하도록 하는 크기로 제작된다. 하기 나타내는 바와 같이, 채널 폭 및/또는 깊이는 나란히 채널을 통하여 이동하는 정자를 조정하거나 상기 정자를 일렬 움직임으로 제한할 수 있다. 전자의 경우, 채널 폭 및 깊이 디멘션은 바람직하게는 50 마이크론 내지 100 마이크론이고, 후자에 있어서, 10 내지 30 마이크론이다.
플레이트(32, 34)의 상기 설명, 및 도 2F로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 조립된 구조는 개구(46)에 의해 형성된 샘플 입구 포트를 가지며, 이 포트는 하부 플레이트의 오목부(36)와 연결되어 샘플-수용 장소(47)를 형성한다. 이것의 다운스트림 말단에서, 오목부(36)는 상부 플레이트의 업스트림 급송 오목부(50)와 겹쳐지고, 오목부(36)로부터 오목부(50)로 그리고 이러한 오목부로부터 마이크로채널 (48)로 액체의 모세관 전달을 위해, 마이크로채널의 중앙부는 원통형 수집 저장기(60)에 의해 차단된다. 이 저장기로부터, 유체는 다운 마이크로채널(48b)로부터 오목부(54)로 끌어 당겨지고, 이것은 오목부(40) 및 개구(40)에 의해 형성된 배수 저장기 내에서 액체를 분배하도록 작용하는 오목부(40)와 겹쳐진다. 구조물(30)에서만 설명되는 유체 경로는 전형적으로 예를 들어, 제품에 있어서, 등장성 염 용액과 같은 적당한 액체 배지로 채워지고 사용 전에 봉인된다. 샘플 유체가 장치에 첨가될 경우, 샘플은 샘플-수용 장소 내에서 사전 로딩된 유체와 혼합된다. 샘플 내, 및 이제는 샘플-수용 장소 내에 함유된 정자는 하기 설명되는 바와 같이 정자 운동성 및 전진-이동 정자의 밀도를 결정하기 위한 기재를 형성할 일련의 정자-이동 사건을 시작하는 이러한 장소 전체에 빠르게 분포된다.
플레이트(32, 34)는 폴리머 재료, 바람직하게는 투명한 폴리머 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리카르보네이트, 또는 잘-정련되고 안정한 성형 특징을 제공하는 것으로 알려진 어떤 다른 시각적으로 투명한 폴리머의 사출 성형을 이용하여 제작할 수 있다. 택일적으로, 플레이트는 어떤 다양한 적합한 재료 예를 들어, 실리콘, 유리, 석영, 플라스틱, 또는 기타 폴리머에 사용되는 주지된 표면 제작 방법에 의해 형성될 수 있다. 후자의 접근에 있어서, 채널은 레이저 절제 또는 화학적 에칭에 의해 제작될 수 있다. 제안된 채널의 크기는 절제에 있어서 사용되는 레이저를 집중시키거나 마이크로리토그래피를 사용함으로써 달성되어 에칭 전에 기판을 가릴 수 있다. 각각의 플레이트는 0.5 내지 2 cm, 2-4 cm, 및 1-2 mm의 전형적인 폭, 길이, 및 두께 디멘션을 가진다. 조립된 구조의 총 두께는 전형적으로 2-3.5 mm이다. 오목부(52)를 제외하고, 오목부 두께 디멘션은 전형적으로 25 내지 100 마이크론이다.
2개의 플래이트가, 일단 형성되고 서로 일직선으로 위치되면 예를 들어, 화학적, 정전기적, 또는 열 및 압력(융합 결합)을 통한 전통적 방법에 의해 결합된다.
도 3에 있어서, 미세유체공학 구조물(30)은 인쇄 회로 기판과 같은 플레이트(64)상에 장착되는데, 이것은 또한 (i) 구조물(30)의 수집 저장기 내 형광 샘플 물질에 대한 여기 광원으로서 작용하는 방출 광 다이오드(66), 저장기 내 샘플 재료로부터 방출 광을 검출하기 위해 작동가능한 한 쌍의 광학 검출기(68, 70), 및 하기 설명되는 바와 같이, LED로부터의 여기 및 방출 광 파동을 검출기로 각각 향하게 하기 위한 다수의 광학 요소를 갖는 단일 광합 조립체(62)를 지지한다.
방출된 빛의 검출은 포토다이오드, CCD, 또는 기타 고체상 검출기를 이용하여 달성될 수 있다. 이들은 저렴하고, 믿을만하며, 신속한 시간-반응을 가지며, 광범위한 파장 민감성 프로파일 및 크기로 이용가능하다. 전형적인 LED는 Uniroyal에 의해 공급되는 UNPRX465-0G1 LED이며, 이것은 주로 450-470 nm 부근의 청색 파장에서의 빛을 방출한다. 전형적인 광검출기는 Centronic에 의해 공급되는 OSD1-0- 광다이오드이다.
도 2A 및 2C로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 광학 조립체는 미세유체공학 구조물의 중앙 "컷-아웃" 부의 양쪽에 걸쳐있으며, 그와 함께 광학 요소 및 구조물 (30)의 탭(44) 사이에 적합한 수단에 의해 정렬된다. 광학 요소는 또한 플레이트(64) 위에 옮겨진 장착 블록(72)과 상호 교차(interdigitation)에 의해서 플레이트 (64) 상에 추가로 정렬된다.
조립체의 다양한 광학 요소는 (i) LED 공급원으로부터의 광빔을 광검출기(68) 위로 향하게 하여 LED 광도에 대한 기준을 제공하는 단계(검은 광선으로 나타냄) (ii) LED로부터의 여기 광빔을 미세유체공학 구조물의 수집 저장기 내로 집중시키는 단계(도 3에서 검은 광선으로 나타냄 ), 및 (iii) 저장기 내 형광의 수준을 측정하기 위해 수집 저장기로부터 방출된 빛을 광검출기(70) 위로 향하게 하는 단계(회색 광선으로 나타냄)에 있어서 그들의 작동의 설명으로부터 이해될 것이다.
도 3에서 도시되는 바와 같이, LED(68)로부터의 발산 광선은 곡선형 반사 표면(71)으로부터 반사되고 검출기(71) 위로 집중된다. 이 검출기에서 측정된 광도는 LED에 의해 유도된 형광 방출의 결과인 검출기(70)에서 측정된 광도에 비례하는 LED 광도를 환산하는데 사용된다. LED로부터의 발산 광선은 또한 수렴 렌즈 요소(72)를 통하여 향하게 되고 표시한 바와 같이 평행 광선들로 광빔을 생산한다. 이들 광선은 직각 반사 표면(74)으로부터 반사되고, 반사된 빔은 상기 장치의 필터 삽입물(78) 내에 구비된 고주파 통과 필터(76)를 통과한다. 필터(76)는 예를 들어, 형광 방출 파장과 중첩되기 쉬운 적색 및 청색 성분과 같은 LED 에 의해 생산된 저 주파수 성분들을 제거하도록 설계되어 있다. 바람직한 필터는 450-470 nm 밴드 통과 필터이다. 이때 반사되고 여과된 빛은 반사된 빛을 미세유체공학 구조물의 수집 저장기(60)로 집중시키는 역할을 하는 수렴 반사 표면(80)으로부터 반사된다. 샘플 저장기 내 여기 빛의 강도는 플레이트(64)위의 저장기 아래에 위치된 반사경(82)에 의해 더 증가된다.
도 3의 광선 다이어그램으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 여기 광의 상기 설명된 광학 경로는 도면에서 실질적으로 수직 방향인 방향을 따라서 광선을 제한한다. 여기 및 방출 광 사이의 중첩을 최소화하기 위해서, 형광 방출은 여기 광선에 실질적으로 직교인, 즉 도면에서 실질적으로 수평 방향인 방출 광선으로부터 검출된다. 이러한 방출 광은 광학 조립체 내 요소(86)를 통하여 직접 통과하거나 수집 저장기의 반대편에 위치한 반사경(84)으로부터 이 요소 내로 반사된다. 요소(86)으로 향하게 되는 방출 광은 곡선형 반사 표면(88)으로부터 반사되고, 그로부터 경사각 반사경(90)으로 반사되며, 필터 삽입물(94) 내에 구비된 저통과 필터(92)를 통하여 반사된다. 필터는 LED로부터 여기 주파수를 내는 형광 방출 파장 위에서 저 주파수를 제거하도록 설계되는 저통과 필터이다. 한 바람직한 필터는 505-540 nm 밴드 통과 필터이다. 여과된 방출 빔이 우측 각 반사 표면(102)으로부터 반사되고, 수렴 렌즈 요소(104)를 통하여 검출기(70) 위로 지나갈 때 집중된 후, 수집 저장기 내 샘플 재료로부터 형광 방출의 강도를 측정한다.
광학 요소 내 광학 조립체는 성형된 폴리에스테르-술폰, 폴리카르보네이트, 또는 아크릴과 같은 단일 성형 플라스틱 부품, 또는 비교적 높은 굴절률 및 양호한 광학적 전도를 가지는 기타 폴리머로서 형성된다. 나타낸 특정 구체예에서, 전체 조립체는 하나의 폴리머 재료로부터 형성되며, 비록 다른 구체예이지만, 상이한 굴절률을 갖는 폴리머는 예를 들어, 제한된 주입에 있어서 성형품 내로 상이한 폴리머 재료를 연속적으로 주입함으로써 사용될 수 있다. 플레이트(64) 상 반사 표면은 반사 코팅을 갖는 접착 테이프를 사용함으로써 형성된다. 광학 성분 내 반사는 총 내부 반사로써 구성된다.
샘플 내 정자는 예를 들어, 표지된 항체의 부착 또는 형광 표지의 선택적 흡수를 포함하는 임의의 다양한 기지의 방법에 의해 형광 표지되는 것과 같이 표지될 수 있다. 후자의 방법의 바람직한 구체예는 도 4에서 도해된다. 상기 도면은 외부 막(102)을 갖는 개별 정자 세포(100)를 나타낸다. 포유동물-세포막의 특징과 같이, 막(102)은 하전된 종보다 하전되지 않은 분자에 더 투과적이다. 상기 방법에서 형광 표지 제제는 형광 보고자 기(F) 및 절단가능 에스테르 기(에스테르 결합에서 세포내 에스테라제에 의해 절단되어 산성 형광 분자 및 알콜 가수분해 산물(R-OH)이 될 수 있는 -OC(O)-R)를 갖는 형광 분자이다. 한 바람직한 형광 분자는 Molecular Probes에 의해 제조된 Calcein AM 에스테르이다.
도면에서 나타내는 바와 같이, 에스테르화 되는 경우 분자는 하전되지 않은 형태로 우세하게 존재하고, 이로써, 세포 횡단 막(102)의 내부 또는 외부로 용이하게 이동할 수 있다. 일단 세포 내부에서, 분자가 에스테르 결합을 절단하고 대부분 세포내 pH에서 음전하로 하전된 형태로 존재하는 산성 기를 이탈하는 세포 내 에스테라제에 의해 변형받는다. 표지 과정은 실온에서 적어도 5-15분의 바람직한 표지 기간 이상으로, 세포의 초기 사전 처리에 있어서 바람직하게는 수행된다. 따라서 상기 장치의 미세유체공학 구조물에 첨가된 사전 처리된 샘플 재료는 내화된 형광 표지, 및 대부분 절단되지 않은 형태의 세포외 표지를 갖는 정자의 현탁액을 포함한다.
다른 일반적인 구체예에서, 정자는 예를 들어, LED와 같은 광원으로부터의 형광 보다는 빛산란이나 광흡수에 의해 검출된다. 예를 들어, 정자는 염색되거나 보고자가 유도되는 항체나 기타 정자-결합 제제를 통한 UV 흡수 보고자로 표지될 수 있다. 택일적으로, 세포내 절단되어 예를 들어 하전된 종을 형성하는 염색된 보고자가 표지 세포로 사용될 수 있다. 이러한 구체예에서, 상기 설명된 광학 시스템은 형광보다는 세포로부터의 흡수 또는 빛산란을 검출하도록 변형된다. 이는 예를 들어, 상기 수집 저장기 바로 아래의 광학 요소 내에 제 2 광검출기를 위치시킴으로써 수행될 수 있으며, 저장기 내 정자의 이러한 축적은 광검출기에서 광 신호의 감소를 야기한다.
정자 운동성 및 활동 정자의 밀도의 정량화를 가능케하는 정자 운동성의 동역학은 도 5A-5C에 도해된다. 상기 도는 급송 오목부(50)의 다운스트림 말단, 마이크로채널 구역(48a), 수집 저장기(60), 및 마이크로채널 구역(48b)을 포함하는 미세유체공학 구조물(30)의 마이크로채널 부분을 나타낸다. 사전 처리된 정액 샘플이 장치 내로 처음 도입될 때, t=0 시에서, 샘플 내 표지된 정액 세포는 샘플-수용 장소 내에 함유된 유체를 통하여 빠르게 분포된다. 즉, 마이크로채널 구역(48a)에는 도 5A에 나타내는 바와 같이 어떤 표지된 세포가 거의 없다. 시간이 경과하여, 예를 들어, t=t1에서, 운동하는 전진 이동 정자 세포는 채널 구역(48a)에 도달하고, 저장기(60)을 향하여 세포의 평균 운동성에 따르는 이동 속도로 이동을 시작한다. 운동하는 전진 이동 세포는 채널 구역(48a)을 통과하여 그들의 여정을 끝마치고, 그들은 저장기 내 측정된 형광 신호의 증가를 이끄는 저장기(60) 내에 축적하기 시작한다.
시간이 경과한 저장기 내 형광 검출에 있어서 명백한 바와 같이, 상기 세포-이동 사건은 도 6에 도시된다. t=0 시에서, 측정된 형광은 다소 낮은 바탕 수준이며, 표지된 세포가 처음 저장기에 도달하기 시작할 때, 시 t1까지 그렇게 유지된다. 표지된 세포가 저장기 내에 점점 축적되기 시작함에 따라, 총 측정된 형광은 증가하기 시작하는데, 본 도면에 있어서, 형광/제공 기간에 있어서 기울기가 변화하는 t1을 지나는 시간을 경과하여 선형 증가를 보인다. 기울기가 0인 시간,(t1)으로 돌아가 기울기를 이용하여 추정함으로써, 채널 구역(48b)를 통한 정자 세포의 이동에 필요한 시간 t1이 결정될 수 있다.
상기 장치의 전자 요소는 마이크로프로세서 및 소형 배터리를 이용한 동력 공급을 포함한다. 검출 신호는 AD 컨버터나 콤퍼레이터에 의해 디지털화된 후 마이크로프로세서의 RAM에 저장된다. 그 후 마이크로프로세서는 하기 설명되는 논리에 따라서 밀도 및 운동성을 계산한다. 마이크로프로세서의 설계 및 구성은 소망하는 출력, 및 지금부터 설명되는 논리적 작동이 주어진다면, 당업계 숙련자에게 명백해질 것이다.
이러한 분석 결정을 수행함에 있어서, 상기 장치 마이크로프로세서에 의해 수행되는 단계를 도 7의 유동 다이어그램으로 나타낸다. 박스 110에서와 같이, 샘플이 장치에 처음 첨가될 때, 신호는 예를 들어, 2개의 전극 사이의 전도 경로를 차단하는 샘플 유체에 의해 112에서와 같이 시간이 0으로 세팅되는 마이크로프로세서로 보내진다. 또한 활성화는 스위치를 통하여 수동으로 또는 샘플 웰을 덮는 포일이나 플러그 구조에 센서를 연결함으로써 수행될 수 있다. 보호 커버가 제거될 때 샘플이 활성화된다. 이와 동시에 LED(66)가 스위치 온 되고, 마이크로프로세서는 검출기(68) 및 (70)으로부터 시간-의존성 형광 방출 신호를 받기 시작한다.
광학 검출은 저장기(60) 내에서 증가된 형광의 신뢰할 만한 좌표를 기록하기에 충분히 긴 미리 세팅한 시간 t2로 유지된다. 이러한 시간이 도달되면, 논리 (116)을 통하여, 프로세서는 (118)에 나타내는 바와 같이 표준 곡선 분석 알고리즘을 이용하여, 형광 곡선을 분석하여 시간-의존성 형광 곡선의 기울기를 결정한다. 이 곡선으로부터, 기울기가 수평 베이스라인을 교차하는 "0 절편"이 결정되고, 120에서, 이것으로부터, 채널 구역(48a)(t1-t0)을 통한 활동 정자의 이동의 평균 시간 및 활동 정자의 평균 속도가 각각 (122, 124)에서 결정된다. 즉, 이동의 기지의 평균 시간, 및 채널 구역(48a)의 기지의 길이로부터, 채널 내 전진 방향 이동 세포에 있어서 운동성 세포의 이동 속도가 계산될 수 있다(비율=거리/시간 t1). 계산된 속도, 또는 정자 운동성의 질적 표시기는 (126)에서 사용자에게 표시된다.
운동성 정자의 밀도를 결정하기 위해, (118) 및 (120)에서 결정된 시간-의존성 곡선의 기울기는 (128)에서 각각의 다수의 기지의 기울기와 비교되는데, 이들 각각은 (130)에서 저장된 상이한 기지의 정자 샘플과 동일한 조건하에서 얻은 시간-의존성 형광 측정치를 나타낸다. 도면으로 나타내지는 않지만, 샘플에 대한 형광 곡선의 기울기는 장치 내 검출기(68)로서 측정되는 바와 같이 실제상의 LED 여기 강도의 변화에 대하여 보상하기 위해 표준화된 여기 강도로 조절되며, 따라서 샘플 곡선 및 모든 모델 곡선은 표준화된 여기 값을 기재로 한다. 곡선을 적합화하고 매칭시키기 위한 적당한 방법은 당업계 주지되어 있다. 일단 최고의 곡선 적합도가 (132)에서 이루어지면, 샘플 내 운동성 정자의 밀도가 최적 곡선으로부터 추정되고 (126)에서 사용자에게 표시된다.
모든 세가지 구체예에서, 상기 장치의 작동이 아래 D 단락의 본 발명의 모든 세가지 일반적 구체예에 관하여 하기에 기술된다.
D. 마이크로채널을 따라 정자 검출을 기재로 한 장치
본 단락은 본 발명의 제 2의 구체예에 따라서 구성된 장치의 구성요소를 설명하며, 정자 운동성 및 밀도 특성은 미세유체공학 채널을 따라서 간격이 유지된 위치에서 한 쌍의 광학 검출기에 의해 측정된다. 상기 장치는 특히 도 1에서 도해되는데, 이것은 본 발명의 모든 3가지 구체예에 공통적인 외부 하우징 특징을 나타내고, 도 4는, 정자 세포의 형광 표지를 도해하고, 도 8A-8C는, 상기 구체예의 미세유체공학 채널 및 광-감 구성요소를 도해하며, 도 9는, 상기 장치에 의해 수행되는 전기적으로 제어되는 알고리즘의 유동 다이어그램을 나타내며, 도 12는, 모든 3가지 구체예에 대하여 공통적인 2개의 전형적 출력 디스플레이를 도해한다.
도 8A 및 8B는 제 2의 구체예 장치의 미세유체공학 구조물(140)의 일부를 도해한다. 여기서 샘플-수용 저장기(142), 및 업스트림 말단이 저장기(142)와 유체로 연결되어 있는 마이크로채널(144)의 일부를 도시한다. 마이크로채널의 반대편 말단은 말단 저장기와 연결되고, 이것은 미리 계산된 정자 세포가 검출 채널을 통해 되돌아 오는 것을 막는 작용을 한다. 몇몇 형상이 이미 검출 채널을 통하여 지나간 정자 세포의 수집을 위한 기능적으로 무한한 말단 저장기를 생성하는데 사용될 수 있다.
구조(140)은 상기 B 단락에서 설명된 바와 유사한 방법을 사용하여 제작될 수 있다. 상기 구조의 마이크로채널은 채널 내 정자 이동을 업스트림에서 다운스트림으로 확고히 하기 위해, 상기 설명된 바와 유사한 폭과 깊이 디멘션을 가진다. 채널 길이는 바람직하게는 2-5 cm이다.
2개의 광검출 시스템(146, 148)이 마이크로채널을 따라서 간격이 유지된 채 존재하는 위치에 배치되고, 이들 각각은 LED(152) 및 (154)와 같은 LED 광원, 및 광검출기(150) 및 (156)과 같은 광검출기를 각각 포함한다. LED 및 광검출기는 상기 장치(20)에 대하여 설명되는 바와 유사하며,(i) 분석 과정이 개시될 때, LED의 마이크로프로세서 활성화, 및 (ii) 원하는 정자 운동성 및 정자 밀도 정보를 생성하기 위해 광검출기 신호를 수용 및 처리하는 단계를 위하여 마이크로프로세서(도시하지 않음)에 작동적으로 연결된다. 광원 및 검출기 모두는 동일한 통합부 내로 편입될 수 있다. 하기에 나타내는 바와 같이, 하나의 검출기로부터의 신호는 채널을 통과하는 정자를 계산하는데 사용된다. 2개의 광원-검출기 쌍은 고정된 거리에 걸쳐서 개별 정자의 여행 시간의 궤도를 유지시키도록 미세유체공학 채널(구체예에서 도시함)을 따라서 위치된다.
상기 도면에서 나타낸 샘플은 상기와 같이 제조된다. 샘플 제조 또는 사전 처리에는 등-삼투압 용액에서 세포 형광 표지 및 세포의 현탁이 포함될 수 있다. 사전 처리된 샘플은 초기 시간 t=0에서 마이크로채널 내 및 마이크로채널을 통한 정자 이동의 개시와 함께, 상기와 같이 장치 내로 도입된다. 도 8A 및 8B는 정자, 예를 들어 정자(158a)가 하나의 검출 지역로부터 다른 곳으로 이동한 2개의 인접하여 관련된 시간 t1, 및 t1+d에서 마이크로채널 내 정자의 위치를 나타낸다.
도 8C는 채널(144)을 통하여 이동하고, 각각 도 8A 및 8B에서 나타내는 세포 위치와 대응하는 시간 t1, 및 t2에서 2개의 검출 지역에서 얻은 세포 s1, s2, 및 s3에 대한 형광 신호 흔적을 나타낸다. 작동 중에, 상기 장치 프로세서는 각 검출기에서 측정된 각각의 피크를 계산하고, 상기 피크를 연속적인 새로운 세포 번호 N으로 할당한다. 따라서, 예를 들어, 세포(158a)가 검출기(150)에 의해 검출된 세포 번호 N으로 할당된다면, 동일한 세포는 검출기(156)에 의해 검출된 동일한 번호로 할당되어야 한다. 그 후 대응하는 "동일하게 번호매겨진" 세포 사이의 시간 간격을 비교함으로써, 상기 장치는 검출기들 사이의 각각의 정자 "N"의 이동 시간을 결정할 수 있다. 이는 도 8C에 도해되는데, 바닥 프레임은 (166)에서 나타내고, 형광 신호 피크는 각각 업스트림 및 다운스트림 검출기에서 대응 피크(164) 및 (164')에 대하여 검출된다.
마이크로채널을 통한 정자의 이동은 마이크로채널의 폭을 제한함으로 인하여 단지 일렬이거나, 단일 및 나란한 쌍 모두일 수 있다. 하나 이상의 세포가 동시에 검출 지역를 통과하는 경우, 이것은 형광 피크의 보다 더 큰 폭 및/또는 더 높은 높이를 기재로 한 복합-세포 사건으로서 기록될 것이다. 마이크로채널 폭/깊이가 나란한 방식으로 하나 이상의 정자 세포를 수용하는 경우, 마이크로프로세서는 (i) 피크 높이/폭으로부터 피크에 도움이 되는 세포 번호를 결정하고, (ii) 정자 세포의 결정된 번호에 대응하는 피크 세포 계산 번호(예를 들어, N+1, N+2)를 할당하기 위한 전통적인 신호 분석 성능을 포함할 수 있다.
활동 정자의 평균 정자 운동성 및 밀도를 결정하기 위한 장치 내 마이크로프로세서의 작동은 도 9의 유동 다이어그램에서 도시된다. 첫째로, (160, 162)로 나타내는 각각의 검출기로부터의 처리되지 않은 검출기 신호는 디지털화 장치를 통과한 후 신호 크기가 정자의 통과(사건)에 해당하는 시간을 결정하기 위해 판별 장치, (170, 172) 각각을 통과한다. 이들 시간은 각 검출기에 저장된다. 예를 들어, n번째 정자가 제 1 및 제 2 검출기를 지나가는 시간은 각각 (176, 178)로 나타내는 바와 같이, 각각 Tn1, Tn2로 표시될 것이다. 상기 언급한 바와 같이, 다수의 세포가 임의의 어떤 시간에 검출 지역를 통과하는 경우, 더 큰 피크 높이 및/또는 폭이 적당한 세포 번호로서 기록된다.
측정 시간(N) 동안 각 검출기를 통과하는 모든 정자의 유동 갯수는 마이크로채널 내 총 번호 갯수/시간을 기초로 하여 샘플 내 활동 정자의 밀도의 기초를 제공하는 (174)에서 유지된다. 상기와 같이, 활동 정자의 실제 밀도는 샘플 내에서 검출된 실제 세포/시간을 다수의 기지의-밀도 샘플 각각에 대하여 결정된 다수의 표준 세포/시간 번호 각각과 비교함으로써 결정될 수 있다.
그 후 개별 정자 속도는 2개의 검출기에 제공된 정자의 도착 시간 사이의 차를 취하여 이 값을 (180)에서 나타내는 바와 같이, 검출기들 사이의 거리로 나눔으로써 계산된다. 다수의 개별 정자 속도를 평균하여 평균 정자 속도(Vn)를 계산한다. 정자 밀도는 (182)에서 나타내는 바와 같이, 결과의 N, Vn 및 환산 인수로서 어림된다. 환산 인수는 정자 밀도를 독립적으로 측정한 후, 그 값을 N 및 Vn으로 나눔으로써 결정할 수 있다. 상기 장치의 2개의 전형적인 디스플레이는 장치(12)에 대하여 상기 설명된 바와 같이, 도 12A 및 12b에 도시한다.
본 구체예가 한 쌍의 간격이 유지되어 존재하는 검출기를 가지더라도, 2개의 개별 시지점에서 정자 위치를 검출하기 위하여, 상기 장치는 하나의 LED 및 검출기 쌍에 의해 정자 속도를 측정하기 위해 용이하게 조절될 수 있고, 속도는 피크 폭의 함수로서 측정된다는 것이 이해될 것이다.
E. 임피던스 측정에 의한 정자 검출을 기재로 한 장치
본 단락은 3번째 본 발명에 따라서 구성된 장치의 구성요소를 설명하는데, 정자 운동성 및 밀도 특성은 정자가 채널을 통하여 이동함에 따라서, 마이크로채널을 횡단하거나 마이크로채널 내의 임피던스의 변화에 의해 측정된다. 상기 장치는 특히 도 1에서 도해되며, 이는 본 발명의 3가지 구체예 모두에 공통적인 외부 하우징 특징을 나타내며, 도 10은 상기 장치 내 전형적인 채널 및 전극 배열을 도해하고, 도 11A 및 11B는 단순화된 형태로, 시스템 내 회로 구성요소, 및 분석 과정 동안 획득한 전형적인 임피던스 곡선을 도해하며, 도 12는 3개의 구체예 모두에 공통인 2개의 전형적인 출력 디스플레이를 도해한다.
도 10은 3번째 구체예 장치의 미세유체공학 구조물(186)의 일부를 도해한다. 여기서 샘플-수용 저장기(188), 수집 저장기(192) 및 그들 사이에 뻗어 있는 마이크로채널 구역(190)을 나타낸다. 구조(186)은 실질적으로 C단락에서 설명한 구조물(30)과 동일한 구조, 및 동일한 제조품을 가질 것이다.
저장기(188, 192) 내에 위치한 한 쌍의 전극(194, 196)은 각각 전기적 여기 유닛(198), 및 이들 2개의 전극 사이의 미세유체공학 구조물 내 유체 경로를 포함하는 회로의 일부를 형성한다.
도 11A에 나타내는 바와 같이, 2개의 전극은 예를 들어, 약 0 내지 1 MHz의 선택된 주파수에서 상기 전극을 가로지르는 선택된 주파수 AC 전압을 배치하기 위한 AC 전류원(204), 및 임의의 주어진 주파수에서 회로 내 전압을 측정하는 전압계(202)를 포함하는 상기 장치 내 회로(200)의 일부를 형성한다. 주어진 주파수에 대한 전기적 임피던스는 전극 Z(f)=(V(f)/l(f)를 가로질러 측정된다. 주어진 주파수에서 전기적 임피던스의 실제 성분은 수집 저장기 내 정자의 축적에 반응한다. 특정 조건 하에서, 실제 Z(f)는 도 11B에서 나타낸 바와 같은 시간 곡선을 가질 것이며, 측정된 임피던스는 초기화된 시간 t=0으로부터 정자가 마이크로채널로부터 수집 챔버로 들어가기 시작하는 시간 t1까지 실질적으로 불변의 기저라인 수준으로 유지되며, 상기 임피던스 곡선은 정자가 저장기 내에 축적됨에 따라 어떤 측정된 기울기로 증가한다. 저장기의 임피던스는 측정의 신뢰도를 향상시키기 위해 더 많은 정보를 제공하는 유용한 범위의 주파수에서 주기적으로 스캐닝될 수 있다. 임피던스는 또한 전압원 및 전류계를 이용하여 측정될 수 있음을 유의하시오.
인지되는 바와 같이, 임피던스 곡선은 도 6의 형광 곡선과 동일한 동태를 보이며, 실질적으로 동일한 경로의 장치 내 마이크로프로세서에 의해 처리되어 활동 정자의 평균 정자 운동성 및 밀도를 수득한다. 특히, 마이크로프로세서는 최적 밀도 값을 결정하기 위해, 곡선 매칭에서 사용하기 위한 기지의 밀도의 정자 샘플에 대한 한 세트의 임피던스 곡선을 포함한다. 상기 장치의 2개의 전형적인 디스플레이는 장치(12)에 대하여 상기 설명되는 바와 같이, 도 12A 및 12b에 도시된다.
F. 장치의 작동
본 단락은 샘플의 정자 갯수 및 운동성을 결정하기 위해, 본 발명의 방법에 따라서 정액 샘플 분석을 수행함에 있어서 상기 장치의 작동을 설명한다.
전형적인 샘플 분석 방법에 있어서:
1. 총 정액은 샘플 수집 유리병에 수집되고 그 양이 남성 수정능에 대한 WHO 표준과 비교될 것이다.
2. 보다 소량이나 희석된 양 또는 기타 화학물질, 화합물, 또는 용매로 혼합된 정액을 포함하는 눈금실린더 또는 분리된 용기를 상기 장치의 샘플-수용 웰 내에 놓는다. 샘플 홀더의 삽입은 그것이 웰 속으로 찰칵 채워질 때 제자리에 고정되고, 장치 전자가 활성화되며, 날카로운 접근 포트가 샘플 홀더의 바닥을 뚫어서, 내부 장치에 정액 샘플에 대한 유체 채널 접근을 제공한다. 정액 샘플은 건조 로딩 저장기 내로 흐르거나 사전에 채워진 유체 채널과 직접 접촉하게 된다. 택일적으로, 마이크로채널을 봉인한 후에 처리된 샘플을 샘플 수집 웰 속으로 쏟아 부을 수 있다. 설명된 처음의 두개의 구체예에서, 샘플 사전 처리는 샘플 정자를 형광물질 보고자로 표지하는 것을 포함한다. 3번째 구체예에서, 샘플 표지가 불필요하다.
3. 사전에 채워진 유체 채널이 건조 로딩 저장기로부터 분리된 채 유지된다면, 프로테아제 활성에 의한 막성 플러그의 분해가 저장기 내 액체 샘플의 도입과 함께 개시된다. 택일적으로, 봉인을 제거하여 미세유체공학 채널 내 유체에 샘플을 노출시킨다. 택일적으로, 샘플 용기를 구멍내어 샘플 유체에 미세유체공학 채널을 노출시킨다.
4. 샘플을 미세유체공학 채널과 접촉하도록 옮기는 상기 임의의 사건은 정자가 처음으로 장치 내 마이크로채널로 들어가고 그 속에서 이동하기 시작할 수 있는 시간을 의미하는 t=0으로 타이머를 세팅하는 상기 장치 내 타이밍 메카니즘을 유발한다.
5. 상기 장치에서 마이크로채널 내 그리고 마이크로채널을 통한 정자 이동은 (i) 제 1의 구체예에서 수집 저장기의 형광 방출 측정, (ii) 제 2의 구체예에서 마이크로채널을 따라서 개별 표지된 정자 이동 사건의 속도 및 밀도의 측정, 및 (iii) 제 3의 구체예에서, 마이크로채널을 가로지르는 임피던스의 변화의 측정에 의해 기록된다.
6. WHO 기준의 계산은 마이크로프로세서를 사용하여 수행되고, 이것의 컴퓨터 논리는 도 7, 9, 및 11의 3가지 구체예로 나타낸다.
7. 결과는 도 12A에 도시한 바와 같은 단순한 질적 형식, 또는 도 12b에서 도해하는 바와 같은 보다 양에 관한 형식으로 사용자에게 표시된다. 두개의 도면에서, 디스플레이 창은 도 1에 나타낸 바와 같이, 장치 내 디스플레이 창(28)에 해당한다. 도 12A의 디스플레이 표시기는 이들 두개의 카테고리 중 하나로 샘플 정자를 분류하기 위해 활동 정자의 측정된 정자 운동성 및 밀도를 기재로 하고, 기지의 정자 운동성 및 밀도 값의 표준 룩업 테이블을 이용하여 사용자에게 분석이 완성되기를 계속 기다려야 하는지, 그리고 일단 완성되었다면, "임신 가능성" 또는 "불임 가능성" 여부를 나타낸다.
도 12B의 보다 상세한 디스플레이에서, 정상 수준에 비교한 운동 정자의 실제 퍼센트, 및 정상 수준에 비교한 실제 정자 전진 이동 속도가 제공된다.
상기 발명은 명백한 이해를 위해 도해와 실시예의 방법에 의해 상세하게 설명되지만, 본 발명의 교수의 견지에서 첨부된 청구항의 취지 및 범주를 벗어나지 않고서 이룰 수 있는 특정 변형 및 변화가 당업계 통상의 기술을 가진자에게 즉시 명백할 것이다. 특히, 각각의 3개의 개시된 일반적 구체예 내에서 상이한 특정 구체예와 마찬가지로, 청구항과 동일한 다른 구체예가 고려된다는 것이 인지될 것이다.
예를 들어, 동일한 정액 샘플로부터 기원한 다수의, 독립적이며, 유체가 채워진 검출 라인을 갖는 것이 바람직하다. 두개 이상의 유체가 채워진 채널은 동일한 건조 저장기로부터 많은 형상에서 기원할 것이다. 이러한 유형의 독립적 측정은 각각의 독립적 측정이 총 측정의 정확도에 기여하기 때문에, 정자 세포 계산 및 운동성 특징에 있어서 임의로 높은 정확도를 가능케한다.
제 2의 구체예의 변형으로서, 다른 실시예로서, 다양한 전기 또는 전자기 검출 시스템이 사용되어 예를 들어, 정자 세포를 함유하는 채널부의 전기용량의 변화, 또는 금속 표지된 정자에 의해 생산되는 자기 효과를 기초로 하여, 마이크로채널을 따라서 개별 정자의 통과를 검출할 수 있다.
발명의 개요
한 양태에서, 본 발명은 정액 샘플 내 전진 방향의 정자 운동성 및 활동 정자의 밀도를 분석하는 방법을 제공한다. 상기 방법을 실행함에 있어서, 정액 샘플을 샘플 저장기 내에 놓고, 샘플 저장기로부터 채널 내에서 다운스트림 수집 구역 으로 정자를 단일 방향 이동으로 제한하는 마이크로채널로 및 마이크로채널을 따라서 이동하도록 허용한다. 정액 샘플 특성은 마이크로채널을 통한 정자의 이동 속도 및 유동률을 측정함으로써 결정된다. 마이크로채널은 각각 10 내지 100μM 범위의 폭 및 깊이 디멘션이 바람직하였다.
한 일반적 구체예에서, 마이크로채널은 기지의 길이를 갖고, 다운스트림 수집 구역은 기지의 부피를 갖는 수집 저장기를 포함하며, 마이크로채널을 통한 정자의 이동 속도 및 흐름률을 측정하는 단계는 (1) 시간의 함수로서 수집 저장기 내에 존재하는 세포 농도의 변화를 측정하는 단계, (2) 단계(1), 및 수집 저장기의 부피로부터, 시간의 함수로서 샘플 내 활동 정자의 밀도를 결정하는 단계, 및 (3) 단계(1)로부터, 다운스트림 방향의 마이크로채널을 통한 정자의 평균 이동 속도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 단계(1)은 시간-의존성 함수를 산출하는 단계를 포함할 수 있는데, 이것의 기울기는 단위 시간 당 수집 저장기 내에 존재하는 세포 수의 변화를 대략 나타내고, 이것의 절편은 단위 시간 당 수집 저장기 내에 존재하며, 이것의 절편은 수집 저장기 내 정자가 처음 출현하는 시간을 대략 나타내고, 단계(2)는 상기 함수를 다른 기지의 정자 갯수 및 전방 진행 속도의 정액 샘플을 이용하여 산출된 하나 이상의 표준 함수를 비교하는 단계를 포함하며, 단계(3)은 이러한 절편으로부터, 상기 정자의 전진 방향의 이동의 평균 속도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
이러한 구체예에서, 샘플 내 정자는 형광 보고자로 표지될 수 있으며, 단계(1)은 수집 저장기 내 형광 방출을 측정하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 표지는 하전되지 않은 상태에서 정자 내로 보고자의 흡수를 촉진하고, 하전되고 절단된 에스테르 상태에서 정자로부터 보고자의 유출을 억제하는 절단가능한 에스테르 기를 함유하는 형광 보고자에 정자를 노출시키는 것을 포함할 수 있다.
다른 일반적 구체예에서, 마이크로채널의 폭은 정자 운동을 마이크로채널을 따라서 일렬로 제한하기 위한 정도이고, 마이크로채널을 통한 정자의 이동 속도 및 유동률을 측정하는 단계는 (1) 업스트림에서 다운스트림 방향으로, 정자가 마이크로 채널 내에서 검출 지역을 지나서 이동함에 따라 개별 정자를 검출 하는 단계, (2) 검출 지역을 지나서 이동하는 정자의 수를 계산하는 단계, (3) 검출 지역을 통한 개별 정자의 이동 속도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
이러한 구체예에서 검출 지역의 폭은 바람직하게는 약 15-40μm 이다. 검출 지역은 한 쌍의 인접하며, 대칭적으로 간격이 유지된 검출기에 의해 한정되고, 단계(1)은 각 검출기로부터 수신한 신호들을 상호관련시켜서 각 검출 사건에 대한 신호-대-잡음비를 증가시키는 단계를 포함할 수 있다. 택일적으로, 검출 지역은 한쌍의 인접하며, 대칭적으로 간격이 유지된 검출기에 의해 한정되고, 단계(3)은 추가적으로 상기 검출기로부터 수신한 신호들 간의 시간 간격을 이용하여 마이크로채널 내 정자의 이동 속도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
샘플 내 정자는 형광 보고자로 표지될 수 있고, 단계(1)은 검출 지역을 통한 정자 이동의 형광을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기와 같이, 정자는 사실상 하전되지 않은 상태에서 정자 내로 보고자의 흡수를 허용하지만, 하전되고, 절단된 에스테르 상태에서 정자로부터 보고자의 유출을 억제하는 절단가능한 에스테르 기를 함유하는 형광 보고자로 표지될 수 있다.
택일적으로, 샘플 내 정자는 자성 또는 전도성-금속 입자로 표지될 수 있으며, 단계(1)은 (i) 검출 지역에 인접하여 배치된 회로 요소에 의해 발생된 전기적 신호, 및 (ii) 검출 지역을 통해 지나가는 자성 또는 전도성-금속 입자로 표지된 정자의 특성을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 단계(3)은 회로 요소에 의해 발생된 신호 특성의 변화율로부터 검출 지역을 통해 지나가는 정자의 이동 속도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명은 정액 샘플 내 정자 운동성 및 운동성 정자의 밀도를 분석하는 장치를 포함한다. 상기 장치는 샘플 저장기, 다운스트림 수집 구역 및 그들 사이에 뻗어 있는 마이크로채널을 구비하는 미세유체공학 구조물을 포함한다. 마이크로채널은 샘플 정자를 채널 내에서 단일 방향 이동으로 제한하기 위한 크기로 제작되고, 샘플 저장소 내에 놓은 이러한 정액 샘플 내 정자는 마이크로채널을 따라서 수집 구역을 향하여 및 수집 구역 내로 들어가고 이동한다. 또한 마이크로채널 또는 수집 구역 내에서 표지된 정자의 존재를 검출하기 위한 검출기가 포함된다. 장치 내 전자 유닛은 (i) 검출기 신호를 수신하고, (ii) 수신된 검출기 신호를 기초로 하여, 정자 샘플 내 정자 운동성 및 밀도를 결정하고, (iii) 정자 운동성 및 밀도와 관련한 정보를 디스플레이하기 위하여 상기 검출기에 작동적으로 연결된다.
상기 장치는 완비된 유닛, 예를 들면, 제어 유닛 및 검출기에 전력을 공급하기 위한 자체의 전력 공급원(배터리)을 구비하는 처리 유닛으로서 구성될 수 있다. 장치 내 마이크로채널은 각각 10-100 ㎛ 범위의 폭 및 깊이 디멘션이 바람직하였다.
한 일반적 구체예에서, 마이크로채널은 기지의 길이를 가지고, 다운스트림 수집 구역은 기지의 부피를 갖는 수집 저장소를 포함하며, 전자 유닛이 작동하여 (1) 시간의 함수로서 수집 저장기 내에 존재하는 세포 농도의 변화를 측정하고, (2) 단계(1), 및 수집 저장기의 부피로부터, 시간의 함수로서 샘플 내 활동 정자의 밀도를 결정하고, 및 (3) 단계(1)로부터, 다운스트림 방향의 마이크로채널을 통한 정자의 평균 이동 속도를 결정한다. 더 구체적으로, 전자 유닛이 작동하여 단계(1)을 수행함에 있어서, 시간-의존성 함수를 산출하는데, 이것의 기울기는 단위 시간 당 수집 저장기 내 존재하는 세포수의 변화를 대략 나타내고, 이것의 절편은 수집 저장기 내에 정자가 처음 출현하는 시간을 대략 나타내며, 단계(2)를 수행함에 있어서 상기 함수를 다른 기지의 정자 갯수 및 전방 진행 속도의 정액 샘플을 이용하여 산출된 하나 이상의 표준 함수와 비교하고, 단계(3)을 수행함에 있어서, 상기 절편으로부터, 정자의 전진 방향의 이동의 평균 속도를 결정한다.
이러한 구체예에서, 상기 검출기는 LED, 제 1 및 제 2 광검출기, 및 (1) LED로부터의 빛을 제 1 광검출기로 향하게 하고, (2) LED로부터의 빛을 수집 저장기를 통하여 향하게 하며, (3) 방출된 형광을 수집 저장기 포획으로부터 제 2 광검출기로 향하게 하도록 설계된 단일 광학 부재를 포함할 수 있다.
다른 일반적 구체예에서, 검출기는 마이크로채널 내에서 검출 지역에 인접하여 배치된다. 이러한 구체예에서, 전자 유닛이 작동하여 (1) 업스트림에 있어서 다운스트림 방향으로, 마이크로채널 내 상기 지역을 통하여 정자가 이동함에 따라서 개별 정자를 검출하고, (2)검출 지역을 통하여 이동하는 정자의 수를 계산하고, (3)검출 지역을 통한 개별 정자의 이동 속도를 결정할 수 있다. 이러한 구체예에서, 마이크로채널의 폭은 바람직하게는 약 15-40㎛이다.
검출 지역은 한쌍의 인접하며, 대칭적으로 간격이 유지된 검출기에 의해 한정될 수 있으며, 단계(1)은 각 검출기로부터 수신된 신호들을 상호관련시켜서 각 검출 사건에 대한 신호-대-잡음비를 증가시키는 단계를 포함할 수 있다. 택일적으로, 검출 지역은 한 쌍의 인접하며, 대칭적으로 간격이 유지된 검출기에 의해 한정되고, 단계(3)은 추가적으로 검출기로부터 수신된 신호들 간의 시간 간격을 이용하여 마이크로채널 내 정자의 이동 속도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 검출기는 형광 검출기일 수 있다.
택일적으로, 검출기는 검출 지역에 인접하여 배치된 회로 요소를 포함할 수 있으며, 회로 요소는 자성- 또는 금속-전도체 입자의 근처 이동에 반응하며, 마이크로채널 내 검출 지역을 통한 자성 또는 금속성-전도체 입자로 표지된 정자의 이동은 요소의 인덕턴스를 변경시킬 것이다. 이러한 구체예의 전자 유닛은 요소의 인덕턴스의 변화를 검출하기 위해 상기 요소에 작동적으로 커플링된 검출기 회로를 포함할 수 있다. 단계(3)을 수행함에 있어서, 전자 유닛이 작동하여 회로 요소에 의해 발생된 신호 특성의 변화율로부터 검출 지역을 통해 지나가는 정자의 이동 속도를 결정할 수 있다.
장치 내 샘플-수용 저장기는 분해가능한, 액체-불침투성 플러그를 통하여 마이크로채널의 업스트림 말단과 연결될 수 있고, 상기 저장기는 상기 플러그를 분해할 수 있는 효소를 함유한다.
이들 및 다른 목적 및 본 발명의 특징은 하기 본 발명의 상세한 설명을 수반되는 도면과 함께 읽으면 보다 더 충분히 명백해질 것이다.
Claims (32)
- 다음 단계를 포함하는 정액 샘플에 있어서 전진의 정자 운동성 및 활동 정자의 밀도를 분석하는 방법:(A) 샘플 저장기 내에 샘플을 놓는 단계,(B) 샘플 내 정자가 샘플 저장기로부터 다운스트림 수집 구역을 향하여 채널 내 단일 방향 이동으로 정자를 제한하는 마이크로채널로 그리고 마이크로채널을 따라서 이동하도록 허용하는 단계(C) 마이크로채널을 통한 정자의 이동 속도 및 유동률을 측정하는 단계.
- 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로채널은 각각 10 내지 100 ㎛ 범위의 폭 및 깊이 디멘션을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 마이크로채널은 기지의 길이를 가지며, 상기 다운스트림 수집 구역은 기지의 부피의 수집 저장기를 포함하고, 단계 (C)는 다음 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:(C1) 시간의 함수로서 수집 저장기 내에 존재하는 세포 농도의 변화를 측정하는 단계,(C2) 단계 (C1), 및 상기 수집 저장기의 부피로부터 시간의 함수로서 상기 샘플 내 활동 정자의 밀도를 결정하는 단계,(C3) 단계(C1)으로부터, 다운스트림 방향에 있어서 상기 마이크로채널을 통한 정자의 평균 이동 속도를 결정하는 단계.
- 제 3 항에 있어서,단계 (C1)는 시간-의존성 함수를 산출하는 것을 포함하는데, 그것의 기울기는 단위 시간 당 수집 저장기 내에 존재하는 세포수의 변화를 대략 나타내고, 그것의 절편은 상기 수집 저장기 내 정자가 처음 출현한 시간을 대략 나타내며,단계 (C2)는 상기 함수와 다른 기지의 정자 갯수 및 전방 진행 속도의 정액 샘플로 산출한 하나 이상의 표준 함수를 비교하는 단계를 포함하고,단계 (C3)는 상기 절편으로부터, 상기 정자의 전진 방향의 평균 이동 속도를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 3 항에 있어서, 형광 보고자로 상기 샘플을 표지하는 단계를 더 포함하고, 단계(C1)은 수집 저장기 내 형광 방출을 측정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 표지 단계는 하전되지 않은 상태에서 정자 내로 상기 보고자의 흡수를 촉진하고, 하전되고 절단된-에스테르 상태에서 정자로부터 상기 보고자의 유출을 억제하는 절단가능 에스테르 기를 포함하는 형광 보고자에 정자를 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 3 항에 있어서, 단계(C1)는 수집 저장기 내에서 세포-의존성 흡수 또는 빛 산란을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 단계에서 상기 마이크로채널의 폭은 상기 마이크로채널을 따라서 일렬로 정자 이동을 제한하기 위한 정도이고, 단계(C)는 다음을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:(C1) 업스트림에서 다운스트림 방향으로, 정자가 마이크로채널 내에서 검출 지역을 지나서 이동함에 따라서 개별 정자를 검출하는 단계,(C2) 검출 지역을 지나서 이동하는 정자의 수를 계산하는 단계,(C3) 상기 검출 지역을 통한 개별 정자의 이동 속도를 결정하는 단계.
- 제 8 항에 있어서, 상기 마이크로채널의 폭은 약 15-40 ㎛ 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 검출 지역은 한 쌍의 인접하고, 대칭으로 간격이 유지된 검출기에 의해 규정되고, 단계(C)는 추가적으로 각 검출기로부터 수신한 신호를 상호관련시켜서 각 검출 사건에 대하여 신호-대-잡음비를 증가시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 검출 지역은 한 쌍의 인접하고, 대칭적으로 간격이 유지된 검출기에 의해 한정되고, 단계 (C3)는 추가적으로 상기 검출기로부터 수신한 신호들 간의 시간 간격을 이용하여 마이크로채널 내 정자의 이동 속도를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 8 항에 있어서, 형광 보고자를 이용하여 상기 샘플을 표지하는 단계를 더 포함하고, 단계 (C1)은 검출 지역을 통한 정자 이동의 형광을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 표지 단계는 실질적으로 하전되지 않은 상태에서 정자 내로 상기 보고자의 흡수를 허용하지만, 하전되고, 절단된-에스테르 상태에서 정자로부터 상기 보고자의 유출을 억제하는 절단가능 에스테르 기를 포함하는 형광 보고자에 정자를 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 8 항에 있어서, 단계(C1)은 수집 저장기 내 세포-의존성 흡수 또는 빛 확산을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 8 항에 있어서, 자성 또는 전도성-금속 입자를 이용하여 상기 정자를 표지하는 단계를 더 포함하고, 단계 (C1)은 (i) 검출 지역에 인접하여 놓여진 회로 요소에 의해 발생된 전기적 신호, 및 (ii) 검출 지역을 통하여 지나가는 자성 또는 전도성-금속 입자를 이용하여 표지된 정자의 특징을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 15 항에 있어서, 단계(C3)는 상기 회로 요소에 의해 발생된 신호 특징의 변화율로부터 상기 검출 지역을 통하여 지나가는 정자의 이동 속도를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 정액 샘플 내 활동 정자의 정자 운동성 및 밀도를 분석하는 장치에 있어서,샘플 저장기, 다운스트림 수집 구역 및 그들 사이에 뻗어 있는 마이크로채널을 포함하는 미세유체공학 구조물로서, 상기 마이크로채널은 정자를 채널 내에서 단일 방향 이동으로 제한하기 위한 크기로 제작되어, 샘플 저장기 내에 놓여진 정액 샘플 내 정자가 상기 수집 구역을 향하여 수집 구역 내로 상기 마이크로채널을 따라서 들어가고 이동하도록 되어 있는 미세유체공학 구조물,상기 마이크로채널 또는 수집 구역 내 표지된 정자의 존재를 검출하기 위한 검출기, 및(i) 검출기 신호를 수신하고, (ii) 수신한 검출기 신호를 기초로 하여, 정액 샘플 내 정자 운동성 및 밀도를 결정하고, (iii) 정자 운동성 및 밀도와 관련된 정보를 디스플레이 하기 위하여 상기 검출기에 작동적으로 연결된 전자 유닛을 포함하는 장치.
- 제 17 항에 있어서, 상기 마이크로채널은 각각 10-100 ㎛ 범위의 폭 및 깊이 디멘션을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 17 항에 있어서,상기 마이크로채널은 기지의 길이를 갖고,상기 다운스트림 수집 구역은 기지의 부피를 갖는 수집 저장기를 포함하며,전자 유닛이 작동하여(1) 시간의 함수로서 수집 저장기 내에 존재하는 세포 농도의 변화를 측정하고,(2) 단계(1), 및 상기 수집 저장기의 부피로부터, 시간의 함수로서 상기 샘플 내 활동 정자의 밀도를 결정하며,(3) 단계(1)로부터, 다운스트림 방향으로 상기 마이크로채널을 통한 정자의 평균 이동 속도를 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 19 항에 있어서, 상기 전자 유닛이 작동하여,단계(1)을 수행함에 있어서 시간-의존성 함수를 산출하는데, 이것의 기울기는 단위 시간 당 수집 저장기 내에 존재하는 세포수의 변화를 대략 나타내고, 이것의 절편은 상기 수집 저장기 내에 정자가 처음 출현하는 시간을 대략 나타내며,단계(2)를 수행함에 있어서 상기 함수를 다른 기지의 정자 갯수 및 전방 진행 속도의 정액 샘플로 산출되는 하나 이상의 표준 함수와 비교하고,단계(3)을 수행함에 있어서 상기 절편으로부터, 상기 정자의 전진 방향의 평균 이동 속도를 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 19 항에 있어서, 상기 검출기는 LED, 제 1 및 제 2 광검출기, (1) LED로부터 제 1 광검출기로 빛을 향하게 하고, (2) LED로부터 빛을 수집 저장기를 통하여 향하게 하며, (3) 방출된 형광을 수집 저장기 포획으로부터 제 2 검출기로 향하도록 설계된 광학 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 21 항에 있어서, 상기 광학 부재는 상이한 굴절률을 갖는 다수의 광학 요소로 이루어진 단일 부재인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 17 항에 있어서, 상기 검출기는 상기 마이크로채널 내에서 검출 지역에 인접하여 배치되고, 상기 전자 유닛이 작동하여(1) 업스트림에서 다운스트림 방향으로, 정자가 마이크로채널 내에서 상기 지역을 이동함에 따라서 개별 정자를 검출고,(C2) 검출 지역을 통하여 이동하는 정자의 수를 계산하고,(C3) 상기 검출 지역을 통한 개별 정자의 이동 속도를 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 23 항에 있어서, 상기 마이크로채널의 폭은 15-40 ㎛ 사이인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 23 항에 있어서, 상기 검출 지역은 한 쌍의 인접하고, 대칭적으로 간격이 유지된 검출기에 의해 한정되고, 상기 전자 유닛이 작동하여, 단계(1)을 수행함에 있어서 각 검출기로부터 수신된 검출 신호를 상호 관련시켜서 각 검출 사건에 대하여 신호-대-잡음비를 증가시키는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 23 항에 있어서, 상기 검출 지역은 한 쌍의 인접하고, 대칭적으로 간격이 유지된 검출기에 의해 한정되고, 상기 전자 유닛이 작동하여, 단계(3)를 수행함에 있어서, 상기 검출기로부터 수신된 신호들 간의 시간 간격을 이용하여 마이크로채널 내 정자의 이동 속도를 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 23 항에 있어서, 상기 검출기는 형광 여기 광원, 및 형광 방출 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 23 항에 있어서, 상기 검출기는 상기 검출 지역에 인접하여 배치된 회로 요소를 포함하는데, 상기 회로 요소는 자성- 또는 금속-전도체 입자의 근처의 이동에 반응하고, 마이크로채널 내 상기 검출 지역을 통한 자성- 또는 금속-전도체 입자를 이용하여 표지된 정자의 이러한 이동은 상기 요소의 인덕턴스를 변화시키며, 상기 전자 유닛은 상기 요소의 인던턴스의 변화를 검출하기 위하여 상기 요소에 작동적으로 커플링된 검출기 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 28 항에 있어서, 상기 전자 유닛이 작동하여, 단계(3)을 수행함에 있어서, 상기 회로 요소에 의해 발생된 신호 특징의 변화율로부터 상기 검출 지역을 통하여 지나가는 정자의 이동 속도를 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 23 항에 있어서, 상기 전자 유닛이 작동하여, 단계(2)를 수행함에 있어서, 기지의 기간에 걸쳐서 검출 지역을 통하여 지나가는 정자의 수를 계산하고, 다른 기지의 정자 갯수의 정액 샘플을 이용하여 산출된 표준 곡선 상에 필적하는 정자 갯수/시간 값을 찾아내는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 17 항에 있어서, 상기 샘플-수용 저장기는 분해가능한, 액체-불침투성 플러그를 통하여 상기 마이크로채널의 업스트림 말단과 연결되며, 상기 저장기는 상기 플러그를 분해할 수 있는 효소를 함유하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 15 항에 있어서, 제어 유닛 및 검출기에 동력을 공급하기 위한 자신의 동력 공급원을 구비하는 완비된 유닛으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
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