KR20060122811A - 유체 샘플 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, (ⅰ) (a) 샘플을 수용하기에 적합한 챔버; 및 (b) 기능 요소를 포함하는 플랫폼과; (ⅱ) 상승 및 하강시킬 수 있으며, 상기 요소를 아암과 함께 상승 및 하강시킬 수 있도록 상기 기능 요소에 제거 가능하게 부착하기 위한 수단을 포함하는 아암; 및 (ⅲ) 어떤 챔버 또는 기능 요소가 상기 아암에 대하여 정렬될 수 있도록 상기 플랫폼을 이동시키기 위한 수단을 포함하는 유체 샘플 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 유체 샘플을 처리하기 위한 방법과, 상기 장치의 사용에 관한 것이며, 상기 방법은 핵산 증폭 작용 전에 샘플을 처리하기 위한 것이다.

샘플, 챔버, 기능 요소, 플랫폼, 아암, 유체 샘플 처리 장치, 핵산 증폭

Description

유체 샘플 처리 장치{Apparatus for processing a fluid sample}

본 발명은 유체 샘플 처리 장치 및 처리 방법에 관한 것이다.

예를 들어 임상적 샘플 또는 환경적 샘플과 같은 유체 샘플의 분석은 여러 가지 이유로 실시될 수 있다. 현재 하나의 관심있는 영역은 예를 들어 임상적 샘플 또는 환경적 샘플과 같은 유체 샘플에서 생물학적 물질을 적극적으로 식별하는 방법의 개발에 있다. 그러한 방법은 질병 상태의 조기 진단을 가능하게 하며, 이것은 다음에 신속한 치료 및 감염 관리, 또는 환경 오염의 식별 등을 가능하게 한다. 예를 들어 중합효소 연쇄반응(PCR)에 의한 핵산 증폭이 그러한 샘플에서 생물학적 물질의 적극적 식별을 위해 유용하고 광범위하게 사용된 방법이지만, 소위 간호 질병 진단의 관점에서 비실험실 환경에 있는 개별 샘플 내의 물질의 신속한 식별을 위해 성공적으로 개발하고자 노력하고 있을 때 여러 가지 문제점이 있다. 하나의 중요한 문제점은, 통상적인 임상적 또는 환경적 샘플을 핵산 증폭으로 처리하기 전에 샘플 자체를 자주 정화하거나 및/또는 농축시켜야 할 필요가 있다는 사실에 있다. 이것은 몇가지 해로운 일련의 처리 단계들에 의해 실시된다. 그러나, 핵산 증폭은, 샘플 특히 유체 샘플의 조절을 필요로 하는 경우에 다수의 동시 또는 연속적 처리 단계들을 포함하는 기술의 서로 다른 가능한 많은 실예들중 하나에 불 과하다. 이 처리 단계들 자체는 많이 변화될 수 있고, 예를 들어 화학식, 광학식, 전기식, 열, 기계식, 음향식, 처리, 감지 또는 모니터링(monitoring)과, 이에 더하여 가능한 희석 및 농축 단계를 포함할 수 있다.

지금까지 그러한 복잡한 유체 처리는 보통 샘플을 하나씩 손으로 처리하는 실험실에서 실시되거나, 또는 서로 다른 많은 샘플을 차례대로 처리할 수 있는 특수 자동설비를 사용하여 처리된다. 그러나, 이러한 방법들과 관련된 문제점이 다수 있다. 그 문제점들은 느리고, 자원집약적이고, 값이 비싸고, 오류를 일으키고, 불리한 샘플 오염을 겪게 되는 것을 포함한다. 대안적인 접근방법은, 연속적인 단일 단계에서 각각의 챔버를 이용하는 서로 다른 일련의 챔버를 통해 유체 샘플을 연속적으로 흘러가게 하는 종래 유체 처리 시스템을 사용하는 것이다. 그러나, 그러한 시스템은 작은 용량을 처리할 때 심각한 샘플 손실을 초래하며, 그러한 처리의 자동화는 복잡한 흐름의 조립 및 처리 알고리즘의 사용을 필요로 한다.

그와 같이 필요한 최종 제품을 얻기 위해, 일련의 소정 연속 단계들을 사용하여 유체 샘플 특히 저용량 유체 샘플을 처리할 수 있는 개선된 장치를 개발할 필요가 있다. 그러한 장치는 비실험실 환경에서 사용하도록 용이하게 적용될 수 있어야 하고, 조작자에 의해 실험적인 훈련을 거의 겪지 않게 하여 예로서 핵산 증폭에 의한 분석을 하기 전에 예를 들어 임상적 샘플 또는 환경적 샘플과 같은 유체 샘플을 조절하는데 사용할 수 있게 하여야 한다. 그러한 장치는 분석 결과를 용이하게 얻을 수 있게 해야 하고, 숙련자가 반복적으로 일을 하지 않아야 하고, 비용을 줄여야 한다. 더욱이 그러한 장치는 차후의 시험 실패를 방지하기 위해 충분한 일관성 및 정확도를 가져야 하고, 이상적으로는 상호 오염의 가능성을 최소화하며 살균의 필요성을 제거하는 일회용 성분을 포함하여야 한다.

종래 기술을 검색하여 확인한 미국 특허 제6,374,684호는 주어진 프로토콜(protocol)에 따라 유체 샘플의 처리를 용이하게 하는데 사용될 수 있는 다수의 챔버 및 가동 밸브체를 포함하는 유체 제어 및 처리 시스템을 공개하고 있다. 이 특허가 유체 샘플을 처리하기 위한 장치의 분야에서 개선되었지만, 여러 가지 문제가 남아있다. 그러한 문제 중 하나는 유체 샘플을 서로 다른 용액에 연속적으로 노출시키기 위해, 밸브체를 회전시켜 여러 개의 외부 포트를 통해, 각각의 처리 용액의 저장소를 갖는 샘플 처리 챔버와 차례로 연결시켜야 할 필요가 있다. 그러한 장치는 미숙한 실험실 작업자가 비실험실 환경에서 사용하기에는 적합하지 않은데, 왜냐하면 다른 이유들 중에서 외부 포트를 용액 저장소에 연결하는 것을 비실용적이며 또한 해로운 화학제품의 경우에 안전상 위험을 제기할 수 있기 때문이다. 더욱이, 이 장치는 단일 유체 용적 챔버(fluid displacement chamber)를 이용하여 각각의 처리 용액을 차례로 샘플로 전달하고, 어떤 폐기물을 제거하며, 이것은 유체 용적 챔버 내에서 잔류 물질의 혼합을 초래할 수 있고, 또 민감한 처리 순서의 잠재적 실패를 초래할 수 있다. 상기 문제점들을 극복하는 유체 샘플 처리 장치를 개발할 필요가 여전히 있게 된다.

샘플 용액에서 타겟 물질을 조절하기 위해 자기 입자들을 사용하는 것이 공지되어 있다. 하나의 예를 들면 WO 94/18565호는 특정한 결합 시험(specific binding assay)을 위한 방법 및 관련 장치를 공개하고 있다. 이 장치는 면역측정 (immunodetermination)을 수행하는 2개 이상의 용기를 포함한다. 분석물은 고체 상 예를 들어 자기 입자에 결합하고, 다음에 제거기(remover)를 이용하여 한 용기에서 다른 용기로 연속으로 이동된다. 분리하는 반응 및 어떤 다른 필요한 반응들이 각 용기에서 차례로 실시되고, 최종적으로 타겟 분석물에 결합된 입자들이 측정 용기로 이동된다. 다시 이것이 샘플 조절 분야에서 약간 진보되었지만, 이 장치는 단지 간단한 샘플 조절에만 적합하고, 그와 같이 핵산 증폭을 하기 전에 샘플을 정화하여 농축하는 것을 필요로 하는 매우 복잡한 다단계 처리에는 적합하지 않다. 여전히 그러한 장치를 개발할 필요가 있다.

이제 상기 문제점들을 해소한 장치 및 관련 방법이 개발되었다. 이 장치는,

(ⅰ) (a) 샘플을 수용하기에 적합한 챔버; 및 (b) 기능 요소(functional component)를 포함하는 플랫폼(platform);

(ⅱ) 상승 및 하강시킬 수 있으며, 상기 요소를 아암과 함께 상승 및 하강시킬 수 있도록 상기 기능 요소에 제거 가능하게 부착하기 위한 수단을 포함하는 아암(arm); 및

(ⅲ) 어떤 챔버 또는 기능 요소가 상기 아암에 대하여 정렬될 수 있도록 상기 플랫폼을 이동시키기 위한 수단을 포함한다.

샘플은 제 1 챔버 안으로 도입된다. 다음에 플랫폼은 아암이 기능 요소 바로 위에 있도록 배치된다. 아암이 하강되어 기능 요소에 부착된 다음에 상승된다. 다음에 플랫폼은 이제 챔버가 아암 바로 밑에 있도록 이동되고, 이에 의해 하강한 아암이 기능 요소를 챔버 안으로 하강시킨다. 제위치에 있는 동안에 기능 요소가 챔버와 상호 작용하거나 또는 챔버 내에 담긴 샘플과 상호 작용할 수 있다. 이러한 상호 작용이 완료될 때, 아암은 상승되어 챔버로부터 기능 요소를 제거하며, 기능 요소가 플랫폼으로 이동되거나 또는 더욱 하강되어 플랫폼의 다른 성분과 상호 작용될 수 있다. 대안으로, 아암이 기능 요소로부터 분리될 수 있고, 플랫폼이 이동됨으로써 기능 요소가 챔버에 부착된 채로 유지될 수 있다.

이 장치는 기능 요소가 샘플과 상호 작용하여 넓은 범위의 물리적 처리를 수행할 수 있도록 적용될 수 있다. 물리적 처리의 실예를 들면, 열, 음향식, 광학식, 초음파 처리, 전기 처리, 감지 또는 모니터링 기술이 있다. 예를 들어 기능 요소는, 샘플에 물리적 처리를 가하기 위해 전술한 바와 같이 조종되어 챔버 안에 배치되는 히터 또는 초음파 분해기(sonicator)가 될 수 있다. 대안으로서, 기능 요소는 챔버 내의 샘플에서 분석물을 제거하는데 사용될 수있다. 그러한 분석물의 이동은 선택적으로 복합물(complex)을 형성하기 위해 샘플 내의 선택된 분석물과 결합될 수 있는 고상 결합 물질을 구비하며, 상기 복합물이 그 후에 플랫폼상의 한 챔버에서부터 기능 요소에 의하여 또 아암 및 플랫폼의 운동에 의하여 이동되어 다른 챔버 내에 적재될 수 있다. 더욱이 기능 요소는 챔버 자체와 상호 작용할 수 있으며, 예를 들어 밀봉부를 관통하는 커터를 구비하거나, 필터막을 챔버 내로 주입하거나, 또는 필요하면 챔버를 밀봉하기 위해 단순하게 덮개로서 작용할 수 있다.

또한, 이 장치는 상술한 바와 같은 기능 요소와 결합하는 유체 샘플의 화학적 처리에 적용될 수 있다. 어떤 챔버에서 분석물은 기능성 시약과 상호 작용하거나 또는 물리적 처리가 가해지거나 양쪽 처리 모두가 가해질 수 있다. 그와 같이 분석물이 소정의 프로토콜에 의해 필요한 대로 일련의 처리 단계들을 받을 수 있도록 장치를 설계할 수 있다. 이미 전술한 바와 같이 기능 요소를 이용하여 분석물을 플랫폼상에서 한 챔버로부터 다른 챔버로 이동시킴으로써 하나 이상의 기능성 시약과 차례대로 반응시킬 수 있다. 대안으로, 기능 요소를 이용하여 하나 이상의 시약을 이동시켜 이들을 차례대로 샘플 챔버 내에 적재함으로써 샘플이 일련의 화학적 조절을 받도록 할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의한 장치는 융통성이 크고, 그와 같이 넓은 범위이 서로 다른 유체 샘플 조절을 수행하도록 설계될 수 있다는 것을 알 수 있다. 그러나, 이 장치는 특히 핵산 증폭 반응 또는 대안으로 면역시험 또는 대안으로 생물학적 발광(bioluminescence)을 포함한 시험, 또는 더욱이 DNA 염기순서 분석 특히 파이로씨퀀싱(pyro-sequencing)에 의하여 분석물의 증폭 전에 생물학적 분석물을 포함하는 유체 샘플을 처리하기에 적합하다.

이 장치는 여러 가지 방법으로 향상될 수 있다. 이 방법으로서, 플랫폼은 필수적으로 원형이 되어 회전에 의해 이동될 수 있으며; 이 장치는 하나 이상의 기능 요소를 포함함으로써 잠재적인 샘플 조절을 가능한 증가시킬 수 있으며; 장치는 플랫폼에 배치되지 않고 플랫폼에서 떨어져 그 위에 배치되어 필요에 따라 소정의 챔버 내로 하강될 수 있는 하나 이상의 다른 물리적 수단을 추가로 포함할 수 있으며, 하나 이상의 챔버가 샘플간의 상호 오염을 방지하기 위해 제거되어 교체될 수 있도록 일회용으로 될 수 있으며, 하나 이상의 챔버가 어떤 기능성 시약과 함께 사전에 적재되어 복잡성을 줄일 수 있으며, 장치가 제어 수단에 연결되어 그 작동을 완전히 자동화시킬 수 있다. 장치를 하나 이상의 제거식 챔버를 가지도록 설계하면, 동일한 치수의 여러 개의 챔버가 제작될 수 있으며 다음에 각각 서로 다른 프로토콜에 대해 필요한 시약을 개별적으로 채울 수 있는 추가의 장점을 가진다. 다음에 사용자는 각 상황마다 사용하기 위해 필요한 챔버를 선택 삽입하여 장치의 유용성을 증가시킬 수 있다.

본 장치는 여러 장점을 가진다. 이 장점은 플랫폼이 이동하도록 장치를 설계함으로써 아암 자체가 일차원으로만 이동하게 하여 복잡성을 감소시키는 것이다. 본 장치의 추가의 장점은, 플랫폼이 다양한 종류의 기능 요소, 예로서 히터, 포일 커터(foil cutter), 초음파 분해기를 포함할 수 있으며, 또한 이들 각각에 제거 가능하게 부착할 수 있는 단일 아암을 사용함으로써, 각각이 차례로 플랫폼에 배치된 하나 이상의 챔버와 상호 작용하도록 조절되어 소정의 샘플 처리 프로토콜을 작업할 수 있다는 것이다. 이 장치는 융통성이 있어서 필요에 따라 여러 종류의 다른 프로토콜을 위해 용이하게 그 작동을 조절할 수 있다. 더욱이 본 장치가 샘플을 장치를 통해 이동시키기 위한 유체 경로 및 펌프를 구비할 필요가 없이 복잡한 샘플 처리 순서가 달성될 수 있다. 이것은 또한 프로토콜 도중에 시약들이 서로 혼합될 가능성을 제거한다. 다른 장점은, 본 장치가 완전 자동화될 수 있어서 사용자 오류, 샘플 오염 및 사용자 위험을 감소시킬 수 있다는 것이다. 더욱이 본 장치는 현장에서 사용 가능하도록 완전히 휴대용으로 설계될 수 있다.

본 발명의 목적은 유체 샘플을 처리하기 위한 장치 및 관련 방법을 계발하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 소정 시퀀스에서 일련의 연속 화학 또는 물리 처리 단계를 실행할 수 있는 장치, 양호하게는 핵산 증폭 반응 이전에 유체 샘플을 정화하여 농축시키는 장치를 설계하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 실험실 경험이 거의 없거나 또는 전혀 없는 사용자가 샘플, 화학 또는 폐기물에 노출되는 정도를 감소시키면서 사용하기에 가능한 단순하고 가요성이 있는 장치를 설계하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 다량의 설비를 살균처리할 필요성을 제거한 상태에서 샘플들의 교차 오염을 축소시킬 수 있는 처리될 수 있는 저렴한 장치의 샘플 부품을 설계하는 것이다. 본 발명의 상기 및 기타 목적들은 하기 기술에서 명확해질 것이다.

발명의 요약

본 발명의 제 1 형태에 따른 유체 샘플 처리 장치는,

(ⅰ) (a) 샘플을 수용하기에 적합한 챔버; 및 (b) 기능 요소를 포함하는 플랫폼;

(ⅱ) 상승 및 하강시킬 수 있으며, 상기 요소를 아암과 함께 상승 및 하강시킬 수 있도록 상기 기능 요소에 제거 가능하게 부착하기 위한 수단을 포함하는 아암; 및

(ⅲ) 어떤 챔버 또는 기능 요소가 상기 아암에 대하여 정렬될 수 있도록 상기 플랫폼을 이동시키기 위한 수단을 포함한다.

본 발명의 제 2 형태는 핵산 증폭 반응 이전에 샘플을 처리하기 위한 본 발명에 따른 장치의 사용에 관한 것이다.

본 발명의 제 3 형태에 따른 유체 샘플 처리 방법은,

(ⅰ) 분석물을 포함하는 샘플을 장치의 플랫폼 상에 위치한 제 1 챔버 안으로 배치하는 단계와;

(ⅱ) 분석물을 형성하기 위해 분석물을 결합 물질에 결합시키고 - 물질 복합물을 결합하는 단계와;

(ⅲ) 상기 복합물을 상기 제 1 챔버 안으로 역으로 견인하여 상기 복합물이 상기 수단으로 견인되게 허용하기 위한 수단을 하강시키는 단계와;

(ⅳ) 상기 수단을 제 1 챔버로부터 상승시키는 단계와;

(ⅴ) 상기 플랫폼을 이동시켜서 제 2 챔버가 상기 복합물을 역으로 견인하기 위한 수단과 정렬되는 단계; 및

(ⅵ) 상기 복합물을 제 2 챔버 안으로 역으로 견인하여 복합물을 상기 수단으로부터 제거할 수 있도록 하기 위하여 상기 수단을 하강시키는 단계를 포함하며,

상기 분석물은 제 1 챔버 또는 제 2 챔버에서 물리적 처리 단계를 거치는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 4 형태는 핵산 증폭 반응 이전에 샘플을 처리하기 위한 방법의 사용에 관한 것이다.

본 발명의 제 5 형태는 핵산 증폭 반응 이전에 샘플을 처리하기 위한 본 발명에 따른 방법에서 결합 물질의 사용에 관한 것이다.

본 발명의 제 6 형태는 막을 포함하고 상기 막은 덮개 내에서 오목한 것으로 특징으로 하는 용기의 밀봉에 적합한 덮개에 관한 것이다.

본원에 인용된 모든 공보물은 다르게 표시하지 않는다면 본원에서 참고로 그 전체가 합체되어 있다.

본원에서 사용된 "유체 샘플"은 솔벤트에 의해서 용매화된 샘플을 포함하는 용액, 가스, 액체 또는 예를 들어, 유제와 같은 하나 이상의 페이스트를 포함하는 유체 시스템으로 존재하는 임의의 샘플을 의미한다. "유체 샘플"은 고체 또는 점성 액체 로서 장치 안으로 초기에 도입될 수 있지만, 한 용적의 솔벤트를 부가함으로써 분산 또는 용해되는 샘플을 의미한다. 유사하게, "유체 샘플"은 가스 샘플의 미립자 물질이 적당한 솔벤트에서 현가되는 사이클론을 통과하는 가스 샘플을 의미한다. 샘플의 보기는 강과 같은 환경에서 수집되는 유체 샘플, 요뇨 샘플과 같이 환자에서 수집된 유체 샘플, 면봉 등과 같이 환자에서 수집된 점성 샘플, 공기중의 미립자 물질이 WO 02/29380 등에 기재된 것과 같은 유체 수집 챔버 안으로 동반되도록 공기가 사이클론을 통과할 때, 수집된 유체 샘플 등을 포함하지만, 이들에 국한되지 않는다.

본원에서 사용된 용어 "기능제"는 본 발명의 방법 또는 장치에서 사용되는 고체 화학 약품, 생물학 약품 또는 물리적인 약품을 의미한다. 고체 분말, 비드, 캡슐, 압축 정제 등과 같은 하나 이상의 화학 또는 생물학 약품을 포함한다. 이러한 약품의 적당한 보기는 예를 들어, 채트로픽 솔트(chaotrophic salt)와 같은 세포 용해제, 핵산 타겟, 핵산 합성 콘트롤, 박테리아, 세포질 효소, 염료, 부패 방지제, 항체 등을 포함하지만, 이들에 국한되지 않는다. 이러한 약품은 처리되어서 예를 들어, 항체 또는 유사물로 선택적으로 코팅된 자성 입자와 같이 유체 샘플의 분석물에 결합될 수 있는 고상 결합 물질을 함유한다. 그러나, 용어 기능제는 유체 샘플과 상호 작용하기 위한 물리적인 수단을 포함하는 것으로 이해해야 한다. 이들은 교반 비드, 시니케이터(senicator), 가열 수단 등을 포함할 수 있지만, 이들에 국한되지 않는다.

본원에서 사용된 용어 "기능 요소"는 장치의 아암에 역으로 부착될 수 있도록, 설계된 장치의 요소를 의미하는 것이다. 기능 요소는 본원의 공개물에서 명백해지는 바와 같이 폭넓은 용도를 갖도록 설계될 수 있다. 장치의 특정 용도에 의존하는 하나 이상의 기능 요소의 특정 용도는 당기술에 숙련된 기술자에 의해서 용이하게 식별될 수 있다. 예를 들어, 기능 요소는 유체 샘플과 상호 작용하는 수단을 포함할 수 있다. 상기 수단은 예를 들어, 가열, 냉각, 광학, 초음파 분해 처리 등과 같은 어떤 물리적인 처리 방법을 제공할 수 있다. 다른 방안으로, 기능 요소는 예를 들어, 챔버를 덮은 포일 밀봉부를 관통하여 필터 등을 도입시킬 수 있도록 커터로서 작용함으로써, 챔버와 자체적으로 상호 작용하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 또한, 기능 요소는 구속된 샘플 또는 분석물을 장치의 다른 챔버로 이동시키기 위한 수집기로 작용할 수 있다.

장치의 요소들에 대해서는 하기에 더욱 상세하게 기술한다.

본 발명은 유체 샘플 처리 장치에 관한 것이며, 이 장치는,

(ⅰ) (a) 샘플을 수용하기에 적합한 챔버; 및 (b) 기능 요소를 포함하는 플랫폼;

(ⅱ) 상승 및 하강시킬 수 있으며, 상기 요소를 아암과 함께 상승 및 하강시킬 수 있도록 상기 기능 요소에 제거 가능하게 부착하기 위한 수단을 포함하는 아암; 및

(ⅲ) 어떤 챔버 또는 기능 요소가 상기 아암에 대하여 정렬될 수 있도록 상기 플랫폼을 이동시키기 위한 수단을 포함한다.

상기 장치는 샘플에 하나 이상의 처리 단계를 실행하기에 적합하게 설계된다. 이들 처리 단계들은 샘플을 희석시키고, 샘플을 하나 이상의 버퍼 용액으로 연속으로 세척하고, 샘플을 하나 이상의 약품으로 반응시키는 것들과 같은 화학 처리 단계들을 포함하지만, 또한 예를 들어, 유체 샘플을 열 복사로 조사하고, 유체 샘플을 초음파 처리를 실행하는 것과 같은 물리적인 단계들을 포함할 수도 있다.

장치는 교대로 제 1 챔버와 기능 요소를 포함하는 플랫폼을 포함한다. 챔버는 샘플, 양호하게는 유체 샘플 및 더욱 양호하게는 분석물을 포함하는 샘플이 먼저 장치 내로 도입되는 챔버이기 때문에 유체 챔버로 공지되어 있다. 샘플 챔버는 선택적으로 장치의 플랫폼 안으로 통합될 수 있거나 또는 다른 방안으로 플랫폼으로부터 제거되어서 샘플로 채워져서 플랫폼 안으로 배치될 수 있다.

기능 요소는 장치의 아암에 제거 가능하게 부착될 수 있도록 설계된다. 아암과 기능 요소는 장치의 동작이 충분하게 자동화될 수 있도록, 사용자의 어떤 상호 작용의 필요성 없이 장치의 동작을 통해서 서로 부착될 수 있는 것이 양호하다. 아암은 또한 기계적으로 제거 가능하게 기능 요소에 부착되는 것이 양호하다. 여러 다른 설계들도 가능하다. 하나의 단순한 해결방안은 임의의 기능 요소가 아암의 포크형 부품이 슬롯될 수 있는 립(lip)을 포함하도록 설계된다. 일단, 아암이 제자리에 있을 때, 본질적인 수직 방향으로 아암이 이동하면, 본질적으로 동일 방향으로 기능 요소가 이동할 수 있게 허용한다. 일단, 이러한 설계의 장점은 플랫폼의 이동이 기능 요소의 립과 아암의 포크가 상호 작용하도록 사용될 수 있다는 것이다. 임의의 기능 요소가 장치의 플랫폼에 영구적으로 고정되지 않지만, 필요할 때, 해제되는 방식으로 장치의 플랫폼상에서 제자리에 유지되는 것이 필요하다. 다시, 많은 다른 설계들도 가능하다. 한 보기는 기능 요소가 떨어지는 구멍을 포함하고 기능 요소는 플랫폼을 통해서 떨어지는 것을 방지하는 립을 포함하는 것이다.

또한, 상기 장치는 상승 및 하강할 수 있고, 기능 요소에 제거가능하게 부착할 수 있는 아암을 포함한다. 아암의 설계는 부분적으로는 아암을 기능 요소에 부착하기 위한 수단의 설계에 따라 결정될 것이다. 상술한 바와 같이, 아암은 기능 요소에 기계적으로 부착할 수 있도록 설계되는 것이 적합하다. 간단한 설계의 일 예는 아암이 아암 자체의 베이스에 대해 직각으로 평면상에 있는 아암의 베이스에 포크(fork)를 포함하고, 기능 요소 둘레를 고정할 수 있는 것이다. 슬롯과 삽입 수단은 아암과 기능 요소를 부착하는 어떠한 수단도 필요하지 않도록 본질적으로 아암의 이동에 수직인 방식으로 배향되는 것이 적합하다.

상기 장치는 아암을 적합하게는 실질적으로 수직 방향으로 상승 및 하강시키기 위한 수단을 포함하는 것이 적합하다. 상기 수단은 적합하게는 전기적으로 작동되는 기계적 수단이 적합하다. 아암의 이동 경로는 가능한 한 간단해야 한다. 아암은 챔버에 대해 상하로 단일 차원으로 간단하게 이동하는 것이 적합하다. 플랫폼 자체가 이동할 수 있는 상기 장치의 설계는 일단 아암이 플랫폼 또는 임의의 기능 요소 또는 챔버에 대해 그 방향을 조정하기 위해 상승 또는 하강하면, 보통 아암이 이동하는데 어떠한 부가적 요건들이 없는 것은 확실하다.

또한 상기 장치는 플랫폼의 임의의 주어진 요소의 위치가 아암의 위치에 대해 변경될 수 있도록 플랫폼을 이동시킬 수 있는 수단을 포함한다. 기능 요소들과 챔버들이 플랫폼에 직선으로 정렬되도록 플랫폼이 배치되는 상황의 경우에, 플랫폼 자체는 기능 요소들 또는 챔버들을 적절하게 정렬시키기 위해 직선 방향으로 좌우로 이동한다. 대안적으로 플랫폼이 기능 요소들과 챔버들이 플랫폼에 정렬하여 배치되도록 배열되면, 상기 수단은 기능 요소들 또는 챔버들을 적절하게 정렬시키기 위해 플랫폼을 병진운동할 것이다. 대안적으로 또한, 플랫폼이 기능 요소들과 챔버들이 플랫폼에 원형 방식으로 배열되도록 설계되면, 플랫폼은 기능 요소들 또는 챔버들을 적절하게 정렬시키기 위해 회전할 것이다. 이는 아암의 운동을 위한 메커니즘을 단순화하는 장점을 가질 뿐만 아니라, 복잡한 다단계 샘플 처리 반응에 사용하기 위해 설계된 장치에서 물리적 처리 수단이 필요하면 챔버로 하강하기 위해 다른 플랫폼 위에 위치될 수 있게 한다. 플랫폼 자체가 이동할 수 없다면, 그 후에 아암과 임의의 부가적인 물리적 처리 수단은 기능 요소 또는 챔버를 소정의 플랫폼과 함께 정확한 순서로 배향시키고, 그 후에 필요하면 플랫폼을 향해 하강 및 상승되도록 하는 양자를 위해 복잡한 3차원 메커니즘을 사용하여 프로그램되는 것이 필요할 것이다.

플랫폼 자체는 임의의 크기와 형상을 가질 수 있다. 그러나, 플랫폼은 본질적으로 원형이고, 아암 또는 다른 물리적 수단에 대해 챔버들 또는 기능 요소들을 정렬시키기 위해 회전함으로써 이동할 수 있는 것이 적합하다. 또한, 이는 여러 다른 요소들이 포함될 때에 장치의 크기를 최소화하는 장점을 갖는다. 선택적으로, 플랫폼은 상기 플랫폼이 플랫폼 위에 배치된 아암 또는 다른 물리적 처리 수단 밑으로 이동할 때에 기능 요소 또는 챔버의 정확한 위치 설정을 허용하는 감지 메커니즘에 고정될 수 있다.

상술한 바와 같이, 기능 요소는 널리 다양한 다른 용도를 가질 수 있다. 한편, 이는 샘플과 상호작용하도록 설계되는 요소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 이는 초음파 분해기, 히터, 광학 검출기, 광학 신호와 플랫폼에 저장되는 것 등을 제공하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 필요할 때 기능 요소는 장치의 아암에 의해 상승되고, 소정 챔버로 하강되며, 필요한 만큼 작동된다. 그러한 예에서, 만약 기능 요소와 장치의 아암 사이에 연결부가 사용 중에 기능 요소에 전력을 제공하기에 충분한 전기적 연결을 제공하기 위해 있다면 또한 유용할 것이다.

대안적으로, 기능 요소는 플랫폼에 배치된 챔버와 상호작용하도록 설계될 수 있다. 즉, 장치의 소정의 사용에 따라 결정될 가능성이 있는 많은 다른 상호작용들이 존재한다. 예들은 기능 요소가 장치의 임의의 챔버에 존재하는 임의의 밀봉부 또는 막들을 관통하는 커터로 작동할 수 있도록 설계될 수 있다는 것을 포함한다. 임의의 그러한 커터들이 액체 샘플을 포함하는 챔버의 밀봉부를 절단하는데 사용되는 경우에 액체 샘플은 커터 자체로 흡착되고 표면 장력에 의해 그에 유지될 수 없도록 절단 수단으로 슬릿을 포함하기 위해 설계되는 것이 적합하다. 대안적으로 기능 요소는 아암에 의해 일정 장소로 상승되고, 필요하다면 챔버의 상부에 고정될 수 있는 필터를 포함하도록 설계될 수 있다. 선택적으로 필요하다면 챔버의 상부에 다시 고정될 수 있는 덮개를 포함하도록 설계될 수 있다. 더욱이, 플랫폼에 주어진 위치는 플랫폼에 주어진 위치에서 서로의 상부에 적층된 여러 그러한 기능 요소들을 포함할 수 있고, 각각은 장치의 아암에 의해 차례로 이동할 수 있다.

더욱이 기능 요소는 분석물 또는 시약을 플랫폼의 일 챔버로부터 플랫폼의 다른 챔버로 이동시키기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 그러한 기능 요소는 분석물 또는 시약을 원한다면 복합물로 결합시키는데 적합한 고체 상(phase) 결합제와 관련하여 사용된다. 고체상 결합제와 분석물 또는 화학 시약은 복합물이 형성될 수 있도록 서로 접촉하여 배치된다. 복합물을 이동시키기 위해 사용되는 기능 요소는 그 후에 장치의 아암에 부착되고, 설명된 바와 같이 제 1 챔버로 하강된다. 복합물은 기능 요소에 부착되고, 기능 요소는 상승되며, 플랫폼은 제 2 챔버가 아암, 하강된 기능 요소, 및 풀린 복합물 밑에 현재 위치되도록 이동하며, 따라서, 결합 물질을 일 챔버에서 다른 챔버로 이동시킨다. 기능 요소가 제 1 챔버로부터 복합물을 제거하는 것이 필요하기 때문에, 기능 요소의 특성은 사용된 결합 물질에 따라 결정될 것이다. 더욱이 기능 요소는 복합물을 장치의 제 2 챔버로 침전시키는 것이 필요하고, 기능 요소와 결합 복합물 사이의 상호 작용은 필연적으로 가역적이어야 한다. 기능 요소는 결합제가 분석물과 양자 복합물을 이룰 때에 및 결합제 단독으로 결합제를 이동시킬 수 있는 것이 적합하다. 이는 기능 요소가 일 챔버로부터 다른 챔버까지 복합물을 이동시키는데 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 필요하다면 결합제를 임의의 주어진 챔버로 또는 챔버로부터 첨가 또는 제거할 수 있는 장점을 갖는 결과를 만든다.

고체상 결합 물질이 복합물을 형성하기 위해 목표 분석물과 결합할 수 있다면, 널리 다양한 다른 고체상 결합 물질이 사용될 수 있다. 적절한 결합 물질은 본 기술 분야에서 숙련된 자에 의해 쉽게 결정될 수 있으며, 분석물과 프로토콜에 따라 결정될 것이다. 예들은 실리카 비드들, 염류, 항체와 결합 가능한 항원을 함유하는 시약들, 또는 DNA 결합 단백질 등을 포함한다. 결합 물질에 분석물의 결합은 복수의 방법들로 발생할 수 있다. 분석물은 결합 물질의 표면에 흡착되고, 대안적으로 결합 물질의 표면에 흡수될 수 있으며, 대안적으로 분석물은 쿨롱 전하에 의해 결합 물질에 부착될 수 있고, 대안적으로 표면적인 화학 결합은 결합 물질과 분석물 사이에서 발전할 수 있으며, 또는 대안적으로 결합 물질은 문제의 특정 분석물을 결합할 수 있는 생화학 결합 영역을 포함할 수 있다. 임의의 결합 메커니즘은 만약 결합 물질이 일 챔버로부터 반응물이 결합 물질에 부착된 상태로 있는 다른 챔버까지 이동되도록 결합이 충분히 강하다면 본 발명에 적합하다. 결합 물질에 분석물의 결합은 반응 챔버에서 분석물이 부가의 화학적 또는 물리적 처리를 위해 결합 물질로부터 자유로워질 수 있도록 가역적인 것이 적합하다. 임의의 적합한 수단은 분석물을 가온, 희석, 용해(solubilising) 등을 포함하여 결합 물질로부터 제거하는데 사용될 수 있다. 결합 물질은 문제의 물질에 첨가하기 전에 챔버에 선택적으로 존재할 수 있고, 대안적으로 이는 물질의 첨가 후에 챔버에 첨가될 수 있고, 또는 더욱이 시약의 경우에 시약은 결합제를 이미 포함하도록 형성될 수 있다.

결합 물질은 자기 실리카 비드를 포함하는 것이 적합하다. 적절한 비드들은 로체(Roche), 프로메가(Promega), 및 에스타포(Estapor)에 의해 공급된 비드들을 포함한다. 그와 같이 기능 요소 자체는 비드들이 당겨지는 자석이거나, 또는 대안적으로 이는 비드들을 견인하는 자석과 관련하여 사용될 수 있는 것이 적합하다. 그러므로, 기능 요소는 복합물을 견인하기 위한 수단과 복합물 자체 사이의 인터페이스를 제공하는 차폐부(sheath)를 포함한다. 적합하게 차폐부는 플랫폼에 배치되고, 자석이 차폐부 내부에 있을 때에 복합물이 차폐부로 당겨지기 위한 물질로 만들어진다. 그러한 실시예에서, 장치는 자기장을 적용하기 위해 차폐부로 하강될 수 있고, 자기장을 제거하기 위해 차폐부의 밖으로 상승되는 장치의 아암과 함께 배치되는 자석을 포함하는 것이 적합하다. 차폐부는 그 후에 결합 복합물을 포함하는 장치의 챔버로 배치된다. 자석은 차폐부로 하강되며, 복합물은 차폐부에 결합한다. 차폐부와 자석은 그 후에 상승된다. 플랫폼은 새로운 챔버가 정렬되도록 이동하고, 차폐부와 자석은 그 후에 하강되며, 자석이 제거된다. 자석이 제거될 때에, 복합물은 차폐부로부터 떨어져서 제 2 챔버로 하강할 것이다. 아암에 의해 상하로 차폐부가 작은 이동하면 어떤 복합물도 차폐부에 결합되지 않고, 또한 새로운 챔버에서 임의의 시약 또는 용액과 복합물을 혼합하는 작용을 할 것이다. 대안적으로 분석물은 임의의 적절한 수단으로 비드들로부터 분리될 수 있다. 장치가 그러한 실시예를 포함하도록 설계되면, 자석과 아암은 자석이 제자리에 있거나 없어도 차폐부가 독립적으로 상승 및 하강될 수 있도록 다른 것의 작동에 영향을 미치지 않고 서로 상호작용하도록 설계될 필요가 있다. 이러한 작동은 프로토콜 중에 복합물 또는 비드들 중 하나를 스스로 제거하기 위해 반복될 수 있다.

장치는 하나 이상의 장치의 요소가 플랫폼으로부터 분리되고 장치로부터 제거될 수 있도록 설계되는 것이 적합하다. 이는 챔버가 장치의 작동 중에 또는 사용 전후에 쉽게 교체되도록 한다. 예를 들면, 액체 샘플은 샘플 챔버로 멀리 떨어져서 장전될 수 있으며, 그 후에 샘플 챔버는 본 발명의 장치의 플랫폼으로 장전될 수 있다. 대안적으로 샘플의 처리에 이어서, 처리된 분석물을 포함하는 마지막 챔버가 본 발명의 장치로부터 부가의 조작 또는 그 밖의 물질의 처리로 쉽게 제거된다면 유용할 수 있다. 유사하게 장치의 하나 이상의 요소들이 장치의 특정 사용에 따라 교체될 수 있다면 유용할 수 있다. 예를 들면, 챔버들 중 하나는 미리 분배된 시약과 문제의 테스트 과정에 따라 결정되는 특정 요구 시약을 포함할 수 있다. 그러한 챔버가 쉽게 교환될 수 있다면, 사용자는 소정의 챔버를 선택할 수 있고, 이를 사용하기 전에 장치에 장전할 수 있다. 플랫폼이 그러한 교환가능한 챔버를 포함하면, 장치는 챔버가 플랫폼의 이동 중에 움직이지 않도록 사용 중에 제자리에 챔버를 고정하기 위한 로킹 수단을 포함하는 것이 적합하다. 더욱이 그러한 교환가능한 챔버는 사용자가 어느 챔버가 사용하는데 필요한지 식별할 수 있도록 색 표지되거나 또는 바코드 등으로 표시되면 유용하다. 상기 장치는 장치 자체가 사용된 챔버를 식별할 수 있는 바코드 또는 유사한 판독기를 선택적으로 포함할 수 있으며, 여러 가지 미리 프로그램된 샘플 처리 사이클 중 하나를 선택하기 위해 이러한 정보를 사용할 수 있다.

상기 장치는 전체 플랫폼이 제거되고 쉽게 대체되도록 설계되는 것이 또한 적합하다. 이것은 어떤 주어진 샘플 처리 공정 후에 사용되고 잠재적으로 오염된 플랫폼이 제거되고 다른 공정에서 상기 장치의 사용을 허용하기 위해 대체되는 것을 허용한다. 상기 장치가 그렇게 설계된다면 상기 플랫폼은 예를 들어 샘플 록과 함께 비틀림 고정부를 사용하는 사용의 용이성을 위해 상기 장치에 쉽고 견고하게 장착되는 것이 적합하다.

본 발명의 장치는 하나 이상의 부가적인 챔버들을 임의로 또한 포함한다. 상기 장치의 사용에 따르면, 이들 부가적인 챔버들은 몇몇 역활(role)을 가질 수 있다. 상기 챔버의 실예는 샘플을 희석 또는 세정하기 위해 또는 대안적으로 오염물이 하나의 샘플로부터 다른 샘플로 또는 하나의 챔버로부터 다른 챔버로 통과하는 것을 방지하기 위해 사용하기 전에 또는 후에 기능성 요소를 세정하기 위해 샘플 처리 프로토콜에서 요구되는 버퍼 용액 또는 물을 구비하는 하나 이상의 챔버들을 포함할 수 있다. 대안적으로 상기 장치는 예를 들어 카오트로픽(chaotrophic) 염과 같은 셀 용해제를 미리 결정된 샘플 처리를 위해 요구되는 어떤 특정 시약을 구비하는 챔버를 포함할 수 있다. 상기 챔버들은 사용자가 에러를 방지하기 위해, 본 기술 분야에서 요구되는 설비를 초소화하기 위해, 샘플 오염을 방지하기 위해, 및 유해 물질로부터 사용자에 대한 위험을 최소화하기 위해 제조 중에 필요한 용액 또는 시약으로 미리 충전될 수 있다. 필요한 챔버의 수와 필요한 시약은 선택되고 미리결정된 샘플 처리 프로토콜에 따른다. 이들 챔버들은 상술한 바와 같이 일 챔버로부터 다른 챔버까지 분석물을 이동시킴으로써 프로토콜 내에서 사용될 수 있다. 대안적으로, 시약들은 상술한 바와 같이 일 챔버로부터 다른 챔버까지 이동될 수 있다. 분석물과 시약 양자가 소정 프로토콜 중에 이동된다면, 결합 합성물은 단일 기능성 요소가 상기 물질을 이동시키기 위해 요구되도록 각 경우에 동일한 것이 적합하다. 임의로 상기 장치는 하나 이상의 시약들이 기능성 요소들의 표면상에서 건조, 적합하게는 동결 건조되거나, 또는 대안적으로 하나 이상의 시약들이 기능성 요소들에 의해 이동되는 적합한 제거가능한 부착물의 외측상에서 동결 건조되도록 설계될 수 있다. 상기 시약들은 챔버 내로 하강되는 기능성 요소들 또는 적합한 제거가능한 부착물 및 기능성 요소들의 외측으로부터 용해되는 시약들에 의해 샘플 처리 프로토콜 내로 도입될 수 있다. 적합한 제거가능한 부착물은 예를 들어 자석 기능성 요소의 사용에 의해 제거되는 금속 팁을 갖는 간단한 플라스틱 본체일 수 있고, 상기 시약들은 다른 표면상에서 동결 건조될 수 있다. 상기 기능성 요소 또는 적합한 제거가능한 부착물은 준비된 배치(batch)일 수 있고 표면 장력 생성중에 때때로 방해되는 작은 자기 비드의 해제 문제를 극복한다. 다른 향상점은 시약들이 기능성 요소상에서 다른 높이로 동결 건조되거나 또는 소정 챔버 내로 동결 건조된 물질의 점진적인 저하에 의해 차례로 각각 용해되는 외장일 수 있다. 이것은 시간 초과로 반응 혼합물에 효과적으로 첨가되도록 용해되는 소정 약제의 다른 양을 차례로 또는 대안적으로 다른 시약에 의해 용해되게 한다. 이것은 어떤 소정 프로토콜을 위해 본 발명에 따른 장치의 설계 가요성을 다시 부가로 향상시킨다.

따라서 임의로, 상기 장치는 고상 결합 복합물의 몇몇 다른 집단 분포를 포함할 수 있고, 하나 이상의 다른 시약들 및/또는 분석물은 각 집단에 결합된다. 고상 결합재에서 동일한 특성을 필수적으로 유지하는 동안 상기 다른 집단이 다른 집단의 즉시 분리를 위해 허용되는 작은 차이점을 포함한다면 유용하다. 예를 들어, 상기 집단은 동일한 기능성 요소과 장치 설계를 사용하나 적용된 자계의 강도를 간단히 변화시킴으로써 서로로부터 약한 성질을 갖는 이들로부터 더 강한 자기 성질을 갖는 이들의 분리를 허용하는 그들 자기 성질에 있어서 다르다. 대안적으로 집단들은 그들 치수, 전하, 형광 성질 또는 그들 각각이 본 발명에 따른 장치 내에서 다른 성질을 분리하기 위해 사용되도록 소용돌이가 적용될 때의 성질에 있어서 다르다. 이것은 주어진 샘플 제조 프로토콜을 수행하기 위한 유닛과 같은 장치의 가능성을 더 향상시킨다.

상기 장치의 하나 이상의 챔버들에서 사용되는 적합한 시약들은 칼륨 아세테이트와 트리 하이드로 클로라이드의 수용액, 또는 칼륨 아세테이트와 트리 하이드로클로라이드 또는 유기 용제 또는 그 혼합물의 알콜 수용액으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 버퍼 용액; 카오트로픽 염과 같은 용해제; 하나 이상의 핵산 증폭제를 포함하는 시약, 보다 적합하게는 핵산 프라머, 핵산 프로브, 형광제, 효소 버퍼, 뉴클레오티드, 마그네슘염, 소혈청 알부민, 항체 및 변성세로 구성되는 그룹으롭터 선택되는 시약을 포함한다.

본 발명에서 사용하기 위한 적합한 챔버들은 막에 의해 분리되고 사용자에 의해 쉽게 선택하기 위해 단일 유닛에 통합되는 몇몇 다른 영역을 구비하는 것들을 포함한다. 예를 들면, 샘플 챔버는 소정 프로토콜을 위한 필요한 시약을 함유하는 제 2 챔버와 또한 통합된다. 대안적으로, 챔버는 관통되는 막에 의해 분리된 두 영역을 포함할 수 있다. 이것은 제 1 조작 단계가 제 1 영역에서 발생하고, 상기 막이 관통되며, 상기 물질이 제 2 영역에 진입하기 위해 처리되고, 그런다음 제 2 조작 단계가 제 2 영역에서 발생되게 한다.

더욱이, 상기 장치의 하나 이상의 챔버들은 이들이 상기 장치의 아암에 제거가능하게 부착되도록 또한 설계될 수 있다. 이것은 필요시 챔버가 상기 장치로부터 기계적으로 제거되는 것을 허용한다. 임의로, 상기 플랫폼은 상기 플랫폼으로부터 제거된 어떤 챔버가 아암에 의해 하강되는 리세스를 갖도록 설계되고, 이 리세스를 통해 다른 장치와 직접 계면하던가 또는 사용자에 의해 수동으로 상기 장치로부터 제거된다.

특히 미리 분배된 시약을 구비하는 장치에서 사용하기 위한 어떤 챔버는 사용하기 전에 상기 물질의 오염 또는 저하를 방지하기 위해 제조 지점에서 밀봉되는 것이 적합하다. 챔버가 막에 의해 분리된 하나 이상의 다른 챔버들을 포함한다면, 그 각각은 이들이 개별적으로 개방되도록 독립적으로 밀봉되는 것이 적합하다. 각 챔버를 밀봉하기 위한 적합한 수단은 금속 밀봉, 적합하게는 적층된 금속 밀봉의 사용에 의한다. 대안적으로, 샘플 챔버는 본 분야에서 샘플의 수집 후에 덮개가 오염울을 상기 장치 안으로 샘플 챔버의 삽입 전에 방지하기 위해 폐쇄되도록 밀봉되는 덮개를 포함할 수 있다. 상기 밀봉은 상기 덮개가 폐쇄되면, 사용자의 엄지손가락 또는 손가락이 밀봉와 접촉하지 않는 동안, 덮개가 폐쇄되도록 상기 장치의 덮개 내에 수용된다. 이것은 잘못된 시험 결과로 초래되는 샘플을 부주의하게 오염시키는 사용자로부터의 오염을 방지한다. 이것은 특히 사용자가 상이한 위치로부터 다양한 샘플을 수집하거나 또는 샘플이 사용자의 피부에 존재하는 생물학적 물질을 포함하는 것이 중요하다. 상기 덮개는 사용자와 접촉하는 덮개의 측면으로부터 리세스된 밀봉을 갖는 한펴 상기 덮개는 폐쇄된다. 적합하게는, 상기 밀봉은 상기 밀봉이 덮개의 폐쇄 전에 또는 중에 우연히 사용자와 접촉하지 않도록 상기 덮개의 양 측면으로부터 리세스된다. 본 발명이 또한 덮개, 적합한 용기 덥개에 관한 것일 때, 상기 덮개는 막을 포함하고 상기 막이 상기 덮개 내에 리세스되는 특징을 갖는다. 어떤 밀봉은 챔버의 사용 전에 조작자에 의해 제거될 수 있다. 대안적으로 상기 장치는 상술된 바와 같이 요구되는 어떤 밀봉을 관통하도록 기계적으로 작동하는 커터를 포함한다.

상기 장치의 하나 이상의 챔버들은 트래핑 부재를 임의로 포함한다. 적합한 트래핑 부재는 미세 유체 공학 칩, 고상 물질, 필터, 필터 스택, 친화성 매트릭스, 자기 분리 매트릭스, 치수 배제 컬럼, 캘리퍼 튜브 및 그 혼합물을 포함한다. 이들은 초기에 상기 장치 안으로 도입될 때에 샘플을 필터하거나 또는 대안적으로 필요시 샘플 처리 프로토콜 중에 필터 단계를 제공하기 위해 사용된다.

상술한 바와 같이 샘플의 처리는 물리적 처리 단계를 포함한다. 상기 단계는 열적, 청각적, 광학적, 음향적, 전기 처리, 감지 또는 모니터링 기술 등을 포함할 수 있다. 상기 밀리적 처리 단계는 다수의 다른 방법으로 분배될 수 있다. 상술한 바와 같이 이들은 플랫폼상에 저장되고 상술한 바와 같이 장치의 아암에 의해 이동되는 기능성 요소를 사용하는 챔버 내의 샘플로 분배된다. 적합하게는 상기 장치는 상기 장치의 아암과 유사한 방식으로 플랫폼상의 상기 장치 내에 위치 설정되는 하나 이상의 물리적 처리 수단을 포함할 수 있다.상기 수단은 이들이 소정 챔버 내로 하강하고, 필요시 상기 수단 아래에 직접 배치되며, 그런 다음 더 이상 필요없을 시에 상기 챔버로부터 제고된다. 상기 장치의 플랫폼이 제거되므로, 상기 물리적 처리 수단에 대해 어떤 소정 챔버을 위치결정하기 위해 또한 이동될 수 있다. 선택적으로 상기 장치는 플랫폼이 필요시 이들 다른 물리적 처리 수단에 대해 정확하게 위치 설정되는 것을 보장하기 위한 수단을 포함한다. 상기 수단의 실예는 챔버의 함유량을 가열하기 위한 수단, 챔버의 함유량을 음파처리하기 위한 수단, 광학적 신호를 챔버 내로 도입하기 위한 수단, 광학적 신호를 챔버로부터 검출하기 위한 수단, 전기 신호를 챔버 안으로 도입하기 위한 수단 등을 포함하나 이에 한정되지는 않는다. 상기 장치는 가열 수단 또는 상기 챔버가 함유량을 음파처리하기 위한 수단 중 하나 이상을 포함하는 것이 적합하다. 이들은 특히 상기 장치가 증폭 전에 샘플을 포함하는 생물학적 물질을 처리하기 위해 사용될 때에 유용하다.

대안적으로 상기 장치의 소정 챔버는 어떤 물질이 상기 장치에서 직접 또는 상기 장치가 필요한 부가적 요소들을 포함하기 위해 변경될 때에 또는 상기 챔버가 상기 장치의 부가적인 부품과 관련하여 사용되게 설계된다면 물리적 처리를 수행하도록 변경될 것이다. 예를 들면, 상기 샘플이 처리중에 가열될 필요가 있다면, 상기 챔버의 벽들은 그들 함유량을 따뜻하게 하는 가열 소자를 포함하거나 또는 대안적으로 이들은 상기 챔버가 전류를 적용함으로써 가열되도록 WO98/24548호에 기술된 전기적 전도성 폴리머로 코팅될 수 있다. 더욱이, 하나 이상의 챔버들의 벽들은 가청 처리되는 가요성일 수 있거나 또는 이들은 광학적 처리, 감지 또는 모니터링되는 하나 이상의 광 파장을 전달할 수 있다. 상기 물리적 처리가 요구된다면, 상기 장치는 챔버가 물리적 처리를 위해 요구되는 어떤 수단으로 쉽고 효과적으로 접근하기 위해 위치 설정되도록 설계될 수 있다. 상기 장치가 핵산 증폭 반응 전에 샘플 함유 생물학적 물질을 처리하기 위해 사용된다면, 챔버들 중 하나는 전기적 전도성 폴리머로 코팅되는 것이 적합하며, 이 챔버가 증폭 반응의 전도 및 실시간 감시를 위해 사용되도록 투명한 윈도우를 갖는다.

물질이 가열되거나 또는 냉각되는 챔버를 장치가 포함한다면, 상기 챔버는 빠른 가열 변경이 발생하도록 용적율에 대한 높은 표면적을 갖는 것이 적합하다. 상기 챔버의 일 실예는 모세관이다. 이들은 유체 샘플의 작은 용적의 빠른 가열 또는 냉각을 위해 이상적이다. 그러나, 유체 샘플의 표면 장력으로 인해, 유체 샘플을 모세관에 부하하는 것이 어렵다. 따라서, 플랫폼은 유체 샘플이 원심력에 의해 모세관에 도입되도록 빨리 회전될 수 있다. 이것은 필수적인 원형 플랫폼을 갖는 부가적인 장점을 제공한다. 상기 장치가 이러한 방법에서 사용된다면, 유체를 함유하는 모든 챔버는 상기 챔버 내의 어떤 유체가 상기 플랫폼의 회전 중에 해제되도록 리세스로 설계되는 것이 적합하다. 하나 이상의 챔버들은 자유롭게 선회되도록 피봇을 사용하는 플랫폼상에 장착되는 반면에 상기 플랫폼은 유체가 모세관 내로 구동되도록 회전되는 것이 부가로 적합하다.

따라서, 상술한 바와 같이, 본 발명의 장치는 기능 요소를 포함하기 위하여 선택적으로 설계될 수 있으며, 상기 요소는 플랫폼상에서 언급된 것으로서, 아암의 사용에 의하여 샘플처리에서 작동하도록 이동될 수 있는 물리적인 처리 수단을 포함한다. 또한, 이것은 설정된 챔버 내로 기계적으로 하강됨으로써 주어진 챔버와 서로 작용할 수 있는 플랫폼상에 위치되는 물리적인 처리 수단을 포함할 수 있다. 비싸고 그리고 작동하기 위하여 파워(power)를 요구하는 이러한 수단들은, 예를 들면 샘플을 가열하기 위한 수단, 샘플 등을 초음파 처리하기 위한 수단과 같이, 플랫폼상의 장치 내로 영구적으로 위치되는 것이 양호하다. 상기 장치의 사용 중 샘플 오염을 방지하기 위하여, 이러한 수단들은 세척되어야만 한다. 또한, 상기 플랫폼은 챔버를 포함할 수 있는데, 이러한 챔버는 수단들이 사용 이후에 하강될 수 있는 세척 시약(cleaning reagent)을 포함하고, 이러한 세척 작용은 장치의 자동화된 작동으로 합체될 수 있다. 이와 유사하게, 쉽게 배치 가능하게 설계되는 이러한 기능 요소들은 플랫폼상에 위치되고, 상기 장치의 아암과 함께 이동된다. 이와 같이, 상기 장치의 작동 끝에서, 그 구성적인 요소를 포함하는 전체 플랫폼은 상기 장치로부터 제거될 수 있으며 밖으로 배치될 수 있다. 이것은 샘플의 오염을 최소로 한다. 이러한 요소 중의 예는, 커터, 결합된 분석물의 결합제 합성물(bound analyte binding material complex)의 운동을 위한 차폐부, 필터, 덮개 등을 포함한다.

상기 장치는 논제가 되는 분석물을 취급하고 상기 분석물을 모니터링하기 위한 부가의 수단과 선택적으로 합체될 수 있다. 예를 들면, 상기 장치는 반응 챔버에서 하나 이상의 물질을 검출할 수 있는 광학 시스템을 포함한다. 상기 장치가 광학 검출을 포함하거나, 또는 광학 검출기와 관련하여서 사용된다면, 상기 광학 검출기가 조사광(incident light)으로부터 인터페이스(interfacer)없이 진행하는 것을 보장하기 위하여 광 밀봉될 수 있다.

상기 장치 그 자체는 서로 다른 디자인, 형상, 크기의 넓은 변화를 가질 수 있으며, 특정의 사용에 따라서 서로 다른 많은 물질로 제조될 수 있다. 상기 장치의 가격을 최소로 하고, 또한 이것이 경제적으로 실용화되는 것을 보장하기 위하여, 상기 챔버는 예를 들면, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 아크릴, 나일론 또는 부타디엔-스틸렌 공중합체 또는 그들의 복합물과 같은 열가소성 물질의 값이 싼 물질로 제조되는 것이 양호하다. 상기 장치 또는 이것의 구성 부품은 투명하거나 또는 반투명, 또는 불투명할 수 있다. 양호하게는, 어떠한 챔버는 숙련되지 못한 사용자가 장치의 직접적인 사용에 대하여 도움을 받을 수 있도록 색깔이 있을 수 있다.

상기 장치는 필드에서 사용될 수 있도록 휴대 가능한(portable) 것이 양호하다. 이와 같이, 이것은 최소의 파워를 요구하는 간략한 디자인의 경량이 되어야만 하고, 이상적으로는 극도의 온도에서 사용되도록 설계되어야만 한다. 상기 장치는 약 -30℃ 내지 약 +50의 온도범위에서 효과적으로 작용하도록 설계되는 것이 양호하다.

또한, 상기 장치의 작동은 완전히 자동화되는 것이 양호하다. 이것은 사용의 편리함과 사용자 에러를 감소시키는 것을 포함하는 몇몇 장점을 가진다. 상기 장치를 자동화하기 위하여, 이것은 적절하게 프로그램되는 내부 또는 외부 컴퓨터 또는 다른 적절한 제어 수단과 인터페이스할 필요의 가능성이 있다. 선택적으로, 상기 제어 수단은 이것이 하나 이상의 프로토콜(protocol)과 함께 프로그램될 수 있도록 선택될 수 있으며, 사용자는 적절한 선택적인 인터페이스로부터 바람직한 프로토콜을 선택할 수 있다. 상기 장치가 이와 같이 자동화된다면, 장치는 예를 들면 샘플 챔버의 열 사이클이 프로그램밍 및 제어를 위한, 그리고 광학의 제어를 위한 수단을 포함하는 것이 양호하다.

본 발명의 실시예는 이미 설정된 프로토콜에 따라서 유체 샘플의 처리를 용이하게 한다.

또한, 본 발명은 핵산 증폭 작용(nucleric acid amplification reaction)이전에 샘플의 처리를 위한 본 발명에 따른 장치의 사용에 관한 것이다.

또 다른 특징에 따라서, 본 발명은 유체 샘플의 처리 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은,

(ⅰ) 분석물을 포함하는 샘플을 장치의 플랫폼 상에 위치한 제 1 챔버 안으로 배치하는 단계와;

(ⅱ) 분석물을 형성하기 위해 분석물을 결합 물질에 결합시키고 - 물질 복합물을 결합하는 단계와;

(ⅲ) 상기 복합물을 상기 제 1 챔버 안으로 역으로 견인하여 상기 복합물이 상기 수단으로 견인되게 허용하기 위한 수단을 하강시키는 단계와;

(ⅳ) 상기 수단을 제 1 챔버로부터 상승시키는 단계와;

(ⅴ) 상기 플랫폼을 이동시켜서 제 2 챔버가 상기 복합물을 역으로 견인하기 위한 수단과 정렬되는 단계; 및

(ⅵ) 상기 복합물을 제 2 챔버 안으로 역으로 견인하여 복합물을 상기 수단으로부터 제거할 수 있도록 하기 위하여 상기 수단을 하강시키는 단계를 포함하며,

상기 분석물은 제 1 챔버 또는 제 2 챔버에서 물리적 처리 단계를 거치는 것을 특징으로 한다.

상기 물리적인 처리 단계는 초음파 처리 단계이거나, 또는 가열 단계인 것이 양호하다. 또한, 상기 방법과 관련된 어떠한 장치도, 상기 샘플이 화학적인 처리 단계에 부가로 노출될 수 있도록 설계된다. 이와 같이, 상기와 같은 점은 상기 방법은 서로 다른 샘플 처리 프로토콜의 넓은 범위를 수용하기 위하여 유연하게 채택될 수 있다.

또 다른 특징에 따라서, 본 발명은 핵산 증폭 작용 이전에 샘플을 처리하기 위한 본 발명의 방법의 사용에 관한 것이다. 제 1 단계로서, 이것은 핵산 물질을 방출시키기 위하여 상기 샘플 내에 어떠한 세포질 물질(cellular material)도 용해(lyse)할 필요가 있다. 상기 용해는, 예를 들면 구아니딘 하이드로크로라이드(guanidine hydrochloride)과 같은 차오트로픽 시약(chaotrophic reagent)을 사용하는 화학적인 용해 단계, 또는 예를 들면 초음파 분해기(sonicator)를 사용하는 물리적인 용해 단계, 또는 둘다에 의하여 선택적으로 수행될 수 있다. 샘플의 초음파 처리는, 특히 존재할 수 있는 생식 세포(spore)의 초기 붕괴를 위하여 사용 가능하다. 그 다음, 상기 분석물은 2개의 서로 다른 챔버를 통하여 이동하며, 이들 챔버는 각각 상기 분석물을 세척하기 위하여 버터(buffer)를 포함하고, 상기 버퍼는 세정제(detergent)와, 예를 들면 트리스 하이드로클로라이드와 같은 선택적인 시약을 선택적으로 갖는 에타놀을 포함한다. 그 다음, 몇몇의 PCR 시약은 예를 들면, 프라이머(primer), 프로브(probe), 형광성 염료(fluorescent dye), 효소(enzyme), 뉴클레오티드(nucleotide) 등을 상기 샘플에 부가된다. 핵산 물질은, 다른 증폭 작용 시약이 용해되는 미리 가열된 물의 작은 용적을 사용함으로써 상기 결합제로부터 선택적으로 녹여져서 분해된다(elute). 마지막으로, 상기 반응 복합물은 증폭 반응을 모니터하고 또한 타켓을 확실하게 인식하기 위하여 선택적인 실제 시간의 광학 분석을 갖는 열 사이클을 거치게 된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라서, 본 발명은 핵산 증폭 작용 이전에 샘플의 처리를 위하여 본 발명에 따라서 상기 장치의 결합 물질의 사용에 관한 것이다.

도 1은 장치의 사시도.

도 2는 완성된 장치를 측면에서 본 횡단면도.

도 3은 플랫폼의 조감도(bird eye view).

도 4는 상기 장치의 챔버상에서 적층된 막을 천공시키는 기능 요소, 여기서는 커터의 작동에 대한 단면도.

도 5는 상기 기능 요소, 여기서는 커터를 아암의 포크(fork)에 부착시키는 것을 상세하게 도시하는 도면.

도 6은 샘플 챔버로부터 결합된 분석물을 회수하기 위하여 자석을 갖는 기능 요소, 여기에서는 차폐부의 작동에 대한 단면도.

도 7은 상기 장치의 챔버 중의 하나에서 용해물을 가열하기 위한 물리적인 처리 수단, 여기에서는 가열수단의 작동에 대한 단면도.

도 8은 반응 챔버 내로 결합된 분석물을 방출시키기 위하여 자석을 갖는 기능 요소, 여기서는 차폐부의 작동에 대한 단면도.

도 9는 반응 챔버를 밀봉하기 위한 위치에서 여기서는 커터인 기능 요소를 갖는 반응 챔버의 단면도.

도 10은 리세스된 밀봉부를 갖는 본 발명의 덮개의 단면도.

도 1은 상기 장치(1)의 사시도이다. 상기 장치는 트위스트 록크(twist lock)(4)에 의하여 위치에 유지되는 플랫폼(2)을 포함한다. 상기 플랫폼은 몇몇의 챔버와 기능 요소(도 3에 상세하게 도시됨)를 포함한다. 상기 플랫폼은 구동 벨트(도시하지 않음)와 스텝퍼 모터(stepper motor)(6)에 의하여 회전구동된다. 상기 플랫폼의 위치는 인덱스 센서(index sensor)(도시 않음)를 사용하고, 또한 스텝퍼 모터(6)의 운동을 모니터링함으로써 모니터링된다. 상기 플랫폼(2)상에는 아암(10)이 위치되는데, 이 아암은 플랫폼(2)상에서 기능 요소(상세하게 도시하지 않음)에 제거 가능하게 부착하기 위한 포크(12)를 포함한다. 상기 아암(10)은 플랫폼(2)상에서 챔버(68)를 유지시키는 상승위치에 있는 것으로 도시된다. 또한, 상기 장치는 아암(12)의 포크상에 직접 위치되는 자석(14)을 포함한다. 상기 자석 (14)은 상승된 위치에 있다. 또한, 상기 장치는 가열 수단(16)을 포함한다. 이 가열 수단은 플랫폼(2)상에 위치되며, 또한 상승된 위치로 도시된다. 또한, 상기 장치는 플랫폼(2)상에 다시 위치되는 샘플을 초음파 처리하며, 또한 상승된 위치로 도시되는 수단을 포함한다. 상기 아암(10)과 자석(14)의 선형 운동은 구동 벨트(22)에 부착되는 모터(20)에 의하여 구동되고, 선형 액츄에이터(24)에 의하여 제어된다. 상기 가열 수단(16)과 샘플(18)을 초음파 처리하기 위한 수단의 선형 운동은 구동 벨트(22)에 부착되는 모터(20)에 의하여 유사하게 구동되며, 선형 액츄에이터(26 및 28)에 의하여 각각 제어된다. 또한, 상기 장치는 제어 패널(30) 및 파워 소스(32)를 포함한다.

도 2는 본 발명의 장치의 횡단면도이다. 도시된 요소는, 선형 액츄에이터(24)가 상기 도면으로부터 도시되지 않는 것을 제외하고는 도 1에 도시된 것과 동일하다. 도 2에는 플랫폼을 회전시키기 위하여 모터(6)에 부착된 구동 벨트(40)와, 상기 플랫폼의 위치를 감지하기 위한 센서(42)가 부가로 도시된다.

도 3은 핵산 증폭 이전에 유체 샘플을 처리하기 위하여 설계되는 장치의 플랫폼(2)의 조감도이다. 상기 플랫폼은 트위스트 록크 메카니즘(4)을 사용하는 장치상에 장착된다. 상기 플랫폼은 2개의 기능 요소, 커터(50)와 차폐부(52)를 포함한다. 각각의 기능 요소는 이 기능 요소가 장치의 아암(도시하지 않음)과 상호 작용하도록 허용하는 측부상에서 덮개(54)를 포함한다. 상기 덮개는, 상기 플랫폼이 회전할 때에 아암의 포크된 요소가 기능 요소의 덮개 아래에서 슬라이드할 수 있도록 배향된다. 또한, 상기 장치는 몇몇 챔버(56,58,60,62,64,66 및 68)를 포함한 다. 이들 챔버 각각은 아래에 설정되는 바와 같이 서로 다른 역활을 한다. 챔버(56,58,60,64,66)는 단면이 타원형이고, 상기 챔버(560,580,600 및 64)의 저부 각각에서 원형 웰 리세스(well recess)를 포함한다. 챔버(62)는 단면이 원형이다. 챔버(68)는 도면부호 680로 도시된 챔버의 베이스에서 모세관으로 점점 좁아지는 원형 단면이다. 상기 챔버(68)는 이 챔버가 장치의 아암(도시하지 않음)과 상호 작용하도록 하는 덮개(70)를 포함한다. 챔버(68)는 소켓(74)에 장착되는 스핀들(72)을 사용하여서 상기 장치에 장착된다. 챔버(60 및 62)는 단일 컨테이너(76)에 함께 장착된다. 이러한 컨테이너(76)는 플랫폼으로부터 분리 가능하다. 또한, 상기 플랫폼은 절삭부(cut away section)를 포함한다.

상기 장치와, 핵산 증폭 이전에 유체 샘플의 처리를 위한 플랫폼의 사용은 상기 도면과, 또한 도 4 내지 9를 참조로 하여서 아래에서 설명된다.

컨테이너(76)는 선택된 분석(assay)을 기초로 하여서 선택된다. 챔버(62)는 상기 분석을 위하여 요구되는 몇몇 시약으로 먼저 안착된다. DNA 분석물을 포함하는 유체 샘플은 수집되어서, 샘플 챔버(60) 내로 위치된다. 상기 샘플 챔버는 화학적인 용해 시약의 구아니딘 하이드로클로라이드로 미리 안착된다. 그 다음, 자기 결합 비드(100)는 샘플에 부가되고, 상기 샘플 컨테이너의 덮개는 폐쇄된다. 상기 컨테이너(76)는 샘플 챔버(60)를 포함하고, 샘플 및 시약 챔버(62)는 플랫폼(2)상에 안착된다. 그 다음, 플랫폼(2)은 상기 장치(1) 내로 안착되고, 트위스트 록크(4)를 사용하여서 위치에 록크된다. 상기 아암(10)은 하강하고, 상기 포크(12)가 커터(50)의 덮개(52) 아래에 결합될 수 있도록 상기 플랫폼(2)은 회전된다. 그 다음, 상기 아암(12)은 상승되고, 상기 챔버(56)가 커터(50) 아래에 위치될 수 있도록 플랫폼(2)은 회전된다. 상기 아암은 하강되고, 커터(50)는 챔버(56)를 덮는 적층된 금속 막(도시하지 않음)을 천공한다. 이러한 것은, 상기 커터(50)가 챔버(58,60,62,64,66 및 68)를 덮는 막을 연속적으로 천공할 수 있도록 반복된다.

도 4는, 예를 들어 장치의 챔버(56)의 상부 위로 박막(도시 생략)을 관통하는 여기에서는 커터(cutter)(50)인, 기능 요소의 작동부의 단면도를 도시한다. 상기 챔버(56)는 플랫폼(2)에 부착된다. 이 도면은 아암의 포크(fork)(도시 생략)와 결합하는데 사용되는 기능 요소(52)의 립(lip)을 도시한다.

도 5는 여기에서는 커터(50)인 기능 요소의 아암(10)의 포크(12)로의 부착을 상세하게 도시하기 위한 도면을 도시한다. 아암(10)의 포크(12)는 상기 립(52)의 아래에서 상기 커터와 결합한다.

일단 상기 장치의 모든 박막이 관통되면, 상기 커터(50)는 상기 플랫폼(2)의 회전, 상기 아암(10)의 하강 및 상기 아암(12)의 포크와 상기 커터의 립(52)을 분리하기 위한 대향 방향으로의 상기 플랫폼의 회전으로 인해서 상기 플랫폼(2)상의 그 본래 위치로 복귀하게 된다.

이어서, 상기 플랫폼은 샘플 챔버(60)가 이제 샘플(18)을 초음파 처리(sonicating)하기 위한 수단 아래에 위치하도록 회전하기 된다. 샘플(18)을 초음파 처리하기 위한 수단은 샘플 챔버(60) 내로 하강되어, 샘플의 초음파 처리가 시작된다. 이는 임의의 DNA를 방출하기 위해 상기 샘플에 존재하는 임의의 생식 세포(spores)를 용해시키는 물리적인 세포용해 단계를 제공한다. 동시에, 화학 반응 제인 구아니딘 염산(guanidine hydrochloride)은 또한 상기 샘플 내에서 임의의 세포의 화학적 세포용해를 제공하도록 작용한다. DNA가 자유로워질 때에, 이는 복합물(complex)을 형성하기 위해서 자기 결합 물질로 결합한다. 초음파 처리용 수단들이 초음파 처리를 완성할 때에, 샘플(18)은 샘플 챔버(60)로부터 제거된다. 초음파 처리용 수단들이 저장되기 이전에, 샘플(18)은 2개의 세척 챔버들, 즉 챔버(56, 58)에서 먼저 세척된다. 이러한 챔버들은, 예를 들면 50% 에탄올 수용액(aqueous ethanolic solution)(80)인 적합한 버퍼(buffer)에 미리 적재된다. 샘플(18)을 초음파 처리하기 위한 수단은 샘플 챔버(60)로부터 상승하게 되며, 플랫폼(2)은 버퍼 챔버(56)가 이제 샘플(18)을 초음파 처리하기 위한 수단 아래에 위치하도록 회전하며, 짧게 활성화되고 상승된, 샘플을 초음파 처리하기 위한 수단은 버퍼 챔버(56) 내로 하강한다. 상기 절차는 챔버(58)에 대해서 반복된다. 제 2 세척 이후에, 샘플(18)을 초음파 처리하기 위한 수단은 상승하게 되고 저장된다.

이어서, 아암(10)은 하강되고, 플랫폼(2)은 아암의 포크(12)가 덮개(sheath) (54)의 립(52) 아래에서 결합하도록 회전한다. 그 다음, 아암(10)은 상승하게 되고, 그로 인해 덮개(54)를 플랫폼(2) 위로 상승시킨다. 다음, 플랫폼(2)은 샘플 챔버(60)가 덮개(54) 바로 아래에 존재하도록 회전하게 된다. 아암(10)은 하강되고, 그로 인해 샘플 챔버(60) 내로 덮개(54)를 하강시킨다. 다음, 자석(14)은 덮개(54) 내로 하강되고, DNA가 결합되는 자기 비드(magnetic beads)(100)는 덮개(54)로 당겨진다. 다음, 아암(10)은 상승하게 되고, 그로 인해 샘플 챔버(60)로부터 덮개(54)를 상승시킨다. 자석(14)은 덮개(54) 내부에 남아 있기 위해서 아암 (10)과 함께 동시에 상승하게 된다.

도 6은 샘플 챔버(60)로부터 결합된 분석물(bound analyte)을 회수하기 위해서 자석(14)을 갖는, 여기에서는 덮개(54)인 기능 요소의 작동부의 단면도를 도시한다. 챔버(60)는 플랫폼(2)에 부착된다. 덮개는 샘플 챔버(60)에 포함된 샘플(102) 내로 아암(도시 생략)을 통해서 하강된다. 자석(14)은 덮개(54) 내로 삽입되고, DNA가 복합화되는 자기 비드(100)는 덮개(54)로 당겨진다.

이어서, 자기 비드(100)로 결합된 DNA는 2개의 버퍼 내에서 세척된다. 플랫폼(2)은 회전되므로, 트리스 하이드로클로라이드(tris hydrochloride) 버퍼 용액을 포함하는 제 1 버퍼 챔버(64)는 자기 비드(100)가 부착된 덮개(54) 바로 아래에 존재한다. 아암(10)은 하강되고, 그로 인해 덮개(54)를 버퍼 챔버(64) 내로 하강시킨다. 그러나, 자석(14)은 하강되지 않는다. 이것은 비드(100)가 더 이상 덮개(54)로 당겨지지 않지만, 대신에 버퍼 용액 내로 떨어지고 빠진다. 아암(10)의 빠른 상승과 하강 및 그로 인한 덮개(54)의 작은 수직 이동은 모든 비드(100)가 덮개(54)로부터 해제되고 버퍼 용액과 잘 혼합되는 것을 보증한다. 이어서, 덮개(54)는 제 1 버퍼 챔버(64) 내로 다시 하강되고, 자석(14)은 덮개(54) 내로 하강되고 여전히 결합된 DNA를 갖는 자기 비드(100)는 덮개(54)로 재부착한다. 상기 처리는 제 2 버퍼 챔버(66)에 포함된 50% 에탄올 수용액을 포함하는 제 2 버퍼에서 비드(100)를 세척하기 위하여 반복된다. 제 2 버퍼 챔버(66)에 결합된 DNA를 갖는 자기 비드(100)를 세척한 이후에, 아암(10)은 상승하게 되고, 그로 인해 덮개(54)를 상승시키고 버퍼 챔버(66)에서 자기 비드(100)를 내보낸다. 그러나, 덮개(54)는 플랫폼(2)을 복귀하지 않지만, 대신에 아암(10)에 부착되게 된다.

다음에, 플랫폼은 반응 챔버(68)가 이제 가열 수단(16) 바로 아래에 존재하도록 회전하게 된다. 반응 챔버(68)는 모세관 튜브(capillary tube)(680)를 포함하는 하부 구역(90)과, 상부 구역(92)을 포함한다. 하부 구역(90)은 손상되지 않은(intact) 박막(94)에 의해서 상부 구역(92)으로부터 분리된다. 상부 구역은 물(96)의 대략 100μl인 작은 체적을 포함한다. 가열 수단(16)은 이제 반응 챔버(68)의 상부 구역(92) 내로 하강되고, 대략 90°C의 온도로 물을 가열하기 위해서 활성화된다. 일단 물이 가열되면, 가열 수단(16)은 반응 챔버(68)로부터 상승되어 제거된다. 그 다음, 가열 수단(16)은 이후의 사용을 위해서 장치(1)상에 저장된다.

도 7은 반응 챔버(68)인, 장치(1)의 챔버 중 하나에서 용액(96)의 체적을 가열하기 위한, 가열 수단(16)인 물리적 처리 수단의 작동부의 단면도를 도시한다. 반응 챔버는 플랫폼(2)에 부착된다. 가열 수단은 반응 챔버(68)의 상부 구역(92)에 유지되는 물(96)을 가열한다. 반응 챔버(68)의 상부 구역(92) 및 하부 구역(90)은 손상되지 않은 막(94)에 의해서 분리된다.

플랫폼은 DNA가 결합되어 있는 자기 비드(100)를 포함하는 제 2 버퍼 챔버(66)가 덮개(54) 바로 아래에 존재하도록 다시 회전하게 된다. 아암(10)은 하강되고, 그로 인해 제 2 버퍼 챔버(66) 내로 덮개(54)를 하강시킨다. 자석(14)은 덮개 내로 다시 하강되고, 비드(100)는 덮개(54)로 다시 당겨진다. 덮개 및 자석 모두 상승하게 되고, 플랫폼은 반응 챔버(68)가 이제 덮개(54) 바로 아래에 존재하도록 회전하게 된다. 아암(10)은 덮개(54)를 반응 챔버(68)의 상부 구역(92) 내로 하강시키기 위해서 하강된다. 이전과 같이, 자석(14)은 비드(100)가 더 이상 덮개(54)로 당겨지지 않도록 하강되지 않는다. 비드(100)는 반응 챔버(68)의 상부 구역(92) 내로 배출된다. 이전과 같이, 아암(10)과 덮개(54)의 작은 상승 및 하강은 모든 비드가 덮개(54)로부터 배출되는 것을 보증한다. 이어서, DNA는 따뜻한 물(96)에 의해서 비드(100)로부터 녹여서 분리된다. 아암(10)은 덮개(54)가 반응 챔버(68)로부터 제거되도록 상승하게 된다.

도 8은 반응 챔버(68) 내로 결합된 분석물(100)을 배출하기 위한 자석(14)을 갖는, 여기에서는 덮개(54)인 기능 요소의 작동부의 단면도를 도시한다. 자기 비드(100)는 반응 챔버(68)의 상부 구역(92) 내로 배출되며, 여기에서 가열된 물(96)은 자기 비드(100)로부터 DNA를 녹여서 분리한다.

다음에, 플랫폼은 그 안에 핵산 증폭 작용에 필요한 반응제들이 사전-적재되어 있는 반응 챔버(62)가 이제 덮개(54) 바로 아래에 존재하도록 다시 회전하게 된다. 아암(10)은 하강되고, 그로 인해 반응 챔버(62) 내로 덮개(54)를 하강시킨다. 반응제(도시 생략)는 자기 비드(도시 생략)와도 결합되도록 사전에 정해진다. 일단 덮개(54)가 반응 챔버(62) 내의 위치에 존재하면, 자석(14)은 덮개(54) 내로 하강되고, 반응제가 결합되는 자기 비드는 덮개(5$)로 당겨진다. 덮개(54)와 자석(14)은 반응 챔버(62)로부터 반응제(도시 생략)를 제거하기 위해서 함께 상승된다. 이어서, 플랫폼(2)은 반응 챔버(68)가 이제 덮개(54) 바로 아래에 존재하도록 회전하게 된다. 그 다음, 아암(10)은 하강되고, 그로 인해 반응 챔버의 상부 구역(92) 내로 덮개(54)를 하강시킨다. 다시, 자석(14)은 반응제가 결합되는 자기 비드가 반응 챔버(68)의 상부 구역(92) 내로 덮개(54)로부터 배출되도록 하강되지 않는다. 반응제는 따뜻한 물(96)에 의해서 자기 비드로부터 녹여서 분리된다. 녹여서 분리하는 것이 완료된 이후에, 아암(10)은 다시 덮개(54)와 함께 적소에 하강된다. 자석(14)은 덮개(54) 내로 하강되고, 반응 챔버(68)의 상부 구역(92) 내의 모든 자기 비드, 즉 분석물로부터의 그리고 반응제에 대한 자기 비드는 덮개(54)로 당겨진다. 덮개(54)와 자석(14) 모두는 비드와 회전된 플랫폼(2)을 제거하기 위해서 상승하게 된다. 다음에, 상기 비드들은 사용된 버퍼 챔버들 중 하나 안에 폐기물로서 적층된다. 상기 비드들이 차폐부(54)로부터 방출된 후, 상기 차폐부는 아암(10)의 운동과 플랫폼(2)의 회전을 다시 이용함으로써 상기 플랫폼(2)상의 초기 위치로 복귀한다.

반응 챔버(68)의 상부(92)는 증폭 작용을 위한 모든 요구 시약 및 정화된 핵산 샘플을 포함한다. 상기 아암(10)은 커터(50)를 픽업하기 위해 사용된다. 상기 플랫폼(2)은 상기 반응 챔버(68)가 직접 커터(50) 아래에 위치하도록 다시 회전한다. 상기 커터(50)는 DNA를 포함하는 물(96)과 막(94)을 관통하며, 시약은 반응 챔버(68)의 하부(90) 안으로 낙하한다. 상기 커터(50)를 제거하기 위해 아암을 사용하기 보다는, 그 대신에 상기 커터는 상기 반응 챔버(68)를 밀봉하기 위한 스토퍼로서 작동하는 반응 챔버(68)의 정위치에 남게 된다.

도 9는 반응 챔버(68)의 횡단면도를 도시하며, 여기서 기능 요소인 커터(50)는 상기 반응 챔버(68)를 밀봉하기 위해 정위치에 위치한다. 상기 커터(50)는 또 한 상기 반응 챔버(68)의 하부(90)와 상부(92)를 분리하는 막(94)을 관통하기 위해 사용되며, 따라서 핵 증폭 작용을 위한 시약과 DNA 분석물(analyte)을 포함하는 물(96)이 모세관(680) 안으로 들어간다. 상기 커터(50)는 어떠한 용매도 증폭 반응 동안 챔버로부터 증발될 수 없도록 상기 반응 챔버(68)를 밀봉하기 위해 적소에 남게 된다.

DNA와 시약을 포함하는 물(96)을 반응 챔버(68)의 모세관(680) 안으로 주입시키기 위해, 상기 플랫폼(2)은 고속으로 회전한다. 이 때 원심력은 유체(96)를 상기 모세관(680) 안으로 주입시킨다. 이것은 회전하는 동안 상기 반응 챔버(68)가 소켓(74)에 장착된 스핀들(72)에 의해 상기 플랫폼상에서 피벗될 수 있다는 사실에 의해 뒷받침된다. 또한 고속 회전하는 동안 챔버들(56, 58, 60, 64 및 66)에 포함된 유체의 유출을 방지하기 위하여, 상기 챔버들은 도 3에 도시된 그의 베이스가 원형 리세스 및 타원형 횡단면으로 설계된다.

상기 DNA와 핵 증폭을 포함하는 물이 상기 모세관(680) 안으로 유입된 후, 상기 샘플은 핵산 증폭 작용을 수행할 준비를 갖춘다. 이 단계에서, 상기 반응 챔버(68)는 핵산 증폭이 수행되는 다른 장치에 사용하기 위해 상기 장치(1)로부터 수동으로 제거될 수 있다. 그러나 이 단계에서 단일 장치가 핵산 증폭 및 광학적 검출을 수행하기 위해 추가로 적용된다. 이와 같은 작업은 상기 장치(1)의 하반부에서 수행된다(도시되지 않음). 상기 공정을 완전히 자동화하기 위해, 상기 반응 챔버(68)는 다른 기능 요소들(50, 54)과 동일한 방식으로 장치 아암(10)에 의해 조작될 수 있도록 립(98)에 적응된다. 상기 아암(10)은 낮아지고, 상기 플랫폼(2)은 상기 반응 챔버(68)의 립(98)이 아암(10)의 포크(12)와 결합되도록 회전된다. 다음에 상기 아암(10)이 상승되어, 상기 반응 챔버(68)를 상승시킨다. 상기 상승된 반응 챔버(68)는 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 다음에 상기 플랫폼은 절삭 단면(78)이 상기 상승된 반응 챔버(68) 아래에 정렬되도록 회전된다. 다음에 상기 아암은 낮아지며, 따라서 상기 반응 챔버를 절삭 단면(78)을 통해 상기 장치(1)의 하부 내로 하강시킨다. 상기 장치(1)의 하부에 위치될 때, 상기 모세관(680)의 반응 복합물을 가열 및 냉각시키기 위한 열적 사이클 및 최종 생성물(end product)을 검출하기 위한 광학 검출기를 사용하여 상기 핵산 증폭이 수행된다. 이는 상기 모세관이 상기 모세관(680)의 신속한 가열 및 냉각을 허용하는 전기 전도성 폴리머로 코팅된다는 사실에 의해 뒷받침된다.

핵산 증폭이 완료된 후, 상기 커터(50), 차폐부(54) 및 챔버들(56, 58, 60, 62, 66) 및 반응 챔버(68)를 포함하는 플랫폼(2)은 상기 장치로부터 모두 제거 및처리된다. 필요한 요소들을 포함하는 새로운 플랫폼이 다른 샘플 조작에서 다시 사용될 수 있도록 상기 장치 안으로 도입될 수 있다.

도 10은 샘플 용기(212)에 부착된 리세스된 막(206)을 구비한 본 발명의 덮개(200)에 대한 단면도를 도시한다. 상기 샘플(210)은 챔버(212) 안으로 도입된다. 상기 샘플(210)이 오염되지 않도록 상기 챔버(212)를 밀봉하기 위해, 덮개가 사용되어야만 한다. 본 발명의 덮개(200)는, 나중에 추가의 공정을 위해 샘플에 접근하기 위해 관통될 수 있는 막, 예를 들면 적층 막을 포함한다. 상기 막(206)으로부터 샘플(210)의 오염을 방지하기 위해, 상기 막(206)은 상기 덮개(200) 안에 리세스된다. 그 결과, 유저가 상부측 또는 하부측으로부터 닫기 위해 상기 덮개(200)와 접촉하는 경우, 상기 유저와 막(206) 사이에 갭(202 또는 204)이 존재하게 된다. 그에 따라 유저는 상기 막(206)을 오염시키지 않게 된다. 이 경우, 상기 덮개(200)는 힌지된 플랜지(208)를 통해 샘플 챔버(212)에 부착된다. 그러나 상기 덮개가 챔버에 부착되고, 상기 덮개만이 다른 샘플 용기들과 함께 폭넓게 사용되기 위해 제작될 필요는 없다.

상기 덮개(200)는 샘플에 접근하기 위한 막(206)을 포함한다.

Claims (24)

1. 샘플을 수용하기에 적합한 챔버, 및 기능 요소(functional component)를 포함하는 플랫폼(platform)과;

   상승 및 하강시킬 수 있으며, 상기 요소를 아암과 함께 상승 및 하강시킬 수 있도록 상기 기능 요소에 제거 가능하게 부착하기 위한 수단을 포함하는 아암(arm); 및

   어떤 챔버 또는 기능 요소가 상기 아암에 대하여 정렬될 수 있도록 상기 플랫폼을 이동시키기 위한 수단을 포함하는 유체 샘플 처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 플랫폼은 원형인 유체 샘플 처리 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 아암은 상기 기능 요소에 기계적으로 제거 가능하게 부착되는 유체 샘플 처리 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 대체로 수직 방향으로 상기 아암을 상승 및 하강시키기 위한 수단을 포함하는 유체 샘플 처리 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기능 요소는 챔버에서 상기 분석물을 샘플로부터 제거하기 위해 사용되는 유체 샘플 처리 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 장치의 챔버는 상기 분석물과 복합물을 형성할 수 있는 고상 결합 물질을 포함하는 유체 샘플 처리 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 고상 결합 물질은 실리카인 유체 샘플 처리 장치.
8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 상기 복합물을 견인하기 위한 수단을 포함하는 유체 샘플 처리 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 수단은 자석인 유체 샘플 처리 장치.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 기능성 시약은 상기 복합물을 견인하기 위한 수단과 상기 복합물 자체 사이에 경계를 제공하는 차폐부인 유체 샘플 처리 장치.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 물리적 처리 수단을 추가로 포함하는 유체 샘플 처리 장치.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 물리적 처리 수단은 상기 장치의 챔버의 내용물들 을 가열하기 위한 수단인 유체 샘플 처리 장치.
13. 제 11 항에 있어서, 상기 물리적 처리 수단은 상기 장치의 챔버의 내용물들을 초음파 처리하기 위한 수단인 유체 샘플 처리 장치.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치의 챔버는 적어도 부분적으로 전기 전도성 폴리머로 코팅되는 유체 샘플 처리 장치.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 미리 조제된 시약을 포함하는 유체 샘플 처리 장치.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 시약은 추가의 고상 결합 물질에 결합되는 유체 샘플 처리 장치.
17. 핵산 증폭 작용 전에 샘플을 처리하기 위한, 제 1 항에 따른 유체 샘플 처리 장치의 사용.
18. 분석물을 포함하는 샘플을 장치의 플랫폼 상에 위치한 제 1 챔버 안으로 배치하는 단계와;

    분석물을 형성하기 위해 분석물을 결합 물질에 결합시키고 - 물질 복합물을 결합하는 단계와;

    상기 복합물을 상기 제 1 챔버 안으로 역으로 견인하여 상기 복합물이 상기 수단으로 견인되게 허용하기 위한 수단을 하강시키는 단계와;

    상기 수단을 제 1 챔버로부터 상승시키는 단계와;

    상기 플랫폼을 이동시켜서 제 2 챔버가 상기 복합물을 역으로 견인하기 위한 수단과 정렬되는 단계; 및

    상기 복합물을 제 2 챔버 안으로 역으로 견인하여 복합물을 상기 수단으로부터 제거할 수 있도록 하기 위하여 상기 수단을 하강시키는 단계를 포함하며,

    상기 분석물은 제 1 챔버 또는 제 2 챔버에서 물리적 처리 단계를 거치는 것을 특징으로 하는 유체 샘플 처리 방법.
19. 제 17 항에 있어서, 상기 물리적 처리 단계는 초음파 처리 단계인 유체 샘플 처리 방법.
20. 제 17 항에 있어서, 상기 물리적 처리 단계는 가열 단계인 유체 샘플 처리 방법.
21. 제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샘플은 또한 화학적 처리 단계를 거치는 유체 샘플 처리 방법.
22. 핵산 증폭 작용 전에 샘플을 처리하기 위한, 제 17 항에 따른 유체 샘플 처리 방법의 사용.
23. 핵산 증폭 작용 전에 샘플을 처리하기 위한, 제 17 항에 따른 유체 샘플 처리 방법에서의 결합 물질의 사용.
24. 막을 포함하며, 용기의 밀봉에 적합한 덮개로서, 상기 막은 상기 덮개 안에 리세스되는 것을 특징으로 하는 덮개.

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